专利名称：智能功率模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于受控输出可变频率的智能功率模块。
背景技术：
智能功率模块广泛应用于需要变频的场合，例如变频空调通过输出不同的频率改变马达的转速从而实现变频功能，原理如图1所示以市电提供的交流电源被AC/DC转换电路转换成直流电；控制单元(常采用单片机MCU)通过输入装置接收使用者输入的命令或周边环境的状况信息，以此控制智能功率模块(IPM)；智能功率模块根据控制单元的控制信号把AC/DC转换电路提供的直流电转换成各种不同频率的电能输出至马达，使马达以各种不同的转速转动。智能功率模块的变频功能由功率晶体管实现，控制单元连至功率晶体管的门极，向功率晶体管发送设定频率的信号(如SPWM正弦脉冲编码调制)对负载支路进行导通或截止的操作。现有智能功率模块的缺陷是相关电路容易发生短路，输出过大的电流烧坏负载和功率晶体管。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是避免智能功率模块输出过大的电流烧坏负载和功率晶体管。
为解决上述问题，本实用新型给出如下智能功率模块包括由功率晶体管导通或截止的负载支路，与功率晶体管门极相对应地设有用于接收控制单元输出端信号的门极引脚，其特征是，负载支路上串接有测试负载支路电流的电流传感器，功率晶体管的门极与对应的门极引脚之间设置由电流传感器控制的切换开关；当负载支路电流超过额定值时，电流传感器通过与其输出端连接的切换开关使功率晶体管截止，并关断门极与门极引脚之间的控制通路。
由于门极与对应的门极引脚之间设置了切换开关，一旦电流传感器测得负载支路电流超过额定值，即通过切换开关使功率晶体管截止，避免智能功率模块输出过大的电流烧坏负载和功率晶体管；并关断对应的门极与门极引脚之间的控制通路，避免控制单元重新使功率晶体管导通。
图1是变频空调变频部分的电路原理图；图2是本实用新型智能功率模块的内部电路及其与负载连接的电路图；图3是本实用新型电流传感器与负载输出端、负载连接的电路图。
具体实施方式
如图2，为实现对马达的三相供电，智能功率模块设有三个负载输出端B1、B2、B3，马达上的负载L1、L2、L3分别接在负载输出端B1和B2之间、负载输出端B2和B3之间、负载输出端B3和B1之间。负载输出端B1、B2、B3与智能功率模块的正极端之间分别接有功率晶体管T1、T2、T3。功率晶体管T4和电流传感器A1串接在负极端和负载输出端B1之间，功率晶体管T5和电流传感器A2串接在负极端和负载输出端B2之间，功率晶体管T6和电流传感器A3串接在负极端和负载输出端B3之间。电流传感器A1、A2、A3的输出端均接至一控制器(内置于智能功率模块)的输入端，控制器也可由单片机实现。控制单元(位于智能功率模块外，见图1)的输出端则接至功率晶体管的6个门极引脚。功率晶体管T1、T2、T3的门极直接连至对应的门极引脚，乃现有技术；而功率晶体管T4、T5、T6的门极与对应的门极引脚之间则分别接有切换开关K1、K2、K3。本实施例的切换开关K1、K2、K3均为与非门，其输出端接门极，其输入端接对应的门极引脚和控制器的输出端。正常工作状态下，控制器输出高电平至与非门K1、K2、K3，使功率晶体管T4、T5、T6门极的电平根据控制单元的控制信号改变。智能功率模块还可设置一引脚对应控制器的一个输出端，用于接至控制单元，以将智能功率模块的过流状态告知控制单元。
变频空调正常工作时，AC/DC转换电路提供的直流电在智能功率模块的正极端和负极端输入。在三相供电的第一时段，控制单元开启功率晶体管T1和T5，关断其它功率晶体管，那么电流从正极端依次流经功率晶体管T1、负载L1、功率晶体管T5和电流传感器A2后到达负极端，形成智能功率模块的第一支路；在三相供电的第二时段，控制单元开启功率晶体管T2和T6，关断其它功率晶体管，那么电流从正极端依次流经功率晶体管T2、负载L2、功率晶体管T6和电流传感器A3后到达负极端，形成智能功率模块的第二支路；在三相供电的第三时段，控制单元开启功率晶体管T3和T4，关断其它功率晶体管，那么电流从正极端依次流经功率晶体管T3、负载L3、功率晶体管T4和电流传感器A1后到达负极端，形成智能功率模块的第三支路，至此完成三相供电的一个周期。控制单元通过改变对功率晶体管的切换频率，实现变频功能。
在三相供电的第一时段，电流传感器A2如测得第一支路的电流过大，则在输出端给出相应的信号通知控制器，控制器据此输出低电平至与非门K2，使功率晶体管T5截止，也就不再接收控制单元的控制信号。控制器也可同时输出低电平至与非门K3、K1从而使功率晶体管T6、T4一并截止，防止输出过大的电流烧坏负载和功率晶体管。同理，电流传感器A3、A1也分别对第二支路、第三支路起到同样的作用。
本实用新型有多种实现方式。
切换开关也可采用三态门代替与非门，其输入端接门极引脚，其控制端(EN)接控制器的输出端。
电流传感器的输出端也可不经控制器而直接与切换开关的控制端和控制单元相连。
电流传感器A1、A2、A3也可分别串接在负载输出端B1、B2、B3和相应的负载输出端引脚C1、C2、C3之间，如图3所示，则第一支路的电流依次流经电流传感器A1、负载L1、电流传感器A2(此处省略功率晶体管)，第二支路的电流依次流经电流传感器A2、负载L2、电流传感器A3，第三支路的电流依次流经电流传感器A3、负载L3、电流传感器A1。
功率晶体管有多种，如IGBT(Insulated Gate aipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。
权利要求1.智能功率模块，包括由功率晶体管导通或截止的负载支路，与功率晶体管门极相对应地设有用于接收控制单元输出端信号的门极引脚，其特征是，负载支路上串接有测试负载支路电流的电流传感器，功率晶体管的门极与对应的门极引脚之间设置由电流传感器控制的切换开关；当负载支路电流超过额定值时，电流传感器通过与其输出端连接的切换开关使功率晶体管截止，并关断门极与门极引脚之间的控制通路。
2.如权利要求1的智能功率模块，其特征是，电流传感器的输出端连接一控制器的输入端，控制器的输出端连接切换开关的控制端。
3.如权利要求2的智能功率模块，其特征是，智能功率模块还设置一引脚对应控制器的一个输出端，用于输出过流状态信号。
4.如权利要求1的智能功率模块，其特征是，智能功率模块还设置一引脚对应电流传感器的输出端，用于输出过流状态信号。
5.如权利要求1的智能功率模块，其特征是，电流传感器和功率晶体管串接在负载输出端和电源一极端之间。
6.如权利要求1的智能功率模块，其特征是，电流传感器串接在负载输出端和相应的负载输出端引脚之间。
专利摘要本实用新型给出用于受控输出可变频率的智能功率模块，其负载支路上串接有测试负载支路电流的电流传感器，功率晶体管的门极与对应的门极引脚之间设置由电流传感器控制的切换开关；当负载支路电流超过额定值时，电流传感器通过与其输出端连接的切换开关使功率晶体管截止，并关断门极与门极引脚之间的控制通路，以避免智能功率模块输出过大的电流烧坏负载和功率晶体管。
文档编号H02P27/04GK2894022SQ200620056078
公开日2007年4月25日 申请日期2006年3月13日 优先权日2006年3月13日
发明者张云航 申请人:姜春阳