IPM过温保护电路的制作方法

ipm过温保护电路
技术领域
1.本技术实施例属于电子技术领域，具体涉及一种智能功率模块(intelligent power module，简称：ipm)过温保护电路。


背景技术：

2.智能功率模块(intelligent power module，简称：ipm)是变频驱动板上面的一个器件，容易受到外界环境的影响，导致其内部的温度急剧上升，损坏内部的半导体器件。
3.现有技术中，为了防止ipm由于温度过高而损坏，通常通过微控制单元(microcontroller unit，简称：mcu)与ipm连接，进而通过mcu中的数模转换模块将来自ipm的连续的电压信号转换为离散的数字信号，再判断数字信号的值是否大于预设温度阈值。如果大于预设温度阈值，mcu停止输出对于ipm的驱动信号，使得ipm降温。
4.综上所述，现有的ipm过温保护的方案需要使用数模转换模块，该模块工作需要采样时间和转换时间，导致过温保护的响应时间较长。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的ipm过温保护的方案需要使用数模转换模块，该模块工作需要采样时间和转换时间，导致过温保护的响应时间较长的问题，本技术实施例提供了一种ipm过温保护电路。
6.第一方面，本技术实施例提供一种智能功率模块ipm过温保护电路，包括：ipm、控制单元、比较单元和控制开关单元；
7.所述控制单元与所述比较单元的负相输入端连接，用于向所述比较单元输出阈值信号；
8.所述比较单元的正向输入端与所述ipm的电压信号模拟温度信号vot输出口连接，所述ipm的vot输出口用于输出与ipm温度成正比的电压信号；
9.所述比较单元的输出端与所述控制开关单元的控制端连接，所述控制开关单元的输入端与供电电源连接，所述控制开关单元的输出端与所述ipm的供电电压输入口vdd口连接，所述比较单元用于在所述电压信号超过所述阈值信号时触发所述控制开关单元断开所述供电电源与所述ipm的连接。
10.在上述ipm过温保护电路的优选技术方案中，包括：所述比较单元为比较器，所述控制开关单元为金属-氧化物半导体场效应晶体管mos管；
11.所述比较器的正向输入端与所述ipm的vot输出口连接；
12.所述比较器的输出端与所述mos管的栅极连接，所述mos管的源极与供电电源连接，所述mos管的漏极与所述ipm的vdd口连接。
13.在上述ipm过温保护电路的优选技术方案中，所述控制单元为微控制单元mcu；
14.所述mcu的脉冲宽度调制pwm输出口与所述比较器的负相输入端连接。
15.在上述ipm过温保护电路的优选技术方案中，还包括：第一分压滤波单元和电压跟
随单元；
16.所述mcu的pwm输出口与所述第一分压滤波单元的一端连接，所述第一分压滤波单元的另一端与所述电压跟随单元的一端连接，所述电压跟随单元的另一端与所述比较器的负相输入端连接。
17.在上述ipm过温保护电路的优选技术方案中，所述第一分压滤波单元包括第一电阻、第二电阻和第一电容；
18.所述第一电阻的一端与所述mcu的pwm输出口连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端、第二电容的一端和所述电压跟随单元的一端连接，所述第二电阻和所述第一电容的另一端接地。
19.在上述ipm过温保护电路的优选技术方案中，所述电压跟随单元为运算放大器，所述运算放大器的输出端分别与所述运算放大器的负相输入端和所述比较器的负相输入端连接。
20.在上述ipm过温保护电路的优选技术方案中，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端、第二电容的一端和所述运算放大器的正相输入端连接。
21.在上述ipm过温保护电路的优选技术方案中，所述mcu的模数转换ad口与所述ipm的vot输出口连接；所述mcu的驱动信号输出out口与所述ipm的驱动信号输入in口连接。
22.在上述ipm过温保护电路的优选技术方案中，还包括：第二分压滤波单元；
23.所述mcu的ad口与所述第二分压滤波单元的一端连接，所述第二分压滤波单元的另一端与所述ipm的vot输出口连接。
24.在上述ipm过温保护电路的优选技术方案中，所述第二分压滤波单元包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二电容；
25.所述mcu的ad口分别与所述第四电阻的一端和所述第二电容的一端连接，所述第四电阻的另一端分别于所述第五电阻的一端和第三电阻的一端连接，所述第五电阻和所述第二电容的另一端接地，所述第三电阻的另一端与所述ipm的vot输出口连接。
26.本领域技术人员能够理解的是，本技术实施例提供的ipm过温保护电路，通过将控制单元与比较单元的负相输入端连接，比较单元的正向输入端与ipm的电压信号模拟温度信号vot输出口连接，比较单元的输出端与控制开关单元的控制端连接，控制开关单元的输入端与供电电源连接，控制开关单元的输出端与ipm的供电电压输入口vdd口连接。在ipm的内部温度过高时，比较单元的正相输入端的电压信号高于反相输入端的阈值信号，使得比较单元输出触发控制开关单元断开供电电源与ipm的连接。本方案在ipm的内部温度较高时，通过比较单元断开ipm的供电，有效降低了过温保护的响应时间。
附图说明
27.下面参照附图来描述本技术的ipm过温保护电路的优选实施方式。附图为：
28.图1a为本技术提供的ipm过温保护电路的结构示意图一；
29.图1b为本技术提供的ipm的vot输出口输出的电压信号与ipm的温度的关系示意图；
30.图2为本技术提供的ipm过温保护电路的结构示意图二；
31.图3为本技术提供的ipm过温保护电流的结构示意图三；
32.图4为本技术提供的ipm过温保护电流的结构示意图四；
33.图5为本技术提供的ipm过温保护电流的结构示意图五；
34.图6为本技术提供的ipm过温保护电流的结构示意图六；
35.图7为本技术提供的ipm过温保护电流的结构示意图七。
具体实施方式
36.首先，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本技术的技术原理，并非旨在限制本技术的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
37.其次，需要说明的是，在本技术实施例的描述中，术语“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或构件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
38.此外，还需要说明的是，在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个构件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.随着科技的发展，变频技术的应用领域也越来越多，比如空调、压缩机、机床等。而在变频驱动板上的智能功率模块(intelligent power module，简称：ipm)容易受到外界环境影响，导致其内部的温度急剧上升，进而损坏。
41.现有技术中，通常由微控制单元(microcontroller unit，简称：mcu)通过其内部的数模转换模块监控ipm的温度，在温度大于温度阈值时，mcu停止输出对于ipm的驱动信号，实现降温。由于需要数模转换模块的参与，导致过温保护的响应时间较长。
42.本实施例提供一种ipm过温保护电路，为了解决现有技术的过温保护的响应时间较长的问题，发明人考虑在控制单元和ipm之间连比较单元和控制开关单元，通过硬件方式实现过温保护。控制单元与比较单元的负相输入端连接，比较单元的正向输入端与ipm的电压信号模拟温度信号vot输出口连接，比较单元的输出端与控制开关单元的控制端连接，控制开关单元的输入端与供电电源连接，控制开关单元的输出端与ipm的供电电压输入口vdd口连接。控制单元向比较单元输出阈值信号，ipm的vot输出口向比较单元输出与ipm温度成正比的电压信号，在ipm的温度过高时，电压信号超过阈值信号，比较单元触发控制开关单元断开供电电源与ipm的连接，实现快速过温保护，有效提高了过温保护的响应时间。
43.以下结合附图对本技术实施例的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本技术实施例，并非用于限定本技术实施例的范围。
44.本技术中的ipm过温保护电路可应用于具有ipm的设备中，比如空调、变频器、车床
等。
45.下面，通过具体实施例对本技术的技术方案进行详细说明。需要说明的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
46.图1a为本技术提供的ipm过温保护电路的结构示意图一，如图1a所示，该ipm过温保护电路包括：ipm 101、控制单元102、比较单元103和控制开关单元104；
47.控制单元102与比较单元103的负相输入端连接，用于向比较单元103输出阈值信号；
48.比较单元103的正向输入端与ipm 101的vot输出口连接，ipm的vot输出口用于输出与ipm 101的温度成正比的电压信号；
49.比较单元103的输出端与控制开关单元104的控制端连接，控制开关单元104的输入端与供电电源105连接，控制开关单元104的输出端与ipm 101的供电电压输入口vdd口连接，比较单元103用于在电压信号超过阈值信号时触发控制开关单元104断开供电电源105与ipm 101的连接。
50.下面对使用上述ipm过温保护电路进行过温保护的情况进行说明。
51.控制单元102向比较单元103的负相输入端输出阈值信号，ipm 101通过vot输出口向比较单元103的正相输入端输出与ipm 101的温度成正比的电压信号。在ipm 101的温度较高时，会使得比较单元103的正相输入端的电压信号超过负相输入端的阈值信号，这样会使得比较单元103触发控制开关单元104断开供电电源105与ipm 101的连接，实现过温保护。
52.示例性的，图1b为本技术提供的ipm的vot输出口输出的电压信号与ipm的温度的关系示意图。如图1b所示，ipm 101的vot输出口输出的电压信号与ipm 101的温度成正比，ipm 101的温度越高，vot输出口输出的电压信号越高。
53.需要说明的是，上述例子仅是对ipm的vot输出口输出的电压信号与ipm的温度的关系进行示例，本技术实施例并不对ipm的vot输出口输出的电压信号与ipm的温度的具体正比关系进行限定，可根据实际情况进行设置。
54.本实施例提供的ipm过温保护电路，通过在控制单元和ipm之间设置比较单元和控制开关单元，在ipm的温度过高时，比较单元可直接触发控制开关单元断开供电电源与ipm的连接。相较于现有技术需要mcu通过其内部的数模转换模块监控ipm的温度，数模转换模块工作需要采样时间和转换时间，本方案通过电路结构实现温度过高即刻进行过温保护，有效减少了过温保护的时间。
55.图2为本技术提供的ipm过温保护电路的结构示意图二，在上述实施例的基础上，本技术实施例对比较单元为比较器，控制开关单元为金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，简称：mos管)，控制单元为mcu时的电路结构进行说明。如图2所示，该ipm过温保护电路包括：ipm 201、mcu 202、比较器203和mos管204。
56.比较器203的正向输入端与ipm 201的vot输出口连接；比较器203的输出端与mos管204的栅极连接，mos管204的源极与供电电源205连接，mos管204的漏极与ipm 201的vdd口连接。mcu 202的脉冲宽度调制(pulse width modulation，简称：pwm)输出口与比较器
203的负相输入端连接。
57.mcu 202通过pwm输出口向比较器203的负相输入端输出阈值信号，ipm 201的vot输出口向比较器203的正相输入端输出电压信号。在ipm 201的温度升高时，电压信号也升高。在电压信号超过阈值信号时，比较器203的输出端由输出低电平转换为输出高电平，进而mos管204的栅极也由低电平转换为高电平，使得mos管204的源极与漏极断开，也就是使得供电电源205与ipm 201的vdd口断开，实现过温保护。
58.需要说明的是，阈值信号可由工作人员进行设置，设置的方式是：通过设置mcu 202的pwm输出口输出的阈值信号的占空比来设置阈值信号。
59.本实施例提供的ipm过温保护电路，通过在ipm的温度过高时，比较器的正向输入端的电压信号超过负相输入端的阈值信号，比较器输出高电平，使得mos管的源极与漏极断开，实现过温保护，有效降低了过温保护的响应时间。
60.图3为本技术提供的ipm过温保护电流的结构示意图三，在上述实施例的基础上，本技术实施例对ipm过温保护电路中还包括第一分压滤波单元和电压跟随单元的情况进行说明。如图3所示，在图2的基础上，ipm过温保护电路还包括：第一分压滤波单元206和电压跟随单元207。
61.mcu 202的pwm输出口与第一分压滤波单元206的一端连接，第一分压滤波单元206的另一端与电压跟随单元207的一端连接，电压跟随单元207的另一端与比较器203的负相输入端连接。
62.从mcu 202的pwm输出口输出的脉冲信号，经过第一分压滤波单元206进行分压和滤波，降低了干扰，再经过电压跟随单元207进行电压跟随形成阈值信号，可起到缓冲、隔离、提高带负载能力的作用，进而将阈值信号输出到比较器203的负相输入端。
63.本实施例提供的ipm过温保护电路，通过在ipm过温保护电路中增加第一分压滤波单元和电压跟随单元，提高了电路的抗干扰能力以及起到缓冲、隔离、提高带负载能力的作用。
64.图4为本技术提供的ipm过温保护电流的结构示意图四，在上述实施例的基础上，本技术实施例对第一分压滤波单元包括第一电阻、第二电阻和第一电容，电压跟随单元为运算放大器的情况进行说明。如图4所示，在图3的基础上，第一分压滤波单元206包括第一电阻208、第二电阻209和第一电容210，电压跟随单元207包括运算放大器211。
65.第一电阻208的一端与mcu 202的pwm输出口连接，第一电阻208的另一端分别与第二电阻209的一端、第二电容210的一端和电压跟随单元207的一端连接，也就是第一电阻208的另一端分别与第二电阻209的一端、第二电容210的一端和运算放大器211的正相输入端连接，第二电阻209和第一电容210的另一端接地。
66.运算放大器211的输出端分别与运算放大器211的负相输入端和比较器203的负相输入端连接。
67.第二电阻209用于分压，第一电阻208和第一电容210用于滤波。运算放大器211的输出端与运算放大器211的负相输入端连接后形成电压跟随器，用于电压跟随，还有缓冲、隔离、提高带负载能力的作用。
68.需要说明的是，阈值信号的值可通过公式得到，其中，v表示阈
值信号，v
cc
表示mcu 202的电源电压，duty表示mcu 201的pwm输出口输出的脉冲信号的占空比，r1表示第一电阻208，r2表示第二电阻209。所以可通过设置占空比来设置阈值信号。
69.本实施例提供的ipm过温保护电路，通过在ipm过温保护电路中的第一电阻、第二电阻和第一电容，提高了电路的抗干扰能力。通过运算放大器形成的电压跟随器起到缓冲、隔离、提高带负载能力的作用。另外，由于具有ipm的设备所在地区和季节不同，所需的阈值信号也不同，所以可通过设置占空比来设置阈值信号，有效提高了阈值信号与外界环境的匹配度。
70.图5为本技术提供的ipm过温保护电流的结构示意图五，在上述实施例的基础上，本技术实施例对mcu与ipm连接，来实现监控ipm的温度以及控制ipm的运行频率和运行功率的情况进行说明。如图5所示，在图4的基础上，mcu 201还包括模数转换(analog to digital，简称：ad)口和驱动信号输出out口，ipm 201还包括驱动信号输入in口。
71.mcu 202的模数转换ad口与ipm 201的vot输出口连接；mcu 202的驱动信号输出out口与ipm 201的驱动信号输入in口连接。
72.ipm 201通过vot输出口输出与ipm 201的温度成正比的电压信号，mcu 201可通过模数转换ad口接收到电压信号，进而根据电压信号来确定ipm 201的温度。
73.可在mcu 202内设置小于阈值信号的降频阈值。在ipm 201的温度上升使得电压信号超过降频阈值时，mcu 202通过动信号输出out口向ipm 201的驱动信号输入in口输出用于降频和降功率的驱动信号，使得ipm 201降频、降功率运行，进行温度控制。
74.若ipm 201的温度一直持续上升，使得电压信号超过阈值信号，通过比较器203和mos管204，使得供电电源205与ipm 201断开，实现过温保护。
75.本实施例提供的ipm过温保护电路，可通过mcu监控ipm的温度，在电压信号超过降频阈值时，mcu控制ipm降频、降功率运行，即可进行温度控制，也能保证ipm能够工作。在电压信号超过阈值信号时，ipm与供电电源断开，既保证了ipm在温度较低时可正常工作，也保证了ipm在温度过高时进行过温保护。
76.图6为本技术提供的ipm过温保护电流的结构示意图六，在上述实施例的基础上，本技术实施例对mcu的ad口和ipm的vot输出口之间连接第二分压滤波单元，防止干扰的情况进行说明。如图6所示，在图5的基础上，ipm过温保护电路还包括第二分压滤波单元212。
77.mcu 202的ad口与第二分压滤波单元212的一端连接，第二分压滤波单元212的另一端与ipm 201的vot输出口连接。
78.第二分压滤波单元212用于对电压信号进行分压和滤波，防止电压信号被干扰。
79.具体的，图7为本技术提供的ipm过温保护电流的结构示意图七，如图7所示，第二分压滤波单元212包括：第三电阻213、第四电阻214、第五电阻215和第二电容216。
80.mcu 202的ad口分别与第四电阻214的一端和第二电容216的一端连接，第四电阻214的另一端分别于第五电阻215的一端和第三电阻213的一端连接，第五电阻215和第二电容216的另一端接地，第三电阻213的另一端与ipm 201的vot输出口连接。
81.第三电阻213和第五电阻215用于分压，第四电阻214和第二电容216用于滤波。分压的作用是为了防止ipm 201的vot输出口输出的电压信号太高使得mcu无法进行检测。滤波的作用是为了防止对电压信号进行干扰。
82.实施例提供的ipm过温保护电路，通过在ipm过温保护电路中设置第二分压滤波单
元，有效保证了mcu可正常检测ipm的温度，以及提高了电路的抗干扰能力。
83.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。