过流保护电路、高压驱动芯片、智能功率模块和变频设备的制作方法

1.本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种过流保护电路、一种高压驱动芯片、一种智能功率模块以及一种变频设备。


背景技术：

2.目前的智能功率模块或者驱动芯片中，通常需要集成过流保护功能，以防止模块或芯片被烧毁。通常情况下，当流经功率开关器件的电流过大时，通过外电阻采样，将异常偏大的电压信号传输至控制电路，从而起到保护智能功率模块或者驱动芯片的作用。但是，通过外电阻采样来保护智能功率模块或者驱动芯片的不足之处包括：在大电流情形下，采样电阻会产生很大的功率损耗，容易造成模块或芯片失效；在过流时，功率开关器件的源极的电位升高，这样对栅极驱动能力提出了很高的要求，也对智能芯片的驱动能力提出了很高的要求。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种过流保护电路，解决了现有技术中对智能功率模块或者驱动芯片进行过流保护时，功率损耗大，对智能芯片驱动能力要求高的问题。通过采集功率开关器件漏极的电压信号，能够在电路出现过流故障时及时关断功率开关器件，降低了电路的功率损耗，避免了高压信号击穿电路中的低压模块，起到了保护电路的作用。
5.本实用新型的第二个目的在于提出一种高压驱动芯片。
6.本实用新型的第三个目的在于提出一种智能功率模块。
7.本实用新型的第四个目的在于提出一种变频设备。
8.为达上述目的，本实用新型第一方面示例提出了一种过流保护电路，包括：采样单元，所述采样单元的采样端与功率开关器件的漏极相连，用于在所述功率开关器件开通时对通过所述功率开关器件的电流进行采样以输出采样信号；控制单元，所述控制单元与所述采样单元相连，用于根据所述采样信号确定所述功率开关器件发生过流时控制所述功率开关器件关断。
9.根据本实用新型示例提供的过流保护电路，采样单元的采样端与功率开关器件的漏极相连，采样端的输出端与控制单元相连。在功率开关器件开通时，采样单元对流经功率开关器件的电流进行采样以输出采样信号，控制单元则根据采样信号确定当前电路发生过流时，控制功率开关器件的打开与关闭。因此，该过流保护电路通过采集功率开关器件漏极的电压信号，能够在电路出现过流故障时及时关断功率开关器件，降低了电路的功率损耗，避免了高压信号击穿低压模块，起到了保护电路的作用。
10.另外，根据本实用新型上述示例的过流保护电路还可以具有如下附加技术特征：
11.可选地，根据本实用新型的一个示例，所述采样单元包括：可控分压模块，所述可
控分压模块与所述功率开关器件的漏极相连，用于在所述功率开关器件开通时对所述功率开关器件的漏极电压进行分压，以对通过所述功率开关器件的电流进行采样；比较器，所述比较器与所述可控分压模块相连，用于根据所述可控分压模块的输出分压生成所述采样信号。
12.可选地，根据本实用新型的一个示例，所述可控分压模块包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述功率开关器件的漏极相连；第一开关管，所述第一开关管的第一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第一开关管的控制端接收控制信号，所述控制信号在所述功率开关器件开通时控制所述第一开关管导通；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一开关管的第二端相连且具有第一节点，所述第二电阻的另一端接地。
13.可选地，根据本实用新型的一个示例，所述比较器的正输入端与所述第一节点相连，所述比较器的负输入端连接参考电压，所述比较器的输出端与所述控制单元相连。
14.可选地，根据本实用新型的一个示例，所述采样单元还包括：延迟和整形模块，所述延迟和整形模块与所述第一开关管的控制端相连，用于对输出到所述第一开关管的控制信号进行延迟和整形。
15.可选地，根据本实用新型的一个示例，所述第一开关管和所述功率开关器件为mos(metal-oxide-semiconductor，金属氧化物半导体)管或igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)。可选地，根据本实用新型的一个示例，所述控制单元包括：控制模块和驱动模块，所述控制模块分别与所述驱动模块和采样单元相连，所述控制模块的控制输入端和所述采样单元的控制输入端相连，以同时接收控制信号，所述控制模块根据所述控制信号通过所述驱动模块驱动所述功率开关器件开通时，所述采样单元根据所述控制信号进行采样工作，并且，所述控制模块在所述功率开关器件发生过流时通过所述驱动模块驱动所述功率开关器件关断。
16.为达上述目的，本实用新型第二方面示例提出了一种高压驱动芯片，该高压驱动芯片包括上述的过电流保护电路。
17.根据本实用新型示例提供的高压驱动芯片，通过上述的过电流保护电路，解决了现有技术中对智能功率模块或者驱动芯片进行过流保护时，功率损耗大，对智能芯片驱动能力要求高的问题。通过采集功率开关器件漏极的电压信号，能够在电路出现过流故障时及时关断功率开关器件，降低了电路的功率损耗，避免了高压信号击穿低压模块，且不影响高压芯片驱动，起到了保护电路以及高压驱动芯片的作用。
18.为达上述目的，本实用新型第三方面示例提出了一种智能功率模块，该智能功率模块包括上述的过电流保护电路。
19.根据本实用新型示例提供的智能功率模块，通过上述的过电流保护电路，解决了现有技术中对智能功率模块或者驱动芯片进行过流保护时，功率损耗大，对智能芯片驱动能力要求高的问题。通过采集功率开关器件漏极的电压信号，能够在电路出现过流故障时及时关断功率开关器件，降低了电路的功率损耗，避免了高压信号击穿低压模块，起到了保护电路以及智能功率模块的作用。
20.为达上述目的，本实用新型第四方面示例提出了变频设备，该变频设备包括上述的高压驱动芯片或智能功率模块。
21.根据本实用新型示例提供的变频设备，通过上述的高压驱动芯片或智能功率模
块，解决了现有技术中对智能功率模块或者驱动芯片进行过流保护时，功率损耗大，对智能芯片驱动能力要求高的问题。通过采集功率开关器件漏极的电压信号，能够在电路出现过流故障时及时关断功率开关器件，降低了电路的功率损耗，避免了高压信号击穿低压模块，起到了保护电路以及智能功率模块、驱动芯片的作用。
附图说明
22.图1为根据本实用新型一个实施例的过流保护电路的方框示意图；
23.图2为根据本实用新型一个实施例的采样电路示意图；
24.图3为根据本实用新型一个实施例的高压驱动芯片的方框示意图；
25.图4为根据本实用新型一个实施例的智能功率模块的方框示意图；
26.图5为根据本实用新型一个实施例的变频设备的方框示意图。
具体实施方式
27.下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
28.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
29.下面参考附图描述本实用新型实施例的过电流保护电路、高压驱动芯片、智能功率模块和变频设备。
30.图1为根据本实用新型一个实施例的过流保护电路的方框示意图。
31.如图1所示，该过电流保护电路包括采样单元10，控制单元20。
32.其中，在本实用新型的一个实施例中，采样单元10的采样端与功率开关器件q1的漏极相连，在开关器件q1开通时，对流经开关器件q1的电流进行采样，并输出采样信号。控制单元20与采样单元10相连，控制单元20根据获取的采样信号，判断开关器件q1是否过流，并在确定开关器件q1发生过流时，控制开关器件q1的关断，以防止开关器件q1损坏。
33.也就是说，在本实用新型的实施例中，通过采样单元10对流经功率开关器件q1漏极的电流进行采样，并将该采样信号向控制单元20输出，进而控制单元20可以根据该采样信号确定当前功率开关器件q1出现过流情况时，控制功率开关器件q1的关断，从而起到了保护电路的作用。
34.因此，与现有技术相比，本实施例的过流保护电路通过采集功率开关器件漏极的电压信号，能够在电路出现过流故障时及时关断功率开关器件，降低了电路的功率损耗，避免了高压信号击穿低压模块，起到了保护电路的作用。
35.如图1和图2所示，在本实用新型的一个实施例中，采样单元10包括可控分压模块102和比较器103。其中，可控分压模块102可以由电阻和mos管(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，金属氧化物半导体型场效应管)等电子元器件构成。可控分压模块102的一端与功率开关器件q1的漏极相连，在功率开关器件q1处于开通状态时，能够对功率开关器件q1的漏极电压vd进行分压，即对流经功率开关器件q1的电流进行采样。比较器
103的一端与可控分压模块102相连，作用是根据可控分压模块102的输出电压生成采样信号。因此，针对原有技术中因流经外采样电阻的电流过大造成功率损耗的问题，本实施例通过对功率开关器件q1的漏极电压vd进行分压，使得该过流保护电路在实现电路保护的同时，降低了电路功率的损耗。
36.具体地，如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，可控分压模块102由第一电阻r1，第一开关管mos1以及第二电阻r2组成。其中，电阻r1的一端与功率开关器件q1的漏极相连，开关管mos1的第一端与电阻r1的另一端相连，开关管mos1的控制端接收控制信号in，控制信号in在功率开关器件q1开通时控制开关管mos1导通，电阻r2的一端与开关管mos1的第二端相连且具有第一节点j1，电阻r2的另一端接地。在本实施例中，可以利用电阻r1和电阻r2对功率开关器件q1的漏极电压vd进行分压，并通过控制信号in控制开关管mos1的状态，更具体地，当漏极电压vd为高时，控制信号in为高电平，则可以控制开关管mos1开启，进而电阻r1和电阻r2则可以对漏极电压vd进行分压，使得电路功率的损耗降低，同时避免了高压信号击穿低压模块，起到了保护电路的作用。
37.在本实用新型的一个实施例中，比较器103的正输入端与第一节点j1相连，比较器103的负输入端连接参考电压vref，比较器103的输出端与控制单元20相连。其中，第一开关管mos1的源极电压可以输入到比较103的正输入端中，比较器103将正输入端的电压与负输入端的参考电压vref进行比较，并将比较结果输出，可以理解的，该比较器103可以根据功率器件q1是否过流输出相对应的比较结果，以对电路进行控制的同时，能够防止高压信号击穿低压电路模块。
38.可选地，如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，采样单元10还包括延迟和整形模块101，延迟和整形模块101与第一开关管mos1的控制端相连，用于对输出到第一开关管mos1的控制信号in进行延迟和整形。
39.可选地，在本实用新型的一个实施例中，第一开关管和功率开关器件可以为mos管或者igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)。
40.如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，控制单元20包括控制模块201和驱动模块202。控制模块201分别与采样单元10以及驱动模块202相连，控制模块201的控制输入端与采样单元10的控制输入端相连，能够同时接收控制信号in。控制模块201根据接收到的控制信号in控制驱动模块202，驱动模块202驱动功率开关器件q1的开通，在驱动开关器件q1开通时，采样单元10根据控制信号in进行采样。并且，在开关器件q1发生过流情况时，控制模块201控制驱动模块202以关断开关器件q1。本实用新型的实施例在出现过流情况时，能够及时控制开关器件q1的断开，保护了电路安全。
41.具体地，在本实施例中，当开关器件q1开启并且过流的情况下，其漏极采集的过压信号vd为高电平，在该情况下，控制信号in为高电平，控制模块201的控制输入端可以接收到该高电平的控制信号in，进而可以控制驱动模块202驱动开关器件q1开通。
42.另外，在控制模块201接收到控制信号in时，采样单元10同时可以接收到控制信号in，并通过采样端对流经开关器件q1的电流进行采样，在采集到控制信号in和漏极电压vd之后，可以输入如图2所示的采样电路中，经通过比较器103进行比较并将得到的比较电压vout传输至控制模块201，控制模块201根据比较电压vout在开关器件q1发生过流时，控制驱动模块202驱动开关器件q1关断，防止开关器件q1被烧毁，保护电路安全。
43.在开关器件q1截止的情况下，当漏极电压vd为很高的电压信号时，需要防止高压信号击穿电路中的低压模块。在该情况下，控制信号in为低电平，采样单元10控制输入端接收到该控制信号in时，由于可控分压模块102中的开关管mos1的漏极为高电平，栅极为低电平，则该第一开关管mos1截止，将高压信号vd隔离开，则电流不再流经第一电阻r1、第一开关管mos1和第二电阻r2，低压模块被隔离开，可以有效防止高压信号击穿低压电路模块，保护了电路的安全。
44.如图1和图2所示，在本实用新型的一个具体实施例中，一个过流保护电路包括采样单元10、控制单元20以及功率开关器件q1。其中，采样单元10分别与控制单元20、功率开关器件q1即开关器件q1连接在一起。具体地，采样单元10由延迟和整形模块101、可控分压模块102和比较器103组成。进一步地，延迟和整形模块101由延迟电路和整形电路组成。例如，延迟电路可采用rc延迟电路、继电延时电路以及555延时电路等，整形电路可采用单门限触发器组成的整形电路以及施密特触发器整形电路等。本实施例中，可控分压模块102由电阻和开关管等电子元器件组成。具体地，如图2所示，可控分压模块102由第一电阻r1即电阻r1、第一开关管mos1即mos1管以及第二电阻r2即电阻r2串联得到。
45.其中，电阻r1分别与开关器件q1的漏极以及mos1管的第一端例如mos1管的漏极相连接，mos1管的控制端即mos1管的栅极和mos1管的第二端即mos1管的源极分别与延迟和整形模块101以及电阻r2相连接，电阻r2的另一端接地，且电阻r2与mos1管的第二端连接线路上存在第一节点j1。比较器103的正输入端与第一节点j1相连，即将电阻r2两端的电压输入至比较器103的正向输入端；比较器103的负向输入端与参考电压vref相连；比较器103的输出端与控制单元20相连，将比较器103的比较电压vout传输至控制模块201。
46.在本实施例中，控制单元20包括控制模块201和驱动模块202。控制模块201与比较器103的输出端相连，控制模块201的控制输入端与采样单元10的控制输入端相连，以同时接收控制信号in。控制模块201还与驱动模块202相连，以控制功率开关器件q1的开通或关断。
47.在本实施例中，在开关器件q1且电流正常时，此时电路处于正常工作状态，开关器件q1的漏极电压vd为开关器件q1正常导通的电压，可以理解的是，开关器件q1正常导通的电压范围与开关器件q1的型号相关，不同型号的开关器件q1正常导通的电压范围可能不同。
48.在本实施例中，在开关器件q1开通且出现过流情况时，开关器件q1的漏极电压vd升高，并且漏极电压vd超出开关器件q1正常导通的电压范围，存在烧坏电子元器件的风险。此时，控制信号in即信号in为高电平，采样单元10的控制输入端接收此信号in后，信号in经过延迟和整形模块101后，将处理过的信号in传输至mos1管的栅极，mos1管开通。采样单元10的采样端采集流经开关器件q1的电流，采样电流流经电阻r1、mos1管以及电阻r2，即对漏极电压vd进行了分压，降低了电路的功率损耗。同时，控制单元20的控制输入端接收该信号in后，并根据采样单元10中比较器103的比较电压vout对开关器件q1进行控制。具体地，控制模块201根据信号in和比较电压vout，在电路出现过流时，控制驱动模块202，使得开通的开关器件q1关断，起到保护电路的作用。
49.在本实施例中，功率开关器件q1截止，此时功率开关器件q1的漏极电压vd为很高的电压信号，存在击穿低压模块的风险。此时，控制信号in为低电平，采样单元10的控制输
入端接收此控制信号in后，控制信号in经过延迟和整形模块101后，得到延迟和整形后的控制信号in，接下来将延迟和整形后的控制信号in传输至第一开关管mos1的控制端，第一开关管mos1截止，电流不再流经第一电阻r1、第一开关管mos1和第二电阻r2，低压模块被隔离开，可以有效防止高压信号击穿低压电路模块，保护了电路的安全。
50.综上所述，本实用新型实施例提供的过流保护电路，通过可控分压模块102对功率开关器件q1的漏极电压vd进行分压，以对流经功率开关器件漏极的电流进行采样来检测当前电路是否出现过流。在电路出现过流时，通过控制单元10控制功率开关器件q1的关断以实现电路的及时保护。因此，本实施例提供的过流保护电路，解决了现有技术中对智能功率模块或者驱动芯片进行过流保护时，功率损耗大，对智能芯片驱动能力要求高的问题。通过采集功率开关器件漏极的电压信号，能够在电路出现过流故障时及时关断功率开关器件，降低了电路的功率损耗，避免了高压信号击穿低压模块，起到了保护电路的作用。
51.图3为根据本实用新型一个实施例的高压驱动芯片的方框示意图。如图3所示，本实用新型实施例还提供了一种高压驱动芯片2，该高压驱动芯片2包括上述的过电流保护电路1。
52.根据本实用新型实施例提供的高压驱动芯片，通过上述的过电流保护电路，解决了现有技术中对智能功率模块或者驱动芯片进行过流保护时，功率损耗大，对智能芯片驱动能力要求高的问题。通过采集功率开关器件漏极的电压信号，能够在电路出现过流故障时及时关断功率开关器件，降低了电路的功率损耗，避免了高压信号击穿低压模块，且不影响智能芯片驱动，起到了保护电路以及驱动芯片的作用。
53.图4为根据本实用新型一个实施例的智能功率模块的方框示意图。如图4所示，本实用新型实施例还提供了一种智能功率模块3，该智能功率模块3包括上述的过电流保护电路1。
54.根据本实用新型实施例提供的智能功率模块，通过上述的过电流保护电路，解决了现有技术中对智能功率模块或者驱动芯片进行过流保护时，功率损耗大，对智能芯片驱动能力要求高的问题。通过采集功率开关器件漏极的电压信号，能够在电路出现过流故障时及时关断功率开关器件，降低了电路的功率损耗，避免了高压信号击穿低压模块，且不影响智能芯片驱动，起到了保护电路以及智能功率模块、驱动芯片的作用。
55.图5为根据本实用新型一个实施例的变频设备的方框示意图。如图5所示，实用新型实施例还提供了一种变频设备4，该变频设备4包括上述的高压驱动芯片2或智能功率模块3。
56.根据本实用新型实施例提供的变频设备，通过上述的高压驱动芯片或智能功率模块，解决了现有技术中对智能功率模块或者驱动芯片进行过流保护时，功率损耗大，对智能芯片驱动能力要求高的问题。通过采集功率开关器件漏极的电压信号，能够在电路出现过流故障时及时关断功率开关器件，降低了电路的功率损耗，避免了高压信号击穿低压模块，且不影响智能芯片驱动，起到了保护电路以及智能功率模块、驱动芯片的作用。
57.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在
任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
58.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
59.此外，本实用新型实施例中所使用的“第一”、“第二”等术语，仅用于描述目的，而不可以理解为指示或者暗示相对重要性，或者隐含指明本实施例中所指示的技术特征数量。由此，本实用新型实施例中限定有“第一”、“第二”等术语的特征，可以明确或者隐含地表示该实施例中包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，词语“多个”的含义是至少两个或者两个及以上，例如两个、三个、四个等，除非实施例中另有明确具体的限定。
60.在本实用新型中，除非实施例中另有明确的相关规定或者限定，否则实施例中出现的术语“安装”、“相连”、“连接”和“固定”等应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以理解的，也可以是机械连接、电连接等；当然，还可以是直接相连，或者通过中间媒介进行间接连接，或者可以是两个元件内部的连通，或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体的实施情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
61.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
62.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。