CN110611298A - 用于飞轮储能装置的ipm保护系统 - Google Patents

Abstract

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保护系统，该IPM保护系统包括：信号发生单元、IPM单元、短路保护单元、过温保护单元、过流保护单元、比较器和线路驱动器，信号发生单元产生并输出第一脉冲信号和第二脉冲信号，线路驱动器分别与比较器、IPM单元、信号发生单元连接，比较器根据短路保护单元、过温保护单元以及过流保护单元的输出信号输出关断信号，线路驱动器根据关断信号控制第一脉冲信号和第二脉冲信号是否传递到IPM单元。该IPM保护系统全部由硬件组成，与软硬件结合的系统相比，简化系统结构，减少了系统开发难度，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。

Description

用于飞轮储能装置的IPM保护系统

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保护系统。

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单元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保护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保护系统。

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保护系统，该IPM保护系统包括：信号发生单元、IPM单元、短路保护单元、过温保护单元、过流保护单元、比较器和线路驱动器；

所述信号发生单元用于产生并输出第一脉冲信号和第二脉冲信号，所述IPM单元中设有第一IGBT组件和第二IGBT组件；

所述短路保护单元的输入端分别与所述IPM单元、所述信号发生单元连接，所述短路保护单元的输出端与所述比较器连接，所述短路保护单元采集所述第一IGBT组件的门级电压信号、第二IGBT组件的门级电压信号、所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号并输出短路保护信号给所述比较器；

所述过温保护单元的输入端与所述IPM单元连接，所述过温保护单元的输出端与所述比较器连接，所述过温保护单元采集所述第一IGBT组件的温度、第二IGBT组件的温度并输出过温保护信号给所述比较器；

所述过流保护单元的输入端与所述IPM单元连接，所述过流保护单元的输出端与所述比较器连接，所述过流保护单元采集所述IPM单元中流过所述第一IGBT组件的电流信号、所述IPM单元中流过所述第二IGBT组件的电流信号并输出过流保护信号给所述比较器；

所述线路驱动器分别与所述比较器、所述IPM单元、所述信号发生单元连接，当所述短路保护信号、过温保护信号以及过流保护信号同时处于低电平状态时，所述比较器输出的关断信号为低电平状态，所述线路驱动器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单元，否则，所述比较器输出的关断信号为高电平状态，所述线路驱动器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单元。

根据本发明的一个实施例，所述线路驱动器包括信号输入引脚、使能引脚和信号输出引脚，所述使能引脚与所述比较器连接，所述输入引脚与所述信号发生单元连接，所述输出引脚与所述IPM单元连接，当所述关断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单元，当所述关断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单元。

根据本发明的一个实施例，所述短路保护单元包括短路保护电路、设于所述第一IGBT组件上的两个第一电压传感器和设于所述第二IGBT组件上的两个第二电压传感器，所述第一电压传感器和所述第二电压传感器分别与所述短路保护电路连接，所述第一IGBT组件的门级电压信号包括第一IGBT组件的上门级电压信号和第一IGBT组件的下门级电压信号，所述第二IGBT组件的门级电压信号包括第二IGBT组件的上门级电压信号和第二IGBT组件的下门级电压信号，两个所述第一电压传感器分别用于采集所述第一IGBT组件的上门级电压信号和所述第一IGBT组件的下门级电压信号，两个所述第二电压传感器分别用于采集所述第二IGBT组件的上门级电压信号和所述第二IGBT组件的下门级电压信号。

根据本发明的一个实施例，所述短路保护电路包括：依次连接的第一信号输入电路模块、第一信号比较电路模块和第一信号输出电路模块，所述第一信号输入电路模块分别与所述第一电压传感器、所述第二电压传感器、所述信号发生单元连接，所述第一信号输出模块与所述比较器连接；所述第一信号比较电路模块包括第一与门逻辑门芯片、第二与门逻辑门芯片、第三与门逻辑门芯片和或门逻辑门芯片，所述或门逻辑门芯片的输入端分别与所述第一与门逻辑门芯片输出端、第二与门逻辑门芯片输出端、第三与门逻辑门芯片输出端连接，所述或门逻辑门芯片的输出端与所述第一信号输出电路模块连接，所述第一与门逻辑门芯片根据所述第一脉冲信号和第二脉冲信号输出第一电平信号，所述第二与门逻辑门芯片根据所述第一IGBT组件的上门级电压信号和第一IGBT组件的下门级电压信号输出第二电平信号，所述第三与门逻辑门芯片根据第二IGBT组件的上门级电压信号和第二IGBT组件的下门级电压信号输出第三电平信号，所述或门逻辑门芯片根据所述第一电平信号、所述第二电平信号以及所述第三电平信号输出第四电平信号给所述第一信号输出电路模块；所述第一信号输出电路模块根据所述第四电平信号输出所述短路保护信号给所述比较器。

根据本发明的一个实施例，所述过温保护单元包括过温保护电路、设于所述第一IGBT组件上的第一温度传感器和设于所述第二IGBT组件上的第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别与所述过温保护电路连接，所述过温保护电路与所述比较器连接，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，所述过温保护电路根据所述第一IGBT组件的温度、第二IGBT组件的温度输出过温保护信号给所述比较器。

根据本发明的一个实施例，所述过温保护电路包括：依次连接的第二信号输入电路模块、第二信号比较电路模块和第二信号输出电路模块，所述第二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第二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第一输入电压值，并传输给所述第二信号比较电路模块，所述第二信号比较电路模块将所述第一输入电压值与预设过温电压值进行比较，所述第二信号输出电路模块根据比较结果输出过温保护信号给所述比较器。

根据本发明的一个实施例，所述第二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第一模拟开关，所述第一模拟开关包括与所述第一比较芯片的输出端连接的第一信号输入端、与所述第二信号比较电路模块连接的第一信号输出端、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，所述第二信号比较电路模块包括第二比较芯片和第一调整电路，所述第二比较芯片的正极输入端与第一调整电路连接，所述第二比较芯片的负极输入端与所述第一信号输出端连接，所述第二比较芯片的输出端与所述第二信号输出电路模块连接，所述第二比较芯片将所述第一输入电压值与所述第一调整电路输出的预设过温电压值进行比较，输出比较结果给所述第二信号输出电路模块。

根据本发明的一个实施例，所述过流保护单元包括过流保护电路、设于所述第一IGBT组件上的第一霍尔电流传感器和设于所述第二IGBT组件上的第二霍尔电流传感器，所述第一霍尔电流传感器和所述第二霍尔电流传感器分别与过流保护电路连接，所述过流保护电路与所述比较器连接，所述第一霍尔电流传感器用于采集所述IPM单元中流过第一IGBT组件的电流信号并自动转换成第三电压值，所述第二霍尔电流传感器用于采集所述IPM单元中流过第二IGBT组件的电流信号并自动转换成第四电压值，所述过流保护电路根据所述第三电压值和所述第四电压值输出过流保护信号给所述比较器。

根据本发明的一个实施例，所述过流保护电路包括：依次连接的第三信号输入电路模块、第三信号比较电路模块和第三信号输出电路模块，所述第三信号输入电路模块包括第三比较芯片，所述第三比较芯片的负极输入端与所述第一霍尔电流传感器，所述第三比较芯片的正极输入端与第二霍尔电流传感器连接，所述第三比较芯片的输出端与所述第三信号比较电路模块连接，所述第三比较芯片采集并比较所述第三电压值和所述第四电压值，将所述第三电压值和第四电压值中较大的电压值作为第二输入电压值，并传输给所述第三信号比较电路模块，所述第三信号比较电路模块将所述第二输入电压值与预设过流电压值进行比较，所述第三信号输出电路模块根据比较结果输出过温保护信号给所述比较器。

根据本发明的一个实施例，所述第三信号输入电路模块还包括设于所述第三比较芯片的输出端的第二模拟开关，所述第二模拟开关包括与所述第三比较芯片的输出端连接的第二信号输入端、与所述第三信号比较电路模块连接的第二信号输出端、接于所述第三比较芯片的负极输入端的第三输入端以及接于所述第三比较芯片的正极输入端的第四输入端。

根据本发明的一个实施例，所述第三信号比较电路模块包括第四比较芯片和第二调整电路，所述第四比较芯片的负极输入端与所述第二调整电路连接，所述第四比较芯片的正极输入端与所述第二信号输出端连接，所述第四比较芯片的输出端与所述第三信号输出电路模块连接，所述第四比较芯片将所述第二输入电压值与所述第二调整电路输出的预设过流电压值进行比较，输出比较结果给所述第三信号输出电路模块。

本发明的IPM保护系统一方面在原有对IGBT组件的短路检测的基础上，添加了一组对输入的脉冲信号的短路检测，当有错误脉冲信号输入的情况下，阻断脉冲信号继续传递，使其无法传递到IPM单元，达到保护IGBT组件的目的；另一方面采用比较器对短路保护信号、过温保护信号以及过流保护信号进行处理和判断，并输出关断信号给线路驱动器，线路驱动器充当一个开关的作用，根据关断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，本发明实施例的IPM保护系统全部由硬件组成，与软硬件结合的系统相比，减少了MCU控制器所要求的外围电路，简化系统结构，同时无需软件编程，减少了系统开发的任务量及开发难度，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。

附图说明

图1是本发明的用于飞轮储能装置的IPM保护系统的结构示意图。

图2是本发明的短路保护电路的结构示意图。

图3是本发明的过温保护电路的结构示意图

图4是本发明的过流保护电路的结构示意图

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。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。

本发明的实施例公开了一种用于飞轮储能装置的IPM保护系统，该IPM保护系统适用于1500V的地铁轨道上200KW的飞轮储能装置。

图1示出了一种用于飞轮储能装置的IPM保护系统，请参见图1，该IPM保护系统包括：信号发生单元20、IPM单元30、短路保护单元(图中未示出)、过温保护单元(图中未示出)、过流保护单元(图中未示出)、比较器40和线路驱动器50。请参见图2，信号发生单元20包括用于产生并输出第一脉冲信号的第一发生端201和用于产生并输出第二脉冲信号的第二发生端202，IPM单元30中设有第一IGBT组件(图中未示出)和第二IGBT组件(图中未示出)。

进一步地，请参见图1，短路保护单元的输入端分别与IPM单元30、信号发生单元20连接，短路保护单元的输出端与比较器40连接，短路保护单元采集第一IGBT组件的门级电压信号、第二IGBT组件的门级电压信号、第一脉冲信号和第二脉冲信号并输出短路保护信号给比较器40。

本实施例的短路保护单元在原有对IGBT组件的短路检测的基础上，添加了一组对输入的脉冲信号的短路检测，当有错误脉冲信号输入的情况下，阻断脉冲信号继续传递，使其无法传递到IPM单元30，达到保护IGBT组件的目的。

进一步地，请参见图1，过温保护单元的输入端与IPM单元30连接，过温保护单元的输出端与比较器40连接，过温保护单元采集第一IGBT组件的温度、第二IGBT组件的温度并输出过温保护信号给比较器40。

本实施例的过温保护单元在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单元30，达到保护IGBT组件的目的。

进一步地，请参见图1，过流保护单元的输入端与IPM单元30连接，过流保护单元的输出端与比较器40连接，过流保护单元采集IPM单元30中流过第一IGBT组件的电流信号、IPM单元30中流过第二IGBT组件的电流信号并输出过流保护信号给比较器40。

本实施例的过流保护单元在IGBT组件的温度出现过流时，阻断脉冲信号继续传递，使其无法传递到IPM单元30，达到保护IGBT组件的目的。

进一步地，请参见图1，线路驱动器50分别与比较器40、IPM单元30、信号发生单元20连接，当短路保护信号、过温保护信号以及过流保护信号同时处于低电平状态时，比较器40输出的关断信号为低电平状态，线路驱动器50控制第一脉冲信号和第二脉冲信号通过并传递到IPM单元30，否则，比较器40输出的关断信号为高电平状态，线路驱动器50控制阻断第一脉冲信号和第二脉冲信号传递到IPM单元30。

本发明的实施例采用比较器40对短路保护信号、过温保护信号以及过流保护信号进行处理和判断，并输出关断信号给线路驱动器50，线路驱动器50充当一个开关的作用，根据关断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。本发明实施例的IPM保护系统全部由硬件组成，与软硬件结合的系统相比，减少了MCU控制器所要求的外围电路，简化系统结构，同时无需软件编程，减少了系统开发的任务量及开发难度，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。

在上述实施例的基础上，线路驱动器50包括信号输入引脚、使能引脚和信号输出引脚，使能引脚与比较器40连接，输入引脚与信号发生单元连接，用于输入第一脉冲信号和第二脉冲信号，输出引脚与IPM单元30连接，用于输出第一脉冲信号和第二脉冲信号至IPM单元30，比较器40根据接收到短路保护信号、过温保护信号以及过流保护信号输出关断信号。比较器40为三输入或门，当短路保护信号、过温保护信号以及过流保护信号同时处于低电平状态时，比较器40输出的关断信号为低电平状态，否则，比较器40输出的关断信号为高电平状态；当关断信号处于低电平状态(使能引脚为低电平)时，第一脉冲信号和第二脉冲信号通过使能引脚传递到IPM单元30，当关断信号处于高电平状态(使能引脚为高电平)时，使能引脚阻断第一脉冲信号和第二脉冲信号传递到IPM单元30。

根据本发明的一个实施例，请参见图2，短路保护单元包括短路保护电路60、设于第一IGBT组件上的两个第一电压传感器(图中未示出)和设于第二IGBT组件上的两个第二电压传感器(图中未示出)，第一电压传感器和第二电压传感器分别与短路保护电路60连接。第一IGBT组件的门级电压信号包括第一IGBT组件的上门级电压信号和第一IGBT组件的下门级电压信号，第二IGBT组件的门级电压信号包括第二IGBT组件的上门级电压信号和第二IGBT组件的下门级电压信号。第一IGBT组件包括上桥臂和下桥臂，两个第一电压传感器分别用于采集第一IGBT组件的上门级电压信号(即上桥臂的门级电压信号)和第一IGBT组件的下门级电压信号(即下桥臂的门级电压信号)；第二IGBT组件包括上桥臂和下桥臂，两个第二电压传感器分别用于采集第二IGBT组件的上门级电压信号(即上桥臂的门级电压信号)和第二IGBT组件的下门级电压信号(即下桥臂的门级电压信号)。在本实施例中，第一IGBT组件和第二IGBT组件可以分别单独工作，也可以同时工作。

在本实施例中，进一步地，请参见图2，短路保护电路包括：依次连接的第一信号输入电路模块601、第一信号比较电路模块602和第一信号输出电路模块603，第一信号比较电路模块602包括第一与门逻辑门芯片6020、第二与门逻辑门芯片6021、第三与门逻辑门芯片6022和或门逻辑门芯片6023，或门逻辑门芯片6023的输入端分别与第一与门逻辑门芯片6020输出端、第二与门逻辑门芯片6021输出端、第三与门逻辑门芯片6022输出端连接，或门逻辑门芯片6023的输出端与第一信号输出电路模块603连接，第一与门逻辑门芯片6020接地以及连接参考电压发生器，第二与门逻辑门芯片6021接地以及连接参考电压发生器，第三与门逻辑门芯片6022接地以及连接参考电压发生器，或门逻辑门芯片6023接地以及连接参考电压发生器。第一与门逻辑门芯片6020根据第一脉冲信号和第二脉冲信号输出第一电平信号，当第一脉冲信号和第二脉冲信号同时为高电平时，第一与门逻辑门芯片6020输出的第一电平信号为高电平，否则，第一与门逻辑门芯片6020输出的第一电平信号为低电平。第二与门逻辑门芯片6021根据第一IGBT组件的上门级电压信号和第一IGBT组件的下门级电压信号输出第二电平信号，当第一IGBT组件的上门级电压信号和第一IGBT组件的下门级电压信号同时为高电平时，第二与门逻辑门芯片6021输出的第二电平信号为高电平，否则，第二与门逻辑门芯片6021输出的第二电平信号为低电平。第三与门逻辑门芯片6022根据第二IGBT组件的上门级电压信号和第二IGBT组件的下门级电压信号输出第三电平信号，当第二IGBT组件的上门级电压信号和第二IGBT组件的下门级电压信号同时为高电平时，第三与门逻辑门芯片6022输出的第三电平信号为高电平，否则，第三与门逻辑门芯片6022输出的第三电平信号为低电平。或门逻辑门芯片6023根据第一电平信号、第二电平信号以及第三电平信号输出第四电平信号给第一信号输出电路模块603，当第一电平信号、第二电平信号以及第三电平信号三者中只要有一个电平信号是高电平，或门逻辑门芯片6023输出的第四电平信号为高电平，否则，或门逻辑门芯片6023输出的第四电平信号为低电平，第一信号输出电路模603块根据第四电平信号输出短路保护信号给比较器40。

进一步地，请参见图2，第一信号输出电路模块603包括依次串联两个第一非门芯片6030。第一非门芯片6030用于增强第四电平信号，并能够稳定第四电平信号，当第四电平信号为低电平时，第一信号输出电路模块603输出的短路保护信号为增强及稳定后的第四电平信号，短路保护信号为低电平，表示信号正常；当第四电平信号为高电平时，第一信号输出电路模块603输出的短路保护信号为增强及稳定后的第四电平信号，短路保护信号为高电平，表示信号异常。

进一步地，请参见图2，第一信号输入电路模块601包括第一电阻1和第二电阻2，第一电阻1分别与第一与门逻辑门芯片6020的输入端、第一发生端201串联，第二电阻2分别与第一与门逻辑门芯片6020的输入端、第二发生端202串联。

进一步地，请参见图2，第一信号输入电路模块601包括第三电阻3和第四电阻4，第三电阻3分别与第二与门逻辑门芯片6021的输入端、其中一个第一电压传感器串联，第四电阻4分别与第二与门逻辑门芯片6021的输入端、另一个第一电压传感器串联。

进一步地，请参见图2，第一信号输入电路模块601包括第五电阻5和第六电阻6，第五电阻5分别与第三与门逻辑门芯片6022的输入端、其中一个第二电压传感器串联，第六电阻6分别与第三与门逻辑门芯片6022的输入端、另一个第二电压传感器串联。

根据本发明的一个实施例，请参见图3，过温保护单元包括过温保护电路70、设于第一IGBT组件上的第一温度传感器301和设于第二IGBT组件上的第二温度传感器302，第一温度传感器301和第二温度传感器302分别与过温保护电路70连接，过温保护电路70与比较器40连接，第一温度传感器301用于采集第一IGBT组件的温度，第二温度传感器302用于采集第二IGBT组件的温度，过温保护电路70根据第一IGBT组件的温度、第二IGBT组件的温度输出过温保护信号给比较器40。

进一步地，请参见图3，过温保护电路70包括：依次连接的第二信号输入电路模块701、第二信号比较电路模块702和第二信号输出电路模块703，第二信号输入电路模块701包括第一比较芯片7010、第一分压电路7011以及第二分压电路7012，第一比较芯片7010接地以及与参考电压发生器连接，第一分压电路7011的一端与第一温度传感器301连接，第一分压电路7011的另一端与第一比较芯片7010的负极输入端连接，第二分压电路7012的一端与第二温度传感器302连接，第二分压电路7012的另一端与第一比较芯片7010的正极输入端连接，第一比较芯片7010的输出端与第二信号比较电路模块703连接，第一分压电路7011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7012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7010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第一输入电压值，并传输给信号第二比较电路模块702；第二信号比较电路模块702将第一输入电压值与预设过温电压值进行比较，第二信号输出电路模块703根据第二信号比较电路模块702的比较结果输出过温保护信号给比较器40。

在本实施例中，通过直接检测IGBT组件的温度相当于检测IPM单元10的温度，第一温度传感器301和第二温度传感器302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301的阻值减小，TP1处的电压值随第一温度传感器301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302的阻值减小，TP2处的电压值随第二温度传感器302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3，第二信号输入电路模块701还包括设于第一比较芯片7010的输出端的第一模拟开关7013，第一模拟开关7013包括与第一比较芯片7010的输出端连接的第一信号输入端(即Vin端)、与第二信号比较电路模块702连接的第一信号输出端(即OUT端)、接于第一比较芯片7010的负极输入端与第一分压电路7011之间的第一输入端(即NO端)以及接于第一比较芯片7010的正极输入端与第二分压电路7012之间的第二输入端(即NC端)。第二模拟开关7013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7010输出低电平给第一模拟开关7013，当第一信号输入端为低电平状态时，第一信号输出端与第二输入端接通，将第二电压值作为第一输入电压值传递到第二信号比较电路模块702；当第一电压值小于第二电压值时，第一比较芯片7010输出高电平给第一模拟开关7013，当第一信号输入端为高电平状态时，第一信号输出端与第一输入端接通，将第一电压值作为第一输入电压值传递到第二信号比较电路模块702。

进一步地，请参见图3，第一分压电路7011包括第七电阻7和第八电阻8，第七电阻7的一端、第八电阻8的一端和第一比较芯片7010的负极输入端互连，第七电阻7的另一端与第一温度传感器301连接，第八电阻8的另一端与参考电压发生器连接。

进一步地，请参见图3，第二分压电路7012包括第九电阻9和第十电阻10，第九电阻9的一端、第十电阻10的一端和第一比较芯片7010的正极输入端互连，第九电阻9的另一端与第二温度传感器302连接，第十电阻10的另一端与参考电压发生器连接。

进一步地，请参见图3，第二信号比较电路模块702包括第二比较芯片7020和第一调整电路7021，第二比较芯片7020接地以及与参考电压发生器连接，第二比较芯片7020的正极输入端与第一调整电路7021连接，第二比较芯片7020的负极输入端与第一信号输出端连接，第二比较芯片7020的输出端与第二信号输出电路模块703连接，第二比较芯片7020将第一输入电压值与第一调整电路7021输出的预设过温电压值进行比较，输出比较结果给第二信号输出电路模块703。当第一输入电压值大于或等于预设过温电压值时，第二比较芯片7020向第二信号输出电路模块703输出低电平，当第一输入电压值小于预设过温电压值时，第二比较芯片7020向第二信号输出电路模块703输出高电平。

进一步地，请参见图3，第一调整电路7021包括第十一电阻11和第十二电阻12，第二比较芯片7020的正极输入端与第十一电阻11的一端、第十二电阻12的一端互连，第十一电阻11的另一端接地，第十二电阻12的另一端与参考电压发生器连接。第一调整电路7021通过调整第十一电阻11和第十二电阻12，将第一调整电路7021的输出电压(TP3处电压值)调整为过温时所对应的电压值(即预设过温电压值)。

进一步地，请参见图3，第二信号输出电路模块703包括依次串联的两个第二非门芯片7030。第二非门芯片7030用于增强并稳定电平信号，当第二比较芯片7020向第二信号输出电路模块703输出低电平时，第二信号输出电路模块703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7020向第二信号输出电路模块703输出高电平时，第二信号输出电路模块703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。

根据本发明的一个实施例，请参见图4，过流保护单元包括过流保护电路80、设于第一IGBT组件上的第一霍尔电流传感器303和设于第二IGBT组件上的第二霍尔电流传感器304，第一霍尔电流传感器303和第二霍尔电流传感器304分别与过流保护电路80连接，过流保护电路80与比较器40连接，第一霍尔电流传感器303用于采集IPM单元中流过第一IGBT组件的电流信号并自动转换成第三电压值，第二霍尔电流传感器304用于采集IPM单元中流过第二IGBT组件的电流信号并自动转换成第四电压值，过流保护电路80根据第三电压值和第四电压值输出过流保护信号给比较器40。

进一步地，请参见图4，过流保护电路80包括：依次连接的第三信号输入电路模块801、第三信号比较电路模块802和第三信号输出电路模块803，第三信号输入电路模块801包括第三比较芯片8010，第三比较芯片8010的负极输入端与第一霍尔电流传感器303，第三比较芯片8010的正极输入端与第二霍尔电流传感器304连接，第三比较芯片8010的输出端与第三信号比较电路模块802连接，第三比较芯片8010采集并比较第三电压值和第四电压值，将第三电压值和第四电压值中较大的电压值作为第二输入电压值，并传输给第三信号比较电路模块802；第三信号比较电路模块802将第二输入电压值与预设过流电压值进行比较，第三信号输出电路模块803根据第三信号比较电路模块802的比较结果输出过流保护信号给比较器40。

在本实施例中，第一霍尔电流传感器303将IPM单元30中流过第一IGBT组件的电流信号按照一定的比例转换为第三电压值，第二霍尔电流传感器304将IPM单元30中流过第二IGBT组件的电流信号按照一定的比例转换为第四电压值，TP4处的电压值为第三电压值，TP5处的电压值为第四电压值，TP4处的电压值和TP5处的电压值随着电流的增大而增大，TP4的电压值与电流值成正比例关系，TP5的电压值与电流值成正比例关系。

进一步地，请参见图4，第三信号输入电路模块801还包括设于第三比较芯片8010的输出端的第二模拟开关8011，第二模拟开关8011包括与第三比较芯片8010的输出端连接的第二信号输入端(即Vin端)、与第三信号比较电路模块802连接的第二信号输出端(即OUT端)、接于第三比较芯片8010的负极输入端的第三输入端(即NC端)以及接于第三比较芯片8010的正极输入端的第四输入端(即NO端)。第二模拟开关8011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，当第三电压值大于第四电压值时，第三比较芯片8010输出低电平给第二模拟开关8011，当第二信号输入端为低电平状态时，第二信号输出端与第三输入端接通，将第三电压值作为第二输入电压值传递到第三信号比较电路模块802；当第三电压值小于第四电压值时，第三比较芯片8010输出高电平给第二模拟开关8011，当第二信号输入端为高电平状态时，第二信号输出端与第四输入端接通，将第四电压值作为第二输入电压值传递到第三信号比较电路模块802。

进一步地，请参见图4，第三信号比较电路模块802包括第四比较芯片8020和第二调整电路8021，第四比较芯片8020接地以及与参考电压发生器连接，第四比较芯片8020的负极输入端与第二调整电路8021连接，第四比较芯片8020的正极输入端与第二信号输出端连接，第四比较芯片8020的输出端与第三信号输出电路模块803连接，第四比较芯片8020将第二输入电压值与第二调整电路8021输出的预设过流电压值进行比较，输出比较结果给第三信号输出电路模块803。当第二输入电压值大于或等于预设过流电压值时，第四比较芯片8020向第三信号输出电路模块803输出高电平，当第二输入电压值小于预设过流电压值时，第四比较芯片8020向第三信号输出电路模块803输出低电平。

进一步地，请参见图4，第二调整电路8021包括第十三电阻13、第十四电阻14，第四比较芯片8020的负极输入端与第十三电阻13的一端、第十四电阻14的一端互连，第十三电阻13的另一端接地，第十四电阻14的另一端与参考电压发生器连接。第二调整电路8021通过调整第十三电阻13和第十四电阻14，将TP6处电压值调整为过流时所对应的电压值，即预设过流电压值。

进一步地，请参见图4，第三信号比较电路模块802还包括第十五电阻15，第十五电阻15的一端接于第四比较芯片8020的负极输入端与第二调整电路8012之间，第十五电阻15的另一端接于第四比较芯片8020的输出端。第十五电阻15用于放大第四比较芯片8020输出的比较结果。

进一步地，请参见图4，第三信号输出电路模块803包括依次串联的两个第三非门芯片8030。第三非门芯片8030用于增强并稳定电平信号，当第四比较芯片8020向第三信号输出电路模块803输出低电平时，第三信号输出电路模块803输出的过流保护信号为经过增强及稳定后的低电平，表示信号正常，当第四比较芯片8020向第三信号输出电路模块803输出高电平时，第三信号输出电路模块803输出的过流保护信号为经过增强及稳定后的高电平，表示信号异常。

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。

Claims (12)

1.一种用于飞轮储能装置的IPM保护系统，其特征在于，该IPM保护系统包括：信号发生单元、IPM单元、短路保护单元、过温保护单元、过流保护单元、比较器和线路驱动器；

所述信号发生单元用于产生并输出第一脉冲信号和第二脉冲信号，所述IPM单元中设有第一IGBT组件和第二IGBT组件；

所述短路保护单元的输入端分别与所述IPM单元、所述信号发生单元连接，所述短路保护单元的输出端与所述比较器连接，所述短路保护单元采集所述第一IGBT组件的门级电压信号、第二IGBT组件的门级电压信号、所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号并输出短路保护信号给所述比较器；

所述过温保护单元的输入端与所述IPM单元连接，所述过温保护单元的输出端与所述比较器连接，所述过温保护单元采集所述第一IGBT组件的温度、第二IGBT组件的温度并输出过温保护信号给所述比较器；

所述过流保护单元的输入端与所述IPM单元连接，所述过流保护单元的输出端与所述比较器连接，所述过流保护单元采集所述IPM单元中流过所述第一IGBT组件的电流信号、所述IPM单元中流过所述第二IGBT组件的电流信号并输出过流保护信号给所述比较器；

所述线路驱动器分别与所述比较器、所述IPM单元、所述信号发生单元连接，当所述短路保护信号、过温保护信号以及过流保护信号同时处于低电平状态时，所述比较器输出的关断信号为低电平状态，所述线路驱动器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单元，否则，所述比较器输出的关断信号为高电平状态，所述线路驱动器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单元。

2.根据权利要求1所述的IPM保护系统，其特征在于，所述线路驱动器包括信号输入引脚、使能引脚和信号输出引脚，所述使能引脚与所述比较器连接，所述输入引脚与所述信号发生单元连接，所述输出引脚与所述IPM单元连接，当所述关断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单元，当所述关断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单元。

3.根据权利要求2所述的IPM保护系统，其特征在于，所述短路保护单元包括短路保护电路、设于所述第一IGBT组件上的两个第一电压传感器和设于所述第二IGBT组件上的两个第二电压传感器，所述第一电压传感器和所述第二电压传感器分别与所述短路保护电路连接，所述第一IGBT组件的门级电压信号包括第一IGBT组件的上门级电压信号和第一IGBT组件的下门级电压信号，所述第二IGBT组件的门级电压信号包括第二IGBT组件的上门级电压信号和第二IGBT组件的下门级电压信号，两个所述第一电压传感器分别用于采集所述第一IGBT组件的上门级电压信号和所述第一IGBT组件的下门级电压信号，两个所述第二电压传感器分别用于采集所述第二IGBT组件的上门级电压信号和所述第二IGBT组件的下门级电压信号。

4.根据权利要求3所述的IPM保护系统，其特征在于，所述短路保护电路包括：依次连接的第一信号输入电路模块、第一信号比较电路模块和第一信号输出电路模块，所述第一信号输入电路模块分别与所述第一电压传感器、所述第二电压传感器、所述信号发生单元连接，所述第一信号输出模块与所述比较器连接；所述第一信号比较电路模块包括第一与门逻辑门芯片、第二与门逻辑门芯片、第三与门逻辑门芯片和或门逻辑门芯片，所述或门逻辑门芯片的输入端分别与所述第一与门逻辑门芯片输出端、第二与门逻辑门芯片输出端、第三与门逻辑门芯片输出端连接，所述或门逻辑门芯片的输出端与所述第一信号输出电路模块连接，所述第一与门逻辑门芯片根据所述第一脉冲信号和第二脉冲信号输出第一电平信号，所述第二与门逻辑门芯片根据所述第一IGBT组件的上门级电压信号和第一IGBT组件的下门级电压信号输出第二电平信号，所述第三与门逻辑门芯片根据第二IGBT组件的上门级电压信号和第二IGBT组件的下门级电压信号输出第三电平信号，所述或门逻辑门芯片根据所述第一电平信号、所述第二电平信号以及所述第三电平信号输出第四电平信号给所述第一信号输出电路模块；所述第一信号输出电路模块根据所述第四电平信号输出所述短路保护信号给所述比较器。

5.根据权利要求2所述的IPM保护系统，其特征在于，所述过温保护单元包括过温保护电路、设于所述第一IGBT组件上的第一温度传感器和设于所述第二IGBT组件上的第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别与所述过温保护电路连接，所述过温保护电路与所述比较器连接，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，所述过温保护电路根据所述第一IGBT组件的温度、第二IGBT组件的温度输出过温保护信号给所述比较器。

6.根据权利要求5所述的IPM保护系统，其特征在于，所述过温保护电路包括：依次连接的第二信号输入电路模块、第二信号比较电路模块和第二信号输出电路模块，所述第二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第二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第一输入电压值，并传输给所述第二信号比较电路模块，所述第二信号比较电路模块将所述第一输入电压值与预设过温电压值进行比较，所述第二信号输出电路模块根据比较结果输出过温保护信号给所述比较器。

7.根据权利要求6所述的IPM保护系统，其特征在于，所述第二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第一模拟开关，所述第一模拟开关包括与所述第一比较芯片的输出端连接的第一信号输入端、与所述第二信号比较电路模块连接的第一信号输出端、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。

8.根据权利要求7所述的IPM保护系统，其特征在于，所述第二信号比较电路模块包括第二比较芯片和第一调整电路，所述第二比较芯片的正极输入端与第一调整电路连接，所述第二比较芯片的负极输入端与所述第一信号输出端连接，所述第二比较芯片的输出端与所述第二信号输出电路模块连接，所述第二比较芯片将所述第一输入电压值与所述第一调整电路输出的预设过温电压值进行比较，输出比较结果给所述第二信号输出电路模块。

9.根据权利要求2所述的IPM保护系统，其特征在于，所述过流保护单元包括过流保护电路、设于所述第一IGBT组件上的第一霍尔电流传感器和设于所述第二IGBT组件上的第二霍尔电流传感器，所述第一霍尔电流传感器和所述第二霍尔电流传感器分别与过流保护电路连接，所述过流保护电路与所述比较器连接，所述第一霍尔电流传感器用于采集所述IPM单元中流过第一IGBT组件的电流信号并自动转换成第三电压值，所述第二霍尔电流传感器用于采集所述IPM单元中流过第二IGBT组件的电流信号并自动转换成第四电压值，所述过流保护电路根据所述第三电压值和所述第四电压值输出过流保护信号给所述比较器。

10.根据权利要求9所述的IPM保护系统，其特征在于，所述过流保护电路包括：依次连接的第三信号输入电路模块、第三信号比较电路模块和第三信号输出电路模块，所述第三信号输入电路模块包括第三比较芯片，所述第三比较芯片的负极输入端与所述第一霍尔电流传感器，所述第三比较芯片的正极输入端与第二霍尔电流传感器连接，所述第三比较芯片的输出端与所述第三信号比较电路模块连接，所述第三比较芯片采集并比较所述第三电压值和所述第四电压值，将所述第三电压值和第四电压值中较大的电压值作为第二输入电压值，并传输给所述第三信号比较电路模块，所述第三信号比较电路模块将所述第二输入电压值与预设过流电压值进行比较，所述第三信号输出电路模块根据比较结果输出过温保护信号给所述比较器。

11.根据权利要求10所述的IPM保护系统，其特征在于，所述第三信号输入电路模块还包括设于所述第三比较芯片的输出端的第二模拟开关，所述第二模拟开关包括与所述第三比较芯片的输出端连接的第二信号输入端、与所述第三信号比较电路模块连接的第二信号输出端、接于所述第三比较芯片的负极输入端的第三输入端以及接于所述第三比较芯片的正极输入端的第四输入端。

12.根据权利要求11所述的IPM保护系统，其特征在于，所述第三信号比较电路模块包括第四比较芯片和第二调整电路，所述第四比较芯片的负极输入端与所述第二调整电路连接，所述第四比较芯片的正极输入端与所述第二信号输出端连接，所述第四比较芯片的输出端与所述第三信号输出电路模块连接，所述第四比较芯片将所述第二输入电压值与所述第二调整电路输出的预设过流电压值进行比较，输出比较结果给所述第三信号输出电路模块。