專利名稱：智能功率模塊ipm的保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及電子元器件的連接電路，特別涉 及一種智能功率模塊IPM的保護電路。
背景技術(shù)：
智能功率模塊IPM由高速、低損耗的IGBT模塊和優(yōu)選的門級驅(qū)動及保護電 路構(gòu)成，集邏輯控制、功率放大和檢測保護電路于一體。不僅使用起來方便、 減小了系統(tǒng)的體積、縮短了開發(fā)時間，也大大增強了系統(tǒng)的可靠性，適應(yīng)了^ 今功率器件的發(fā)展方向——模塊化、復(fù)合化的功率集成電路PIC。目前在變頻 調(diào)速、運動控制、開關(guān)電源等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。IPM自身帶有諸 如短路、過熱、欠壓等檢測保護功能，它可以在發(fā)生任一故障時，封鎖門極驅(qū) 動并輸出故障信號。但是某些IPM自身不能對故障信號進行鎖存，即IPM自身 的保護是非持續(xù)性的，它會在持續(xù)一定時間后重新開放門極驅(qū)動。如果故障持 續(xù)時間U結(jié)束后故障源仍舊沒有排除，IPM就會重復(fù)自動保護的過程，并如此 反復(fù)動作。由于短路、過熱保護動作屬于非常惡劣的運行狀況，對IPM模塊的 使用壽命有不利影響，應(yīng)避免其反復(fù)動作。可見，要使IPM真正安全、可靠運 行，需要對它輔助外圍保護電路。現(xiàn)有對智能功率模塊IPM的保護方式一般采 用計數(shù)器作為IPM模塊的外圍保護電路，該電路的不足在于對偶爾的一、兩 次故障信號也進行累計，這樣會造成計數(shù)器所鎖存的信號有可能并不是連續(xù)的 故障信號，而是對運行過程中偶爾出現(xiàn)的非連續(xù)的故障信號長時間累計的結(jié)果，
這將影響到IPM的正常運行。 本
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于針對某些智能功率模塊IPM對自身故障信號不具有 鎖存功能的缺陷及現(xiàn)有IPM外圍保護技術(shù)的不足，提出一種新的IPM的外圍保 護電路，實現(xiàn)對IPM的可靠保護，提高電路的可靠性。本實用新型采用基本RS 觸發(fā)器鎖存IPM的故障信號，并用基本RS觸發(fā)器的輸出封鎖IPM門極驅(qū)動信號 為IPM提供硬件保護，其技術(shù)實現(xiàn)方案是所述的保護電路包括光電隔離電路、 與門邏輯電路、四與非門集成電路、基本RS觸發(fā)器的防競爭電路、延時及抗千 擾電路、帶輸出使能控制端的接口電路。所述光電隔離電路、與門邏輯電路、 四與非門集成電路、帶輸出使能控制端的接口電路依次連接，延時及抗干擾電 路和與門邏輯電路連接，基本RS觸發(fā)器的防競爭電路和四與非門集成電路連 接。IPM故障信號首先經(jīng)過光電隔離電路隔離，之后送給與門邏輯電路相與， 相與后的輸出送給四與非門集成電路鎖存；其次將鎖存信號輸出給帶輸出使能 控制端的接口電路，以封鎖IPM的門極驅(qū)動信號，實現(xiàn)對IPM的保護。
所述與門邏輯電路包括理論與門邏輯電路和篏位電路，所述理論與門邏輯 電路由上拉電阻R1和多個并接的二極管組成，二極管的數(shù)目與需要鎖存的故障 信號的數(shù)目相同；所述篏位電路由一個下拉二極管和下拉電阻R2組成，篏位電 路和理論與門邏輯電路的輸出0utl相連接。
所述延時及抗干擾電路由RC電路組成，此RC電路中的電阻和與門邏輯電 路的下拉電阻R2為同一個電阻，該電路用于防止上電瞬間或偶爾幾次的IPM故 障信號觸發(fā)RS觸發(fā)器。
所述四與非門集成電路中的兩個與非門NAND1、 NAND2構(gòu)成本發(fā)明的基本RS觸發(fā)器，所述基本RS觸發(fā)器輸入端1A與篏位電路的輸出Out2連接，輸入 端2B和基本RS觸發(fā)器的防競爭電路連接，輸出端1Y和帶輸出使能控制端的接 口電路連接。
所述基本RS觸發(fā)器的防競爭電路由RC延時電路組成。
本實用新型的特點是采用帶有防競爭電路的基本RS觸發(fā)器鎖存IPM的故 障信號并用基本RS觸發(fā)器的輸出封鎖IPM門極驅(qū)動信號，為IPM提供硬件保護。 當(dāng)IPM連續(xù)多次輸出故障信號以致延時及抗干擾電路中的電容充分充電，將與 門邏輯電路的輸出拉到邏輯O的電平范圍之內(nèi)時，基本RS觸發(fā)器對故障信號進 行鎖存，進而封鎖IPM的門極驅(qū)動信號，停止IPM的工作，達(dá)到對IPM保護的 目的，提高電路的可靠性。
本實用新型的延時及抗干擾電路對偶爾幾次的故障信號不進行鎖存，對間 隔很長時間的故障信號不具有記憶功能，克服了采用計數(shù)器累計故障信號次數(shù) 以控制門極驅(qū)動信號方法的弊端；電路采用基本RS觸發(fā)器鎖存故障信兮，適用 于不含計數(shù)器的電路系統(tǒng)中；所采用與門邏輯電路結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，容易 實現(xiàn)擴展，以用于對其它外圍檢測保護電路的輸出信號進行鎖存。

圖1是本實用新型實施例的電路方框圖。 圖2是本實用新型實施例的電路原理圖。
圖3是本實用新型實施例的帶有防競爭電路的基本RS觸發(fā)器的原理圖。 具體實施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型采用帶有防競爭電路的基本RS觸發(fā)器鎖存IPM的故障信號并用 基本RS觸發(fā)器的輸出封鎖IPM門極驅(qū)動信號，為IPM提供硬件保護。 根據(jù)圖1、圖2所示，智能功率模塊IPM的保護電路包括光電隔離電路1、
與門邏輯電路2、四與非門集成電路3、基本RS觸發(fā)器的防競爭電路4、延時 及抗干擾電路5、帶輸出使能控制端的接口電路6。所述四與非門集成電路3即 集成電路U1的型號為SN74HC132;所述帶輸出使能控制端的接口電路6中的集 成電路U2的型號為SN74HC573。所述光電隔離電路1由光電耦合器構(gòu)成，圖2 中省略線表示標(biāo)號U—F0、 V—F0、 W一F0前光電耦合器的連接方式可參見標(biāo)號N—FO 前光電耦合器的連接方式。所述與門邏輯電路2包括理論與門邏輯電路和篏位 電路。所述理論與門邏輯電路由上拉電阻R1和多個并接的二極管組成，二極管 的數(shù)目與需要鎖存的故障信號數(shù)目相同，本實用新型的實施例應(yīng)用了四個二極 管即Dl、 D2、 D3、 D4。所述篏位電路由一個下拉二極管D5和下拉電阻R2組成， 篏位電路和理論與門邏輯電路的輸出Outl連接。所述延時及抗干擾電路5由 RC電路組成，此RC電路中的電容為C1，電阻和與門邏輯電路的下拉電阻R2為 同一個電阻。
如圖2所示，光電耦合器的1腳接到IPM故障信號對應(yīng)橋臂的驅(qū)動電源正 極，相應(yīng)的IPM故障信號從光電耦合器的光電二極管的電流流出端3腳輸入， 經(jīng)過光電隔離后的輸出信號送給與門邏輯電路2的輸入端，即各二極管D1、 D2、 D3、 D4的電流輸出端。相與后的輸出即為各二極管正向輸入端Outl處的信號， 該輸出經(jīng)下拉二極管D5后，送給四與非門集成電路3進行鎖存，鎖存后的輸出 送給帶輸出使能控制端的接口電路6，以封鎖IPM的門極驅(qū)動信號，實現(xiàn)對IPM 的保護。
在實施例中，由于二極管和光電耦合器的光敏元件串在一起的電壓降大約 為l.OV，這就使得理論與門邏輯電路的輸出，即上拉電阻R1和二極管的交點Outl處的電壓接近甚至超出CMOS低電平所允許的最高電壓。為了解決這一問 題，本實用新型在與門邏輯電路2中采用了篏位電路在理論與門邏輯電路的
輸出即各二極管的正向輸入端0utl處連接一個下拉二極管D5和一個下拉電阻 R2。當(dāng)與門的輸入懸空或全是高電平時，與門邏輯電路2的輸出0ut2處的電Jt( 依靠電阻R1、 二極管D5和電阻R2的串聯(lián)分壓得到。為確保與門邏輯電路2的 輸出0ut2處的高電平高于CMOS高電平所允許的最低電壓，電阻Rl和R2的阻 值應(yīng)滿足一定的比例關(guān)系，本例中電阻R1的阻值取為500Q， R2為10KQ，這 樣與門邏輯電路2的輸出Out2處的高電平在3. 9V以上；當(dāng)與門的輸入為低電 平時，上拉電阻Rl和二極管的交點0utl處的電壓大約在1.0V，經(jīng)過二極管D5 后，由電阻R2下拉，這樣0ut2處的電壓就會被篏位在0.3V以下，完全滿足 CMOS低電平所允許的電壓范圍。這就使得與門邏輯電路2的輸出電壓完全在 CMOS高低電平允許的電壓范圍之內(nèi)，且留有一定余量。所述延時及抗干擾電路 5利用電容C1的充電時間，濾掉上電瞬間及偶爾的一兩次故障信號，以確保偶 爾的一兩次故障信號不被觸發(fā)器鎖存，可以根據(jù)所需的濾波時間常數(shù)選擇電容 Cl的參數(shù)；另外，在正常工作情況下，電阻R2、電容Cl組成的延時及抗干擾 電路5可以釋放掉偶爾一兩次故障持續(xù)期間對電容Cl的充電量，起到了不累計 偶爾的一兩次故障信號的作用。
根據(jù)圖3，結(jié)合圖2所示，所述四與非門集成電路3中的兩個2輸入與非門 N認(rèn)D1、 NAND2構(gòu)成本發(fā)明的基本RS觸發(fā)器，所述基本RS觸發(fā)器輸入端1A即 四與非門集成電路3的1腳與篏位電路的輸出0ut2處連接，輸入端2B即四與 非門集成電路3的5腳和基本RS觸發(fā)器的防競爭電路4連接。
所述基本RS觸發(fā)器的實現(xiàn)原理如圖3所示。為了實現(xiàn)對輸入端1A上低電
平有效的故障信號進行有效的鎖存，并防止在正常工作情況下，基本RS觸發(fā)器
的兩個輸入端1A、 2B上同一時刻出現(xiàn)高電平而發(fā)生競爭的現(xiàn)象，本發(fā)明在與非 門NAND2的輸入端2B上連接了電阻R3和電容C2組成的RC延時電路，即基本 RS觸發(fā)器的防競爭電路4。在上電瞬間，與非門NAND2的輸入端2B為低電平， 使得與非門NAND2的輸出端2Y為高；此時與非門NAND1的輸入端1A的電平為 與門邏輯電路2輸出的高電平，那么與非門N認(rèn)D1的輸出端1Y就為低電平，將 與非門NAND2的輸入端2A拉低，等待防競爭電路4即RC延時電路完成充電后， N認(rèn)D2的輸入端2B的高電平不能再影響整個觸發(fā)器的狀態(tài)，直到與非門NAND1 的輸入端1A上出現(xiàn)低電平時，才發(fā)生整個觸發(fā)器狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)過程并鎖存。基本 RS觸發(fā)器的輸出端1Y，即四與非門集成電路3的3腳的輸出連接到所述帶輸出 使能控制端的接口電路6中U2的使能控制端1腳，并經(jīng)過電阻R4上拉至5V， 用于在IPM連續(xù)多次輸出故障信號并被RS觸發(fā)器鎖存時，關(guān)閉接口電路6中 U2的輸出使能，封鎖IPM的門極驅(qū)動信號，停止IPM工作，實現(xiàn)對IPM的保 護。所述帶輸出使能控制端的接口電路6中U2的11腳接有上拉電阻R5，即U2
自身不對輸入信號進行鎖存，信號的傳輸完全由使能控制端1腳控制。
需要指出的是，相關(guān)人員對本實用新型做出的任何不涉及基本元件連接方 式的改變或部件功能的替換也屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種智能功率模塊IPM的保護電路，其特征在于該電路包括光電隔離電路(1)、與門邏輯電路(2)、四與非門集成電路(3)、基本RS觸發(fā)器的防競爭電路(4)、延時及抗干擾電路(5)、帶輸出使能控制端的接口電路(6)；所述光電隔離電路(1)、與門邏輯電路(2)、四與非門集成電路(3)、帶輸出使能控制端的接口電路(6)依次連接；延時及抗干擾電路(5)和與門邏輯電路(2)連接；基本RS觸發(fā)器的防競爭電路(4)和四與非門集成電路(3)連接；智能功率模塊IPM的各路故障信號經(jīng)過光電隔離電路(1)分別隔離，隔離后的所有輸出送給與門邏輯電路(2)相與，相與后的輸出送給四與非門集成電路(3)鎖存，再將鎖存信號送給帶輸出使能控制端的接口電路(6)封鎖智能功率模塊IPM的門極驅(qū)動信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊IPM的保護電路，其特征在于所 述與門邏輯電路(2)包括理論與門邏輯電路和篏位電路，所述理論與門邏輯電 路由上拉電阻R1和多個并接的二極管組成，二極管的數(shù)目與需要鎖存的故障信 號的數(shù)目相同；所述篏位電路由下拉電阻R2和一個下拉二極管組成，篏位電路 和理論與門邏輯電路的輸出0utl相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能功率模塊IPM的保護電路，其特征在于: 所述延時及抗干擾電路(5)由RC電路組成，此RC電路和與門邏輯電路(2) 共用下拉電阻R2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能功率模塊IPM的保護電路，其特征在于: 所述四與非門集成電路(3)中的兩個與非門NAND1、 NAND2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，所述基本RS觸發(fā)器的輸入端(1A)與篏位電路的輸出Out2連接；輸入端(2B) 與基本RS觸發(fā)器的防競爭電路(4)連接；輸出端(1Y)與帶輸出使能控制端 的接口電路(6)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊IPM的保護電路，其特征在于所 述基本RS觸發(fā)器的防競爭電路(4)由RC延時電路組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能功率模塊IPM的保護電路，其特征在于所 述與門邏輯電路(2)的上拉電阻R1的阻值取為500Q，下拉電阻R2的阻值取 為IOKQ。
專利摘要本實用新型提出了一種智能功率模塊IPM的保護電路，是針對某些IPM對自身故障信號不具有鎖存功能的缺陷，提出的一種外圍保護電路。其技術(shù)方案包括光電隔離電路、與門邏輯電路、四與非門集成電路、基本RS觸發(fā)器的防競爭電路、延時及抗干擾電路、帶輸出使能控制端的接口電路。該電路首先將IPM的所有故障信號經(jīng)光電隔離后相與，相與后的輸出信號由基本RS觸發(fā)器鎖存；其次將基本RS觸發(fā)器的輸出信號送給帶輸出使能控制端的接口電路以控制IPM的門極驅(qū)動信號，實現(xiàn)對IPM的可靠保護。本實用新型所采用的電路結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，容易實現(xiàn)擴展，以用于對其它外圍檢測保護電路的輸出信號進行鎖存。
文檔編號H02H7/20GK201061130SQ20072003206
公開日2008年5月14日 申請日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月19日
發(fā)明者劉世挺, 周勇軍, 曹富祿 申請人:中國兵器工業(yè)第二0六研究所