CN218956772U - 一种信号输出电路及智能功率模块 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种信号输出电路及智能功率模块。该信号输出电路包括：信号输出电路，包括温度检测电路和故障检测电路，故障检测电路包括电源、稳压二极管、第一三极管、第二三极管和第一电阻；电源的正极和负极连接处理器的故障检测信号输入端，稳压二极管的正极连接功率芯片的信号输出端，负极连接第一三极管的基极和第一电阻的第一端，第一三极管的发射极连接电源的正极和第一电阻的第二端，第一三极管的集电极连接第二三极管的基极，第二三极管的发射极连接电源的负极，第二三极管的集电极连接电源的正极，第一电阻的第二端还连接处理器的故障检测信号输入端。采用上述技术手段，可以保障检测信号的精准触发，提升检测信号输出的可靠性。

Description

一种信号输出电路及智能功率模块

技术领域

本申请实施例涉及功率模块电路技术领域，尤其涉及一种信号输出电路及智能功率模块。

背景技术

智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)是一种先进的功率开关器件，其内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，在以变频器及各类电源为代表的电力电子装置中得到了广泛应用。智能功率模块一般会在内部集成欠压、短路等各种故障保护功能以及温度检测功能。在运行过程中，通过功率芯片输出故障检测信号和温度检测信号，将检测信号通过输出电路传输至MCU进行处理。并且，为了简化电路，会将功率芯片上的故障检测信号和温度检测信号的输出引脚设置在同一个引脚上，并根据引脚输出的不同信号实现不同检测信号的输出。参照图1，以图1所示的信号输出电路为例，将功率芯片的第9引脚连接信号输出电路，在芯片进行故障检测时，其输出的故障检测信号为CMOS电平信号，电平信号输出至IPM_FO端以传输至MCU。在芯片进行温度检测时，其输出信号为电压值，电压值输出至IPM_TEMP端以传输至MCU。由于在电路故障情况下会导致电路温度偏高，因此通过同一引脚输出的检测信号分别进行温度检测和故障检测，可以使MCU确定芯片的故障检测和温度检测情况。

但是，现有的信号输出电路设置较为简单，在输出检测信号时，信号电压值达到1.2V以下才被认为是电路故障导致的高温情况，而对于高于1.2V的信号仍可能被误认为低电平的故障检测信号输出至MCU，进而导致故障检测误触发的风险，影响MCU的正常运行。

实用新型内容

本申请实施例提供一种信号输出电路和智能功率模块，能够提升检测信号输出的可靠性，避免检测信号误触发的风险，解决现有功率模块信号输出电路的信号检测误差问题。

在第一方面，本申请实施例提供了一种信号输出电路，包括温度检测电路和故障检测电路，所述温度检测电路的两端分别连接功率芯片的信号输出端和处理器的温度信号输入端，所述故障检测电路包括：电源、稳压二极管、第一三极管、第二三极管和第一电阻；所述电源的正极和负极连接所述处理器的故障检测信号输入端，所述稳压二极管的正极连接所述功率芯片的信号输出端，负极连接所述第一三极管的基极和所述第一电阻的第一端，所述第一三极管的发射极连接所述电源的正极和所述第一电阻的第二端，所述第一三极管的集电极连接所述第二三极管的基极，所述第二三极管的发射极连接所述电源的负极，所述第二三极管的集电极连接所述电源的正极，所述第一电阻的第二端还连接所述处理器的故障检测信号输入端。

在第二方面，本申请实施例提供了一种智能功率模块，包括功率芯片和信号输出电路，所述功率芯片通过信号输出端连接所述信号输出电路，所述信号输出电路为如第一方面所述的信号输出电路。

本申请实施例提供的信号输出电路，包括温度检测电路和故障检测电路，温度检测电路的两端分别连接功率芯片的信号输出端和处理器的温度信号输入端。故障检测电路包括电源、稳压二极管、第一三极管、第二三极管和第一电阻；电源的正极和负极连接处理器的故障检测信号输入端，稳压二极管的正极连接功率芯片的信号输出端，负极连接第一三极管的基极和第一电阻的第一端，第一三极管的发射极连接电源的正极和第一电阻的第二端，第一三极管的集电极连接第二三极管的基极，第二三极管的发射极连接电源的负极，第二三极管的集电极连接电源的正极，第一电阻的第二端还连接处理器的故障检测信号输入端。采用上述技术手段，通过稳压二极管和三极管构建导通链路，使得功率芯片只有在信号输出端输出低电平信号时，稳压二极管工作在击穿状态，三极管导通，才向处理器的故障检测信号输入端输入低电平信号。以此保障检测信号的精准触发，避免检测误差，提升检测信号输出的可靠性，提升智能功率模块的故障检测效果。

附图说明

图1是本申请背景技术提供的现有的信号输出电路示意图；

图2是本申请实施例提供的故障检测电路示意图；

图3是本申请实施例提供的温度检测电路示意图；

图4是本申请实施例中检测信号的波形示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。下面将结合本申请实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在本申请实施例中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

本申请提供的信号输出电路，旨在通过稳压二极管和三极管构建导通链路，使得导通链路在信号输出端输出一定电压值的低电平信号时才能够导通，向处理器的故障检测信号输入端输入低电平信号。否则该导通链路不导通，电源输出的高电平信号会传输至处理器的故障检测信号输入端。以此即可使得处理器的故障检测信号输入端精准接收想用的故障检测信号，避免出现检测信号误触发的情况，提升检测信号输出的可靠性。相对于传统的信号输出电路，由于直接通过简单设计的电路传输温度检测信号和故障检测信号，当同一引脚输出的电平信号分别通过处理器的故障检测信号输入端和温度检测信号输入端输入处理器时，对于部分电压值较低，但仍处于正常状态的电平信号，仍可能会被误判为低电平信号的情况。例如，电压值在1.2V以下会被认为是电路故障引起的电路高温情况。而处理器的故障检测信号输入端的低电平阈值可能达到1.5V。那么当故障检测信号输入端和温度检测信号输入端接收到1.4V的电平信号时，处理器会认为当前电路温度检测处于正常状态，但是由于该电平信号被判定为低电平信号，则会导致处理器认为当前电缆出现故障情况(如欠压、短路等)。以此会导致温度检测和电缆故障检测出现矛盾的情况，影响智能功率模块检测的精准度。基于此，提供本申请实施例的一种信号输出电路，以解决现有功率模块信号输出电路的信号检测误差问题。

实施例：

本申请实施例提供了一种信号输出电路，包括温度检测电路和故障检测电路，所述温度检测电路的两端分别连接功率芯片的信号输出端和处理器的温度信号输入端。

参照图2，所述故障检测电路包括：电源V2、稳压二极管D1、第一三极管Q1、第二三极管Q2和第一电阻R1；所述电源V2的正极和负极连接所述处理器的故障检测信号输入端IPM_FO，所述稳压二极管D1的正极连接所述功率芯片的信号输出端FO/VTS，负极连接所述第一三极管Q1的基极和所述第一电阻R1的第一端，所述第一三极管Q1的发射极连接所述电源V2的正极和所述第一电阻R1的第二端，所述第一三极管Q1的集电极连接所述第二三极管Q2的基极，所述第二三极管Q2的发射极连接所述电源V2的负极，所述第二三极管Q2的集电极连接所述电源V2的正极，所述第一电阻R1的第二端还连接所述处理器的故障检测信号输入端IPM_FO。

所述功率芯片用于在信号输出端FO/VTS输出高电平信号的情况下，使所述稳压二极管D1处于未击穿状态，所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2未导通，所述处理器的故障检测信号输入端IPM_FO输入高电平信号；所述功率芯片还用于在所述功率芯片的信号输出端FO/VTS输出低电平信号的情况下，使所述稳压二极管D1处于击穿状态，所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2导通，所述处理器的故障检测信号输入端IPM_FO输入低电平信号。

可以理解的是，基于该故障检测电路，稳压二极管D1、第一二极管和第二二极管构成了一个导通链路。稳压二极管D1有相应的稳压值，只有当功率芯片的信号输出端FO/VTS输出的电平信号低于某一指定电压值时(即输出低电平信号)，稳压管才处于击穿状态，进而使得第一二极管和第二二极管导通，输出低电平信号至处理器的故障检测信号输入端IPM_FO。而当功率芯片的信号输出端FO/VTS输出的电平信号高于该指定电压值时(即输出高电平信号)，稳压二极管D1未被击穿，该导通链路处于关闭状态。此时由电源V2输出的高电平信号传输到故障检测信号输入端IPM_FO。

基于此原理，根据温度检测电路判断高温的界限电压值，基于该界限电压值作为低电平阈值，基于该低电平阈值设定稳压二极管D1相应的稳压值。使得功率芯片的信号输出端FO/VTS输出的电平信号低于低电平阈值时，稳压管才会被击穿，进而输出低电平信号至处理器的故障检测信号输入端IPM_FO。否则输出高电平信号至处理器的故障检测信号输入端IPM_FO。以此即可使得处理器根据高低电平信号精准判断当前电路是否出现故障，提升故障检测的可靠性和精准度，避免检测误差的情况。

示例性地，如图2所示，本申请实施例将电源V2电压设置为5V，低电平阈值设置为1.2V，稳压二极管D1的稳压值为3.3V，当功率芯片的信号输出端FO/VTS输出的电平信号低于1.2V时，稳压二极管D1处于击穿状态，稳压二极管D1电压高于3.3V，此时第一电阻R1两端分走电压0.5V，达到了第一三极管Q1VCE的开通电压，同时第二三极管Q2的VCE也达到开通电压，向故障检测信号输入端IPM_FO输入低电平信号。当功率芯片的信号输出端FO/VTS输出高电平信号(高于1.2V)时，稳压二极管D1上电压不够，不能击穿。第一三极管Q1和第二三极管Q2的VCE也未达到开通电压，所以故障检测信号输入端IPM_FO输入高电平信号。以此来实现信号输出电路精准输出检测信号的效果，提升信号输出电路的可靠性。

可选地，所述故障检测电路还包括第一电容C1，所述第一电容C1的第一端连接所述电源V2的正极和所述第一电阻R1的第二端，所述第一电容C1的第二端连接所述电源V2的负极。通过设置第一电容C1，可以实现电路信号的滤波，抑制电路信号振荡，保障信号输出电路的信号传输稳定性和可靠性。

进一步地，所述故障检测电路还包括第四电阻R4，所述第四电阻R4的第一端连接所述电源V2的正极和所述第二三极管Q2的集电极，所述第四电阻R4的第二端连接所述处理器的故障检测信号输入端IPM_FO和所述电源V2的负极。通过设置第四电阻R4，与第一电容C1构成滤波电路，并通过第四电阻R4以限制滤波电路的电流，保护电路，避免电流过大。

所述故障检测电路还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2的第一端连接所述第一三极管Q1的集电极和所述第二三极管Q2的基极，所述第二电阻R2的第二端连接所述电源V2的负极。通过设置第二电阻R2，第二电阻R2作为第二三极管Q2的偏置电阻，其用于调节第二三极管Q2的基极偏置电流，以保障三极管的可靠导通和关断。

所述故障检测电路还包括第三电阻R3，所述第一三极管Q1的集电极通过所述第三电阻R3连接所述第二电阻R2的第一端和所述第二三极管Q2的基极。通过设置第三电阻R3，第三电阻R3作为第二三极管Q2的开通电阻，其用于限制回路电流，驱动第二三极管Q2导通。

所述故障检测电路还包括第五电阻R10，所述电源V2的正极通过所述第五电阻R10连接所述第四电阻R4的第一端。通过设置第五电阻R10，第五电阻R10作为上拉电阻，上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，电阻同时起限流作用。基于该第五电阻R10，可以在稳压二极管处于未击穿状态下，保证回路稳定输出5V高电平信号。

可选地，参照图3，所述温度检测电路包括第六电阻R25，所述第六电阻R25的第一端连接所述功率芯片的信号输出端FO/VTS，所述第六电阻R25的第二端连接所述处理器的温度信号输入端IPM_TEMP。所述温度检测电路还包括第二电容C24，所述第二电容C24的第一端连接所述第六电阻R25的第二端和所述处理器的温度信号输入端IPM_TEMP，所述第二电容24的第二端接地。同样地，通过设置第二电容C24，可以实现电路信号的滤波，抑制电路信号振荡，保障信号输出电路的信号传输稳定性和可靠性。通过第六电阻R25与第二电容C24构成滤波电路，并通过第六电阻R25以限制滤波电路的电流，保护电路，避免电流过大。

基于上述信号输出电路，参照图4，提供本申请温度检测电路和故障检测电路输出的信号波形示意图，图4中，温度检测电路输出的电平信号在0-5V之间，故障检测电路输出的电平信号为0V或者5V。当功率芯片的信号输出端FO/VTS输出的电平信号大于或等于1.2V时，由于稳压二极管D1未击穿，电源V2电压输出的电平信号输入故障检测信号输入端IPM_FO，即处理器接收到5V的高电平信号。反之，当功率芯片的信号输出端FO/VTS输出的电平信号小于1.2V时，由于稳压二极管D1处于击穿状态，稳压二极管D1电压高于3.3V，此时第一电阻R1两端分走电压0.5V，达到了第一三极管Q1VCE的开通电压，同时第二三极管Q2的VCE也达到开通电压，输出低电平信号至故障检测信号输入端IPM_FO。

上述，通过稳压二极管和三极管构建导通链路，使得功率芯片只有在信号输出端输出低电平信号时，稳压二极管工作在击穿状态，三极管导通，才向处理器的故障检测信号输入端输入低电平信号。以此保障检测信号的精准触发，避免检测误差，提升检测信号输出的可靠性，提升智能功率模块的故障检测效果。

在上述信号输出电路的基础上，本申请实施例还公开了一种智能功率模块，包括功率芯片和信号输出电路，该功率芯片通过信号输出端连接所述信号输出电路，所述信号输出电路为如第一方面所述的信号输出电路。本申请实施例的智能功率模块，具备上述信号输出电路的故障检测效果，可以保障检测信号的精准触发，避免检测误差，提升检测信号输出的可靠性。

上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。

Claims (9)

1.一种信号输出电路，包括温度检测电路和故障检测电路，所述温度检测电路的两端分别连接功率芯片的信号输出端和处理器的温度信号输入端，其特征在于，所述故障检测电路包括：电源、稳压二极管、第一三极管、第二三极管和第一电阻；

所述电源的正极和负极连接所述处理器的故障检测信号输入端，所述稳压二极管的正极连接所述功率芯片的信号输出端，负极连接所述第一三极管的基极和所述第一电阻的第一端，所述第一三极管的发射极连接所述电源的正极和所述第一电阻的第二端，所述第一三极管的集电极连接所述第二三极管的基极，所述第二三极管的发射极连接所述电源的负极，所述第二三极管的集电极连接所述电源的正极，所述第一电阻的第二端还连接所述处理器的故障检测信号输入端；

所述功率芯片用于在信号输出端输出高电平信号的情况下，使所述稳压二极管处于未击穿状态，所述第一三极管和所述第二三极管未导通，所述处理器的故障检测信号输入端输入高电平信号；所述功率芯片还用于在所述功率芯片的信号输出端输出低电平信号的情况下，使所述稳压二极管处于击穿状态，所述第一三极管和所述第二三极管导通，所述处理器的故障检测信号输入端输入低电平信号。

2.根据权利要求1所述的信号输出电路，其特征在于，所述故障检测电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端连接所述电源的正极和所述第一电阻的第二端，所述第一电容的第二端连接所述电源的负极。

3.根据权利要求1所述的信号输出电路，其特征在于，所述故障检测电路还包括第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的基极，所述第二电阻的第二端连接所述电源的负极。

4.根据权利要求3所述的信号输出电路，其特征在于，所述故障检测电路还包括第三电阻，所述第一三极管的集电极通过所述第三电阻连接所述第二电阻的第一端和所述第二三极管的基极。

5.根据权利要求1所述的信号输出电路，其特征在于，所述故障检测电路还包括第四电阻，所述第四电阻的第一端连接所述电源的正极和所述第二三极管的集电极，所述第四电阻的第二端连接所述处理器的故障检测信号输入端和所述电源的负极。

6.根据权利要求5所述的信号输出电路，其特征在于，所述故障检测电路还包括第五电阻，所述电源的正极通过所述第五电阻连接所述第四电阻的第一端。

7.根据权利要求1所述的信号输出电路，其特征在于，所述温度检测电路包括第六电阻，所述第六电阻的第一端连接所述功率芯片的信号输出端，所述第六电阻的第二端连接所述处理器的温度信号输入端。

8.根据权利要求7所述的信号输出电路，其特征在于，所述温度检测电路还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接所述第六电阻的第二端和所述处理器的温度信号输入端，所述第二电容的第二端接地。

9.一种智能功率模块，其特征在于，包括功率芯片和信号输出电路，所述功率芯片通过信号输出端连接所述信号输出电路，所述信号输出电路为如权利要求1至8任一所述的信号输出电路。

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