CN109194246A - 一种过温保护装置、电机及其过温保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过温保护装置、电机及其过温保护方法，该装置包括：过流保护单元、和/或PTC保护单元；其中，所述过流保护单元，用于在待保护的功率器件的当前电流大于或等于设定的过流检测值的情况下，通过控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流；和/或，所述PTC保护单元，与待保护的功率器件设置在一起，用于在所述功率器件的当前温度大于或等于设定的热敏温度值的情况下，通过升高自身电阻而降低所述功率器件的当前电流进而降低所述当前温度。本发明的方案，可以解决温度检测使用的温度或温升和电流之间有的函数关系进行温度检测存在温度采样不准的问题，达到提升温度采样精准性的效果。

Description

一种过温保护装置、电机及其过温保护方法

技术领域

本发明属于过温保护技术领域，具体涉及一种过温保护装置、电机及其过温保护方法，尤其涉及一种硬件实现的功率器件高温电流抑制装置、具有该装置的电机、以及该电机的功率器件高温电流抑制方法。

背景技术

现代社会，随着经济的发展人们对生活质量要求越来越高，家用电器也随之增多，但是由于家用电器故障导致的电气火灾也影响着人们的安全，所以电器安全显得尤为重要，电气火灾大多数是由于功率器件运行时电流较大，造成连线或者功率器件发热严重导致损坏，产生明火引起火灾，在电器运行时在电流超过上限值时能够将电流进行减低就可以降低火灾的发生，保护电器不受损坏。

由于功率器件IGBT、MOSFET和二极管等功率器件电流过大造成芯片损耗过大，芯片发热严重，如果不能及时对电流进行限制，功率器件将会因为温度过高造成烧损。而目前常用的温度检测使用的温度或温升和电流之间有的函数关系进行温度检测，由于功率器件和温度采样器件为两种器件函数对应关系随外部散热环境不同会发生变化，导致温度采样不准，使功率器件发生失效或烧损。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种过温保护装置、电机及其过温保护方法，以解决现有技术中温度检测使用的温度或温升和电流之间有的函数关系进行温度检测存在温度采样不准的问题，达到提升温度采样精准性的效果。

本发明提供一种过温保护装置，包括：过流保护单元、和/或PTC保护单元；其中，所述过流保护单元，用于在待保护的功率器件的当前电流大于或等于设定的过流检测值的情况下，通过控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流；和/或，所述PTC保护单元，与待保护的功率器件设置在一起，用于在所述功率器件的当前温度大于或等于设定的热敏温度值的情况下，通过升高自身电阻而降低所述功率器件的当前电流进而降低所述当前温度。

可选地，所述过流保护单元，包括：电流检测模块和控制模块；其中，所述电流检测模块，用于检测待保护的功率器件的当前电流；所述控制模块，用于确定所述当前电流是否大于或等于设定的过流检测值；以及，若所述当前电流大于或等于所述过流检测值，则控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流。

可选地，所述PTC保护单元，与所述功率器件焊接在一起。

可选地，所述PTC保护单元，包括：依次设置在一起的PTC焊接层、引线框架、陶瓷绝缘层和铜基片；所述PTC焊接层远离所述引线框架的一面，与所述功率器件焊接在一起。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电机，包括：以上所述的过温保护装置。

与上述电机相匹配，本发明再一方面提供一种电机的过温保护方法，包括：通过过流保护单元，在待保护的功率器件的当前电流大于或等于设定的过流检测值的情况下，通过控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流；和/或，通过与待保护的功率器件设置在一起的PTC保护单元，在所述功率器件的当前温度大于或等于设定的热敏温度值的情况下，通过升高自身电阻而降低所述功率器件的当前电流进而降低所述当前温度。

可选地，通过过流保护单元，在待保护的功率器件的当前电流大于或等于设定的过流检测值的情况下，通过控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流，包括：通过电流检测模块，检测待保护的功率器件的当前电流；通过控制模块，确定所述当前电流是否大于或等于设定的过流检测值；以及，若所述当前电流大于或等于所述过流检测值，则控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流。

本发明的方案，通过将温度采样的PTC材料和器件焊接材料有效的结合，可以提升温度采样精准性，还可以减少单独使用温度采样器件，降低成本。

进一步，本发明的方案，通过将温度采样的材料和功率器件直接接触，可以实现温度采样材料可以真实的反应出功率器件的实际温度，提升温度采样的精准性和可靠性。

进一步，本发明的方案，通过将温度采样的材料和功率器件直接接触，如果外部电流检测系统失效，芯片温度升高时，功率芯片和框架的结合部焊接层由于采用PTC材料可以通过温度升高导致电阻急剧增大，限制和降低功率芯片流过的电流，从而降低芯片温度，保证功率器件不受损坏。

由此，本发明的方案，通过采用PTC正温度系数材料的焊接层，当模块温度高于95度时焊接层电阻急剧升高，流过芯片的电流减小，解决现有技术中温度检测使用的温度或温升和电流之间有的函数关系进行温度检测存在温度采样不准的问题，从而，克服现有技术中温度检测准确性差、过温保护可靠性低和易损坏功率器件的缺陷，实现温度检测准确性好、过温保护可靠性高和不易损坏功率器件的有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的过温保护装置的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的功率器件的一实施例的过温保护流程示意图；

图3为本发明的功率器件的一实施例的功率器件俯视结构示意图；

图4为本发明的功率器件的一实施例的功率器件内部结构焊接结构示意图；

图5为本发明的功率器件的一实施例的焊接层温度和电阻曲线图；

图6为本发明的功率器件的一实施例的连接关系示意图；

图7为本发明的过温保护方法中过流保护的一实施例的流程示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-功率芯片；2-PTC焊接层(如具有PTC特性的焊接层)；3-引线框架；4-陶瓷绝缘层；5-铜基片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

根据本发明的实施例，提供了一种过温保护装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该过温保护装置可以包括：过流保护单元、和/或PTC保护单元。其中，该过温保护装置，可以通过过流保护单元通过过流保护实现过温保护，也可以通过PTC保护单元通过热敏电阻限流实现过温保护。

具体地，所述过流保护单元，可以用于在待保护的功率器件的当前电流大于或等于设定的过流检测值的情况下，通过控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流。

例如：通过采用电流检测对流过功率器件的电流进行检测，通过控制单元反馈调节运行功率调节电流大小，如通过控制部分反馈调节降低电流。

可选地，所述过流保护单元，可以包括：电流检测模块和控制模块。

具体地，所述电流检测模块，可以用于检测待保护的功率器件的当前电流。

具体地，所述控制模块，可以用于确定所述当前电流是否大于或等于设定的过流检测值；以及，若所述当前电流大于或等于所述过流检测值，则控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流。具体使用过程中，若所述当前电流小于所述过流检测值，则控制所述电机的负载维持当前负载量。

例如：检测系统检测电流I≥I1(过流检测值)，检测系统会将过流信号反馈给控制系统，控制系统通过调节电机系统负载功率减小电流，降低功率器件芯片温度，防止功率器件温度过高造成烧损。

由此，通过电流检测模块和控制模块实现过流保护，结构简单，且保护的可靠性好。

具体地，所述PTC保护单元，与待保护的功率器件设置在一起，可以用于在所述功率器件的当前温度大于或等于设定的热敏温度值的情况下，通过升高自身电阻而降低所述功率器件的当前电流进而降低所述当前温度。

例如：当实际电流I≥I1时，电流检测系统失效或者控制系统失效时，电流增加导致芯片和焊接层温度升高，当温度超过95度时，由于焊接层采用PTC材料电阻急剧升高电流迅速降低，芯片温度降低，解决了芯片因为温度过高造成器件损伤。功率模块电流减小，解决了因功率器件过流或烧损导致控制部分其他器件损坏。

由此，通过多种方式实现对功率器件的过温保护，提高了过温保护的可靠性和安全性；而且，通过PTC保护单元，可以在过流保护单元失效的情况下依然进行过温保护，不仅温度采样精准性好，而且可以提升保护的可靠性。

可选地，所述PTC保护单元，与所述功率器件焊接在一起。

例如：由于将温度采样器件的材料和功率器件焊接材料结合为一种材料可以有效的减少器件的使用，温度采样的数值更精准。如：采样的热敏电阻与功率芯片接触，实现精准采样，而且参与限流作用可以及时保护器件不受烧损。

由此，通过将PTC保护单元与功率器件焊接在一起，使得PTC保护单元与功率器件足够接近，有利于提升温度采样的及时性和精准性。

可选地，所述PTC保护单元，可以包括：依次设置在一起的PTC焊接层2、引线框架3、陶瓷绝缘层4和铜基片5。

其中，所述PTC焊接层2远离所述引线框架3的一面，与所述功率器件(如功率芯片1)焊接在一起。例如：芯片主要贴附在引线框架上，绝缘层主要是隔绝芯片的强电和铜片散热片，铜基片主要散热作用。

例如：将温度采样的PTC材料和器件焊接材料有效的结合，减少单独使用温度采样器件，降低成本高的问题；温度采样的材料和功率器件直接接触，可以实现温度采样材料可以真实的反应出功率器件的实际温度。

例如：如果外部电流检测系统失效，芯片温度升高时，功率芯片和框架的结合部焊接层由于采用PTC材料可以通过温度升高导致电阻急剧增大，限制和降低功率芯片流过的电流，从而降低芯片温度，保证功率器件不受损坏。

例如：控制部分或者检测部分失效，模块内部由于采用PTC正温度系数材料的焊接层，当模块温度高于95度时焊接层电阻急剧升高，使得流过芯片的电流减小(如图3和图4)。流过芯片的电流减小，芯片损耗降低，芯片温度降低防止了功率器件因温度过高造成损坏。功率模块的电流减小防止控制器其他器件损坏，防止电流过大器件和连接线温度过高造成火灾。

由此，通过在功率器件的焊接面依次焊接PTC焊接层、引线框架、陶瓷绝缘层和铜基片，可以保证温度采样的便捷性和精准性，也可以保证散热的及时性和高效性。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将温度采样的PTC材料和器件焊接材料有效的结合，可以提升温度采样精准性，还可以减少单独使用温度采样器件，降低成本。

根据本发明的实施例，还提供了对应于过温保护装置的一种电机。该电机可以包括：以上所述的过温保护装置。

在一个可选实施方式中，本发明的方案，可以将温度采样的PTC材料和器件焊接材料有效的结合，减少单独使用温度采样器件，降低成本高的问题；温度采样的材料和功率器件直接接触，可以实现温度采样材料可以真实的反应出功率器件的实际温度；如果外部电流检测系统失效，芯片温度升高时，功率芯片和框架的结合部焊接层由于采用PTC材料可以通过温度升高导致电阻急剧增大，限制和降低功率芯片流过的电流，从而降低芯片温度，保证功率器件不受损坏。

其中，这种方案至少可以实现以下功能：

(1)通过采用电流检测对流过功率器件的电流进行检测，通过控制部分反馈调节降低电流。

例如：通过采用电流检测单元对流过功率器件的电流进行检测，通过控制单元反馈调节运行功率调节电流大小。

(2)控制部分或者检测部分失效，模块内部由于采用PTC正温度系数材料的焊接层，当模块温度高于95度时焊接层电阻急剧升高，使得流过芯片的电流减小(如图3和图4)。

(3)流过芯片的电流减小，芯片损耗降低，芯片温度降低防止了功率器件因温度过高造成损坏。

(4)功率模块的电流减小防止控制器其他器件损坏，防止电流过大器件和连接线温度过高造成火灾。

(5)由于将温度采样器件的材料和功率器件焊接材料结合为一种材料可以有效的减少器件的使用，温度采样的数值更精准。

在一个可选具体实施方式中，可以参见图2至图5所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。

传统的热敏电阻距离功率器件远采样精度不高，而且无法实现限流保护，本发明的方案可由于采样的热敏电阻与功率芯片接触，实现精准采样，而且参与限流作用可以及时保护器件不受烧损。

图3和图4中，IGBT为变频中的开关器件；二极管为开关过程中续流作用，防止电流变化过大造成尖峰电压对IGBT进行过压损伤，焊接层热敏电阻为功率器件采样和限流作用。各模块之间的连接关系可以参见图6所示的例子，如二极管D1、热敏电阻焊接层R1。

在一个可选具体例子中，本发明的方案，通过一种空调的电机控制电路，其中包括检测系统、控制系统、功率模块、电机系统，具体方案实施如下：

(1)检测系统检测电流I≥I1(过流检测值)，检测系统会将过流信号反馈给控制系统，控制系统通过调节电机系统负载功率减小电流，降低功率器件芯片温度，防止功率器件温度过高造成烧损。

(2)当实际电流I≥I1时，电流检测系统失效或者控制系统失效时，电流增加导致芯片和焊接层温度升高，当温度超过95度时，由于焊接层采用PTC材料电阻急剧升高电流迅速降低，芯片温度降低，解决了芯片因为温度过高造成器件损伤。

(3)功率模块电流减小，解决了因功率器件过流或烧损导致控制部分其他器件损坏。

由于本实施例的电机所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将温度采样的材料和功率器件直接接触，可以实现温度采样材料可以真实的反应出功率器件的实际温度，提升温度采样的精准性和可靠性。

根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的一种电机的过温保护方法，如图2所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该电机的过温保护方法可以包括以下任一种保护方式。也就是说，可以通过过流保护单元通过过流保护实现过温保护，也可以通过PTC保护单元通过热敏电阻限流实现过温保护。

第一种保护方式：通过过流保护单元，在待保护的功率器件的当前电流大于或等于设定的过流检测值的情况下，通过控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流。

例如：通过采用电流检测对流过功率器件的电流进行检测，通过控制单元反馈调节运行功率调节电流大小，如通过控制部分反馈调节降低电流。

可选地，可以结合图2所示本发明的方法中过流保护的一实施例流程示意图，进一步说明过流保护的具体过程，可以包括：步骤S110至步骤S130。

步骤S110，通过电流检测模块，检测待保护的功率器件的当前电流。

步骤S120，通过控制模块，确定所述当前电流是否大于或等于设定的过流检测值。以及，

步骤S130，若所述当前电流大于或等于所述过流检测值，则控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流。具体使用过程中，若所述当前电流小于所述过流检测值，则控制所述电机的负载维持当前负载量。

例如：检测系统检测电流I≥I1(过流检测值)，检测系统会将过流信号反馈给控制系统，控制系统通过调节电机系统负载功率减小电流，降低功率器件芯片温度，防止功率器件温度过高造成烧损。

由此，通过电流检测模块和控制模块实现过流保护，结构简单，且保护的可靠性好。

第二种保护方式：通过与待保护的功率器件设置在一起的PTC保护单元，在所述功率器件的当前温度大于或等于设定的热敏温度值的情况下，通过升高自身电阻而降低所述功率器件的当前电流进而降低所述当前温度。

例如：当实际电流I≥I1时，电流检测系统失效或者控制系统失效时，电流增加导致芯片和焊接层温度升高，当温度超过95度时，由于焊接层采用PTC材料电阻急剧升高电流迅速降低，芯片温度降低，解决了芯片因为温度过高造成器件损伤。功率模块电流减小，解决了因功率器件过流或烧损导致控制部分其他器件损坏。

由此，通过多种方式实现对功率器件的过温保护，提高了过温保护的可靠性和安全性；而且，通过PTC保护单元，可以在过流保护单元失效的情况下依然进行过温保护，不仅温度采样精准性好，而且可以提升保护的可靠性。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述电机的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过将温度采样的材料和功率器件直接接触，如果外部电流检测系统失效，芯片温度升高时，功率芯片和框架的结合部焊接层由于采用PTC材料可以通过温度升高导致电阻急剧增大，限制和降低功率芯片流过的电流，从而降低芯片温度，保证功率器件不受损坏。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种过温保护装置，其特征在于，包括：过流保护单元、和/或PTC保护单元；其中，

所述过流保护单元，用于在待保护的功率器件的当前电流大于或等于设定的过流检测值的情况下，通过控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流；和/或，

所述PTC保护单元，与待保护的功率器件设置在一起，用于在所述功率器件的当前温度大于或等于设定的热敏温度值的情况下，通过升高自身电阻而降低所述功率器件的当前电流进而降低所述当前温度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述过流保护单元，包括：电流检测模块和控制模块；其中，

所述电流检测模块，用于检测待保护的功率器件的当前电流；

所述控制模块，用于确定所述当前电流是否大于或等于设定的过流检测值；以及，

若所述当前电流大于或等于所述过流检测值，则控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述PTC保护单元，与所述功率器件焊接在一起。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述PTC保护单元，包括：依次设置在一起的PTC焊接层(2)、引线框架(3)、陶瓷绝缘层(4)和铜基片(5)；

所述PTC焊接层(2)远离所述引线框架(3)的一面，与所述功率器件焊接在一起。

5.一种电机，其特征在于，包括：如权利要求1-4任一所述的过温保护装置。

6.一种如权利要求5所述的电机的过温保护方法，其特征在于，包括：

通过过流保护单元，在待保护的功率器件的当前电流大于或等于设定的过流检测值的情况下，通过控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流；和/或，

通过与待保护的功率器件设置在一起的PTC保护单元，在所述功率器件的当前温度大于或等于设定的热敏温度值的情况下，通过升高自身电阻而降低所述功率器件的当前电流进而降低所述当前温度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过过流保护单元，在待保护的功率器件的当前电流大于或等于设定的过流检测值的情况下，通过控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流，包括：

通过电流检测模块，检测待保护的功率器件的当前电流；

通过控制模块，确定所述当前电流是否大于或等于设定的过流检测值；以及，

若所述当前电流大于或等于所述过流检测值，则控制所述功率器件所属电机的负载功率以减小所述当前电流。