一種單周期電流控制功率模塊裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單周期電流控制功率模塊裝置，其包括用于接收PWM信號(hào)并驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)組件B1工作的驅(qū)動(dòng)電路；還包括用于采集功率開(kāi)關(guān)組件B1工作電流的電流檢測(cè)裝置，所述電流檢測(cè)裝置與單周期電流控制電路連接，單周期電流控制電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接，單周期電流控制電路的輸入端接收PWM信號(hào)；電流檢測(cè)裝置將檢測(cè)到的功率開(kāi)關(guān)組件B1的工作電流傳輸至單周期電流控制電路；本發(fā)明能產(chǎn)生過(guò)流保護(hù)信號(hào)，此過(guò)流保護(hù)信號(hào)能立即關(guān)閉并鎖存開(kāi)關(guān)組件，保證開(kāi)關(guān)組件中的電流不至于過(guò)大，當(dāng)下一個(gè)PWM脈沖信號(hào)到后，能自動(dòng)解鎖并驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)組件，讓功率模塊繼續(xù)有效工作。
【專利說(shuō)明】一種單周期電流控制功率模塊裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率模塊裝置，尤其是一種單周期電流控制功率模塊裝置，屬于功率模塊控制的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場(chǎng)上對(duì)于傳統(tǒng)的功率模塊的保護(hù)措施，一般為米樣電流輸出給外部控制電路，再由外部控制電路給出保護(hù)信號(hào)，通過(guò)保護(hù)信號(hào)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路的方式來(lái)保護(hù)功率模塊，其存在如下不足之處:
1、功率模塊內(nèi)部檢測(cè)電流裝置發(fā)出過(guò)流信號(hào)給外部控制電路，再由外部控制電路判斷和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，這種控制方式存在著信號(hào)延時(shí)。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)組件過(guò)流損壞發(fā)生過(guò)程的時(shí)間非常短，當(dāng)發(fā)生過(guò)流情況時(shí)，在此信號(hào)延時(shí)時(shí)間內(nèi)，控制器還未做出保護(hù)動(dòng)作，而開(kāi)關(guān)組件可能已過(guò)流損壞。
[0003]2、功率模塊內(nèi)部檢測(cè)電流裝置發(fā)出過(guò)流信號(hào)，控制電路關(guān)閉并鎖存驅(qū)動(dòng)電路后，關(guān)閉與鎖存信號(hào)不能自動(dòng)恢復(fù)，功率模塊有可能停止工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種單周期電流控制功率模塊裝置，其能觸發(fā)產(chǎn)生過(guò)流保護(hù)信號(hào)，過(guò)流保護(hù)信號(hào)能立即關(guān)閉并鎖存開(kāi)關(guān)組件，保證開(kāi)關(guān)組件中的電流不至于過(guò)大，當(dāng)下一個(gè)控制脈沖信號(hào)到后，能自動(dòng)解鎖并驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)組件，讓功率模塊繼續(xù)有效工作。
[0005]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述單周期電流控制功率模塊裝置，包括用于接收PWM信號(hào)并驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)組件BI工作的驅(qū)動(dòng)電路；還包括用于采集功率開(kāi)關(guān)組件BI工作電流的電流檢測(cè)裝置，所述電流檢測(cè)裝置與單周期電流控制電路連接，單周期電流控制電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接，單周期電流控制電路的輸入端接收PWM信號(hào)；電流檢測(cè)裝置將檢測(cè)得到的功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作電流傳輸至單周期電流控制電路；
當(dāng)所述功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作電流與單周期電流控制電路中預(yù)設(shè)的保護(hù)電流匹配時(shí)，單周期電流控制電路向驅(qū)動(dòng)電路傳輸驅(qū)動(dòng)停止信號(hào)，以通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)組件BI，直至下一周期的PWM輸入信號(hào)觸發(fā)單周期電流控制電路；PWM輸入信號(hào)觸發(fā)單周期電流控制電路后，所述單周期電流控制電路向驅(qū)動(dòng)電路傳輸驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，以通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)組件BI工作。
[0006]所述功率開(kāi)關(guān)組件BI包括至少一個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件，所述功率開(kāi)關(guān)元件為DBC基板或金屬基板上裝有至少一個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)，或在金屬基板或PCB基板上設(shè)置有至少一個(gè)分立功率開(kāi)關(guān)器件的結(jié)構(gòu)。
[0007]所述芯片、分立功率開(kāi)關(guān)器件為全控型半導(dǎo)體器件或半控型半導(dǎo)體器件。
[0008]所述單周期電流控制電路包括至少一個(gè)電壓比較器電路以及至少一個(gè)觸發(fā)器電路，所述電壓比較器電路的輸出端與觸發(fā)器電路的置位端連接，觸發(fā)器電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接，觸發(fā)器電路的復(fù)位端與PWM信號(hào)連接。
[0009]所述電流檢測(cè)裝置包括采樣電阻電路或電流互感器。
[0010]所述單周期電流控制電路中的預(yù)設(shè)保護(hù)電流通過(guò)電壓比較器電路直接設(shè)定，或根據(jù)功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作狀態(tài)對(duì)電壓比較器電路直接設(shè)定的預(yù)設(shè)保護(hù)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0011]所述觸發(fā)器電路包括復(fù)位端可接收至少一路PWM信號(hào)的觸發(fā)器，觸發(fā)器的置位端與電壓比較器電路連接，電壓比較器電路包括至少一個(gè)電壓比較器，所述電壓比較器的一個(gè)輸入端與電流檢測(cè)裝置的輸出端連接，電壓比較器的另一輸入端與設(shè)定分壓電路連接；電壓比較器的輸出端連觸發(fā)器的置位端，以能對(duì)觸發(fā)器進(jìn)行置位。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):采用單周期電流控制技術(shù)后，功率開(kāi)關(guān)組件中每個(gè)工作周期內(nèi)所承受的電流由PWM信號(hào)控制，一旦PWM信號(hào)失控，造成功率開(kāi)關(guān)組件中的電流快速增加，在功率開(kāi)關(guān)組件的過(guò)流保護(hù)點(diǎn)快速關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)組件，從而安全可靠地保護(hù)開(kāi)關(guān)組件，提高功率開(kāi)關(guān)組件的可靠性。
[0013]在一個(gè)工作周期內(nèi)，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)組件產(chǎn)生過(guò)電流時(shí)，電壓比較器電路和觸發(fā)器電路關(guān)閉并鎖存功率開(kāi)關(guān)組件的驅(qū)動(dòng)電路，讓功率開(kāi)關(guān)組件中不再流過(guò)電流。下一個(gè)周期的PWM信號(hào)能迅速?gòu)?fù)位觸發(fā)器電路，解鎖過(guò)流保護(hù)信號(hào)，使PWM信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)組件，讓功率開(kāi)關(guān)組件正常工作。
[0014]通過(guò)可調(diào)比較電壓的方式，可讓功率開(kāi)關(guān)組件內(nèi)開(kāi)關(guān)組件的過(guò)電流設(shè)定點(diǎn)變化。如在環(huán)境溫度比較高時(shí)，一般開(kāi)關(guān)組件的最大允許電流會(huì)減小，這時(shí)可通過(guò)將過(guò)電流設(shè)定點(diǎn)的比較電壓降低，從而使開(kāi)關(guān)組件中流過(guò)的最大電流也相應(yīng)降低，功率模塊得到可靠地保護(hù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖2為本發(fā)明多個(gè)采樣電阻構(gòu)成電流檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖3為本發(fā)明單個(gè)采樣電阻構(gòu)成電流檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖4為本發(fā)明集成采樣極的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖5為本發(fā)明可調(diào)比較電壓的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]如圖1所示:本發(fā)明包括用于接收PWM (Pulse Width Modulat1n)信號(hào)并驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)組件BI工作的驅(qū)動(dòng)電路；還包括用于采集功率開(kāi)關(guān)組件BI工作電流的電流檢測(cè)裝置，所述電流檢測(cè)裝置與單周期電流控制電路連接，單周期電流控制電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接，單周期電流控制電路的輸入端接收PWM信號(hào)；電流檢測(cè)裝置將檢測(cè)到的功率開(kāi)關(guān)組件BI中的工作電流傳輸至單周期電流控制電路；
當(dāng)所述功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作電流與單周期電流控制電路中預(yù)設(shè)的保護(hù)電流匹配時(shí)，單周期電流控制電路向驅(qū)動(dòng)電路傳輸驅(qū)動(dòng)停止信號(hào)，以通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作狀態(tài)，直至下一周期的PWM信號(hào)觸發(fā)單周期電流控制電路；PWM信號(hào)觸發(fā)單周期電流控制電路后，所述單周期電流控制電路向驅(qū)動(dòng)電路傳輸驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，以通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)組件BI工作。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例中，功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作電流與單周期電流控制電路中預(yù)設(shè)的保護(hù)電流匹配是指功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作電流大于單周期電流控制電路中預(yù)設(shè)保護(hù)電流，也即是功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作電流處于過(guò)流狀態(tài)，此時(shí)，單周期電流控制電路向驅(qū)動(dòng)電路傳輸停止信號(hào)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)功率開(kāi)關(guān)組件BI的過(guò)流保護(hù)。與此同時(shí)，單周期電流控制電路還能對(duì)過(guò)流保護(hù)信號(hào)進(jìn)行鎖定，單周期電流控制電路對(duì)過(guò)流保護(hù)信號(hào)鎖定直至下一周期的PWM信號(hào)觸發(fā)為止，當(dāng)下一周期的PWM信號(hào)觸發(fā)單周期電流控制電路后，單周期電流控制電路能解鎖過(guò)流保護(hù)信號(hào)，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路再次驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)組件BI工作，提高功率開(kāi)關(guān)組件BI的可靠性。
[0023]進(jìn)一步，所述功率開(kāi)關(guān)組件BI包括至少一個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件，所述功率開(kāi)關(guān)元件為DBC (Direct Bonding Copper)基板或金屬基板上裝有至少一個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)，或在金屬基板或PCB (Printed Circuit Board)基板上設(shè)置有至少一個(gè)分立功率開(kāi)關(guān)器件的結(jié)構(gòu)。所述芯片、分立功率開(kāi)關(guān)器件為全控型半導(dǎo)體器件或半控型半導(dǎo)體器件。
[0024]所述在DBC基板或金屬基板主要是為安裝的芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行散熱，采用全控型半導(dǎo)體器件或半控型半導(dǎo)體器件均為本【技術(shù)領(lǐng)域】通常采用的功率開(kāi)關(guān)元件的形式，在DBC基板或金屬基板上裝有芯片結(jié)構(gòu)是指將多個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件以集成的形式存在，金屬基板一般可以采用鋁基板、銅基板或鐵基板等。
[0025]進(jìn)一步，所述單周期電流控制電路包括至少一個(gè)電壓比較器電路以及至少一個(gè)觸發(fā)器電路，所述電壓比較器電路的輸出端與觸發(fā)器電路的置位端連接，觸發(fā)器電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接，觸發(fā)器電路的復(fù)位端與PWM信號(hào)連接。
[0026]其中，電壓比較器電路可以采用多個(gè)分立的電壓比較器構(gòu)成，也可以采用集成多個(gè)電壓比較器的芯片，具體采用何種方式均為本【技術(shù)領(lǐng)域】所熟知。觸發(fā)器電路可以采用多個(gè)數(shù)字門(mén)電路來(lái)形成，也可以采用標(biāo)準(zhǔn)化的觸發(fā)器。在具體實(shí)施時(shí)，還可以采用電壓比較器電路以及觸發(fā)器電路集成在一起的集成電路，或者是電壓比較器電路與觸發(fā)器電路的分立電路形式。電壓比較器電路中電壓比較器的數(shù)量可以根據(jù)功率開(kāi)關(guān)組件BI中功率開(kāi)關(guān)元件的數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。
[0027]所述單周期電流控制電路中的預(yù)設(shè)保護(hù)電流通過(guò)電壓比較器電路直接設(shè)定，或根據(jù)功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作狀態(tài)對(duì)電壓比較器電路直接設(shè)定的預(yù)設(shè)保護(hù)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作環(huán)境、電路工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得功率開(kāi)關(guān)組件BI的最大保護(hù)電流可以進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。
[0028]所述觸發(fā)器電路包括至少一個(gè)觸發(fā)器和信號(hào)處理電路，觸發(fā)器的復(fù)位端接收PWM信號(hào)，觸發(fā)器的置位端與電壓比較器電路連接，電壓比較器電路包括至少一個(gè)電壓比較器，所述電壓比較器的同相端與電流檢測(cè)裝置的輸出端連接，電壓比較器的一個(gè)輸入端與設(shè)定分壓電路連接。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例中，電壓比較器對(duì)功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作電流與設(shè)定的保護(hù)電流進(jìn)行比較，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作電流大于設(shè)定的保護(hù)電流時(shí)，電壓比較器能向觸發(fā)器電路輸出過(guò)流信號(hào)，只要電壓比較器電路中有過(guò)流信號(hào)輸入時(shí)，觸發(fā)器均會(huì)向驅(qū)動(dòng)電路傳輸驅(qū)動(dòng)停止信號(hào)，以避免功率開(kāi)關(guān)組件BI處于過(guò)流工作狀態(tài)。
[0030]所述電流檢測(cè)裝置包括采樣電阻電路或電流互感器。具體地，所述電流檢測(cè)裝置可以采用功率開(kāi)關(guān)組件串接電阻的方式，讓功率開(kāi)關(guān)組件中的電流在電阻上形成電壓，以供電壓比較器電路比較后產(chǎn)生過(guò)流信號(hào)，所述電流檢測(cè)裝置也可以采用電流互感器的方式，讓功率開(kāi)關(guān)組件中的電流在電流互感器的副邊形成電壓，以供電壓比較器電路比較產(chǎn)生過(guò)流信號(hào)。所述電流檢測(cè)裝置還可以采用功率開(kāi)關(guān)組件集成電流檢測(cè)極的方式，讓功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流在電流檢測(cè)極上形成電壓，以供電壓比較器電路比較產(chǎn)生過(guò)流信號(hào)。圖1中示出了電流檢測(cè)裝置包括采樣電阻R1、采樣電阻R2以及采樣電阻R3的實(shí)施連接情況。
[0031]如圖2所示，所述電流檢測(cè)裝置包括電阻R6、電阻R7以及電阻R8，單周期電流控制電路包括電壓比較器Ul、電壓比較器U2、電壓比較器U3、觸發(fā)器U4、電阻R4、電阻R5以及電壓VCC ;PWM信號(hào)與觸發(fā)器U4的復(fù)位端連接，觸發(fā)器U4的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接，電壓VCC,電阻R4、電阻R5構(gòu)成設(shè)定分壓電路，電壓比較器Ul、電壓比較器U2、電壓比較器U3的輸出端與觸發(fā)器U4的各個(gè)置位端連接，電壓比較器Ul的一輸入端、電壓比較器U2的一輸入端以及電壓比較器U3的一輸入端均與電阻R4的一端以及電阻R5的一端連接，電阻R5的另一端接地，電阻R4的另一端與電壓VCC連接，電壓比較器Ul的另一輸入端與電阻R6的一端連接，電阻R6的另一端接地，電壓比較器U2的另一輸入端與電阻R7的一端連接，電阻R7的另一端接地，電壓比較器U3的另一輸入端與電阻R8的一端連接，電阻R8的另一端接地。
[0032]在具體實(shí)施時(shí)，電壓VCC、電阻R4以及電阻R5的取值可以根據(jù)需要設(shè)定，從而能在電壓比較器Ul、電壓比較器U2以及電壓比較器U3的輸入端得到不同的電壓值，即能形成不同的預(yù)設(shè)保護(hù)電流。
[0033]當(dāng)功率開(kāi)關(guān)組件BI正常工作時(shí)，采樣電阻R6、采樣電阻R7以及采樣電阻R8上均產(chǎn)生與功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流成線性比例關(guān)系的電壓，此電壓分別輸入到電壓比較器U1、電壓比較器U2以及電壓比較器U3的一個(gè)輸入端，由于功率開(kāi)關(guān)組件BI正常工作時(shí)，采樣電阻R6、采樣電阻R7以及采樣電阻R8上的電壓低于電壓比較器U1、電壓比較器U2以及電壓比較器U3 —個(gè)輸入端的電壓，因此電壓比較器U1、電壓比較器U2以及電壓比較器U3均輸出一個(gè)固定的電平，允許驅(qū)動(dòng)電路正常工作，PWM信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)組件BI連續(xù)工作，整個(gè)功率開(kāi)關(guān)組件BI正常輸出功率。
[0034]當(dāng)在采樣電阻R6，采樣電阻R7以及采樣電阻R8中的任一電阻上產(chǎn)生過(guò)電流信號(hào)，均會(huì)使采樣電阻R6，采樣電阻R7，采樣電阻R8上的電壓升高，當(dāng)采樣電阻R6，采樣電阻R7，米樣電阻R8中任一電阻上的電壓高于相應(yīng)的電壓比較器另一輸入端的電壓時(shí)，相應(yīng)的電壓比較器反轉(zhuǎn)輸出與原先相反的電平，電壓比較器輸出的電平變化觸發(fā)觸發(fā)器U4，觸發(fā)器U4的輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)并關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流關(guān)斷，保護(hù)了功率開(kāi)關(guān)組件BI不因產(chǎn)生過(guò)電流而損壞，觸發(fā)器U4產(chǎn)生并鎖存過(guò)電流信號(hào)，即使功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流已降低到正常電流，觸發(fā)器U4仍然能關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，直到下一個(gè)PWM脈沖周期來(lái)臨時(shí)，PWM信號(hào)的上升沿給觸發(fā)器U4復(fù)位信號(hào)，使觸發(fā)器U4輸出恢復(fù)正常電平，從而允許驅(qū)動(dòng)電路工作，功率開(kāi)關(guān)組件BI繼續(xù)正常工作。
[0035]如圖3所示，為單個(gè)采樣電阻的單周期電流控制功率模塊實(shí)施例，其中，電流檢測(cè)裝置包括電阻R11，單周期電流控制電路包括觸發(fā)器U5、電壓比較器U6、電阻R9、電阻RlO以及電壓VCC ;其中，電阻R9、電阻RlO以及電壓VCC形成設(shè)定分壓電路，電壓比較器U6形成電壓比較器電路，觸發(fā)器U5形成觸發(fā)器電路。PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)與觸發(fā)器U5的復(fù)位端連接，電壓比較器U6的輸出端與觸發(fā)器U5的置位端連接，電壓比較器U6的一個(gè)輸入端與電阻R9的一端、電阻RlO的一端連接，電阻RlO的另一端接地，電阻R9的另一端與電壓VCC連接，電壓比較器U6的另一輸入端與電阻Rll的一端連接，電阻Rll的另一端接地，電阻Rll的一端也與功率開(kāi)關(guān)組件BI相連。
[0036]當(dāng)功率開(kāi)關(guān)組件BI正常工作時(shí)，采樣電阻Rll上產(chǎn)生與功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流成線性比例的電壓，此電壓輸入到電壓比較器U6的一個(gè)輸入端，由于正常工作時(shí)米樣電阻Rll上的電壓低于電壓比較器U6另一輸入端的電壓，因此電壓比較器U6輸出一個(gè)固定電平，允許驅(qū)動(dòng)電路正常工作，PWM信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)組件BI連續(xù)工作，整個(gè)功率開(kāi)關(guān)組件BI正常輸出功率。
[0037]當(dāng)采樣電阻Rll上的電壓高于電壓比較器U6—個(gè)輸入端的電壓時(shí)，電壓比較器U6反轉(zhuǎn)輸出與原先相反的電平，電壓比較器U6輸出電平的變化觸發(fā)觸發(fā)器U5，觸發(fā)器U5反轉(zhuǎn)輸出與原先相反的電平并關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流關(guān)斷，保護(hù)了功率開(kāi)關(guān)組件BI不因產(chǎn)生過(guò)電流而損壞，此觸發(fā)器U5能產(chǎn)生并鎖存過(guò)電流信號(hào)，即使功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流已降低到正常電流，觸發(fā)器U5仍然能關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，直到下一個(gè)PWM脈沖周期來(lái)臨時(shí)，PWM信號(hào)的上升沿給觸發(fā)器U4復(fù)位信號(hào)，使觸發(fā)器U5電路輸出原先的電平，從而允許驅(qū)動(dòng)電路工作，功率開(kāi)關(guān)組件BI繼續(xù)正常工作。
[0038]如圖4所示，為集成采樣極的單周期電流控制功率模塊裝置實(shí)施例，其中，所述電流檢測(cè)裝置包括電阻R14、電阻R15以及電阻R16，單周期電流控制電路包括電壓比較器U7、電壓比較器U8、電壓比較器U9、觸發(fā)器U10、電阻R12、電阻R13以及電壓VCC ;PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)與觸發(fā)器UlO的復(fù)位端連接，觸發(fā)器UlO的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接；電壓VCC、電阻R12、電阻R13構(gòu)成設(shè)定分壓電路，電壓比較器U7、電壓比較器U8、電壓比較器U9的輸出端與觸發(fā)器UlO的置位端連接，電壓比較器U7的一個(gè)輸入端、電壓比較器U8的一個(gè)輸入端以及電壓比較器U9的一個(gè)輸入端均與電阻R12的一端以及電阻R13的一端連接，電阻R13的另一端接地，電阻Rl2的另一端與電壓VCC連接，電壓比較器U7的另一輸入端與電阻Rl4的一端連接，電阻R14的另一端接地，電壓比較器U8的另一輸入端與電阻R15的一端連接，電阻R15的另一端接地，電壓比較器U9的另一輸入端與電阻R16的一端連接，電阻R16的另一端接地。功率開(kāi)關(guān)組件BI是帶有內(nèi)部電流檢測(cè)裝置的功率器件，即功率開(kāi)關(guān)組件BI的功率開(kāi)關(guān)帶有電流采樣輸出極。電阻R14、電阻R15以及電阻R16分別連接到功率開(kāi)關(guān)組件BI的電流米樣輸出極上。
[0039]當(dāng)功率開(kāi)關(guān)組件BI正常工作時(shí)，采樣電阻R14、采樣電阻R15、采樣電阻R16上的電壓分別輸入到電壓比較器U7、電壓比較器U8以及電壓比較器U9的一個(gè)輸入端，由于正常工作時(shí)采樣電阻上的電壓低于電壓比較器一個(gè)輸入端的電壓，因此電壓比較器U7、電壓比較器U8以及電壓比較器U8均輸出一個(gè)固定電平，允許驅(qū)動(dòng)電路正常工作，PWM信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)組件BI連續(xù)工作，整個(gè)功率開(kāi)關(guān)組件BI正常輸出功率。
[0040]當(dāng)功率開(kāi)關(guān)組件BI內(nèi)任一功率開(kāi)關(guān)產(chǎn)生過(guò)電流信號(hào)，均會(huì)使采樣電阻R14，采樣電阻R15，采樣電阻R16上的電壓升高，當(dāng)采樣電阻R14、采樣電阻R15或采樣電阻R16上的電壓高于相應(yīng)的電壓比較器輸入端的電壓時(shí)，相應(yīng)的電壓比較器反轉(zhuǎn)輸出與原先相反的電平，電壓比較器的輸出電平的變化觸發(fā)觸發(fā)器U10，觸發(fā)器UlO輸出與原先相反的電平并關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流關(guān)斷，保護(hù)了功率開(kāi)關(guān)組件BI不因產(chǎn)生過(guò)電流而損壞，此觸發(fā)器UlO能產(chǎn)生并鎖存過(guò)電流信號(hào)，即使功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流已降低到正常電流，觸發(fā)器UlO仍然能關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，直到下一個(gè)PWM脈沖周期來(lái)臨時(shí)，PWM輸入信號(hào)的上升沿給觸發(fā)器UlO復(fù)位信號(hào)，使觸發(fā)器UlO輸出原先的電平，從而允許驅(qū)動(dòng)電路工作，功率開(kāi)關(guān)組件BI繼續(xù)正常工作。
[0041]如圖5所示，為可調(diào)比較電壓的單周期電流控制功率模塊裝置，電流檢測(cè)裝置包括電阻R19，單周期電流控制電路包括觸發(fā)器U11、電壓比較器U12、電阻R17、電阻R18、電壓比較器U13以及電壓VCC ;其中，電阻R17、電阻R18以及電壓VCC形成設(shè)定分壓電路，電壓比較器U12形成電壓比較器電路，觸發(fā)器Ul I形成觸發(fā)器電路。PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)與觸發(fā)器Ul I的復(fù)位端連接，電壓比較器U12的輸出端與觸發(fā)器Ull的置位端連接，電壓比較器U12的一個(gè)輸入端與電阻R17的一端、電阻R18的一端連接，電阻R18的另一端接地，電阻R17的另一端與電壓VCC連接，電壓比較器U12的另一輸入端與電阻R19的一端連接，電阻R19的另一端接地，電阻R19的一端也與功率開(kāi)關(guān)組件BI相連。電壓比較器U12的一個(gè)輸入端還與電壓比較器U13的輸出端連接，電壓比較器U13的反相端與所述電壓比較器U13的輸出端連接，形成電壓跟隨器。電壓比較器U13的同相端與控制器的比較電壓連接，此外，控制板還能檢測(cè)功率開(kāi)關(guān)組件BI的溫度信號(hào)。
[0042]當(dāng)功率開(kāi)關(guān)組件BI正常工作時(shí)，采樣電阻R19上的電壓同功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流成線性比例關(guān)系，此電壓輸入到電壓比較器U12的一個(gè)輸入端，由于正常工作時(shí)采樣電阻R19上的電壓低于電壓比較器U12 —個(gè)輸入端的電壓，因此電壓比較器U12輸出一固定電平，允許驅(qū)動(dòng)電路正常工作，PWM信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)組件BI連續(xù)工作，整個(gè)功率開(kāi)關(guān)組件BI正常輸出功率。
[0043]當(dāng)功率開(kāi)關(guān)組件BI中產(chǎn)生過(guò)電流信號(hào)，會(huì)使采樣電阻R9上的電壓升高，當(dāng)電阻R19上的電壓高于電壓比較器U12 —個(gè)輸入端的電壓時(shí)，電壓比較器U12反轉(zhuǎn)輸出相反的電平，電壓比較器U12輸出電平的變化觸發(fā)觸發(fā)器U11，觸發(fā)器U12輸出與原先相反的電平并關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流關(guān)斷，保護(hù)了功率開(kāi)關(guān)組件BI不因產(chǎn)生過(guò)電流而損壞，此觸發(fā)器Ull能產(chǎn)生并鎖存過(guò)電流信號(hào)。在這個(gè)工作周期內(nèi)，即使功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流已降低到正常電流，觸發(fā)器Ull仍然能關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，直到下一個(gè)PWM脈沖周期來(lái)臨時(shí)，PWM信號(hào)的上升沿給觸發(fā)器Ull復(fù)位信號(hào)，使觸發(fā)器Ull輸出原先的電平，從而允許驅(qū)動(dòng)電路工作，功率開(kāi)關(guān)組件BI繼續(xù)正常工作。
[0044]當(dāng)功率開(kāi)關(guān)組件BI的環(huán)境溫度升高時(shí)，功率開(kāi)關(guān)組件BI的許用電流會(huì)降低，此時(shí)應(yīng)根據(jù)開(kāi)關(guān)組件的溫度電流降額特性曲線，將電壓比較器U12 —個(gè)輸入端的電壓降低，此時(shí)功率開(kāi)關(guān)組件BI中的最大許用電流也就降低，從而保證了功率開(kāi)關(guān)組件BI能夠在高溫的環(huán)境下安全工作。具體實(shí)施時(shí)，根據(jù)功率開(kāi)關(guān)組件BI的溫度信號(hào)，降低電壓比較器U12一個(gè)輸入端的電壓。當(dāng)然，在具體實(shí)施時(shí)，還可以通過(guò)其他方式來(lái)調(diào)節(jié)電壓比較器U12—個(gè)輸入端的電壓，來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)保護(hù)電流的目的。
[0045]本發(fā)明采用單周期電流控制技術(shù)后，功率開(kāi)關(guān)組件BI中每個(gè)工作周期內(nèi)所承受的電流由PWM信號(hào)控制，一旦PWM信號(hào)失控，造成功率開(kāi)關(guān)組件BI中的電流快速增加，在功率開(kāi)關(guān)組件BI的過(guò)流保護(hù)點(diǎn)快速關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)組件BI，從而安全可靠地保護(hù)開(kāi)關(guān)組件，提高功率開(kāi)關(guān)組件BI的可靠性。[0046]在一個(gè)工作周期內(nèi)，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)組件BI產(chǎn)生過(guò)電流時(shí)，電壓比較器電路和觸發(fā)器電路關(guān)閉并鎖存功率開(kāi)關(guān)組件BI的驅(qū)動(dòng)電路，讓功率開(kāi)關(guān)組件BI中不再流過(guò)電流。下一個(gè)周期的PWM信號(hào)的上升沿能迅速?gòu)?fù)位觸發(fā)器電路，解鎖過(guò)流保護(hù)信號(hào)，使PWM信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)組件BI，讓功率開(kāi)關(guān)組件BI正常工作。
[0047]通過(guò)可調(diào)比較電壓的方式，可讓功率開(kāi)關(guān)組件BI的過(guò)電流設(shè)定點(diǎn)變化。如在環(huán)境溫度比較高時(shí)，一般開(kāi)關(guān)組件的最大允許電流會(huì)減小，這時(shí)可通過(guò)將過(guò)電流設(shè)定點(diǎn)的比較電壓降低，從而使開(kāi)關(guān)組件中流過(guò)的最大電流也相應(yīng)降低，功率模塊得到可靠地保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種單周期電流控制功率模塊裝置，其特征是:包括用于采集功率開(kāi)關(guān)組件BI工作電流的電流檢測(cè)裝置，所述電流檢測(cè)裝置與單周期電流控制電路連接，單周期電流控制電路的輸出端與功率模塊的驅(qū)動(dòng)電路連接，單周期電流控制電路的輸入端接收PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電流檢測(cè)裝置將檢測(cè)到的功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作電流傳輸至單周期電流控制電路； 當(dāng)所述功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作電流與單周期電流控制電路中預(yù)設(shè)的保護(hù)電流匹配時(shí)，單周期電流控制電路向驅(qū)動(dòng)電路傳輸驅(qū)動(dòng)停止信號(hào)，以通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)組件BI，直至下一周期的PWM信號(hào)觸發(fā)單周期電流控制電路；PWM信號(hào)觸發(fā)單周期電流控制電路后，所述單周期電流控制電路向驅(qū)動(dòng)電路傳輸驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，以通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)組件BI工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單周期電流控制功率模塊裝置，其特征是:所述功率開(kāi)關(guān)組件BI包括至少一個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件，所述功率開(kāi)關(guān)元件為DBC基板或金屬基板上裝有至少一個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)，或在金屬基板或PCB基板上設(shè)置有至少一個(gè)分立功率開(kāi)關(guān)器件的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單周期電流控制功率模塊裝置，其特征是:所述芯片、分立功率開(kāi)關(guān)器件為全控型半導(dǎo)體器件或半控型半導(dǎo)體器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單周期電流控制功率模塊裝置，其特征是:所述單周期電流控制電路包括至少一個(gè)電壓比較器電路以及至少一個(gè)觸發(fā)器電路，所述電壓比較器電路的輸出端與觸發(fā)器電路的置位端連接，觸發(fā)器電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接，觸發(fā)器電路的復(fù)位端與PWM信號(hào)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單周期電流控制功率模塊裝置，其特征是:所述電流檢測(cè)裝置包括采樣電阻電路或電流互感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單周期電流控制功率模塊裝置，其特征是:所述單周期電流控制電路中的預(yù)設(shè)保護(hù)電流通過(guò)電壓比較器電路直接設(shè)定，或根據(jù)功率開(kāi)關(guān)組件BI的工作狀態(tài)對(duì)電壓比較器電路直接設(shè)定的預(yù)設(shè)保護(hù)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單周期電流控制功率模塊裝置，其特征是:所述觸發(fā)器電路包括復(fù)位端可接收至少一路PWM信號(hào)的觸發(fā)器，觸發(fā)器的置位端與電壓比較器電路連接，電壓比較器電路包括至少一個(gè)電壓比較器，所述電壓比較器的一個(gè)輸入端與電流檢測(cè)裝置的輸出端連接，電壓比較器的另一輸入端與設(shè)定分壓電路連接；電壓比較器的輸出端連觸發(fā)器的置位端，以能對(duì)觸發(fā)器進(jìn)行置位。
【文檔編號(hào)】H02H3/08GK104037718SQ201410274393
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】朱袁正, 張心益 申請(qǐng)人:無(wú)錫新潔能股份有限公司