CN117040247A - 一种智能功率模块 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功率模块技术领域，本发明公开了一种智能功率模块，其包括微控制单元、连接至所述微控制单元和工作电压的功率模块以及连接至所述功率模块的变频控制器；所述功率模块包括分别连接至所述工作电压、电压取样端和所述微控制单元的FAULT引脚的多温度区间检测电路；所述多温度区间检测电路用于根据所述电压取样端输入的电压值实现多个不同温度区间的检测。本发明的智能功率模块可以在某些特殊的需求下更改温度检测的区间范围，以对应不同的温度保护值，即提高其灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及功率模块技术领域，尤其涉及一种智能功率模块。
背景技术
智能功率模块简称IPM（IntelligentPowrModule）,其是一种电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品，不仅可以把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压、过电流及过热等故障检测电路，现已广泛应用于变频电机伺服驱动以及家电变频控制。
现有技术中的智能功率模块，如图1所示，其包括微控制单元1、连接至微控制单元1和工作电压VDD的功率模块2以及连接至功率模块2的变频控制器3，其中，功率模块的VSS引脚与工作电压VDD之间设置有滤波电容（4、5）以及上拉电阻6，而现有技术中的智能功率模块所存在的问题便是，功率模块的内部只集成了一个温度传感器，即其温度保护值是固定，如果因为某些特殊的需求其温度检测的范围是无法作更改的，灵活性不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能功率模块，以解决现有技术中的智能功率模块只能进行单一温度范围检测的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种智能功率模块，其包括微控制单元、连接至所述微控制单元和工作电压的功率模块以及连接至所述功率模块的变频控制器；所述功率模块包括分别连接至所述工作电压、电压取样端和所述微控制单元的FAULT引脚的多温度区间检测电路；所述多温度区间检测电路用于根据所述电压取样端输入的电压值实现多个不同温度区间的检测。
优选的，所述多温度区间检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一场效应管、第一电压比较器、第二场效应管、第二电压比较器、第三场效应管、第三电压比较器以及第四场效应管；
所述第一电阻和所述第二电阻串联设置，所述第一电阻的另一端连接至所述电压取样端，所述第二电阻的另一端接地；
所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻以及所述第六电阻依次串联设置，所述第三电阻的另一端连接至所述工作电压，所述第六电阻的另一端连接至所述第一场效应管的漏极；所述第一场效应管的源极接地；
所述第一电压比较器的负极引脚连接至所述第三电阻和所述第四电阻之间，所述第一电压比较器的正极引脚分别连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间以及所述第一场效应管的栅极；所述第二场效应管的栅极连接至所述第一电压比较器的输出引脚，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的漏极连接至所述微控制单元的FAULT引脚；
所述第二电压比较器的负极引脚分别连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间以及所述第一场效应管的栅极，所述第二电压比较器的正极引脚连接至所述第四电阻和所述第五电阻之间；所述第三场效应管的栅极连接至所述第二电压比较器的输出引脚，所述第三场效应管的源极接地，所述第三场效应管的漏极连接至所述微控制单元的FAULT引脚；
所述第三电压比较器的负极引脚分别连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间以及所述第一场效应管的栅极，所述第二电压比较器的正极引脚连接至所述第五电阻和所述第六电阻之间；所述第四场效应管的栅极连接至所述第三电压比较器的输出引脚，所述第四场效应管的源极接地，所述第四场效应管的漏极连接至所述微控制单元的FAULT引脚。
优选的，所述智能功率模块还包括第一负温度系数电阻、第二负温度系数电阻以及第三负温度系数电阻；所述第一负温度系数电阻的两端分别连接至所述第二场效应管的漏极和所述微控制单元的FAULT引脚；所述第二负温度系数电阻的两端分别连接至所述第三场效应管的漏极和所述微控制单元的FAULT引脚；所述第三负温度系数电阻的两端分别连接至所述第四场效应管的漏极和所述微控制单元的FAULT引脚。
优选的，所述变频控制器包括依次串联至所述功率模块的HO1引脚的第一驱动电阻和第一逆变上桥场效应管、依次串联至所述功率模块的HO2引脚的第二驱动电阻和第二逆变上桥场效应管以及依次串联至所述功率模块的HO3引脚的第三驱动电阻和第三逆变上桥场效应管。
优选的，所述变频控制器还包括依次串联至所述功率模块的LO1引脚的第四驱动电阻和第一逆变下桥场效应管、依次串联至所述功率模块的LO2引脚的第五驱动电阻和第二逆变下桥场效应管以及依次串联至所述功率模块的LO3引脚的第六驱动电阻和第三逆变下桥场效应管。
优选的，所述变频控制器还包括两端分别连接至所述功率模块的VB1引脚和所述功率模块的VS1引脚的第一自举电容、两端分别连接至所述功率模块的VB2引脚和所述功率模块的VS2引脚的第二自举电容以及两端分别连接至所述功率模块的VB3引脚和所述功率模块的VS3引脚的第三自举电容。
优选的，所述变频控制器还包括第七驱动电阻、三极管以及快恢复二极管；所述第七驱动电阻的第一端连接至所述功率模块的PFCOUT引脚，所述三极管的基极连接至所述第七驱动电阻的第二端，所述三极管的发射极和所述三极管的集电极通过二极管连接，所述快恢复二极管的正极连接至所述三极管的集电极。
与现有技术比较，本发明中的智能功率模块通过在功率模块中增加分别连接至工作电压、电压取样端和微控制单元的FAULT引脚的多温度区间检测电路，且使多温度区间检测电路可以根据电压取样端输入的电压值实现多个不同温度区间的检测，从而可以使智能功率模块在某些特殊的需求下更改温度检测的区间范围，以对应不同的温度保护值，即提高其灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术提供的一种智能功率模块的电气连接示意图；
图2为本发明实施例提供的一种智能功率模块的电气连接示意图；
图3为本发明实施例提供的一种智能功率模块中多温度区间检测电路的电气连接示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种智能功率模块，结合图2和图3所示，其包括微控制单元（图未示）、连接至微控制单元和工作电压VDD的功率模块002以及连接至功率模块002的变频控制器001；功率模块002包括分别连接至工作电压VDD、电压取样端（IF端）和微控制单元的FAULT引脚的多温度区间检测电路021；多温度区间检测电路021用于根据电压取样端输入的电压值实现多个不同温度区间的检测。
本实施例中，微控制单元也称外围主控板MCU控制器，功率模块002包括逆变电路和PFC（功率因素校正）驱动IC，变频控制器001也称二合一智能变频控制器。
具体地，功率模块002的各个输入引脚分别对应微控制单元的各个输出引脚。
具体地，多温度区间检测电路021包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一场效应管Q7、第一电压比较器Q1、第二场效应管Q2、第二电压比较器Q3、第三场效应管Q4、第三电压比较器Q5以及第四场效应管Q6；
其中，第一电阻R1和第二电阻R2串联设置，第一电阻R1的另一端连接至电压取样端，第二电阻R2的另一端接地；
第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5以及第六电阻R6依次串联设置，第三电阻R3的另一端连接至工作电压VDD，第六电阻R6的另一端连接至第一场效应管Q7的漏极；第一场效应管Q7的源极接地；
第一电压比较器Q1的负极引脚连接至第三电阻R3和第四电阻R4之间，第一电压比较器Q1的正极引脚分别连接至第一电阻R1和第二电阻R2之间以及第一场效应管Q7的栅极；第二场效应管Q2的栅极连接至第一电压比较器Q1的输出引脚，第二场效应管Q2的源极接地，第二场效应管Q2的漏极连接至微控制单元的FAULT引脚；
第二电压比较器Q3的负极引脚分别连接至第一电阻R1和第二电阻R2之间以及第一场效应管Q7的栅极，第二电压比较器Q3的正极引脚连接至第四电阻R4和第五电阻R5之间；第三场效应管Q4的栅极连接至第二电压比较器Q3的输出引脚，第三场效应管Q4的源极接地，第三场效应管Q4的漏极连接至微控制单元的FAULT引脚；
第三电压比较器Q5的负极引脚分别连接至第一电阻R1和第二电阻R2之间以及第一场效应管Q7的栅极，第二电压比较器Q3的正极引脚连接至第五电阻R5和第六电阻R6之间；第四场效应管Q6的栅极连接至第三电压比较器Q5的输出引脚，第四场效应管Q6的源极接地，第四场效应管Q6的漏极连接至微控制单元的FAULT引脚。
通过设计三个电压比较器以及三个场效应管组成多温度区间检测电路021，从而可以使智能功率模块实现三个温度区间的检测。
本实施例中，智能功率模块还包括第一负温度系数电阻N1、第二负温度系数电阻N2以及第三负温度系数电阻N3；第一负温度系数电阻N1的两端分别连接至第二场效应管Q2的漏极和微控制单元的FAULT引脚；第二负温度系数电阻N2的两端分别连接至第三场效应管Q4的漏极和微控制单元的FAULT引脚；第三负温度系数电阻N3的两端分别连接至第四场效应管Q6的漏极和微控制单元的FAULT引脚。这样设计可以使智能功率模块在以上三个温度区间的检测范围内实现三个不同温度区间的检测信号输出。
具体的，变频控制器001包括依次串联至功率模块002的HO1引脚的第一驱动电阻300和第一逆变上桥场效应管100、依次串联至功率模块002的HO2引脚的第二驱动电阻301和第二逆变上桥场效应管101以及依次串联至功率模块002的HO3引脚的第三驱动电阻302和第三逆变上桥场效应管102。
具体地，变频控制器001还包括依次串联至功率模块002的LO1引脚的第四驱动电阻303和第一逆变下桥场效应管103、依次串联至功率模块002的LO2引脚的第五驱动电阻304和第二逆变下桥场效应管104以及依次串联至功率模块002的LO3引脚的第六驱动电阻305和第三逆变下桥场效应管105。
具体地，变频控制器001还包括两端分别连接至功率模块002的VB1引脚和功率模块002的VS1引脚的第一自举电容10、两端分别连接至功率模块002的VB2引脚和功率模块002的VS2引脚的第二自举电容11以及两端分别连接至功率模块002的VB3引脚和功率模块002的VS3引脚的第三自举电容12。
具体地，变频控制器001还包括第七驱动电阻306、三极管112以及快恢复二极管213；第七驱动电阻306的第一端连接至功率模块002的PFCOUT引脚，三极管112的基极连接至第七驱动电阻306的第二端，三极管112的发射极和三极管112的集电极通过二极管连接，快恢复二极管213的正极连接至三极管112的集电极。
本实施例中，如图2所示，HIN1、HIN2、HIN3为三通道高侧驱动电路的信号输入端；VB1、VB2、VB3为三通道高侧驱动电路的浮动电源端；VS1、VS2、VS3为三通道高侧驱动电路的浮动地端；HO1、HO2、HO3为三通道高侧驱动电路的信号输出端；VSS是功率模块002的接地端；LIN1、LIN2、LIN3为三通道低侧驱动电路的信号输入端；LO1、LO2、LO3为三通道低侧驱动电路的信号输出端；ITRIP是电流检测电路端，当检测到电流大于预设值时，则控制HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2、LIN3输入无效，并通过报错电路输出故障信号；FAULT为故障信号输入端；PFCIN为功率因数校正输入端，PFCOUT为功率因数校正输出端；RCIN为相移电路输入端。
本实施例中，如图3所示，当电压取样端的输入电压高于第一预设值时，第一场效应管Q7导通，a点电压值大于b点电压值，且大于c点电压值，此时，第一电压比较器Q1输出高电平，第二场效应管Q2导通，第二电压比较器Q3输出低电平，第三场效应管Q4不导通，第三电压比较器Q5输出低电平，第四场效应管Q6不导通，即外围芯片检测到的是第一负温度系数电阻N1受温变带来的电压变化。
本实施例中，如图3所示，当电压取样端的输入电压高于第二预设值，低于第一预设值时，第一场效应管Q7导通，a点电压值小于b点电压值，且小于c点电压值，此时，第一电压比较器Q1输出低电平，第二场效应管Q2不导通，第二电压比较器Q3输出高电平，第三场效应管Q4导通，第三电压比较器Q5输出低电平，第四场效应管Q6不导通，即外围芯片检测到的是第二负温度系数电阻N2受温变带来的电压变化。
本实施例中，如图3所示，当电压取样端的输入电压高于第三预设值时，第一场效应管Q7导通，a点电压值小于b点电压值，且小于c点电压值，此时，第一电压比较器Q1输出低电平，第二场效应管Q2不导通，第二电压比较器Q3输出高电平，第三场效应管Q4导通，第三电压比较器Q5输出高电平，第四场效应管Q6导通，即外围芯片检测到的是第二负温度系数电阻N2和第三负温度系数电阻N3并联后受温变带来的电压变化。
具体为，当电压取样端输入3个不同区间的电压值时，通过多温度区间检测电路021输出3路信号，控制第一负温度系数电阻N1、第二负温度系数电阻N2以及第三负温度系数电阻N3的其中一或两路路电阻通电工作，由于第一负温度系数电阻N1、第二负温度系数电阻N2以及第三负温度系数电阻N3连接至功率模块002的FAULT引脚，则可以输出检测出的温度信号。
与现有技术比较，本实施例中的智能功率模块通过在功率模块002中增加分别连接至工作电压VDD、电压取样端和微控制单元的FAULT引脚的多温度区间检测电路021，且使多温度区间检测电路021可以根据电压取样端输入的电压值实现多个不同温度区间的检测，从而可以使智能功率模块在某些特殊的需求下更改温度检测的区间范围，以对应不同的温度保护值，即提高其灵活性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块包括微控制单元、连接至所述微控制单元和工作电压的功率模块以及连接至所述功率模块的变频控制器；所述功率模块包括分别连接至所述工作电压、电压取样端和所述微控制单元的FAULT引脚的多温度区间检测电路；所述多温度区间检测电路用于根据所述电压取样端输入的电压值实现多个不同温度区间的检测。
2.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述多温度区间检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一场效应管、第一电压比较器、第二场效应管、第二电压比较器、第三场效应管、第三电压比较器以及第四场效应管；
所述第一电阻和所述第二电阻串联设置，所述第一电阻的另一端连接至所述电压取样端，所述第二电阻的另一端接地；
所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻以及所述第六电阻依次串联设置，所述第三电阻的另一端连接至所述工作电压，所述第六电阻的另一端连接至所述第一场效应管的漏极；所述第一场效应管的源极接地；
所述第一电压比较器的负极引脚连接至所述第三电阻和所述第四电阻之间，所述第一电压比较器的正极引脚分别连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间以及所述第一场效应管的栅极；所述第二场效应管的栅极连接至所述第一电压比较器的输出引脚，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的漏极连接至所述微控制单元的FAULT引脚；
所述第二电压比较器的负极引脚分别连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间以及所述第一场效应管的栅极，所述第二电压比较器的正极引脚连接至所述第四电阻和所述第五电阻之间；所述第三场效应管的栅极连接至所述第二电压比较器的输出引脚，所述第三场效应管的源极接地，所述第三场效应管的漏极连接至所述微控制单元的FAULT引脚；
所述第三电压比较器的负极引脚分别连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间以及所述第一场效应管的栅极，所述第二电压比较器的正极引脚连接至所述第五电阻和所述第六电阻之间；所述第四场效应管的栅极连接至所述第三电压比较器的输出引脚，所述第四场效应管的源极接地，所述第四场效应管的漏极连接至所述微控制单元的FAULT引脚。
3.如权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括第一负温度系数电阻、第二负温度系数电阻以及第三负温度系数电阻；所述第一负温度系数电阻的两端分别连接至所述第二场效应管的漏极和所述微控制单元的FAULT引脚；所述第二负温度系数电阻的两端分别连接至所述第三场效应管的漏极和所述微控制单元的FAULT引脚；所述第三负温度系数电阻的两端分别连接至所述第四场效应管的漏极和所述微控制单元的FAULT引脚。
4.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述变频控制器包括依次串联至所述功率模块的HO1引脚的第一驱动电阻和第一逆变上桥场效应管、依次串联至所述功率模块的HO2引脚的第二驱动电阻和第二逆变上桥场效应管以及依次串联至所述功率模块的HO3引脚的第三驱动电阻和第三逆变上桥场效应管。
5.如权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述变频控制器还包括依次串联至所述功率模块的LO1引脚的第四驱动电阻和第一逆变下桥场效应管、依次串联至所述功率模块的LO2引脚的第五驱动电阻和第二逆变下桥场效应管以及依次串联至所述功率模块的LO3引脚的第六驱动电阻和第三逆变下桥场效应管。
6.如权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，所述变频控制器还包括两端分别连接至所述功率模块的VB1引脚和所述功率模块的VS1引脚的第一自举电容、两端分别连接至所述功率模块的VB2引脚和所述功率模块的VS2引脚的第二自举电容以及两端分别连接至所述功率模块的VB3引脚和所述功率模块的VS3引脚的第三自举电容。
7.如权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述变频控制器还包括第七驱动电阻、三极管以及快恢复二极管；所述第七驱动电阻的第一端连接至所述功率模块的PFCOUT引脚，所述三极管的基极连接至所述第七驱动电阻的第二端，所述三极管的发射极和所述三极管的集电极通过二极管连接，所述快恢复二极管的正极连接至所述三极管的集电极。
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