CN114079266A - 高压集成模块、智能功率模块及其控制方法、空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压集成模块、智能功率模块及其控制方法及空调器，包括逻辑控制电路，设置有驱动信号输入端、故障输入端与驱动信号输出端，所述驱动信号输出端与所述开关管控制端连接；故障保护电路，设置有故障检测输入端与第一故障信号输出端，所述第一故障信号输出端与所述故障输入端连接，所述故障检测输入端与所述故障检测端连接；所述故障保护电路用于根据来自所述故障检测端的电信号触发所述逻辑控制电路执行故障保护；在故障保护结束后，所述逻辑控制电路根据来自所述驱动信号输入端的第一驱动信号对所述开关管进行控制，在故障保护结束后，不需要复位驱动信号即可实现对功率开关管的控制。

Description

高压集成模块、智能功率模块及其控制方法、空调器

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种高压集成模块、智能功率模块及其控制方法及空调器。

背景技术

目前一部分家用电器中采用变频电机实现更复杂的功能，例如空调器，变频空调器不仅高效节能，还能实现对室温的精准控制。智能功率模块由于集成了驱动电路与保护电路，被越来越广泛地应用与变频系统中。智能功率模块主要由开关管、续流二极管和高压集成模块组成。其中，高压集成模块用于控制开关管的动作，以及实现保护功能，例如，在供电电压不足或者输出电流过大时，马上关断开关管，防止智能功率模块及外围电路受到损坏。

在故障保护结束后，开关管需要重启，此时需要先把驱动信号复位，而后再控制驱动信号处于有效电平，这给需要驱动信号长期处于有效电平的应用场景带来了控制的不便。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高压集成模块、智能功率模块及其控制方法及空调器，在故障保护结束后，不需要复位驱动信号即可实现对功率开关管的控制。

第一方面，本发明实施例提供了一种高压集成模块，所述智能功率模块包括开关管与用于故障检测的故障检测端，所述开关管设置有开关管控制端，其特征在于，所述高压集成模块包括：

逻辑控制电路，设置有驱动信号输入端、故障输入端与驱动信号输出端，所述驱动信号输出端与所述开关管控制端连接；

故障保护电路，设置有故障检测输入端与第一故障信号输出端，所述第一故障信号输出端与所述故障输入端连接，所述故障检测输入端与所述故障检测端连接；

所述故障保护电路用于根据来自所述故障检测端的电信号触发所述逻辑控制电路执行故障保护；在故障保护结束后，所述逻辑控制电路根据来自所述驱动信号输入端的第一驱动信号对所述开关管进行控制。

根据本发明实施例的高压集成模块，至少具有如下有益效果：当故障保护电路在故障检测输入端检测到异常信号时，通过第一故障信号输出端输出有效的故障信号至逻辑控制电路，通过逻辑控制电路关断开关管，对智能功率模块进行保护；在故障保护结束后，逻辑控制电路能够根据来自驱动信号输入端的第一驱动信号直接对开关管进行控制，例如，如果此时第一驱动信号电平为有效电平，则直接导通开关管；如果此时第一驱动信号电平不为有效电平，则保持开关管处于关断状态。因此，高压集成模块能够在故障保护结束后，不需要复位驱动信号即可实现对开关管的控制。

根据本发明的一些实施例，所述故障保护电路包括：过流检测电路，设置有电流故障检测输出端与所述故障检测输入端；故障触发电路，设置有第一故障触发输入端与所述第一故障信号输出端，所述第一故障触发输入端与所述电流故障检测输出端连接，所述故障触发电路用于根据由所述过流检测电路通过所述故障检测输入端所检测到的电流信号触发所述逻辑控制电路执行故障保护。

过流检测电路通过设置的故障检测输入端检测电流，如果检测到的电流异常，例如，检测到的电流大于预设电流值或与故障检测输入端连接的采样电阻的分压大于预设分压，则通过电流故障检测输出端向故障触发电路输出故障信号，进而触发逻辑控制电路控制关断开关管，进行故障保护，能够避免由于过流导致的电路损毁，实现对高压集成模块及其外围电路的有效保护。

根据本发明的一些实施例，所述过流检测电路包括：第一比较器，设置有第一比较输入端、第二比较输入端与第一比较输出端，所述第一比较输入端与所述故障检测输入端连接，所述第二比较输入端连接于第一参考电压；第一噪声滤除电路，设置有第一噪声滤除输入端与第一噪声滤除输出端，所述第一噪声滤除输入端与所述第一比较输出端连接，所述第一噪声滤除输出端与所述第一故障信号输出端连接。

第一比较器用于判断故障检测输入端的电流是否为异常值，如果为异常值，则通过第一故障信号输出端输出第一故障信号至逻辑控制电路，触发故障保护。过流检测电路的电路原理简单，能实现对电流参数的有效检测及判断。

根据本发明的一些实施例，所述故障保护电路包括：欠压检测电路，设置有电压故障检测输入端与电压故障检测输出端，所述故障触发电路设置有第二故障触发输入端，所述电压故障检测输入端连接于工作电源，所述电压故障检测输出端与所述第二故障触发输入端连接；所述故障触发电路还用于根据由所述欠压检测电路通过所述电压故障检测输入端所检测到的电压信号触发所述逻辑控制电路执行故障保护。

欠压检测电路的电压故障检测输入端用于检测工作电源的电压，如果检测到的电压异常，例如，检测到的电压小于预设电压值，则通过电压故障检测输出端向故障触发电路输出故障信号，进而触发逻辑控制电路控制关断开关管，进行故障保护，能够避免由于欠压导致的电路损毁，实现对高压集成模块及其外围电路的有效保护。

根据本发明的一些实施例，所述欠压检测电路包括：第二比较器，设置有第三比较输入端、第四比较输入端与第二比较输出端，所述第三比较输入端与所述电压故障检测输入端连接，所述第四比较输入端连接于第二参考电压；第二噪声滤除电路，设置有第二噪声滤除输入端与第二噪声滤除输出端，所述第二噪声滤除输入端与所述第二比较输出端连接，所述第二噪声滤除输出端与所述电压故障检测输出端连接。

第二比较器用于判断电压故障检测输入端的电压是否为异常值，如果为异常值，则通过第一故障信号输出端输出第一故障信号至逻辑控制电路，触发故障保护。欠压检测电路的电路原理简单，能实现对电压参数的有效检测及判断。

根据本发明的一些实施例，所述逻辑控制电路包括：逻辑输入缓冲电路，设置有逻辑电路信号输出端、所述驱动信号输入端和所述故障输入端，所述逻辑输入缓冲电路用于根据所述第一驱动信号生成第二驱动信号；驱动电路，设置有驱动电路信号输入端和所述驱动信号输出端，所述驱动电路信号输入端与所述逻辑电路信号输出端连接，所述驱动电路用于根据所述第二驱动信号对所述开关管进行控制。

逻辑输入缓冲电路根据故障输入端输入的故障信号与驱动信号输入端输入的第一驱动信号，生成第二驱动信号，例如，如果故障输入端输入有效的故障信号，此时即使第一驱动信号为开关管的开启信号，逻辑输入缓冲电路也会输出用于关断开关管的第二驱动信号；如果故障输入端未输入有效的故障信号，同时第一驱动信号为开关管的开启信号，则逻辑输入缓冲电路会输出用于开启开关管的第二驱动信号。

第二方面，本发明实施例提供了一种智能功率模块，包括：第一方面所述的高压集成模块。

根据本发明实施例的智能功率模块，至少具有如下有益效果：当故障保护电路在故障检测输入端检测到异常信号时，通过第一故障信号输出端输出有效的故障信号至逻辑控制电路，通过逻辑控制电路关断开关管，对智能功率模块进行保护；在故障保护结束后，逻辑控制电路能够根据来自驱动信号输入端的第一驱动信号直接对开关管进行控制，例如，如果此时第一驱动信号电平为有效电平，则直接导通开关管；如果此时第一驱动信号电平不为有效电平，则保持开关管处于关断状态。因此，智能功率模块能够在故障保护结束后，不需要复位驱动信号即可实现对开关管的控制。

根据本发明的一些实施例，还包括：衬底，所述衬底包括金属基板、绝缘层、导电层；铜箔，所述铜箔部分地敷设于所述衬底的表面之上，形成有线路区和敷铜区，所述线路区用于设置铜箔线路，所述敷铜区用于设置所述高压集成模块；所述衬底于所述线路区中没有设置所述铜箔线路的位置设置有用于调整应力平衡的凹槽。

设置在铜箔线路附近的凹槽能够有效的改善衬底两边所受的应力平衡情况，让智能功率模块整体的翘曲均匀，在利于安装的同时，提高智能功率模块性能的可靠性。

第三方面，本发明实施例提供了一种智能功率模块的控制方法，应用于第一方面所述的高压集成模块，包括：

在获取到来自所述故障保护电路的故障触发信号后，累计故障保护时间，根据累计的所述故障保护时间对所述开关管进行控制；故障保护结束后，根据来自所述驱动信号输入端的第一驱动信号对所述开关管进行控制。

根据本发明实施例的智能功率模块的控制方法，至少具有如下有益效果：当故障保护电路在故障检测输入端检测到异常信号时，通过第一故障信号输出端输出有效的故障信号至逻辑控制电路，通过逻辑输入缓冲电路关断开关管，对智能功率模块进行保护；在故障保护结束后，如果此时第一驱动信号电平为有效电平，则重启开关管；如果此时第一驱动信号电平不为有效电平，则开关管保持关断。本实施例中的控制方法能够通过比较电路累计故障保护时间与预设故障保护时间，进而判断电路是否处于故障保护状态，既能够有效保障电路安全，也能够在故障保护结束后，不需要复位驱动信号即可实现对功率开关管的控制。

根据本发明的一些实施例，当累计的所述故障保护时间达到预设保护时间，根据来自所述驱动信号输入端的所述第一驱动信号的电平值对所述开关管进行控制。

比较电路累计故障保护时间与预设故障保护时间，若达到预设保护时间，则电路从故障保护中恢复，开关管的状态直接受到第一驱动信号的当前电平值控制，即第一驱动信号无需复位，控制简单，适应多种应用场景。

根据本发明的一些实施例，当累计的所述故障保护时间没有达到预设保护时间，控制所述开关管处于关断状态。

比较电路累计故障保护时间与预设故障保护时间，若没有达到预设保护时间，则电路仍处于故障保护中，因此保持开关管关断。本实施例中的控制方法能够保证在电路故障期间开关管处于持续关断的状态，从而实现对高压集成模块及其外围电路的有效保护。

第四方面，本发明实施例提供了一种空调器，包括上述第一方面所述的高压集成模块或第二方面所述的智能功率模块。

本发明实施例的空调器，具有上述实施例的高压集成模块或智能功率模块，能够在检测到异常信号时，通过逻辑控制电路关断开关管，对智能功率模块及空调器内部电路进行保护，提高了空调器运行的安全性与可靠性；在故障保护结束后，根据来自驱动信号输入端的第一驱动信号直接对开关管进行控制，不需要复位驱动信号即可实现对开关管的控制，使空调器的控制更加简单，满足了更多样的应用场景。

第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上第三方面所述的控制方法。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的智能功率模块的电路图；

图2是本发明一个实施例提供的过流检测电路的电路图；

图3是本发明一个实施例提供的欠压检测电路的电路图；

图4是本发明一个实施例提供的故障触发电路的电路图；

图5是本发明一个实施例提供的智能功率模块的基板结构示意图；

图6是本发明一个实施例提供的智能功率模块的工作状态示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

相关技术中，在智能功率模块的故障保护结束后，开关管需要重启，此时需要先把驱动信号复位，而后再控制驱动信号处于有效电平，这给需要驱动信号长期处于有效电平的应用场景带来了控制的不便。

基于此，本发明提出了一种高压集成模块、智能功率模块及其控制方法及空调器，在故障保护结束后，不需要复位驱动信号即可实现对开关管的控制。

下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

图1是本发明一个实施例提供的智能功率模块的电路图，智能功率模块100包括：

高压集成模块、开关管以及续流二极管。

高压集成模块110具体包括逻辑控制电路与故障保护电路。

在一实施例中，逻辑控制电路设置有第一上桥臂驱动信号输入端HIN1、第二上桥臂驱动信号输入端HIN2、第三上桥臂驱动信号输入端HIN3、第一下桥臂驱动信号输入端LIN1、第二下桥臂驱动信号输入端LIN2、第三下桥臂驱动信号输入端LIN3、故障输入端、第一上桥臂驱动信号输出端HO1、第二上桥臂驱动信号输出端HO2、第三上桥臂驱动信号输出端HO3、第一下桥臂驱动信号输出端LO1、第二下桥臂驱动信号输出端LO2、第三下桥臂驱动信号输出端LO3，上述上下桥臂驱动信号输入端接收智能功率模块的驱动信号，并经过逻辑控制电路的逻辑运算输出至上述上下桥臂驱动信号输出端，由于驱动信号输出端与开关管控制端连接，因此逻辑控制电路能够控制开关管的工作状态。

在一实施例中，逻辑控制电路包括逻辑输入缓冲电路111与驱动电路，其中驱动电路包括上桥驱动电路112与下桥驱动电路114。

在一实施例中，逻辑输入缓冲电路111包括：连接工作电源的Vcc端、与智能功率模块100的U相上桥臂信号输入端UHIN连接的第一上桥臂驱动信号输入端HIN1、与智能功率模块100的V相上桥臂信号输入端VHIN连接的第二上桥臂驱动信号输入端HIN2、与智能功率模块100的W相上桥臂信号输入端WHIN连接的第三上桥臂驱动信号输入端HIN3、与智能功率模块100的U相下桥臂信号输入端ULIN连接的第一下桥臂驱动信号输入端LIN1、与智能功率模块100的V相下桥臂信号输入端VLIN连接的第二下桥臂驱动信号输入端LIN2、与智能功率模块100的W相下桥臂信号输入端WLIN连接的第三下桥臂驱动信号输入端LIN3以及故障输入端；逻辑输入缓冲电路111还包括与驱动电路连接的逻辑电路信号输出端。

通过上述上下桥臂驱动信号输入端输入至逻辑输入缓冲电路111的第一驱动信号，经过逻辑输入缓冲电路111的逻辑运算生成第二驱动信号，通过上述上下桥臂驱动信号输出端输出至开关管控制端，用于对开关管的工作状态进行控制。

在一实施例中，通过故障输入端输入至逻辑输入缓冲电路111的第一故障信号为高电平，表示电路出现故障，需要进行故障保护，此时即使第一驱动信号为开关管开启信号，经过逻辑输入缓冲电路111的逻辑运算，输出的第二驱动信号仍为开关管关断信号，控制开关管处于关断的状态。

在一实施例中，通过故障输入端输入至逻辑输入缓冲电路111的第一故障信号为低电平，表示电路正常，没有出现故障，此时第一驱动信号为开关管开启信号，经过逻辑输入缓冲电路111的逻辑运算，输出的第二驱动信号为开关管开启信号，控制开关管开启。

在一实施例中，开关管包括第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第一上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125、第三下桥臂开关管126。

上述上桥臂开关管与上桥驱动电路112连接，其中，第一上桥臂驱动信号输出端HO1与第一上桥臂开关管121连接，第二上桥臂驱动信号输出端HO2与第二上桥臂开关管122连接，第三上桥臂驱动信号输出端HO3与第三上桥臂开关管123连接，上桥驱动电路将第二驱动信号通过上述驱动信号输出端分别输出至对应的上桥臂开关管，实现对上桥臂开关管的控制。

上述下桥臂开关管与下桥驱动电路114连接，其中，第一下桥臂驱动信号输出端LO1与第一下桥臂开关管124连接，第二下桥臂驱动信号输出端LO2与第二下桥臂开关管125连接，第三下桥臂驱动信号输出端LO3与第三下桥臂开关管126连接，下桥驱动电路将第二驱动信号通过上述驱动信号输出端分别输出至对应的下桥臂开关管，实现对下桥臂开关管的控制。

在一实施例中，VB1端作为U相高压区供电电源正端UVB，上桥驱动电路112的第一上桥臂驱动信号输出端HO1与U相上桥臂开关管121的栅极相连；上桥驱动电路112的VS1端与开关管121的射极、续流二极管131的阳极、U相下桥臂开关管124的集电极、续流二极管134的阴极相连，并作为U相高压区供电电源负端UVS；VB2端作为V相高压区供电电源正端VVB，上桥驱动电路112的第二上桥臂驱动信号输出端HO2与V相上桥臂开关管122的栅极相连，上桥驱动电路112的VS2端与开关管122的射极、续流二极管132的阳极、V相下桥臂开关管125的集电极、续流二极管135的阴极相连，并作为V相高压区供电电源负端VVS；VB3端作为W相高压区供电电源正端WVB，上桥驱动电路112的第三上桥臂驱动信号输出端HO3与W相上桥臂开关管123的栅极相连，上桥驱动电路112的VS3端与开关管123的射极、续流二极管153的阳极、W相下桥臂开关管126的集电极、续流二极管136的阴极相连，并作为W相高压区供电电源负端WVS。

在一实施例中，下桥驱动电路114的第一下桥臂驱动信号输出端LO1与开关管124的栅极相连；下桥驱动电路114的第二下桥臂驱动信号输出端LO2与开关管125的栅极相连；下桥驱动电路114的第三下桥臂驱动信号输出端LO3与开关管126的栅极相连；开关管124的射极与续流二极管134的阳极相连，并作为U相低电压参考端UN；开关管125的射极与续流二极管135的阳极相连，并作为V相低电压参考端VN；开关管126的射极与续流二极管136的阳极相连，并作为W相低电压参考端WN。

在一实施例中，开关管121的集电极、续流二极管131的阴极、开关管122的集电极、续流二极管132的阴极、开关管123的集电极、续流二极管133的阴极相连，并作为高电压输入端P，P端一般接入300V电压。

在一实施例中，高压集成模块110还包括故障保护电路，故障保护电路能够通过检测并判断智能功率模块中的电压或电流是否存在异常，来触发逻辑控制电路执行故障保护。

在一实施例中，故障保护电路包括过流检测电路117与故障触发电路115，过流检测电路117通过设置的故障检测输入端检测智能功率模块中的电流，如果检测到的电流异常，即检测到的电流大于预设电流值或与故障检测输入端连接的采样电阻的分压大于预设分压，则通过电流故障检测输出端向故障触发电路115输出故障信号，进而触发逻辑控制电路控制关断开关管，进行故障保护。

在一实施例中，Itrip是智能功率模块的电流检测端，故障检测输入端与Itrip端连接，用于电路中是否存在过流的情况，如果检测存在电流异常，则通过电流故障检测输出端向故障触发电路输出故障信号，进而触发逻辑控制电路控制关断开关管，进行故障保护，避免由于过流导致的电路损毁，实现对高压集成模块及其外围电路的有效保护。

在一实施例中，故障保护电路包括欠压检测电路116与故障触发电路115，欠压检测电路116的电压故障检测输入端用于检测工作电源的电压，如果检测到的电压异常，即检测到的电压小于预设电压值，则通过电压故障检测输出端向故障触发电路115输出故障信号，进而触发逻辑控制电路控制关断开关管，进行故障保护，能够避免由于欠压导致的电路损毁，实现对高压集成模块及其外围电路的有效保护。

在一实施例中，故障保护电路包括过流检测电路117、欠压检测电路116与故障触发电路115，即本实施例中的故障保护电路能够同时检测电路中的电流或电压异常。过流检测电路117设置有电流故障检测输出端与故障检测输入端；欠压检测电路116设置有电压故障检测输入端与电压故障检测输出端，电压故障检测输入端连接于工作电源。因为故障触发电路115需要接收两路检测电路的信号，因此故障触发电路114设置有第一故障触发输入端与第二故障触发输入端，其中，第一故障触发输入端与电流故障检测输出端连接，第二故障触发输入端与电压故障检测输出端连接，并将故障信号通过第一故障信号输出端输出至逻辑控制电路。因此，故障触发电路114能够根据由过流检测电路117通过故障检测输入端所检测到的电流信号触发逻辑控制电路执行故障保护，也能所根据由欠压检测电路116通过电压故障检测输入端所检测到的电压信号触发逻辑控制电路执行故障保护。

在一实施例中，故障触发电路114的两个故障触发输入端之间采用逻辑或门的连接方式，即，只要过流检测电路117与欠压检测电路116之中的一个检测电路检测到了异常的电信号，则故障触发电路114会通过第一故障信号输出端向逻辑控制电路输出有效的第一故障信号，例如高电平表示有效的第一故障信号，此时逻辑控制电路会关断开关管进行电路保护；而在故障保护结束后，逻辑控制电路根据来自驱动信号输入端的第一驱动信号的电平值对开关管进行控制，例如在第一故障信号输出端输出的第一故障信号为低电平的前提下，开关管的工作状态由第一驱动信号的当前电平直接控制。基于本实施例提供的智能功率模块，能够在检测电路检测到电路异常时及时关断开关管，保障系统安全性，并在故障保护结束后，不需要复位驱动信号即可实现对开关管的控制，使系统控制更加简单，满足了特定场景下，对驱动信号长期保持有效电平的需求。

如图2所示，在一实施例中，过流检测电路117包括比较器201、噪声滤除电路202以及用于提供第一参考电压Vr1的电源203。比较器201的两个输入端分别连接智能功率模块的Itrip端以及第一参考电压Vr1，当Itrip端检测到过流时，在比较器201的输出端A输出电流故障信号，即电流故障检测输出端输出有效的电流故障信号。

在一实施例中，第一比较器用于判断故障检测输入端的电流是否为异常值，如果为异常值，则通过第一故障信号输出端输出第一故障信号至逻辑控制电路，触发故障保护。本实施例中的过流检测电路的电路原理简单，但能实现对电流参数的有效检测及判断，进而通过及时关断开关管实现对系统的过流保护。

如图3所示，在一实施例中，欠压检测电路116包括比较器301、噪声滤除电路302以及用于提供第二参考电压Vr2的电源303。比较器301的两个输入端分别连接供电电源Vcc端以及第二参考电压Vr2，当Vcc端电压小于第二参考电压Vr2时，欠压检测电路116检测到Vcc欠压，从而在比较器301的输出端B输出电压故障信号，即电压故障检测输出端输出电压故障信号。

在一实施例中，第二比较器用于判断电压故障检测输入端的电压是否为异常值，如果为异常值，则通过第一故障信号输出端输出第一故障信号至逻辑控制电路，触发故障保护。本实施例中的欠压检测电路的电路原理简单，但能实现对电压参数的有效检测及判断，进而通过及时关断开关管实现对系统的欠压保护。

如图4所示，在一实施例中，故障触发电路115包括第一逻辑或门401与第二逻辑或门402，两个逻辑或门的输入端均分别连接比较器201的输出端A与比较器301的输出端B，即过流检测电路117的电流故障检测输出端与欠压检测电路116的电压故障检测输出端。因此，只要输出端A与输出端B有任一为高电平，则第一与第二逻辑或门输出高电平，即欠压检测电路116与过流检测电路117只要其中一个电路输出有效的故障信号，则第二逻辑或门402的输出端C输出高电平，并触发逻辑控制电路执行电路保护，对开关管进行关断控制；第一逻辑或门401的输出端连接有场效应晶体管403的栅极，场效应晶体管403的漏极连接第二故障信号输出端，即连接智能功率模块的Fault端，用于进行故障提示。

在一实施例中，场效应晶体管403为N沟道MOS场效应管，当第一逻辑或门401输出高电平时，N沟道MOS场效应管导通，输出端与电源地接通，此时Fault端输出低电平，提示智能功率模块处于故障保护。

通过上述智能功率模块100，当故障触发电路115在电压故障检测输入端与电流故障检测输入端的至少一端检测到异常信号时，通过第一故障信号输出端输出第一故障信号至逻辑输入缓冲电路111，通过逻辑控制电路111关断开关管，对智能功率模块100进行保护，同时通过第二故障信号输出端输出第二故障信号至智能功率模块Fault端，用于故障提示；当故障保护时间结束，第一故障信号输出端不再输出有效的第一故障信号，如果此时第一驱动信号为有效电平，则立即重启开关管，如果此时第一驱动信号不为有效电平，则持续关断开关管。

上述智能功率模块100能够实现，在故障保护结束后，不需要复位驱动信号即可实现对功率开关管的控制。

图5是本发明一个实施例提供的智能功率模块结构示意图。

由于布线的需要，整个衬底表面各处的铜箔面积是不均匀的，例如在功率器件部分，需要大片连续的铜箔；而在高压集成模块部分，一般是较细而多的铜箔连接线。由于铜箔与下层绝缘层、金属基板有着不同的成型收缩率、热膨胀系数等力学与热学参数，会导致衬底在塑封成成品后在不同的部位会存在不同程度的翘曲，形不规则的背面起伏，时后续安装留有缝隙。

在本实施例中，智能功率模块500包括衬底501、功率器件502、引脚503、高压集成模块504、敷铜区505、线路区506以及凹槽507。衬底501包括金属基板、绝缘层、导电层，根据智能功率模块器件的需求，制备大小粗细不一的铜箔，且铜箔部分地敷设于衬底501的表面之上，形成有敷铜区505和线路区，其中，敷铜区505用于设置高压集成模块504，线路区用于设置铜箔线路506，在线路区中没有设置铜箔线路的位置，设置有用于调整应力平衡的凹槽507。

在本实施例中，功率器件502可以为开关管或续流二极管，且功率器件502设置于大片的敷铜区505上；而靠近高压集成模块504的铜箔是较细的铜箔线路506，由于高压集成模块504附近的线路区的拉力较小，因此在线路区中没有设置铜箔线路的位置，设置有用于调整应力平衡的凹槽507，从而改善衬底两边所受的应力平衡情况，让智能功率模块500整体的翘曲均匀，在利于安装的同时，提高智能功率模块性能的可靠性。

在一些实施例中，提供了一种智能功率模块的控制方法，至少包括：

在获取到来自故障保护电路的故障触发信号后，累计故障保护时间，根据累计的故障保护时间对开关管进行控制。

在一实施例中，获取到来自故障保护电路的故障触发信号后，智能功率模块进入到故障保护状态，开关管被关断，此时开始进行故障保护时间的计时。在本实施例中，通过比较累计故障保护时间与预设的故障保护时间，判断电路是否从故障保护状态中恢复，进而对开关管进行控制。

本实施例中的智能功率模块的控制方法还包括：当累计的所述故障保护时间达到预设保护时间，根据来自所述驱动信号输入端的所述第一驱动信号的电平值对所述开关管进行控制。比较电路累计故障保护时间与预设故障保护时间，若达到预设保护时间，则电路从故障保护中恢复，开关管的状态直接受到第一驱动信号的当前电平值控制，即第一驱动信号无需复位，控制简单，适应多种应用场景。

在一实施例中，在故障保护结束后，如果此时第一驱动信号电平为有效电平，则重启开关管。

在一实施例中，如果此时第一驱动信号电平不为有效电平，则开关管保持关断。

本实施例中的智能功率模块的控制方法还包括：当累计的所述故障保护时间没有达到预设保护时间，控制所述开关管处于关断状态。

比较电路累计故障保护时间与预设故障保护时间，若没有达到预设保护时间，则电路仍处于故障保护中，因此保持开关管关断。本实施例中的控制方法能够保证在电路故障期间开关管处于持续关断的状态，从而实现对高压集成模块及其外围电路的有效保护。

上述实施例中的控制方法能够通过比较电路累计故障保护时间与预设故障保护时间，进而判断电路是否处于故障保护状态，既能够有效保障电路安全，也能够在故障保护结束后，不需要复位驱动信号即可实现对功率开关管的控制。

通过上述控制方法，智能功率模块能够通过比较电路累计故障保护时间与预设故障保护时间，进而判断电路是否处于故障保护状态，既能够有效保障电路安全，也能够在故障保护结束后，不需要复位驱动信号即可实现对功率开关管的控制。

图6是本发明一个实施例提供的智能功率模块的工作状态示意图，其中a1至a8表示智能功率模块所处的不同工作状态。

如图所示，图中驱动信号对应上述实施例中的第一驱动信号，高电平表示有效电平，低电平表示复位电平；保护电路状态为高电平时表示电路处于故障保护状态，低电平时表示电路处于正常工作状态；开关管高电平表示开关管处于开启状态，低电平表示开关管处于关断状态；输出电流对应上述实施例中Itrip端电流，能够通过检测输出电流，进行电路故障的检测；采样电阻与开关管射极连接，用于采集开关管的输出电流，并与参考电压做比较；Fault端用于提示电路整体的故障情况，Fault端高电平时，表示电路正常，无故障，Fault端低电平时，表示电路故障。

a1：在智能功率模块正常工作状态下，故障保护没有开启，驱动信号变为有效电平后，开关管随后被开启并输出电流，在开关管刚被开启时，存在较大的尖峰电流，该尖峰电流没有到达过流保护的电流阈值，但却在采样电阻上产生超过参考电压的电压，但是由于尖峰电流导致的电压持续时间达不到预设的信号滤波时间，因此不会触发故障保护，因此Fault端保持高电平不变，开关管持续正常工作；当驱动信号复位，开关管也随之关断。

在本实施例中，预设的信号滤波时间可以为200ns～1000ns。

a2至a5：开关管的输出电流突然增大，超过了过流保护的电流阈值，即对应图中a2状态，使采样电阻上产生超过参考电压的电压，且持续时间超过了预设的信号滤波时间，因此，故障保护电路立即触发了电路故障保护，向逻辑控制电路输出有效的故障信号，且在触发电路保护的同时，对外通过Fault端输出低电平提示电路故障，即对应图中a3的状态。此时电路中驱动信号仍为有效电平，但是由于逻辑控制电路接收到了有效的故障信号，因此会随即关断开关管进行电路保护，即对应图中a4状态。开关管处于关断状态后，输出电流为零，对应图中a5状态。

a6：表示在故障保护时间段内，无论驱动信号是否为有效电平，开关管均处于关断状态，同样，由于开关管关断，电路中也不会产生输出电流，分压电阻上不会产生分压，故障提示Fault端持续输出低电平，提示电路持续处于故障保护状态。

a7至a8：当电路中累计的故障保护时间达到达到预设的故障保护时间，电路从故障保护中恢复，Fault端低电平转换为高电平，此时对应图中a7状态。而此时驱动信号为有效电平，因此，开关管响应于有效的驱动信号变为开启状态，随即产生输出电流并在采样电阻上产生分压，开关管恢复正常工作状态。

在本实施例中，预设的故障保护时间为1ms～10ms。

本实施例中的智能功率模块通过设置过流参考电压与过流保护电流阈值，能够避免将开关管突然启动导致的尖峰电流作为故障信号而触发故障保护，而当输出电流超过过流保护电流阈值且超过信号滤波时间后，能够立刻触发电路保护，保证电路安全；在累计故障保护时间未达到预设故障保护时间时，使电路处于故障保护状态，通过持续关断开关管，有效保障电路安全；同时在累计故障保护时间达到预设故障保护时间后，不需要复位驱动信号即可实现对功率开关管的控制。

此外，本申请的一个实施例还提供了一种空调器，该空调器包括包括上述实施例中的高压集成模块或智能功率模块。本实施例中空调器具有的高压集成模块或智能功率模块能够在检测到异常信号时，通过逻辑控制电路关断开关管，对智能功率模块及空调器内部电路进行保护，提高了空调器运行的安全性与可靠性；在故障保护结束后，根据来自驱动信号输入端的第一驱动信号直接对开关管进行控制，不需要复位驱动信号即可实现对开关管的控制，使空调器的控制更加简单，满足了更多样的应用场景。

此外，本申请的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，例如，上述实施例中的空调器具有一个处理器，该处理器执行上述实施例中的智能功率模块的控制方法。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (13)

1.一种高压集成模块，应用于智能功率模块，所述智能功率模块包括开关管与用于故障检测的故障检测端，所述开关管设置有开关管控制端，其特征在于，所述高压集成模块包括：

逻辑控制电路，设置有驱动信号输入端、故障输入端与驱动信号输出端，所述驱动信号输出端与所述开关管控制端连接；

故障保护电路，设置有故障检测输入端与第一故障信号输出端，所述第一故障信号输出端与所述故障输入端连接，所述故障检测输入端与所述故障检测端连接；

所述故障保护电路用于根据来自所述故障检测端的电信号触发所述逻辑控制电路执行故障保护；在故障保护结束后，所述逻辑控制电路根据来自所述驱动信号输入端的第一驱动信号对所述开关管进行控制。

2.根据权利要求1所述的高压集成模块，其特征在于，所述故障保护电路包括：

过流检测电路，设置有电流故障检测输出端与所述故障检测输入端；

故障触发电路，设置有第一故障触发输入端与所述第一故障信号输出端，所述第一故障触发输入端与所述电流故障检测输出端连接，所述故障触发电路用于根据由所述过流检测电路通过所述故障检测输入端所检测到的电流信号触发所述逻辑控制电路执行故障保护。

3.根据权利要求2所述的高压集成模块，其特征在于，所述过流检测电路包括：

第一比较器，设置有第一比较输入端、第二比较输入端与第一比较输出端，所述第一比较输入端与所述故障检测输入端连接，所述第二比较输入端连接于第一参考电压；

第一噪声滤除电路，设置有第一噪声滤除输入端与第一噪声滤除输出端，所述第一噪声滤除输入端与所述第一比较输出端连接，所述第一噪声滤除输出端与所述第一故障信号输出端连接。

4.根据权利要求2所述的高压集成模块，其特征在于，所述故障保护电路还包括：

欠压检测电路，设置有电压故障检测输入端与电压故障检测输出端，所述故障触发电路设置有第二故障触发输入端，所述电压故障检测输入端连接于工作电源，所述电压故障检测输出端与所述第二故障触发输入端连接；

所述故障触发电路还用于根据由所述欠压检测电路通过所述电压故障检测输入端所检测到的电压信号触发所述逻辑控制电路执行故障保护。

5.根据权利要求4所述的高压集成模块，其特征在于，所述欠压检测电路包括：

第二比较器，设置有第三比较输入端、第四比较输入端与第二比较输出端，所述第三比较输入端与所述电压故障检测输入端连接，所述第四比较输入端连接于第二参考电压；

第二噪声滤除电路，设置有第二噪声滤除输入端与第二噪声滤除输出端，所述第二噪声滤除输入端与所述第二比较输出端连接，所述第二噪声滤除输出端与所述电压故障检测输出端连接。

6.根据权利要求1所述的高压集成模块，其特征在于，所述逻辑控制电路包括：

逻辑输入缓冲电路，设置有逻辑电路信号输出端、所述驱动信号输入端和所述故障输入端，所述逻辑输入缓冲电路用于根据所述第一驱动信号生成第二驱动信号；

驱动电路，设置有驱动电路信号输入端和所述驱动信号输出端，所述驱动电路信号输入端与所述逻辑电路信号输出端连接，所述驱动电路用于根据所述第二驱动信号对所述开关管进行控制。

7.一种智能功率模块，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的高压集成模块。

8.根据权利要求7所述的智能功率模块，其特征在于，还包括：

衬底，所述衬底包括金属基板、绝缘层、导电层；

铜箔，所述铜箔部分地敷设于所述衬底的表面之上，形成有线路区和敷铜区，所述线路区用于设置铜箔线路，所述敷铜区用于设置所述高压集成模块；

所述衬底于所述线路区中没有设置所述铜箔线路的位置设置有用于调整应力平衡的凹槽。

9.一种智能功率模块的控制方法，其特征在于，所述智能功率模块包括开关管、用于故障检测的故障检测端和如权利要求1至6任一项所述的高压集成模块，所述开关管设置有开关管控制端；所述控制方法包括：

在获取到来自所述故障保护电路的故障触发信号后，累计故障保护时间，根据累计的所述故障保护时间对所述开关管进行控制；

故障保护结束后，根据来自所述驱动信号输入端的第一驱动信号对所述开关管进行控制。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，根据累计的所述故障保护时间对所述开关管进行控制，包括：

当累计的所述故障保护时间达到预设保护时间，根据来自所述驱动信号输入端的所述第一驱动信号的电平值对所述开关管进行控制。

11.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，根据累计的所述故障保护时间对所述开关管进行控制，还包括：

当累计的所述故障保护时间没有达到预设保护时间，控制所述开关管处于关断状态。

12.一种空调器，其特征在于，包括有如权利要求1至6任一项所述的高压集成模块或者如权利要求7至8任一项所述的智能功率模块。

13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求9至11任意一项所述的控制方法。

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