一種ipm的保護裝置的製作方法

2023-12-11 20:23:47

專利名稱：：一種ipm的保護裝置的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及智能功率模塊(IntelligentPowerModule,即IPM)，更特別地是涉及一種IPM的保護裝置。
背景技術：
：IPM集成了功率開關器件IGBT及其驅動電路，且還具備短路、欠電壓、過電流、過熱等故障檢測功能的內置保護電路，IPM以其體積小、開關速度快、損耗小、功耗低、抗幹擾能力強等優點在電力電子領域得到越來越廣泛的應用，目前IPM是電動汽車動力系統的重要組成部分，其安全性能對於整車運行具有重要作用。由於IPM的內置保護電路不具有保持性，IPM完善的系統保護必須輔助外圍保護電路，將IPM自身的故障信號通過IPM的故障信號輸出端送到主控制器的CPU做中斷處理，主控制器封鎖IPM的控制信號PWM波形的輸出，從而可以方便、有效地保護器件。通常IPM的外圍保護電路只針對IPM的工作狀況進行保護，而不提供針對主控制器的CPU工作狀況的保護，對於主控制器的CPU來說，僅利用其自身攜帶的看門狗進行故障檢測、故障後復位等。然而，在IPM應用於電動汽車等系統時，由於電動汽車上載有多種電源和車身電器，車內的電磁幹擾信號尤為強烈，同時，車用永磁同步電機負載的陡然變化將會引起電流突變，也對車內的主控制器造成較強的影響，嚴重時可能造成電機主控制器的CPU死機甚至導致看門狗失效，使CPU無法正常復位。當CPU無法復位時，現有的IPM的保護電路輸出的保護信號無法有效地引起CPU的響應，從而不能提供正常的對IPM的保護，尤其在CPU出現死機狀況時，向IPM輸出的信號可能恆為高電平，使得IGBT長時間導通，承受過大的導通電流，導致IGBT的損壞。而現有的IPM的保護電路不能提供針對CPU出現死機狀況時的保護。
實用新型內容本實用新型針對現有技術中的IPM的保護裝置不能針對主控制器的CPU的異常狀態提供保護的缺點，提供一種IPM的保護裝置，該裝置能實現針對CPU異常狀態的保護且具有結構簡單、受幹擾程度小的優點。本實用新型提供一種IPM的保護裝置，該IPM的保護裝置包括主控制器，主控制器具有保護信號輸入端，其中，該IPM的保護裝置還包括方波檢測電路和與門，主控制器還具有方波信號輸出端，所述方波信號輸出端連接到方波檢測電路的輸入端，方波檢測電路的輸出端連接到與門的一輸入端，與門的輸出端連接到主控制器的保護信號輸入端。本實用新型提供的一種IPM的保護裝置，由於採用了方波檢測電路，該方波檢測電路能夠根據從主控制器的方波信號輸出端接收的信號來檢測主控制器的CPU是否正常工作，並輸出表徵主控制器的CPU是否正常工作的信號到與門，與門的另一輸入端連接到IPM的保護信號輸入端，與門的輸出端再通過觸發器輸出保護信號到主控制器，這樣在接收到來自IPM的故障信號輸出端的故障信號和檢測到主控制器的CPU異常工作時的任一者時均會輸出保護信號，通知主控制器封鎖PWM波形的輸出，來保護IPM，而現有技術中的IPM的保護裝置中，IPM的故障信號輸出端是直接連接到主控制器的保護信號輸入端，這樣現有技術中的IPM的保護裝置僅能針對IPM的故障信號輸出端輸出的表徵短路、欠電壓、過電流等異常狀態的信號對IPM提供保護，而不能提供對CPU異常狀態的保護，在複雜的車內電磁環境中僅靠CPU自帶的看門狗提供針對CPU異常狀態的保護是不可靠的，而本實用新型提供的IPM的保護裝置能夠在主控制器的CPU自帶的看門狗失效或保護結果不可靠時，依靠其包括的保護模塊中的方波檢測電路仍舊能夠提供對保護裝置中的主控制器的CPU的異常狀態的保護；同時由於方波檢測電路中僅採用簡單的電路元件，相比於由振蕩器和分頻器等組成的看門狗來說，受電磁幹擾的影響小，針對CPU異常狀態的保護更為可靠，這樣就提高了系統的安全性和可靠性。圖1是根據本實用新型的IPM的保護裝置的組成框圖;圖2是根據本實用新型的方波檢測電路的電路具體實施方式如圖1所示，本實用新型提供的IPM的保護裝置包括主控制器1，主控制器1具有保護信號輸入端，其中，該IPM的保護裝置3還包括方波檢測電路20、與門21和觸發器22，主控制器l還具有方波信號輸出端，所述方波信號輸出端連接到方波檢測電路20的輸入端，方波檢測電路20的輸出端和IPM4的故障信號輸出端分別連接到與門21的兩個輸入端，與門21的輸出端連接到主控制器1的保護信號輸入端。所述IPM的保護裝置3還可以包括觸發器22，與門21的輸出端連接觸發器22的輸入端，觸發器22的輸出端連接到主控制器1的保護信號輸入端，主控制器1還具有保護清零信號輸出端，所述保護清零信號輸出端連接到觸發器22的清零端。方波檢測電路20用於確定主控制器1的CPU是否正常工作，根據從主控制器1的方波信號輸出端接收到的信號來輸出表徵主控制器1的CPU是否出現死機狀況的信號。如當該方波檢測電路20從主控制器1接收到正常的方波信號時，可以輸出高電平，反之則輸出低電平，表徵主控制器1的CPU出現死機狀況。該方波檢測電路20可以用本領域技術人員所公知的方式實現。根據一種實施方式，如圖2所示，方波檢測電路20包括微分電路、第-MOS管Ql、第二MOS管Q2和電解電容C2，主控制器1的方波信號輸出端連接到微分電路的輸入端，微分電路的輸出端連接到第一MOS管Ql的柵極，第一M0S管Q1的漏極和源極之間連接有電解電容C2，其源極接地，其柵極通過一電阻連接到其源極，其漏極通過電阻連接到電源，其漏極還通過電阻連接到第二MOS管Q2的柵極，該第二MOS管Q2的源極接地，其漏極通過電阻連接到電源，其漏極和源極之間連接有電容，該第二MOS管Q2的漏極連接到與門21。微分電路可以為RC微分電路，包括電容Cl和電阻R1，電容C1的一端作為微分電路的輸入端，連接主控制器1的方波信號輸出端，電容C1的另一端連接到電阻R1的一端，電阻R1的另一端作為微分電路的輸出端連接到MOS管Ql的柵極。當主控制器1輸出正常的方波信號到方波檢測電路20時，該方波經RC微分電路能在其波形的正半周瞬間導通M0S管Q1，由於MOS管Ql源極處連接有電解電容C2，該電解電容的容量值為3.3uF-470uF，如可以為47uF，該電解電容C2使得正半周導通的能量幾乎全部被C2吸收，並在波形的負半周Ql關斷時吸收電源Vcc的能量，因此MOS管Q2的柵極無法導通，Q2的漏極輸出高電平；當主控制器1無法發出方波信號時，無論其向方波檢測電路20輸出的是高電平還是低電平都無法令Ql導通，電源Vcc長時間地加在Q2的柵極上，使Q2導通，由於Q2的源極接地，故Q2的漏極輸出低電平。Q2的漏極即為方波檢測電路20的輸出端。方波檢測電路20的輸出端和IPM4的故障信號輸出端中只要有一者輸出為低電平，經與門21就輸出低電平，則表徵處於非正常工作狀態，需要對IPM進行保護，與門21輸出端連接觸發器22的輸入端，主控制器1的保護清零信號輸出端輸出保護清零信號到觸發器22作為觸發器22的清零信號，當系統恢復正常時，主控制器1的保護清零信號端輸出保護信號到觸發器的清零端，清除向主控制器l發出的保護信號。觸發器22可以為本領域技術人員所公知的觸發器，例如圖1所示的RS觸發器，該RS觸發器為下降沿有效，即當R端或S端的電平由高到低時，Q端輸出電平變化，其真值表如表1所示。與門21輸出端連接到RS觸發器的S端，主控制器1的保護清零信號輸出端連接到R端，RS觸發器的Q端經非門連接到主控制器1的保護信號輸入端。假設主控制器1的保護信號輸入端接收到信號為低電平時認為是保護信號，需要封鎖PWM波形的輸出來實施對IPM的保護。由此，當正常工作時，R=l，S=l，則Q二0，經非門送入到主控制器1的保護信號輸入端的保護信號為1，表明處於正常工作狀態；當出現故障時(即方波檢測電路20的輸出端和IPM4的故障信號輸出端中的任一者為低電平)，S變為O,貝IJQ二1，經非門送入到主控制器l的保護信號輸入端的保護信號為0，通知主控制器1處於異常工作狀態，封鎖PWM波形的輸出來實施對IPM進行保護；當恢復正常工作狀態，需要復位時，主控制器1的保護清零信號輸出端輸出保護清零信號將RS觸發器的清零端R置O，使得輸出Q二O，解除對IPM的保護狀態。表1tableseeoriginaldocumentpage8IPM4與主控制器1相連接，接收主控制器1輸出的PWM波形，通常，IPM4包括IGBT、驅動電路及內置保護電路，從主控制器1接收的PWM波形經驅動電路後來驅動IGBT，IPM的內置保護電路具有短路、欠電壓、過電流和過熱等故障監測功能，用於檢測到任一故障時，封鎖門極驅動，關斷IPM4，同時IPM4的故障信號輸出端用於輸出表徵這些異常狀態的故障信號，通常為低電平時表徵處於異常狀態。IPM4可以採用塞米控(SEMIKRON)公司的產品。可以將IPM4的故障信號輸出端輸出的所有故障信號進行邏輯與運算後和方波檢測電路20的輸出信號一起經由與門21和觸發器22向主控制器1輸出保護信號，從而完成對IPM4的保護，另外也可以將IPM4的故障信號輸出端輸出的每路故障信號和方波檢測電路20的輸出信號一起經由與門21和觸發器22向主控制器1輸出保護信號，這樣可以便於顯示IPM4的故障類型。主控制器1包括CPU和附加電路，CPU輸出PWM波形到IPM4以使IPM4工作，CPU還輸出一路佔空比為50%的PWM方波波形到方波檢測電路20，如頻率為5KHz的方波，用於表徵CPU是否正常工作。主控制器1的CPU可以選用本領域技術人員所公知的任何能實現上述功能的微控制器，如選用美國德州儀器(TI)公司的型號為TMS320F2812的數位訊號處理器(DSP)，該DSP是TMS320C2000平臺下的32位定點DSP晶片，既具有數位訊號處理能力，又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制功能。附加電路可以包括三態收發器，如74HC573。DSP產生的PWM波形可以經由三態收發器再傳送到IPM4。如本領域技術人員所公知，可以通過軟體或硬體方式實現保護。軟體的實現方式可以為將保護信號輸入到主控制器1進行處理，主控制器1確認後再利用中斷或軟體關斷IPM的PWM驅動信號，比如在基於DSP控制的系統中，可以將保護信號輸入到DSP的功率驅動保護引腳(PDPINT)，該PDPINT為低電平時DSP中斷，停止向IPM輸出PWM信號。硬體的實現方式可以為將保護信號輸入到三態收發器的使能端，當傳送到使能端的信號為高電平時，三態收發器的所有輸出置為高阻態，封鎖向IPM輸出的PWM信號，從而關斷IPM4，實現保護。為達到對IPM4的保護的高可靠性，通常採用軟硬體相結合的方式來實現對IPM4的保護。這樣，主控制器1可以有兩個保護信號輸入端，從第一保護信號輸入端輸入保護信號可以以軟體方式實現對IPM4的保護，如第一保護信號輸入端可以為DSP的PDPINT，從第二保護信號輸入端輸入保護信號可以以硬體方式實現對IPM4的保護，如第二保護信號輸入端可以為三態收發器的使能端，可以使用兩個保護信號輸入端中的任一者來實現對IPM4的保護，優選為同時使用兩個保護信號輸入端，以軟體和硬體相結合的方式實現對IPM4的保護，此時觸發器22的輸出端分為兩路，一路連接到其中一個保護信號輸入端，另一路通過非門連接到另一個保護信號輸入端，如圖1中觸發器Q端連接第二保護信號輸入端(即三態收發器的使能端)，Q端經非門後連接到第一保護信號輸入端(即DSP的PDPINT)。需要特別說明的是，通常，當從第一保護信號輸入端(即DSP的PDPINT)輸入的信號為低電平時，封鎖PWM波形的輸出，實施對IPM4的保護，而從第二保護信號輸入端(即三態收發器的使能端)，輸入的信號為高電平時，才封鎖PWM波形的輸出，實施對IPM4的保護。此外，如本領域技術人員所公知，由於IPM4的故障信號的電壓等級高於主控制器1的CPU的電壓等級，因而IPM4的故障信號要經由光耦隔離模塊2才能輸入到CPU，以實現對CPU的電氣保護，故本實用新型中IPM4的故障信號也要經由光耦隔離再經由與門、觸發器等輸入到CPU。故本實用新型提供的的IPM的保護裝置3還包括光耦隔離模塊2，光耦隔離模塊2的一端連接IPM4的故障信號輸出端，另一端連接與門21的一輸入端。當使用本實用新型提供的IPM的保護裝置3時，能夠根據IPM4輸出的故障信號和表徵CPU工作狀況的信號一起來實現對IPM4的保護，只要IPM故障輸出端輸出的故障信號和方波檢測電路20輸出的表徵CPU工作狀況的信號有一者為低電平，觸發器22就輸出保護信號到主控制器1，使主控制器1停止向IPM4輸出PWM波形，從而實現對IPM4的保護。權利要求1.一種IPM的保護裝置，該IPM的保護裝置(3)包括主控制器(1)，主控制器(1)具有保護信號輸入端，其特徵在於，該IPM的保護裝置(3)還包括方波檢測電路(20)和與門(21)，主控制器(1)還具有方波信號輸出端，所述方波信號輸出端連接到方波檢測電路(20)的輸入端，方波檢測電路(20)的輸出端連接到與門(21)的一輸入端，與門(21)的輸出端連接到主控制器(1)的保護信號輸入端。2.根據權利要求1所述的IPM的保護裝置，其特徵在於，該IPM的保護裝置(3)還包括觸發器(22)，與門(21)的輸出端連接觸發器(22)的輸入端，觸發器(22)的輸出端連接到主控制器(1)的保護信號輸入端，主控制器(1)還具有保護清零信號輸出端，所述保護清零信號輸出端連接到觸發器(22)的清零端。3.根據權利要求2所述的IPM的保護裝置，其特徵在於，觸發器(22)為RS觸發器。4.根據權利要求2所述的IPM的保護裝置，其特徵在於，主控制器(l)具有兩個保護信號輸入端，觸發器(22)的輸出端分為兩路，一路連接到其中一個保護信號輸入端，另一路通過非門連接到另一個保護信號輸入端。5.根據權利要求1所述的IPM的保護裝置，其特徵在於，IPM的保護裝置還包括光耦隔離模塊(2)，光耦隔離模塊(2)的一端連接IPM的故障信號輸出端，另一端連接與門的一輸入端。6.根據權利要求1所述的IPM的保護裝置，其特徵在於，方波檢測電路(20)包括微分電路、第一M0S管Q1、第二MOS管Q2和電解電容C2，主控制器(1)的方波信號輸出端連接到微分電路的輸入端，微分電路的輸出端連接到第一MOS管Ql的柵極，第一MOS管Ql的漏極和源極之間連接有電解電容C2，其源極接地，其柵極通過一電阻連接到其源極，其漏極通過電阻連接到電源，其漏極還通過電阻連接到第二MOS管Q2的柵極，該第二MOS管Q2的源極接地，其漏極通過電阻連接到電源，其漏極和源極之間連接有電容，該第二MOS管Q2的漏極連接到與門(21)。7.根據權利要求6所述的IPM的保護裝置，其特徵在於，微分電路包括電容C1和電阻R1，電容C1的一端連接主控制器(l)的方波信號輸出端，另一端連接電阻Rl的一端，電阻Rl的一端連接第一MOS管Ql的柵極。8.根據權利要求6所述的IPM的保護裝置，其特徵在於，電解電容C2的容量為3.3uF-470uF。專利摘要提供了一種IPM的保護裝置，該IPM的保護裝置包括主控制器，主控制器具有保護信號輸入端，其中，該IPM的保護裝置還包括方波檢測電路、與門和觸發器，主控制器具有方波信號輸出端，所述方波信號輸出端連接到方波檢測電路的輸入端，方波檢測電路的輸出端連接到與門的一輸入端，與門的輸出端連接到主控制器的保護信號輸入端。本實用新型的IPM的保護裝置不僅能實現針對IPM異常狀態時對IPM的保護並且能夠實現針對主控制器的CPU異常狀態下對IPM的保護。文檔編號H03K17/08GK201178403SQ20072030955公開日2009年1月7日申請日期2007年12月27日優先權日2007年12月27日發明者何耀華,偉周,周旭光,飛張,楊廣明,袁海龍,韋世敏申請人:比亞迪股份有限公司