CN117498847A - 一种智能pfc模块 - Google Patents

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CN117498847A CN202311446789.9A CN202311446789A CN117498847A CN 117498847 A CN117498847 A CN 117498847A CN 202311446789 A CN202311446789 A CN 202311446789A CN 117498847 A CN117498847 A CN 117498847A
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冯宇翔
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Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，特别是一种智能PFC模块，驱动模块的PFCOUT端和IGBT的栅极电连接，驱动模块的VCE端和IGBT的集电极电连接，控制信号处理子模块生成驱动信号；故障逻辑控制子模块用于接收多个故障保护子模块的保护动作信号；当收到任意保护动作信号时，故障反馈信号为低电平，当没有收，则为高电平；驱动子模块则当故障反馈信号为高电平时，若驱动信号为低电平时，则输出负关断电压，若为高电平，则输出正导通电压；当故障反馈信号为低电平时，则只输出负关断电压，而当电压UCE大于内置电压时，只输出慢关断信号；从而使其兼具负电压关断IGBT、内部故障保护和IGBT过流保护三种能力。

Description

一种智能PFC模块
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别是一种智能PFC模块。
背景技术
PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。目前工业和消费电子电控的PFC已开始采用分立式的智能PFC模块，这种智能PFC模块将整流桥、IGBT、驱动IC等模块集合在一起，电路比较复杂，当智能PFC模块采用15V开通、0V关断IGBT时，0V关断可能会导致IGBT面临寄生开通的问题(即密勒电容效应导致寄生开通，产生的原因在于集电极和发射极之间的电压变化率duCE/dt；或者发射极的杂散电感也会引起寄生开通，产生的原因在于负载电流的变化率diL/dt。)，从而造成关断损耗及无法准确关断导致的一系列后继电路问题，因此现有的解决办法是通过负电压关断IGBT。
而目前的智能PFC模块没有设计负电压关断IGBT的具体实施方式，而现有负电压关断IGBT的方法主要通过储能电路在升压电路输出正向电压时进行储能，以驱动IGBT导通，在升压电路输出负向电压时通过放电电路进行放电，以关断IGBT。
但是这种负电压关断IGBT方法不适用于智能PFC模块，无法直接应用于智能PFC模块复杂的电路环境中，无法兼顾智能PFC模块的故障逻辑控制电路对IGBT驱动信号的控制，且在IGBT出现过流故障时，无法及时关断以对IGBT进行保护。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种智能PFC模块，兼具负电压关断IGBT、内部故障保护和IGBT过流保护三种能力。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种智能PFC模块，包括IGBT和驱动模块，所述驱动模块的PFCOUT端和所述IGBT的栅极电连接，所述驱动模块的VCE端和所述IGBT的集电极电连接；
所述驱动模块包括驱动子模块、故障逻辑控制子模块、控制信号处理子模块和多个故障保护子模块；所述驱动子模块的VEE端用作所述驱动模块的VEE端口，所述驱动子模块的VDD端用作所述驱动模块的VDD端口，所述驱动子模块的PFCOUT端用作所述驱动模块的PFCOUT端口，所述驱动子模块的VCE端用作所述驱动模块的VCE端口，所述控制信号处理子模块的输入端用作所述驱动模块的PFCIN端口；
所述驱动子模块的PFCIN端和所述控制信号处理子模块的输出端电连接，所述驱动子模块的FO1端和所述故障逻辑控制子模块的输出端电连接，所述故障逻辑控制子模块的多个输入端分别和多个所述故障保护子模块的输出端电连接；
所述控制信号处理子模块用于外接输入信号，生成驱动信号；
所述故障逻辑控制子模块用于接收多个所述故障保护子模块的保护动作信号，生成故障反馈信号；当收到一个或多个所述保护动作信号时，所述故障反馈信号为低电平，当没有收到所述保护动作信号时，所述故障反馈信号为高电平；
所述驱动子模块用于接收所述驱动信号、所述故障反馈信号及IGBT的集电极和发射极之间的电压UCE，生成正导通电压、负关断电压和慢关断信号；当所述故障反馈信号为高电平时，若所述驱动信号为低电平时，则输出所述负关断电压，若所述驱动信号为高电平，则输出所述正导通电压；当所述故障反馈信号为低电平时，则输出所述负关断电压；当所述电压UCE大于内置电压时，输出所述慢关断信号。
进一步的，所述驱动子模块包括通断单元和过流保护单元；所述通断单元的第一输入端用作所述驱动子模块的PFCIN端，所述通断单元的第二输入端用作所述驱动子模块的FO1端，所述通断单元的VDD端用作所述驱动子模块的VDD端，所述通断单元的VEE端用作所述驱动子模块的VEE端，所述通断单元的输出端用作所述驱动子模块的PFCOUT端，所述过流保护单元的检测端用作所述驱动子模块的VCE端；
所述通断单元的第一切换端和所述过流保护单元的输入端电连接，所述通断单元的第二切换端和所述过流保护单元的输出端电连接，所述通断单元的VDD端和所述过流保护单元的VDD端电连接，所述通断单元的VEE端和所述过流保护单元的VEE端电连接；
所述通断单元用于接收所述驱动信号和所述故障反馈信号，生成所述正导通电压和所述负关断电压；当所述故障反馈信号为高电平时，若所述驱动信号为低电平时，则输出所述负关断电压，若所述驱动信号为高电平，则输出所述正导通电压；当所述故障反馈信号为低电平时，则输出所述负关断电压；
所述过流保护单元用于接收所述电压UCE，生成所述慢关断信号；仅当所述电压UCE大于所述内置电压时，输出所述慢关断信号。
进一步的，所述驱动模块的VDD端口外接电源为正电压，且不大于+20V；所述驱动模块的VEE端口外接电源为负电压，且不小于-20V。
进一步的，所述通断单元包括通断选择电路和输出电路；所述通断选择电路的第一输入端用作所述通断单元的第一输入端，所述通断选择电路的第二输入端用作所述通断单元的第二输入端，所述通断选择电路的切换端用作所述通断单元的第一切换端，所述通断选择电路的输出端用作所述通断单元的第二切换端，所述输出电路的输出端用作所述通断单元的输出端，所述输出电路的第一输入端用作所述通断单元的VDD端，所述通断选择电路的VEE端和所述输出电路的第二输入端均用作所述通断单元的VEE端；
所述通断选择电路的输出端和所述输出电路的控制端电连接；
所述通断选择电路用于接收所述驱动信号和所述故障反馈信号进行通断；当所述故障反馈信号为高电平时，若所述驱动信号为低电平时，则所述通断选择电路导通，若所述驱动信号为高电平，则所述通断选择电路关断；当所述故障反馈信号为低电平时，则所述通断选择电路导通；
当所述通断选择电路关断，则所述输出电路输出所述正导通电压；
当所述通断选择电路导通，则所述输出电路输出所述负关断电压。
进一步的，所述过流保护单元包括切换判断电路、反馈电路和慢关断电路；所述切换判断电路的输入端用作所述过流保护单元的输入端，所述反馈电路的输入端用作所述过流保护单元的检测端，所述慢关断电路的输出端用作所述过流保护单元的输出端，所述切换判断电路的VDD端用作所述过流保护单元的VDD端，所述切换判断电路的VEE端和所述慢关断电路的VEE端均用作所述过流保护单元的VEE端；
所述切换判断电路的反馈端和所述反馈电路的输出端电连接，所述切换判断电路的输出端和所述慢关断电路的输入端电连接；
所述切换判断电路用于生成所述内置电压；
所述反馈电路用于接收所述电压UCE控制所述切换判断电路的通断；仅当所述电压UCE大于所述内置电压时，所述切换判断电路导通；
仅当所述切换判断电路导通时，所述慢关断电路输出所述慢关断信号。
进一步的，所述通断选择电路包括与非门U1和NPN型三极管Q1；所述与非门U1的第一输入端用作所述通断选择电路的第一输入端，所述与非门U1的第二输入端用作所述通断选择电路的第二输入端，所述与非门U1的输出端用作所述通断选择电路的切换端，所述NPN型三极管Q1的集电极用作所述通断选择电路的输出端，所述NPN型三极管Q1的发射极用作所述通断选择电路的VEE端；
所述与非门U1的输出端和所述NPN型三极管Q1的基极电连接；
所述NPN型三极管Q1导通，则所述通断选择电路导通；所述NPN型三极管Q1关断，则所述通断选择电路关断。
进一步的，所述输出电路包括电阻R7、电阻RG、NPN型三极管Q4和PNP型三极管Q5；所述NPN型三极管Q4的集电极用作所述输出电路的第一输入端，所述PNP型三极管Q5的集电极用作所述输出电路的第二输入端，所述NPN型三极管Q4的基极和所述PNP型三极管Q5的基极均用作所述输出电路的控制端，所述电阻RG的一端用作所述输出电路的输出端；
所述电阻R7的一端和所述NPN型三极管Q4的集电极电连接，所述电阻R7的另一端和所述NPN型三极管Q4的基极电连接，所述NPN型三极管Q4的发射极、所述PNP型三极管Q5的发射极均和所述电阻RG的另一端电连接；
所述NPN型三极管Q4导通，输出所述正导通电压；所述PNP型三极管Q5导通，输出所述负关断电压。
进一步的，所述切换判断电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管VS1、NPN型三极管Q2、NPN型三极管Q3和电容C1；所述NPN型三极管Q2的基极用作所述切换判断电路的输入端，所述二极管VS1的阴极用作所述切换判断电路的反馈端，所述电阻R5的一端用作所述切换判断电路的输出端，所述电阻R1的一端和所述电阻R6的一端均用作所述切换判断电路的VDD端，所述NPN型三极管Q2的发射极、所述电容C1的一端、所述电阻R4的一端和所述NPN型三极管Q3的发射极均用作所述切换判断电路的VEE端；
所述电阻R1的另一端、所述NPN型三极管Q2的集电极、所述电容C1的另一端均和所述电阻R2的一端电连接，所述电阻R2的另一端和所述二极管VS1的阴极电连接，所述二极管VS1的阳极、所述电阻R4的另一端均和所述NPN型三极管Q3的基极电连接，所述NPN型三极管Q3的集电极和所述电阻R5的另一端电连接，所述电阻R5的一端和所述电阻R6的另一端电连接；
所述NPN型三极管Q3导通，则所述切换判断电路导通。
进一步的，所述反馈电路包括电阻R3和二极管Vd2；所述电阻R3的一端用作所述反馈电路的输出端，所述二极管Vd2的阴极用作所述反馈电路的输入端；
所述电阻R3的另一端和所述二极管Vd2的阳极电连接。
进一步的，所述慢关断电路包括二极管Vd1和电容C2；所述二极管Vd1的阳极用作所述慢关断电路的输出端，所述二极管Vd1的阴极用作所述慢关断电路的输入端，所述电容C2的一端用作所述慢关断电路的VEE端；
所述二极管Vd1的阴极和所述电容C2的另一端电连接。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：将驱动子模块集成在驱动模块中，控制驱动模块驱动IGBT的主要通道，接收来自控制信号处理子模块的驱动信号进行优化，转化为由正导通电压和负关断电压组成的PWM信号，由负关断电压代替常规的0V电压关断IGBT，解决了IGBT关断的寄生开通问题；在此同时，驱动子模块还接收来自故障逻辑控制子模块的故障反馈信号并将故障反馈信号设为最高优先级，只要故障反馈信号为低电平时(即驱动子模块出现一个或多个故障)，驱动子模块立刻将输出置为只输出负关断电压，使IGBT保持关断状态，从而后继电路停止工作，实现了故障保护。
更重要的是，驱动子模块还兼具了IGBT及后继电路发生过流故障时的保护能力；当发生过流故障时，IGBT的集电极和发射极之间的电压将会大幅度增加，因此驱动子模块通过驱动模块的VCG端监测电压UCE，将电压UCE与内置电压进行对比即可知道电压UCE有没有发生大幅度增加，从而判断是否发生过流故障；并在监测到发生过流故障时，实施输出慢关断信号来降低IGBT的栅极和发射极间电压，使IGBT缓慢关断，对IGBT及后继电路进行保护，且可避免IGBT在过流的情况下过快关断产生尖峰电压导致IGBT烧毁。
附图说明
图1是本发明的其中一个实施例的一种智能PFC模块的原理图。
图2是如图1所示的驱动模块的原理图。
图3是如图2所示的驱动子模块的电路图。
图4是如图3所示的驱动子模块的电路图。
其中：驱动模块1，驱动子模块2，故障逻辑控制子模块3，控制信号处理子模块4，故障保护子模块5，通断单元21，过流保护单元22，通断选择电路211，输出电路212，切换判断电路221，反馈电路222，慢关断电路223，与非门U1，NPN型三极管Q1，电阻R7，电阻RG，NPN型三极管Q4，PNP型三极管Q5，电阻R1，电阻R2，电阻R4，电阻R5，电阻R6，二极管VS1，NPN型三极管Q2，NPN型三极管Q3，电容C1，电阻R3，二极管Vd2，二极管Vd1，电容C2。
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。
在本发明的实施方式的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。
下面结合图1至图4，描述本发明实施例的一种智能PFC模块。
一种智能PFC模块，包括IGBT和驱动模块1，驱动模块1的PFCOUT端和IGBT的栅极电连接，驱动模块1的VCE端和IGBT的集电极电连接；
驱动模块1包括驱动子模块2、故障逻辑控制子模块3、控制信号处理子模块4和多个故障保护子模块5；驱动子模块2的VEE端用作驱动模块1的VEE端口，驱动子模块2的VDD端用作驱动模块1的VDD端口，驱动子模块2的PFCOUT端用作驱动模块1的PFCOUT端口，驱动子模块2的VCE端用作驱动模块1的VCE端口，控制信号处理子模块4的输入端用作驱动模块1的PFCIN端口；
驱动子模块2的PFCIN端和控制信号处理子模块4的输出端电连接，驱动子模块2的FO1端和故障逻辑控制子模块3的输出端电连接，故障逻辑控制子模块3的多个输入端分别和多个故障保护子模块5的输出端电连接；
控制信号处理子模块4用于外接输入信号，生成驱动信号；
故障逻辑控制子模块3用于接收多个故障保护子模块5的保护动作信号，生成故障反馈信号；当收到一个或多个保护动作信号时，故障反馈信号为低电平，当没有收到保护动作信号时，故障反馈信号为高电平；
驱动子模块2用于接收驱动信号、故障反馈信号及IGBT的集电极和发射极之间的电压UCE，生成正导通电压、负关断电压和慢关断信号；当故障反馈信号为高电平时，若驱动信号为低电平时，则输出负关断电压，若驱动信号为高电平，则输出正导通电压；当故障反馈信号为低电平时，则输出负关断电压；当电压UCE大于内置电压时，输出慢关断信号。
本发明提成的一种智能PFC模块优选本实施例中，如图1和图2所示，将驱动子模块2集成在驱动模块1中，控制驱动模块1驱动IGBT的主要通道，接收来自控制信号处理子模块4的驱动信号进行优化，转化为由正导通电压和负关断电压组成的PWM信号，由负关断电压代替常规的0V电压关断IGBT，解决了IGBT关断的寄生开通问题；在此同时，驱动子模块2还接收来自故障逻辑控制子模块3的故障反馈信号并将故障反馈信号设为最高优先级，只要故障反馈信号为低电平时(即驱动子模块2出现一个或多个故障)，驱动子模块2立刻将输出置为只输出负关断电压，使IGBT保持关断状态，从而后继电路停止工作，实现了故障保护。
更重要的是，驱动子模块2还兼具了IGBT及后继电路发生过流故障时的保护能力；当发生过流故障时，IGBT的集电极和发射极之间的电压将会大幅度增加，因此驱动子模块2通过驱动模块1的VCG端监测电压UCE，将电压UCE与内置电压进行对比即可知道电压UCE有没有发生大幅度增加，从而判断是否发生过流故障；并在监测到发生过流故障时，实施输出慢关断信号来降低IGBT的栅极和发射极间电压，使IGBT缓慢关断，对IGBT及后继电路进行保护，且可避免IGBT在过流的情况下过快关断产生尖峰电压导致IGBT烧毁。
进一步的，驱动子模块2包括通断单元21和过流保护单元22；通断单元21的第一输入端用作驱动子模块2的PFCIN端，通断单元21的第二输入端用作驱动子模块2的FO1端，通断单元21的VDD端用作驱动子模块2的VDD端，通断单元21的VEE端用作驱动子模块2的VEE端，通断单元21的输出端用作驱动子模块2的PFCOUT端，过流保护单元22的检测端用作驱动子模块2的VCE端；
通断单元21的第一切换端和过流保护单元22的输入端电连接，通断单元21的第二切换端和过流保护单元22的输出端电连接，通断单元21的VDD端和过流保护单元22的VDD端电连接，通断单元21的VEE端和过流保护单元22的VEE端电连接；
通断单元21用于接收驱动信号和故障反馈信号，生成正导通电压和负关断电压；当故障反馈信号为高电平时，若驱动信号为低电平时，则输出负关断电压，若驱动信号为高电平，则输出正导通电压；当故障反馈信号为低电平时，则输出负关断电压；
过流保护单元22用于接收电压UCE，生成慢关断信号；仅当电压UCE大于内置电压时，输出慢关断信号。
本实施例中，如图4所示，智能PFC模块主要由具有负电压关断IGBT能力和故障保护能力的通断单元21和具有过流保护能力的过流保护单元22组成。驱动信号通过通断单元21实现跟驱动信号高低电平同步的正导通电压和负关断电压，由此通断单元21成为控制IGBT通断的主要通道，所以故障反馈信号可以通过通断单元21在出现驱动子模块2内部故障时，故障反馈信号置低电平，使通断单元21只输出负关断电压，使IGBT保持关断状态，从而对IGBT及后续电路实现保护。而过流保护单元22则通过与通断单元21切换连接，当过流保护单元22接收到电压UCE反馈比内置电压大时，此时代表IGBT或后续电路发生过流故障，可向通断单元21输出慢关断信号，使得通断单元21输出慢关断信号，迫使IGBT的栅极和发射极间电压随着慢关断信号的输出缓慢降低，从而使IGBT实现慢关断，对IGBT及后续电路实现过流保护。
进一步的，驱动模块1的VDD端口外接电源为正电压，且不大于+20V；驱动模块1的VEE端口外接电源为负电压，且不小于-20V。
本实施例中，如图1、图2和图3所示，驱动模块1的VDD端口外接电源为正电压，在图中用+15V作为示例；驱动模块1的VEE端口外接电源为负电压，在图中用-10V作为示例；只有这样才能为通断单元21输出的正导通电压和负关断电压提供电压源，使得它们的组合可形成具有负电压关断能力的PWM信号。
更重要的是，驱动模块1在向IGBT提供适当的正向栅极电压时，IGBT导通后的管压降与所加栅源电压有关，在集电极-发射极电流一定的情况下，栅极和发射极间的电压UGE越高，集电极和发射极间的电压UCE就越低，IGBT的导通损耗就越小，这有利于提高开关效率。但是，UGE并非越高越好，一般不允许超过+20V，原因是一旦发生过流或短路，栅压越高，则电流幅值越高，IGBT损坏的可能性就越大。通常取+15V为宜。
而驱动模块1在向IGBT提供适当的反向栅极电压时，IGBT栅射极施加的反向偏压有利于其快速关断，但UGE反向偏压受IGBT栅极和发射极之间反向最大耐压的限制，过大的反向电压会造成IGBT栅极和发射极间反向击穿，所以UGE应取合适的值，一般为-2V～-15V。
因此，为了IGBT具有栅极电压限幅能力，保护栅极不被击穿。IGBT栅极极限电压一般为-20～+20V，超出此范围就可能破坏栅极，所以驱动模块1的VDD端口外接电源为正电压的同时不能大于+20V；驱动模块1的VEE端口外接电源为负电压的同时不能小于-20V。
进一步的，通断单元21包括通断选择电路211和输出电路212；通断选择电路211的第一输入端用作通断单元21的第一输入端，通断选择电路211的第二输入端用作通断单元21的第二输入端，通断选择电路211的切换端用作通断单元21的第一切换端，通断选择电路211的输出端用作通断单元21的第二切换端，输出电路212的输出端用作通断单元21的输出端，输出电路212的第一输入端用作通断单元21的VDD端，通断选择电路211的VEE端和输出电路212的第二输入端均用作通断单元21的VEE端；
通断选择电路211的输出端和输出电路212的控制端电连接；
通断选择电路211用于接收驱动信号和故障反馈信号进行通断；当故障反馈信号为高电平时，若驱动信号为低电平时，则通断选择电路211导通，若驱动信号为高电平，则通断选择电路211关断；当故障反馈信号为低电平时，则通断选择电路211导通；
当通断选择电路211关断，则输出电路212输出正导通电压；
当通断选择电路211导通，则输出电路212输出负关断电压。
本实施例中，通断单元21跟随驱动信号同步输出正导通电压和负关断电压的能力及驱动子模块2内部故障保护能力由通断选择电路211和输出电路212实现，其中输出电路212相当于存在接正导通电压(如图3所示的+15V)和接负关断电压(如图3所示的-10V)的两条通道，这两条通道的通断则由通断选择电路211所决定；而通断选择电路211则通过接收驱动信号及故障反馈信号实现判断，其中故障反馈信号的判断优先级最高，先判断故障反馈信号是否为低电平(代表故障)，如是，则通过通断选择电路211自身导通控制输出电路212选择输出负关断电压，关断IGBT及后续电路，实现保护；如果故障反馈信号不是低电平则进一步判断驱动信号的状态，根据驱动信号的状态对应控制输出电路212选择输出相应电压即可实现与驱动信号同步输出，实现将关断信号转换为负压关断，避免IGBT寄生开通。
进一步的，过流保护单元22包括切换判断电路221、反馈电路222和慢关断电路223；切换判断电路221的输入端用作过流保护单元22的输入端，反馈电路222的输入端用作过流保护单元22的检测端，慢关断电路223的输出端用作过流保护单元22的输出端，切换判断电路221的VDD端用作过流保护单元22的VDD端，切换判断电路221的VEE端和慢关断电路223的VEE端均用作过流保护单元22的VEE端；
切换判断电路221的反馈端和反馈电路222的输出端电连接，切换判断电路221的输出端和慢关断电路223的输入端电连接；
切换判断电路221用于生成内置电压；
反馈电路222用于接收电压UCE控制切换判断电路221的通断；仅当电压UCE大于内置电压时，切换判断电路221导通；
仅当切换判断电路221导通时，慢关断电路223输出慢关断信号。
本实施例中，反馈电路222通过VCE端口检测到IGBT集电极和发射极之间的电压UCE后，将电压UCE传输给切换判断电路221，切换判断电路221将电压UCE和内置电压对比后，得出电压UCE比内置电压大时，则可证明IGBT此时处于过流故障，导致其电压UCE大幅度增加，则这个时候切换判断电路221即可控制慢关断电路223向输出电路212输出慢关断信号，实现过流保护动作。
进一步的，通断选择电路211包括与非门U1和NPN型三极管Q1；与非门U1的第一输入端用作通断选择电路211的第一输入端，与非门U1的第二输入端用作通断选择电路211的第二输入端，与非门U1的输出端用作通断选择电路211的切换端，NPN型三极管Q1的集电极用作通断选择电路211的输出端，NPN型三极管Q1的发射极用作通断选择电路211的VEE端；
与非门U1的输出端和NPN型三极管Q1的基极电连接；
NPN型三极管Q1导通，则通断选择电路211导通；NPN型三极管Q1关断，则通断选择电路211关断。
本实施例中，通断选择电路211利用与非门U1的特性，即低电平具有优先级，通过其中一路输入端置低电平则另外一路输入端无论输入什么，输出都保持输出高电平，所以将故障反馈信号的低电平状态设作代表出现故障状态，则可使通断选择电路211对故障判断具有优先级，先判断是否存在故障，若有则保持输出高电平，致使NPN型三极管Q1导通，从而通断选择电路211自身导通，使得驱动子模块2始终输出负关断电压，作用于IGBT及后继电路关断；若没有故障则进入下一步判断，根据驱动信号的高、低电平相应控制NPN型三极管Q1导通或关断，形成PWM信号；从而实现了具备负电压关断IGBT能力的同时兼具内部故障的判断能力。
进一步的，输出电路212包括电阻R7、电阻RG、NPN型三极管Q4和PNP型三极管Q5；NPN型三极管Q4的集电极用作输出电路212的第一输入端，PNP型三极管Q5的集电极用作输出电路212的第二输入端，NPN型三极管Q4的基极和PNP型三极管Q5的基极均用作输出电路212的控制端，电阻RG的一端用作输出电路212的输出端；
电阻R7的一端和NPN型三极管Q4的集电极电连接，电阻R7的另一端和NPN型三极管Q4的基极电连接，NPN型三极管Q4的发射极、PNP型三极管Q5的发射极均和电阻RG的另一端电连接；
NPN型三极管Q4导通，输出正导通电压；PNP型三极管Q5导通，输出负关断电压。
本实施例中，输出电路212为了实现对正导通电压通道的控制，通过设置NPN型三极管Q4来实现。NPN型三极管Q4的基极通过和通断选择电路211的输出端电连接，使NPN型三极管Q4的通断受通断选择电路211所控制，从而可跟随驱动信号的高电平状态，同步输出正导通电压，保证了导通IGBT的PWM信号高电平和驱动信号的高电平时序不变。
而为了实现对负关断电压通道的控制，通过设置PNP型三极管Q5来实现。PNP型三极管Q5的基极通过和通断选择电路211的输出端电连接，使PNP型三极管Q5的通断受通断选择电路211所控制，从而可跟随驱动信号的低电平状态，同步输出负关断电压，保证了关断IGBT的PWM信号低电平和驱动信号的低电平时序不变。
进一步的，切换判断电路221包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管VS1、NPN型三极管Q2、NPN型三极管Q3和电容C1；NPN型三极管Q2的基极用作切换判断电路221的输入端，二极管VS1的阴极用作切换判断电路221的反馈端，电阻R5的一端用作切换判断电路221的输出端，电阻R1的一端和电阻R6的一端均用作切换判断电路221的VDD端，NPN型三极管Q2的发射极、电容C1的一端、电阻R4的一端和NPN型三极管Q3的发射极均用作切换判断电路221的VEE端；
电阻R1的另一端、NPN型三极管Q2的集电极、电容C1的另一端均和电阻R2的一端电连接，电阻R2的另一端和二极管VS1的阴极电连接，二极管VS1的阳极、电阻R4的另一端均和NPN型三极管Q3的基极电连接，NPN型三极管Q3的集电极和电阻R5的另一端电连接，电阻R5的一端和电阻R6的另一端电连接；
NPN型三极管Q3导通，则切换判断电路221导通。
本实施例中，在IGBT没有发生过流故障状态下，当故障反馈信号为高电平时，若驱动信号为高电平，则此时输出正导通电压，使IGBT正常导通，这个时候NPN型三极管Q2关断，同时电压UCE下降(如降至3V)，且反馈电路222钳制在(如+8V)不超过二极管VS1的击穿值(如+13V)，所以二极管VS1不会被击穿，则NPN型三极管Q3不导通，无法形成回路，此时的慢关断电路223则不会向输出电路212输出慢关断信号；若驱动信号为低电平，则此时输出负关断电压，使IGBT正常关断，这个时候NPN型三极管Q2导通，同时电压UCG上升，则此时反馈电路222将会截止，而由于NPN型三极管Q2导通，电容C1可向电阻R1放电，使B点电位下降(如降至-10V)，所以二极管VS1仍然不会被击穿，则NPN型三极管Q3不导通，无法形成回路，此时的慢关断电路223则不会向输出电路212输出慢关断信号；且当故障反馈信号为低电平时(代表内部故障)，其动作过程与输出负关断电压时同理；从而确保了在没有发生过流故障的时候，过流保护不动作。
而在IGBT发生过流故障状态下，电压UCE因为大幅度增加则会导致反馈电路222截止的同时致使二极管VS1被击穿，NPN型三极管Q3导通，从而形成回路，致使慢关断电路223向输出电路212输出慢关断信号，致使D点电位下降，进而IGBT的栅极和发射极间电压降低，实现IGBT的慢关断。
综上所述可知，切换判断电路221的内置电压其实是二极管VS1的击穿值，只有电压UCE超过击穿值时，才会进行过流保护动作。
进一步的，反馈电路222包括电阻R3和二极管Vd2；电阻R3的一端用作反馈电路222的输出端，二极管Vd2的阴极用作反馈电路222的输入端；
电阻R3的另一端和二极管Vd2的阳极电连接。
本实施例中，为了使反馈电路222可在电压UCE上升或过大时截止，在电压UCE下降时钳值电压值，将二极管Vd2的阴极用作反馈电路222的输入端，二极管Vd2的阳极和电阻R3的另一端电连接，则可以在电压UCE上升或过大时利用二极管特性截止，在电压UCE下降时利用电阻R3钳制电压值。
进一步的，慢关断电路223包括二极管Vd1和电容C2；二极管Vd1的阳极用作慢关断电路223的输出端，二极管Vd1的阴极用作慢关断电路223的输入端，电容C2的一端用作慢关断电路223的VEE端；
二极管Vd1的阴极和电容C2的另一端电连接。
本实施例中，慢关断电路223输出慢关断信号实际上是电容C2在NPN型三极管Q3导通时，通过回路向电阻R7缓慢放电的过程；在此过程中，D点电位下降，迫使IGBT的栅极和发射极间电压降低，从而实现IGBT的慢关断，实现对IGBT及后继电路的过流保护。
根据本发明实施例的一种智能PFC模块的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种智能PFC模块，包括IGBT和驱动模块，所述驱动模块的PFCOUT端和所述IGBT的栅极电连接，其特征在于：所述驱动模块的VCE端和所述IGBT的集电极电连接；
所述驱动模块包括驱动子模块、故障逻辑控制子模块、控制信号处理子模块和多个故障保护子模块；所述驱动子模块的VEE端用作所述驱动模块的VEE端口，所述驱动子模块的VDD端用作所述驱动模块的VDD端口，所述驱动子模块的PFCOUT端用作所述驱动模块的PFCOUT端口，所述驱动子模块的VCE端用作所述驱动模块的VCE端口，所述控制信号处理子模块的输入端用作所述驱动模块的PFCIN端口；
所述驱动子模块的PFCIN端和所述控制信号处理子模块的输出端电连接，所述驱动子模块的FO1端和所述故障逻辑控制子模块的输出端电连接，所述故障逻辑控制子模块的多个输入端分别和多个所述故障保护子模块的输出端电连接；
所述控制信号处理子模块用于外接输入信号，生成驱动信号；
所述故障逻辑控制子模块用于接收多个所述故障保护子模块的保护动作信号，生成故障反馈信号；当收到一个或多个所述保护动作信号时，所述故障反馈信号为低电平，当没有收到所述保护动作信号时，所述故障反馈信号为高电平；
所述驱动子模块用于接收所述驱动信号、所述故障反馈信号及IGBT的集电极和发射极之间的电压UCE，生成正导通电压、负关断电压和慢关断信号；当所述故障反馈信号为高电平时，若所述驱动信号为低电平时，则输出所述负关断电压，若所述驱动信号为高电平，则输出所述正导通电压；当所述故障反馈信号为低电平时，则输出所述负关断电压；当所述电压UCE大于内置电压时，输出所述慢关断信号。
2.根据权利要求1所述的一种智能PFC模块，其特征在于：所述驱动子模块包括通断单元和过流保护单元；所述通断单元的第一输入端用作所述驱动子模块的PFCIN端，所述通断单元的第二输入端用作所述驱动子模块的FO1端，所述通断单元的VDD端用作所述驱动子模块的VDD端，所述通断单元的VEE端用作所述驱动子模块的VEE端，所述通断单元的输出端用作所述驱动子模块的PFCOUT端，所述过流保护单元的检测端用作所述驱动子模块的VCE端；
所述通断单元的第一切换端和所述过流保护单元的输入端电连接，所述通断单元的第二切换端和所述过流保护单元的输出端电连接，所述通断单元的VDD端和所述过流保护单元的VDD端电连接，所述通断单元的VEE端和所述过流保护单元的VEE端电连接；
所述通断单元用于接收所述驱动信号和所述故障反馈信号，生成所述正导通电压和所述负关断电压；当所述故障反馈信号为高电平时，若所述驱动信号为低电平时，则输出所述负关断电压，若所述驱动信号为高电平，则输出所述正导通电压；当所述故障反馈信号为低电平时，则输出所述负关断电压；
所述过流保护单元用于接收所述电压UCE，生成所述慢关断信号；仅当所述电压UCE大于所述内置电压时，输出所述慢关断信号。
3.根据权利要求1所述的一种智能PFC模块，其特征在于：所述驱动模块的VDD端口外接电源为正电压，且不大于+20V；所述驱动模块的VEE端口外接电源为负电压，且不小于-20V。
4.根据权利要求2所述的一种智能PFC模块，其特征在于：所述通断单元包括通断选择电路和输出电路；所述通断选择电路的第一输入端用作所述通断单元的第一输入端，所述通断选择电路的第二输入端用作所述通断单元的第二输入端，所述通断选择电路的切换端用作所述通断单元的第一切换端，所述通断选择电路的输出端用作所述通断单元的第二切换端，所述输出电路的输出端用作所述通断单元的输出端，所述输出电路的第一输入端用作所述通断单元的VDD端，所述通断选择电路的VEE端和所述输出电路的第二输入端均用作所述通断单元的VEE端；
所述通断选择电路的输出端和所述输出电路的控制端电连接；
所述通断选择电路用于接收所述驱动信号和所述故障反馈信号进行通断；当所述故障反馈信号为高电平时，若所述驱动信号为低电平时，则所述通断选择电路导通，若所述驱动信号为高电平，则所述通断选择电路关断；当所述故障反馈信号为低电平时，则所述通断选择电路导通；
当所述通断选择电路关断，则所述输出电路输出所述正导通电压；
当所述通断选择电路导通，则所述输出电路输出所述负关断电压。
5.根据权利要求2所述的一种智能PFC模块，其特征在于：所述过流保护单元包括切换判断电路、反馈电路和慢关断电路；所述切换判断电路的输入端用作所述过流保护单元的输入端，所述反馈电路的输入端用作所述过流保护单元的检测端，所述慢关断电路的输出端用作所述过流保护单元的输出端，所述切换判断电路的VDD端用作所述过流保护单元的VDD端，所述切换判断电路的VEE端和所述慢关断电路的VEE端均用作所述过流保护单元的VEE端；
所述切换判断电路的反馈端和所述反馈电路的输出端电连接，所述切换判断电路的输出端和所述慢关断电路的输入端电连接；
所述切换判断电路用于生成所述内置电压；
所述反馈电路用于接收所述电压UCE控制所述切换判断电路的通断；仅当所述电压UCE大于所述内置电压时，所述切换判断电路导通；
仅当所述切换判断电路导通时，所述慢关断电路输出所述慢关断信号。
6.根据权利要求4所述的一种智能PFC模块，其特征在于：所述通断选择电路包括与非门U1和NPN型三极管Q1；所述与非门U1的第一输入端用作所述通断选择电路的第一输入端，所述与非门U1的第二输入端用作所述通断选择电路的第二输入端，所述与非门U1的输出端用作所述通断选择电路的切换端，所述NPN型三极管Q1的集电极用作所述通断选择电路的输出端，所述NPN型三极管Q1的发射极用作所述通断选择电路的VEE端；
所述与非门U1的输出端和所述NPN型三极管Q1的基极电连接；
所述NPN型三极管Q1导通，则所述通断选择电路导通；所述NPN型三极管Q1关断，则所述通断选择电路关断。
7.根据权利要求4所述的一种智能PFC模块，其特征在于：所述输出电路包括电阻R7、电阻RG、NPN型三极管Q4和PNP型三极管Q5；所述NPN型三极管Q4的集电极用作所述输出电路的第一输入端，所述PNP型三极管Q5的集电极用作所述输出电路的第二输入端，所述NPN型三极管Q4的基极和所述PNP型三极管Q5的基极均用作所述输出电路的控制端，所述电阻RG的一端用作所述输出电路的输出端；
所述电阻R7的一端和所述NPN型三极管Q4的集电极电连接，所述电阻R7的另一端和所述NPN型三极管Q4的基极电连接，所述NPN型三极管Q4的发射极、所述PNP型三极管Q5的发射极均和所述电阻RG的另一端电连接；
所述NPN型三极管Q4导通，输出所述正导通电压；所述PNP型三极管Q5导通，输出所述负关断电压。
8.根据权利要求5所述的一种智能PFC模块，其特征在于：所述切换判断电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管VS1、NPN型三极管Q2、NPN型三极管Q3和电容C1；所述NPN型三极管Q2的基极用作所述切换判断电路的输入端，所述二极管VS1的阴极用作所述切换判断电路的反馈端，所述电阻R5的一端用作所述切换判断电路的输出端，所述电阻R1的一端和所述电阻R6的一端均用作所述切换判断电路的VDD端，所述NPN型三极管Q2的发射极、所述电容C1的一端、所述电阻R4的一端和所述NPN型三极管Q3的发射极均用作所述切换判断电路的VEE端；
所述电阻R1的另一端、所述NPN型三极管Q2的集电极、所述电容C1的另一端均和所述电阻R2的一端电连接，所述电阻R2的另一端和所述二极管VS1的阴极电连接，所述二极管VS1的阳极、所述电阻R4的另一端均和所述NPN型三极管Q3的基极电连接，所述NPN型三极管Q3的集电极和所述电阻R5的另一端电连接，所述电阻R5的一端和所述电阻R6的另一端电连接；
所述NPN型三极管Q3导通，则所述切换判断电路导通。
9.根据权利要求5所述的一种智能PFC模块，其特征在于：所述反馈电路包括电阻R3和二极管Vd2；所述电阻R3的一端用作所述反馈电路的输出端，所述二极管Vd2的阴极用作所述反馈电路的输入端；
所述电阻R3的另一端和所述二极管Vd2的阳极电连接。
10.根据权利要求5所述的一种智能PFC模块，其特征在于：所述慢关断电路包括二极管Vd1和电容C2；所述二极管Vd1的阳极用作所述慢关断电路的输出端，所述二极管Vd1的阴极用作所述慢关断电路的输入端，所述电容C2的一端用作所述慢关断电路的VEE端；
所述二极管Vd1的阴极和所述电容C2的另一端电连接。
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