CN204928095U - 智能功率模块的保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能功率模块的保护电路，包括故障信号输入单元、复位信号输入单元、RS锁存单元以及PWM使能接口单元；所述故障信号输入单元的输出端与所述RS锁存单元的第一输入端连接，所述复位信号输入单元的输出端与所述RS锁存单元的第二输入端连接，所述PWM使能接口单元的第一输入端与所述RS锁存单元的输出端连接，所述PWM使能接口单元的第二输入端与所述复位信号输入单元的输出端连接。本实用新型可以完全实现IPM的自我保护且反应速度较快。

Description

智能功率模块的保护电路

技术领域

本实用新型涉及保护电路技术领域，特别是涉及一种智能功率模块的保护电路。

背景技术

IPM(IntelligentPowerModule，智能功率保护模块)是一种集合功率开关器件和驱动电路的模块，具有大功率晶体管高电流密度、低饱和电压和耐高压等优点。IPM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便，不仅减小了系统的体积和开发时间，也大大增强了系统的可靠性。IPM的保护电路可以实现控制电压欠压保护、过热保护、过流保护和短路保护。如果IPM模块中有一种保护电路动作，IGBT栅极驱动单元就会关断门极电流并输出一个故障信号。当IPM发生故障时，其故障输出信号持续时间内IPM会封锁门极驱动，关断IPM；故障信号持续时间结束后，IPM内部自动复位，门极驱动通道开放，因此仅靠IPM内部保护电路还不能完全实现器件的自我保护。要使系统真正安全、可靠运行，需要辅助的外围保护电路。

传统的辅助保护有硬件保护也有软件保护，硬件保护方式常见的是将各个IPM的故障输出信号经光耦隔离输出后得到高电平，送入或门，或门输出为高电平控制PWM接口的三态收发器为高阻态，封锁各个IPM的控制信号，关断IPM实现了保护功能。软件常用的方法是IPM故障报警时，故障输出信号送到控制器处理，处理器确认后，利用软件关断IPM的控制信号，从而达到保护目的。

然而，传统的硬件保护方法在IPM的故障信号持续时间结束后又重新自动复位，不能完全实现器件的自我保护；传统的软件方法可能受到软件设计和计算机故障的影响，速度慢、可靠性低。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种可以完全实现IPM的自我保护且反应速度较快的智能功率模块的保护电路。

一种智能功率模块的保护电路，包括故障信号输入单元、复位信号输入单元、RS锁存单元以及PWM使能接口单元；所述故障信号输入单元的输出端与所述RS锁存单元的第一输入端连接，所述复位信号输入单元的输出端与所述RS锁存单元的第二输入端连接，所述PWM使能接口单元的第一输入端与所述RS锁存单元的输出端连接，所述PWM使能接口单元的第二输入端与所述复位信号输入单元的输出端连接。

在其中一个实施例中，所述故障信号输入单元包括并接的第一上拉电阻和第二上拉电阻。

在其中一个实施例中，所述故障信号输入单元还包括二极管和第一滤波电容，所述二极管的阳极与所述第二上拉电阻连接，所述二极管的阴极与所述第一上拉电阻连接，所述第一滤波电容连接在所述二极管的阳极与地之间。

在其中一个实施例中，所述二极管的型号为BAT64。

在其中一个实施例中，所述复位信号输入单元包括第一与非门及并接的第三上拉电阻和第四上拉电阻，所述第三上拉电阻和所述第四上拉电阻的第一端均与电源连接，所述第三上拉电阻的第二端和所述第四上拉电阻的第二端分别与所述第一与非门的第一输入端、，所述第一与非门的第二输入端连接。

在其中一个实施例中，所述复位信号输入单元还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容连接在所述第一与非门的第二输入端与地之间。

在其中一个实施例中，所述RS锁存单元包括第二与非门和第三与非门，所述第二与非门的第一输入端与所述故障信号输入单元的输出端连接，所述第二与非门的第二输入端与所述第三与非门的输出端连接，所述第三与非门的第一输入端与所述第二与非门的输出端连接，所述第三与非门的第二输入端与所述复位信号输入单元的输出端连接。

在其中一个实施例中，所述PWM使能接口单元包括第四与非门和第五上拉电阻，所述第四与非门的第一输入端与所述RS锁存单元的输出端连接，所述第四与非门的第二输入端与所述复位信号输入单元的输出端连接，所述第五上拉电阻连接在电源与所述第四与非门的输出端之间，所述第四与非门的输出端作为PWM使能控制端。

上述智能功率模块的保护电路，通过将故障信号输入单元和复位信号输入单元的输出端分别接入RS锁存单元的第一输入端和第二输入端、将复位信号输入单元和RS锁存单元的输出端分别接入PWM使能接口单元的第一输入端和第二输入端，当故障信号持续时间结束后，RS锁存单元的第一输入端和第二输入端都转为高电平，RS锁存单元进入锁存状态，保持有故障信号时的输出，使得PWM使能接口单元的PWM使能信号保持高电平，不使能，从而可以完全实现自我保护，且结构简单，成本低，也不会受到软件设计和计算机故障的影响，反应速度快、可靠性高。

附图说明

图1为一实施例中智能功率模块的保护电路的模块图；

图2为图1所示实施例中智能功率模块的保护电路的原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参照图1，为一实施例中智能功率模块的保护电路的模块图。

该智能功率模块的保护电路包括故障信号输入单元110、复位信号输入单元120、RS锁存单元130以及PWM使能接口单元140。

故障信号输入单元110的输出端与RS锁存单元130的第一输入端连接，复位信号输入单元120的输出端与RS锁存单元130的第二输入端连接，PWM使能接口单元140的第一输入端与RS锁存单元130的输出端连接，PWM使能接口单元140的第二输入端与复位信号输入单元120的输出端连接。

请结合图2，为图1所示实施例中智能功率模块的保护电路的原理图。

故障信号输入单元110包括第一上拉电阻R1、第二上拉电阻R2、二极管D1及第一滤波电容C1。其中，第一上拉电阻R1和第二上拉电阻R2的第一端均与5伏的电源连接，第一上拉电阻R1和第二上拉电阻R2的第二端分别连接二极管D1的阴极和二极管D1的阳极，第一滤波电容C1连接在二极管D1的阳极与地CND之间。二极管D1和第一滤波电容C1对外界干扰有抑制作用，第一上拉电阻R1和第二上拉电阻R2上拉使故障信号有确定的状态。二极管D1的型号为BAT64。

可以理解，在其他实施例中，还可以省略二极管D1和第一滤波电容，即直接将第一上拉电阻R1和第二上拉电阻R2并接在5伏电源与RS锁存单元130的第一输入端之间。二极管D2的型号还可以替换成其他与BAT64功能相同的型号。

复位信号输入单元120包括第一与非门U1A、第三上拉电阻R3、第四上拉电阻R4、第二滤波电容C2。其中，第三上拉电阻R3和第四上拉电阻R4的第一端均与5伏的电源连接，第三上拉电阻R3的第二端和第四上拉电阻的第二端分别与第一与非门U1A的第一输入端、第一与非门U1A的第二输入端连接，第二滤波电容C2连接在第一与非门的第二输入端与地GND之间。

RS锁存单元130包括第二与非门U1B和第三与非门U1C。其中，第二与非门U1B的第一输入端作为RS锁存单元130的第一输入端，与二极管D1的阳极连接，第二与非门U1B的第二输入端与第三与非门U1C的输出端连接，第三与非门U1C的第一输入端与第二与非门U1B的输出端连接，第三与非门U1C的第二输入端作为RS锁存单元130的第二输入端，与第一与非门U1A的输出端连接。第三与非门U1C的输出端作为RS锁存单元130的输出端。

PWM使能接口单元140包括第四与非门U1D和第五上拉电阻R5。其中，第四与非门U1D的第一输入端与第三与非门U1C的输出端连接，第四与非门U1D的第二输入端与第一与非门U1A的输出端连接，第五上拉电阻R5连接在5伏电源与第四与非门U1D的输出端之间，第四与非门U1D的输出端作为PWM使能控制端。

在一个实施例中，第一与非门U1A、第二与非门U1B、第三与非门U1C以及第四与非门U1D的型号均为74HC00D。可以理解，在其他实施例中，第一与非门U1A、第二与非门U1B、第三与非门U1C以及第四与非门U1D还可以选择其他型号，这里不作严格限制。

以下通过图2说明该智能功率模块的保护电路的工作原理：

上电时，第二与非门U1B的第二输入端由第二上拉电阻R2上拉，为高电平，第一与非门U1A的输入端分别由第三上拉电阻R3和第四上拉电阻R4上拉为高电平，所以第一与非门U1A的输出端为低电平，从而第三与非门U1C的第二输入端为低电平，第三与非门U1C的输出端为高电平，第二与非门U1B的输出端为低电平，第四与非门U1D的输出端为高电平。因此，上电时，输出PWM的使能信号为高电平，不使能。

上电完成后，初始化过程中，必须先置PWM的使能信号为低电平。这时给第一与非门U1A的输入端一个低电平(给一个复位信号CLR)，第一与非门U1A的输出端为高电平，RS锁存单元130的两个输入端(第二与非门U1B的第一输入端、第三与非门U1C的第三输入端)都为高电平，进入锁存状态，第三与非门U1C的输出端依然为高电平；第四与非门U1D的输出为低电平，输出PWM的使能信号为低电平，使能。

当IPM有故障信号IPM_FAULT输出，第二与非门U1B的第一输入端为低电平，第二与非门U1B的输出端为高电平，第三与非门U1C的输出端为低电平，所以第四与非门U1D的输出端为高电平，PWM使能信号被置为高电平，不使能。

当IPM故障信号持续时间结束后，第二与非门U1B的第一输入端为高电平，第三与非门U1C的第二输入端也为高电平，RS锁存单元130进入锁存状态，保持上一个状态的输出，PWM使能信号保持高电平，不使能。

当故障排查后，可以对RS锁存单元130进行复位。当复位信号CLR有一个高电平脉冲时，与上述上电的情况一致；当复位信号的高电平脉冲结束后又重新恢复低电平，与上述上电完成后的情况一致，保护电路重新进入工作状态。

上述智能功率模块的保护电路，通过将故障信号输入单元和复位信号输入单元的输出端分别接入RS锁存单元的第一输入端和第二输入端、将复位信号输入单元和RS锁存单元的输出端分别接入PWM使能接口单元的第一输入端和第二输入端，当故障信号持续时间结束后，RS锁存单元的第一输入端和第二输入端都转为高电平，RS锁存单元进入锁存状态，保持有故障信号时的输出，使得PWM使能接口单元的PWM使能信号保持高电平，不使能，从而可以完全实现自我保护，且结构简单，成本低，也不会受到软件设计和计算机故障的影响，反应速度快、可靠性高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种智能功率模块的保护电路，其特征在于，包括故障信号输入单元、复位信号输入单元、RS锁存单元以及PWM使能接口单元；

所述故障信号输入单元的输出端与所述RS锁存单元的第一输入端连接，所述复位信号输入单元的输出端与所述RS锁存单元的第二输入端连接，所述PWM使能接口单元的第一输入端与所述RS锁存单元的输出端连接，所述PWM使能接口单元的第二输入端与所述复位信号输入单元的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块的保护电路，其特征在于，所述故障信号输入单元包括并接的第一上拉电阻和第二上拉电阻。

3.根据权利要求2所述的智能功率模块的保护电路，其特征在于，所述故障信号输入单元还包括二极管和第一滤波电容，所述二极管的阳极与所述第二上拉电阻连接，所述二极管的阴极与所述第一上拉电阻连接，所述第一滤波电容连接在所述二极管的阳极与地之间。

4.根据权利要求3所述的智能功率模块的保护电路，其特征在于，所述二极管的型号为BAT64。

5.根据权利要求1所述的智能功率模块的保护电路，其特征在于，所述复位信号输入单元包括第一与非门及并接的第三上拉电阻和第四上拉电阻，所述第三上拉电阻和所述第四上拉电阻的第一端均与电源连接，所述第三上拉电阻的第二端和所述第四上拉电阻的第二端分别与所述第一与非门的第一输入端、，所述第一与非门的第二输入端连接。

6.根据权利要求5所述的智能功率模块的保护电路，其特征在于，所述复位信号输入单元还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容连接在所述第一与非门的第二输入端与地之间。

7.根据权利要求1所述的智能功率模块的保护电路，其特征在于，所述RS锁存单元包括第二与非门和第三与非门，所述第二与非门的第一输入端与所述故障信号输入单元的输出端连接，所述第二与非门的第二输入端与所述第三与非门的输出端连接，所述第三与非门的第一输入端与所述第二与非门的输出端连接，所述第三与非门的第二输入端与所述复位信号输入单元的输出端连接。

8.根据权利要求1所述的智能功率模块的保护电路，其特征在于，所述PWM使能接口单元包括第四与非门和第五上拉电阻，所述第四与非门的第一输入端与所述RS锁存单元的输出端连接，所述第四与非门的第二输入端与所述复位信号输入单元的输出端连接，所述第五上拉电阻连接在电源与所述第四与非门的输出端之间，所述第四与非门的输出端作为PWM使能控制端。