CN201178403Y - 一种ipm的保护装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种IPM的保护装置，该IPM的保护装置包括主控制器，主控制器具有保护信号输入端，其中，该IPM的保护装置还包括方波检测电路、与门和触发器，主控制器具有方波信号输出端，所述方波信号输出端连接到方波检测电路的输入端，方波检测电路的输出端连接到与门的一输入端，与门的输出端连接到主控制器的保护信号输入端。本实用新型的IPM的保护装置不仅能实现针对IPM异常状态时对IPM的保护并且能够实现针对主控制器的CPU异常状态下对IPM的保护。

Description

一种IPM的保护装置

技术领域

本实用新型涉及智能功率模块(Intelligent Power Module，即IPM)，更特别地是涉及一种IPM的保护装置。

背景技术

IPM集成了功率开关器件IGBT及其驱动电路，且还具备短路、欠电压、过电流、过热等故障检测功能的内置保护电路，IPM以其体积小、开关速度快、损耗小、功耗低、抗干扰能力强等优点在电力电子领域得到越来越广泛的应用，目前IPM是电动汽车动力***的重要组成部分，其安全性能对于整车运行具有重要作用。

由于IPM的内置保护电路不具有保持性，IPM完善的***保护必须辅助***保护电路，将IPM自身的故障信号通过IPM的故障信号输出端送到主控制器的CPU做中断处理，主控制器封锁IPM的控制信号PWM波形的输出，从而可以方便、有效地保护器件。通常IPM的***保护电路只针对IPM的工作状况进行保护，而不提供针对主控制器的CPU工作状况的保护，对于主控制器的CPU来说，仅利用其自身携带的看门狗进行故障检测、故障后复位等。

然而，在IPM应用于电动汽车等***时，由于电动汽车上载有多种电源和车身电器，车内的电磁干扰信号尤为强烈，同时，车用永磁同步电机负载的陡然变化将会引起电流突变，也对车内的主控制器造成较强的影响，严重时可能造成电机主控制器的CPU死机甚至导致看门狗失效，使CPU无法正常复位。当CPU无法复位时，现有的IPM的保护电路输出的保护信号无法有效地引起CPU的响应，从而不能提供正常的对IPM的保护，尤其在CPU出现死机状况时，向IPM输出的信号可能恒为高电平，使得IGBT长时间导通，承受过大的导通电流，导致IGBT的损坏。而现有的IPM的保护电路不能提供针对CPU出现死机状况时的保护。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的IPM的保护装置不能针对主控制器的CPU的异常状态提供保护的缺点，提供一种IPM的保护装置，该装置能实现针对CPU异常状态的保护且具有结构简单、受干扰程度小的优点。

本实用新型提供一种IPM的保护装置，该IPM的保护装置包括主控制器，主控制器具有保护信号输入端，其中，该IPM的保护装置还包括方波检测电路和与门，主控制器还具有方波信号输出端，所述方波信号输出端连接到方波检测电路的输入端，方波检测电路的输出端连接到与门的一输入端，与门的输出端连接到主控制器的保护信号输入端。

本实用新型提供的一种IPM的保护装置，由于采用了方波检测电路，该方波检测电路能够根据从主控制器的方波信号输出端接收的信号来检测主控制器的CPU是否正常工作，并输出表征主控制器的CPU是否正常工作的信号到与门，与门的另一输入端连接到IPM的保护信号输入端，与门的输出端再通过触发器输出保护信号到主控制器，这样在接收到来自IPM的故障信号输出端的故障信号和检测到主控制器的CPU异常工作时的任一者时均会输出保护信号，通知主控制器封锁PWM波形的输出，来保护IPM，而现有技术中的IPM的保护装置中，IPM的故障信号输出端是直接连接到主控制器的保护信号输入端，这样现有技术中的IPM的保护装置仅能针对IPM的故障信号输出端输出的表征短路、欠电压、过电流等异常状态的信号对IPM提供保护，而不能提供对CPU异常状态的保护，在复杂的车内电磁环境中仅靠CPU自带的看门狗提供针对CPU异常状态的保护是不可靠的，而本实用新型提供的IPM的保护装置能够在主控制器的CPU自带的看门狗失效或保护结果不可靠时，依靠其包括的保护模块中的方波检测电路仍旧能够提供对保护装置中的主控制器的CPU的异常状态的保护；同时由于方波检测电路中仅采用简单的电路元件，相比于由振荡器和分频器等组成的看门狗来说，受电磁干扰的影响小，针对CPU异常状态的保护更为可靠，这样就提高了***的安全性和可靠性。

附图说明

图1是根据本实用新型的IPM的保护装置的组成框图；

图2是根据本实用新型的方波检测电路的电路图；

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的IPM的保护装置包括主控制器1，主控制器1具有保护信号输入端，其中，该IPM的保护装置3还包括方波检测电路20、与门21和触发器22，主控制器1还具有方波信号输出端，所述方波信号输出端连接到方波检测电路20的输入端，方波检测电路20的输出端和IPM 4的故障信号输出端分别连接到与门21的两个输入端，与门21的输出端连接到主控制器1的保护信号输入端。

所述IPM的保护装置3还可以包括触发器22，与门21的输出端连接触发器22的输入端，触发器22的输出端连接到主控制器1的保护信号输入端，主控制器1还具有保护清零信号输出端，所述保护清零信号输出端连接到触发器22的清零端。

方波检测电路20用于确定主控制器1的CPU是否正常工作，根据从主控制器1的方波信号输出端接收到的信号来输出表征主控制器1的CPU是否出现死机状况的信号。如当该方波检测电路20从主控制器1接收到正常的方波信号时，可以输出高电平，反之则输出低电平，表征主控制器1的CPU出现死机状况。该方波检测电路20可以用本领域技术人员所公知的方式实现。根据一种实施方式，如图2所示，方波检测电路20包括微分电路、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2和电解电容C2，主控制器1的方波信号输出端连接到微分电路的输入端，微分电路的输出端连接到第一MOS管Q1的栅极，第一MOS管Q1的漏极和源极之间连接有电解电容C2，其源极接地，其栅极通过一电阻连接到其源极，其漏极通过电阻连接到电源，其漏极还通过电阻连接到第二MOS管Q2的栅极，该第二MOS管Q2的源极接地，其漏极通过电阻连接到电源，其漏极和源极之间连接有电容，该第二MOS管Q2的漏极连接到与门21。微分电路可以为RC微分电路，包括电容C1和电阻R1，电容C1的一端作为微分电路的输入端，连接主控制器1的方波信号输出端，电容C1的另一端连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端作为微分电路的输出端连接到MOS管Q1的栅极。当主控制器1输出正常的方波信号到方波检测电路20时，该方波经RC微分电路能在其波形的正半周瞬间导通MOS管Q1，由于MOS管Q1源极处连接有电解电容C2，该电解电容的容量值为3.3uF-470uF，如可以为47uF，该电解电容C2使得正半周导通的能量几乎全部被C2吸收，并在波形的负半周Q1关断时吸收电源Vcc的能量，因此MOS管Q2的栅极无法导通，Q2的漏极输出高电平；当主控制器1无法发出方波信号时，无论其向方波检测电路20输出的是高电平还是低电平都无法令Q1导通，电源Vcc长时间地加在Q2的栅极上，使Q2导通，由于Q2的源极接地，故Q2的漏极输出低电平。Q2的漏极即为方波检测电路20的输出端。

方波检测电路20的输出端和IPM 4的故障信号输出端中只要有一者输出为低电平，经与门21就输出低电平，则表征处于非正常工作状态，需要对IPM进行保护，与门21输出端连接触发器22的输入端，主控制器1的保护清零信号输出端输出保护清零信号到触发器22作为触发器22的清零信号，当***恢复正常时，主控制器1的保护清零信号端输出保护信号到触发器的清零端，清除向主控制器1发出的保护信号。

触发器22可以为本领域技术人员所公知的触发器，例如图1所示的RS触发器，该RS触发器为下降沿有效，即当R端或S端的电平由高到低时，Q端输出电平变化，其真值表如表1所示。与门21输出端连接到RS触发器的S端，主控制器1的保护清零信号输出端连接到R端，RS触发器的Q端经非门连接到主控制器1的保护信号输入端。假设主控制器1的保护信号输入端接收到信号为低电平时认为是保护信号，需要封锁PWM波形的输出来实施对IPM的保护。由此，当正常工作时，R＝1，S＝1，则Q＝0，经非门送入到主控制器1的保护信号输入端的保护信号为1，表明处于正常工作状态；当出现故障时(即方波检测电路20的输出端和IPM 4的故障信号输出端中的任一者为低电平)，S变为0，则Q＝1，经非门送入到主控制器1的保护信号输入端的保护信号为0，通知主控制器1处于异常工作状态，封锁PWM波形的输出来实施对IPM进行保护；当恢复正常工作状态，需要复位时，主控制器1的保护清零信号输出端输出保护清零信号将RS触发器的清零端R置0，使得输出Q＝0，解除对IPM的保护状态。

表1

R	S	Q
			0	0	不稳定
0	1	0
			1	0	1
1	1	保持

IPM 4与主控制器1相连接，接收主控制器1输出的PWM波形，通常，IPM 4包括IGBT、驱动电路及内置保护电路，从主控制器1接收的PWM波形经驱动电路后来驱动IGBT，IPM的内置保护电路具有短路、欠电压、过电流和过热等故障监测功能，用于检测到任一故障时，封锁门极驱动，关断IPM 4，同时IPM 4的故障信号输出端用于输出表征这些异常状态的故障信号，通常为低电平时表征处于异常状态。IPM 4可以采用塞米控(SEMIKRON)公司的产品。可以将IPM 4的故障信号输出端输出的所有故障信号进行逻辑与运算后和方波检测电路20的输出信号一起经由与门21和触发器22向主控制器1输出保护信号，从而完成对IPM 4的保护，另外也可以将IPM 4的故障信号输出端输出的每路故障信号和方波检测电路20的输出信号一起经由与门21和触发器22向主控制器1输出保护信号，这样可以便于显示IPM 4的故障类型。

主控制器1包括CPU和附加电路，CPU输出PWM波形到IPM 4以使IPM 4工作，CPU还输出一路占空比为50％的PWM方波波形到方波检测电路20，如频率为5KHz的方波，用于表征CPU是否正常工作。主控制器1的CPU可以选用本领域技术人员所公知的任何能实现上述功能的微控制器，如选用美国德州仪器(TI)公司的型号为TMS320F2812的数字信号处理器(DSP)，该DSP是TMS320C2000平台下的32位定点DSP芯片，既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能。附加电路可以包括三态收发器，如74HC573。DSP产生的PWM波形可以经由三态收发器再传送到IPM 4。如本领域技术人员所公知，可以通过软件或硬件方式实现保护。软件的实现方式可以为将保护信号输入到主控制器1进行处理，主控制器1确认后再利用中断或软件关断IPM的PWM驱动信号，比如在基于DSP控制的***中，可以将保护信号输入到DSP的功率驱动保护引脚(PDPINT)，该PDPINT为低电平时DSP中断，停止向IPM输出PWM信号。硬件的实现方式可以为将保护信号输入到三态收发器的使能端，当传送到使能端的信号为高电平时，三态收发器的所有输出置为高阻态，封锁向IPM输出的PWM信号，从而关断IPM 4，实现保护。为达到对IPM 4的保护的高可靠性，通常采用软硬件相结合的方式来实现对IPM 4的保护。这样，主控制器1可以有两个保护信号输入端，从第一保护信号输入端输入保护信号可以以软件方式实现对IPM 4的保护，如第一保护信号输入端可以为DSP的PDPINT，从第二保护信号输入端输入保护信号可以以硬件方式实现对IPM 4的保护，如第二保护信号输入端可以为三态收发器的使能端，可以使用两个保护信号输入端中的任一者来实现对IPM 4的保护，优选为同时使用两个保护信号输入端，以软件和硬件相结合的方式实现对IPM 4的保护，此时触发器22的输出端分为两路，一路连接到其中一个保护信号输入端，另一路通过非门连接到另一个保护信号输入端，如图1中触发器Q端连接第二保护信号输入端(即三态收发器的使能端)，Q端经非门后连接到第一保护信号输入端(即DSP的PDPINT)。需要特别说明的是，通常，当从第一保护信号输入端(即DSP的PDPINT)输入的信号为低电平时，封锁PWM波形的输出，实施对IPM 4的保护，而从第二保护信号输入端(即三态收发器的使能端)，输入的信号为高电平时，才封锁PWM波形的输出，实施对IPM4的保护。

此外，如本领域技术人员所公知，由于IPM 4的故障信号的电压等级高于主控制器1的CPU的电压等级，因而IPM 4的故障信号要经由光耦隔离模块2才能输入到CPU，以实现对CPU的电气保护，故本实用新型中IPM 4的故障信号也要经由光耦隔离再经由与门、触发器等输入到CPU。故本实用新型提供的的IPM的保护装置3还包括光耦隔离模块2，光耦隔离模块2的一端连接IPM 4的故障信号输出端，另一端连接与门21的一输入端。

当使用本实用新型提供的IPM的保护装置3时，能够根据IPM 4输出的故障信号和表征CPU工作状况的信号一起来实现对IPM 4的保护，只要IPM故障输出端输出的故障信号和方波检测电路20输出的表征CPU工作状况的信号有一者为低电平，触发器22就输出保护信号到主控制器1，使主控制器1停止向IPM 4输出PWM波形，从而实现对IPM 4的保护。

Claims (8)

1.一种IPM的保护装置，该IPM的保护装置(3)包括主控制器(1)，主控制器(1)具有保护信号输入端，其特征在于，该IPM的保护装置(3)还包括方波检测电路(20)和与门(21)，主控制器(1)还具有方波信号输出端，所述方波信号输出端连接到方波检测电路(20)的输入端，方波检测电路(20)的输出端连接到与门(21)的一输入端，与门(21)的输出端连接到主控制器(1)的保护信号输入端。

2.根据权利要求1所述的IPM的保护装置，其特征在于，该IPM的保护装置(3)还包括触发器(22)，与门(21)的输出端连接触发器(22)的输入端，触发器(22)的输出端连接到主控制器(1)的保护信号输入端，主控制器(1)还具有保护清零信号输出端，所述保护清零信号输出端连接到触发器(22)的清零端。

3.根据权利要求2所述的IPM的保护装置，其特征在于，触发器(22)为RS触发器。

4.根据权利要求2所述的IPM的保护装置，其特征在于，主控制器(1)具有两个保护信号输入端，触发器(22)的输出端分为两路，一路连接到其中一个保护信号输入端，另一路通过非门连接到另一个保护信号输入端。

5、根据权利要求1所述的IPM的保护装置，其特征在于，IPM的保护装置还包括光耦隔离模块(2)，光耦隔离模块(2)的一端连接IPM的故障信号输出端，另一端连接与门的一输入端。

6.根据权利要求1所述的IPM的保护装置，其特征在于，方波检测电路(20)包括微分电路、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2和电解电容C2，主控制器(1)的方波信号输出端连接到微分电路的输入端，微分电路的输出端连接到第一MOS管Q1的栅极，第一MOS管Q1的漏极和源极之间连接有电解电容C2，其源极接地，其栅极通过一电阻连接到其源极，其漏极通过电阻连接到电源，其漏极还通过电阻连接到第二MOS管Q2的栅极，该第二MOS管Q2的源极接地，其漏极通过电阻连接到电源，其漏极和源极之间连接有电容，该第二MOS管Q2的漏极连接到与门(21)。

7.根据权利要求6所述的IPM的保护装置，其特征在于，微分电路包括电容C1和电阻R1，电容C1的一端连接主控制器(1)的方波信号输出端，另一端连接电阻R1的一端，电阻R1的一端连接第一MOS管Q1的栅极。

8.根据权利要求6所述的IPM的保护装置，其特征在于，电解电容C2的容量为3.3uF-470uF。

Images