CN111442855A - 一种温度检测装置、功率模块及其温度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度检测装置、功率模块及其温度检测方法，该装置包括：温度检测单元、温度补偿单元和温度确定单元；其中，温度检测单元，用于检测功率模块的温度，得到温度检测值；温度补偿单元，用于确定功率模块的温度补偿值；温度确定单元，用于根据功率模块的温度检测值和功率模块的温度补偿值，确定功率模块的预估温度值。本发明的方案，可以解决采样温度与实际温度之间存在偏差的问题，达到功率模块的温度检测的准确性的效果。

Description

一种温度检测装置、功率模块及其温度检测方法

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种温度检测装置、功率模块及其温度检测方法，尤其涉及一种功率模块温度实时监控系统、功率模块及其温度检测方法。

背景技术

随着电子电路以及通信网络等技术的逐渐普及，印制电路板(简称PCB板)已经在电子电路领域中得到了广泛的应用，例如家电、计算机、医疗器械以及各种电子测量仪器等均需要应用到PCB板。

但家电高性能、低成本要求，对设计提出了新的挑战，如控制器元器件选型，其规格与价格矛盾凸显，需要有效的方式实现最优的方案。例如：一些印制电路板的温度检测保护技术，印制电路板上采样的温度与实际功率模块的温度存在一定的滞后、偏差性。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种温度检测装置、功率模块及其温度检测方法，以解决采样温度与实际温度之间存在偏差的问题，达到功率模块的温度检测的准确性的效果。

本发明提供一种温度检测装置，包括：温度检测单元、温度补偿单元和温度确定单元；其中，温度检测单元，用于检测功率模块的温度，得到温度检测值；温度补偿单元，用于确定功率模块的温度补偿值；温度确定单元，用于根据功率模块的温度检测值和功率模块的温度补偿值，确定功率模块的预估温度值。

可选地，温度检测单元，包括：感温包；感温包，用于采样与功率模块相连的铜箔的温度，并将采样得到的铜箔的温度作为功率模块的温度检测值。

可选地，温度补偿单元确定功率模块的温度补偿值，包括：确定相邻两个检测时刻之间的时间差值，并确定相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值；将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值、与相邻两个检测时刻之间的时间差值之间的比值，确定为相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率；将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率、与相邻两个检测时刻之间的时间差值的乘积，确定功率模块的温度补偿值。

可选地，温度确定单元确定功率模块的预估温度值，包括：将上一检测时刻检测到的温度检测值，与温度补偿值之间的和，作为当前检测时刻下功率模块的预估温度值。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种功率模块，包括：以上所述的温度检测装置。

与上述功率模块相匹配，本发明再一方面提供一种功率模块的温度检测方法，包括：通过温度检测单元，检测功率模块的温度，得到温度检测值；通过温度补偿单元，确定功率模块的温度补偿值；通过温度确定单元，根据功率模块的温度检测值和功率模块的温度补偿值，确定功率模块的预估温度值。

可选地，通过温度检测单元检测功率模块的温度，包括：通过感温包，采样与功率模块相连的铜箔的温度，并将采样得到的铜箔的温度作为功率模块的温度检测值。

可选地，通过温度补偿单元确定功率模块的温度补偿值，包括：确定相邻两个检测时刻之间的时间差值，并确定相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值；将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值、与相邻两个检测时刻之间的时间差值之间的比值，确定为相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率；将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率、与相邻两个检测时刻之间的时间差值的乘积，确定功率模块的温度补偿值。

可选地，通过温度确定单元确定功率模块的预估温度值，包括：将上一检测时刻检测到的温度检测值，与温度补偿值之间的和，作为当前检测时刻下功率模块的预估温度值。

本发明的方案，通过增加温度补偿，使功率模块的检测温度更接近功率模块的实际温度，可以提高温度检测精度、灵敏度。

进一步，本发明的方案，通过充分利用功率模块的温度曲线斜率判断，估算功率模块的实时温度、以及预测温度的变化趋势，使检测温度更接近功率模块的实际温度，提升功率模块温度的检测精准性。

进一步，本发明的方案，通过增加检测温度补偿机制，使检测温度更接近功率模块的实际温度，防止温度检测失效而导致模块温度过高引起烧毁的问题，提升功率模块过温保护的可靠性。

由此，本发明的方案，通过增加温度补偿，使功率模块的检测温度更接近功率模块的实际温度，解决采样温度与实际温度之间存在偏差的问题，达到功率模块的温度检测的准确性的效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的温度检测装置的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的功率模块的一实施例的板间感温包布局示意图；

图3为本发明的功率模块的一实施例的感温包的温度-时间曲线示意图，其中，(a)、(b)为同一时间段内温度变化的不同情况；

图4为本发明的温度检测方法的一实施例的流程示意图；

图5为本发明的方法中通过温度补偿单元确定功率模块的温度补偿值的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种温度检测装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该温度检测装置可以包括：温度检测单元、温度补偿单元和温度确定单元。其中，温度检测单元，可以是热敏电阻。

具体地，温度检测单元，可以用于检测功率模块的温度，得到温度检测值。

可选地，温度检测单元，可以包括：感温包。感温包，可以用于采样与功率模块相连的铜箔的温度，并将采样得到的铜箔的温度作为功率模块的温度检测值。例如：PCB板的板间感温包的温度采样，是通过与功率模块相连的铜箔进行温度传递。

由此，通过利用与功率模块相连的铜箔进行温度传递，铜箔比较薄、且传热性好，可以提高温度穿度的速率。

具体地，温度补偿单元，可以用于确定功率模块的温度补偿值。

可选地，温度补偿单元确定功率模块的温度补偿值，可以包括：确定相邻两个检测时刻之间的时间差值，并确定相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值；将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值、与相邻两个检测时刻之间的时间差值之间的比值，确定为相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率；将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率、与相邻两个检测时刻之间的时间差值的乘积，确定功率模块的温度补偿值。

例如：如T1时刻功率模块的温度值Temp1传递到实际感温包处需要滞后ΔT，即T2时刻感温包的温度值Temp2为T1时刻功率模块的温度值，T1时刻感温包的温度值Temp1为上一时刻功率模块的温度值，设ΔT＝T2-T1，ΔTemp＝Temp2-Temp1，如此类推，设温度-时间变化率为K，那么K＝ΔTemp/ΔT，使用K值估算当前功率模块的温度。

由此，通过基于相邻两个检测时刻之间的时间差值、以及相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值确定功率模块的温度补偿值，进而可以对功率模块的预估温度值进行补偿，以使得预估温度值更加精准。

具体地，温度确定单元，可以用于根据功率模块的温度检测值和功率模块的温度补偿值，确定功率模块的预估温度值。

例如：一种功率模块温度实时监控系统，通过增加温度补偿，使功率模块的检测温度更接近功率模块的实际温度，可以提高温度检测精度、灵敏度，防止温度检测失效而导致模块温度过高引起烧毁的问题，提升功率模块的温度检测的精准性和及时性。

由此，通过增加热敏电阻温度补偿机制，在稳定状态下使检测温度更接近功率模块的实际温度，可以提高功率模块的温度检测的精准性。

可选地，温度确定单元确定功率模块的预估温度值，可以包括：将上一检测时刻检测到的温度检测值，与温度补偿值之间的和，作为当前检测时刻下功率模块的预估温度值。

例如：根据上一时刻温度时间变化率K，预测下一时刻功率模块温度值，如当前时刻T2功率模块温度值Temp2，可预测下一时刻T3的功率模块温度值Temp3。由K＝ΔTemp/ΔT可得，Temp3-Temp2＝K*ΔT，即Temp3＝K*ΔT+Temp2。根据估算当前时刻及下一时刻的功率模块温度，作为功率模块频率控制条件之一，保证功率模块温度在允许范围内工作。这样，可以从温度补偿、温度估算两方面解决功率模块温度与感温包采样温度偏差、滞后的问题，可以充分利用功率模块的温度曲线斜率判断，估算功率模块的实时温度、以及预测温度的变化趋势；进而避免因温度偏差、传递滞后引起的功率模块温升超标问题；当然，也可以避免过盈选型，降低物料成本。

由此，通过基于上一检测时间检测到的温度检测值对当前时刻下功率模块的温度检测值进行补偿以得到当前时刻下功率模块的预估温度值，使得该预估温度值更接近真实温度，有利于提高对功率模块的预估温度值确定的精准性。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过增加温度补偿，使功率模块的检测温度更接近功率模块的实际温度，可以提高温度检测精度、灵敏度。

根据本发明的实施例，还提供了对应于温度检测装置的一种功率模块。该功率模块可以包括：以上所述的温度检测装置。

在一个可选实施方式中，至少为了解决印制电路板温度与模块实际温度偏差、滞后而导致过温保护失效问题，本发明的方案，提供一种功率模块温度实时监控系统，通过增加温度补偿，使功率模块的检测温度更接近功率模块的实际温度，可以提高温度检测精度、灵敏度，防止温度检测失效而导致模块温度过高引起烧毁的问题。也就是说，通过增加检测温度补偿机制，使检测温度更接近功率模块的实际温度。

可选地，可以充分利用功率模块的温度曲线斜率判断，估算功率模块的实时温度、以及预测温度的变化趋势。

一般地，在功率模块的选型上，很多都留有较大裕量，如使用温度范围，会按照最大负载的情况下温度不超过某个限值为准，此种经验选型方式，导致功率模块选型规格偏大，没有考虑实际使用的情况。而本发明的方案，从温度补偿、温度估算两方面解决功率模块温度与感温包采样温度偏差、滞后的问题，进而避免因温度偏差、传递滞后引起的功率模块温升超标问题；当然，也可以避免过盈选型，降低物料成本。

图2为板间感温包布局示意图。

如图2所示，板间感温包按照一定的方式放置在功率模块的附近，用于检测功率模块温度。

例如：板间感温包的布置方式，可以是贴近功率模块的大铜箔，如地网络铜箔，面积大，导热性能好，减少温度采样的误差。

如图2所示，功率模块温度实时监控系统，主要可以由主芯片、功率模块、温度采样电路(如热敏电阻)构成的最小系统。

其中，主芯片，可以根据系统输入量控制功率模块的工作频率。热敏电阻，可以根据功率模块的温度变化，输出动态的电压信号给主芯片，主芯片根据热敏电阻的电压值换算为温度值，并通过系列换算，推出功率模块的温度值。但实际上，功率模块与热敏电阻具有一定的间距，两者之间的温度存在一定的偏差。所以，本发明的方案，通过增加热敏电阻温度补偿机制，在稳定状态下更加贴近实际功率模块温度。

例如：根据热敏电阻的电压值换算为温度值时，可以根据芯片AD口采样到的电压值，查表换算为当前的温度值，AD值对应的温度值可通过查表获取。系列运算，可以是温度补偿运算，采样到的温度值，与实际模块的温度值存在一定的差异，需要增加补偿，更加贴近实际模块的温度值；另外，还需要增加超前估算，当前时刻采样到的温度值，实际上是功率模块上一时刻的温度值，需要通过估算，估算功率模块当前温度值，才更好保护功率模块。

图3为感温包的温度-时间曲线示意图，可以显示功率模块的温度检测感温包的温度与时间的曲线关系。

如图3所示，L1线为实际感温包的温度-时间曲线图，L2线为功率模块的温度-时间曲线图，斜率代表温度变化速率。L1和L2中的方框，代表T1/T2时刻对应的温度值。

当T0时刻，感温包的实际温度为Troom，功率模块的温度为Temp0，则二者之间的温差为ΔT补＝Temp0-Troom，即感温包采样到的温度值加上ΔT补，作为功率模块的温度，如此更加贴近实际的功率模块的温度，避免温度偏差过大，导致温度保护失效。

由于板间感温包温度采样是通过与功率模块相连的铜箔进行温度传递，其温度传递之间存在一定的时间滞后，为解决功率模块温度与实际感温包温度传递过慢导致模块烧毁问题。本发明的方案，通过增加的温度时间斜率判断方式、以及估算当前功率模块的温度及预测温度变化趋势。

如图2所示，如T1时刻功率模块的温度值Temp1传递到实际感温包处需要滞后ΔT，即T2时刻感温包的温度值Temp2为T1时刻功率模块的温度值，T1时刻感温包的温度值Temp1为上一时刻功率模块的温度值，设ΔT＝T2-T1，ΔTemp＝Temp2-Temp1，如此类推，设温度-时间变化率为K，那么K＝ΔTemp/ΔT，使用K值估算当前功率模块的温度。

同理，根据上一时刻温度时间变化率K，预测下一时刻功率模块温度值，如当前时刻T2功率模块温度值Temp2，可预测下一时刻T3的功率模块温度值Temp3。

由K＝ΔTemp/ΔT可得，Temp3-Temp2＝K*ΔT，即Temp3＝K*ΔT+Temp2。其中，温度补偿值根据实际系统中增加补偿，不同的PCB板布局，补偿温度值会不一样。

根据估算当前时刻及下一时刻的功率模块温度，作为功率模块频率控制条件之一，保证功率模块温度在允许范围内工作。

由于本实施例的功率模块所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过充分利用功率模块的温度曲线斜率判断，估算功率模块的实时温度、以及预测温度的变化趋势，使检测温度更接近功率模块的实际温度，提升功率模块温度的检测精准性。

根据本发明的实施例，还提供了对应于功率模块的一种功率模块的温度检测方法，如图4所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该功率模块的温度检测方法可以包括：步骤S110至步骤S130。

在步骤S110处，通过温度检测单元，检测功率模块的温度，得到温度检测值。

可选地，步骤S110中通过温度检测单元检测功率模块的温度，可以包括：通过感温包，采样与功率模块相连的铜箔的温度，并将采样得到的铜箔的温度作为功率模块的温度检测值。例如：PCB板的板间感温包的温度采样，是通过与功率模块相连的铜箔进行温度传递。

由此，通过利用与功率模块相连的铜箔进行温度传递，铜箔比较薄、且传热性好，可以提高温度穿度的速率。

在步骤S120处，通过温度补偿单元，确定功率模块的温度补偿值。

可选地，可以结合图5所示本发明的方法中的小波包分析方法的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中通过温度补偿单元确定功率模块的温度补偿值的具体过程，可以包括：步骤S210至步骤S230。

步骤S210，确定相邻两个检测时刻之间的时间差值，并确定相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值。

步骤S220，将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值、与相邻两个检测时刻之间的时间差值之间的比值，确定为相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率。

步骤S230，将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率、与相邻两个检测时刻之间的时间差值的乘积，确定功率模块的温度补偿值。

例如：如T1时刻功率模块的温度值Temp1传递到实际感温包处需要滞后ΔT，即T2时刻感温包的温度值Temp2为T1时刻功率模块的温度值，T1时刻感温包的温度值Temp1为上一时刻功率模块的温度值，设ΔT＝T2-T1，ΔTemp＝Temp2-Temp1，如此类推，设温度-时间变化率为K，那么K＝ΔTemp/ΔT，使用K值估算当前功率模块的温度。

由此，通过基于相邻两个检测时刻之间的时间差值、以及相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值确定功率模块的温度补偿值，进而可以对功率模块的预估温度值进行补偿，以使得预估温度值更加精准。在步骤S130处，通过温度确定单元，根据功率模块的温度检测值和功率模块的温度补偿值，确定功率模块的预估温度值。

例如：一种功率模块温度实时监控系统，通过增加温度补偿，使功率模块的检测温度更接近功率模块的实际温度，可以提高温度检测精度、灵敏度，防止温度检测失效而导致模块温度过高引起烧毁的问题，提升功率模块的温度检测的精准性和及时性。

由此，通过增加热敏电阻温度补偿机制，在稳定状态下使检测温度更接近功率模块的实际温度，可以提高功率模块的温度检测的精准性。

可选地，步骤S130中通过温度确定单元确定功率模块的预估温度值，可以包括：将上一检测时刻检测到的温度检测值，与温度补偿值之间的和，作为当前检测时刻下功率模块的预估温度值。

例如：根据上一时刻温度时间变化率K，预测下一时刻功率模块温度值，如当前时刻T2功率模块温度值Temp2，可预测下一时刻T3的功率模块温度值Temp3。由K＝ΔTemp/ΔT可得，Temp3-Temp2＝K*ΔT，即Temp3＝K*ΔT+Temp2。根据估算当前时刻及下一时刻的功率模块温度，作为功率模块频率控制条件之一，保证功率模块温度在允许范围内工作。这样，可以从温度补偿、温度估算两方面解决功率模块温度与感温包采样温度偏差、滞后的问题，可以充分利用功率模块的温度曲线斜率判断，估算功率模块的实时温度、以及预测温度的变化趋势；进而避免因温度偏差、传递滞后引起的功率模块温升超标问题；当然，也可以避免过盈选型，降低物料成本。

由此，通过基于上一检测时间检测到的温度检测值对当前时刻下功率模块的温度检测值进行补偿以得到当前时刻下功率模块的预估温度值，使得该预估温度值更接近真实温度，有利于提高对功率模块的预估温度值确定的精准性。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述功率模块的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过增加检测温度补偿机制，使检测温度更接近功率模块的实际温度，防止温度检测失效而导致模块温度过高引起烧毁的问题，提升功率模块过温保护的可靠性。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种温度检测装置，其特征在于，包括：温度检测单元、温度补偿单元和温度确定单元；其中，

温度检测单元，用于检测功率模块的温度，得到温度检测值；

温度补偿单元，用于确定功率模块的温度补偿值；

温度确定单元，用于根据功率模块的温度检测值和功率模块的温度补偿值，确定功率模块的预估温度值。

2.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，温度检测单元，包括：感温包；

感温包，用于采样与功率模块相连的铜箔的温度，并将采样得到的铜箔的温度作为功率模块的温度检测值。

3.根据权利要求1或2所述的温度检测装置，其特征在于，温度补偿单元确定功率模块的温度补偿值，包括：

确定相邻两个检测时刻之间的时间差值，并确定相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值；

将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值、与相邻两个检测时刻之间的时间差值之间的比值，确定为相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率；

将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率、与相邻两个检测时刻之间的时间差值的乘积，确定功率模块的温度补偿值。

4.根据权利要求1或2所述的温度检测装置，其特征在于，温度确定单元确定功率模块的预估温度值，包括：

将上一检测时刻检测到的温度检测值，与温度补偿值之间的和，作为当前检测时刻下功率模块的预估温度值。

5.一种功率模块，其特征在于，包括：如权利要求1-4任一所述的温度检测装置。

6.一种如权利要求5所述的功率模块的温度检测方法，其特征在于，包括：

通过温度检测单元，检测功率模块的温度，得到温度检测值；

通过温度补偿单元，确定功率模块的温度补偿值；

通过温度确定单元，根据功率模块的温度检测值和功率模块的温度补偿值，确定功率模块的预估温度值。

7.根据权利要求6所述的温度检测方法，其特征在于，通过温度检测单元检测功率模块的温度，包括：

通过感温包，采样与功率模块相连的铜箔的温度，并将采样得到的铜箔的温度作为功率模块的温度检测值。

8.根据权利要求6或7所述的温度检测方法，其特征在于，通过温度补偿单元确定功率模块的温度补偿值，包括：

确定相邻两个检测时刻之间的时间差值，并确定相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值；

将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度差值、与相邻两个检测时刻之间的时间差值之间的比值，确定为相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率；

将相邻两个检测时刻检测到的两个温度检测值之间的温度随时间的变化率、与相邻两个检测时刻之间的时间差值的乘积，确定功率模块的温度补偿值。

9.根据权利要求6或7所述的温度检测方法，其特征在于，通过温度确定单元确定功率模块的预估温度值，包括：

将上一检测时刻检测到的温度检测值，与温度补偿值之间的和，作为当前检测时刻下功率模块的预估温度值。

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