CN117200546A - 智能功率模块ipm、控制方法、芯片及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例属于功率半导体技术，提供一种智能功率模块IPM、控制方法、芯片及电子设备，该IPM包括第一IC和预设信号传输端子，第一IC设置存储电路；存储电路与预设信号传输端子电连接；存储电路，用于存储IPM的产品信息；产品信息至少包括以下信息之一：IPM的制造信息、电路信息和测试信息；预设信号传输端子，用于将MCU发送的I/F信号传输至存储电路中；I/F信号用于请求IPM的产品信息；存储电路还用于，在接收到I/F信号时，基于I/F信号读取对应的产品信息，并通过预设信号传输端子将产品信息以I/F信号形式传输至MCU。本申请可以实现IPM的产品信息的直接调取，以便于IPM产品信息的识别，并在产生质量问题时高效获取对应产品信息以快速排障。
Description
技术领域
本申请实施例涉及功率半导体技术。更具体地讲，涉及一种智能功率模块IPM、控制方法、芯片及电子设备。
背景技术
智能功率模块(Intelligent Power Module，简称IPM)常用于家用电器、工业机器和车载产品等电子产品的三相逆变器电路里。目前的IPM具有确定的规格和型号，以适用不同的电子产品。
当电子产品中需要应用IPM时，要将IPM和对应的电子产品进行组装，在组装客户的电子产品时，由于IPM在同一封装中具有不同的产品系列，因此客户端识别的唯一方法是参考封装上刻印的型号，如果型号确认错误，将可能导致应用过程中出现质量问题。一旦IPM出现质量问题，客户端需要向IPM生产厂家调取该IPM生产过程中的制造信息等产品数据，以确定引起IPM质量问题的原因所在，IPM生产厂家则需要将IPM从对应产品的PCB中取出，然后扫描相关IPM的条形码，以提取出IPM生产过程中的制造信息等产品数据，再反馈给客户端，这无疑导致需要耗费大量时间成本和人力成本。
发明内容
本申请实施例提供一种智能功率模块IPM、控制方法、芯片及电子设备，以至少解决上述技术问题之一。
第一方面，本申请实施例提供一种智能功率模块IPM，包括：第一芯片IC和预设信号传输端子，所述第一IC设置存储电路；所述存储电路与所述预设信号传输端子电连接；
所述存储电路，用于存储所述IPM的产品信息；其中，所述产品信息至少包括以下信息之一：IPM的制造信息、电路信息和测试信息；
所述预设信号传输端子，用于将微控制器MCU发送的I/F信号传输至所述存储电路中；所述I/F信号用于请求所述IPM的产品信息；所述存储电路还用于，在接收到I/F信号时，基于所述I/F信号读取对应的产品信息，并通过所述预设信号传输端子将所述产品信息以I/F信号形式传输至所述MCU。
本申请实施例提供的上述IPM，通过设置存储电路，利用该存储电路存储IPM生产制造过程中的各项产品信息，并利用预设信号传输端子进行I/F信号的传输，以实现MCU直接从IPM的存储电路调取IPM对应的产品信息，而无需向IPM的生产厂家调取，以便于组装阶段对IPM产品信息的识别；而在应用阶段如果IPM出现质量问题，生产厂家也无需再将IPM从产品的PCB中取出，并确认IPM的条形码以扫描出对应的产品信息，有效降低了IPM问题点的确认、对策上以及解析工作上的时间和人力成本。
在一种实施方式中，所述预设信号传输端子为所述IPM的信号输入端子；所述第一IC还包括电平检测电路、串行/PWM输入切换电路和PWM信号输入电路；其中，所述存储电路通过所述串行/PWM输入切换电路与所述信号输入端子电连接；
所述电平检测电路，与所述信号输出端子电连接，用于检测所述信号输出端子的电平信号，并将检测结果传输至所述串行/PWM输入切换电路；
所述串行/PWM输入切换电路，分别与所述检测电路和所述信号输入端子电连接，用于根据所述检测结果切换连接至所述存储电路或者所述PWM信号输入电路；以及用于接收微控制器MCU通过所述信号输入端子传输的I/F信号或者PWM信号，并将所述I/F信号传输至所述存储电路或者将所述PWM信号传输至PWM信号输入电路中；
所述存储电路具体用于，基于所述串行/PWM输入切换电路对应的切换结果，接收I/F信号，并基于所述I/F信号读取对应的产品信息，并通过所述信号输入端子将所述产品信息以I/F信号形式传输至所述MCU；
所述PWM信号输入电路，与所述IPM的功率开关元件电连接，用于在接收到所述PWM信号时，控制所述功率开关元件的导通。
本申请实施例提供的上述IPM，通过在IPM内配置电平检测电路和串行/PWM输入切换电路，并对IPM的信号输出端子和信号输入端子进行复用，而无需增加IPM端子数量，即可实现外部对IPM的访问控制功能，与此同时满足了IPM的微小型需求，并降低了新端子的开发成本。
在一种实施方式中，所述信号输入端子包括U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子；
在所述串行PWM输入切换电路切换连接至所述存储电路时，所述U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子中的任一端子，用于接收控制器MCU传输的I/F信号；所述U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子中的其它端子，分别用于接收所述MCU传输的所述I/F信号对应的时钟信号，以及用于将所述产品信息以I/F信号传输至所述MCU。
本申请实施例提供的上述IPM，采用多个信号输入端子进行可以实现时钟信号、输入信号和输出信号多种I/F信号的串行传输。
在一种实施方式中，所述第一IC还包括：
保护电路，所述保护电路用于向所述信号输出端子输出电路保护信号；
所述电平检测电路，还与所述保护电路连接，用于在所述保护电路没有传输电路保护信号时，将所述检测结果传输至所述串行/PWM输入切换电路中。
本申请提供的上述IPM，利用电平检测电路和保护电路之间的连接，仅在保护电路没有传输电路保护信号时，将检测结果传输到串行/PWM输入切换电路对存储电路和PWM信号输入电路进行切换，可以降低保护电路的故障处理所产生的影响。
在一种实施方式中，所述保护电路包括导通开关管，所述导通开关管用于在接收到对应的电路保护信号时导通，并将所述电路保护信号输出至所述信号输出端子，使得所述信号输出端子处于低电平信号状态，并使所述MCU基于所述信号输出端子的低电平信号状态对所述IPM进行电路保护控制。
本申请实施例提供的上述IPM，保护电路采用导通开关管的形式，在接收到电路保护信号时导通，并实现信号输出端子电平信号状态的切换，MCU利用保护信号所对应的低电平信号对IPM进行电路保护控制，以提高IPM的安全性。
在一种实施方式中，所述信号输出端子还连接至上拉电阻的一端，所述上拉电阻的另一端连接至电源；
所述信号输出端子在没有接收到所述保护电路输出的电路保护信号时，其处于所述上拉电阻对应的高电平信号状态，使得微控制器MCU能够将所述信号输出端子的高电平信号状态控制为低电平信号状态；
所述串行/PWM输入切换电路，具体用于当检测结果为低电平信号时，切换连接至所述存储电路；或者，当检测结果为高电平信号时，切换连接至所述PWM输入切换电路。
本申请实施例提供的上述IPM，在保护电路没有输出电路保护信号时，MCU通过将信号输出端子的高电平信号状态控制为低电平信号状态，并利用该低电平信号状态实现串行/PWM输入切换电路的切换动作，以实现PWM信号和I/F信号的灵活传输功能。
在一种实施方式中，所述存储电路为非易失性存储器。
本申请实施例提供的上述IPM，采用非易失性存储器，可以有效保存所存储的产品信息。
第二方面，本申请实施例提供一种IPM的控制方法，应用于MCU，所述方法包括：
向所述IPM的预设信号传输端子传输I/F信号；其中，所述I/F信号用于请求所述IPM的产品信息；所述产品信息至少包括以下信息之一：IPM的制造信息、电路信息和测试信息；
接收所述存储电路基于所述I/F信号读取并通过所述预设信号传输端子以I/F信号形式传输的所述产品信息。
在一种实施方式中，所述预设信号传输端子为IPM的信号输入端子；在向所述IPM的信号输入端子传输I/F信号之前，还包括：
响应于I/F信号传输指令，在所述IPM的信号输出端子为高电平信号状态时，将所述信号输出端子的高电平信号状态控制为低电平状态；
所述向所述IPM的预设信号传输端子传输I/F信号，包括：在将高电平信号状态控制为低电平信号状态时，向所述IPM的信号输入端子传输I/F信号。
在一种实施方式中，所述方法还包括：
在未将所述高电平信号状态控制为低电平信号状态时，向所述IPM的信号输入端子传输PWM信号；其中，所述PWM信号用于控制所述IPM的功率开关元件的导通。
在一种实施方式中，该方法可用于执行上述第一方面中的任一种可能的实现方式。
第三方面，本申请实施例还提供一种芯片，包括：所述的IPM，和与所述IPM电连接的微控制器MCU；其中，所述MCU用于向所述IPM传输I/F信号，或者PWM信号。
在一种实施方式中，该芯片用于执行上述第一方面中的任一种可能的实现方式。
第四方面，本申请实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括所述的IPM。
在一种实施方式中，该电子设备用于执行上述第一方面中的任一种可能的实现方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的实施方式，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为相关技术中IPM的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种IPM的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种IPM的结构示意图之一；
图4a为本申请实施例中IPM的电路时序图之一；
图4b为本申请实施例中IPM的电路时序图之二；
图5为本申请实施例提供的另一种IPM的结构示意图之二；
图6为本申请实施例提供的另一种IPM的结构示意图之三；
图7为本申请实施例提供的另一种IPM的结构示意图之三；
图8为本申请实施例提供的一种IPM的控制方法的流程示意图；
图9为本申请实施例提供的一种芯片的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、实施方式和优点更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
智能功率模块IPM常用于家用电器(如变频空调)、工业机器和车载产品等的三相逆变器电路里，是一种先进的功率开关器件。IPM通常由高速且低功率的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)芯片和门级驱动及保护电路构成，其在三相逆变器电路中，作为与外部的接口，包括用于驱动电机的脉宽调制(Pulse WidthModulation，PWM)信号输入端子、传递保护动作的输出端子等端子，微控制器(Microcontroller Unit，MCU)利用信号输入端子向IPM输入PWM三相信号，以控制IGBT的导通。结合图1所示，为相关技术提供的一种可能的IPM的结构示意图。
但由于目前的IPM内部无法记录IPM的生产制造信息等产品信息，一旦IPM出现问题，应用IPM的客户端需要从IPM厂家调取IPM的生产制造信息等产品信息，以判别IPM的问题所在，并进行排障。此外，由于IPM在同一封装中具有不同的产品系列，因此客户端识别的唯一方法是参考封装上刻印的型号，在组装客户端的产品时，由于型号确认错误而导致的封装不良也容易发生，这可能会导致市场上出现重大质量问题。在这种情况下，必须依靠生产管理过程中的制造信息等数据进行确认工作，比如从PCB上取下封装之类的工作，而确认制造信息等数据需要花费大量时间和精力。具体而言，对于单个IPM，需要通过封装上记录的条形码引用的数据库中检索制造信息，测试记录等，如果客户制造出现问题或市场上出现质量问题，则需要花大量时间从产品的PCB中取出，并在IPM厂家确认条形码，所以在问题点的确认、对策上以及解析工作上需要很多时间和精力。以调取IPM的制造信息为例，调取IPM在什么时间、什么生产环境、怎样生产、怎样检测或者怎样出货的，这些信息目前仅能通过IPM生产厂家对条形码进行扫码提供。
需要说明的是，本申请实施例所涉及的上述产品信息(包括但不限于制造信息、测试信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户或厂商授权或者经过各方充分授权的信息和数据，并且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准，并提供有相应的操作入口，供用户选择授权或者拒绝。
有鉴于此，本申请实施例提供一种智能功率模块IPM及其控制方法、芯片及电子设备，该IPM包括第一芯片IC和预设信号传输端子，该第一IC设置存储电路；该存储电路与该预设信号传输端子电连接；该存储电路，用于存储所述IPM的产品信息；其中，该产品信息至少包括以下信息之一：IPM的制造信息、电路信息和测试信息；该预设信号传输端子，用于将微控制器MCU发送的I/F信号传输至该存储电路中；该I/F信号用于请求该IPM的产品信息；该存储电路还用于，在接收到I/F信号时，基于该I/F信号读取对应的产品信息，并通过该预设信号传输端子将该产品信息以I/F信号形式传输至MCU。在本申请实施例的技术方案中，通过在IPM中设置存储电路，利用该存储电路存储IPM生产制造过程中的各项产品信息，并利用预设信号传输端子实现接口(Interface，I/F)信号的传输，以实现MCU直接从IPM的存储电路调取IPM对应的产品信息，而无需向IPM的生产厂家调取，以便于组装阶段对IPM产品信息的识别；而在应用阶段如果IPM出现质量问题，生产厂家也无需再将IPM从产品的PCB中取出，并确认IPM的条形码以扫描出对应的产品信息，有效降低了IPM问题点的确认、对策上以及解析工作上的时间和人力成本。
下面结合具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
请参照图2，图2为本申请提供的一种智能功率模块IPM的结构示意图，该IPM100包括：第一芯片IC110和预设信号传输端子120，所述第一IC110设置存储电路111；所述存储电路111与所述预设信号传输端子120电连接；
所述存储电路111，用于存储所述IPM100的产品信息；其中，所述产品信息至少包括以下信息之一：IPM的制造信息、电路信息和测试信息；
所述预设信号传输端子120，用于将微控制器MCU200发送的I/F信号传输至所述存储电路111中；所述I/F信号用于请求所述IPM100的产品信息；所述存储电路111还用于，在接收到I/F信号时，基于所述I/F信号读取对应的产品信息，并通过所述预设信号传输端子120将所述产品信息以I/F信号形式传输至所述MCU200。
本实施例中，第一IC可以为低压集成电路(Low Voltage Integrated Circuit，LVIC)，可以理解的，IC按照其工作电压高低可分为低压集成电路和高压集成电路两种。
本实施例中，微控制器200可以是IPM100和电子产品(例如洗衣机)完成组装后对产品进行整体控制的控制器，其对于IPM100而言是外部控制器。
本实施例中，制造信息可以为IPM的制造流程信息等，电路信息可以包括搭载在IPM内部的LVIC等电路元件的晶圆生产批号信息等，测试信息为IPM在生产线上的测试过程及结果数据等。IPM产品在出现质量问题时，需要根据IPM的产品信息进行问题追踪，例如，IPM在出现误动作、异常动作、损坏时，可以参照IPM的制造信息、电路信息和测试信息，以分析出IPM出现问题的原因。
在一可实现中，本领域技术人员可以根据IPM的实际需求，设置存储电路中产品信息的数据写入范围，例如写入的数据包括从产品通电开始的通电时间、平均电流、错误发生内容等数据。
本实施例提供的上述技术方案，通过在IPM中设置存储电路，利用该存储电路存储IPM生产制造过程中的各项产品信息，并利用预设信号传输端子实现接口(Interface，I/F)信号的传输，以实现MCU直接从IPM的存储电路调取IPM对应的产品信息，而无需向IPM的生产厂家调取，同时生产厂家也无需再将IPM从产品的PCB中取出，并确认IPM的条形码以扫描出对应的产品信息，有效降低了IPM问题点的确认、对策上以及解析工作上的时间和人力成本。
考虑到IPM需要适用于不同电器，其封装成小型化以减小模块的体积、降低设备成本是一个重要的发展趋势，结合图1所示，图1所示例的一种可能的IPM结构，从图1中可以看出，现有的IPM已经具有20个以上的端子。如果增加新的端子来实现产品信息的I/F功能，将导致无法满足IPM封装小型化的需求。本实施例的预设信号传输端子采用IPM已有的端子---信号输入端子，通过对信号输入端子的复用，在不增加新的端子的情况下，实现产品信息的I/F功能。
请参照图3-图7，图3为本申请实施例提供的另一种IPM的结构示意图之一，预设信号传输端子120为所述IPM的信号输入端子120；所述第一IC110还包括电平检测电路112、串行/PWM输入切换电路113和PWM信号输入电路114；其中，所述存储电路111通过所述串行/PWM输入切换电路113与所述信号输入端子120电连接；
所述电平检测电路112，与信号输出端子120电连接，用于检测所述信号输出端子120的电平信号，并将检测结果传输至所述串行/PWM输入切换电路113；
所述串行/PWM输入切换电路113，分别与所述检测电路112和所述信号输入端子120电连接，用于根据所述检测结果切换连接至所述存储电路111或者所述PWM信号输入电路114；以及用于接收微控制器MCU通过所述信号输入端子120传输的I/F信号或者PWM信号，并将所述I/F信号传输至所述存储电路111或者将所述PWM信号传输至PWM信号输入电路114中；
所述存储电路111具体用于，基于所述串行/PWM输入切换电路113对应的切换结果，接收I/F信号，并基于所述I/F信号读取对应的产品信息，并通过所述信号输入端子120将所述产品信息以I/F信号形式传输至所述MCU；
所述PWM信号输入电路114，与所述IPM100的功率开关元件140电连接，用于在接收到所述PWM信号时，控制所述功率开关元件140的导通。
可以理解的，现有的IPM在三相逆变器电路中，作为与外部的接口，包括用于驱动电机的PWM信号输入端子、传递保护动作的输出端子等端子。其中信号输入端子120包括U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子，信号输出端子130，即IPM的故障输出(Fault Output，简称FO)端子。现有技术中，利用信号输出端子将故障信号(即电路保护信号)输出至外部控制器，具体地，采用低电平信号的形式向外部控制器输出故障信号，以便于外部控制器执行相应的故障处理，例如封锁PWM信号的继续输入。本实施例中，通过对信号输出端子进行复用，利用电平检测电路112检测信号输出端子的电平信号，使得串行/PWM输入切换电路113根据检测结果切换至对应的通路(存储电路111、PWM信号输入电路114)以实现I/F信号传输或者PWM信号传输。
本实施例中，通过在IPM内配置电平检测电路和串行/PWM输入切换电路，并对IPM的信号输出端子和信号输入端子进行复用，而无需增加IPM端子数量，即可实现外部对IPM的访问控制功能，与此同时满足了IPM的微小型需求，并降低了新端子的开发成本。
在一可实现中，利用电平检测电路112检测信号输出端子的电平信号，可以是在不需要进行故障信号输出时所对应的电平信号，该电平信号可以是高电平信号，在该高电平信号下，外部控制器(例如微控制器MCU)可以进行相应的处理，例如将高电平信号控制为低电平信号或者其它电平处理方式(如将高电平信号控制在一定的区间范围)，此时通过串行/PWM输入切换电路113将IPM中原有的PWM信号传输电路114切换至存储电路111，外部控制器可以通过对信号输入端子120的复用，实现I/F信号的传输功能，以控制IPM内部的存储电路111的产品信息的读取功能；而在信号输出端子的高电平信号没有进行相应处理或者经过处理后又重新复原的场景下，串行/PWM输入切换电路113选择切换至PWM信号传输电路114，进行IPM正常的PWM信号传输，以控制所述功率开关元件140的导通。
可以理解的，高电平信号可以为3.5～5V，低电平信号可以为0～0.25V。
本实施例中，功率开关元件140采用IGBT，以第一IC为IPM低侧的LVIC为例，IPM低侧可以包括3个IGBT元件，在实际应用中，其具体数量不作限定。
可以理解的，在正常工作状态下，存储电路111不工作，IPM100接收来自MCU通过信号输入端子120传输的PWM信号，并通过控制内置功率开关元件驱动电机或者压缩机。可见，本实施例利用PWM信号输入电路114和存储电路111之间的串行切换设置，可以在实现外部I/F功能的基础上，同时保障了IPM原有的PWM信号的输入不被影响。
在一些实施例中，MCU向IPM中输入的I/F信号还可以为数据写入请求，该数据写入请求中携带待写入的数据，例如当前运行数据或者其它数据，存储电路111在接收到对应的I/F信号后，写入相应的数据，使得产品在后续运行过程中如存在问题，可以从IPM的存储电路中调取对应的数据进行数据分析和处理，提升IPM使用体验。
在一种实施方式中，所述信号输入端子120包括U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子；
在所述串行PWM输入切换电路切换连接至所述存储电路时，所述U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子中的任一端子，用于接收控制器MCU传输的I/F信号(DI)；所述U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子中的其它端子，分别用于接收所述MCU传输的所述I/F信号对应的时钟信号CLK，以及用于将所述产品信息以I/F信号(DO)传输至所述MCU。
可以理解的是，本实施例中的U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子可以分别作为CLK信号、DI信号以及DO信号任意之一的传输端子，换言之，U相信号输入端子可以用于传输CLK信号、DI信号或者DO信号，当U相信号输入端子传输DI信号时，V相信号输入端子或者W相信号输入端子传输DO信号或者CLK信号。
本实施例中，存储电路为三线串行电路，可以接收基于对应的信号输入端子传输的时钟信号、I/F信号(DI)，并可以基于对应的信号输出端子输出I/F信号(DO)。
在一可实现中，结合图4a和图4b所示，以利用U相信号输入端子(Un)传输CLK信号、V相信号输入端子(Vn)传输DO信号和W相信号输入端子(Wn)传输DI信号为例进行说明，图4a和图4b分别为MCU向IPM传输PWM信号和传输I/F信号时的电路时序图，其中，
如图4a所示，第一阶段①：在电源(VDD)启动或者复位开机时，如果IPM100没有异常(没有接收到电路保护信号)，信号输出端子130(Fo)为IPM外部的上拉电阻悬挂的电位，其为高电平状态。如果出现异常，即Fo为低电平状态，则IPM进入保护，由MCU进行错误处理，且不进入后续阶段；第二阶段②：MCU检测Fo的电位，处于高电平状态时，MCU可以控制或者切换Fo的电位，使Fo的电位控制在低电平状态；而在正常状态下，MCU不执行电位的控制。该Fo的电位成为IPM端是否切换到串行的存储电路111的选择信号，在此种情况下，由于Fo的电位没有被切换(即保持在高电平状态下)，IPM不执行串行的存储电路111的切换，IPM在正常模式下工作；第三阶段③：IPM照常在PWM信号输入模式下接收MCU传输的PWM信号，并根据PWM信号驱动功率开关元件IGBT。
如图4b所示，第一阶段①’：在电源(VDD)启动或者复位开机时，如果IPM100没有异常(没有接收到电路保护信号)，信号输出端子130(Fo)为IPM外部的上拉电阻悬挂的电位，其为高电平状态。如果出现异常，即Fo为低电平状态，则IPM进入保护，由MCU进行错误处理，且不进入后续阶段；第二阶段②’MCU检测Fo的电位，当处于高电平状态时，将Fo的高电平控制为低电平电位，MCU通过将高电平控制为低电平，表明MCU此时切换到串行的I/F信号传输状态；第三阶段③’：MCU向U相信号端子(Un)输入CLK信号，即串行I/F的CLK信号，通常来说，数据信号和该CLK信号同步，如果该CLK信号多次发送，则与IPM之间的I/F尚未成立；进一步地，可以在第四阶段④’中：MCU连续发送CLK信号和启动命令(此为可选项，可以采用事先确定的方式)；第五阶段⑤’：该CLK信号允许IPM接收来自MCU的启动命令，当接收到该启动命令(即输入信号DI)时，IPM转换到串行I/F模式并接收I/F信号(DI电平信号发生变化)，接着MCU继续发送CLK信号和启动命令，以实现同步通信或输出数据；第六阶段⑥’：当IPM收到MCU的命令时，此时IPM将串行输出信号(DO)设置为活动状态，电平变为低电平，此时转换到IPM输出返回指令的动作。但是，IPM和MCU的通信关系因CLK，在IPM带有返回命令时发生，例如，IPM的存储电路111在对产品信息进行读取后，向MCU返回命令。简单来说，就是可以通过配合MCU的CLK形式，IPM在回复的任意编码code(可以为事先确定的code)返回时，IPM和MCU的通信成立；第七阶段⑦’：串行I/F可通信(即I/F信号传输过程建立)后，MCU释放Fo端子，将低电平返回至外部上拉电阻的高电平状态，此时IPM可以将电位设置为低电平状态，表明I/F通信正在继续；第八阶段⑧’：MCU从IPM获得返回指令，则MCU和IPM之间的串行I/F成立，要确定同步通信是否成功，可以针对④’的CLK，事先决定IPM的返回数据，如果确定该数据为事先确定的数据，则说明同步通信成功；第九阶段⑨’：MCU和IPM之间执行串行的I/F信号通信。上述过程包含MCU与IPM之间的信号输入和信号输出。
其中，当CLK信号输入到Un时，IPM低侧的信号输入端子120(Un、Vn和Wn)端子切换到用作串行总线的电路，即存储电路111，并分别利用各端子(Un、Vn和Wn)实现MCU与IPM之间的时钟信号CLK、输入信号DI和输出信号DO的传输。
从图4b可以看出，在传输PWM信号和I/F信号的电路时序图中，从第二阶段开始产生变化，与PWM信号传输过程不同的是，在I/F信号传输过程中，本实施例通过对电平的电位控制，以保障I/F信号的稳定传输。
在另一实施方式中，在串行PWM输入切换电路113切换至PWM信号输入电路114时，U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子分别用于传输U相信号、V相信号和W信号，以控制IGBT的导通。
进一步地，结合图5和图6所示，所述第一IC110还包括：保护电路115，所述保护电路115用于向所述信号输出端子130输出电路保护信号；
所述电平检测电路112，还与所述保护电路115连接，用于在所述保护电路115没有传输电路保护信号时，将所述检测结果传输至所述串行/PWM输入切换电路113中。
本实施例中，第一IC110为低压集成电路LVIC。在实际应用中，IPM100通常在低压集成电路中设置保护电路115并输出相应的故障信号。
在一可实现中，保护电路115可以包括电流保护(OC)、短路保护(SC)，由于是通过检测各IGBT集电极电流实现保护的，故不管哪个IGBT发生异常，都能保护；还可以包括驱动电源欠电压保护(UV)，每个驱动电路都具有UV保护功能，当驱动电源电压UCC小于规定值UV时，产生欠电压保护；可以包括过热保护(OH)，采用OH防止IGBT、快恢复二极管(FRD)过热的保护功能。此外，IPM内部的绝缘基板上没有温度检测元件，检测绝缘基板温度Tcoh(IGBT、FRD芯片异常发热后的保护动作时间比较慢)。IPM可以进一步在各IGBT芯片内设有温度检测元件，对于芯片的异常发热能高速实现OH保护。
本实施例中，利用电平检测电路和保护电路之间的连接，仅在保护电路没有传输电路保护信号时，将检测结果传输到串行/PWM输入切换电路对不同通路(存储电路111、PWM信号输入电路114)进行切换，可以减少保护电路的故障处理所产生的影响。
在一种实施方式中，所述保护电路115包括导通开关管，所述导通开关管用于在接收到对应的电路保护信号时导通，并将所述电路保护信号输出至所述信号输出端子130，使得所述信号输出端子130处于低电平信号状态，并使所述MCU基于所述信号输出端子130的低电平信号状态对所述IPM100进行电路保护控制。
可选地，导通开关管可以为场效应管(MOSFET，简称MOS)，MOS管是一种具有放大功能的特殊器件，其工作原理是当MOS管导通的时候，电流通过一个特殊的电阻Rb(压敏电阻)流进到输入级。本实施例中，该导通开关管在接收到电路保护信号时导通，此时信号输出端子向MCU输出的电压信号为低电平信号，具体地，MOS管导通时，将电平下拉至低电平，并将低电平信号输出值信号输出端子。
在一种实施方式中，所述信号输出端子130还连接至上拉电阻R的一端，所述上拉电阻的另一端连接至电源VDD；
所述信号输出端子130在没有接收到所述保护电路115输出的电路保护信号时，其处于所述上拉电阻R对应的高电平信号状态，使得微控制器MCU能够将所述信号输出端子130的高电平信号状态控制为低电平信号状态；
所述串行/PWM输入切换电路113，具体用于当检测结果为低电平信号时，切换连接至所述存储电路111；或者，当检测结果为高电平信号时，切换连接至所述PWM输入切换电路114。
本实施例中，上拉电阻对应的电平信号(例如5V)为高电平信号。信号输出端子130相当于IPM100的保护电路115中MOS的漏极电路，因此它取决于MOS关闭时IPM外部的上拉电阻的电位(即高电平)，只要IPM不处于保护状态，通常就可以在MCU侧(例如将高电平控制为低电平形式下)用作输入/输出端子功能；而在MOS导通时，通过将电位下拉至低电平状态以触发IPM的电路保护。
需要说明的是，在一些实施例中，MCU除了将高电平信号控制为低电平信号实现I/F控制电路的切换外，还可以通过将该高电平信号控制在一定的区间范围，该区间范围用于串行/PWM输入切换电路113切换至I/F控制电路112，本实施例对用于切换I/F控制电路112和PWM输入切换电路115的电平信号不作具体限定。
在一种实施方式中，为便于MCU获取IPM存储的产品信息，所述存储电路111为非易失性存储器。
可以理解的，非易失性闪存存储器是非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)的一种，NVM是当电流关掉后，所存储的数据不会消失的电脑存储器。
进一步地，可以采用非易失性存储器中的非易失性闪存存储器。可以理解的，非易失性存储器中，依存储器内的数据是否能在使用电脑时随时改写为标准，可分为二大类产品，即只读内存ROM和闪存Flash memory，非易失性闪存存储器即NVM中的闪存存储器。其中，Flash memory是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式，允许在操作中被多次擦或写的存储器，闪存是一种特殊的、以宏块抹写的EEPROM，便于在MCU与IPM间交换传输数据。
在一种实施方式中，结合图7所示，IPM100还包括第二IC150，第一IC110和第二IC150通过引线框进行组装，其中，第二IC150的电源接地端(VNC1)和第一IC110的电源接地端(VNC2)连接；其中，第一IC为低压集成电路LVIC，第二IC150为高压集成电路HVIC。
可选地，IPM100可以包括多个高压集成电路HVIC，本领域技术人员可以结合实际应用适应性设定HVIC的数量。
本申请实施例相应提供一种IPM的控制方法，应用于MCU，如图8所示，该方法包括步骤S801和步骤S802：
步骤S801、向所述IPM的预设信号传输端子传输I/F信号；其中，所述I/F信号用于请求所述IPM的产品信息；所述产品信息至少包括以下信息之一：IPM的制造信息、电路信息和测试信息；
步骤S802、接收所述存储电路基于所述I/F信号读取并通过所述预设信号传输端子以I/F信号形式传输的所述产品信息。
在一种实施方式中，所述预设信号传输端子为IPM的信号输入端子；在步骤S801向所述IPM的信号输入端子传输I/F信号之前，还可以包括以下步骤：
响应于I/F信号传输指令，在所述IPM的信号输出端子为高电平信号状态时，将所述信号输出端子的高电平信号状态控制为低电平状态；
步骤S801向所述IPM的预设信号传输端子传输I/F信号，具体为：在将高电平信号状态控制为低电平信号状态时，向所述IPM的信号输入端子传输I/F信号。
可以理解的，响应于，用于表示所执行的操作所依赖的条件或者状态，当满足所依赖的条件或状态时，所执行的一个或多个操作可以是实时的，也可以具有设定的延迟；在没有特别说明的情况下，所执行的多个操作不存在执行先后顺序的限制。
在一种实施方式中，所述方法还可以包括以下步骤：
在未将所述高电平信号状态控制为低电平信号状态时，向所述IPM的信号输入端子传输PWM信号；其中，所述PWM信号用于控制所述IPM的功率开关元件的导通。
需要说明的是，相关说明可以对应IPM实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不做过多赘述。
本申请实施例相应供一种芯片，如图9所示，包括：所述的IPM100，和与所述IPM电连接的微控制器MCU200；其中，所述MCU200用于向所述IPM100传输I/F信号，或者PWM信号。
需要说明的是，相关说明可以对应IPM实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不做过多赘述。
本申请实施例相应供一种电子设备，该电子设备包括所述的IPM，可选地，如图10所示，该电子设备包括处理器101，以及与所述处理器101通信连接的存储器102；
所述存储器102存储计算机执行指令；
所述处理器101执行所述存储器102存储的计算机执行指令，以执行IPM的控制流程，其中，存储器102和处理器101通过总线103连接。
需要说明的是，相关说明可以对应IPM实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不做过多赘述。
本申请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可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，具体的，该计算机可读存储介质中存储有程序指令，程序指令用于上述实施例中的方法。
本申请还提供一种程序产品，该程序产品包括执行指令，该执行指令存储在可读存储介质中。电子设备的至少一个控制模块可以从可读存储介质读取该执行指令，至少一个控制模块执行该执行指令使得电子设备实施上述的各种实施方式提供的方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述示例性的讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用所述实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。
Claims (12)
1.一种智能功率模块IPM，其特征在于，包括：第一芯片IC和预设信号传输端子，所述第一IC设置存储电路；所述存储电路与所述预设信号传输端子电连接；
所述存储电路，用于存储所述IPM的产品信息；其中，所述产品信息至少包括以下信息之一：IPM的制造信息、电路信息和测试信息；
所述预设信号传输端子，用于将微控制器MCU发送的I/F信号传输至所述存储电路中；所述I/F信号用于请求所述IPM的产品信息；所述存储电路还用于，在接收到I/F信号时，基于所述I/F信号读取对应的产品信息，并通过所述预设信号传输端子将所述产品信息以I/F信号形式传输至所述MCU。
2.根据权利要求1所述的IPM，其特征在于，所述预设信号传输端子为所述IPM的信号输入端子；所述第一IC还包括电平检测电路、串行/PWM输入切换电路和PWM信号输入电路；其中，所述存储电路通过所述串行/PWM输入切换电路与所述信号输入端子电连接；
所述电平检测电路，与所述信号输出端子电连接，用于检测所述信号输出端子的电平信号，并将检测结果传输至所述串行/PWM输入切换电路；
所述串行/PWM输入切换电路，分别与所述检测电路和所述信号输入端子电连接，用于根据所述检测结果切换连接至所述存储电路或者所述PWM信号输入电路；以及用于接收微控制器MCU通过所述信号输入端子传输的I/F信号或者PWM信号，并将所述I/F信号传输至所述存储电路或者将所述PWM信号传输至PWM信号输入电路中；
所述存储电路具体用于，基于所述串行/PWM输入切换电路对应的切换结果，接收I/F信号，并基于所述I/F信号读取对应的产品信息，并通过所述信号输入端子将所述产品信息以I/F信号形式传输至所述MCU；
所述PWM信号输入电路，与所述IPM的功率开关元件电连接，用于在接收到所述PWM信号时，控制所述功率开关元件的导通。
3.根据权利要求2所述的IPM，其特征在于，所述信号输入端子包括U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子；
在所述串行PWM输入切换电路切换连接至所述存储电路时，所述U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子中的任一端子，用于接收控制器MCU传输的I/F信号；所述U相信号输入端子、V相信号输入端子和W相信号输入端子中的其它端子，分别用于接收所述MCU传输的所述I/F信号对应的时钟信号，以及用于将所述产品信息以I/F信号传输至所述MCU。
4.根据权利要求2或3任一项所述的IPM，其特征在于，所述第一IC还包括：
保护电路，所述保护电路用于向所述信号输出端子输出电路保护信号；
所述电平检测电路，还与所述保护电路连接，用于在所述保护电路没有传输电路保护信号时，将所述检测结果传输至所述串行/PWM输入切换电路中。
5.根据权利要求4所述的IPM，其特征在于，
所述保护电路包括导通开关管，所述导通开关管用于在接收到对应的电路保护信号时导通，并将所述电路保护信号输出至所述信号输出端子，使得所述信号输出端子处于低电平信号状态，并使所述MCU基于所述信号输出端子的低电平信号状态对所述IPM进行电路保护控制。
6.根据权利要求5任一项所述的IPM，其特征在于，所述信号输出端子还连接至上拉电阻的一端，所述上拉电阻的另一端连接至电源；
所述信号输出端子在没有接收到所述保护电路输出的电路保护信号时，其处于所述上拉电阻对应的高电平信号状态，使得微控制器MCU能够将所述信号输出端子的高电平信号状态控制为低电平信号状态；
所述串行/PWM输入切换电路，具体用于当检测结果为低电平信号时，切换连接至所述存储电路；或者，当检测结果为高电平信号时，切换连接至所述PWM输入切换电路。
7.根据权利要求1任一项所述的IPM，其特征在于，所述存储电路为非易失性存储器。
8.一种IPM的控制方法，其特征在于，应用于MCU，所述方法包括：
向所述IPM的预设信号传输端子传输I/F信号；其中，所述I/F信号用于请求所述IPM的产品信息；所述产品信息至少包括以下信息之一：IPM的制造信息、电路信息和测试信息；
接收所述IPM的存储电路基于所述I/F信号读取并通过所述预设信号传输端子以I/F信号形式传输的所述产品信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设信号传输端子为IPM的信号输入端子；在向所述IPM的信号输入端子传输I/F信号之前，还包括：
响应于I/F信号传输指令，在所述IPM的信号输出端子为高电平信号状态时，将所述信号输出端子的高电平信号状态控制为低电平状态；
所述向所述IPM的预设信号传输端子传输I/F信号，包括：在将高电平信号状态控制为低电平信号状态时，向所述IPM的信号输入端子传输I/F信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
在未将所述高电平信号状态控制为低电平信号状态时，向所述IPM的信号输入端子传输PWM信号；其中，所述PWM信号用于控制所述IPM的功率开关元件的导通。
11.一种芯片，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的IPM，和与所述IPM电连接的微控制器MCU；其中，所述MCU用于向所述IPM传输I/F信号，或者PWM信号。
12.一种电子设备，其特征在于，该电子设备包括如权利要求1-7任一项所述的IPM。
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| CN117200546B (zh) | 2024-04-02 |
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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