阅读说明：本技术 用于飞轮储能装置的ipm过温保护电路、模块及系统 (IPM over-temperature protection circuit, module and system for flywheel energy storage device ) 是由 李海超 王聪 谢洪生 程祥 王世国 王唯姣 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及IPM保护电路技术领域,具体涉及一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路、模块及系统。其中,该IPM过温保护系统适用于1500V的地铁轨道以及200KW的飞轮储能装置,IPM过温保护系统包括：IPM过温保护模块、信号发生模块、IPM模块和线路驱动模块,线路驱动模块分别与IPM模块、信号发生模块、IPM过温保护模块连接,信号发生模块产生并输出第一脉冲信号和第二脉冲信号,线路驱动模块根据IPM过温保护模块输出的过温保护信号控制第一脉冲信号和第二脉冲信号是否传递到IPM模块。通过上述方式,在IPM模块出现过温时,阻断脉冲信号继续传递,使其无法传递到IPM模块,达到保IPM模块的目的,与采用MCU控制器相比,简化装置结构,提高了系统的安全性和准确性。(The invention relates to the technical field of IPM (intelligent power module) protection circuits, in particular to an IPM over-temperature protection circuit, module and system for a flywheel energy storage device. Wherein, this IPM excess temperature protection system is applicable to 1500V's subway track and 200 KW's flywheel energy memory, and IPM excess temperature protection system includes: the IPM over-temperature protection module comprises an IPM over-temperature protection module, a signal generation module, an IPM module and a circuit driving module, wherein the circuit driving module is respectively connected with the IPM module, the signal generation module and the IPM over-temperature protection module, the signal generation module generates and outputs a first pulse signal and a second pulse signal, and the circuit driving module controls whether the first pulse signal and the second pulse signal are transmitted to the IPM module according to the over-temperature protection signal output by the IPM over-temperature protection module. Through the mode, when the IPM module is over-temperature, the pulse signals are blocked to be continuously transmitted, so that the IPM module cannot be transmitted to the IPM module, the purpose of protecting the IPM module is achieved, compared with the MCU controller, the device structure is simplified, and the safety and the accuracy of the system are improved.)

用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路、模块及系统

技术领域

本发明涉及IPM保护电路技术领域，具体涉及一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路、模块及系统。

背景技术

IPM(智能功率模块)是一种先进的新型功率开关器件，它具有GTR(大功率晶体管)高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，以及MOSFET(场效应晶体管)高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。IPM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用方便，适用范围广，不仅减小了系统的体积以及开发时间，也大大增强了系统的可靠性，适应当今功率器件的发展方向，如模块化、复合化和功率集成电路(PIC)，在电力电子领域得到了越来越广泛的关注。

IPM作为控制系统的重要组成部分，在使用过程中要尤其注意对IPM工作状态异常的处理及保护，但目前的保护电路的做法都是通过采样直流母线电压、IPM模块内部的温度和电流信号并传递给主控制器MCU，通过对MCU进行编程，对采样数据进行对比和分析，进而判断电路是否出现过电流和过温等情况，如果出现过电流和过温等情况，MCU发出封锁信号。该方法需要软硬件结合，增加了开发的难度与工作量，并且MCU的价格相对其他电子元器件的价格较高，增加了成本。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路、模块及系统成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路、模块及系统。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

本发明的实施例提供了一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路，该IPM过温保护电路与IPM模块连接，所述IPM模块中设有第一IGBT组件和第二IGBT组件，所述第一IGBT组件上设有第一温度传感器，所述第二IGBT组件上设有第二温度传感器，所述第一温度传感器用于采集所述第一IGBT组件的温度，所述第二温度传感器用于采集第二IGBT组件的温度，该IPM过温保护电路包括：依次连接的信号输入电路模块、信号比较电路模块和信号输出电路模块；

所述信号输入电路模块包括第一比较芯片、第一分压电路以及第二分压电路，所述第一分压电路的一端与所述第一温度传感器连接，所述第一分压电路的另一端与所述第一比较芯片的负极输入端连接，所述第二分压电路的一端与所述第二温度传感器连接，所述第二分压电路的另一端与所述第一比较芯片的正极输入端连接，所述第一比较芯片的输出端与所述信号比较电路模块连接，所述第一分压电路输出与所述第一IGBT组件的温度对应的第一电压值，所述第二分压电路输出与所述第二IGBT组件的温度对应的第二电压值，所述第一比较芯片采集并比较所述第一电压值和第二电压值，将所述第一电压值和第二电压值中较小的电压值作为输入电压值，并传输给所述信号比较电路模块；

所述信号比较电路模块将所述输入电压值与预设电压值进行比较，所述信号输出电路模块根据所述信号比较电路模块的比较结果输出过温保护信号。

根据本发明的一个实施例，所述信号输入电路模块还包括设于所述第一比较芯片的输出端的模拟开关，所述模拟开关包括与所述第一比较芯片的输出端连接的信号输入端、与所述信号比较电路模块连接的信号输出端、接于所述第一比较芯片的负极输入端与所述第一分压电路之间的第一输入端以及接于所述第一比较芯片的正极输入端与所述第二分压电路之间的第二输入端。

根据本发明的一个实施例，所述第一分压电路包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端、第二电阻的一端和所述第一比较芯片的负极输入端互连，第一电阻的另一端与所述第一温度传感器连接，第二电阻的另一端与参考电压发生器连接。

根据本发明的一个实施例，所述第二分压电路包括第三电阻和第四电阻，第三电阻的一端、第四电阻的一端和所述第一比较芯片的正极输入端互连，第三电阻的另一端与所述第二温度传感器连接，第四电阻的另一端与参考电压发生器连接。

根据本发明的一个实施例，所述信号比较电路模块包括第二比较芯片和调整电路，所述第二比较芯片的正极输入端与调整电路连接，所述第二比较芯片的负极输入端与所述信号输出端连接，所述第二比较芯片的输出端与所述信号输出电路模块连接，所述第二比较芯片将所述输入电压值与所述调整电路输出的预设电压值进行比较，输出比较结果给所述信号输出电路模块。

根据本发明的一个实施例，所述调整电路包括第五电阻、第六电阻，所述第二比较芯片的正极输入端与第五电阻的一端、第六电阻的一端互连，第五电阻的另一端接地，第六电阻的另一端与参考电压发生器连接。

根据本发明的一个实施例，所述信号输出电路模块包括依次串联的两个非门芯片。

本发明的实施例提供了一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护模块，所述IPM过温保护模块包括所述的IPM过温保护电路。

本发明的实施例提供了一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护系统，所述IPM过温保护系统包括：所述的IPM过温保护模块、信号发生模块和线路驱动模块，所述线路驱动模块分别与所述IPM模块、所述信号发生模块、所述IPM过温保护模块连接，所述信号发生模块用于产生并输出第一脉冲信号和第二脉冲信号，当所述IPM过温保护模块输出的过温保护信号为低电平状态，所述线路驱动模块控制所述第一脉冲信号和第二脉冲信号通过并传递到所述IPM模块，当所述IPM过温保护模块输出的过温保护信号为高电平状态，所述线路驱动模块控制阻断所述第一脉冲信号和第二脉冲信号传递到所述IPM模块。

根据本发明的一个实施例，所述线路驱动模块包括信号输入引脚、使能引脚和信号输出引脚，所述使能引脚与所述IPM过温保护模块连接，所述输入引脚与所述信号发生模块连接，所述输出引脚与所述IPM模块连接，当所述过温保护信号处于低电平状态时，所述第一脉冲信号和第二脉冲信号通过所述使能引脚传递到所述IPM模块，当所述过温保护信号处于高电平状态时，所述使能引脚阻断所述第一脉冲信号和第二脉冲信号传递到所述IPM模块。

本发明的用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路、模块及系统全部由硬件组成，与软硬件结合的系统相比，提高了系统的安全性和准确性，在信息处理的效率上也有显著的提高；通过上述方式，在IGBT组件的温度出现过温时，阻断脉冲信号继续传递，使其无法传递到IPM模块，达到保护IGBT组件的目的，线路驱动模块充当一个开关的作用，通过将过温保护信号输出给线路驱动模块，根据过温保护信号的电平状态控制通过/阻断第一脉冲信号和第二脉冲信号，与采用MCU控制器相比，简化装置结构，减少了MCU控制器所要求的***电路，同时无需软件编程，减少了系统开发的任务量及开发难度。

附图说明

图1是本发明的用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路的结构示意图。

图2是本发明的用于飞轮储能装置的IPM过温保护系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在下文中，将参考附图来更好地理解本发明的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制。替代地，重点在于清楚地说明本发明的部件。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应零件。

如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本发明。出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”和其衍生词将与如图1定向的发明有关。而且，并无意图受到前文的技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的发明构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的，除非权利要求书另作明确地陈述。

本发明提供了一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路，图1是一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路的结构示意图，请参见图1，该IPM过温保护电路与IPM模块10连接，IPM模块10中设有第一IGBT组件(图中未示出)和第二IGBT组件(图中未示出)，第一IGBT组件上设有第一温度传感器20，第二IGBT组件上设有第二温度传感器30，第一温度传感器20用于采集第一IGBT组件的温度，第二温度传感器30用于采集第二IGBT组件的温度，该IPM过温保护电路包括：依次连接的信号输入电路模块40、信号比较电路模块50和信号输出电路模块60。

信号输入电路模块40包括第一比较芯片401、第一分压电路402以及第二分压电路403，第一比较芯片401接地以及与参考电压发生器连接，第一分压电路402的一端与第一温度传感器20连接，第一分压电路402的另一端与第一比较芯片401的负极输入端连接，第二分压电路403的一端与第二温度传感器30连接，第二分压电路403的另一端与第一比较芯片401的正极输入端连接，第一比较芯片401的输出端与信号比较电路模块50连接，第一分压电路402输出与第一IGBT组件的温度对应的第一电压值，第二分压电路403输出与第二IGBT组件的温度对应的第二电压值，第一比较芯片401采集并比较第一电压值和第二电压值，将第一电压值和第二电压值中较小的电压值作为输入电压值，并传输给信号比较电路模块50；信号比较电路模块50将输入电压值与预设电压值进行比较，信号输出电路模块60根据信号比较电路模块50的比较结果输出过温保护信号。

在本实施例中，通过直接检测IGBT组件的温度相当于检测IPM模块10的温度，第一温度传感器20和第二温度传感器30等效于热敏电阻，TP1处的电压值为第一电压值，TP2处的电压值为第二电压值，当第一IGBT组件的温度升高，第一温度传感器20的阻值减小，TP1处的电压值随第一温度传感器20的阻值降低而降低，即TP1的电压值与第一IGBT组件的温度成反比例关系；当第二IGBT组件的温度升高，第二温度传感器30的阻值减小，TP2处的电压值随第二温度传感器30的阻值降低而降低，即TP2的电压值与第二IGBT组件的温度成反比例关系。

进一步地，请参见图1，信号输入电路模块40还包括设于第一比较芯片401的输出端的模拟开关404，模拟开关404包括与第一比较芯片401的输出端连接的信号输入端(即Vin端)、与信号比较电路模块50连接的信号输出端(即OUT端)、接于第一比较芯片401的负极输入端与第一分压电路402之间的第一输入端(即NO端)以及接于第一比较芯片401的正极输入端与第二分压电路403之间的第二输入端(即NC端)。模拟开关404还包括接地端(即GND端)以及与连接参考电压发生器的电源端(即Vcc端)。

在本实施例中，当第一电压值大于第二电压值时，第一比较芯片401输出低电平给模拟开关404，当信号输入端为低电平状态时，信号输出端与第二输入端接通，将第二电压值作为输入电压值传递到信号比较电路模块50；当第一电压值小于第二电压值时，第一比较芯片401输出高电平给模拟开关404，当信号输入端为高电平状态时，信号输出端与第一输入端接通，将第一电压值作为输入电压值传递到信号比较电路模块50。

进一步地，第一分压电路402包括第一电阻4021和第二电阻4022，第一电阻4021的一端、第二电阻4022的一端和第一比较芯片401的负极输入端互连，第一电阻4021的另一端与第一温度传感器20连接，第二电阻4022的另一端与参考电压发生器连接。

进一步地，第二分压电路403包括第三电阻4031和第四电阻4032，第三电阻4031的一端、第四电阻4032的一端和第一比较芯片401的正极输入端互连，第三电阻4031的另一端与第二温度传感器30连接，第四电阻4032的另一端与参考电压发生器连接。

进一步地，信号比较电路模块50包括第二比较芯片501和调整电路502，第二比较芯片501接地以及与参考电压发生器连接，第二比较芯片501的正极输入端与调整电路502连接，第二比较芯片501的负极输入端与信号输出端连接，第二比较芯片501的输出端与信号输出电路模块60连接，第二比较芯片501将输入电压值与调整电路502输出的预设电压值进行比较，输出比较结果给信号输出电路模块60。当输入电压值大于或等于预设电压值时，第二比较芯片501向信号输出电路模块60输出低电平，当输入电压值小于预设电压值时，第二比较芯片501向信号输出电路模块60输出高电平。

进一步地，调整电路502包括第五电阻5021和第六电阻5022，第二比较芯片501的正极输入端与第五电阻5021的一端、第六电阻5022的一端互连，第五电阻5021的另一端接地，第六电阻5022的另一端与参考电压发生器连接。调整电路502通过调整第五电阻5021和第六电阻5022，将调整电路502的输出电压(TP3处电压值)调整为过温时所对应的电压值(即预设电压值)。

进一步地，信号输出电路模块60包括依次串联的两个非门芯片601。非门芯片601用于增强并稳定电平信号，当第二比较芯片501向信号输出电路模块60输出低电平时，信号输出电路模块60输出的过温保护信号为经过增强及稳定后的低电平，表示信号正常，当第二比较芯片501向信号输出电路模块60输出高电平时，信号输出电路模块60输出的过温保护信号为经过增强及稳定后的高电平，表示信号异常。

本发明的实施例提供了一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护模块，IPM过温保护模块包括上述IPM过温保护电路，IPM过温保护电路在前述已进行详细描述，在此不再赘述。

本发明的实施例提供了一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护系统，该IPM过温保护系统适用于1500V的地铁轨道以及200KW的飞轮储能装置。图2是一种用于飞轮储能装置的IPM过温保护系统的结构示意图，请参见图2，IPM过温保护系统包括：上述IPM过温保护模块1、信号发生模块2、IPM模块3和线路驱动模块4，线路驱动模块4分别与IPM模块3、信号发生模块2、IPM过温保护模块1连接，信号发生模块2用于产生并输出第一脉冲信号和第二脉冲信号，当IPM过温保护模块1输出的过温保护信号为低电平状态，线路驱动模块4控制第一脉冲信号和第二脉冲信号通过并传递到IPM模块3，当IPM过温保护模块1输出的过温保护信号为高电平状态，线路驱动模块4控制阻断第一脉冲信号和第二脉冲信号传递到IPM模块3。

进一步地，线路驱动模块4包括信号输入引脚、使能引脚和信号输出引脚，使能引脚与IPM过温保护模块1连接，输入引脚与信号发生模块2连接，输出引脚与IPM模块3连接，当过温保护信号处于低电平状态时，第一脉冲信号和第二脉冲信号通过使能引脚传递到IPM模块3，当过温保护信号处于高电平状态时，使能引脚阻断所述第一脉冲信号和第二脉冲信号传递到IPM模块3。

本发明的用于飞轮储能装置的IPM过温保护电路、模块及系统全部由硬件组成，与软硬件结合的系统相比，提高了系统的安全性和准确性，在信息处理的效率上也有显著的提高；通过上述方式，在IPM模块3出现过温时，阻断脉冲信号继续传递，使其无法传递到IPM模块3，达到保护IPM模块3上的IGBT组件的目的，线路驱动模块4充当一个开关的作用，通过将过温保护信号输出给线路驱动模块4，根据过温保护信号的电平状态控制通过/阻断第一脉冲信号和第二脉冲信号，与采用MCU控制器相比，简化装置结构，减少了MCU控制器所要求的***电路，同时无需软件编程，减少了系统开发的任务量及开发难度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。