CN111157824B - 一种故障确定装置、智能功率模块及其故障确定方法 - Google Patents

一种故障确定装置、智能功率模块及其故障确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种故障确定装置、智能功率模块及其故障确定方法，该装置包括：控制单元，用于确定智能功率模块是否出现故障；以及，在智能功率模块出现故障的情况下，控制智能功率模块进入故障保护状态并发起故障提示消息；并确定该故障的故障类型和/或故障强度；输出单元，用于根据确定的故障类型和/或故障强度，输出能够表示该故障的故障类型和/或故障强度的故障信号；其中，该故障信号，包括：能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，和/或能够表示该故障的故障强度的第二故障信号。本发明的方案，可以解决智能功率模块有故障时难以确定故障原因的问题，达到容易确定智能功率模块的故障原因的效果。

Description

一种故障确定装置、智能功率模块及其故障确定方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种故障确定装置、智能功率模块及其故障确定方法，尤其涉及一种智能功率模块的故障确定装置、方法及智能功率模块。
背景技术
智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)，是一种先进的功率开关器件。传统智能功率模块有故障时，不能判断出智能功率模块的故障原因。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种故障确定装置、智能功率模块及其故障确定方法，以解决智能功率模块有故障时难以确定故障原因的问题，达到容易确定智能功率模块的故障原因的效果。
本发明提供一种故障确定装置，包括：控制单元和输出单元；其中，控制单元，用于确定智能功率模块是否出现故障；以及，在智能功率模块出现故障的情况下，控制智能功率模块进入故障保护状态并发起故障提示消息；并确定该故障的故障类型和/或故障强度；输出单元，用于根据确定的故障类型和/或故障强度，输出能够表示该故障的故障类型和/或故障强度的故障信号；其中，该故障信号，包括：能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，和/或能够表示该故障的故障强度的第二故障信号。
可选地，其中，输出单元输出能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，包括：以设定幅值输出的设定电平信号；和/或，输出单元输出能够表示该故障的故障强度的第二故障信号，包括：以设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数输出的设定脉冲信号。
可选地，控制单元，具体为智能功率模块的驱动芯片；输出单元，包括：由不同阻值的电阻并联组成的电阻组，该电阻组设置在智能功率模块的驱动芯片的故障信号输出端，与智能功率模块的故障信号输出端之间。
可选地，控制单元确定该故障的故障类型，包括：根据该故障的异常情况确定该故障的故障类型；以及，根据设定故障类型与设定阻值之间的第一对应关系，选通输出单元的电阻组中与确定的故障类型对应的电阻支路，以通过输出单元中的该电阻支路，输出与确定的故障类型的电平幅值对应的电平信号。
可选地，控制单元确定该故障的故障强度，包括：根据该故障的异常情况的异常程度确定该故障的故障强度；以及，根据设定故障强度与设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数之间的第二对应关系，确定向输出单元输出的脉冲宽度和/或脉冲个数，以通过输出单元中的电阻支路，输出与确定的故障强度的脉冲宽度和/或脉冲个数对应的电平信号。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种智能功率模块，包括：以上所述的故障确定装置。
与上述智能功率模块相匹配，本发明再一方面提供一种智能功率模块的故障确定方法，包括：通过控制单元，确定智能功率模块是否出现故障；以及，在智能功率模块出现故障的情况下，控制智能功率模块进入故障保护状态并发起故障提示消息；并确定该故障的故障类型和/或故障强度；通过输出单元，根据确定的故障类型和/或故障强度，输出能够表示该故障的故障类型和/或故障强度的故障信号；其中，该故障信号，包括：能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，和/或能够表示该故障的故障强度的第二故障信号。
可选地，其中，通过输出单元输出能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，包括：以设定幅值输出的设定电平信号；和/或，通过输出单元输出能够表示该故障的故障强度的第二故障信号，包括：以设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数输出的设定脉冲信号。
可选地，通过控制单元确定该故障的故障类型，包括：根据该故障的异常情况确定该故障的故障类型；以及，根据设定故障类型与设定阻值之间的第一对应关系，选通输出单元的电阻组中与确定的故障类型对应的电阻支路，以通过输出单元中的该电阻支路，输出与确定的故障类型的电平幅值对应的电平信号。
可选地，通过控制单元确定该故障的故障强度，包括：根据该故障的异常情况的异常程度确定该故障的故障强度；以及，根据设定故障强度与设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数之间的第二对应关系，确定向输出单元输出的脉冲宽度和/或脉冲个数，以通过输出单元中的电阻支路，输出与确定的故障强度的脉冲宽度和/或脉冲个数对应的电平信号。
本发明的方案，通过从故障输出端子识别所发生的异常动作的种类，并能够从端子故障输出端子输出的每种异常信号确定其异常程度，可以确定智能功率模块的故障原因，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
进一步，本发明的方案，通过从故障输出端子输出信号的波形，可判断出是哪种故障，并且可显示出其异常程度，从而容易确定智能功率模块的故障原因，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
进一步，本发明的方案，通过在智能功率模块的驱动芯片的输出故障信号端与智能功率模块的故障输出端子之间，设置由不同阻值的电阻并联组成的电阻组，当智能功率模块运行过程中发生故障时，智能功率模块先进行保护动作，然后从故障输出端子输出信号的波形判断故障类型和故障的异常程度，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
由此，本发明的方案，通过在智能功率模块的驱动芯片的输出故障信号端与智能功率模块的故障输出端子之间，设置由不同阻值的电阻并联组成的电阻组，在驱动芯片故障时，通过电阻组中相应电阻输出故障信号，以通过该故障信号确定故障类型和故障程度，解决智能功率模块有故障时难以确定故障原因的问题，达到容易确定智能功率模块的故障原因的效果。
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为本发明的故障确定装置的一实施例的结构示意图；
图2为本发明的智能功率模块的一实施例的结构示意图，其中，(a)为智能功率模块的示例性结构示意图，(b)为智能功率模块中MIC的示例性结构示意图；
图3为本发明的智能功率模块的一实施例的时间与故障检测信号和驱动信号的曲线示意图；
图4为本发明的智能功率模块的一实施例的信号异常类别的时间与Fo信号的曲线示意图；
图5为本发明的智能功率模块的一实施例的信号异常程度的时间与Fo信号的曲线示意图；
图6为本发明的智能功率模块的一实施例的故障检测流程示意图；
图7为本发明的故障确定方法的一实施例的流程示意图；
图8为本发明的方法中通过控制单元确定该故障的故障类型的一实施例的流程示意图；
图9为本发明的方法中通过控制单元确定该故障的故障强度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-PFC电路；2-三相逆变电路；3-温度检测及输出电路；4-故障输出电路。
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，提供了一种故障确定装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该故障确定装置可以包括：控制单元和输出单元。输出单元，设置在智能功率模块的故障信号输出端与控制单元的故障信号输出端之间。例如：控制单元，可以是智能功率模块的驱动芯片。输出单元，可以设置在智能功率模块的驱动芯片的故障信号输出端与智能功率模块的故障信号输出端之间。
具体地，控制单元，可以用于在智能功率模块的运行过程中，确定智能功率模块是否出现故障；以及，在智能功率模块出现故障的情况下，控制智能功率模块进入故障保护状态并发起故障提示消息；并确定该故障的故障类型和/或故障强度，并根据确定的故障类型和/或故障强度向输出单元发送故障信号。
当然，可以先控制智能功率模块进入故障保护状态，再确定该故障的故障类型和/或故障强度；也可以在控制智能功率模块进入故障保护状态的同时，确定该故障的故障类型和/或故障强度。其中，故障强度，可以是确定的故障类型下的故障强度；故障类型，也可以是确定的故障强度下的故障类型。也就是说，故障类型和故障强度的确定先后顺序，可以根据实现需要对故障的了解需求进行灵活设置。
例如：当智能功率模块运行过程中发生故障时，智能功率模块先进行保护动作，然后判断其故障类型，经故障输出端子Fo发出故障信号，电平改变，系统报警提醒处理。若人工解除故障，则智能功率模块继续运行，否则故障输出端子Fo继续输出异常信号。其中，功率模块保护动作发生后触发故障输出信号，保护动作的时间没有改变，这时模块工作状态已经进入禁止状态，只是故障输出方面更加清晰明确，可以解决保护时间不够的问题。
可选地，控制单元确定智能功率模块是否出现故障，可以包括：获取智能功率模块的故障检测信号，确定该故障检测信号的脉冲宽度是否小于设定值，若该故障检测信号的脉冲宽度小于设定值则确定该故障检测信号为干扰信号，该故障检测信号的脉冲宽度大于或等于设定值则确定该故障检测信号为故障信号，即确定智能功率模块出现故障。
例如：可以由系统内设定一个定值脉冲宽度T，以作为判断是否存在故障的基准。当故障检测信号发出脉冲宽度a1<T时，并不会拉低驱动信号锁死电路，此时视为一种小干扰。当故障检测信号发出脉冲a2≥T时，此时视为发生异常，会触发驱动信号拉低动作，锁死模块进行故障保护。
其中，从检测到故障、到进行故障保护的时间间隔a3极小(例如：1us或纳秒级别)。故障检测信号触发故障输出端子Fo输出故障信号，此间间隔时间a5也较短(例如：微秒级别)。智能功率模块进行故障保护动作，与故障输出端子Fo输出故障信号，两者不冲突。待故障排除，驱动信号恢复，驱动模块正常工作，故障输出端子Fo信号恢复正常。
可选地，控制单元控制智能功率模块进入故障保护状态，可以包括：控制智能功率模块自身的门极驱动电路处于封锁状态。例如：当功率模块(如智能功率模块)发生故障时(例如：欠压、过流、过热等)，智能功率模块自身会封锁门极驱动电路。
具体地，输出单元，可以用于根据确定的故障类型和/或故障强度，输出能够表示该故障的故障类型和/或故障强度的故障信号。其中，该故障信号，可以包括：能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，和/或能够表示该故障的故障强度的第二故障信号。
其中，控制单元可以只确定故障类型，也可以只确定故障强度，也可以既确定故障类型又确定故障强度。
当然，优选地，控制单元可以先控制智能功率模块进入故障保护状态，再确定故障类型，并在确定的故障类型下确定故障强度，具体可以参见以下示例性说明。
具体地，控制单元，可以用于在智能功率模块的运行过程中，在智能功率模块出现故障的情况下，控制智能功率模块进入故障保护状态；以及，确定该故障的故障类型，并根据确定的故障类型向输出单元发送故障信号。其中，可以先控制智能功率模块进入故障保护状态，再确定该故障的故障类型。也可以在控制智能功率模块进入故障保护状态的同时，确定该故障的故障类型。
相应地，输出单元，可以用于根据确定的故障类型，输出能够表示该故障类型的故障信号。
进一步地，控制单元，还可以用于在智能功率模块的运行过程中，在智能功率模块出现故障的情况下，在确定该故障的故障类型后，进一步确定该故障类型下该故障的故障强度，并根据确定的故障强度向输出单元发送故障信号。
进一步相应地，输出单元，可以用于根据确定的故障类型下确定的故障强度，具体输出能够表示该故障类型下故障强度的故障信号。
例如：智能功率模块的故障输出端子Fo的输出，可体现输出异常程度。
例如：智能功率模块，能够从故障输出端子Fo识别所发生的异常动作的种类，并能够从端子故障输出端子Fo输出的每种异常信号确定其异常程度。如智能功率模块，可以从故障输出端子Fo输出信号的波形，可判断出是哪种故障，并且可显示出其异常程度，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
由此，通过使智能功率模块从故障输出端子Fo识别所发生的异常动作的种类、和/或从端子故障输出端子Fo输出的每种异常信号确定其异常程度，以实现容易确定智能功率模块的故障原因，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
在一个可选例子中，输出单元输出能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，可以包括：以设定幅值输出的设定电平信号。
例如：智能功率模块从故障输出端子Fo识别所发生的异常动作的种类，并以不同幅值信号形式输出。
例如：第一输出故障信号Fo1、第二输出故障信号Fo2、第三输出故障信号Fo3的电平信号幅值不同，分别代表不同的异常情况。通过观测Fo信号的波形即可判别故障类型，如第一输出故障信号Fo1代表第一故障类型、第二输出故障信号Fo2代表第二故障类型、第三输出故障信号Fo3代表第三故障类型。如第一故障类型可以是欠压故障，第二故障类型可以是过流故障，第三故障类型可以是过热故障等。
由此，通过不同幅值的设定电平信号表示故障的故障类型，可以根据设定电平信号的对应幅值确定其对应的故障类型，可以方便地确定故障的故障类型。
在一个可选例子中，输出单元输出能够表示该故障的故障强度的第二故障信号，可以包括：以设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数输出的设定脉冲信号。
例如：智能功率模块从故障输出端子Fo输出的每种异常信号，可通过不同的脉冲宽度或者脉冲的个数表示其异常程度。例如：脉冲的宽度越宽或者脉冲个数越多代表异常程度越严重。
例如：第四输出故障信号Fo11、第五输出故障信号Fo12、第四输出故障信号Fo13，代表在第一输出故障信号Fo1在其异常类型如第一故障类型下的异常的程度情况。其中，异常程度越严重，发送的脉冲数量越多，并且每个脉冲间隔的高电平时间要求低于故障清除时间，以避免造成系统的误判而不能正确识别异常程度，有利于提升异常程度判断的准确性。
由此，通过不同脉冲宽度和/或脉冲个数的设定脉冲信号表示故障的故障强度，可以根据设定脉冲信号的对应脉冲宽度和/或脉冲个数确定其对应的故障强度，可以方便地确定故障的故障强度。
在一个可选例子中，控制单元，具体为智能功率模块的驱动芯片。输出单元，可以包括：由不同阻值的电阻并联组成的电阻组，该电阻组设置在智能功率模块的驱动芯片的故障信号输出端，与智能功率模块的故障信号输出端之间。
例如：智能功率模块的驱动芯片MIC的输出故障信号端，与智能功率模块的故障输出端子Fo之间，并联若干个不同阻值的电阻，通过MIC选择通过其中一个电阻线路，达到输出电平幅值不同的效果。该智能功率模块的驱动芯片，可以采用七通道驱动芯片，含有PFC和逆变电路，集成度更高，体积小成本低。
由此，通过设置在驱动芯片与智能功率模块的故障信号输出端之间的电阻组作为输出单元，以选通输出单元中不同电阻支路的方式区分不同故障类型，结构简单，且可方便地确定故障的故障类型。
在一个可选具体例子中，控制单元确定该故障的故障类型，可以包括：确定故障类型的第一方面和确定故障类型的第二方面。
确定故障类型的第一方面、根据该故障的异常情况确定该故障的故障类型。例如：将该故障的异常情况与设定故障范围进行比较，以将设定故障范围中与该故障的异常情况相同、或相同程度在第一设定程度范围内的设定故障类型，确定为该故障的故障类型。以及，
确定故障类型的第二方面、根据设定故障类型与设定阻值之间的第一对应关系，选通输出单元的电阻组中与确定的故障类型对应的电阻支路，以通过输出单元中的该电阻支路，输出与确定的故障类型的电平幅值对应的电平信号。
例如：当功率模块(如智能功率模块)发生故障时(例如：欠压、过流、过热等)，智能功率模块自身会封锁门极驱动电路，同时智能功率模块的故障输出端子Fo输出低电平。
例如：智能功率模块内部的驱动芯片MIC会根据不同异常情况，选择不同阻值连接故障输出端子Fo的电阻，从而达到输出信号幅值不同效果，并以此来区分智能功率模块出现的异常情况。例如：智能功率模块中欠压时故障输出端子Fo输出幅值为1mv的故障输出信号，过流时故障输出端子Fo输出幅值为4mv的故障输出信号，过流时故障输出端子Fo输出幅值为8mv的故障输出信号，等等。
由此，通过确定故障类型后，选通输出单元的电阻组中与确定的故障类型对应的电阻支路，以通过输出单元中的该电阻支路，输出与确定的故障类型的电平幅值对应的电平信号，可以方便地确定故障的故障类型。
在一个可选具体例子中，控制单元确定该故障的故障强度，可以包括：确定故障强度的第一方面和确定故障强度的第二方面。
确定故障强度的第一方面、根据该故障的异常情况的异常程度确定该故障的故障强度。例如：将该故障的异常情况的异常程度与设定强度范围进行比较，以将设定强度范围中与该故障的异常程度相同、或相同程度在第二设定程度范围内的设定故障强度，确定为该故障的故障强度。以及，
确定故障强度的第二方面、根据设定故障强度与设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数之间的第二对应关系，确定向输出单元输出的脉冲宽度和/或脉冲个数，以通过输出单元中的电阻支路，输出与确定的故障强度的脉冲宽度和/或脉冲个数对应的电平信号。更具体地，可以是通过输出单元中选通的电阻支路，输出与确定的故障类型的电平幅值对应的电平信号、以及与确定的故障强度的脉冲宽度和/或脉冲个数对应的脉冲信号。
例如：故障输出端子Fo输出不同幅值低电平信号后，再根据该异常情况下的异常程度输出相同幅值的脉冲，可以参见图4所示的例子，异常程度越严重输出的脉冲波数量越多。这样，从故障输出端子Fo输出信号的波形，就可判断出是哪种故障，并且可显示出其异常程度，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
由此，通过确定故障强度后，确定向输出单元输出的脉冲宽度和/或脉冲个数，以通过输出单元中的电阻支路，输出与确定的故障强度的脉冲宽度和/或脉冲个数对应的电平信号，可以方便地确定故障的故障强度。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过从故障输出端子识别所发生的异常动作的种类，并能够从端子故障输出端子输出的每种异常信号确定其异常程度，可以确定智能功率模块的故障原因，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
根据本发明的实施例，还提供了对应于故障确定装置的一种智能功率模块。该智能功率模块可以包括：以上所述的故障确定装置。
一些智能功率模块有故障时，自身会封锁门极驱动电路，同时智能功率模块的故障输出端子Fo输出低电平。从智能功率模块的故障输出端子Fo输出低电平，并不能判断出智能功率模块的故障原因，更未涉及某种故障的异常程度。
例如：在一些电力半导体模块中，电力半导体模块的故障输出端子Fo，可以根据不同的异常动作种类输出不同的信号。但是，根据不同的异常动作种类输出不同的信号，是以改变脉冲宽度的方式来表示不同类别的故障信号，此种方法在实际测量时容易出现误差，且波形较易收到影响，引起最后结果的误判；并且根据不同的异常动作种类输出不同的信号的方式，并未提及异常信号下的异常程度表示。
可见，功率模块发生故障时，会向故障输出端子输出异常信号，一般功率模块的实现方式只是将高电平拉低，输出一段低电平信号来表示模块运行发生异常，异常的种类和程度无法体现。而一些方式中是采用将故障输出信号的脉冲宽度不同或脉冲的占空比不同来区别异常的种类，此方式通过软件编程方式来实现，信号响应较慢并且故障信号的脉冲宽度是有一定的限制(可能是在微秒级别)，以不同的脉冲宽度或占空比来区分异常种类，在观测的过程中易导致区分度不明显，导致异常种类的误判，而且每种异常情况的异常程度没有能够体现出。
在一个可选实施方式中，本发明的方案，提供一种智能功率模块，可以从故障输出端子Fo输出信号的波形，可判断出是哪种故障，并且可显示出其异常程度，有利于智能功率模块的工作和整体校正。从而，能够从故障输出端子Fo识别所发生的异常动作的种类，并能够从端子故障输出端子Fo输出的每种异常信号确定其异常程度。
在一个可选例子中，本发明的方案中，智能功率模块的故障输出端子Fo的输出，可体现输出异常程度。
可选地，智能功率模块从故障输出端子Fo识别所发生的异常动作的种类，并以不同幅值信号形式输出。
可选地，智能功率模块从故障输出端子Fo输出的每种异常信号，可通过不同的脉冲宽度或者脉冲的个数表示其异常程度。例如：脉冲的宽度越宽或者脉冲个数越多代表异常程度越严重。
在一个可选具体实施方式中，可以参见图2至图6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。
图2为本发明的智能功率模块的一实施例的结构示意图，其中，(a)可以显示智能功率模块的示例性结构，(b)可以显示智能功率模块中MIC的示例性结构。
参见如图2所示的例子，该智能功率模块中，驱动芯片集成PFC与三相逆变驱动电路，并且产品还集成了防止上下桥直通保护、过流保护(如PFC与三相逆变部)、温度检测输出、欠压保护等功能。例如：该智能功率模块中，可以设置有PFC电路1、三相逆变电路2、温度检测及输出电路3和故障输出电路4等。
例如：在图2中的(a)、(b)中，Q表示IGBT，D表示二极管，R表示电阻。该智能功率模块的保护电路，可以集成在MIC芯片内部、并且需要功率模块外围电路的辅助。如：防止上下桥直流导通保护，可以是在MIC芯片中设置死区时间，此时间段内上下桥IGBT全部处于关断状态。过流保护，可以是在检测到智能功率模块处于过流状态时，MIC芯片关断驱动信号，并且通过外围反馈回路将信号发送到DSP中，对模块不再发送外接驱动信号等。
可选地，智能功率模块的驱动芯片MIC的输出故障信号端，与智能功率模块的故障输出端子Fo之间，并联若干个不同阻值的电阻，通过MIC选择通过其中一个电阻线路，达到输出电平幅值不同的效果。
其中，该智能功率模块的驱动芯片，可以采用七通道驱动芯片，含有PFC和逆变电路，集成度更高，体积小成本低。
例如：MIC芯片为驱动控制及保护功能的集成电路芯片，与MCU类似，更倾向于硬件控制，内部具有输入逻辑电路、驱动控制电路、保护电路和故障输出逻辑电路等，功能更具有针对性，体积比MCU小，损耗更低。
图3为本发明的智能功率模块的一实施例的时间与故障检测信号和驱动信号的曲线示意图。
参见图3所示的例子，可以由系统内设定一个定值脉冲宽度T，以作为判断是否存在故障的基准。
可选地，当故障检测信号发出脉冲宽度a1<T时，并不会拉低驱动信号锁死电路，此时视为一种小干扰。
可选地，当故障检测信号发出脉冲a2≥T时，此时视为发生异常，会触发驱动信号拉低动作，锁死模块进行故障保护。从检测到故障、到进行故障保护的时间间隔a3极小(例如：1us或纳秒级别)。故障检测信号触发故障输出端子Fo输出故障信号，此间间隔时间a5也较短(例如：微秒级别)。
其中，智能功率模块进行故障保护动作，与故障输出端子Fo输出故障信号，两者不冲突。待故障排除，驱动信号恢复，驱动模块正常工作，故障输出端子Fo信号恢复正常。
图4为本发明的智能功率模块的一实施例的信号异常类别的时间与Fo信号的曲线示意图。
参见图4所示的例子，第一输出故障信号Fo1、第二输出故障信号Fo2、第三输出故障信号Fo3的电平信号幅值不同，分别代表不同的异常情况。通过观测Fo信号的波形即可判别故障类型，如第一输出故障信号Fo1代表第一故障类型、第二输出故障信号Fo2代表第二故障类型、第三输出故障信号Fo3代表第三故障类型。如第一故障类型可以是欠压故障，第二故障类型可以是过流故障，第三故障类型可以是过热故障等。
图5为本发明的智能功率模块的一实施例的信号异常程度的时间与Fo信号的曲线示意图。
参见图5所示的例子，第四输出故障信号Fo11、第五输出故障信号Fo12、第四输出故障信号Fo13，代表在第一输出故障信号Fo1在其异常类型如第一故障类型下的异常的程度情况。其中，异常程度越严重，发送的脉冲数量越多，并且每个脉冲间隔的高电平时间要求低于故障清除时间，以避免造成系统的误判而不能正确识别异常程度，有利于提升异常程度判断的准确性。
图6为本发明的智能功率模块的一实施例的故障检测流程示意图。
参见图6所示的例子，智能功率模块的故障检测过程，可以包括：
步骤1、当功率模块(如智能功率模块)发生故障时(例如：欠压、过流、过热等)，智能功率模块自身会封锁门极驱动电路，同时智能功率模块的故障输出端子Fo输出低电平，可以参见图3所示的例子。
其中，智能功率模块内部的驱动芯片MIC会根据不同异常情况，选择不同阻值连接故障输出端子Fo的电阻，从而达到输出信号幅值不同效果，并以此来区分智能功率模块出现的异常情况。例如：智能功率模块中欠压时故障输出端子Fo输出幅值为1mv的故障输出信号，过流时故障输出端子Fo输出幅值为4mv的故障输出信号，过流时故障输出端子Fo输出幅值为8mv的故障输出信号，等等。
步骤2、故障输出端子Fo输出不同幅值低电平信号后，再根据该异常情况下的异常程度输出相同幅值的脉冲，可以参见图4所示的例子，异常程度越严重输出的脉冲波数量越多。这样，从故障输出端子Fo输出信号的波形，就可判断出是哪种故障，并且可显示出其异常程度，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
例如：根据该异常情况下的异常程度输出相同幅值的脉冲，可以同样由MIC控制。如：温度过热异常，温度检测装置检测到模块内温度异常，温敏电阻由此阻值发生变化，由此端子进入MIC的信号电流会发生变化，不同信号触发MIC不同数量的脉冲。
可选地，当智能功率模块运行过程中发生故障时，智能功率模块先进行保护动作，然后判断其故障类型，经故障输出端子Fo发出故障信号，电平改变，系统报警提醒处理。若人工解除故障，则智能功率模块继续运行，否则故障输出端子Fo继续输出异常信号。
可见，功率模块保护动作发生后触发故障输出信号，保护动作的时间没有改变，这时模块工作状态已经进入禁止状态，只是故障输出方面更加清晰明确，可以解决保护时间不够的问题。
由于本实施例的智能功率模块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，通过从故障输出端子输出信号的波形，可判断出是哪种故障，并且可显示出其异常程度，从而容易确定智能功率模块的故障原因，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
根据本发明的实施例，还提供了对应于智能功率模块的一种智能功率模块的故障确定方法，如图7所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该智能功率模块的故障确定方法可以包括：步骤S110至步骤S130。
在步骤S110处，通过控制单元，在智能功率模块的运行过程中，确定智能功率模块是否出现故障。以及，
在步骤S110中，在智能功率模块出现故障的情况下，控制智能功率模块进入故障保护状态并发起故障提示消息；并确定该故障的故障类型和/或故障强度，并根据确定的故障类型和/或故障强度向输出单元发送故障信号。
当然，可以先控制智能功率模块进入故障保护状态，再确定该故障的故障类型和/或故障强度；也可以在控制智能功率模块进入故障保护状态的同时，确定该故障的故障类型和/或故障强度。其中，故障强度，可以是确定的故障类型下的故障强度；故障类型，也可以是确定的故障强度下的故障类型。也就是说，故障类型和故障强度的确定先后顺序，可以根据实现需要对故障的了解需求进行灵活设置。
例如：当智能功率模块运行过程中发生故障时，智能功率模块先进行保护动作，然后判断其故障类型，经故障输出端子Fo发出故障信号，电平改变，系统报警提醒处理。若人工解除故障，则智能功率模块继续运行，否则故障输出端子Fo继续输出异常信号。其中，功率模块保护动作发生后触发故障输出信号，保护动作的时间没有改变，这时模块工作状态已经进入禁止状态，只是故障输出方面更加清晰明确，可以解决保护时间不够的问题。
可选地，控制单元确定智能功率模块是否出现故障，可以包括：获取智能功率模块的故障检测信号，确定该故障检测信号的脉冲宽度是否小于设定值，若该故障检测信号的脉冲宽度小于设定值则确定该故障检测信号为干扰信号，该故障检测信号的脉冲宽度大于或等于设定值则确定该故障检测信号为故障信号，即确定智能功率模块出现故障。
例如：可以由系统内设定一个定值脉冲宽度T，以作为判断是否存在故障的基准。当故障检测信号发出脉冲宽度a1<T时，并不会拉低驱动信号锁死电路，此时视为一种小干扰。当故障检测信号发出脉冲a2≥T时，此时视为发生异常，会触发驱动信号拉低动作，锁死模块进行故障保护。
其中，从检测到故障、到进行故障保护的时间间隔a3极小(例如：1us或纳秒级别)。故障检测信号触发故障输出端子Fo输出故障信号，此间间隔时间a5也较短(例如：微秒级别)。智能功率模块进行故障保护动作，与故障输出端子Fo输出故障信号，两者不冲突。待故障排除，驱动信号恢复，驱动模块正常工作，故障输出端子Fo信号恢复正常。
可选地，控制单元控制智能功率模块进入故障保护状态，可以包括：控制智能功率模块自身的门极驱动电路处于封锁状态。例如：当功率模块(如智能功率模块)发生故障时(例如：欠压、过流、过热等)，智能功率模块自身会封锁门极驱动电路。
在一个可选例子中，步骤S110中通过控制单元确定该故障的故障类型，可以参见以下示例性说明。
下面结合图8所示本发明的方法中通过控制单元确定该故障的故障类型的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S110中通过控制单元确定该故障的故障类型的具体过程，可以包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，根据该故障的异常情况确定该故障的故障类型。例如：将该故障的异常情况与设定故障范围进行比较，以将设定故障范围中与该故障的异常情况相同、或相同程度在第一设定程度范围内的设定故障类型，确定为该故障的故障类型。以及，
步骤S220，根据设定故障类型与设定阻值之间的第一对应关系，选通输出单元的电阻组中与确定的故障类型对应的电阻支路，以通过输出单元中的该电阻支路，输出与确定的故障类型的电平幅值对应的电平信号。
例如：当功率模块(如智能功率模块)发生故障时(例如：欠压、过流、过热等)，智能功率模块自身会封锁门极驱动电路，同时智能功率模块的故障输出端子Fo输出低电平。
例如：智能功率模块内部的驱动芯片MIC会根据不同异常情况，选择不同阻值连接故障输出端子Fo的电阻，从而达到输出信号幅值不同效果，并以此来区分智能功率模块出现的异常情况。例如：智能功率模块中欠压时故障输出端子Fo输出幅值为1mv的故障输出信号，过流时故障输出端子Fo输出幅值为4mv的故障输出信号，过流时故障输出端子Fo输出幅值为8mv的故障输出信号，等等。
由此，通过确定故障类型后，选通输出单元的电阻组中与确定的故障类型对应的电阻支路，以通过输出单元中的该电阻支路，输出与确定的故障类型的电平幅值对应的电平信号，可以方便地确定故障的故障类型。
在一个可选例子中，步骤S110中通过控制单元确定该故障的故障强度，可以参见以下示例性说明。
下面结合图9所示本发明的方法中通过控制单元确定该故障的故障强度的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S110中通过控制单元确定该故障的故障强度的具体过程，可以包括：步骤S310和步骤S320。
步骤S310，根据该故障的异常情况的异常程度确定该故障的故障强度。例如：将该故障的异常情况的异常程度与设定强度范围进行比较，以将设定强度范围中与该故障的异常程度相同、或相同程度在第二设定程度范围内的设定故障强度，确定为该故障的故障强度。以及，
步骤S320，根据设定故障强度与设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数之间的第二对应关系，确定向输出单元输出的脉冲宽度和/或脉冲个数，以通过输出单元中的电阻支路，输出与确定的故障强度的脉冲宽度和/或脉冲个数对应的电平信号。更具体地，可以是通过输出单元中选通的电阻支路，输出与确定的故障类型的电平幅值对应的电平信号、以及与确定的故障强度的脉冲宽度和/或脉冲个数对应的脉冲信号。
例如：故障输出端子Fo输出不同幅值低电平信号后，再根据该异常情况下的异常程度输出相同幅值的脉冲，可以参见图4所示的例子，异常程度越严重输出的脉冲波数量越多。这样，从故障输出端子Fo输出信号的波形，就可判断出是哪种故障，并且可显示出其异常程度，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
由此，通过确定故障强度后，确定向输出单元输出的脉冲宽度和/或脉冲个数，以通过输出单元中的电阻支路，输出与确定的故障强度的脉冲宽度和/或脉冲个数对应的电平信号，可以方便地确定故障的故障强度。
在步骤S120处，通过输出单元，根据确定的故障类型和/或故障强度，输出能够表示该故障的故障类型和/或故障强度的故障信号；其中，该故障信号，包括：能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，和/或能够表示该故障的故障强度的第二故障信号。
其中，控制单元可以只确定故障类型，也可以只确定故障强度，也可以既确定故障类型又确定故障强度。
当然，优选地，控制单元可以先控制智能功率模块进入故障保护状态，再确定故障类型，并在确定的故障类型下确定故障强度，具体可以参见以下示例性说明。
控制单元，用于在智能功率模块的运行过程中，在智能功率模块出现故障的情况下，控制智能功率模块进入故障保护状态；以及，确定该故障的故障类型，并根据确定的故障类型向输出单元发送故障信号。其中，可以先控制智能功率模块进入故障保护状态，再确定该故障的故障类型。也可以在控制智能功率模块进入故障保护状态的同时，确定该故障的故障类型。
相应地，输出单元，用于根据确定的故障类型，输出能够表示该故障类型的故障信号。
进一步地，控制单元，还用于在智能功率模块的运行过程中，在智能功率模块出现故障的情况下，在确定该故障的故障类型后，进一步确定该故障类型下该故障的故障强度，并根据确定的故障强度向输出单元发送故障信号。
进一步相应地，输出单元，用于根据确定的故障类型下确定的故障强度，具体输出能够表示该故障类型下故障强度的故障信号。
例如：智能功率模块的故障输出端子Fo的输出，可体现输出异常程度。
例如：智能功率模块，能够从故障输出端子Fo识别所发生的异常动作的种类，并能够从端子故障输出端子Fo输出的每种异常信号确定其异常程度。如智能功率模块，可以从故障输出端子Fo输出信号的波形，可判断出是哪种故障，并且可显示出其异常程度，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
由此，通过使智能功率模块从故障输出端子Fo识别所发生的异常动作的种类、和/或从端子故障输出端子Fo输出的每种异常信号确定其异常程度，以实现容易确定智能功率模块的故障原因，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
在一个可选例子中，步骤S120中通过输出单元输出能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，包括：以设定幅值输出的设定电平信号；
例如：智能功率模块从故障输出端子Fo识别所发生的异常动作的种类，并以不同幅值信号形式输出。
例如：第一输出故障信号Fo1、第二输出故障信号Fo2、第三输出故障信号Fo3的电平信号幅值不同，分别代表不同的异常情况。通过观测Fo信号的波形即可判别故障类型，如第一输出故障信号Fo1代表第一故障类型、第二输出故障信号Fo2代表第二故障类型、第三输出故障信号Fo3代表第三故障类型。如第一故障类型可以是欠压故障，第二故障类型可以是过流故障，第三故障类型可以是过热故障等。
由此，通过不同幅值的设定电平信号表示故障的故障类型，可以根据设定电平信号的对应幅值确定其对应的故障类型，可以方便地确定故障的故障类型。
在一个可选例子中，步骤S120中通过输出单元输出能够表示该故障的故障强度的第二故障信号，包括：以设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数输出的设定脉冲信号。
例如：智能功率模块从故障输出端子Fo输出的每种异常信号，可通过不同的脉冲宽度或者脉冲的个数表示其异常程度。例如：脉冲的宽度越宽或者脉冲个数越多代表异常程度越严重。
例如：第四输出故障信号Fo11、第五输出故障信号Fo12、第四输出故障信号Fo13，代表在第一输出故障信号Fo1在其异常类型如第一故障类型下的异常的程度情况。其中，异常程度越严重，发送的脉冲数量越多，并且每个脉冲间隔的高电平时间要求低于故障清除时间，以避免造成系统的误判而不能正确识别异常程度，有利于提升异常程度判断的准确性。
由此，通过不同脉冲宽度和/或脉冲个数的设定脉冲信号表示故障的故障强度，可以根据设定脉冲信号的对应脉冲宽度和/或脉冲个数确定其对应的故障强度，可以方便地确定故障的故障强度。
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智能功率模块的实施例、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，通过在智能功率模块的驱动芯片的输出故障信号端与智能功率模块的故障输出端子之间，设置由不同阻值的电阻并联组成的电阻组，当智能功率模块运行过程中发生故障时，智能功率模块先进行保护动作，然后从故障输出端子输出信号的波形判断故障类型和故障的异常程度，有利于智能功率模块的工作和整体校正。
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 (10)

1.一种故障确定装置，其特征在于，包括：控制单元和输出单元；其中，
控制单元，用于确定智能功率模块是否出现故障；以及，
在智能功率模块出现故障的情况下，控制智能功率模块进入故障保护状态并发起故障提示消息；并确定该故障的故障类型和/或故障强度；
输出单元，用于根据确定的故障类型和/或故障强度，输出能够表示该故障的故障类型和/或故障强度的故障信号；其中，该故障信号，包括：能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，和/或能够表示该故障的故障强度的第二故障信号；
通过在智能功率模块的驱动芯片的输出故障信号端与智能功率模块的故障输出端子之间，设置由不同阻值的电阻并联组成的电阻组，在驱动芯片故障时，通过电阻组中相应电阻输出故障信号，以通过该故障信号确定故障类型和故障程度。
2.根据权利要求1所述的故障确定装置，其特征在于，其中，
输出单元输出能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，包括：以设定幅值输出的设定电平信号；
和/或，
输出单元输出能够表示该故障的故障强度的第二故障信号，包括：以设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数输出的设定脉冲信号。
3.根据权利要求1或2所述的故障确定装置，其特征在于，控制单元，具体为智能功率模块的驱动芯片；
输出单元，包括：由不同阻值的电阻并联组成的电阻组，该电阻组设置在智能功率模块的驱动芯片的故障信号输出端，与智能功率模块的故障信号输出端之间。
4.根据权利要求3所述的故障确定装置，其特征在于，控制单元确定该故障的故障类型，包括：
根据该故障的异常情况确定该故障的故障类型；以及，
根据设定故障类型与设定阻值之间的第一对应关系，选通输出单元的电阻组中与确定的故障类型对应的电阻支路，以通过输出单元中的该电阻支路，输出与确定的故障类型的电平幅值对应的电平信号。
5.根据权利要求3所述的故障确定装置，其特征在于，控制单元确定该故障的故障强度，包括：
根据该故障的异常情况的异常程度确定该故障的故障强度；以及，
根据设定故障强度与设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数之间的第二对应关系，确定向输出单元输出的脉冲宽度和/或脉冲个数，以通过输出单元中的电阻支路，输出与确定的故障强度的脉冲宽度和/或脉冲个数对应的电平信号。
6.一种智能功率模块，其特征在于，包括：如权利要求1至5中任一项所述的故障确定装置。
7.一种如权利要求6所述的智能功率模块的故障确定方法，其特征在于，包括：
通过控制单元，确定智能功率模块是否出现故障；以及，
在智能功率模块出现故障的情况下，控制智能功率模块进入故障保护状态并发起故障提示消息；并确定该故障的故障类型和/或故障强度；
通过输出单元，根据确定的故障类型和/或故障强度，输出能够表示该故障的故障类型和/或故障强度的故障信号；其中，该故障信号，包括：能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，和/或能够表示该故障的故障强度的第二故障信号。
8.根据权利要求7所述的故障确定方法，其特征在于，其中，
通过输出单元输出能够表示该故障的故障类型的第一故障信号，包括：以设定幅值输出的设定电平信号；
和/或，
通过输出单元输出能够表示该故障的故障强度的第二故障信号，包括：以设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数输出的设定脉冲信号。
9.根据权利要求7或8所述的故障确定方法，其特征在于，通过控制单元确定该故障的故障类型，包括：
根据该故障的异常情况确定该故障的故障类型；以及，
根据设定故障类型与设定阻值之间的第一对应关系，选通输出单元的电阻组中与确定的故障类型对应的电阻支路，以通过输出单元中的该电阻支路，输出与确定的故障类型的电平幅值对应的电平信号。
10.根据权利要求7或8所述的故障确定方法，其特征在于，通过控制单元确定该故障的故障强度，包括：
根据该故障的异常情况的异常程度确定该故障的故障强度；以及，
根据设定故障强度与设定脉冲宽度和/或设定脉冲个数之间的第二对应关系，确定向输出单元输出的脉冲宽度和/或脉冲个数，以通过输出单元中的电阻支路，输出与确定的故障强度的脉冲宽度和/或脉冲个数对应的电平信号。
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