一種igbt模塊溫度檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及溫度檢測(cè)技術(shù)，特別是設(shè)及一種IGBT應(yīng)用領(lǐng)域的溫度檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，IGBTW其體積小，易進(jìn)行模塊組合，使用性能好，維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用 于電力電子產(chǎn)品中。然而，由于IGBT的固有特性，其工作效能的發(fā)揮必須遵從其溫度特性， 如果在模塊溫度較高的情況下，仍然維持功率較大的工作效能則會(huì)造成模塊不可修復(fù)性損 壞，并危及設(shè)備安全。因此，對(duì)IGBT模塊的溫度進(jìn)行檢測(cè)是非常必要的。
[0003] 經(jīng)過分析，傳統(tǒng)的IGBT模塊溫度檢測(cè)方法是基于模塊內(nèi)部集成的NTC器件，控制單 元通過模擬量通道檢測(cè)其阻值的變化來探知模塊溫度的變化情況。為了減小IGBT忍片與測(cè) 溫元件之間的熱阻，NTC-般集成在IGBT模塊內(nèi)部，在位置上非?？拷K內(nèi)部的功率單 元，IGBT模塊W其工作原理需要，一般工作在高電壓、大電流的狀態(tài)，當(dāng)IGBT模塊因故障而 炸裂時(shí)，功率單元?jiǎng)t極可能與NTC搭接在一起，功率單元上高電壓和大電流則會(huì)通過NTC的 檢測(cè)方法反串到控制單元，造成控制單元損毀，甚至通過控制單元串到其它與控制單元相 連的設(shè)備，造成全系統(tǒng)的損毀，嚴(yán)重時(shí)危及人身與設(shè)備安全，目前為止還沒有對(duì)IGBT模塊的 溫度進(jìn)行安全準(zhǔn)確檢測(cè)的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種IGBT模塊溫度檢測(cè)方法，目的就是為了克服現(xiàn)有的對(duì)IGBT模塊的 溫度進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)，通過對(duì)IGBT模塊的溫度進(jìn)行安全可靠的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)不同溫度 情況采取相應(yīng)的措施來提高IGBT模塊的工作效能。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種IGBT模塊溫度檢測(cè)方法，其特征在于所述檢測(cè)方法步驟包括： A、 熱-電轉(zhuǎn)換器件對(duì)IGBT模塊的散熱板溫度進(jìn)行采集，并將散熱板上的溫度轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)； B、 調(diào)理電路接收熱-電轉(zhuǎn)換器件輸出的電信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的溫度補(bǔ)償，在變換和處理之 后與設(shè)定闊值比較，并將結(jié)果隔離轉(zhuǎn)換成可供MCU采集處理的數(shù)字量信號(hào)； C、 MCU采集調(diào)理電路輸出的數(shù)字量信號(hào)，對(duì)數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行處理和邏輯判斷，并控制功 率組件的工作狀態(tài)，輸出報(bào)警控制信號(hào)。
[0006] 進(jìn)一步的，所述熱-電轉(zhuǎn)換器件包括熱-電轉(zhuǎn)換單元和附屬配置器件，熱-電轉(zhuǎn)換單 元與散熱板貼合，將散熱板上的溫度根據(jù)溫度-電信號(hào)幅值對(duì)應(yīng)關(guān)系變換為電信號(hào)。
[0007] 進(jìn)一步的，所述熱-電轉(zhuǎn)換器件是電壓型、電流型或電阻型。
[000引進(jìn)一步的，所述調(diào)理電路包括變換電路、闊值設(shè)定電路、比較電路和隔離電路;與 熱-電轉(zhuǎn)換器件相連變換電路用于將熱-電轉(zhuǎn)換器件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并進(jìn)行 相應(yīng)的縮放和偏置，輸出到比較電路;闊值設(shè)定電路將應(yīng)用需要對(duì)應(yīng)的溫度根據(jù)熱-電轉(zhuǎn)換 器件的變換關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，輸出到比較電路；比較電路對(duì)變換電路和闊值設(shè)定電路 的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，并將是否超過闊值設(shè)定范圍的結(jié)果w數(shù)字量形式輸出給隔離電路； 隔離電路對(duì)從比較電路輸入的數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行電氣隔離，并變換為MCU可采集處理的信號(hào) 電平，輸出至MCU。
[0009] 進(jìn)一步的，所述功率組件的工作狀態(tài)由MCU輸出的狀態(tài)或組合決定：當(dāng)MCU輸出為 狀態(tài)1時(shí)，功率組件處于工作狀態(tài)1;當(dāng)MCU輸出為狀態(tài)2時(shí)，功率組件處于工作狀態(tài)2;……； 輸出狀態(tài)的定義W及與功率組件工作狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系由用戶確定。
[0010] 進(jìn)一步的，所述檢測(cè)系統(tǒng)還包括IGBT外殼和散熱系統(tǒng)，所述散熱系統(tǒng)與IGBT外殼 貼合，用于帶走IGBT模塊發(fā)出的熱量。
[00川所述IGBT模塊溫度檢測(cè)方法首先對(duì)IGBT模塊散熱板的溫度進(jìn)行采集，根據(jù)需要對(duì) 溫度信號(hào)進(jìn)行變換處理并與溫度修正后的闊值電壓進(jìn)行比較，比較結(jié)果經(jīng)MCU邏輯判斷，輸 出相應(yīng)的控制信號(hào)。
[0012] 所述采集是通過熱-電轉(zhuǎn)換器件來進(jìn)行采集的，熱-電轉(zhuǎn)換器件將散熱板上的溫度 根據(jù)變換關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓、電流或電阻信號(hào)，運(yùn)種溫度-電信號(hào)幅值變換關(guān)系在轉(zhuǎn)換器件的 產(chǎn)品說明書上有具體描述。
[0013] 所述對(duì)電信號(hào)進(jìn)行變換處理是指變換電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)U0并縮放至 方便處理的電壓信號(hào)U;根據(jù)應(yīng)用需求通過熱-電轉(zhuǎn)換器件的變換關(guān)系，闊值設(shè)定電路將應(yīng) 用需要的溫度闊值Τ1、Τ2、……轉(zhuǎn)化為電壓闊值U1、U2、……；比較電路將電壓信號(hào)U與電壓 闊值U1、U2、……進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果W數(shù)字量0和1的形式輸出。
[0014] 所述溫度修正方式是在散熱板設(shè)計(jì)完成之后通過一次試驗(yàn)來標(biāo)定的，即同時(shí)通過 IGBT模塊內(nèi)部集成的NTC和散熱板上的熱-電轉(zhuǎn)換器件采集溫度，記錄兩者溫差Δ T，則在設(shè) 定溫度闊值時(shí)，取溫度闊值巧為散熱板溫度祭與溫差進(jìn)巧之和，即馬+立：r。
[0015] 所述邏輯判斷過程是，第一步，采集調(diào)理電路的輸出狀態(tài);第二步，調(diào)理電路的輸 出狀態(tài)或組合對(duì)照程序中預(yù)設(shè)的狀態(tài);第Ξ步，輸出對(duì)照判斷結(jié)果;第四步，根據(jù)判斷結(jié)果 采取相應(yīng)的措施。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是： 在安全性方面，靠近IGBT模塊的檢測(cè)單元在采集的過程中采用了電氣隔離，有效提高 了檢測(cè)單元的安全系數(shù)； 采集信號(hào)傳輸?shù)妮d體選用數(shù)字量信號(hào)，有效提高了 IGBT功率變換所引起的強(qiáng)電磁干擾 環(huán)境下的信號(hào)質(zhì)量，提高了抗干擾能力； 采用了簡單的電路形式和少量的電子器件，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高； 采用MCU上較富裕的數(shù)字量輸入單元進(jìn)行采集，節(jié)約了 MCU上較緊缺的模擬量輸入單 元，提高了 MCU片上資源利用率； 電路可根據(jù)不同應(yīng)用需求進(jìn)行同構(gòu)擴(kuò)展，實(shí)用性高。
【附圖說明】
[0017] 圖1本發(fā)明的檢測(cè)方法示意圖。
[001引圖2為本發(fā)明的邏輯判斷流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] W下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0020] 如圖1所示，IGBT模塊水冷散熱系統(tǒng)使用電流型熱-電轉(zhuǎn)換器件，其電流信號(hào)與溫 度的對(duì)應(yīng)關(guān)系為線性變換關(guān)系，即溫度每升高化，電流增加 luA;溫度每降低化，電流減小 luA，因此，熱-電轉(zhuǎn)換器件的輸出為I=(T+273)uA，其中T為攝氏溫度，熱-電轉(zhuǎn)換器件的輸出 電流流過變換電路中的電阻R1，選取Κ1=5ΚΩ，則電阻R1兩端的電壓U=(5T+1365) mV，初次 測(cè)量得出溫差為30°C，在闊值設(shè)定電路中設(shè)定闊值Ul = l565mV(對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)溫度為40°C，模 塊溫度為7〇°C)，U2=1690mV(對(duì)應(yīng)的溫度為65°C，模塊溫度為95°C)，U3=1740mV(對(duì)應(yīng)的溫度 為75°C，模塊溫度為105°C )，如圖所示，在比較電路中將U與U1、U2、U3進(jìn)行比較，每一個(gè)闊值 對(duì)應(yīng)一位結(jié)果，大于闊值輸出為1，不超過闊值輸出為0，則： 當(dāng)U < U1，即溫度T < 40°C時(shí)，U與U1、U2、U3比較結(jié)果為000; 當(dāng)U1<U<U2,即溫度40°C<T<65°C時(shí)，U與U1、U2、U3比較結(jié)果為100; 當(dāng)U2<U<U3,即溫度65°C<T^5°C時(shí)，U與U1、U2、U3比較結(jié)果為110; 當(dāng)U>U3,即溫度T>75°C時(shí)，U與U1、U2、U3比較結(jié)果為111。
[0021] 在隔離電路中采用光禪AC化05化W電氣隔離的方式將比較電路的比較結(jié)果傳輸 給MCU，隔離電壓為5kV。
[0022] 如圖2所示，MC訴良據(jù)調(diào)理電路的輸出狀態(tài)進(jìn)行判斷： 當(dāng)輸出結(jié)果為000時(shí)，表明IGBT模塊溫度處于較低狀態(tài)，MCU控制功率組件正常工作。
[0023] 當(dāng)輸出結(jié)果為100時(shí)，表明IGBT模塊需要散發(fā)熱量W保持溫度，MCU控制功率組件 限制功率輸出。
[0024] 當(dāng)輸出結(jié)果為110時(shí)，表明IGBT模塊溫度處于較高狀態(tài)，MCU控制功率組件限制功 率輸出，并發(fā)出過溫報(bào)警信號(hào)。
[0025] 當(dāng)輸出結(jié)果為111時(shí)，表明IGBT模塊處于過熱狀態(tài)，MCU控制功率組件設(shè)備停機(jī)。
[0026] 對(duì)于【具體實(shí)施方式】的理解的描述僅僅是為幫助理解本發(fā)明，而不是用來限制本發(fā) 明的。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可W利用本發(fā)明的思想進(jìn)行一些改動(dòng)和變化，只要其技術(shù)手段沒 有脫離本發(fā)明的思想和要點(diǎn)，仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種IGBT模塊溫度檢測(cè)方法，其特征在于所述檢測(cè)方法步驟包括： A、 熱-電轉(zhuǎn)換器件對(duì)IGBT模塊的散熱板溫度進(jìn)行采集，并將散熱板上的溫度轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)； B、 調(diào)理電路接收熱-電轉(zhuǎn)換器件輸出的電信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的溫度補(bǔ)償，在變換和處理之 后與設(shè)定閾值比較，并將結(jié)果隔離轉(zhuǎn)換成可供MCU采集處理的數(shù)字量信號(hào)； C、 MCU采集調(diào)理電路輸出的數(shù)字量信號(hào)，對(duì)數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行處理和邏輯判斷，并控制功 率組件的工作狀態(tài)，輸出報(bào)警控制信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IGBT模塊溫度檢測(cè)方法，其特征在于所述熱-電轉(zhuǎn)換器件 包括熱-電轉(zhuǎn)換單元和附屬配置器件，熱-電轉(zhuǎn)換單元與散熱板貼合，將散熱板上的溫度根 據(jù)溫度-電信號(hào)幅值對(duì)應(yīng)關(guān)系變換為電信號(hào)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2任一所述的一種IGBT模塊溫度檢測(cè)方法，其特征在于所述熱-電 轉(zhuǎn)換器件是電壓型、電流型或電阻型。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IGBT模塊溫度檢測(cè)方法，其特征在于所述調(diào)理電路包括 變換電路、閾值設(shè)定電路、比較電路和隔離電路;與熱-電轉(zhuǎn)換器件相連變換電路用于將熱_ 電轉(zhuǎn)換器件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的縮放和偏置，輸出到比較電路;閾 值設(shè)定電路將應(yīng)用需要對(duì)應(yīng)的溫度根據(jù)熱-電轉(zhuǎn)換器件的變換關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，輸出 到比較電路；比較電路對(duì)變換電路和閾值設(shè)定電路的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，并將是否超過閾 值設(shè)定范圍的結(jié)果以數(shù)字量形式輸出給隔離電路;隔離電路對(duì)從比較電路輸入的數(shù)字量信 號(hào)進(jìn)行電氣隔離，并變換為MCU可采集處理的信號(hào)電平，輸出至MCU。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IGBT模塊溫度檢測(cè)方法，其特征在于所述功率組件的工 作狀態(tài)由MCU輸出的狀態(tài)或組合決定：當(dāng)MCU輸出為狀態(tài)1時(shí)，功率組件處于工作狀態(tài)1;當(dāng) Μ⑶輸出為狀態(tài)2時(shí)，功率組件處于工作狀態(tài)2;……；輸出狀態(tài)的定義以及與功率組件工作 狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系由用戶確定。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IGBT模塊溫度檢測(cè)方法，其特征在于還包括IGBT外殼和 散熱系統(tǒng)，所述散熱系統(tǒng)與IGBT外殼貼合，用于帶走IGBT模塊發(fā)出的熱量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及溫度檢測(cè)技術(shù)，特別是涉及一種IGBT模塊溫度檢測(cè)方法，步驟包括：熱-電轉(zhuǎn)換器件對(duì)IGBT模塊的散熱板溫度進(jìn)行采集，并將散熱板上的溫度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；調(diào)理電路接收熱-電轉(zhuǎn)換器件輸出的電信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的溫度補(bǔ)償，在變換和處理之后與設(shè)定閾值比較，并將結(jié)果隔離轉(zhuǎn)換成可供MCU采集處理的數(shù)字量信號(hào)；MCU采集調(diào)理電路輸出的數(shù)字量信號(hào)，對(duì)數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行處理和邏輯判斷，并控制功率組件的工作狀態(tài)，輸出報(bào)警控制信號(hào)。本發(fā)明對(duì)IGBT模塊的溫度進(jìn)行安全可靠的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)不同溫度情況采取相應(yīng)的措施來提高IGBT模塊的工作效能。
【IPC分類】G01K7/02
【公開號(hào)】CN105628237
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610019892
【發(fā)明人】張?bào)? 任亞輝, 張登, 蒲曉珉
【申請(qǐng)人】中國東方電氣集團(tuán)有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年1月13日