CN110118581A - 一种嵌入式复合型传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式复合型传感器，包括电压、电流、温度传感器，MCU单片机，功率半导体芯片,传感器嵌入功率半导体芯片中，电压感应探头紧贴于芯片输入端，电流传感器套入芯片输入端，温度传感器紧靠芯片,传感器和MCU单片机复合于安装基片上,功率半导体芯片安装于散热基板上；包括电压传感、电流传感、温度传感和MCU单片机电路，全部复合于安装基片上形成完整复合体。本发明从功率半导体芯片部位得到电流、电压、温度控制信号，通过内置MCU单片机处理后反馈到控制中心，能对功率半导体功能模块控制的用电器具工作状态进行处理，保护用电器具与负载安全，克服了现有功率半导体器件无数据输入输出功能的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于工业自动化控制技术领域，涉及功率半导体器件应用领域，涉及数据的采集和传输，特别涉及一种嵌入式复合型传感器。
背景技术
当前具备自动保护功能的智能单相交流固态继电器、智能三相交流固态继电器、智能直流固态继电器以及IGBT组合控制模块IPM等，已经开始大量应用于工业电机、可控阻性加热器等场合。可以通过设定输出功率精确的控制负载功率，用来调节温度、转速、流量、光亮度等。但现有各种功率半导体组成的IPM功率模块或者智能工业控制器无数据输入、输出功能。
目前，工业控制场合需要一种更加智能化的功率半导体器件，要求功率半导体所组成的功率控制器都要能够智能地对所工作的客观条件进行电流、电压、温度的合理感应分析、判断及做出有效的快捷反应和有效地处理，并具备充份保护智能固态继电器器件本身以及负载的安全、高可靠运行的综合能力。并且有一组向数据控制中心输出功率模块所驱动的负载工作状态的信号，以满足工业自动化生产的需要，以完成数据的采集和传输，通过处理数据最终实现对数据的综合利用。
发明内容
针对现有技术的不足与市场的现实需求，本发明提供了一种嵌入式复合型传感器，通过将传感器嵌入于各种功率半导体器件中组成智能工业功率控制模块，以感应采集各种基础数据。功率半导体器件包括可控硅器件、IGBT及各种新型宽禁带半导体功率器件，基础嵌入式复合传感器可感应采集电流、电压、温度三个基础传输参数，并可根据实际工作需要植入振动、压力等其它所需要感应采集的信息。其可以应用于各种功率半导体组成的IPM功率模块或者智能工业控制器，使得在工业自动化信息控制中能够与制造执行管理系统良好对接基层数据，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好操控方法和企业信息管理。同时，也为物联网、大数据信息反馈提供了良好的信息基础。
嵌入式复合型传感器具备从功率半导体芯片部位得到电流、电压、温度等控制信号，并可根据实际工作需要植入振动、压力等其它所需要感应的信息,通过其内置的MCU单片机处理后接入各种通讯协议的I/O接口，并通过数据总线用采用有线或无线的方式反馈到控制中心的双向通信功能，能对功率半导体组成的各种功能模块所控制的用电器具的即时工作状态工作数据进行处理，从而，综合保护用电器具与负载的工作状态以克服现有各种功率半导体组成的IPM功率模块或者智能工业控制器无数据输入、输出功能的缺陷。采用的具体技术方案如下：
一种嵌入式复合型传感器，包括电压、电流、温度传感器，MCU单片机，功率半导体芯片；所述电压、电流、温度传感器一端嵌入功率半导体芯片中，另一端，电压感应探头紧贴于功率半导体芯片输入端，电流传感器套入功率半导体芯片输入端，温度传感器紧靠功率半导体芯片；所述电压、电流、温度传感器和所述MCU单片机复合设置于一块安装基片上，所述安装基片设置在功率半导体芯片上，所述功率半导体芯片安装于功率半导体芯片散热基板上；所述温度传感获得功率半导体芯片的工作温度，所述电压、电流传感器获得动态与静态的工作信息；
电路包括电压传感、电流传感、温度传感和MCU单片机四部分电路，全部复合于安装基片之上形成一个完整复合体；电压传感、电流传感、温度传感同步向MCU单片机输出从功率半导体芯片所感应到的电压信号、电流信号、温度信号；MCU单片机通过所设定程序分析判定，对内发出工作控制指令，对外传输即时工作电流、电压、温度的信息；
电压传感电路部分包括虚拟电容(C1)、电容(C2)、电阻(R1)，其中，虚拟电容(C1)由电压感应探头紧贴于功率半导体器件输入端形成，电容(C2)、电阻(R1)是MOSFET管Q1的G脚快速释放，快速测得动态电压，在电源(VCC)作用下MOSFET管Q1线性放大，在电阻(R2)处输出一个电压信号(V1)到MCU单片机(U1)；
电流传感电路部分包括电流传感器(L1)、电阻(R3)、电阻(R4)，其中，环形电流传感器(L1)套入功率半导体器件输入端，当通过工作电流时在环形电流传感器(L1)上感应出一个相比例电压，通过电阻(R3)、电阻(R4)分压，输出电流信号(V2)到MCU单片机(U1)，输出(VP2)直接触发短路保护电路；
温度传感电路部分直接用温度传感器(U2)接近功率半导体芯片，输出温度信号(V3)到MCU单片机(U1)；
MCU单片机(U1)按设定程序对信号进行复合运算处理；
所述MCU单片机设有外部数据通信接口，通过有线或无线的数据传输方式，接收外部控制信号，反馈内部数据至外部设备，实现双向通信功能。
进一步，所述安装基片为微型陶瓷覆铜板(DBC)。
进一步，所述电流传感器为环形电流传感器，具有过流保护功能。
进一步，MCU单片机预留信号输入接口，以便外部信息信号输入。
进一步，所述外部信息信号包括压力、振动、红外温度和视觉信号。
进一步，所述复合运算处理包括故障检测、温度补偿。
进一步，所述MCU单片机能产生一个个体所具备的唯一代码，以便于故障检修定位。
进一步，所述MCU单片机内部具有自校零、自标定、自校正功能。
进一步，用一组电源供电，输出多个复合工作状态端采集的输出信号。
采用的技术方案的结构、原理和实现的功能及有益效果，描述如下：
一种嵌入式复合型传感器，把电压、电流、温度基本传感器或所需要的其它传感器加MCU单片机复合于微型DBC(陶瓷复铜板)之上，可根据各种不同的功率等级嵌入于功率半导体组成的各种功能模块之中，包括，单个嵌入式复合型传感器个体具备唯一代码，在MCU单片机协作下可对输入工作信号采集、输出工作信号采集、工作状态信号采集和各种采集信号逻辑表现及处理方法。
单个嵌入式复合型传感器个体具备唯一代码，以便于故障检修定位。
嵌入式复合传感器嵌入于各种形式的功率半导体内部，温度传感可获得各种功率半导体芯片的直接工作温度，电压、电流传感器紧贴在各种功率半导体输入端，获得动态与静态的工作信息。
嵌入式复合型传感器可以同时采集工作电流、电压、温度等的即时信息，在MCU作用下先进行内部运算，包括故障检测、温度补偿等功能。
可以对嵌入式复合型传感器和MCU用一组供电，输出多个复合工作状态端采集的输出信号。
嵌入式复合型传感器中的电流传感器具有过流保护功能，当出现短路现象，不再通过MCU运算，则在微秒级直接控制功率半导体器件关断，确保功率半导体器件与用电器器具安全。
嵌入式复合型传感器内MCU单片机可留有相关输入接口，接入实际工况需要处理的压力、振动、红外温度和视觉等信息进入复合运算处理。
在单片机MCU处理下能自校零、自标定、自校正功能。
各种功率半导体器件(模块)应首要具备有工作全过程中间监控保护状态，也就是智能的对所工作的客观条件进行电流、电压、温度合理感应分析、判断及有效快捷反应和有效地处理，并具备充份保护各种功率半导体器件(模块)本身和负载安全、高可靠运行的综合能力。并有一组向控制中心输出各种功率半导体器件(模块)所驱动的负载工作状态的信号，在工业大数据比对下进行预检预警，以满足工业数据化生产精细管理的基础数据需要。
各种功率半导体器件(模块)一般有以下几种控制方式，AC-DC(交流变直流)，DC-DC(直流变直流)，DC-AC(直流变交流、变频)等。控制模式有交(直)单向功率半导体器件(模块)与三相交(直)流功率半导体器件(模块)，工作状态逻辑表现及方法有所区别。工业控制三相交流功率半导体器件(模块)比较常用，工作状态逻辑表现及方法将包括三相交流电每相交流电是否有缺相或过流(短路)等判断功能。
附图说明
图1是嵌入式复合型传感器的数据传输示意图。
图2是嵌入式复合型传感器的结构示意图。
图3是嵌入式复合型传感器的电路示意图。
图4是嵌入式复合型传感器在IGBT功率模块中嵌入工作示意图。
图5是三相交流嵌入式复合型传感器的工作流程图。
具体实施方式
为了更加清楚明白理解本发明的目的、技术方案和优点，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，不作为对本发明的限定。
请参阅图1，图1是本发明一种嵌入式复合型传感器的数据传输示意图，数据传输流程为：
向嵌入式复合型传感器嵌入于功率半导体芯片内，MCU单片机向其发送输入控制信号A和自检信号E，嵌入式复合型传感器输出电压信号B、电流信号C、温度信号D至MCU单片机。MCU单片机产生一个个体所具备的唯一代码，对数据进行运算处理后，通过有线或无线方式把包含器件代码(唯一代码)在内的数据传输到大数据中心和控制中心(包括控制中心、PLC工控中心或PC电脑数据处理中心)。然后，大数据中心向控制中心发出一个是否正常工作的比对信号，以达到预检预警功能。MCU单片机预留相关输入接口，根据具体工作需要，接入实际工况需要处理的压力、振动、红外温度和视觉等信息一并进入复合运算处理。
实施例一
请参阅图2，图2是一种嵌入式复合型传感器的结构示意图。嵌入式复合型传感器一端嵌入于各种功率半导体器件芯片中，另一端，电压感应探头2紧贴于功率半导体器件输入端1，环形电流传感器3套入功率半导体器件输入端1，温度传感器6无限接近功率半导体芯片7。其中，电压感应探头2、环形电流传感器3、温度传感器6和MCU单片机5都复合设置于微型DBC(陶瓷覆铜板)复合传感器安装基片6之上。可根据各种不同的功率等级，嵌入于功率半导体组成的各种功能模块之中，功率半导体芯片7焊接于功率半导体器件散热基板8上。
请参阅图3，图3是嵌入式复合型传感器的电路示意图。嵌入式复合型传感器的电路由电压传感3-1、电流传感3-2、温度传感3-3和MCU单片机3-4组成。全部复合于微型DBC(陶瓷复铜板)复合传感器安装基片之上形成一个完整复合体。电压传感3-1、电流传感3-2、温度传感3-3能同时(同步)向MCU单片机U1输出从功率半导体器件所感应到的电压信号V1、电流信号V2、温度信号V3。MCU单片机U1通过所设定程序分析判定，对内给予各种不同工作控制指令，同时对外部(大数据中心、控制中心等)传输即时工作电流、电压、温度和其它的所需要的信息。
电压传感3-1部分中C1是虚拟电容，由电压感应探头2紧贴于功率半导体器件输入端1形成，这种非接触式电压测量能单端测得带电静态电压。电容C2、电阻R1是MOSFET管Q1的G脚快速释放，可快速测得动态电压，在电源VDD作用下MOSFET管Q1线性放大，在电阻R2处输出一个电压信号V1到MCU单片机U1。
电流传感3-2部分由环形电流传感器L1套入功率半导体器件输入端1，当通过工作电流时在环形电流传感器L1感应出一个相比例电压，通过电阻R3和R4分压，输出电流信号V2到MCU单片机U1，输出VP2直接触发短路保护电路。
温度传感3-3部分直接用芯片级数字温度传感器U2无限接近功率半导体芯片，输出温度信号V3到MCU单片机U1。
MCU单片机3-4U1部分可根据需要由8位、16位、32位等不同等级MCU单片机组成，在得到V1电压信号、V2电流信号和V3温度信号，还可以扩充所需要的振动、压力、红外和视觉等信号后，由MCU单片机U1按设定的程序进行复合运算处理，包括故障检测、温度补偿等功能。
MCU单片机U1还能产生一个个体所具备的唯一代码，以便于故障检修定位。
MCU单片机内部由VP1信号控制，从控制中心得到Vin输入控制信号，Vout输出动态数据储存到大数据中心和反馈到控制中心(PLC工控中心或PC电脑)，这个输出信号Vout是一个调制信号，可通过各种通讯协议的I/O接口及时通过数据总线用有线或无线的方式反馈到控制中心，实现双向通信功能。
嵌入式复合型传感器在功率半导体器件(模块)中，可根据模块中功率半导体器件的数量逐个使用，也可就是说单相控制的功率半导体器件(模块)中用一个嵌入式复合型传感器，三相的功率半导体器件(模块)中用三个嵌入式复合型传感器，如是IGBT变频模块则用六到七个嵌入式复合型传感器，以此类推。
MCU单片机内部具有自校零、自标定、自校正功能。
实施例二
请参阅图4，图4是嵌入式复合型传感器在IGBT功率模块中嵌入工作示意图。嵌入式复合型传感器嵌入IGBT功率模块芯片中，输入正电源端4-1，嵌入式复合型传感器安装基板4-2嵌入IGBT功率模块芯片4-4之上，温度传感器无限接近于IGBT功模块芯片4-4，MCU单片机及输入输出接口4-5安装于一侧与控制中心连接，上下IGBT功率模块组成一相变频电源输出端子引线4-6，电流传感器4-7套入其上，输入负电源端4-8构成完整工业级智能控制器。
下面以三相交流为例，详细说明嵌入式复合型传感器的工作流程。
请参阅图5，图5是三相交流嵌入式复合型传感器的工作流程图。按三相交流功率半导体器件(模块)的要求，有三组功率半导体器件(模块)同时工作，也同时有三组嵌入式复合型传感器共用一块MCU单片机，协同运算处理。为表达出每相电压的工作状态有所区别，分别以Va、Vb、Vc代表三相交流电的a相、b相、c相的工作电压，Ia、Ib、Ic代表输出三相交流电的a相、b相、c相的工作电流，Ta、Tb、Tc代表三组功率半导体器件(模块)三相交流电的a相、b相、c相功率半导体器件芯片的工作温度，控制中心根据器件代码输出控制信号，在MCU单片机得到控制信号Vin的条件下，嵌入式复合型传感器开始工作，具体工作流程如下：
1、A、输入控制信号，B、电压信号，Va、a相工作电压，Vb、b相工作电压，Vc、c相工作电压，C、Ia、a相工作电流，Ib、b相工作电流，Ic、c相工作电流，D、Ta、a相工作温度信号，Tb、b相工作温度信号，Tc、c相工作温度信号，E、自检工作状态均无信号，嵌入式复合传感器、智能功率半导体器件和所驱动的负载均处停机工作状态。
2、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相无工作电流，Ib、b相无工作电流，Ic、c相无工作电流，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、启动自检工作状态，在单片机MCU处理下能实现自校零、自标定、自校正功能，嵌入式复合传感器、智能功率半导体器件和所驱动的负载均处准备工作状态。
3、A、输入控制信号无信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相无工作电流，Ib、b相无工作电流，Ic、c相无工作电流，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，嵌入式复合传感器、智能功率半导体器件和所驱动的负载均处准备工作状态。
4、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相无工作电流，Ib、b相无工作电流，Ic、c相无工作电流，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：检查a、b、c三相负载动力系统接线。
5、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相无工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相无工作电流，Ib、b相有工作电流，Ic、c相有工作电流，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：缺a相，缺相运行。
6、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相无工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相有工作电流，Ib、b相无工作电流，Ic、c相有工作电流，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：缺b相，缺相运行。
7、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相无工作电压，C、Ia、a相有工作电流，Ib、b相有工作电流，Ic、c相无工作电流，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：缺c相，缺相运行。
8、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相工作电流异常，Ib、b相有工作电流，Ic、c相有工作电流，D、Ta、a相工作温度异常信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，关注：a相异常，过流、过热状态，三相差5％内可正常工作。
9、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相有工作电流，Ib、b相工作电流异常，Ic、c相有工作电流，D、Ta、a相工作温度信号，Tb、b相有工作温度异常信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，关注：b相异常，过流、过热状态，三相差5％内可正常工作。
10、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相有工作电流，Ib、b相有工作电流，Ic、c相工作电流异常，D、Ta、a相工作温度信号，Tb、b相有工作温度异常信号，Tc、c相有工作温度异常信号，E、自检工作完成，关注：c相异常，过流、过热状态，三相差5％内可正常工作。
11、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相工作电流异常，Ib、b相工作电流异常，Ic、c相有工作电流，D、Ta、a相工作温度异常信号，Tb、b相有工作温度异常信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，关注：a、b相异常，过流、过热状态，三相差5％内可正常工作。
12、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相有工作电流，Ib、b相工作电流异常，Ic、c相工作电流异常，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度异常信号，Tc、c相有工作温度异常信号，E、自检工作完成，关注：b、c相异常，过流、过热状态，三相差5％内可正常工作。
13、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相工作电流异常，Ib、b相e有工作电流，Ic、c相工作电流异常，D、Ta、a相有工作温度异常信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度异常信号，E、自检工作完成，关注：a、c相异常，过流、过热状态，三相差5％内可正常工作。
14、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相工作电流异常，Ib、b相工作电流异常，Ic、c相工作电流异常，D、Ta、a相有工作温度异常信号，Tb、b相有工作温度异常信号，Tc、c相有工作温度异常信号，E、自检工作完成，关注：a、b、c三相均异常，过流、过热状态，与大数据中心比对，相差15％内可正常工作。也发出预检预警，检修故障要求。并发出故障代码。
15、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相工作电流快速上升，Ib、b相有工作电流，Ic、c相有工作电流，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：a相异常，过流(短路)状态，立即停机检修。并发出故障代码。
16、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相有工作电流，Ib、b相工作电流快速上升，Ic、c相有工作电流，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：b相异常，过流(短路)状态，立即停机检修。并发出故障代码。
17、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相有工作电流，Ib、b相有工作电流，Ic、c相工作电流快速上升，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：c相异常，过流(短路)状态，立即停机检修，并发出故障代码。
18、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相工作电流快速上升，Ib、b相工作电流快速上升，Ic、c相有工作电流，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：a、b相异常，过流(短路)状态，立即停机检修。并发出故障代码。
19、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相有工作电流，Ib、b相工作电流快速上升，Ic、c相工作电流快速上升，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：b、c相异常，过流(短路)状态，立即停机检修。并发出故障代码。
20、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相工作电流快速上升，Ib、b相有工作电流，Ic、c相工作电流快速上升，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：a、c相异常，过流(短路)状态，立即停机检修。并发出故障代码。
21、A、输入控制信号有信号，B、电压信号，Va、a相有工作电压，Vb、b相有工作电压，Vc、c相有工作电压，C、Ia、a相工作电流快速上升，Ib、b相工作电流快速上升，Ic、c相工作电流快速上升，D、Ta、a相有工作温度信号，Tb、b相有工作温度信号，Tc、c相有工作温度信号，E、自检工作完成，故障：a、b、c相异常，三相全部过流(短路)状态，立即停机检修，并发出故障代码。
上述的工作流程可以用下表清晰地表示出来。
三相交流嵌入式复合型传感器的工作表达真值表：
说明：
1、序号2，启动自检包括在单片机MCU处理下能自校零、自标定、自校正功能；
2、在单片机MCU在未工作静态条件下先检测序号3-7各相电压值；
3、序号8-10和序号11-13过热工作状态比较常见，主要是三相不平衡造成；
4、序号14一般是设备老化或损坏开始，引起电流过大。在大数据比对下很容易找出，需要及时查明原因及时更换；
5、序号15-17一般是相对地故障，也包括绝缘局部击穿，断路器(漏电保护器)会动作。序号18-21是相间短路故障，虽然这类故障发生的概率比较低。但是破坏性极大。必需瞬间断开电源。但这里故障的发生点在器件前后是有区别的。
6、还有一些自然环境发生的故障，如雷击、水灾、火灾等造成直接电源故障，一般是外部环境，这就不在本复合传感器处理范畴；
7、在正常工作条件下，本嵌入式复合传感器在输入的控制信号操控下可正常的输出电压、电流和温度三个动态信号输出到大数据中心和反馈到控制中心。
8、当检测出用电设备出现故障后立即关断功率半导体器件，并输出一个器件代码+故障代码的信号，明确显示在人机对话屏幕。
本发明的工作原理进一步阐述如下：
本发明提供的一种嵌入式复合型传感器的原理、结构、电路及操控方法，可以具有单个嵌入式复合型传感器的个体具备唯一代码数据、输入工作信号采集数据、输出工作信号采集数据、工作状态信号采集数据等各种采集到的数据，通过逻辑表现及A\D转换，通过I/O接口反馈输出到数据中心和控制中心，以确定实时工作状态和及时处理各种故障。
本发明提供的嵌入式复合型传感器的操控方法，还可以把嵌入式复合型传感器采集输出信号通过各种通讯协议以有线或无线方法与大数据中心和控制中心对接，并得到控制中心信号的数据反馈。控制中心可以是PLC工控中心，也可以是PC电脑数据中心。在这些系统中，嵌入式复合型传感器把功率半导体器件(模块)、机器、工件和IT系统将相互联接起来，超越单个专业机器扩大到整个企业。这些联接系统可以与基于因特网协议的其它系统相互作用，分析数据、进行预测和自动配置来适应变化。简单来说，我们可以操控工业互联网中任何一台设备，并得到即时工作信息，通过大数据管理比对，可以在成千上万的设备中很快找到某一台有问题设备中的一个驱动部件的故障和原因，这是一件有意义的事。
本发明的嵌入式复合型传感器的原理、结构、电路及操控方法，可以应用到许多不同类型领域的嵌入式复合型传感器，在智能固态继电器、电力控制器件和智能电力控制模块(IPM)上改进与变化，所有的改进与变化均属于本发明的技术方案范围内，属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：电压、电流、温度传感器，MCU单片机，功率半导体芯片；所述电压、电流、温度传感器一端嵌入功率半导体芯片中，另一端，电压感应探头紧贴于功率半导体芯片输入端，电流传感器套入功率半导体芯片输入端，温度传感器紧靠功率半导体芯片；所述电压、电流、温度传感器和所述MCU单片机复合设置于一块安装基片上，所述安装基片设置在功率半导体芯片上，所述功率半导体芯片安装于功率半导体芯片散热基板上；所述温度传感获得功率半导体芯片的工作温度，所述电压、电流传感器获得动态与静态的工作信息；
电路包括电压传感、电流传感、温度传感和MCU单片机四部分电路，全部复合于安装基片之上形成一个完整复合体；电压传感、电流传感、温度传感同步向MCU单片机输出从功率半导体芯片所感应到的电压信号、电流信号、温度信号；MCU单片机通过所设定程序分析判定，对内发出工作控制指令，对外传输即时工作电流、电压、温度的信息；
电压传感电路部分包括虚拟电容(C1)、电容(C2)、电阻(R1)，其中，虚拟电容(C1)由电压感应探头紧贴于功率半导体器件输入端形成，电容(C2)、电阻(R1)是MOSFET管Q1的G脚快速释放，快速测得动态电压，在电源(VCC)作用下MOSFET管Q1线性放大，在电阻(R2)处输出一个电压信号(V1)到MCU单片机(U1)；
电流传感电路部分包括电流传感器(L1)、电阻(R3)、电阻(R4)，其中，环形电流传感器(L1)套入功率半导体器件输入端，当通过工作电流时在环形电流传感器(L1)上感应出一个相比例电压，通过电阻(R3)、电阻(R4)分压，输出电流信号(V2)到MCU单片机(U1)，输出(VP2)直接触发短路保护电路；
温度传感电路部分直接用温度传感器(U2)接近功率半导体芯片，输出温度信号(V3)到MCU单片机(U1)；
MCU单片机(U1)按设定程序对信号进行复合运算处理；
所述MCU单片机设有外部数据通信接口，通过有线或无线的数据传输方式，接收外部控制信号，反馈内部数据至外部设备，实现双向通信功能。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：所述安装基片为微型陶瓷覆铜板(DBC)。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：所述电流传感器为环形电流传感器，具有过流保护功能。
4.根据权利要求1所述的一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：MCU单片机预留信号输入接口，以便外部信息信号输入。
5.根据权利要求4所述的一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：所述外部信息信号包括压力、振动、红外温度和视觉信号。
6.根据权利要求1所述的一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：所述复合运算处理包括故障检测、温度补偿。
7.根据权利要求1所述的一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：所述MCU单片机能产生一个个体所具备的唯一代码，以便于故障检修定位。
8.根据权利要求1所述的一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：所述MCU单片机内部具有自校零、自标定、自校正功能。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：用一组电源供电，输出多个复合工作状态端采集的输出信号。
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