一种用于功率模块的过温保护电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于功率模块的过温保护电路，其包括：检测模块，用于检测功率模块的温度以生成检测信号；输出响应模块，输出响应模块与检测模块相连，包括第一NMOS管和齐纳二极管且之间具有第一节点，第一节点的电压根据检测信号产生变化，输出响应模块根据第一节点的电压输出控制信号；正反馈热迟滞模块，正反馈热迟滞模块分别与输出响应模块和检测模块相连，用于根据控制信号调节检测信号以实现热迟滞；保护模块，保护模块与输出响应模块相连，用于根据控制信号控制功率模块停止工作以实现对功率模块的保护。该用于功率模块的过温保护电路能够准确检测功率模块的温度，并具有热迟滞功能，可以有效防止热振荡现象的发生。
【专利说明】一种用于功率模块的过温保护电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及过温保护电路【技术领域】，特别涉及一种用于功率模块的过温保护电路。
【背景技术】
[0002]智能功率模块是一种将功率半导体器件、栅极驱动电路及保护电路等集成在一起的先进的混合集成电路，广泛应用于变频家电、逆变电源及工业电气自动化等各个领域。智能功率模块属于大功率半导体器件，工作时会产生较高的温度，因此，在其内部一般都含有过温保护电路，以实现对模块内部的温度进行实时监控，当温度超标时启动过温保护电路，达到保护智能功率模块的目的。
[0003]现有技术中应用于智能功率模块的传统的过温保护电路如图1所示。传统的过温保护电路包括PNP三极管Q1’、正温度系数热敏电阻R1’、电容Cl’、电阻R2’和电阻R3’。其中，正温度系数热敏电阻R1’的一端连接供电电源的正端VCC，另一端连接PNP三极管Q1’的基极；电容Cl’与正温度系数热敏电阻R1’并联；电阻R2’的一端连接PNP三极管Q1’的基极，另一端连接供电电源的负端GND ;电阻R3’的一端连接PNP三极管Q1’的集电极，另一端作为该过温保护电路的输出端0UT，连接其他外部电路。
[0004]如图1所示，传统的过温保护电路工作原理如下:
[0005](I)正常工作时，智能功率模块的温度比较低，正温度系数热敏电阻R1’的阻值较小，PNP三极管Q1’的发射极-基极未达到正向偏置条件，因此，PNP三极管Q1’截止，过温保护电路输出端OUT的电压Vot为低电平，表示智能功率模块温度正常。
[0006](2)当智能功率模块的温度升高时，正温度系数热敏电阻R1’的阻值随之变大，当温度上升至某一温度点Thigh时，PNP三极管Q1’的发射极-基极之间的电压Veb远大于其导通电压，PNP三极管Q1’饱和导通，Q1’集电极-发射极之间的压降很小，过温保护电路输出端OUT的电压Votit变为高电平，表示智能功率模块温度异常。
[0007]现有的技术的缺点在于，在过温保护阈值点处必须使得PNP三极管Ql’工作在饱和区，这就要求正温度系数热敏电阻R1’必须在过温保护阈值点处具有突变的电阻值拐点。但是，热敏电阻在生产的过程中存在偏差，电阻值拐点具有很大的离散性，这将可能导致PNP三极管Q1’在过温保护阈值点处工作在放大区，导致过温保护阈值点出现较大误差。因此，传统的过温保护电路难以准确地检测智能功率模块的温度。
[0008]而且，当智能功率模块的温度大于过温保护阈值后，过温保护电路输出端OUT的电压Vtot变为高电平，该电压信号输入给相应的电路控制智能功率模块暂停工作、减小发热量，随之，智能功率模块的温度开始下降。但是，随着智能功率模块温度的下降，PNP三极管Q1’又会截止，Vtot重新变为低电平，此时智能功率模块又开始正常工作，致使智能功率模块的温度再次上升，如此反复，使得智能功率模块在过温保护阈值点附近发生热振荡，这种热振荡对智能功率模块的正常工作及可靠性都有很大影响。
【发明内容】
[0009]本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
[0010]为此，本发明的目的在于提出一种用于功率模块的过温保护电路，该用于功率模块的过温保护电路能够准确检测功率模块的温度，并具有热迟滞功能，可以有效防止热振荡现象的发生。
[0011]为达到上述目的，本发明的实施例提出的一种用于功率模块的过温保护电路，包括:检测模块，用于检测所述功率模块的温度以生成检测信号；输出响应模块，所述输出响应模块与所述检测模块相连，所述输出响应模块包括第一 NMOS管和齐纳二极管,所述第一NMOS管的漏极与所述齐纳二极管的阴极相连且之间具有第一节点，所述第一节点的电压根据所述检测信号产生变化，所述输出响应模块根据所述第一节点的电压输出控制信号；正反馈热迟滞模块，所述正反馈热迟滞模块分别与所述输出响应模块的输出端和所述检测模块相连，用于根据所述控制信号调节所述检测信号以实现热迟滞；以及保护模块，所述保护模块与所述输出响应模块的输出端相连，用于根据所述控制信号控制所述功率模块停止工作以实现对所述功率模块的保护。
[0012]根据本发明实施例的用于功率模块的过温保护电路，其电路结构简单、可靠性高，在不增加电路复杂度的情况下，可准确地检测功率模块的温度，且该过温保护电路还具有热迟滞功能，可有效防止热振荡现象的发生。
[0013]在本发明的一个实施例中，当所述功率模块的温度小于等于第一温度阈值时，所述第一 NMOS管导通以使所述第一节点的电压小于第一电压阈值，所述输出响应模块输出低电平控制信号。
[0014]进一步地，当所述功率模块的温度大于所述第一温度阈值时，所述第一 NMOS管截止以使所述第一节点的电压大于第一电压阈值，所述输出响应模块输出高电平控制信号。
[0015]并且，所述保护模块根据所述高电平控制信号控制所述功率模块停止工作。
[0016]具体地，在本发明的一个实施例中，所述输出响应模块还包括:第二电阻，所述第二电阻的一端与电源相连，所述第二电阻的另一端与所述第一节点相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第一节点相连，所述第一电容的另一端分别与所述第一 NMOS管的源极和地相连；三极管，所述三极管的基极与所述齐纳二极管的阳极相连，所述三极管的集电极与所述电源相连，所述三极管的发射极作为所述输出响应模块的输出端；第三电阻，所述第三电阻的一端所述三极管的发射极相连，所述第三电阻的另一端接地。
[0017]所述检测模块包括:相互串联的第一电阻和负温度系数热敏电阻，所述第一电阻的一端与电源相连，所述负温度系数热敏电阻的一端接地，所述第一电阻和负温度系数热敏电阻之间具有第二节点。
[0018]并且，所述正反馈热迟滞模块包括:第四电阻，所述第四电阻的一端分别与所述第二节点和所述第一 NMOS管的栅极相连；第二 NMOS管，所述第二 NMOS管的漏极与所述第四电阻的另一端相连，所述第二 NMOS管的栅极与所述输出响应模块的输出端相连，所述第二NMOS管的源极接地。
[0019]在本发明的实施例中，该用于功率模块的过温保护电路采用电阻、电容、三极管、MOS管等简单的元器件，节省了成本，并且可靠性还高。
[0020]在本发明的一个示例中，所述第一温度阈值为100°C ?110°C，所述第一电压阈值为所述齐纳二极管的击穿电压和所述三极管的发射结开启电压之和。其中，所述齐纳二极管的击穿电压可以为7V。
[0021]本发明附加的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。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0023]图1为现有技术中应用于智能功率模块的传统的过温保护电路的电路图；
[0024]图2为根据本发明的实施例的用于功率模块的过温保护电路的原理方框图；
[0025]图3为根据本发明一个实施例的用于功率模块的过温保护电路的电路原理图；以及
[0026]图4为根据本发明一个实施例的用于功率模块的过温保护电路中热迟滞回路温度曲线图。
[0027]附图标记:
[0028]PNP三极管Q1’、正温度系数热敏电阻R1’、电容Cl’、电阻R2’和电阻R3’，检测模块10、输出响应模块20、正反馈热迟滞模块30和保护模块40，第一 NMOS管丽I和齐纳二极管D1，第一节点A，第二电阻R2、第一电容Cl、三极管Ql和第三电阻R3，第一电阻Rl和负温度系数热敏电阻Rx，第二节点B，第四电阻R4和第二 NMOS管丽2。
【具体实施方式】
[0029]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号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例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0030]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，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，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。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例和/或设置之间的关系。此夕卜，本发明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可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0031]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
[0032]参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0033]下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种用于功率模块的过温保护电路。
[0034]如图2所示，该用于功率模块的过温保护电路包括检测模块10、输出响应模块20、正反馈热迟滞模块30和保护模块40。
[0035]其中，检测模块10用于检测功率模块的温度以生成检测信号。输出响应模块20与检测模块10相连，并且输出响应模块20包括第一 NMOS(N-Mental-Oxide-Semiconductor,N型金属-氧化物-半导体)管MNl和齐纳二极管D1，第一 NMOS管MNl的漏极与齐纳二极管Dl的阴极相连且第一 NMOS管MNl与齐纳二极管Dl之间具有第一节点A，第一节点A的电压根据检测模块10生成的检测信号产生变化，输出响应模块20根据第一节点A的电压输出控制信号。
[0036]在本发明的实施例中，如图2所示，正反馈热迟滞模块30分别与输出响应模块20的输出端OUT和检测模块10相连，用于根据控制信号调节检测信号以实现热迟滞，有效地防止热振荡现象的发生。保护模块40与输出响应模块20的输出端OUT相连，用于根据控制信号控制功率模块停止工作以实现对功率模块的保护。
[0037]进一步地，在本发明的一个实施例中，当功率模块的温度小于等于第一温度阈值时，第一 NMOS管丽I导通以使第一节点A的电压小于第一电压阈值，输出响应模块20输出低电平控制信号，表不功率模块温度正常。当功率模块的温度大于第一温度阈值时，第一NMOS管丽I截止以使第一节点A的电压大于第一电压阈值，输出响应模块20输出高电平控制信号，表示功率模块的温度异常。保护模块40根据高电平控制信号控制功率模块停止工作以使功率模块的温度下降，从而实现对功率模块的保护。
[0038]具体地，在本发明的一个实施例中，如图3所示，输出响应模块20还包括第二电阻R2、第一电容Cl、三极管Ql和第三电阻R3。其中，第二电阻R2的一端与电源VCC相连，第二电阻R2的另一端与第一节点A相连。第一电容Cl的一端与第一节点A相连,第一电容Cl的另一端分别与第一 NMOS管丽I的源极和地GND相连。三极管Ql的基极与齐纳二极管Dl的阳极相连，三极管Ql的集电极与电源VCC相连，三极管Ql的发射极作为输出响应模块20的输出端OUT。第三电阻R3的一端三极管Ql的发射极相连，第三电阻R3的另一端接地。三极管Ql为NPN三极管。
[0039]在本发明的实施例中，如图3所示，检测模块10具体包括第一电阻Rl和负温度系数热敏电阻Rx。其中，第一电阻Rl和负温度系数热敏电阻Rx相互串联连接，第一电阻Rl的一端与电源VCC相连，负温度系数热敏电阻Rx的一端接地，并且第一电阻Rl和负温度系数热敏电阻Rx之间具有第二节点B，第二节点B作为检测模块10的输出端。
[0040]如图3所示，正反馈热迟滞模块30具体包括第四电阻R4和第二 NMOS管丽2。其中，第四电阻R4的一端分别与第二节点B和第一 NMOS管丽I的栅极相连，第二 NMOS管丽2的漏极与第四电阻R4的另一端相连，第二 NMOS管MN2的栅极与输出响应模块20的输出端OUT相连，第二 NMOS管MN2的源极接地。
[0041]所以说，本发明的实施例提出的用于功率模块的过温保护电路采用电阻、电容、三极管、MOS管等简单的元器件，节省了成本，并且可靠性还高。
[0042]在本发明的实施例中，上述用于功率模块的过温保护电路的工作原理如下:
[0043](I)当功率模块工作在正常温度时，负温度系数热敏电阻Rx的阻值较高，检测模块10的输出端即第二节点B的电压Vb为:
【权利要求】
1.一种用于功率模块的过温保护电路，其特征在于，包括: 检测模块，用于检测所述功率模块的温度以生成检测信号； 输出响应模块，所述输出响应模块与所述检测模块相连，所述输出响应模块包括第一NMOS管和齐纳二极管,所述第一 NMOS管的漏极与所述齐纳二极管的阴极相连且之间具有第一节点，所述第一节点的电压根据所述检测信号产生变化，所述输出响应模块根据所述第一节点的电压输出控制信号； 正反馈热迟滞模块，所述正反馈热迟滞模块分别与所述输出响应模块的输出端和所述检测模块相连，用于根据所述控制信号调节所述检测信号以实现热迟滞；以及 保护模块，所述保护模块与所述输出响应模块的输出端相连，用于根据所述控制信号控制所述功率模块停止工作以实现对所述功率模块的保护。
2.如权利要求1所述的用于功率模块的过温保护电路，其特征在于，当所述功率模块的温度小于等于第一温度阈值时，所述第一 NMOS管导通以使所述第一节点的电压小于第一电压阈值，所述输出响应模块输出低电平控制信号。
3.如权利要求2所述的用于功率模块的过温保护电路，其特征在于，当所述功率模块的温度大于所述第一温度阈值时，所述第一 NMOS管截止以使所述第一节点的电压大于第一电压阈值，所述输出响应模块输出高电平控制信号。
4.如权利要求3所述的用于功率模块的过温保护电路，其特征在于，所述保护模块根据所述高电平控制信号控制所述功率模块停止工作。
5.如权利要求2所述的用于功率模块的过温保护电路，其特征在于，所述输出响应模块还包括: 第二电阻，所述第二电阻的一端与电源相连，所述第二电阻的另一端与所述第一节点相连； 第一电容，所述第一电容的一端与所述第一节点相连，所述第一电容的另一端分别与所述第一 NMOS管的源极和地相连； 三极管，所述三极管的基极与所述齐纳二极管的阳极相连，所述三极管的集电极与所述电源相连，所述三极管的发射极作为所述输出响应模块的输出端； 第三电阻，所述第三电阻的一端所述三极管的发射极相连，所述第三电阻的另一端接地。
6.如权利要求1所述的用于功率模块的过温保护电路，其特征在于，所述检测模块包括: 相互串联的第一电阻和负温度系数热敏电阻，所述第一电阻的一端与电源相连，所述负温度系数热敏电阻的一端接地，所述第一电阻和负温度系数热敏电阻之间具有第二节点。
7.如权利要求6所述的用于功率模块的过温保护电路，其特征在于，所述正反馈热迟滞模块包括: 第四电阻，所述第四电阻的一端分别与所述第二节点和所述第一 NMOS管的栅极相连；第二 NMOS管，所述第二 NMOS管的漏极与所述第四电阻的另一端相连，所述第二 NMOS管的栅极与所述输出响应模块的输出端相连，所述第二 NMOS管的源极接地。
8.如权利要求5所述的用于功率模块的过温保护电路，其特征在于，所述第一温度阈值为100°C ~110°c，所述第一电压阈值为所述齐纳二极管的击穿电压和所述三极管的发射结开启电压之和。
9.如权利要求8所述的用于功率模块的过温保护电路，其特征在于，所述齐纳二极管的击穿电压 为7V。
【文档编号】H02H5/04GK103840434SQ201210480565
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月22日 优先权日:2012年11月22日
【发明者】华庆, 程德凯, 黄祥钧, 李泽宏, 张波 申请人:广东美的制冷设备有限公司