CN105186845A - 一种控制ipm的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制IPM的电路及方法，涉及电路技术领域，用以减小IPM中的IGBT被烧坏的概率。该电路包括：交流电源、第一模块、第二模块和微处理器。第一模块包括：第一整流器，用于对交流电源输出的交流电压进行整流；电容，用于对第一整流器整流得到的直流电压进行平滑滤波，得到工作电压；限流电阻和与限流电阻并联的第一开关；第二开关，用于在闭合时使第一模块向IPM加载工作电压，在断开时使第一模块不通过限流电阻向IPM加载工作电压，第二开关设置在包含限流电阻的回路上；第二模块包括：开关电源，用于对交流电源输出的交流电压经整流后得到直流电压进行降压，得到控制电压；微处理器；用于在开关电源的工作时间到达之后，控制第二开关闭合。

Description

一种控制IPM的电路及方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种IPM(IntelligentPowerModule，智能功率模块)的控制电路及方法。

背景技术

IPM是电机驱动的核心部件。IPM的输入电压包括工作电压和控制电压，其中，工作电压是强电，控制电压是弱电。工作电压由IPM的P、N端口输入，控制电压由IPM的控制电压“+”、“-”端口输入。控制电压用于为IPM内部的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)提供驱动电压。

目前，常用的IPM的控制电路如图1所示，在图1中，IPM的工作电压由交流电源输出的交流电压经整流器整流后得到的直流电压提供，控制电压由工作电压经开关电源降压后得到的电压提供。另外，图1中还可以包括限流电阻、开关、电容等。

由图1可以看出，只要交流电源供电，工作电压就可以被加载在IPM上，而控制电压需要经过开关电源降压后才能被加载在IPM上，也就是说，先向IPM加载工作电压，再加载控制电压。这样，在IPM已经加载有工作电压但是还未加载控制电压时，IPM中的IGBT还没有处于受控状态时就已经通有工作电压，这样可能会导致IGBT因短路而烧坏。

发明内容

本发明的实施例提供一种控制IPM的电路及方法，用以减小IPM中的IGBT被烧坏的概率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种控制IPM的电路，包括：

交流电源、第一模块、第二模块和微处理器；

所述第一模块用于产生工作电压，所述第二模块用于产生控制电压；所述第一模块的输入端和所述第二模块的输入端分别与所述交流电源的输出端连接，所述第一模块的输出端与所述IPM的工作电压输入端连接，所述第二模块的输出端与所述IPM的控制电压输入端连接；

所述第一模块中包括：

第一整流器；所述第一整流器用于对所述交流电源输出的交流电压进行整流，得到直流电压；

电容；所述电容用于对所述第一整流器输出的直流电压进行平滑滤波，得到工作电压；

切换组件；所述切换组件中包括限流电阻和第一开关，所述限流电阻与所述第一开关并联；所述切换组件设置在所述交流电源与所述电容之间；

第二开关；所述第二开关设置在包含所述限流电阻的回路上；所述第二开关用于在闭合时使所述第一模块向所述IPM加载工作电压，在断开时使所述第一模块不通过所述限流电阻向所述IPM加载工作电压；

所述第二模块中包括：

开关电源；所述开关电源用于对所述交流电源输出的交流电压经整流后得到直流电压进行降压，得到控制电压；

所述微处理器；用于在所述开关电源的工作时间到达之后，控制所述第二开关闭合；其中，在所述开关电源的工作时间到达之前，所述第二开关处于断开状态，所述开关电源的工作时间是指所述开关电源对所输入的直流电压进行降压所使用的时间。

第二方面，提供一种IPM的控制方法，应用于第一方面提供的电路，所述方法包括：

通过交流电源为所述IPM提供工作电压和控制电压；

其中，在确定已经为所述IPM加载了控制电压之后，控制为所述IPM提供工作电压的通路由断开切换为导通。

上述技术方案中，能够实现先为IPM加载控制电压，再加载工作电压；从而解决了现有技术中因先为IPM加载工作电压再加载控制电压，而导致的IPM中的IGBT因短路而被烧坏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术或本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术或本发明实施例中需要使用的附图作简单地介绍，显然，下面附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中提供的一种控制IPM的电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种控制IPM的电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种控制IPM的电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种控制IPM的电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种控制IPM的电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种控制IPM的电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种控制IPM的电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行示例性描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

参见图2，为本发明实施例提供的一种控制IPM的电路的结构示意图。图2所示的电路包括：交流电源、第一模块、第二模块和微处理器。

第一模块用于产生工作电压，第二模块用于产生控制电压；第一模块的输入端和第二模块的输入端分别与交流电源的输出端连接，第一模块的输出端与IPM的工作电压输入端连接，第二模块的输出端与IPM的控制电压输入端连接。

第一模块中包括：

第一整流器；第一整流器用于对交流电源输出的交流电压进行整流，得到直流电压。

电容；电容用于对第一整流器输出的直流电压进行平滑滤波，得到工作电压。

切换组件；切换组件中包括限流电阻和第一开关，限流电阻与第一开关并联；切换组件设置在交流电源与电容之间。

第二开关；第二开关设置在包含限流电阻的回路上；第二开关用于在闭合时使第一模块向IPM加载工作电压，在断开时使第一模块不通过限流电阻向IPM加载工作电压。

第二模块中包括：

开关电源；开关电源用于对交流电源输出的交流电压经整流后得到直流电压进行降压，得到控制电压。

微处理器；用于在开关电源的工作时间到达之后，控制第二开关闭合；其中，在开关电源的工作时间到达之前，第二开关处于断开状态，开关电源的工作时间是指开关电源对所输入的直流电压进行降压所使用的时间。

如图2所示，IPM包括两个工作电压输入端，分别为：工作电压正输入端(即母线的正端口，或称为P端口)和工作电压负输入端(即母线的负端口，或称为N端口)；以及两个控制电压输入端，分别为控制电压正输入端(即控制电压“+”端口)和控制电压负输入端(即控制电压“-”端口)。工作电压和控制电压均是直流电压，其中，工作电压是强电，用于使IPM正常工作；控制电压是弱电，用于为IPM中的IC(IntegratedCircuit，集成电路)提供工作电源，以及为IPM中的IGBT提供驱动电压。

第一整流器对交流电源输出的交流电压进行整流后得到的直流电压是脉动的直流电压，利用电容对脉动的直流电压进行平滑滤波之后，得到平滑的直流电压，即工作电压。开关电源输出的电压即为控制电压。其中，该电容具体可以是电解电容等，该电容连接在IPM的两个工作电压输入端之间。

切换组件设置在交流电源与电容之间，具体的：切换组件可以设置在交流电源与第一整流器之间，或第一整流器与电容之间。图2是以切换组件设置在第一整流器与电容之间为例进行绘制的。

限流电阻用于保证电容在充电的过程中不会因输入的电流过大而损坏。一般地，在交流电源刚开始供电时，通过限流电阻来限制冲击电流；在电容已经充满电后，不再需要限流电阻，此时，可以通过控制第一开关闭合来将限流电阻短路。一般地，可以将从交流电源开始供电，到微处理器控制第一开关闭时的阶段，称为IPM的上电阶段；将第一开关闭合之后的阶段，称为IPM的正常工作阶段。

可选的，微处理器可以与第一开关连接，该情况下，微处理器可以向第一开关发送控制信号，以使第一开关根据该控制信号闭合和断开。

第二开关可以是：继电器或接触器等。第二开关设置在包含限流电阻的回路上，具体的：第二开关可以设置在第一模块的主回路中，也可以设置在包含限流电阻的支路上。其中，当第二开关设置在第一模块的主回路上时，一般地，第二开关设置在第一模块的主回路中的、且在电容之前的任一位置；其中，该电路中的各模块或器件的位置的先后顺序是以电信号的流向的先后顺序进行说明的。当第二开关设置在包含限流电阻的支路上时，具体是指：第二开关设置在切换组件中，且与限流电阻串联。其中，图2中以第二开关设置在第一模块的主回路中为例进行说明，具体以设置在交流电源与第一整流器之间为例进行绘制的。

需要说明的是，当第二开关设置在第一模块的主回路中时，在IPM的正常工作阶段，第二开关需要一直闭合；该情况下，第二开关需要具有与第一开关一样能够承受大电流的能力。当第二开关设置在包含限流电阻的支路上时，即第二开关设置在切换组件中且与限流电阻串联时，也即第二开关先与限流电阻串联，然后再与第一开关并联时，在IPM的正常工作阶段，第二开关与限流电阻一起被第一开关短路；也就是说，在IPM的正常工作阶段，第二开关不起作用；相比上述情况，在该情况下，第二开关需要承受的电流较小，使得实现第二开关的成本较低。

第二开关用于在断开时使第一模块不通过限流电阻向IPM加载工作电压，可以理解为：第二开关断开时，第一模块不产生工作电压，这样自然无法向IPM加载工作电压。需要说明的是，当第二开关设置在包含限流电阻的支路中时，在IPM正常工作阶段，即使第二开关断开，也可以通过第一开关闭合来向IPM加载工作电压，但是不能通过限流电阻向IPM加载工作电压。

可选的，微处理器与第二开关连接，该情况下，微处理器可以用于向第二开关发送控制信号，以使第二开关根据该控制信号闭合或断开。可选的，微处理器与开关电源连接，该情况下，微处理器还用于采集开关电源的工作时间。另外，微处理器还可以预先存储开关电源的工作时间，这样，微处理器可以直接利用所存储的开关电源的工作时间控制第二开关。

开关电源的输入端用于输入交流电源输出的交流电压经整流后得到直流电压，开关电源的输出端与IPM的控制电压输入端连接。开关电源用于对所输入的直流电压进行降压，得到控制电压。其中，开关电源所输入的直流电压可以是第一整流器对交流电源输出的交流电压进行整流后得到的直流电压；也可以是第二模块中设置的整流器(如下文中的“第二整流器”)对交流电源进行整流后得到的直流电压。

需要说明的是，只要交流电源开始供电，开关电源就可以进行工作。只有开关电源对所输出的直流电压进行降压并输出控制电压之后，IPM才能加载上控制电压。开关电源的工作时间，可以理解为：开关电源从开始工作到开始输出控制电压时所使用的时间；进一步地，可以理解为：开关电源从开始工作输出稳定的控制电压时所使用的时间。

另外需要说明的是，交流电源具体可以是单相电源或三相电源。一般地，交流电源是交流市电，即单相交流市电或三相交流市电。

本发明实施例提供的控制IPM的电路，通过在产生工作电压的第一模块中设置第二开关，其中，第二开关用于在闭合时使第一模块为IPM加载工作电压，在断开时使第一模块不通过限流电阻向IPM加载工作电压；从而通过控制第二开关的闭合和断开，使得为IPM加载工作电压的过程变得可控，从而实现先为IPM加载控制电压再加载工作电压；解决了现有技术中因先为IPM加载工作电压再加载控制电压，而导致的IPM中的IGBT因短路而被烧坏的问题。

需要说明的是，图3-图7中均未示出微处理器。而实际实现时，该电路中包含微处理器，其中，微处理器与该电路中的模块或器件之间的连接关系可以参见上文。

在一种可选的实现方式中，当第二开关设置在包含限流电阻的支路上时，微处理器还用于：在控制第二开关闭合的预设时间段之后，控制第一开关闭合；并在控制第一开关闭合之后，控制第二开关断开。

其中，预设时间段可以是大于或等于电容的充电时间的值。电容的充电时间是指电容从开始充电到充满电时所使用的时间，具体实现时，可以利用现有技术中的任一种方法获取电容的充电时间。

在第一开关闭合之后，限流电阻和第二开关一起被短路；该情况下，微处理器可以控制第二开关断开。这样，若开关电源为第一开关提供电压，则当开关电源失效时，第一开关也会失效，该情况下，第一模块会因第二开关的断开而不再为IPM提供工作电压，从而使得在没有为IPM加载控制电压的情况下，不为IPM加载工作电压，以避免烧坏IPM中的IGBT。

在一种可选的实现方式中，如图3所示，第二开关设置在第一整流器与电容之间；第二模块与第一模块共享第一整流器；第一整流器的输出端与开关电源的输入端连接。

需要说明的是，当交流电源是单相电源时，第一整流器整流后得到的直流电压较小；当交流电源是三相电源时，第一整流器一般是为三个相位的输出电压进行整流，这样整流后得到的直流电压较大。因此，该实施例一般可以适用于交流电源是单相电源的场景中，当然，其也可适用于交流电源是三相电源的场景中。

在一种可选的实现方式中，如图4所示，第二模块还包括：第二整流器；第二整流器的输入端与交流电源的输出端连接，第二整流器的输出端与开关电源的输入端连接。

需要说明的是，当交流电源是三相电源时，在第二模块产生控制电压的过程中，一般是对其中一相的输出电压进行整流，从而对整流后得到的直流电压进行降压；因此，该实施例可适用于交流电源是三相电源和单相电源的场景中。另外需要说明的是，本实施例与第二开关在第一模块中设置的位置无关，即在本实施例中，第二开关可以设置在第一模块的主回路中或包含限流电阻的支路中。

在一种可选的实现方式中，若交流电源是三相电源，则可以在三相电源的三个相位输出端的其中两个上各设置一个第二开关。具体是在设置有限流电阻的两个相位输出端上各设置一个第二开关。该可选的实现方式具体按照电信号的流向，在第一整流器之前设置第二开关。在该情况下，还需要在三相电源的三个相位输出端上各设置一个第一开关。如图6所示。

另外，若交流电源是三相电源，若按照电信号的流向，第二开关设置在第一整流器之后，则第一模块中只需要设置一个第二开关；并且，该情况下，只需要设置一个第一开关。如图7所示。

下面提供的几种优选的控制IPM的电路，具体可以参考图5-图7；其中，图5-图7中的“L”表示火线(LiveWire)，“N”表示零线(Naughtwire)。图6、图7中的L1、L2、L3表示三相电源的三个相位输出端，即3根火线。

参见图5，为本发明实施例提供的一种控制IPM的电路的结构示意图。其中，图5中的交流电源具体是单相电源。

图5所示的电路的逻辑为：单相交流市电(即单相电源所输出的交流电压)经过1个限流电阻，再经过第一整流器进行整流后得到脉动的直流电压；然后经过电容进行平滑滤波后得到平滑的直流电压，即工作电压；接着，将工作电压输出至IPM的P、N端口。同时，单相交流市电经第二整流电路进行整流后，再经开关电源进行降压后的得到控制电压；接着，将控制电压输出至IPM的控制电压“+”、“-”端口。

参见图6，为本发明实施例提供的一种控制IPM的电路的结构示意图。其中，图6中的交流电源具体是三相电源。

图6所示的电路的逻辑为：三相交流市电(即三相电源所输出的交流电压)经过2个限流电阻，再经过第一整流器进行整流后得到脉动的直流电压；然后经过电容进行平滑滤波后得到平滑的直流电压，即工作电压；接着，将工作电压输出至IPM的P、N端口。同时，其中一相交流市电经第二整流电路进行整流后，再经开关电源进行降压后的得到控制电压；接着，将控制电压输出至IPM的控制电压“+”、“-”端口。

参见图7，为本发明实施例提供的一种控制IPM的电路的结构示意图。其中，图7中交流电源具体是三相电源。

图7所示的电路的逻辑为：三相交流市电(即三相电源所输出的交流电压)经过第一整流器进行整流后得到脉动的直流电压，并经限流电阻；然后经过电容进行平滑滤波后得到平滑的直流电压，即工作电压；接着，将工作电压输出至IPM的P、N端口。同时，其中一相交流市电经第二整流电路进行整流后，再经开关电源进行降压后的得到控制电压；接着，将控制电压输出至IPM的控制电压“+”、“-”端口。

在图5-图7中，当单相电源或三相电源开始供电时，开关电源就开始工作。假设将单相电源或三相电源开始供电的时刻记为0，那么，微处理器可以用于：在t1时刻，控制第二开关闭合，此时主回路通过限流电阻接通，电容开始充电；在t1+t2时刻，控制第一开关闭合，此时限流电阻和第二开关被短路，失去作用；在t1+t2+t3时刻，控制第二开关断开。从而完成了对IPM的控制，保证了先向IPM加载控制电压再加载工作电压，提高了IPM工作可靠性。其中，t1、t2、t3均大于0；t1大于或等于开关电源的工作时间，t2大于或等于电容的充电时间。

可选的，在图6中，微处理器可以具体用于：同时控制2个第二开关的闭合或断开；和/或，同时控制3个第一开关的闭合或断开。当然，具体实现时，微处理器也可以具体用于：先后控制2个第二开关的闭合或断开；和/或，先后控制3个第一开关的闭合或断开。

本发明实施例还提供了一种控制IPM的方法，该方法可以应用于上文提供的任一种IPM控制IPM的电路中。该方法具体应用于IPM的上电阶段。本实施例中相关内容的解释可以参考上文。

该方法可以包括：通过交流电源为IPM提供工作电压和控制电压；其中，在确定已经为IPM加载了控制电压之后，控制为IPM提供工作电压的通路由断开切换为导通。

在一种可选的实现方式中，通过交流电源为IPM提供控制电压，具体可以包括：将交流电源输出的交流电压进行整流，得到直流电压；对直流电压进行降压，得到控制电压。

进一步可选的，该方法还可以包括：在确定已经对直流电压进行降压处理之后，确定已经为IPM加载了控制电压。

举例而言，具体实现时，可以根据预设的或检测得到的降压的时间，确定是否已经对直流电压进行了降压。其中，降压的时间是指执行降压的模块或器件(例如，上文中的开关电源)的工作时间。

本发明实施例提供的控制IPM的方法，通过在确定已经为IPM加载了控制电压之后，控制为IPM提供工作电压的通路由断开切换为导通，从而实现了先为IPM加载控制电压，再加载工作电压；从而解决了现有技术中因先为IPM加载工作电压再加载控制电压，而导致的IPM中的IGBT因短路而被烧坏的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种控制智能功率模块IPM的电路，其特征在于，包括：交流电源、第一模块、第二模块和微处理器；

所述第一模块用于产生工作电压，所述第二模块用于产生控制电压；所述第一模块的输入端和所述第二模块的输入端分别与所述交流电源的输出端连接，所述第一模块的输出端与所述IPM的工作电压输入端连接，所述第二模块的输出端与所述IPM的控制电压输入端连接；

所述第一模块中包括：

第一整流器；所述第一整流器用于对所述交流电源输出的交流电压进行整流，得到直流电压；

电容；所述电容用于对所述第一整流器输出的直流电压进行平滑滤波，得到工作电压；

切换组件；所述切换组件中包括限流电阻和第一开关，所述限流电阻与所述第一开关并联；所述切换组件设置在所述交流电源与所述电容之间；

第二开关；所述第二开关设置在包含所述限流电阻的回路上；所述第二开关用于在闭合时使所述第一模块向所述IPM加载工作电压，在断开时使所述第一模块不通过所述限流电阻向所述IPM加载工作电压；

所述第二模块中包括：

开关电源；所述开关电源用于对所述交流电源输出的交流电压经整流后得到直流电压进行降压，得到控制电压；

所述微处理器；用于在所述开关电源的工作时间到达之后，控制所述第二开关闭合；其中，在所述开关电源的工作时间到达之前，所述第二开关处于断开状态，所述开关电源的工作时间是指所述开关电源对所输入的直流电压进行降压所使用的时间。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二开关设置在所述切换组件中，且与所述限流电阻串联。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述微处理器还用于在控制所述第二开关闭合的预设时间段之后，控制所述第一开关闭合；并在控制所述第一开关闭合之后，控制所述第二开关断开。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述第二开关设置在所述第一整流器与所述电容之间；

所述第二模块与所述第一模块共享所述第一整流器；所述第一整流器的输出端与所述开关电源的输入端连接。

5.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述第二模块还包括：

第二整流器；所述第二整流器的输入端与所述交流电源的输出端连接，所述第二整流器的输出端与所述开关电源的输入端连接。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，当所述交流电源为三相电源时，所述三相电源的三个相位输出端的其中两个上各设置一个所述第二开关。

7.一种控制IPM的方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一项所述的电路，所述方法包括：

通过交流电源为所述IPM提供工作电压和控制电压；

其中，在确定已经为所述IPM加载了控制电压之后，控制为所述IPM提供工作电压的通路由断开切换为导通。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通过交流电源为所述IPM提供控制电压，包括：

将所述交流电源输出的交流电压进行整流，得到直流电压；

对所述直流电压进行降压，得到控制电压。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在确定已经对所述直流电压进行降压之后，确定已经为所述IPM加载了控制电压。