CN108173241A - Ipm模块的保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IPM模块的保护电路，包括：IPM模块，包括输出端，通过输出端输出IPM模块的主电流；检测处理模块，检测处理模块的输入端与IPM模块输出端连接，用于检测IPM模块是否出现电路故障，并输出表征IPM模块是否出现电路故障的故障确认信号；控制模块，控制模块的输入端与检测处理模块的输出端连接，控制模块的输出端与IPM模块的输入端连接，用于根据故障确认信号输出IPM控制信号，控制IPM模块的运行。本发明解决了现有技术中IPM模块保护电路存在准确度低的问题，提高了IPM模块保护电路的可靠性。

Description

IPM模块的保护电路
技术领域
本发明涉及IPM保护技术领域，具体而言，涉及一种IPM模块的保护电路。
背景技术
随着市场竞争日益激烈，目前商用空调压缩机驱动变频器方案正朝着高功率密度、低损耗、低成本的方向发展，IPM(Intelligent PowerModule，智能功率模块)方案由于集成度高且应用便利受到广泛的应用。
作为电机驱动的核心部件，IPM电流值是一个至关重要的参数，电流过大就会将IPM烧坏，因此需要设置IPM的电流保护电路。目前，IPM的电流保护电路是在IPM的下桥臂的输出端与地之间连接采样电阻，然后将采样电阻的高电位端连接至IPM的过流保护引脚CIN，通过检测采样电阻上的电压值，来判断电流的大小，进行过流保护。然而，IPM模块散热较大，采样电阻的阻值随温度变化而变化时，会影响对是否过流的判断，同时，故障发生后，CIN引脚的电压输入给IPM模块，随后关断IGBT的栅极，但IC内部的动作有时间延迟，灵敏度较低。
针对相关技术IPM模块保护电路存在准确度低的问题，目前尚未提出有效地解决方案。
发明内容
本发明提供了一种IPM模块的保护电路，以至少解决现有技术中IPM模块保护电路存在准确度低的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种IPM模块的保护电路，包括：IPM模块，包括输出端，通过输出端输出IPM模块的主电流；检测处理模块，检测处理模块的输入端与IPM模块输出端连接，用于检测IPM模块是否出现电路故障，并输出表征IPM模块是否出现电路故障的故障确认信号；控制模块，控制模块的输入端与检测处理模块的输出端连接，控制模块的输出端与IPM模块的输入端连接，用于根据故障确认信号输出IPM控制信号，控制IPM模块的运行。
进一步地，检测处理模块包括：采样电阻，采样电阻的第一端与IPM模块输出端NU、NV、NW的共接端连接，采样电阻的第二端连接于地信号，用于根据IPM模块的主电流提供采样电压；比较电路，比较电路的输入端与采样电阻连接，用于根据采样电阻提供的采样电压确定IPM模块是否出现电路故障，并输出检测结果。
进一步地，比较电路包括：比较器，比较器的负极输入端与采样电阻的第一端连接，比较器的正极输入端与基准电路连接，比较器的输出端用于输出检测结果；基准电路，包括第一分压电阻和第二分压电阻，其中，第一分压电阻的第一端与基准电源连接，第二端分别与比较器的正极输入端、第二分压电阻的第一端连接，第二分压电阻的第二端连接于地信号，用于提供比较器所需的基准电压。
进一步地，比较电路还包括：第一毛刺消除电路，包括第一电阻和第一电容，其中，第一电阻的第一端与采样电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与比较器的负极输入端连接，第一电容的第一端分别与第一电阻的第二端、比较器的负极输入端连接，第一电容的第二端连接于地信号，用于消除比较电路中的毛刺信号。
进一步地，检测处理模块还包括：信号延长电路，信号延长电路的输入端与比较器的输出端连接，用于延长检测结果的持续时间。
进一步地，信号延长电路包括：定时器，定时器的输入端与比较器的输出端连接；反相电路，反相电路的输入端与定时器的输出端连接，用于将定时器的输出结果反向并进行输出。
进一步地，定时器为555定时器，信号延长电路还包括：上拉电阻，上拉电阻的第一端与分别与比较器的输出端、555定时器的输入端连接，上拉电阻的第二端与基准电源连接。
进一步地，反相电路包括：三极管，三极管的基极通过第三电阻与555定时器的输出端连接，三极管的集电极通过第四电阻与基准电源连接，三极管的发射极连接于地信号；第二毛刺消除电路，包括第二电阻和第二电容，其中，第二电阻的第一端分别与第四电阻的第一端、三极管的集电极连接，第二电阻的第二端与控制模块的输入端连接，第二电容的第一端分别与第四电阻的第二端、控制模块的输入端连接，第二电容的第二端连接于地信号，用于消除反相电路中的毛刺信号。
进一步地，控制模块包括：数字信号处理器，数字信号处理器的输入端分别与第二电阻的第二端、第二电容的第一端连接，数字信号处理器的输出端与IPM模块的输入端连接，用于根据故障确认信号输出IPM控制信号，控制IPM模块的运行。
进一步地，根据故障确认信号输出IPM控制信号，控制IPM模块的运行包括：在故障确认信号为非故障信号时，输出第一PWM信号，驱动IPM模块正常工作；在故障确认信号为故障信号时，输出第二PWM信号，控制IPM模块停止工作。
在本发明中，提供了一种新结构的用于保护IPM模块的保护电路，该保护电路中设置检测处理模块可根据IPM模块的主电流即可生成表征IPM模块是否出现电路故障的故障确认信号，在生成该故障确认信号之后，输出至控制模块，通过控制模块产生控制IPM模块的运行的IPM控制信号，整个故障判断过程不是IPM模块实现，而是外置的检测处理模块和控制模块，IPM模块只需根据控制模块的控制信号进行相应动作即可。本方案中的电路保护方式，相较于传统的IPM模块的保护电路，避免了IPM模块在判断是否出现电路故障时受检测电阻阻值变化的影响，有效地解决了现有技术中IPM模块保护电路存在准确度低的问题，提高了IPM模块保护电路的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例1提供了一种可选的IPM模块的保护电路；
图2是本发明实施例1提供的一种可选的IPM模块的保护电路的结构框图；以及
图3是本发明实施例1提供的另一种可选的IPM模块的保护电路。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置或方法的例子。
实施例1
图1提供了一种可选的IPM模块(Intelligent Power Module，智能功率模块)的保护电路，如图1所示，通过IPM模块中主电流经IGBT硅片分流的传感电流流经传感电阻Rs，在Rs上产生压降，该电压信号反馈到IPM的CIN引脚，IPM模块散热较大，传感电阻的阻值随温度变化而变化时，会影响保护的电流值，同时，故障发生后，CIN引脚的电压输入给模块，使得IGBT的栅极被关断，IC内部的动作有时间延迟，灵敏度较低。
鉴于此，在本发明的一个实施方式中提供了一种新的IPM模块的保护电路，具体地，图2示出该IPM模块的保护电路的一种可选的结构框图，如图2所示，该保护电路包括：IPM模块10，包括输出端，通过输出端输出IPM模块的主电流；检测处理模块20，检测处理模块20的输入端与IPM模块10输出端连接，用于检测IPM模块10是否出现电路故障，并输出表征IPM模块10是否出现电路故障的故障确认信号；控制模块30，控制模块30的输入端与检测处理模块20的输出端连接，控制模块30的输出端与IPM模块10的输入端连接，用于根据故障确认信号输出IPM控制信号，控制IPM模块10的运行。
优选的，上述IPM模块采用DIPIPM模块方案，该方案中DIPIPM采用便于量产、性能优异的压注模封装技术，将电机控制用逆变回路的功率硅片及其驱动和保护电路等集成于一个模块之中。绝缘导热结构采用绝缘导热片结构，结到壳间的热阻大大降低，具有成本低、额定功率高、耐电流耐电压能力强、IGBT开通关断速度可调等优点。DIPIPM模块采用自举电路拓扑，通过使用自举电路，不再需要传统的用3路相互隔离的15V电源来驱动P侧的3个IGBT单元，变频启动时通过N侧IGBT导通对自举电容进行初始化充电。
在上述实施方式中，提供了一种新结构的用于保护IPM模块的保护电路，该保护电路中设置检测处理模块可根据IPM模块的主电流即可生成表征IPM模块是否出现电路故障的故障确认信号，在生成该故障确认信号之后，输出至控制模块，通过控制模块产生控制IPM模块的运行的IPM控制信号，整个故障判断过程不是IPM模块实现，而是外置的检测处理模块和控制模块，IPM模块只需根据控制模块的控制信号进行相应动作即可。本方案中的电路保护方式，相较于传统的IPM模块的保护电路，避免了IPM模块在判断是否出现电路故障时受检测电阻阻值变化的影响，有效地解决了现有技术中IPM模块保护电路存在准确度低的问题，提高了IPM模块保护电路的可靠性。
图3示出上述IPM模块保护电路的一种可选的实施方式，具体地，检测处理模块可以包括：采样电阻R1，采样电阻R1的第一端与IPM模块输出端NU、NV、NW的共接端连接，采样电阻R1的第二端连接于地信号GND，用于根据IPM模块的主电流提供采样电压；比较电路，比较电路的输入端与采样电阻R1连接，用于根据采样电阻R1提供的采样电压确定IPM模块是否出现电路故障，并输出检测结果。
其中，优选地，比较电路可以包括：比较器Q，比较器Q的负极输入端(-)与采样电阻R1的第一端连接，比较器Q的正极输入端(+)与基准电路连接，比较器Q的输出端用于输出检测结果；基准电路，包括第一分压电阻R4和第二分压电阻R3，其中，第一分压电阻R4的第一端与基准电源连接，第二端分别与比较器Q的正极输入端(+)、第二分压电阻R3的第一端连接，第二分压电阻R3的第二端连接于地信号，用于提供比较器Q所需的基准电压。通过比较器的方式将采样电阻R1的采样信号进行比较处理，以判断IPM模块是否出现电路故障，容易实现，成本低，并且，整个故障判断过程不是IPM模块内部实现，相较于传统的IPM模块的保护电路，避免了IPM模块在判断是否出现电路故障时受检测电阻阻值变化的影响。
在一个实施方式中，比较电路还包括：第一毛刺消除电路，包括第一电阻R2和第一电容C1，其中，第一电阻R2的第一端与采样电阻R1的第一端连接，第一电阻R2的第二端与比较器Q的负极输入端(-)连接，第一电容C1的第一端分别与第一电阻R2的第二端、比较器Q的负极输入端(-)连接，第一电容C1的第二端连接于地信号GND，用于消除比较电路中的毛刺信号。
在一个优选的实施方式中，还对上述IPM模块的保护电路进行了优化，以实现延长故障脉冲信号，增加判断的准确性，具体实现时，检测处理模块还包括：信号延长电路，该信号延长电路的输入端与比较器Q的输出端连接，用于延长检测结果的持续时间。
具体地，信号延长电路包括：定时器(例如555定时器)，该定时器的输入端(TRIG)与比较器Q的输出端连接；反相电路，反相电路的输入端与定时器的输出端(OUT)连接，用于将定时器的输出结果反向并进行输出。
优选地，在定时器为555定时器时，信号延长电路还包括：上拉电阻R5，上拉电阻R5的第一端与分别与比较器Q的输出端、555定时器的输入端连接，上拉电阻R5的第二端与基准电源连接。
具体实现时，反相电路包括：三极管，三极管的基极通过第三电阻与555定时器的输出端连接，三极管的集电极通过第四电阻R7与基准电源VCC连接，三极管的发射极连接于地信号；第二毛刺消除电路，包括第二电阻R8和第二电容C2，其中，第二电阻R8的第一端分别与第四电阻R7的第一端、三极管的集电极连接，第二电阻R8的第二端与控制模块的输入端连接，第二电容C2的第一端分别与第四电阻R7的第二端、控制模块的输入端连接，第二电容C2的第二端连接于地信号GND，用于消除反相电路中的毛刺信号。
此外，控制模块可以包括数字信号处理器DSP，数字信号处理器DSP的输入端分别与第二电阻R8的第二端、第二电容C2的第一端连接，数字信号处理器DSP的输出端与IPM模块的输入端连接，用于根据故障确认信号输出IPM控制信号，控制IPM模块的运行。
在根据故障确认信号输出IPM控制信号，控制IPM模块的运行时：在故障确认信号为非故障信号时，输出第一PWM信号，驱动IPM模块正常工作；在故障确认信号为故障信号时，输出第二PWM信号，控制IPM模块停止工作。
下面对上述IPM模块的保护电路的工作原理进行说明，以便更好的理解本发明的上述各个实施方式：
IPM模块的保护从IPM模块输出端NU、NV和NW的主电流经过采样电阻R1接地，将电流信号转换为电压信号，输入到电压比较器Q的反相输入端，电压比较器Q的正相输入端作为限流的参考电压，通过分压电阻R3和R4计算出需要的参考电压。为了防止故障脉冲时间太短DSP不能及时反应，增加555定时器用于持续故障脉冲时间，扩宽脉冲。当IPM电流正常时，电压比较器的反相输入端电压小于正相输入端电压值，电压比较器输出端为高电平。电压比较器的输出端接上拉电阻R5与555定时器的输入引脚TRIG相连，当555定时器输入为高电平时，其输出引脚OUT为低电平，三极管截止，GPIO口通过电阻R7和R8接VCC，输入信号为高电平；当出现故障信号时，电压比较器输出端为低电平，则555定时器输出为高电平，同时扩宽脉冲信号，三极管导通，GPIO口通过电阻R8和三极管接地，输入信号为低电平，DSP检测到故障信号时失能PWM输出，IPM模块停止工作，从而对IPM模块进行保护。该方案采用外接电路，既能防止IPM模块散热导致电阻等元器件异常，又能当出现故障信号时立刻停止IPM模块工作，提高电路的可靠性。
在本发明的上述实施例中，提供了一种新结构的用于保护IPM模块的保护电路，该保护电路中设置检测处理模块可根据IPM模块的主电流即可生成表征IPM模块是否出现电路故障的故障确认信号，在生成该故障确认信号之后，输出至控制模块，通过控制模块产生控制IPM模块的运行的IPM控制信号，整个故障判断过程不是IPM模块实现，而是外置的检测处理模块和控制模块，IPM模块只需根据控制模块的控制信号进行相应动作即可。本方案中的电路保护方式，相较于传统的IPM模块的保护电路，避免了IPM模块在判断是否出现电路故障时受检测电阻阻值变化的影响，有效地解决了现有技术中IPM模块保护电路存在准确度低的问题，提高了IPM模块保护电路的可靠性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种IPM模块的保护电路，其特征在于，包括：
IPM模块，包括输出端，通过所述输出端输出所述IPM模块的主电流；
检测处理模块，所述检测处理模块的输入端与所述IPM模块输出端连接，用于检测所述IPM模块是否出现电路故障，并输出表征所述IPM模块是否出现电路故障的故障确认信号；
控制模块，所述控制模块的输入端与所述检测处理模块的输出端连接，所述控制模块的输出端与所述IPM模块的输入端连接，用于根据所述故障确认信号输出IPM控制信号，控制所述IPM模块的运行。
2.根据权利要求1所述的IPM模块的保护电路，其特征在于，所述检测处理模块包括：
采样电阻，所述采样电阻的第一端与所述IPM模块输出端NU、NV、NW的共接端连接，所述采样电阻的第二端连接于地信号，用于根据所述IPM模块的主电流提供采样电压；
比较电路，所述比较电路的输入端与所述采样电阻连接，用于根据所述采样电阻提供的采样电压确定所述IPM模块是否出现电路故障，并输出所述检测结果。
3.根据权利要求2所述的IPM模块的保护电路，其特征在于，所述比较电路包括：
比较器，所述比较器的负极输入端与所述采样电阻的第一端连接，所述比较器的正极输入端与基准电路连接，所述比较器的输出端用于输出所述检测结果；
基准电路，包括第一分压电阻和第二分压电阻，其中，所述第一分压电阻的第一端与基准电源连接，第二端分别与所述比较器的正极输入端、所述第二分压电阻的第一端连接，所述第二分压电阻的第二端连接于地信号，用于提供所述比较器所需的基准电压。
4.根据权利要求3所述的IPM模块的保护电路，其特征在于，所述比较电路还包括：
第一毛刺消除电路，包括第一电阻和第一电容，其中，所述第一电阻的第一端与所述采样电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述比较器的负极输入端连接，所述第一电容的第一端分别与所述第一电阻的第二端、所述比较器的负极输入端连接，所述第一电容的第二端连接于地信号，用于消除比较电路中的毛刺信号。
5.根据权利要求4所述的IPM模块的保护电路，其特征在于，所述检测处理模块还包括：
信号延长电路，所述信号延长电路的输入端与所述比较器的输出端连接，用于延长所述检测结果的持续时间。
6.根据权利要求5所述的IPM模块的保护电路，其特征在于，所述信号延长电路包括：
定时器，所述定时器的输入端与所述比较器的输出端连接；
反相电路，所述反相电路的输入端与所述定时器的输出端连接，用于将所述定时器的输出结果反向并进行输出。
7.根据权利要求6所述的IPM模块的保护电路，其特征在于，所述定时器为555定时器，所述信号延长电路还包括：
上拉电阻，所述上拉电阻的第一端与分别与所述比较器的输出端、所述555定时器的输入端连接，所述上拉电阻的第二端与所述基准电源连接。
8.根据权利要求6或7所述的IPM模块的保护电路，其特征在于，所述反相电路包括：
三极管，所述三极管的基极通过第三电阻与所述555定时器的输出端连接，所述三极管的集电极通过第四电阻与基准电源连接，所述三极管的发射极连接于地信号；
第二毛刺消除电路，包括第二电阻和第二电容，其中，所述第二电阻的第一端分别与所述第四电阻的第一端、所述三极管的集电极连接，所述第二电阻的第二端与所述控制模块的输入端连接，所述第二电容的第一端分别与所述第四电阻的第二端、所述控制模块的输入端连接，所述第二电容的第二端连接于地信号，用于消除所述反相电路中的毛刺信号。
9.根据权利要求8所述的IPM模块的保护电路，其特征在于，所述控制模块包括：
数字信号处理器，所述数字信号处理器的输入端分别与所述第二电阻的第二端、所述第二电容的第一端连接，所述数字信号处理器的输出端与所述IPM模块的输入端连接，用于根据所述故障确认信号输出IPM控制信号，控制所述IPM模块的运行。
10.根据权利要求9所述的IPM模块的保护电路，其特征在于，所述根据所述故障确认信号输出IPM控制信号，控制所述IPM模块的运行包括：
在所述故障确认信号为非故障信号时，输出第一PWM信号，驱动所述IPM模块正常工作；
在所述故障确认信号为故障信号时，输出第二PWM信号，控制所述IPM模块停止工作。
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