IPM模块电流保护电路以及空调的制作方法

ipm模块电流保护电路以及空调
技术领域
1.本发明涉及空调技术领域，具体地涉及一种ipm模块电流保护电路以及空调。


背景技术：

2.智能功率模块(intelligent power module，简称为ipm模块)是一种先进的功率开关器件，其内部集成有逻辑、控制、检测和保护电路，功能全面的同时运行高效可靠，在电力电子领域尤其是在变频系统中的应用越来越广泛。ipm模块在工作时，需要保证其工作电流稳定，若其工作电流过大则可能会将ipm模块烧坏，因此实际应用中需要设置ipm模块的电流保护电路对ipm模块进行过流保护。
3.如图1所示，现有技术中的ipm模块电流保护电路工作时，首先通过采样电路对ipm模块的工作电流进行采样，然后通过差分比较器将采样电压值v1与参考电压值v2进行比较，将采样电压值v1与参考电压值v2的比较结果即差分比较器的输出值作为过流保护信号，输入到ipm模块的控制引脚cin中。当采样电压值v1大于参考电压值v2，差分比较器的输出信号发生翻转，ipm模块收到过流保护信号，进行电流保护动作，停止驱动负载并向控制模块输出模块保护信号。
4.但是，在图2所示的电路中，ipm模块的过流保护输入动作电压最低值是0.43v(控制引脚cin的触发电压值)，即当输入到ipm模块的控制引脚cin的电压大于0.43v时，ipm模块就会启动保护动作停止驱动负载。其中，差分比较器的输出端是开漏输出，当输出低电平时，输出端存在饱和压降，根据不同的厂家品牌型号具体的饱和压降值不同，一般在0.2-0.7v之间。
5.由于上述饱和压降值非常接近ipm模块的过流保护输入动作电压0.43v，若差分比较器的输出端直接输出到ipm模块的控制引脚cin的低电平电压受电压波动干扰或者元器件本身特性影响，使得输入到的控制引脚cin的电压值大于0.43v时，就会让ipm模块发生误保护的情况。例如，在当ipm正常运行时，差分比较器的输出端连接的电源端vcc容易引入干扰，使分压电阻r
01
上产生干扰电压，当干扰电压尖峰值超过0.43v时，即使得输入到控制引脚cin的电压值大于0.43v，则会导致ipm模块误保护，对电路正常运行产生干扰。


技术实现要素：

6.针对以上问题，本发明提供了一种ipm模块电流保护电路以及空调。本发明提供的ipm模块电流保护电路，能够对ipm模块保护动作的触发信号进行控制，从而有效地避免了ipm模块保护动作的误触发，提高了ipm模块电流保护电路整体的抗干扰能力。
7.本发明的技术方案中，提供了一种ipm模块电流保护电路包括：采样电路，与ipm模块连接，采样检测ipm模块的输出电压；比较电路，比较电路的两个输入端分别与采样电路和参考电压端连接；三极管，三极管的集电极分别连接电源端和ipm模块的控制引脚，三极管的发射极连接接地端，三极管的基极连接比较电路的输出端。
8.根据本发明的技术方案，比较电路将采样电路和参考电压端的电压进行比较，在
ipm模块正常工作时，比较电路输出高电平，三极管饱和导通，ipm模块的控制引脚连接三极管的集电极，即ipm模块的控制引脚的电压被钳位为三极管的集电极的饱和电压，为三极管的饱和电压低于ipm模块的过流保护动作电压，使ipm模块保持正常工作状态；在ipm模块发生过流异常时，比较电路输出低电平，三极管截止，ipm模块的控制引脚的电压不再受三极管钳位限制超过ipm模块的过流保护动作电压，触发ipm模块的过流保护动作，使ipm模块停止驱动负载并向控制模块输出模块保护信号，实现ipm模块的过流保护。同时在电源端有干扰电压输入时，通过饱和状态三级管的钳位作用，ipm模块的控制引脚的电压始终被钳位在三极管的饱和电压值，而不会由于干扰电压产生突变，避免了因干扰电压导致误触发ipm模块保护动作，提高了ipm模块电流保护电路整体的抗干扰能力。
9.优选地，本发明的技术方案中，ipm模块电流保护电路还包括第一分压电阻，连接于电源端与ipm模块的控制引脚之间，与三极管串联；第二分压电阻，连接于ipm模块的控制引脚与接地端之间，与三极管并联；第一电容，连接于ipm模块的控制引脚与接地端之间，与三极管并联。
10.根据本发明的技术方案，第一分压电阻和第二分压电阻串联于电源端和接地端之间，ipm模块的控制引脚连接于第一分压电阻和第二分压电阻之间，在ipm模块发生过流异常，即三极管关断时，ipm模块的控制引脚的电压即为第二分压电阻的分压。因此，可以通过调节第一分压电阻和第二分压电阻的阻值，调节输入到ipm模块的控制引脚的电压电流值，从而对ipm模块进行保护。
11.优选地，本发明的技术方案中，ipm模块电流保护电路中的比较电路为差分比较器，差分比较器的反相输入端与采样电路连接，差分比较器的同相输入端与参考电压端连接，差分比较器的输出端与三极管的基极连接。
12.根据本发明的技术方案，差分比较器将采样电路和参考电压端的电压进行比较，差分比较器的输出端将比较结果输出到三极管的基极，控制三极管的通断。
13.进一步地，本发明的技术方案中，ipm模块电流保护电路中还包括上拉电阻，上拉电阻连接于电源端与差分比较器的输出端之间。
14.根据本发明的技术方案，差分比较器的输出为开漏输出，需要上拉电阻连接电源端以输出高电平。
15.优选地，本发明的技术方案中，ipm模块电流保护电路中的采样电路包括采样电阻，采样电阻的第一端分别与ipm模块和差分比较器的反相输入端连接，采样电阻的第二端分别与差分比较器的同相输入端和接地端连接；第三分压电阻，连接于电源端与差分比较器的同相输入端之间；第四分压电阻，连接于差分比较器的同相输入端与接地端之间，与第三分压电阻串联；第二电容，连接于差分比较器的同相输入端与接地端之间。
16.根据本发明的技术方案，采样电阻的第一端的电压值即为采样电压值，第三分压电阻和第四分压电阻串联于电源端和接地端之间，第三分压电阻和第四分压电阻之间的电位即第四分压电阻的电压值即为参考电压值。
17.优选地，本发明的技术方案中，ipm模块电流保护电路中的采样电路还包括滤波电路，滤波电路包括第一滤波电容，连接于电源端和差分比较器的反相输入端之间；滤波电阻，连接于采样电阻的第一端和差分比较器的反相输入端之间，滤波电路用于消除采样电路的毛刺干扰信号。
18.进一步地，本发明的技术方案中，滤波电路还包括第二滤波电容，连接于差分比较器的反相输入端和差分比较器的同相输入端之间，与采样电阻并联，能够滤除采样电路的干扰信号，进一步提高ipm模块电流保护电路整体的抗干扰能力。
19.本发明的技术方案中，还提供了一种空调，其中包括上述的ipm模块电流保护电路。ipm模块电流保护电路能够在实现ipm模块的过流保护的同时，通过三级管的钳位作用，避免因干扰电压导致误触发ipm模块保护动作，提高ipm模块电流保护电路整体的抗干扰能力。
附图说明
20.图1是现有技术中一种ipm模块电流保护电路的示意图；
21.图2是本发明的实施方式中提供的一种ipm模块电流保护电路的示意图。
22.附图标记说明：1-采样电路，2-比较电路，3-滤波电路，控制引脚cin，第一电容c1，第二电容c2，第一滤波电容c
01
，第二滤波电容c
02
，接地端gnd，三极管q，上拉电阻r0，第一分压电阻r1，第二分压电阻r2，第三分压电阻r3，第四分压电阻r4，滤波分压电阻r5，分压电阻r
01
，采样电阻rs，第一端s1，第二端s2，电源端vcc。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。
24.图2是本发明的实施方式中提供的一种ipm模块电流保护电路的示意图。
25.如图2所示，电路中设置有ipm模块，ipm模块为内部集成有逻辑、控制、检测和保护等诸多电路的功率开关器件，是图2所示电路中的核心元件，具有多个可供外部连接的引脚，能够实现对外部负载的驱动控制。
26.参考图2，在本发明的实施方式中提供了一种ipm模块电流保护电路包括：采样电路1，与ipm模块连接，采样检测ipm模块的输出电压作为采样电压值vc；比较电路2，比较电路2的两个输入端分别与采样电路1和参考电压端连接；三极管q，三极管q的集电极c连接ipm模块的控制引脚cin，并且通过第一分压电阻r1与电源端vcc连接和连接，三极管q的发射极e连接接地端gnd，三极管q的基极b连接比较电路2的输出端；第一分压电阻r1，连接于电源端vcc与ipm模块的控制引脚cin之间，与三极管q串联；第二分压电阻r2，连接于ipm模块的控制引脚cin与接地端gnd之间，与三极管q并联；第一电容c1，连接于ipm模块的控制引脚cin与接地端gnd之间，与三极管q并联。
27.根据本发明提供的ipm模块电流保护电路，比较电路2将采样电路1的采样电压值vc和参考电压端的参考电压值v
ref
进行比较，在ipm模块正常工作时，采样电压值vc小于参考电压值v
ref
，比较电路2的输出端输出高电平信号，即三极管q的基极b的电压为高电平，三极管q饱和导通，电源端vcc和接地端gnd之间形成两条回路。第一条回路为电源端vcc-第一分压电阻r
1-三极管q的集电极c-三极管q的发射极e-接地端gnd；第二条回路为电源端vcc-第一分压电阻r
1-第二分压电阻r
2-接地端gnd。两条回路中，第一分压电阻r1分别与三极管q和
第二分压电阻r2串联，三极管q和第二分压电阻r2相互并联。ipm模块的控制引脚cin连接于第二分压电阻r2和三极管q的集电极c的交点处，ipm模块的控制引脚cin的电压即为第二分压电阻r2的电压值v
r2
，在三极管q饱和导通时，ipm模块的控制引脚cin的电压被钳位为三极管q的集电极c的饱和电压v
ce
，且三极管q的饱和电压v
ce
低于ipm模块的过流保护动作电压，使ipm模块保持正常工作状态。
28.其中，电源端vcc的电压值可以采用15v，三极管q处于饱和状态时的饱和电压v
ce
为0.2v，ipm模块的过流保护动作电压为0.43v，ipm模块的控制引脚cin的电压大于过流保护动作电压0.43v时，ipm模块启动过流保护动作；ipm模块的控制引脚cin的电压小于过流保护动作电压0.43v时，ipm模块正常工作。因此，通过三极管q的饱和状态将ipm模块的控制引脚cin的电压钳位在0.2v，能够使ipm模块一直保持在正常工作状态。
29.在ipm模块发生过流异常时，采样电压值vc升高至大于参考电压值v
ref
，比较电路2的输出端信号反转输出低电平信号，即三极管q的基极b的电压为低电平，三极管q截止，上述两条回路中的第一条回路发生断路，第二条回路即电源端vcc-第一分压电阻r
1-第二分压电阻r
2-接地端gnd的回路仍导通，此时ipm模块的控制引脚cin的电压不再受三极管q钳位限制，ipm模块的控制引脚cin连接于第二分压电阻r2和第一分压电阻r1之间，第一分压电阻r1和第二分压电阻r2串联分压，ipm模块的控制引脚cin的电压即为第二分压电阻r2的电压值v
r2
。通过设置调节第一分压电阻r1和第二分压电阻r2的阻值，即可调节输入到ipm模块的控制引脚cin的电压值，从而触发对ipm模块进行电流保护动作，使ipm模块停止驱动负载并向控制模块输出模块保护信号，实现ipm模块的过流保护。
30.具体地，差分比较器的输出是开漏输出，当输出低电平时，差分比较器的输出端的饱和压降0.2-0.7v，即三极管q的基极b的电压为低电平电压为0.2-0.7v。
31.再则，在ipm模块正常工作时，若电源端vcc有尖峰干扰电压输入，电流依次流经电源端vcc、第一分压电阻r1后，三极管q与第二分压电阻r2并联，干扰电流则会流入阻抗最小的路径即为三极管q的ce极，第二分压电阻r2的电压值v
r2
始终被钳位在0.2v左右，而不会由于干扰电压产生突变，避免了因干扰电压导致误触发ipm模块保护动作，三极管q的ce极相当于提供了有源降噪路径，从而有效地加强了电路的抗干扰能力。
32.值得一提的是，电源端vcc的电压值、三极管q处于饱和状态时的饱和电压v
ce
以及ipm模块的过流保护动作电压均属于三极管q和ipm模块的自身电气属性，会因电气元件的不同的厂家品牌型号有不同的数值，在此不作限制。实际应用中，只要能够保证三极管q处于饱和状态时的饱和电压v
ce
小于ipm模块的过流保护动作电压即可。
33.优选地，在本发明的实施方式中，ipm模块电流保护电路中的比较电路2为差分比较器，差分比较器的反相输入端与采样电路1连接，差分比较器的同相输入端与参考电压端连接，差分比较器的输出端与三极管q的基极b连接。
34.差分比较器将采样电路1的采样电压值vc和参考电压端的参考电压值v
ref
进行比较，反相输入端的采样电压值vc小于同相输入端的参考电压值v
ref
，差分比较器的输出端输出高电平信号，反相输入端的采样电压值vc大于同相输入端的参考电压值v
ref
，差分比较器的输出端输出低电平信号，差分比较器的输出端将比较结果信号输出到三极管q的基极b，控制三极管q的通断。
35.进一步地，在本发明的实施方式中，ipm模块电流保护电路中还包括上拉电阻r0，
上拉电阻r0连接于电源端vcc与差分比较器的输出端之间。差分比较器的输出端为开漏输出，控制输出低电平时输出端接地，控制输出高电平是输出端为高阻态，外接上拉电阻r0，以在输出高电平时将差分比较器的输出端电压拉到上拉电阻r0所连接的电源端vcc电压。
36.优选地，在本发明的实施方式中，ipm模块电流保护电路中的采样电路1包括采样电阻rs，采样电阻rs的第一端s1别与ipm模块和差分比较器的反相输入端连接，采样电阻的第二端s2别与差分比较器的同相输入端和接地端gnd连接；第三分压电阻r3，连接于电源端vcc与差分比较器的同相输入端之间；第四分压电阻r4，连接于差分比较器的同相输入端与接地端gnd之间，与第三分压电阻r3串联；第二电容c2，连接于差分比较器的同相输入端与接地端gnd之间。
37.根据本发明的技术方案，采样电阻rs的第一端s1的电压值即为采样电压值vc，第三分压电阻r3和第四分压电阻r4串联于电源端vcc和接地端gnd之间，第三分压电阻r3和第四分压电阻r4之间的电位即第四分压电阻r4的电压值v
r4
即为参考电压值v
ref
。
38.值得一提的是，在实际应用中，参考电压值v
ref
可由其他元件或单独的参考电路提供，在此不作限制。
39.优选地，在本发明的实施方式中，ipm模块电流保护电路中的采样电路1还包括滤波电路3，滤波电路3包括第一滤波电容c
01
，连接于电源端vcc和差分比较器的反相输入端之间；滤波电阻r5，连接于采样电阻rs的第一端s1和差分比较器的反相输入端之间，滤波电路3用于消除采样电路1中的毛刺干扰信号。
40.进一步地，在本发明的实施方式中，滤波电路3还包括第二滤波电容c
02
，连接于差分比较器的反相输入端和差分比较器的同相输入端之间，与采样电阻rs并联，能够滤除采样电路1的干扰信号，进一步提高ipm模块电流保护电路整体的抗干扰能力。
41.在本发明的实施方式中，还提供了一种空调，其中包括上述的ipm模块电流保护电路。ipm模块电流保护电路能够在实现ipm模块的过流保护的同时，通过三级管的钳位作用，避免因干扰电压导致误触发ipm模块保护动作，提高ipm模块电流保护电路整体的抗干扰能力。
42.至此，已经结合附图描述了本发明的技术方案。但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于上述具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围。