過流保護(hù)裝置和智能功率模塊、變頻家電的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種過流保護(hù)裝置，包括：比較電路，連接至智能功率模塊中的電流采樣元件，用于將來自所述電流采樣元件的實(shí)時(shí)電壓模擬信號與標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號進(jìn)行數(shù)值比較，并根據(jù)比較結(jié)果生成對應(yīng)的模擬控制信號；整合電路，連接至所述比較電路和對應(yīng)于所述智能功率模塊的控制器，用于將來自所述控制器的模擬時(shí)序信號與所述模擬控制信號進(jìn)行整合，并將整合后的模擬時(shí)序信號輸出至所述智能功率模塊。本實(shí)用新型還提出了一種智能功率模塊和一種變頻家電。通過本實(shí)用新型的技術(shù)方案，可以在智能功率模塊發(fā)生干擾、卡缸、電壓驟降等異常時(shí)，更加迅速地實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，避免控制延遲導(dǎo)致的安全隱患。
【專利說明】過流保護(hù)裝置和智能功率模塊、變頻家電
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及過流保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種過流保護(hù)裝置、一種智能功率模塊和一種變頻家電。
【背景技術(shù)】
[0002]智能功率模塊，即IPM (Intelligent Power Module),是一種將電力電子和集成電路技術(shù)結(jié)合的功率驅(qū)動類產(chǎn)品。智能功率模塊把功率開關(guān)器件和高壓驅(qū)動電路集成在一起，并內(nèi)藏有過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路。智能功率模塊一方面接收MCU的控制信號，驅(qū)動后續(xù)電路工作，另一方面將系統(tǒng)的狀態(tài)檢測信號送回MCU。與傳統(tǒng)的分立方案相t匕，智能功率模塊以其高集成度、高可靠性等優(yōu)勢贏得越來越大的市場，尤其適合于驅(qū)動電機(jī)的變頻器及各種逆變電源，是應(yīng)用于變頻調(diào)速、冶金機(jī)械、電力牽引、伺服驅(qū)動、變頻家電的一種理想電力電子器件。
[0003]如圖1所示，為相關(guān)技術(shù)中提出的一種智能功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。具體地，該智能功率模塊 100 包括:驅(qū)動芯片 101 和 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)管121?126。
[0004]在驅(qū)動芯片101內(nèi)部有自舉電路，自舉電路結(jié)構(gòu)如下:驅(qū)動芯片101的VCC端與自舉二極管101A、自舉二極管101B、自舉二極管IOlC的陽極相連；所述自舉二極管IOlA的陰極與VBl相連；所述自舉二極管IOlB的陰極與VB2相連；所述自舉二極管IOlC的陰極與VB3相連。
[0005]驅(qū)動芯片101的各個(gè)管腳與IGBT管121?126等的具體連接關(guān)系如下:
[0006]驅(qū)動芯片101的VCC端作為所述智能功率模塊100的低壓區(qū)供電電源正端VDD，VDD 一般為15V ;驅(qū)動芯片101的GND端作為所述智能功率模塊100的低壓區(qū)供電電源負(fù)端COM。
[0007]驅(qū)動芯片101的HINl端作為所述智能功率模塊100的U相上橋臂輸入端UHIN ;驅(qū)動芯片101的HIN2端作為所述智能功率模塊100的V相上橋臂輸入端VHIN ;驅(qū)動芯片101的HIN3端作為所述智能功率模塊100的W相上橋臂輸入端WHIN ;驅(qū)動芯片101的LINl端作為所述智能功率模塊100的U相下橋臂輸入端ULIN ;驅(qū)動芯片101的LIN2端作為所述智能功率模塊100的V相下橋臂輸入端VLIN ;驅(qū)動芯片101的LIN3端作為所述智能功率模塊100的W相下橋臂輸入端WLIN (在此，所述智能功率模塊100的U、V、W三相的六路輸入接收O?5V的輸入信號)。
[0008]驅(qū)動芯片101的VBl端連接電容131的一端，并作為所述智能功率模塊100的U相高壓區(qū)供電電源正端UVB ;驅(qū)動芯片101的HOl端與U相上橋臂IGBT管121的柵極相連；驅(qū)動芯片101的VSl端與所述IGBT管121的射極、FRD管(快恢復(fù)二極管)111的陽極、U相下橋臂IGBT管124的集電極、FRD管114、電容131的另一端的陰極相連，并作為所述智能功率模塊100的U相高壓區(qū)供電電源負(fù)端UVS。
[0009]驅(qū)動芯片101的VB2端連接電容132的一端，并作為所述智能功率模塊100的V相高壓區(qū)供電電源正端VVB ;驅(qū)動芯片101的H03端與V相上橋臂IGBT管123的柵極相連。驅(qū)動芯片101的VS2端與所述IGBT管122的射極、FRD管112的陽極、V相下橋臂IGBT管125的集電極、FRD管115的陰極、電容132的另一端相連，并作為所述智能功率模塊100的W相高壓區(qū)供電電源負(fù)端VVS。
[0010]驅(qū)動芯片101的VB3端連接電容133的一端，并作為所述智能功率模塊100的W相高壓區(qū)供電電源正端WVB ;驅(qū)動芯片101的H03端與W相上橋臂IGBT管123的柵極相連；驅(qū)動芯片101的VS3端與所述IGBT管123的射極、FRD管113的陽極、W相下橋臂IGBT管126的集電極、FRD管116的陰極、電容133的另一端相連，并作為所述智能功率模塊100的W相高壓區(qū)供電電源負(fù)端WVS。
[0011]驅(qū)動芯片101的LOl端與所述IGBT管124的柵極相連；驅(qū)動芯片101的L02端與所述IGBT管125的柵極相連；驅(qū)動芯片101的L03端與所述IGBT管126的柵極相連。
[0012]所述IGBT管124的射極與所述FRD管114的陽極相連，并作為所述智能功率模塊100的U相低電壓參考端UN ;所述IGBT管125的射極與所述FRD管115的陽極相連，并作為所述智能功率模塊100的V相低電壓參考端VN ;所述IGBT管126的射極與所述FRD管116的陽極相連，并作為所述智能功率模塊100的W相低電壓參考端WN。
[0013]所述IGBT管121的集電極、所述FRD管111的陰極、所述IGBT管122的集電極、所述FRD管112的陰極、所述IGBT管123的集電極、所述FRD管113的陰極相連，并作為所述智能功率模塊100的高電壓輸入端P，P 一般接300V。
[0014]基于上述連接關(guān)系，則驅(qū)動芯片101的作用是:
[0015]將輸入端HIN1、HIN2、HIN3和LIN1、LIN2、LIN3的O?5V的邏輯信號分別傳到輸出端 HO1、H02、H03 和 LOl、L02、L03，其中 HO1、H02、H03 是 VS ?VS+15V 的邏輯信號，LOl、L02、L03是O?15V的邏輯信號。其中，同一相的輸入信號不能同時(shí)為高電平，即HINl和LINUHIN2和LIN2、HIN3和LIN3不能同時(shí)為高電平。
[0016]智能功率模塊100實(shí)際工作時(shí)的推薦電路如圖2所示:
[0017]UVB與UVS間外接電容135 ；VVB與VVS間外接電容136 ；WVB與WVS間外接電容137。此處，電容133、電容132、電容131主要起濾波作用，電容135、電容136、電容137主
要起存儲電量作用。
[0018]UN、VN、WN相連并接電阻138的一端，和MCU200的Pin7 ;所述電阻138的另一端接COM ；MCU200的的Pinl與所述智能功率模塊100的UHIN端相連；MCU200的的Pin2與所述智能功率模塊100的VHIN端相連；MCU200的的Pin3與所述智能功率模塊100的WHIN端相連；MCU200的的Pin4與所述智能功率模塊100的ULIN端相連；MCU200的的Pin5與所述智能功率模塊100的VLIN端相連；MCU200的的Pin6與所述智能功率模塊100的WLIN端相連。
[0019]結(jié)合圖1和圖2，下面以U相為例說明智能功率模塊100的工作狀態(tài):
[0020]1、第一狀態(tài)
[0021]當(dāng)MCU200的Pin4發(fā)出高電平信號時(shí)，MCU200的Pinl必須發(fā)出低電平信號，信號使LINl為高電平、HINl為低電平，則LOl輸出高電平而HOl輸出低電平，從而所述IGBT管124導(dǎo)通而所述IGBT管121截止，VSl電壓約為0V。同時(shí)，自舉二極管IOlA正向偏置，使得電容133及電容135充電，當(dāng)時(shí)間足夠長或使電容133及電容135充電前的剩余電量足夠多時(shí)，VBl對VSl獲得接近15V的電壓。
[0022]2、第二狀態(tài)
[0023]當(dāng)MCU200的Pinl發(fā)出高電平信號時(shí)，MCU200的Pin4必須發(fā)出低電平信號，信號使LINl為低電平、HINl為高電平，則LOl輸出低電平而HOl輸出高電平，從而IGBT管124截止而IGBT管121導(dǎo)通，從而VSl電壓約為300V，VBl電壓被抬高到315V左右，通過電容133及電容135的電量，維持U相高壓區(qū)工作。其中，如果HINl為高電平的持續(xù)時(shí)間足夠短或電容133及電容135存儲的電量足夠多，VBl對VSl在U相高壓區(qū)工作過程中的電壓可保持在14V以上。
[0024]實(shí)際應(yīng)用的MCU算法中，U相、V相、W相總有起碼一相的上橋臂IGBT為導(dǎo)通，總有起碼一相的下橋臂IGBT為導(dǎo)通，并且導(dǎo)通的IGBT管不在同一相。因此，在實(shí)際工作時(shí)，電阻138持續(xù)有電流流過，并在MCU200的Pin7產(chǎn)生電壓。然而，由于干擾、卡缸、電壓驟降等異常，流過電阻138的電流會變大，如果電流大于某一特定值，使電阻138兩端的壓降大于某一特定值，則MCU200的Pin7在檢測到電壓異常變大的信號后，就會使Pinl、Pin2、Pin3、Pin4、Pin5、Pin6全部輸出低電平，使智能功率模塊100停止工作，這就是過流保護(hù)功能。
[0025]但是，MCU200對電阻138兩端電壓的采樣不是實(shí)時(shí)的，會有一定的時(shí)間間隔，且MCU200的采樣和過流保護(hù)控制過程中，需要經(jīng)歷多次模數(shù)或數(shù)模轉(zhuǎn)換，使得從MCU200檢測到異常電壓到使Pinl、Pin2、Pin3、Pin4、Pin5、Pin6輸出置低所經(jīng)過的時(shí)間一般會在10 μ s左右，如果流過電阻138的電流足夠大，則在10 μ s的時(shí)間內(nèi)，電流通路上的IGBT管和電阻138都有可能受損，甚至過熱燒毀，嚴(yán)重時(shí)還會弓I起爆炸。
[0026]因此，如何在執(zhí)行過流保護(hù)時(shí)，避免延遲所帶來的安全隱患，成為目前亟待解決的技術(shù)問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0027]本實(shí)用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)或相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。
[0028]為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出了一種過流保護(hù)裝置。
[0029]本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提出了一種智能功率模塊。
[0030]本實(shí)用新型的又一個(gè)目的在于提出了 一種變頻家電。
[0031]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面的實(shí)施例，提出了一種過流保護(hù)裝置，包括:比較電路，連接至智能功率模塊中的電流采樣元件，用于將來自所述電流采樣元件的實(shí)時(shí)電壓模擬信號與標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號進(jìn)行數(shù)值比較，并根據(jù)比較結(jié)果生成對應(yīng)的模擬控制信號；整合電路，連接至所述比較電路和對應(yīng)于所述智能功率模塊的控制器，用于將來自所述控制器的模擬時(shí)序信號與所述模擬控制信號進(jìn)行整合，并將整合后的模擬時(shí)序信號輸出至所述智能功率模塊。
[0032]在該技術(shù)方案中，通過在電流信號的采集、比較和過流保護(hù)時(shí)的控制過程中，都使用模擬信號進(jìn)行處理，使得無需執(zhí)行MCU處理過程中的模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換操作，從而能夠縮短從信號采集到實(shí)際執(zhí)行過流保護(hù)控制過程中的延遲，避免電流較大時(shí)導(dǎo)致智能功率模塊在延遲時(shí)間內(nèi)就發(fā)生損壞，有效提升了智能功率模塊的使用安全性，消除了安全隱患。
[0033]同時(shí)，由于采用模擬信號的采樣、比較等處理過程，使得能夠隨時(shí)對電流采樣元件上的電流情況進(jìn)行反饋，做到實(shí)時(shí)的過流保護(hù)，盡可能地避免意外情況導(dǎo)致智能功率模塊發(fā)生安全事故。
[0034]需要說明的是，電流采樣元件應(yīng)當(dāng)通常情況下阻值不變化的元件，比如電阻，則對于電流采樣元件上的電流情況，實(shí)際上是通過電壓變化來進(jìn)行反饋的，因而實(shí)際上是通過對實(shí)時(shí)電壓模擬信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的比較，以確定是否發(fā)生過流情況。
[0035]另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例的過流保護(hù)裝置，還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0036]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，在所述實(shí)時(shí)電壓模擬信號大于或等于所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的情況下，所述模擬控制信號為第一模擬控制信號，且所述整合后的模擬時(shí)序信號為低電平信號；在所述實(shí)時(shí)電壓模擬信號小于所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的情況下，所述模擬控制信號為第二模擬控制信號，且所述整合后的模擬時(shí)序信號與來自所述控制器的模擬時(shí)序信號相同。
[0037]在該技術(shù)方案中，當(dāng)存在過流情況時(shí)，將導(dǎo)致實(shí)時(shí)電壓模擬信號大于或等于標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號，則此時(shí)無論控制器輸出的模擬時(shí)序信號的情況怎樣，都直接向智能功率模塊的所有端口輸入低電平信號，使得所有IGBT管都停止工作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速的過流保護(hù)；而當(dāng)不存在過流情況時(shí)，即實(shí)時(shí)電壓模擬信號小于標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號，則通過使模擬時(shí)序信號在整合前后不變，從而確保不會對智能功率模塊的正常工作過程造成影響。
[0038]優(yōu)選地，所述比較電路包括:比較器，所述比較器的正輸入端接入所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號、負(fù)輸入端接入所述實(shí)時(shí)電壓模擬信號，以及輸出端連接至所述整合電路。
[0039]在該技術(shù)方案中，為了配合模擬信號的處理過程，可以采用如比較器來實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)電壓模擬信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號進(jìn)行比較，從而能夠快速執(zhí)行對是否發(fā)生過流情況的判斷，并據(jù)此做出相應(yīng)的處理。
[0040]優(yōu)選地，所述整合電路包括多個(gè)相同的整合子電路，一一對應(yīng)于所述控制器的多個(gè)輸出端口和所述智能功率模塊的多個(gè)輸入端口，其中，每個(gè)所述整合子電路包括:第一輸入端，連接至所述控制器的預(yù)設(shè)輸出端口，用于接收對應(yīng)的模擬時(shí)序信號；第二輸入端，連接至所述比較電路，用于接收所述模擬控制信號；輸出端，連接至所述智能功率模塊的預(yù)設(shè)輸入端口，在所述模擬控制信號為高電平信號的情況下，輸出所述模擬時(shí)序信號，以及在所述模擬控制信號為低電平信號的情況下，輸出低電平信號。
[0041]在該技術(shù)方案中，對應(yīng)于智能功率模塊中的每個(gè)IGBT管，控制器都需要通過對應(yīng)的管腳輸入相應(yīng)的模擬時(shí)序信號，則可以通過每個(gè)整合子電路來對相應(yīng)管腳的模擬時(shí)序信號進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對所有IGBT管的過流保護(hù)控制。
[0042]優(yōu)選地，每個(gè)所述整合子電路包括:與非門，所述與非門的兩個(gè)輸入端分別連接至所述第一輸入端和所述第二輸入端；或門，所述或門的輸入端連接至所述與非門的輸出端，且所述或門的輸出端連接至包含所述或門的整合子電路的輸出端。
[0043]在該技術(shù)方案中，作為一種較為優(yōu)選的實(shí)施例，可以采用具體的門電路來實(shí)現(xiàn)對模擬時(shí)序信號的整合處理，從而通過對模擬信號的快速比較、整合等邏輯處理過程，實(shí)現(xiàn)對智能功率模塊的快速、準(zhǔn)確的過流保護(hù)。
[0044]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，還包括:信號生成電路，連接至所述比較電路和所述智能功率模塊,用于感應(yīng)所述智能功率模塊的實(shí)時(shí)溫度狀況,并根據(jù)所述實(shí)時(shí)溫度狀況生成所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號，其中，所述實(shí)時(shí)電壓模擬信號和所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的數(shù)值大小隨所述實(shí)時(shí)溫度狀況的變化而相一致地變化。
[0045]在該技術(shù)方案中，由于溫度變化可能導(dǎo)致電流采樣元件的阻值發(fā)生變化，并使得按照正常的過流保護(hù)邏輯執(zhí)行時(shí)，可能導(dǎo)致發(fā)生誤判斷。因此，通過對智能功率模塊的實(shí)時(shí)溫度狀況的感應(yīng)，能夠使得過流保護(hù)的邏輯能夠隨智能功率模塊的溫度變化而改變，避免誤判斷的發(fā)生。
[0046]優(yōu)選地，所述實(shí)時(shí)電壓模擬信號和所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的數(shù)值大小均與所述實(shí)時(shí)溫度狀況呈正相關(guān)。
[0047]在該技術(shù)方案中，當(dāng)電壓大小與實(shí)時(shí)溫度狀況呈正相關(guān)時(shí)，即智能功率模塊的溫度升高時(shí)，將導(dǎo)致實(shí)時(shí)電壓模擬信號的數(shù)值增大；而通過使得標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的數(shù)值增大，從而能夠避免誤判斷導(dǎo)致影響智能功率模塊的正常工作狀態(tài)。
[0048]優(yōu)選地，所述信號生成電路包括:第一直流電源；第一溫度感應(yīng)元件，所述第一溫度感應(yīng)元件的一端連接至所述第一直流電源的正極和所述比較電路、另一端與所述智能功率模塊共地。
[0049]在該技術(shù)方案中，作為一種較為具體的實(shí)施方式，可以通過采用與智能功率模塊相連(此處為共地)的溫度感應(yīng)元件，實(shí)現(xiàn)對智能功率模塊的實(shí)時(shí)溫度狀況的感應(yīng)，尤其是相關(guān)技術(shù)中的智能功率模塊在工作過程中，整體工作溫度分布均勻，因而能夠通過上述的溫度感應(yīng)元件來對智能功率模塊的工作溫度實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地感應(yīng)。
[0050]具體地，由于第一直流電源的電流值不變，則當(dāng)溫度變化而導(dǎo)致第一溫度感應(yīng)元件的阻值變化時(shí)，溫度變化即可體現(xiàn)在第一溫度感應(yīng)元件輸入比較電路的電壓數(shù)值上。
[0051]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，還包括:溫度狀況輸出電路，連接至所述智能功率模塊和所述控制器，用于將對應(yīng)于所述智能功率模塊的實(shí)時(shí)溫度狀況的電路特性參數(shù)信息輸出至所述控制器。
[0052]在該技術(shù)方案中，由于控制器不再對智能功率模塊進(jìn)行過流控制控制，也無法執(zhí)行對智能功率模塊的溫度檢測，因而通過將智能功率模塊的實(shí)時(shí)溫度狀況輸出至控制器，使得控制器能夠據(jù)此實(shí)現(xiàn)更多的控制功能。具體地，作為一種較為優(yōu)選的實(shí)施方式，比如控制器可以根據(jù)智能功率模塊的實(shí)時(shí)溫度狀況，控制智能功率模塊的工作頻率；進(jìn)一步地，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度較高時(shí)，可以降低智能功率模塊的工作頻率，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度較低時(shí)，可以升高智能功率模塊的工作頻率。
[0053]優(yōu)選地，所述溫度狀況輸出電路包括:第二直流電源；第二溫度感應(yīng)元件，所述第二溫度感應(yīng)元件的一端連接至所述第二直流電源的正極和所述控制器、另一端與所述智能功率模塊共地。
[0054]在該技術(shù)方案中，作為一種較為具體的實(shí)施例，可以通過溫度感應(yīng)元件對智能功率模塊進(jìn)行溫度感應(yīng)，則由于智能功率模塊的工作溫度分布均勻，因而能夠通過溫度感應(yīng)元件實(shí)現(xiàn)對智能功率模塊的準(zhǔn)確檢測。
[0055]具體地，由于第二直流電源的電流值不變，則當(dāng)溫度變化而導(dǎo)致第二溫度感應(yīng)元件的阻值變化時(shí)，溫度變化即可體現(xiàn)在第二溫度感應(yīng)元件輸入控制器的電壓數(shù)值上。
[0056]根據(jù)本實(shí)用新型第二方面的實(shí)施例，提出了一種智能功率模塊，包括如上述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的過流保護(hù)裝置。[0057]根據(jù)本實(shí)用新型第三方面的實(shí)施例，提出了一種變頻家電，包括上述的智能功率模塊。
[0058]通過以上技術(shù)方案，可以在智能功率模塊發(fā)生干擾、卡缸、電壓驟降等異常時(shí)，更加迅速地實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，避免控制延遲導(dǎo)致的安全隱患。
[0059]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0060]本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0061]圖1示出了相關(guān)技術(shù)中的智能功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖2示出了相關(guān)技術(shù)中的對智能功率模塊進(jìn)行時(shí)序控制時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064]圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065]圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的智能功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066]圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0067]圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0068]圖8示出了根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0069]為了能夠更清楚地理解本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0070]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是，本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0071]圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0072]如圖3所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置，包括:比較電路300，連接至智能功率模塊100中的電流采樣元件，用于將來自所述電流采樣元件的實(shí)時(shí)電壓模擬信號與標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號進(jìn)行數(shù)值比較，并根據(jù)比較結(jié)果生成對應(yīng)的模擬控制信號；整合電路400，連接至所述比較電路300和對應(yīng)于所述智能功率模塊100的控制器200，用于將來自所述控制器200的模擬時(shí)序信號與所述模擬控制信號進(jìn)行整合，并將整合后的模擬時(shí)序信號輸出至所述智能功率模塊100。
[0073]為了便于說明，其中的電流采樣電路以具體的采樣電阻138而示于圖3中，而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，采樣電阻138僅為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，顯然也可以通過其他元件來實(shí)現(xiàn)對智能功率模塊100的電流采樣，并用于過流保護(hù)控制。
[0074]相比于圖2所示的相關(guān)技術(shù)中的過流保護(hù)手段，本實(shí)用新型提出了完整采樣模擬信號的處理方式，則通過在電流信號的采集、比較和過流保護(hù)時(shí)的控制過程中，都使用模擬信號進(jìn)行處理，使得無需執(zhí)行MCU (如控制器200)處理過程中的模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換操作，從而能夠縮短從信號采集到實(shí)際執(zhí)行過流保護(hù)控制過程中的延遲，避免電流較大時(shí)導(dǎo)致智能功率模塊100在延遲時(shí)間內(nèi)就發(fā)生損壞，有效提升了智能功率模塊100的使用安全性，消除了安全隱患。
[0075]同時(shí)，由于采用模擬信號的采樣、比較等處理過程，使得能夠隨時(shí)對電流采樣元件(如采樣電阻138)上的電流情況進(jìn)行反饋，做到實(shí)時(shí)的過流保護(hù)，盡可能地避免意外情況導(dǎo)致智能功率模塊100發(fā)生安全事故。
[0076]需要說明的是，電流采樣元件應(yīng)當(dāng)通常情況下阻值不變化的元件，比如電阻，則對于電流采樣元件上的電流情況，實(shí)際上是通過電壓變化來進(jìn)行反饋的，因而實(shí)際上是通過對實(shí)時(shí)電壓模擬信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的比較，以確定是否發(fā)生過流情況。
[0077]針對比較電路300對來自采樣電阻138的實(shí)時(shí)電壓模擬信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的比較過程，可以基于下述邏輯進(jìn)行處理:
[0078]在所述實(shí)時(shí)電壓模擬信號大于或等于所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的情況下，所述模擬控制信號為第一模擬控制信號，且所述整合后的模擬時(shí)序信號為低電平信號；以及
[0079]在所述實(shí)時(shí)電壓模擬信號小于所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的情況下，所述模擬控制信號為第二模擬控制信號，且所述整合后的模擬時(shí)序信號與來自所述控制器的模擬時(shí)序信號相同。
[0080]在該技術(shù)方案中，當(dāng)存在過流情況時(shí)，將導(dǎo)致實(shí)時(shí)電壓模擬信號大于或等于標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號，則此時(shí)無論控制器200輸出的模擬時(shí)序信號的情況怎樣，都直接向智能功率模塊100的所有端口輸入低電平信號，使得所有IGBT管(如圖1所示的IGBT管121等)都停止工作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速的過流保護(hù)；而當(dāng)不存在過流情況時(shí)，即實(shí)時(shí)電壓模擬信號小于標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號，則通過使模擬時(shí)序信號在整合前后不變，從而確保不會對智能功率模塊100的正常工作過程造成影響。
[0081 ] 在圖3所示的技術(shù)方案中，為了便于說明，僅籠統(tǒng)地示出了整合電路400對來自比較電路300的模擬控制信號和來自控制器200的模擬時(shí)序信號的整合處理過程；然而，控制器200在對智能功率模塊100進(jìn)行時(shí)序控制時(shí)，實(shí)際上是通過多條線路對智能功率模塊100中的每個(gè)IGBT管的開關(guān)狀態(tài)的控制，因而整合電路400實(shí)際上包含多個(gè)分別對應(yīng)于每條線路的子電路。
[0082]具體地，圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0083]如圖4所示，針對控制器200和智能功率模塊100之間的每條對應(yīng)的時(shí)序控制線路，整合電路400實(shí)際上包含了——對應(yīng)于控制器200的多個(gè)輸出端口和智能功率模塊100的多個(gè)輸入端口的多個(gè)整合子電路400 ’，其中，每個(gè)所述整合子電路400 ’包括:
[0084]第一輸入端，連接至所述控制器200的預(yù)設(shè)輸出端口，用于接收對應(yīng)的模擬時(shí)序信號；第二輸入端，連接至所述比較電路300，用于接收所述模擬控制信號；輸出端，連接至所述智能功率模塊100的預(yù)設(shè)輸入端口，用于在模擬控制信號為上述的第一模擬控制信號的情況下，輸出低電平信號，以及在模擬控制信號為上述的第二模擬控制信號的情況下，輸出所述模擬時(shí)序信號。
[0085]在該技術(shù)方案中，對應(yīng)于智能功率模塊100中的每個(gè)IGBT管，控制器200都需要通過對應(yīng)的管腳輸入相應(yīng)的模擬時(shí)序信號，則可以通過每個(gè)整合子電路400’來對相應(yīng)管腳的模擬時(shí)序信號進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對所有IGBT管的過流保護(hù)控制。
[0086]基于上述描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，本實(shí)用新型提出了一種新的過流保護(hù)裝置，使得能夠基于智能功率模塊100的電流變化進(jìn)行快速反應(yīng)，在盡可能小的延遲時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對智能功率模塊100的過流保護(hù)控制和處理，降低智能功率模塊100發(fā)生故障、損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0087]那么，圖5相應(yīng)地示出了一種較為具體的實(shí)施例中，包含有上述的過流保護(hù)裝置的智能功率模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0088]如圖5所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的智能功率模塊4100中，通過設(shè)置了過流保護(hù)裝置4201，實(shí)現(xiàn)了對所有IGBT管的快速開關(guān)控制，即實(shí)現(xiàn)了對智能功率模塊4100的快速的過流保護(hù)控制。
[0089]其中，上述的智能功率模塊4100的具體線路結(jié)構(gòu)包括:
[0090]過流保護(hù)裝置4201的電源正端VV端和驅(qū)動電路(或驅(qū)動芯片)4101的電源正端VCC端作為所述智能功率模塊4100的低壓區(qū)供電電源正端VDD，VDD 一般為15V。
[0091]所述過流保護(hù)裝置4201的第一輸入端INl作為所述智能功率模塊4100的U相上橋臂輸入端UHIN ;所述過流保護(hù)裝置4201的第二輸入端IN2作為所述智能功率模塊4100的V相上橋臂輸入端VHIN ;所述過流保護(hù)裝置4201的第三輸入端IN3作為所述智能功率模塊4100的W相上橋臂輸入端WHIN ;所述過流保護(hù)裝置4201的第四輸入端IN4作為所述智能功率模塊4100的U相下橋臂輸入端ULIN ;所述過流保護(hù)裝置4201的第五輸入端IN5作為所述智能功率模塊4100的V相下橋臂輸入端VLIN ;所述過流保護(hù)裝置4201的第六輸入端IN6作為所述智能功率模塊4100的W相下橋臂輸入端WLIN。
[0092]所述過流保護(hù)裝置4201的第一輸出端OUTl連接所述驅(qū)動電路4101的HINl端；所述過流保護(hù)裝置4201的第二輸出端0UT2連接所述驅(qū)動電路4101的HIN2端；所述過流保護(hù)裝置4201的第三輸出端0UT3連接所述驅(qū)動電路4101的HIN3端；所述過流保護(hù)裝置4201的第四輸出端0UT4連接所述驅(qū)動電路4101的LINl端；所述過流保護(hù)裝置4201的第五輸出端0UT5連接所述驅(qū)動電路4101的LIN2端；所述過流保護(hù)裝置4201的第六輸出端0UT6連接所述驅(qū)動電路4101的LIN3端；所述過流保護(hù)裝置4201的第七輸出端TT作為所述智能功率模塊4100的異常反饋端TR。
[0093]過流保護(hù)裝置4201的電源負(fù)端GG和所述驅(qū)動電路4101的GND端作為所述智能功率模塊4100的最低電壓參考點(diǎn)N。
[0094]在所述驅(qū)動電路4101內(nèi)部有自舉電路，自舉電路結(jié)構(gòu)如下:VCC端與自舉二極管4101A、自舉二極管4101B、自舉二極管4101C的陽極相連；所述自舉二極管4101A的陰極與VBl相連；所述自舉二極管4101B的陰極與VB2相連；所述自舉二極管4101C的陰極與VB3相連；在此，所述智能功率模塊4100的U、V、W三相的六路輸入接收OV或5V的輸入信號。
[0095]所述驅(qū)動電路4101的VBl端連接電容131的一端，并作為所述智能功率模塊4100的U相高壓區(qū)供電電源正端UVB ;所述驅(qū)動電路4101的HOl端與U相上橋臂IGBT管4121的柵極相連；所述驅(qū)動電路4101的VSl端與所述IGBT管4121的射極、FRD管4111的陽極、U相下橋臂IGBT管4124的集電極、FRD管4114的陰極、所述電容4131的另一端相連，并作為所述智能功率模塊4100的U相高壓區(qū)供電電源負(fù)端UVS。
[0096]所述驅(qū)動電路4101的VB2端連接電容4132的一端，作為所述智能功率模塊4100的U相高壓區(qū)供電電源正端VVB ;所述驅(qū)動電路4101的H03端與V相上橋臂IGBT管4123的柵極相連；所述驅(qū)動電路4101的VS2端與所述IGBT管4122的射極、FRD管4112的陽極、V相下橋臂IGBT管4125的集電極、FRD管4115的陰極、所述電容4132的另一端相連，并作為所述智能功率模塊4100的W相高壓區(qū)供電電源負(fù)端VVS。
[0097]所述驅(qū)動電路4101的VB3端連接電容4133的一端，作為所述智能功率模塊4100的W相高壓區(qū)供電電源正端WVB ;所述驅(qū)動電路4101的H03端與W相上橋臂IGBT管4123的柵極相連；所述驅(qū)動電路4101的VS3端與所述IGBT管4123的射極、FRD管4113的陽極、W相下橋臂IGBT管4126的集電極、FRD管4116的陰極、所述電容4133的另一端相連，并作為所述智能功率模塊4100的W相高壓區(qū)供電電源負(fù)端WVS。
[0098]所述驅(qū)動電路4101的LOl端與所述IGBT管4124的柵極相連；所述驅(qū)動電路4101的L02端與所述IGBT管4125的柵極相連；所述驅(qū)動電路4101的L03端與所述IGBT管4126的柵極相連。
[0099]所述IGBT管4124的射極、所述FRD管4114的陽極、所述IGBT管4125的射極與所述FRD管4115的陽極、所述IGBT管4126的射極、所述FRD管116的陽極相連，并連接電阻4301 (相當(dāng)于圖3所示的采樣電阻138)的一端和所述過流保護(hù)裝置4201的第七輸入端RS ;所述電阻4301的另一端連接所述智能功率模塊4100的最低電壓參考點(diǎn)N。
[0100]所述IGBT管4121的集電極、所述FRD管4111的陰極、所述IGBT管4122的集電極、所述FRD管4112的陰極、所述IGBT管4123的集電極、所述FRD管4113的陰極相連，并作為所述智能功率模塊4100的高電壓輸入端P，P 一般接300V。
[0101]所述過流保護(hù)裝置4201的第七輸出端TT作為所述智能功率模塊4100的TR端。
[0102]基于上述連接關(guān)系，則過流保護(hù)裝置4201具體執(zhí)行過流包括的過程包括:
[0103]1、第一時(shí)刻
[0104]假定電阻4301兩端的電壓低于預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)電壓值VT，則對于輸入驅(qū)動電路4101的時(shí)序信號的控制邏輯為:使得過流保護(hù)裝置4201的所有輸出信號都與相應(yīng)的輸入信號一致。
[0105]具體地，每個(gè)端口對應(yīng)的處理邏輯包括:
[0106]過流保護(hù)裝置4201的第一輸出端OUTl的信號與所述過流保護(hù)裝置4201的第一輸入端INl的信號保持一致；所述過流保護(hù)裝置4201的第二輸出端0UT2的信號與所述過流保護(hù)裝置4201的第二輸入端IN2的信號保持一致；所述過流保護(hù)裝置4201的第三輸出端0UT3的信號與所述過流保護(hù)裝置4201的第三輸入端IN3的信號保持一致；所述過流保護(hù)裝置4201的第四輸出端0UT4的信號與所述過流保護(hù)裝置4201的第四輸入端IN4的信號保持一致；所述過流保護(hù)裝置4201的第五輸出端0UT5的信號與所述過流保護(hù)裝置4201的第五輸入端IN5的信號保持一致；所述過流保護(hù)裝置4201的第六輸出端0UT6的信號與所述過流保護(hù)裝置4201的第六輸入端IN6的信號保持一致。
[0107]2、第二時(shí)刻
[0108]假定電阻4301兩端的電壓高于預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)電壓值VT，則對于輸入驅(qū)動電路4101的時(shí)序信號的控制邏輯為:不論輸入端的時(shí)序怎樣，都使得過流保護(hù)裝置4201的所有輸出信號為低電平。
[0109]具體地，每個(gè)端口對應(yīng)的處理邏輯包括:[0110]所述過流保護(hù)裝置4201的第一輸出端0UT1、第二輸出端0UT2、第三輸出端0UT3、第四輸出端0UT4、第五輸出端0UT5、第六輸出端0UT6的信號保持低電平，而與INl?IN6的信號無關(guān)。
[0111]在此，雖然在圖5中，將過流保護(hù)裝置4201和驅(qū)動電路4101畫成兩個(gè)不同的單元，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是:過流保護(hù)裝置4201和驅(qū)動電路4101的功能完全可以通過同一流片平臺在一片晶圓上實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)功能的集成，便于控制智能功率模塊4100的體積。
[0112]而為了實(shí)現(xiàn)上述的過流保護(hù)裝置4201或圖3、圖4中所示的比較電路300、整合電路400等的功能，尤其是通過模擬信號的處理方式，下面結(jié)合圖6，對其具體的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0113]圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0114]如圖6所示，作為一種較為具體的實(shí)施方式，比較電路300可以包括:比較器4214，比較器4214的正輸入端接入標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號、負(fù)輸入端接入實(shí)時(shí)電壓模擬信號，以及輸出端連接至整合電路400。
[0115]在該技術(shù)方案中，為了配合模擬信號的處理過程，可以采用如比較器4214來實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)電壓模擬信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號進(jìn)行比較，從而能夠快速執(zhí)行對是否發(fā)生過流情況的判斷，并據(jù)此做出相應(yīng)的處理。
[0116]作為一種較為具體的實(shí)施方式，圖6示出了在所述第一模擬控制信號為低電平信號、所述第二模擬控制信號為高電平信號的情況下，整合電路400的具體結(jié)構(gòu)。其中，針對一個(gè)具體的整合子電路400’為例進(jìn)行說明，則該整合子電路400’可以包括:
[0117]與非門4202，所述與非門4202的兩個(gè)輸入端分別連接至所述第一輸入端和所述第二輸入端；或門4203，所述或門4203的輸入端連接至所述與非門4202的輸出端，且所述或門4203的輸出端連接至包含所述或門4203的整合子電路400’的輸出端。
[0118]在該技術(shù)方案中，作為一種較為優(yōu)選的實(shí)施例，可以采用具體的門電路來實(shí)現(xiàn)對模擬時(shí)序信號的整合處理，從而通過對模擬信號的快速比較、整合等邏輯處理過程，實(shí)現(xiàn)對智能功率模塊4100的快速、準(zhǔn)確的過流保護(hù)。
[0119]同時(shí)，上述內(nèi)容未提及的一個(gè)技術(shù)問題在于:智能功率模塊4100在工作過程中，可能導(dǎo)致溫度升高，并進(jìn)而改變采樣電阻4301 (當(dāng)對應(yīng)于圖3和圖4中的智能功率模塊100時(shí)，具體為采樣電阻138)的阻值，從而使得比較電路300獲取的實(shí)時(shí)電壓模擬信號的數(shù)值偏大，并可能導(dǎo)致誤判斷為需要對智能功率模塊4100進(jìn)行過流保護(hù)，影響智能功率模塊4100的正常工作。
[0120]為了解決上述技術(shù)問題，優(yōu)選地，用于比較的標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號不應(yīng)當(dāng)是一個(gè)固定的電壓數(shù)值，而應(yīng)當(dāng)與采樣電阻4301相一致地，隨智能功率模塊4100的溫度變化而改變，從而使得在任意溫度狀況下，實(shí)時(shí)電壓模擬信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號之間都相匹配。
[0121]那么，根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，上述過流保護(hù)裝置4201還包括:信號生成電路，連接至所述比較電路300和所述智能功率模塊4100，用于感應(yīng)所述智能功率模塊4100的實(shí)時(shí)溫度狀況，并根據(jù)所述實(shí)時(shí)溫度狀況生成所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號，其中，所述實(shí)時(shí)電壓模擬信號和所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的數(shù)值大小隨所述實(shí)時(shí)溫度狀況的變化而相一致地變化。[0122]在該技術(shù)方案中，由于溫度變化可能導(dǎo)致電流采樣元件的阻值發(fā)生變化，并使得按照正常的過流保護(hù)邏輯執(zhí)行時(shí)，可能導(dǎo)致發(fā)生誤判斷。因此，通過對智能功率模塊4100的實(shí)時(shí)溫度狀況的感應(yīng)，能夠使得過流保護(hù)的邏輯能夠隨智能功率模塊4100的溫度變化而改變，避免誤判斷的發(fā)生。
[0123]優(yōu)選地，所述實(shí)時(shí)電壓模擬信號和所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的數(shù)值大小均與所述實(shí)時(shí)溫度狀況呈正相關(guān)。
[0124]在該技術(shù)方案中，當(dāng)電壓大小與實(shí)時(shí)溫度狀況呈正相關(guān)時(shí)，即智能功率模塊的溫度升高時(shí)，將導(dǎo)致實(shí)時(shí)電壓模擬信號的數(shù)值增大；而通過使得標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的數(shù)值增大，從而能夠避免誤判斷導(dǎo)致影響智能功率模塊的正常工作狀態(tài)。
[0125]優(yōu)選地，所述信號生成電路包括:第一直流電源；第一溫度感應(yīng)元件，所述第一溫度感應(yīng)元件的一端連接至所述第一直流電源的正極和所述比較電路、另一端與所述智能功率模塊共地。
[0126]對應(yīng)于圖6所示的實(shí)施例時(shí)，則第一直流電源即電流源4217，第一溫度感應(yīng)元件即電阻4216。那么，通過電流源4217和電阻4216來實(shí)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號的生成，并使得電阻4216對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號能夠隨智能功率模塊4100的溫度升高而增大，以適應(yīng)于實(shí)時(shí)電壓模擬信號的變化。
[0127]在該技術(shù)方案中，作為一種較為具體的實(shí)施方式，可以通過采用與智能功率模塊相連(此處為共地)的溫度感應(yīng)元件，實(shí)現(xiàn)對智能功率模塊的實(shí)時(shí)溫度狀況的感應(yīng)，尤其是相關(guān)技術(shù)中的智能功率模塊在工作過程中，整體工作溫度分布均勻，因而能夠通過上述的溫度感應(yīng)元件來對智能功率模塊的工作溫度實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地感應(yīng)。
[0128]具體地，由于第一直流電源的電流值不變，則當(dāng)溫度變化而導(dǎo)致第一溫度感應(yīng)元件的阻值變化時(shí)，溫度變化即可體現(xiàn)在第一溫度感應(yīng)元件輸入比較電路的電壓數(shù)值上。
[0129]所述過流保護(hù)裝置4201的第七輸出端TT會實(shí)時(shí)輸出一個(gè)與所述智能功率模塊4100的整體溫度相關(guān)的電壓，這個(gè)信號可連接MCU等控制器件，讓這些控制器件感知所述智能功率模塊4100的實(shí)時(shí)溫度而作出相應(yīng)處理。
[0130]對應(yīng)于圖6所示的實(shí)施例，圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0131]如圖7所示，在圖6所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上，過流保護(hù)裝置還可以包括:溫度狀況輸出電路，連接至所述智能功率模塊4100和所述控制器(圖中未示出)，用于將對應(yīng)于所述智能功率模塊4100的實(shí)時(shí)溫度狀況的電路特性參數(shù)信息輸出至所述控制器。
[0132]在該技術(shù)方案中，由于控制器不再對智能功率模塊4100進(jìn)行過流控制控制，也無法執(zhí)行對智能功率模塊4100的溫度檢測，因而通過將智能功率模塊4100的實(shí)時(shí)溫度狀況輸出至控制器，使得控制器能夠據(jù)此實(shí)現(xiàn)更多的控制功能。具體地，作為一種較為優(yōu)選的實(shí)施方式，比如控制器可以根據(jù)智能功率模塊4100的實(shí)時(shí)溫度狀況，控制智能功率模塊4100的工作頻率；進(jìn)一步地，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度較高時(shí)，可以降低智能功率模塊4100的工作頻率，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度較低時(shí)，可以升高智能功率模塊4100的工作頻率。
[0133]優(yōu)選地，所述溫度狀況輸出電路包括:第二直流電源；第二溫度感應(yīng)元件，所述第二溫度感應(yīng)元件的一端連接至所述第二直流電源的正極和所述控制器、另一端與所述智能功率模塊共地。其中，對應(yīng)于圖7所示的實(shí)施例，則第二直流電源即電流源4218，第二溫度感應(yīng)元件即電阻4215。
[0134]在該技術(shù)方案中，作為一種較為具體的實(shí)施例，可以通過溫度感應(yīng)元件對智能功率模塊4100進(jìn)行溫度感應(yīng)，則由于智能功率模塊4100的工作溫度分布均勻，因而能夠通過溫度感應(yīng)元件實(shí)現(xiàn)對智能功率模塊4100的準(zhǔn)確檢測。
[0135]具體地，由于第二直流電源的電流值不變，則當(dāng)溫度變化而導(dǎo)致第二溫度感應(yīng)元件的阻值變化時(shí)，溫度變化即可體現(xiàn)在第二溫度感應(yīng)元件輸入控制器的電壓數(shù)值上。
[0136]更具體地，圖7所示的電路中的各部件的連接關(guān)系包括:
[0137]過流保護(hù)裝置4201的第一輸入端INl與與非門4202的其中一個(gè)輸入端相連；過流保護(hù)裝置4201的第二輸入端IN2與與非門4204的其中一個(gè)輸入端相連；過流保護(hù)裝置4201的第三輸入端IN3與與非門4206的其中一個(gè)輸入端相連；過流保護(hù)裝置4201的第四輸入端IN4與與非門4208的其中一個(gè)輸入端相連；過流保護(hù)裝置4201的第五輸入端IN5與與非門4201的其中一個(gè)輸入端相連；過流保護(hù)裝置4201的第六輸入端IN6與與非門4212的其中一個(gè)輸入端相連。
[0138]所述與非門4202的輸出端與非門4203的輸入端相連；所述與非門4204的輸出端與非門4205的輸入端相連；所述與非門4206的輸出端與非門4207的輸入端相連；所述與非門4208的輸出端與非門4209的輸入端相連；所述與非門4201的輸出端與非門4211的輸入端相連；所述與非門4212的輸出端與非門4213的輸入端相連。
[0139]所述非門4203的輸出端與過流保護(hù)裝置4201的第一輸出端OUTl相連；所述非門4205的輸出端與過流保護(hù)裝置4201的第二輸出端0UT2相連；所述非門4207的輸出端與過流保護(hù)裝置4201的第三輸出端0UT3相連；所述非門4209的輸出端與過流保護(hù)裝置4201的第四輸出端0UT4相連；所述非門4211的輸出端與過流保護(hù)裝置4201的第五輸出端0UT5相連；所述非門4213的輸出端與過流保護(hù)裝置4201的第六輸出端0UT6相連。
[0140]過流保護(hù)裝置4201的電源正端VV端與給電流源4217與電流源4218供電；所述電流源4217的電流輸出端與電阻4216的一端和比較器4214的正輸入端相連；所述電流源4218的電流輸出端與電阻4215的一端相連并作為過流保護(hù)裝置4201第七輸出端TT ;所述電阻4216的另一端和所述電阻4215的另一端相連并接過流保護(hù)裝置4201的電源負(fù)端GG0
[0141]基于上述結(jié)構(gòu)，則以下說明本實(shí)施例的工作原理:
[0142]1、元件取值
[0143]所述電阻4216是一個(gè)正溫度系數(shù)的電阻，由于智能功率模塊4100在工作時(shí)的整體溫度分布基本均勻，使得位于智能功率模塊4100主體內(nèi)的元器件的溫度差一般不會超過2°C，因而電阻4216的溫度與電阻4301的溫度基本一致。
[0144]其中，電阻4216應(yīng)選取正溫度系數(shù)的電阻，對于電流能力為IOA的智能功率模塊，所述電阻4301可取值為常溫時(shí)ΙΟπιΩ，溫度系數(shù)設(shè)為TCR1，所述電阻4216可取值為常溫時(shí)IOOkQ，溫度系數(shù)設(shè)為TCR2，所述電流源4217為I μ Α，則在常溫時(shí)，
[0145]所述比較器4214的正端的壓降Vp為:
[0146]Vp = IyAXlOOkQ = 0.1V ；
[0147]所述比較器4214的負(fù)端的壓降Vn為:
[0148]Vn = IksX IOkQ，其中，Iks為流過所述電阻4301的電流值。[0149]那么，當(dāng)IKS〈10A時(shí)，Vn〈Vp，所述比較器4214輸出高電平，當(dāng)IKS>10A時(shí)，Vn>Vp，所述比較器4214輸出低電平。
[0150]當(dāng)溫度變化AT時(shí)，所述電阻4301的阻值變?yōu)?TCR1.Λ T+l) X IOm Ω，所述電阻4216的阻值變?yōu)?TCR2.ΔΤ+1) X IOOk Ω，使得要保持觸發(fā)所述比較器4214輸出發(fā)生偏轉(zhuǎn)的電流Iks的值為IOA不變，需滿足如下關(guān)系:
[0151 ] (TCR1.Δ T+l) XlOmQ X IOA= (TCR2.Δ T+l) X IOOk Ω X I μ A
[0152]即TCR2=TCR1。
[0153]因此，在選取所述電阻4216時(shí)，應(yīng)盡量使其溫度系數(shù)與所述電阻4301保持一致。
[0154]2、處理邏輯
[0155]基于上述描述，則具體邏輯可以表述為:
[0156]當(dāng)IKS〈10A時(shí)，所述比較器4214輸出高電平，則所述與非門4202、所述與非門4204、所述與非門4206、所述與非門4208、所述與非門4201、所述與非門4212輸出的電平分別與INK IN2、IN3、IN4、IN5、IN6反相，分別經(jīng)過所述非門4203、所述非門4205、所述非門4207、所述非門4209、所述非門4211、所述非門4213后，分別在0U1、0UT2、0UT3、0UT4、0UT5、0UT6 輸出與 IN1、IN2、IN3、IN4、IN5、IN6 同相的信號，即:
[0157]在全溫度范圍內(nèi)，當(dāng)IKS〈10A時(shí)，OUTl的信號與INl的信號一致、0UT2的信號與IN2的信號一致、0UT3的信號與IN3的信號一致、0UT4的信號與IN4的信號一致、0UT5的信號與IN6的信號一致。
[0158]當(dāng)IKS>10A時(shí)，所述比較器4214輸出低電平，所述與非門4202、所述與非門4204、所述與非門4206、所述與非門4208、所述與非門4201、所述與非門4212輸出高電平，分別經(jīng)過所述非門4203、所述非門4205、所述非門4207、所述非門4209、所述非門4211、所述非門4213 后，在 OU1、0UT2、0UT3、0UT4、0UT5、0UT6 輸出低電平，即:
[0159]在全溫度范圍內(nèi)，當(dāng)IKS>10A 時(shí)，0U1、0UT2、0UT3、0UT4、0UT5、0UT6 保持低電平。
[0160]由于比較器4214是實(shí)時(shí)比較其正輸入端與負(fù)輸入端的電壓，對于一般的B⑶工藝或CMOS工藝，其延時(shí)不會超過5ns，信號經(jīng)過與非門及非門后的延時(shí)幾乎可以忽略，因此，當(dāng)流過所述電阻4301的電流發(fā)生異常時(shí)，可在5ns時(shí)間內(nèi)切斷輸入信號，明顯優(yōu)于采用控制器的過流保護(hù)方案，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。
[0161]3、溫度反饋
[0162]電阻4215為一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，即NTC，目前市面上流行的Thinking、TDK、村田等NTC，在25°C?125°C內(nèi)，其溫度系數(shù)基本恒定，記為TCR3，其變化量一般都可以做到小于1%，關(guān)于所述電阻4215的取值，可考慮選取25°C為IOOkQ的電阻，所述電流源4218可考慮設(shè)計(jì)為I μ A，25°C時(shí)，電流流過所述電阻4215的功率為IOOnW,其發(fā)熱量可以忽略，所述電阻4215的溫度變化只與所述智能功率模塊4100本身的發(fā)熱有關(guān)。設(shè)溫度變化為ΔΤ’，所述智能功率模塊4100的TR端，即過流保護(hù)裝置4201的TT端的電壓VTT為:
[0163]VTT=I μ AX (TCR3.AT，+1) XlOOkQ=0.1X (TCR3.AT，+1)，其中，TCR3 為一個(gè)負(fù)值。
[0164]可見，VTT的變化與AT’呈線性關(guān)系。該電壓信號VTT實(shí)時(shí)傳輸?shù)組CU，MCU即可通過檢測VTT的電壓變化，獲得所述智能功率模塊4100的實(shí)際工作溫度，如有需要MUC即可根據(jù)溫度的高低對所述智能功率模塊4100的工作狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。[0165]當(dāng)然，采用電阻進(jìn)行溫度感應(yīng)只是一種具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，顯然可以通過很多其他類型的元器件來實(shí)現(xiàn)溫度感應(yīng)的功能。具體地，比如圖8示出了根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施例的過流保護(hù)裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0166]如圖8所示，相比于圖7所示的實(shí)施例，將電阻4215換成了 NPN管4219。NPN管4219的基極與集電極相連并接電流源4218，NPN管4219的發(fā)射極接過流保護(hù)裝置4201的電源負(fù)GG。
[0167]其中，所述電流源4218可設(shè)計(jì)為100 μ A，根據(jù)NPN管自身PN結(jié)的溫度特性，過流保護(hù)裝置4201的TT端的電壓VTT為:-1.5mV/°C。
[0168]同時(shí)，雖然在說明書附圖中未具體示出，但本實(shí)用新型還提出了一種智能功率模塊，包括如上述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的過流保護(hù)裝置。
[0169]類似地，本實(shí)用新型還提出了一種變頻家電，包括上述的智能功率模塊。
[0170]以上結(jié)合附圖詳細(xì)說明了本實(shí)用新型的技術(shù)方案，考慮到相關(guān)技術(shù)中，控制器在執(zhí)行對智能功率模塊的過流保護(hù)控制時(shí)，存在延遲時(shí)間過長的情況，因而本實(shí)用新型提出了一種過流保護(hù)裝置、一種智能功率模塊和一種變頻家電，可以在智能功率模塊發(fā)生干擾、卡缸、電壓驟降等異常時(shí)，更加迅速地實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，避免控制延遲導(dǎo)致的安全隱患。
[0171]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種過流保護(hù)裝置，其特征在于，包括: 比較電路，連接至智能功率模塊中的電流采樣元件，用于將來自所述電流采樣元件的實(shí)時(shí)電壓模擬信號與標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號進(jìn)行數(shù)值比較，并根據(jù)比較結(jié)果生成對應(yīng)的模擬控制信號； 整合電路，連接至所述比較電路和對應(yīng)于所述智能功率模塊的控制器，用于將來自所述控制器的模擬時(shí)序信號與所述模擬控制信號進(jìn)行整合，并將整合后的模擬時(shí)序信號輸出至所述智能功率模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過流保護(hù)裝置，其特征在于，所述比較電路包括: 比較器，所述比較器的正輸入端接入所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號、負(fù)輸入端接入所述實(shí)時(shí)電壓模擬信號，以及輸出端連接至所述整合電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過流保護(hù)裝置，其特征在于，所述整合電路包括多個(gè)相同的整合子電路， 對應(yīng)于所述控制器的多個(gè)輸出端口和所述智能功率模塊的多個(gè)輸入端口，其中，每個(gè)所述整合子電路包括: 第一輸入端，連接至所述控制器的預(yù)設(shè)輸出端口，用于接收對應(yīng)的模擬時(shí)序信號； 第二輸入端，連接至所述比較電路，用于接收所述模擬控制信號； 輸出端，連接至所述智能功率模塊的預(yù)設(shè)輸入端口，用于在所述模擬控制信號為高電平信號的情況下，輸出所述模擬時(shí)序信號，以及在所述模擬控制信號為低電平信號的情況下，輸出低電平信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過流保護(hù)裝置，其特征在于，每個(gè)所述整合子電路包括: 與非門，所述與非門的兩個(gè)輸入端分別連接至所述第一輸入端和所述第二輸入端； 或門，所述或門的輸入端連接至所述與非門的輸出端，且所述或門的輸出端連接至包含所述或門的整合子電路的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的過流保護(hù)裝置，其特征在于，還包括: 信號生成電路，連接至所述比較電路和所述智能功率模塊，用于感應(yīng)所述智能功率模塊的實(shí)時(shí)溫度狀況，并根據(jù)所述實(shí)時(shí)溫度狀況生成所述標(biāo)準(zhǔn)電壓模擬信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過流保護(hù)裝置，其特征在于，所述信號生成電路包括: 第一直流電源; 第一溫度感應(yīng)元件，所述第一溫度感應(yīng)元件的一端連接至所述第一直流電源的正極和所述比較電路、另一端與所述智能功率模塊共地。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過流保護(hù)裝置，其特征在于，還包括: 溫度狀況輸出電路，連接至所述智能功率模塊和所述控制器，用于將對應(yīng)于所述智能功率模塊的實(shí)時(shí)溫度狀況的電路特性參數(shù)信息輸出至所述控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過流保護(hù)裝置，其特征在于，所述溫度狀況輸出電路包括: 第二直流電源； 第二溫度感應(yīng)元件，所述第二溫度感應(yīng)元件的一端連接至所述第二直流電源的正極和所述控制器、另一端與所述智能功率模塊共地。
9.一種智能功率模塊，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的過流保護(hù)裝置。
10.一種變頻家電，其特征在于，包括如權(quán)利要求9所述的智能功率模塊。
【文檔編號】H02H7/12GK203722209SQ201320848885
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】馮宇翔 申請人:廣東美的制冷設(shè)備有限公司