CN101836094A - 用于温度评估的电路 - Google Patents

Abstract

本发明的任务是实现功率半导体器件的温度检测。它尽可能精确地表示器件的实际温度，并且将其可靠地传输到一个计算逻辑电路。本发明的这个任务借助一个电的电路装置得以完成，它包括一个转换模块(1)和一个用于检测转换模块(1)的温度的集成的温度传感器(1a)，其中，包括一个调制器(1a、2、3)，这个调制器产生一个按照借助温度传感器(1a)测定的温度变化调制的输出信号。根据本发明的方案的优点是实现温度变化的经济合算的和无电位的传输。

Description

用于温度评估的电路

本发明涉及检测和传输按照独立权利要求1所述的功率电子装置的模块的工作温度。

现有技术已公开具有集成的温度传感器的功率半导体部件。例如文献DE 4437794A1公开了这样一种半导体结构元件。在这种结构元件中是如此地选择温度传感器装置的，即提高它的响应敏感度。文献DE19720439A1公开了一种具有装入的温度传感器的双极的半导体结构元件，以及一种制造它的方法。

通常将这种类型的半导体结构元件设置在冷却器上，因为这些结构元件连接很高的电流。这些电流例如在驱动技术装置中用于给伺服电动机的线圈提供电流，使这些伺服电动机转动起来。

为了监控的目的要求对在运行中的功率转换器的温度进行连续的控制。为此或者可以借助一个外部的温度传感器检测冷却器的温度，或者使用一种半导体结构元件或者一个半导体模块的一个集成的温度传感器。在对伺服马达进行控制时通常在功率部分和信号部分是不同的，其中，功率部分包括一个直流电压中间电路和转换模块以及变频器，与功率部分相反的是信号部分是处理不高的电流和电压。

因为现在在功率部分进行温度检测，然而在信号部分是进行温度的评估，所以出于安全的原因要求借助一种可靠的电位分离将温度从功率部分传输到信号部分。否则，例如在发生短路时在功率部分中的四百到八百伏的高电压就有可能破坏信号部分的结构元件。通常是如此地设计转换模块的，即温度传感器和断路器共用一个共同的印制电路板，这样在温度传感器和断路器之间就没有一个可靠的分隔，因为距出现电压的距离太小。因此现有技术所公开的断路器的装入的温度传感器就不能直接电压可靠地和信号部分中的控制电子装置的转换电路连接。

现在本发明的任务是提供一种电的电路装置，借助这种电路装置可将具有集成的温度传感器的断路器的温度可靠和电位分离地传输到控制电子装置，这样就可由控制电子装置监控功率部分中的冷却系统，并且防止过电压。

本发明的这个任务借助一个具有断路器和集成的温度传感器的根据本发明的电的电路装置得以完成，其中包括一个调制器。这个调制器产生一个按照借助温度传感器测定的温度变化调制的输出信号。

这个方案的优点是不再要求在冷却装置、例如冷却器上设置一些附加的温度传感器，因为现在可以利用本来就在转换器或者在转换模块中已集成的温度传感器，并且也可无电位地传输它的信号，这样就不必设置为了实现无电位的传输的外部的传感器了。此外通过此措施就可直接在转换器的内部检测温度，并且不再间接地通过冷却器，这样由此所测得的温度就和转换器元件的硅中的实际情况相应。

这种做法防止例如由于下述情况所发生的错误测量，即将外部的温度传感器设置在冷却介质的一个不利的部位上，或者固定在冷却器的热点(Hot-Spot)上。

有利地附加一个振荡回路，其中，转换模块的温度传感器是该振荡回路的一个部件，并且其中，振动回路频率按照由温度传感器所检测的转换装置的温度或者转换模块温度是可变化的。借助这个振荡回路可将调制器合算地实现为FM(频率调制)调制器。这个FM调制器相对于例如PWM(脉冲宽度调制)调制器具有下述优点，即在PWM信号中的跳动误差-其相应地要求有快速和昂贵的传输技术(例如专门的光电耦合器)-不起作用，因为在频率调制信号中只有两个相继的脉冲之间的间距才起作用，而不是脉冲宽度。因此可使用在反应速度要求较低的合算的传输技术。由于有了振荡回路能简单和合算地实现控制部分的测量传感器的电流分离，因此本方案是有利的。

优选地根据本发明的电的转换装置包括一个用于无电位地传输电信号的器件和一个评估电子装置，其中，借助这个器件可将振荡回路频率间接地传输到评估电子装置。间接这一概念应理解为这个器件将有关振荡回路频率的信息例如从一种电信号转变为一种光学信号，这样按照光学的途径传输原来的信息。也可借助磁场或者电场进行传输，然而在任何情况下都必须保证这种传输是无电位地进行的，也就是说功率部分和信号处理部分脱耦。

特别优选的是温度传感器是一种与温度有关的电阻。这个电阻可特别是一种所谓的PTC(正温度系数-Positive Temperatur Coefficient)和一种所谓的NTC(负温度系数-Negative Temperatur Coefficient)。然后将振荡回路设计为RC-振荡回路，其中，R为欧姆电阻，并且C为电容。振荡回路是如此实现的，即振荡回路电容可借助与温度有关的PTC或者NTC电阻可充电或者可放电。这种做法的优点是采用少量价格有利的器件就可频率调制地传输功率半导体的温度。

优选地转换装置的转换器是一个包括多个IGBT的断路器模块，或者是一个单个的IGBT。温度传感器集成到断路器模块或者IGBT模块中，或者在这个单个的IGBT的内部实现。此外还包括一个比较器。这个比较器将在与温度有关的电阻和振荡回路的与电阻串联的电容之间出现的电位和一个参考电位进行比较，并且根据这个参考电位引起电容的充电和放电。这些比较器可借助一些离散的器件或者集成的转换电路合算地设计。也可容易地从本来为转换装置供电的已设置的供电电压中引出一个提供给比较器的参考电压。

也可以设想实现一种集成的转换电路。这种转换电路包含振荡回路的所有部件，包括比较器，其中，例如唯独是电容设置在这个集成的转换电路的外部，并且然后基本上除了与温度有关的电阻以外确定振荡回路的特性。

那些促使比较器使振荡回路再充电的转换脉冲优选地借助一个光电结构元件被输送到一个评估电子装置。这个光电结构元件例如可以是一个所谓的光电耦合器。这个光电耦合器借助一个光(lichtimmitierend)二极管将转换脉冲转变为光脉冲。又借助一种光敏晶体管将这些光脉冲转变回电信号，这样，通过这种光桥可实现电流的分隔。

优选地借助一个直流电压中间电路和一个供电电压使根据本发明的电的电路运行，这个供电电压也用于触发转换器。这样无需有关供电电压的附加措施就可将温度监控装置集成到一个中间电路中。

优选地根据本发明的电的转换装置集成在一个用于电驱动装置的马达相位触发装置中。代替地或者附加地根据本发明的电的转换装置也可是用于电驱动装置的一个电网反馈模块的部分。本发明也适合与触发一种电驱动装置的止动器结合。在上述所有的情况中借助本发明可成本有利地测量工作温度。和例如设置在冷却器上的外部的温度传感器相比较也改进了测量质量，因为是直接在产生热的器件(IGBT)上测量温度。通过使用比较器可产生矩形信号。这些矩形信号可如此地变形，即它们被控制器作为数字信号识别，这样就既不要求有模拟器件，也不要求有模拟-数字转换器。所有这些优点使得可以比较低的器件费用合算地制造根据本发明的电路。

图1示例地示出根据本发明的电的电路装置。这个电路装置示出了本发明的所有方面，然而其中，特别是在器件的选择，器件的布线方面专业技术人员是可以变换的。在图1中示出的示例电路包括一个所谓的IGBT模块1。一个NTC或者PTC 1a集成到这个IGBT模块中。这个NTC或者PTC在模块的内部是如此设置的，即它可最佳地检测模块运行期间模块内部的温度变化。借助两个接线端子可从模块的外部接触到NTC或者PTC，这样，它可连接到已设置的转换电路中。NTC或PTC 1a的第一端子和电源电压Vs+连接。NTC或PTC 1a的第二端子和一个电容2连接。这个电容2又和中间电路电压L-连接。因此，借助这个电源电压Vs+电源电流可通过NTC或者PTC 1a流向电容2，并且给这个电容充电。NTC或PTC 1a和电容2之间的连接部位连接在比较器的输入端。比较器3的任务是测量电容2上的电压偏移，并且和参考电压Vref进行比较。若电容2上的电压达到参考电压Vref，则比较器3促使电容2放电，也就是说现在这个放电电流沿着和充电过程相反的方向通过NTC或PTC 1a和比较器3流出到中间电路L-中。借助拉升(Pullup)电阻6按照电容2是被充电还是被放电在比较器的输出端3a测量脉冲序列。这个脉冲序列的频率和电容2的充电过程或者放电过程的频率成正比。因此在比较器的输出端存在的是一种频率调制的信号。

这个脉冲序列被输送到光电耦合器输入端，并且触发它的红外线二极管。这个红外线二极管又产生光脉冲，这些光脉冲被光敏晶体管接收，并且转换成一种数字脉冲序列。现在在光电耦合器输出端存在的是一种数字信号。这个数字信号可由一个评估逻辑电路或者一个控制装置进行处理。用附图标记5表示这个逻辑电路。光电耦合器的输出信号被输送到这个逻辑电路的一个输入端。在红外线二极管和光电耦合器的光敏晶体管之间的光线段仿佛是一个电位分离器，这样，配属于功率部分的电路的左部分和配属于信号部分的电路的右部分在电流上被分隔开。这样信号部分就能得到保护，使其免受在功率部分中会出现的高电压，并且这种高电压可能会损坏信号处理部分的高敏感的器件。

Claims (12)

1.电的电路装置，包括转换模块(1)，该转换模块具有用于检测转换模块(1)的温度的集成的温度传感器(1a)，其特征在于，包括调制器(1a、2、3)，调制器产生按照借助温度传感器(1a)测定的温度变化调制的输出信号。

2.按照权利要求1所述的电路装置，其中，借助振荡回路(1a、2、3)实现调制器(1a、2、3)，其中，转换模块(1)的温度传感器(1a)形成振荡回路(1a、2、3)的部件(1a)，并且其中，振荡回路频率可按照由温度传感器(1a)检测的转换模块温度而变化。

3.按照权利要求1或2所述的电路装置，其中，包括用于无电位传输电信号的器件(4)和评估电子装置(5)，其中，借助所述器件(4)可传输振荡回路频率。

4.按照前述权利要求2至3的任一项所述的电路装置，其中，温度传感器(1a)是与温度有关的电阻R(1a)，特别是PTC或NTC，并且振荡回路是RC-振荡回路，它的电容C(2)借助与温度有关的电阻R(1a)是可充电和可放电的。

5.按照权利要求4所述的电路装置，其中，转换模块(1)包括多个IGBT，或者一个单个的IGBT，其中，附加地包括比较器(3)，比较器将与温度有关的电阻R(1a)和振荡回路的与电阻(1a)串联的电容C(2)之间出现的电位和参考电位(Vref)进行比较，并且根据这个参考电位(Vref)借助比较器输出端引起电容的充电和放电。

6.按照权利要求3至5的任一项所述的电路装置，其中，借助器件(4)将电容C(2)充电和放电时在比较器的输出端出现的转换脉冲光学地或者电感地或者电容地传输到评估电子装置(5)。

7.具有按照前述权利要求的任一项所述的电路装置的驱动中间电路，其中，振荡回路(1a、2、3)借助中间电路电位(L-)和用于触发转换模块(1)的供电电压(Vs+)运行。

8.用于电驱动装置的马达相位触发装置，具有按照前述权利要求1至6的任一项所述的电路装置。

9.用于电驱动装置的电网反馈模块，具有按照前述权利要求1-6的任一项所述的电路装置。

10.用于触发电驱动装置的止动器的模块，具有电止动器，其中，该模块包括按照前述权利要求1至6的任一项所述的电路装置。

11.电驱动装置，具有按照权利要求1至6的任一项所述的电路装置。

12.电驱动装置，具有至少一个按照权利要求7和/或8和/或9和/或10的任一项所述的装置。