CN102735366B - 一种igbt温度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种IGBT温度检测方法，包括以下步骤：第一步、采集NTC热敏电阻上的电压信号；第二步、由V-F转换单元将电压信号转换为频率信号；第三步、由发送单元先将频率信号转换为光信号，再将光信号通过光纤传送至接收单元；第四步、由接收单元先将光信号还原为频率信号，再将频率信号传送至控制单元；第五步、控制单元先检测该频率信号的频率，再计算出IGBT温度，检测结束。本发明方法采用光纤传输信号，抗电磁干扰能力强，很适合应用在电磁干扰要求较高的场合；通过采集NTC热敏电阻的电压来检测IGBT温度，起到实时监控作用，避免IGBT过热烧毁；整个方法步骤精简，所用硬件成本较低，能显著降低应用成本。

Description

一种IGBT温度检测方法

技术领域

本发明涉及一种IGBT温度检测方法，尤其是一种基于光纤的IGBT温度检测方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

工GBT(绝缘栅双极型晶体管)模块广泛应用于电力电子领域中，且是一种比较昂贵的元器件。而过温是导致其损坏的主要原因之一。目前外购的IGBT驱动板上面大部分没有设计过温保护；常用的做法是在靠近IGBT模块的散热器上安装一个温度传感器，把温度信号采集到处理器中，通过采样值算出散热器表面温度来估算IGBT内部的温度；用这种方法所测出来的温度不是很可靠，温度传感器在散热器上的安装位置、热阻等因素对采样值影响很大。目前很多IGBT厂商都在工GBT模块内部封装了一个温度传感器(NTC热敏电阻)，用它来测量模块的壳体温度不但精度很高，而其很准确，不受安装位置等因素的影响。目前常用的做法是将温度转化为电信号通过线性光耦等器件隔离后传送到处理器，来对其进行判断保护。此种方法不但价格比较昂贵，而且容易受电磁干扰，有时可能出现误判断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的问题，提供一种IGBT温度检测方法，抗电磁干扰能力强，很适合应用在电磁干扰要求较高的场合；还能显著降低应用成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种IGBT温度检测方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、采集NTC热敏电阻上的电压信号；

第二步、由V-F转换单元将电压信号转换为频率信号；

第三步、由发送单元先将频率信号转换为光信号，再将光信号通过光纤传送至接收单元；

第四步、由接收单元先将光信号还原为频率信号，再将频率信号传送至控制单元；

第五步、控制单元先检测该频率信号的频率，再计算出IGBT温度，检测结束。

本发明方法采用光纤传输信号，抗电磁干扰能力强，很适合应用在电磁干扰要求较高的场合；通过采集NTC热敏电阻的电压来检测IGBT温度，起到实时监控作用，避免工GBT过热烧毁；整个方法步骤精简，所用硬件成本较低，能显著降低应用成本。

附图说明

图1为本发明实施例的流程示意图。

图2为图1实施例的检测频率信号频率的具体过程原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例

如图1所示，本实施例IGBT温度检测方法包括以下步骤：

第一步、先将NTC热敏电阻经三端稳压器与电源连接，再用电阻串联分压使通过NTC热敏电阻的电流基本为4mA；采集NTC热敏电阻上的电压信号；

第二步、由具有转换芯片和外围电路的V-F转换单元按1V∶1KHz的比例将电压信号转换为频率信号；

第三步、由发送单元先将频率信号转换为光信号，再将光信号通过光纤传送至接收单元；

第四步、由接收单元先将光信号还原为频率信号，再将频率信号传送至控制单元；控制单元包括具有CAP捕获接口的DSP芯片TMS320F2812，CAP捕获接口与接收单元通信连接；

第五步、控制单元先检测该频率信号的频率，再计算出IGBT温度，检测结束。

检测频率信号频率的具体过程是：采用控制单元的事件管理器内部的捕获单元捕获频率信号的有效电平跳变沿，同时由事件管理器内部的计数器记录一个周波内标准频率的脉冲个数，最后经运算得出频率信号的频率；其中标准频率信号为150MHz时钟频率的8分频。

如图2所示，检测频率信号频率的具体过程应用事件管理器EVA中的两个通用定时器T1和T2、两个捕获单元CAP1和CAP3，以及事件管理器EVB中的一个通用定时器T3来完成，其中CAP1的捕获时基为T2，CAP3的捕获时基为T1；该过程包括以下步骤：

(1)设定T3的比较值，即预置闸门时间为0.0128s；设定T1的比较值为1；使能CAP1；

(2)使能T1，当其接收到一个整周期的被测频率信号时产生比较输出，同时产生比较中断，读取CAP1的栈值，即T2的初值t2_1；清T1、T2上溢次数，使能CAP3和T3；

(3)当T3定时结束，在被测频率信号的下一个上升沿到来时，切断T1的比较输出，同时DSP芯片的PDPINTA脚置位，然后记录T1和T2的上溢次数tlofcount、t2ofcount，读取CAP1的栈值，即T2的末值t2_2；读取CAP3的栈值，即T1的末值t1_2；然后禁止T1、T2、CAP1和CAP3；

(4)按以下公式计算频率信号频率Fre：

Fre＝l50 000 000/(2×4)×(tl ofcount×65 536+

t1_2-1)/(t2_2-t2_1+63 356×t2ofcount)

计算IGBT温度的具体过程是：先根据所得频率信号的频率得出电压信号的电压，再根据该电压得出NTC热敏电阻的电阻，最后通过预定算法得出IGBT温度。

预定算法包括以下步骤：

选取大于0的自然数n，按拟合曲线计算IGBT温度T,其中a_k根据由多项式 $N=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{f}_i^k-T_i\left(f\right))}^2,$ (m为大于0的自然数)推导出的方程组 $\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i^{j+k}\right)a_k=\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i^k{T}_i\left(f\right)\right),(j=\mathrm{0,1},\·\·\·,n)$ 计算得出；上述各式中的f为频率信号的频率；预定算法结束。

上述预定算法的技术构思如下：

根据微积分原理，任何一个函数都可以分段用多项式来逼近，将整个测温范围分为n个区间，假设给定点为(f，T(f))，利用最小二乘回归分析或切比雪夫展开等方法得到表示每个区间频率温度特性的拟合曲线T_n(f)，进而获得如下所示的近似描述整个温度范围内频率与温度关系的分段函数，即：

$T_n\left(f\right)=\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{f}^k,{\mathrm{\ξ}}_i\≤f\≤{\mathrm{\ξ}}_{i+1}---\left(1\right)$

式中：f为频率信号的频率，T_n(f)为区间(ξ_i，ξ_i+1)内的拟合多项式，a_k为拟合多项式的系数，k为多项式阶数。

对于(1)式，可得：

$N=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{[T_n\left(f_i\right)-T_i\left(f\right)]}^2=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{f}_i^k-T_i\left(f\right))}^2---\left(2\right)$

由多元函数求极值的必要条件，得：

$\frac{\∂N}{\∂a_j}=2\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{f}^k-T_i\left(f\right))}^2{f}_i^j=0,j=\mathrm{0,1},\·\·\·,n---\left(3\right)$

即： $\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i^{j+k}\right)a_k=\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i^k{T}_i\left(f\right)\right)---\left(4\right)$

式(4)是关于a₀，a₁，…，a_n的线性方程组，其存在唯一解，求出a_k(k＝0，1，…，n)。

由此可知，式(1)中的T_n(f)满足式(2)，即T_n(f)为所求的拟合曲线。

本实施例方法采用光纤传输信号，抗电磁干扰能力强，很适合应用在电磁干扰要求较高的场合；通过采集NTC热敏电阻的电压来检测IGBT温度，起到实时监控作用，避免IGBT过热烧毁；整个方法步骤精简，所用硬件成本较低，能显著降低应用成本。

Claims (3)

1.　一种ＩＧＢＴ温度检测方法，其特征是，包括以下步骤：　

第一步、采集ＮＴＣ热敏电阻上的电压信号；　

第二步、由Ｖ－Ｆ转换单元将电压信号转换为频率信号；　

第三步、由发送单元先将频率信号转换为光信号，再将光信号通过光纤传送至接收单元；　

第四步、由接收单元先将光信号还原为频率信号，再将频率信号传送至控制单元；控制单元包括具有ＣＡＰ捕获接口的ＤＳＰ芯片ＴＭＳ320Ｆ2812，ＣＡＰ捕获接口与接收单元通信连接；　

第五步、控制单元先检测该频率信号的频率，再计算出ＩＧＢＴ温度，检测结束；　

检测频率信号频率的具体过程是：采用控制单元的事件管理器内部的捕获单元捕获频率信号的有效电平跳变沿，同时由事件管理器内部的计数器记录一个周波内标准频率的脉冲个数，最后经运算得出频率信号的频率；其中标准频率信号为150ＭＨｚ时钟频率的8分频；　

检测频率信号频率的具体过程应用事件管理器ＥＶＡ中的两个通用定时器Ｔ1和Ｔ2、两个捕获单元ＣＡＰｌ和ＣＡＰ3，以及事件管理器ＥＶＢ中的一个通用定时器Ｔ3来完成，其中ＣＡＰｌ的捕获时基为Ｔ2，ＣＡＰ3的捕获时基为Ｔ1；该过程包括以下步骤：　

(1)设定Ｔ3的比较值，即预置闸门时间为0.0128ｓ；设定Ｔ1的比较值为1；使能ＣＡＰｌ；　

(2)使能Ｔ1，当其接收到一个整周期的被测频率信号时产生比较输出，同时产生比较中断，读取ＣＡＰｌ的栈值，即Ｔ2的初值ｔ2＿1；清Ｔ1、Ｔ2上溢次数，使能ＣＡＰ3和Ｔ3；　

(3)当Ｔ3定时结束，在被测频率信号的下一个上升沿到来时，切断Ｔ1的比较输出，同时ＤＳＰ芯片的ＰＤＰＩＮＴＡ脚置位，然后记录Ｔ1和Ｔ2的上溢次数ｔｌｏｆｃｏｕｎｔ、ｔ2ｏｆｃｏｕｎｔ，读取ＣＡＰｌ的栈值，即Ｔ2的末值ｔ2＿2；读取ＣＡＰ3的栈值，即Ｔ1的末值ｔ1＿2；然后禁止Ｔ1、Ｔ2、ＣＡＰｌ和ＣＡＰ3；　

(4)按以下公式计算频率信号频率Ｆｒｅ：　

Fre＝150 000 000/(2×4)×(tlofcount×65 536+t1_2-1)/(t2_2-t2_1+63 356×t2ofcount)。

2.　根据权利要求1所述的ＩＧＢＴ温度检测方法，其特征是，第一步具体为：先将ＮＴＣ热敏电阻经三端稳压器与电源连接，再用电阻串联分压使通过ＮＴＣ热敏电阻的电流基本为4ｍＡ；采集ＮＴＣ热敏电阻上的电压信号。　

3.　根据权利要求1所述的ＩＧＢＴ温度检测方法，其特征是，第二步具体为：由具有转换芯片和外围电路的Ｖ－Ｆ转换单元按1Ｖ：1ＫＨｚ的比例将电压信号转换为频率信号。