一种用于IGBT模块的温度检测电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于IGBT模块的温度检测电路，包括：热敏电阻Rt，安装在IGBT模块内部；模拟量转换成脉冲量芯片U1，与热敏电阻Rt连接；FPGA，与模拟量转换成脉冲量芯片U1连接。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有线性度好、精度高、带安全隔离等优点。

A temperature detection circuit for IGBT module

【技术实现步骤摘要】
一种用于IGBT模块的温度检测电路
本技术涉及一种温度检测电路，尤其是涉及一种用于IGBT模块的温度检测电路。
技术介绍
随着现代工业的飞速发展，电力电子技术也得到突飞猛进，功率半导体是其重中之重器件，是功率模块被广泛应用于电力电子变换领域中，尤为突出的在新能源汽车、储能、变频器、有源滤波器、SVG等热门行业中功率模块发挥着极其重要的作用。在实际应用过程中，由于基板散热不均和内部过流等引起的IGBT结温过高是模块失效的主要原因之一，制约半导体应用的一个重要因素也是它们的最大结温Tvj，因此无论是应用开发人员还是管理其运行的用户,IGBT模块结温的测量都非常重要，这直接影响到设备的可靠性和寿命，如果IGBT模块结温温度检测设计不合理，严重时机器设备不能正常工作甚至会出现炸机的风险。随着IGBT技术的逐渐发展成熟，许多厂家在IGBT模块内部都集成了NTC热敏电阻，如英飞凌、富士、西门康等功率模块都有集成NTC，NTC是负温度系数热敏电阻，安装在模块内部硅片附近以实现紧密的热耦合，将热敏电阻阻值与之对应的温度值匹配，作为一个温度传感器以简化精确的温度测量设计，它可以有效地检测功率模块的稳态壳温(Tc)，各厂家模块内封装的NTC参数基本相近。目前常见的NTC检测电路有电阻分压法、比较器比较法、间接测量法，然而这几种方法都存在不足的地方:1、电阻分压法，结合单片机技术能够很方便的实现温度测量。但是由于NTC传感器的特性是阻值会随不同温度的变化而变化，变化范围可达千倍以上，常见单片机的AD采样位数通常为十位，加上采集过程中的系统噪声，测量的误差难以满足全温度范围内高精度温度测量要求。2、比较器比较法，电路简单，只能作为设置IGBT最大温度的过温保护判断，不能线性的测量出模块结温温度。3、间接测量法，不是直接测量芯片的实际温度,而是测量系统中其他参考点的温度，通常是检测IGBT模块的基板或散热器温度，不能准确真实有效的测量模块结温温度。而且这几种方法都不带隔离检测，线性度和精度都不高。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种线性度好、精度高、带安全隔离的用于IGBT模块的温度检测电路。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于IGBT模块的温度检测电路，包括：热敏电阻Rt，安装在IGBT模块内部；模拟量转换成脉冲量芯片U1，与热敏电阻Rt连接；FPGA，与模拟量转换成脉冲量芯片U1连接。优选地，所述的电路还包括限流电阻Ra和充放电电容C，所述的限流电阻Ra一端分别与模拟量转换成脉冲量芯片U1的7号管脚和热敏电阻Rt连接，另一端通过分别与模拟量转换成脉冲量芯片U1的2号管脚、充放电电容C一端连接，所述的充放电电容C另一端接地。优选地，所述的热敏电阻Rt、限流电阻Ra和充放电电容C构成充电电路。优选地，所述的限流电阻Ra和充放电电容C构成放电电路。优选地，所述的电路还包括隔离光耦U2，该隔离光耦U2一端与模拟量转换成脉冲量芯片U1连接，另一端与FPGA连接。优选地，所述的隔离光耦U2的1号管脚经上拉电阻R2接Vcc，3号管脚接模拟量转换成脉冲量芯片U1的脉冲信号输出，并接下拉电阻R3接DGND，4号管脚接GND，6号管脚将隔离后的脉冲送入FPGA，通过上拉电阻R1接直流电源Vdd，并经退耦电容C1接GND。优选地，所述的电路还包括隔离电源U3，该隔离电源U3的2号管脚接Vdd并经退偶电容接GND，1号管脚接GND，5号管脚为高压侧提供电源Vcc并经旁路C3接到DGND，4号管脚接DGND。优选地，所述的模拟量转换成脉冲量芯片U1采用NA555芯片。与现有技术相比，本技术具有以下优点：1)安全性：本设计采用了高速光耦隔离和电源供电隔离，IGBT模块NTC虽在内部设计上留有安全间距，这是功能上的隔离，但耦合在同一模块里且距离很近，在高压大电流运行情况下出现故障炸管时会出现拉弧导致高压窜出现象，增加高速光耦对信号隔离，同时给NA555芯片供电也用DC/DC做电源隔离,真正意义上的将高压侧与低压侧分开，设计更为安全。2)可靠性：本设计采用IGBT模块NTC热敏电阻阻值变化的模拟量转化为脉冲宽度变化的数字量，在软件上检测更容易实现，在系统信号传输中抗干扰性更强，实际使用中更为可靠。3)可调性：本设计中引入了限流电阻Ra，NTC是一个负温度系数的热敏电阻，对流过它的电流要求Imax≤3.77mA，加了限流电阻后可以满足在不同供电电源Vcc下能够正常的使用；引入充放电电容C，选择电容的大小可以控制充放电时间和输出侧的脉冲宽度，这样的设计自由度很高。4)高效实用性：本电路的工艺设计简便，并且能很好的达到理想的使用效果，易于量产，也便于后期维护。附图说明图1为本技术的具体电路图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本技术保护的范围。本技术设计了一种线性度好、精度高、带安全隔离的IGBT模块结温检测电路，分为以下三种方式：(1)基于NA555设计电路将NTC热敏电阻值变化转换为脉冲宽度的变化；(2)输出侧引入隔离器件将脉冲隔离后再送入FPGA；(3)FPGA检测脉宽或者占空比采用查表方式可以准确的测出结温。以上三种方式结合使用能够有效解决IGBT模块结温检测问题，从而达到防止IGBT模块因过温故障导致炸机风险。新型IGBT模块温度检测电路的设计如下：1)基于NA555设计电路将NTC阻值变化的模拟量转换为脉冲宽度变化的数字量，NTC阻值变化转换为脉冲宽度变化电路包括：充电电路、放电电路、模拟量转换为数字量电路，设计中通过调整外围电阻电容，热敏电阻值变化转化为脉宽的变化，检测脉冲宽度即可测出与之对应温度。2)安全隔离，此处将NA555输出的脉冲通过高速光耦隔离后再送入控制芯片检测，供电电源也采用DC/DC隔离，使NTC高压侧与人体易接触的低压侧分离，提高使用的安全性。3)FPGA检测脉冲宽度或者占空比，算出NTC电阻值再通过查表法，读出与之对应的IGBT模块结温温度经过内部通讯上传到人机界面，可以便捷读出模块的实时温度。本技术的IGBT模块温度检测电路的工作原理如下：NTC阻值变化转换为脉冲宽度变化电路，见附图所示,上电瞬间,电容器C上的电压为0,引脚2和引脚6的电位均小于1/3Vcc，由NA555的原理可知,输出Vo＝Vcc,定时器内部放电管截止，此后，电源Vcc通过热敏电阻Rt和限流电阻Ra对电容C充电,引脚2和引脚6的电位逐渐升高,当升高到2/3Vcc时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于IGBT模块的温度检测电路，其特征在于，包括：/n热敏电阻Rt，安装在IGBT模块内部；/n模拟量转换成脉冲量芯片U1，与热敏电阻Rt连接；/nFPGA，与模拟量转换成脉冲量芯片U1连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于IGBT模块的温度检测电路，其特征在于，包括：
热敏电阻Rt，安装在IGBT模块内部；
模拟量转换成脉冲量芯片U1，与热敏电阻Rt连接；
FPGA，与模拟量转换成脉冲量芯片U1连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于IGBT模块的温度检测电路，其特征在于，所述的电路还包括限流电阻Ra和充放电电容C，所述的限流电阻Ra一端分别与模拟量转换成脉冲量芯片U1的7号管脚和热敏电阻Rt连接，另一端通过分别与模拟量转换成脉冲量芯片U1的2号管脚、充放电电容C一端连接，所述的充放电电容C另一端接地。


3.根据权利要求2所述的一种用于IGBT模块的温度检测电路，其特征在于，所述的热敏电阻Rt、限流电阻Ra和充放电电容C构成充电电路。


4.根据权利要求2所述的一种用于IGBT模块的温度检测电路，其特征在于，所述的限流电阻Ra和充放电电容C构成放电电路。


5.根据权利要求1所述的一种用于IGB...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪文瓞，赵军，苏振宇，赵立坤，季晓春，胡勇祥，董建锋，李烽，
申请(专利权)人：安科瑞电气股份有限公司，江苏安科瑞电器制造有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31