智能功率模块的过流保护电路、控制方法及空调器与流程

本发明涉及保护电路技术领域，特别涉及一种智能功率模块的过流保护电路、控制方法及空调器。

背景技术：

在智能功率模块(Intelligent Power Module，即IPM)应用中，过流保护电路的连接方式通常为：IPM模块的下桥臂输出端连接到一个采样电阻的一端，并同时连接到IPM模块的过流保护引脚，采样电阻的另一端接地。

当控制IPM模块的微控制单元(Microcontroller Unit，即MCU)发生故障使得IPM模块内部的某一桥臂的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，即IGBT)长时间导通时，IPM模块发生电流过流，IPM模块的过流保护功能会检测到过流信号并关断内部的IGBT；但当电流减少到小于保护值时，IPM模块的IGBT重新导通，IPM模块重新发生电流过流，IPM模块的过流保护功能再次会检测到过流信号并关断内部的IGBT；如此，IPM模块经过多次电流过流冲击最终损坏。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种智能功率模块的过流保护电路、控制方法及空调器。

本发明实施方式的智能功率模块的过流保护电路，所述智能功率模块包括下桥臂输出端及过流保护引脚，其特征在于，所述过流保护电路包括采样电阻、微处理器及带锁存功能的过流保护模块；所述采样电阻的一端与所述下桥臂输出端及所述过流保护模块的输入端连接，所述采样电阻的另一端接地，所述过流保护模块的保护信号及解锁端与所述微处理器的IO端口连接，所述过流保护模块的输出端与所述过流保护引脚连接；

所述过流保护引脚用于在所述过流保护模块的输出端输出的电压值大于或等于基准参考电压值时激发所述智能功率模块启动过流保护功能，所述过流保护模块的保护信号及解锁端用于在所述智能功率模块启动过流保护功能时输出过流信号至所述微处理器，所述过流保护模块用于在所述智能功率模块启动过流保护功能后锁存过流保护的状态，所述微处理器用于处理所述过流信号并通过所述微处理器的IO端口发送解锁信号，所述过流保护模块的保护信号及解锁端还用于接收所述微处理器的IO端口发送的解锁信号以解锁所述过流保护的状态进而使所述智能功率模块恢复正常工作。

在某些实施方式中，所述智能功率模块包括驱动单元、三相桥臂及与所述过流保护引脚连接的保护装置。

在某些实施方式中，所述过流保护模块包括第一比较器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻及第一三极管；

所述第一比较器的输出端经所述第七电阻与所述微处理器的IO端口连接，所述第一比较器的同相输入端经所述第三电阻与电源电压连接，所述第一比较器的同相输入端经所述第四电阻接地，所述第一比较器的反相输入端为所述过流保护模块的输出端，所述第一比较器的反相输入端与所述第二电阻连接且所述第二电阻的另一端连接所述过流保护模块的输入端，所述第一比较器的反相输入端与所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极与电源电压连接，所述第一三极管的基极经所述第五电阻与电源电压连接，所述第一三极管的基极经所述第六电阻与所述微处理器的IO端口连接。

在某些实施方式中，所述过流保护模块包括第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第八电阻的另一端与所述智能功率模块的过流保护引脚及所述第一比较器的反相输入端连接。

在某些实施方式中，所述第一三极管为PNP型三极管。

在某些实施方式中，

其中，I_p电流过流保护值，V_ref为所述基准参考电压值，R₁为所述采样电阻。

在某些实施方式中，所述第三电阻与所述第四电阻组成分压电路，

其中，V_ref为所述基准参考电压值，V_cc为所述电源电压，R₃为所述第三电阻，R₄为所述第四电阻。

在某些实施方式中，当所述智能功率模块正常工作时，所述微处理器的IO端口设置为高阻输入状态。

在某些实施方式中，所述过流保护功能包括使所述智能功率模块的工作电流减小或变为零。

在某些实施方式中，所述过流保护模块的保护信号及解锁端输出的过流信号包括输出低电平。

在某些实施方式中，所述微处理器的IO端口发送的解锁信号包括输出高电平。

本发明实施方式的控制方法，用于智能功率模块的过流保护，所述控制方法包括以下步骤：

提供所述智能功率模块的过流保护电路；

当所述智能功率模块发生电流过流时，智能功率模块启动过流保护功能同时所述过流保护模块的保护信号及解锁端输出过流信号至所述微处理器；

所述过流保护模块锁存过流保护的状态；

所述微处理器接收并处理所述过流信号然后通过所述微处理器的IO端口发送解锁信号至所述过流保护模块的保护信号及解锁端以解锁所述过流保护的状态进而使所述智能功率模块恢复正常工作。

本发明实施方式的空调器，包括智能功率模块及所述智能功率模块的过流保护电路。

在某些实施方式中，所述空调器包括与所述三相桥臂连接的压缩机，所述压缩机用于为所述空调器的制冷提供动力。

本发明实施方式的智能功率模块的过流保护电路、控制方法及空调器在智能功率模块发生电流过流时能激发智能功率模块启动过流保护功能，并由过流保护模块锁存电流过流的状态，直到微处理器输出解锁信号才能使智能功率模块恢复正常工作，从而更好地保护智能功率模块，避免智能功率模块由于多次电流过流冲击造成损坏，其电路简单、可靠且成本低。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的智能功率模块的过流保护电路的电路图。

图2是本发明实施方式的控制方法的流程示意图。

图3是本发明实施方式的智能功率模块的过流保护电路的原理图。

图4是本发明实施方式的智能功率模块的过流保护电路工作时的波形图。

主要元件及符号说明：

过流保护电路10、微处理器12、过流保护模块14、采样电阻R1、第一比较器IC1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一三极管Q1、智能功率模块20、驱动单元22、三相桥臂24、保护装置26、压缩机30、空调器100。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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发明的实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“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，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。

在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，本发明实施方式的智能功率模块20的过流保护电路10用于智能功率模块20的过流保护。智能功率模块20包括下桥臂输出端及过流保护引脚。智能功率模块20的过流保护电路10包括采样电阻R1、微处理器12及带锁存功能的过流保护模块14。采样电阻R1的一端与下桥臂输出端及过流保护模块14的输入端连接，采样电阻R1的另一端接地。过流保护模块14的保护信号及解锁端与微处理器12的IO端口连接。过流保护模块14的输出端与过流保护引脚连接。过流保护引脚用于在过流保护模块14的输出端输出的电压值大于或等于基准参考电压值时，激发智能功率模块20启动过流保护功能。过流保护模块14的保护信号及解锁端用于在智能功率模块20启动过流保护功能时，输出过流信号至微处理器12。过流保护模块14用于在智能功率模块20启动过流保护功能后，锁存过流保护的状态。微处理器12用于处理过流信号，并通过微处理器12的IO端口发送解锁信号。过流保护模块14的保护信号及解锁端还用于接收微处理器12的IO端口发送的解锁信号以解锁过流保护的状态，进而使智能功率模块20恢复正常工作。

请参阅图2，本发明实施方式的控制方法用于智能功率模块20的过流保护。控制方法包括以下步骤：

步骤S10，提供智能功率模块20的过流保护电路10；

步骤S20，当智能功率模块20发生电流过流时，智能功率模块20启动过流保护功能同时过流保护模块14的保护信号及解锁端输出过流信号至微处理器12；

步骤S30，过流保护模块14锁存过流保护的状态；

步骤S40，微处理器12接收并处理过流信号然后通过微处理器12的IO端口发送解锁信号至过流保护模块14的保护信号及解锁端以解锁过流保护的状态进而使智能功率模块20恢复正常工作。

本发明实施方式的智能功率模块20的过流保护电路10及控制方法在智能功率模块20发生电流过流时能激发智能功率模块20启动过流保护功能，并由过流保护模块14锁存电流过流的状态，直到微处理器12输出解锁信号才能使智能功率模块20恢复正常工作，从而更好地保护智能功率模块20，避免智能功率模块20由于多次电流过流冲击造成损坏，其电路简单、可靠且成本低。

请参阅图3，在某些实施方式中，智能功率模块20包括驱动单元22、三相桥臂24及与过流保护引脚连接的保护装置26。

具体地，驱动单元22可以包括HVIC(上桥臂功率器件驱动单元)和LVIC(下桥臂功率器件驱动单元)。HVIC和LVIC分别用于驱动上桥和下桥。

三相桥臂24包括三个上桥臂及对应各上桥臂设置的三个下桥臂。上桥臂的IGBT管的发射极与对应的下桥臂的IGBT管的集电极相连组成三对，记为U相、V相、W相。各上桥臂上的IGBT管的集电极相连接高压点P，各下桥臂上的IGBT管的发射极相连接形成下桥臂输出端与采样电阻R1连接。

可以理解的是，采样电阻R1用于根据下桥臂输出端输出的电流进行采样。当电路正常工作时，当电流从下桥臂输出端流经采样电阻R1到GND时，采样电阻R1与GND之间会形成一个压降，并经过过流保护模块14，输入到智能功率模块20的过流保护引脚。

当过流保护模块14的输出端输出的电压值，即过流保护引脚的输入电压值，大于或等于基准参考电压值时，保护装置26启动过流保护功能，关断内部的IGBT，使得智能功率模块20的工作电流I减小或变为零，从而起到过流保护的功能。

在某些实施方式中，过流保护模块14包括第一比较器IC1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及第一三极管Q1。第一比较器IC1的输出端经第七电阻R7与微处理器12的IO端口连接。第一比较器IC1的同相输入端经第三电阻R3与电源电压连接。第一比较器IC1的同相输入端经第四电阻R4接地。第一比较器IC1的反相输入端为过流保护模块14的输出端。第一比较器IC1的反相输入端与第二电阻R2连接且第二电阻R2的另一端连接过流保护模块14的输入端。第一比较器IC1的反相输入端与第一三极管Q1的集电极连接。第一三极管Q1的发射极与电源电压连接。第一三极管Q1的基极经第五电阻R5与电源电压连接。第一三极管Q1的基极经第六电阻R6与微处理器12的IO端口连接。

在某些实施方式中，过流保护模块14包括第八电阻R8，第八电阻R8的一端与第一三极管Q1的集电极连接，第八电阻R8的另一端与智能功率模块20的过流保护引脚及第一比较器IC1的反相输入端连接。

如此，第八电阻R8可以起到限流的作用。

当然，过流保护模块14不限于必须包括第八电阻R8，在其他实施方式中，第一三极管Q1的集电极可直接与智能功率模块20的过流保护引脚及第一比较器IC1的反相输入端连接。

在某些实施方式中，第一三极管Q1为PNP型三极管。

在某些实施方式中，

其中，I_p电流过流保护值，V_ref为基准参考电压值，R₁为采样电阻R1。

如此，当智能功率模块20正常工作时，智能功率模块20的工作电流I小于电流过流保护值I_p，智能功率模块20的过流保护引脚的电压V_in小于基准参考电压值V_ref；当智能功率模块20发生电流过流时，智能功率模块20的工作电流I大于电流过流保护值I_p，智能功率模块20的过流保护引脚的电压V_in大于或等于基准参考电压值V_ref。

在某些实施方式中，第三电阻R3与第四电阻R4组成分压电路，

其中，V_ref为基准参考电压值，V_cc为电源电压，R₃为第三电阻，R₄为第四电阻。

如此，可以得出电流过流保护值I_p：

在某些实施方式中，当智能功率模块20正常工作时，微处理器12的IO端口设置为高阻输入状态。

具体地，智能功率模块20正常工作的情况包括智能功率模块20未发生电流过流时智能功率模块20正常工作的情况和在智能功率模块20发生电流过流后微处理器12输出解锁信号使得智能功率模块20恢复正常工作的情况。也即是说，在初始状态时，微处理器12的IO端口设置为高阻输入状态；在智能功率模块20恢复正常工作后，微处理器12的IO端口设置为高阻输入状态以为下次接收过流保护信号作准备。

在某些实施方式中，过流保护功能包括使智能功率模块20的工作电流减小或变为零。

如此，可以在智能功率模快发生电流过流时，保护智能功率模块20。

在某些实施方式中，过流保护模块14的保护信号及解锁端输出的过流信号包括输出低电平。

在某些实施方式中，微处理器12的IO端口发送的解锁信号包括输出高电平。

下面结合图3及图4来说明本发明实施方式的智能功率模块20的过流保护电路10的工作原理。

第一步：当电路正常工作时，微处理器12的IO端口设置为高阻输入状态，智能功率模块20的工作电流Ip，则智能功率模块20的过流保护引脚的电压V_inref，第一比较器IC1输出为高阻状态，第一三极管Q1截止，智能功率模块20正常工作，由于第五电阻R5及第六电阻R6的上拉作用，过流保护模块14的保护信号及解锁端输出高电平。

第二步：当电路发生电流过流时，智能功率模块20模块的工作电流I>I_p时，则智能功率模块20的过流保护引脚的电压V_in>V_ref，第一比较器IC1输出为低电平状态，则有电流通过第一三极管Q1的基极然后经第六电阻R6、第七电阻R7流入第一比较器IC1的输出端，第一三极管Q1导通，则V_in≈V_cc，智能功率模块20启动过流保护功能，智能功率模块20的工作电流I减小或变为零，同时过流保护模块14的保护信号及解锁端输出低电平告知微处理器12过流保护信号。

第三步：智能功率模块20保持启动过流保护功能，智能功率模块20的工作电流I减小或变为零。但由于第一三极管Q1导通，则V_in≈V_cc，V_in＞V_ref，第一比较器IC1保持输出为低电平状态，第一三极管Q1保持为导通状态，即过流保护模块14锁存在第二步的状态。

第四步：当微处理器12接收到过流信号后，需要处理过流保护模块14锁存的过流保护的状态才能使电路恢复正常工作。此时，微处理器12将IO端口设置为输出状态，输出高电平使得第一三极管Q1的基极电压等于V_cc，第一三极管Q1截止，由于此时智能功率模块20不工作，所以V_in等于零，V_in＜V_ref，第一比较器IC1输出为高阻状态，过流保护模块14恢复为正常状态。

第五步：微处理器12将IO端口设置为高阻输入状态，为下次接收过流信号作准备，电路恢复正常工作状态。

请继续参阅图4，需要指出的是，V(R1)为采样电阻R1两端的电压；V₁为基准参考电压值V_ref，即本发明实施方式的智能功率模块20的过流保护电路10的过流保护设定值；V₂为智能功率模块20固有的过流保护设定值。当V_in上升至V₁时，会触发电路保护，使得第一三极管Q1导通，过流保护模块14的保护信号及解锁端输出低电平。当V_in继续上升至V₂时，会触发智能功率模块20启动过流保护功能，智能功率模块20的工作电流I减小或变为零，V(R1)也由V₁减小至至某个电压值或变为0。由于第一三极管Q1保持导通，V_in会继续上升至V_cc，然后锁存当前的电路状态，直到微处理器12的IO端口输出高电平信号才能解除过流保护的状态，智能功率模块12开始恢复正常工作。

请继续参阅图3，本发明实施方式的空调器100包括智能功率模块20及智能功率模块20的过流保护电路10。

本发明实施方式的空调器100在智能功率模块20发生电流过流时能激发智能功率模块20启动过流保护功能，并由过流保护模块14锁存电流过流的状态，直到微处理器12输出解锁信号才能使智能功率模块20恢复正常工作，从而更好地保护智能功率模块20，避免智能功率模块20由于多次电流过流冲击造成损坏，其电路简单、可靠且成本低。

在某些实施方式中，空调器100包括与三相桥臂24连接的压缩机30。压缩机30用于为空调器100的制冷提供动力。

在一个例子中，空调器100可以为变频空调。智能功率模块20可以通过内部的IGBT的开关作用是将直流电压转变为驱动压缩机30工作的三相交流电源，即数模(D/A)转换。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(IPM过流保护电路)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施实施进行变化、修改、替换和变型。