[发明专利]具有反极性保护的电源模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源模块，更具体地，涉及一种具有反极性保护的电源模块。

背景技术

为了使汽车更节能，汽车制造商越来越需要将智能电力电子器件集成于汽车中。一个这种示例是传统的液压泵和助力活塞由协助汽车转向机构的电机替代的电动助力转向系统。该电机响应于通过驾驶杆中的传感器检测到的由驾驶员施加至方向盘的扭矩所产生的信号。电机只有当传感器确定需要帮助时才会施力，从而节约了能量。另外，协助力的大小可以随着车速的增加而减少。与传统的液压泵和活塞系统相比，这些特征显著地减少了能量消耗。类似地，传统水泵和冷却风扇可以用由智能电子器件驱动的电机等同物替代。另外，汽车中更高的电压电力系统的使用推动着用更高效的电机等同物替代传统的空调压缩机的可行性。

发明内容

作为创作其发明的一部分，发明人意识到上述应用中驱动电机的电源模块需要在各种工作状态下运行，包括其中汽车技术人员因疏忽将至汽车电池或电机模块的连接相反的比较少见的情况。这种相反连接可能发生于安装新电池或新电机模块时。该相反连接导致施加至汽车的电力系统或电极模块的是反向的电源极性或负极性。发明人还意识到当出现负极性状态时在这种电机模块的电源模块中所使用的功率晶体管会处于它们的不导电状态，功率晶体管具有寄生体二极管，而寄生体二极管可传导的电流的幅度足以通过电阻发热效应损坏晶体管。与传统的整流器不同的是，这些体二极管具有相对较高的电压降和高的寄生串联电阻。

还是作为创作其发明的一部分，发明人意识到通过发明可以安装在电池和汽车电力系统之间的、能在反向条件下断开连接的“智能开关”并使汽车制造商将这种智能开关安装在所有新车中来解决这个问题。然而，这种方法具有许多的缺点。第一，这种智能开关会将可使效率降低的电压降引入系统中。第二，智能开关需要复杂的设计才能够通过发电机对电池充电。第三，这是一个昂贵的解决方案，因为它必须被设计为能操纵几百安培(比普通的继电器昂贵得多，而继电器又存在可靠性问题)。第四，这种系统不适用于不具有这种智能开关的旧车辆的零部件售后配换。第五，智能开关不能解决安装时发生的至电机模块的反向连接问题。该问题的另一个可行解决方案是在电源模块和电池的正供给端之间连接整流器或晶体管。然而，除了复杂的设计使发电机对电池充电外，这种解决方案也具有上述相同的缺点。与之相比，本发明者采用了将电源模块配置为当出现反向极性状态时使功率晶体管(其是半导体器件)进入导电状态的非传统方法。这降低了通过每个功率晶体管的电压降，从而防止了由电阻发热造成的损坏，并增大了流动的电流以使电源模块的汽车熔断器熔断。所引起的熔断器熔断停止了电流流动并防止了晶体管的损坏。虽然本发明会造成一个或多个汽车熔断器的损坏，但是这些熔断器相比于电源模块更便宜且更易于替换。本发明在熔断时间(熔断器变成开路所需要的时间)期间通过使用已存在于电源模块中的电力器件能够使电源模块继续可用，而无需添加另外的电力器件，也无需调整熔断器的尺寸。

因此，根据本发明的第一总的实施方式涉及可封装为电源模块的电源操控电路，该电路包括正电源端子、负电源端子、第一半导体器件(如，功率晶体管)、第一驱动电路以及第二驱动电路。正电源端子和负电源端子接收电源。由所述电源端子接收到的电源在正电源端子比负电源端子具有更高的电位时可以具有正极性，而在负电源端子比正电源端子具有更高的电位时可以具有负极性。第一半导体器件具有第一导电端子、第二导电端子、调制端子以及其第一导电端子和第二导电端子之间的主电流路径。第一半导体器件响应于施加至其调制端子的电信号通过其主电流路径传导电流。第一驱动电路耦接到第一半导体器件的调制端子，并当在所述电源端子接收到的电源具有正极性时，产生耦合到调制端子的电信号。第二驱动电路耦接到第一半导体器件的调制端子，并当在所述电源端子接收到的电源具有负极性时，将使第一半导体器件的主电流路径变为导电的电信号耦合到第一半导体器件的调制端子。

根据第一总的实施方式的电源操控电路可以进一步包括从正电源端子到负电源端子的第一电路路径，其中电流可以流过该第一电路路径。第一电路路径可以包括第一半导体器件，并且第一半导体器件的第一导电端子和第二导电端子可以耦接至第一电路路径。第一半导体器件还可以包括位于其第一导电端子和第二导电端子之间的寄生电流路径。当在所述电源端子上接收到的电源具有负极性时，寄生电流路径可以传导电流。