发明内容
有鉴于此,本申请提供一种温度检测装置及方法,其具体方案如下:
一种温度检测装置,包括:
第一调理电路,用于获取所述晶体管中热敏电阻的第一电压信号,其中,所述热敏电阻为具有负温度系数特性的热敏电阻,将所述第一电压信号转换为特定信号,所述特定信号为频率固定、占空比可调的信号,所述特定信号的占空比随所述热敏电阻的温度的变化而变化;
第二调理电路,用于获得所述特定信号,将所述特定信号转换为第二电压信号;
控制器,用于对所述第二电压信号进行检测,通过对所述第二电压信号的检测确定所述热敏电阻的温度值,基于所述热敏电阻的温度值确定所述晶体管的温度值。
进一步的,还包括:
原副边隔离电路,用于将所述特定信号经过原副边隔离电路由原边一侧传输至副边一侧,以便所述第二调理电路能够获取到所述第一调理电路输出的特定信号。
进一步的,所述控制器基于所述热敏电阻的温度值确定所述晶体管的温度值,包括:
所述控制器将所述热敏电阻的温度值确定为所述晶体管的基板温度,基于所述晶体管的基板温度确定所述晶体管的PN结温度,将所述晶体管的PN结温度确定为所述晶体管的温度。
进一步的,所述第二调理电路用于:
基于所述特定信号的占空比确定第一电容的充放电时间;基于所述第一电容的充放电时间调整所述第一电容的电压,将所述第一电容的电压信号确定为所述第二电压信号。
进一步的,所述第二调理电路包括:第一电阻、第二电阻、第一电容及第一开关,其中:
所述第一电阻的一端与第一直流电源连接,另一端分别与所述第一开关的一端及所述第二电阻的一端连接,所述第二电阻的另一端通过所述第一电容与所述第一开关的另一端连接,所述第一开关的另一端同时接地;
基于所述特定信号的占空比确定所述第一开关导通及关断的时间,当所述第一开关导通时,第一电容通过所述第二电阻放电,当所述第一开关关断时,所述第一直流电源通过所述第一电阻及所述第二电阻为所述第一电容充电。
进一步的,还包括:热敏电阻网络,用于通过所述热敏电阻网络获得所述热敏电阻的第一电压信号,其中:
所述热敏电阻网络包括:第三电阻及第四电阻,其中:
所述第三电阻的一端与第二直流电源连接,所述第三电阻的另一端通过所述第四电阻接地;
其中,所述第四电阻两端的电压即为所述热敏电阻的第一电压信号。
一种温度检测方法,包括:
确定晶体管中热敏电阻的第一电压信号,其中,所述热敏电阻为具有负温度系数特性的热敏电阻;
将所述第一电压信号转换为特定信号,所述特定信号为频率固定、占空比可调的信号,所述特定信号的占空比随所述热敏电阻的温度的变化而变化;
将所述特定信号转换为第二电压信号,通过对所述第二电压信号的检测确定所述热敏电阻的温度值;
基于所述热敏电阻的温度值确定所述晶体管的温度值。
进一步的,还包括:
将所述特定信号经过原副边隔离电路由原边一侧传输至副边一侧,并将传输至副边一侧的所述特定信号转换为第二电压信号。
进一步的,所述基于所述热敏电阻的温度值确定所述晶体管的温度值,包括:
将所述热敏电阻的温度值确定为所述晶体管的基板温度,基于所述晶体管的基板温度确定所述晶体管的PN结温度,将所述晶体管的PN结温度确定为所述晶体管的温度。
进一步的,所述将所述特定信号转换为第二电压信号,包括:
基于所述特定信号的占空比确定第一电容的充放电时间;
基于所述第一电容的充放电时间调整所述第一电容的电压,将所述第一电容的电压信号确定为所述第二电压信号。
从上述技术方案可以看出,本申请公开的温度检测装置及方法,第一调理电路,第二调理电路及控制器,第一调理电路获取晶体管中热敏电阻的第一电压信号,热敏电阻为具有负温度系数特性的热敏电阻,将第一电压信号转换为特定信号,特定信号为频率固定、占空比可调的信号,特定信号的占空比随热敏电阻的温度的变化而变化,第二调理电路获得特定信号,将特定信号转换为第二电压信号,控制器对第二电压信号进行检测,通过对第二电压信号的检测确定热敏电阻的温度值,基于热敏电阻的温度值确定晶体管的温度值。本方案中通过电平信号进行检测,确定热敏电阻的温度值,进而确定晶体管的温度值,电平信号的稳定性好,不容易受到干扰,能够适应不同的工作环境,从而提高IGBT温度检测的准确性。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
本申请公开了一种温度检测装置,其结构示意图如图1所示,包括:
第一调理电路11,第二调理电路12及控制器13。
第一调理电路用于获取晶体管中热敏电阻的第一电压信号,其中,热敏电阻为具有负温度系数特性的热敏电阻,将第一电压信号转换为特定信号,特定信号为频率固定、占空比可调的信号,特定信号的占空比随热敏电阻的温度的变化而变化;
第二调理电路用于获得特定信号,将特定信号转换为第二电压信号;
控制器用于对第二电压信号进行检测,通过对第二电压信号的检测确定热敏电阻的温度值,基于热敏电阻的温度值确定晶体管的温度值。
IGBT绝缘栅双极型晶体管中通常设置有NTC电阻,即呈现负温度系数特性的电阻,该电阻会随着电阻温度的升高,电阻值会减小,即NTC电阻的电阻值与温度成相反的对应关系,如图2所示,横坐标为NTC电阻的温度,纵坐标为NTC电阻的电阻值。
IGBT晶体管是由多个芯片串并联组成,芯片上寄生有PN结,本方案最终确定的晶体管的温度,实际就是IGBT晶体管上PN结的温度;
另外,IGBT由多层结构组成,其中,基板处于IGBT晶体管的最底层,起到安装固定和散热的作用;NTC电阻,即本实施例中的热敏电阻,其安装在基板上、芯片附近,在一定条件下,可以将热敏电阻的温度与基板的温度等同,以便于能够基于基板的温度确定IGBT晶体管中PN结的温度,即晶体管的温度。
具体的,晶体管的PN结温度等于晶体管芯片产生的损耗与PN结和基板之间热阻的乘积与热敏电阻的温度值相加的和。
即:PN结温度=损耗*PN结和基板之间热阻+热敏电阻温度。
其中,IGBT晶体管的PN结和基板之间,由于有多层材料间隔,因此PN结温度与热敏电阻温度之间有一定的差值,损耗是由IGBT芯片产生的,逐渐向外扩散,PN结和基板之间存在热阻。因此,PN结的温度最高,基板的温度低于PN结的温度。
第一调理电路能够获得热敏电阻的第一电压信号,并将第一电压信号转换为特定信号。
其中,第一电压信号即热敏电阻两侧的电压信号,要想获得热敏电阻两侧的电压信号,可以通过热敏电阻网络获得热敏电阻的第一电压信号,其中,热敏电阻网络的结构示意图如图3所示,包括:第三电阻R3及第四电阻R4。
其中,第三电阻R3的一端与第二直流电源VCC连接,第三电阻的另一端通过第四电阻接地,第四电阻R4两端的电压即被确定为热敏电阻的第一电压信号,即图3中AB点之间的电压。
图3中的第四电阻与热敏电阻可以为同一个电阻,也可以为不同的电阻,第三电阻为分压电阻。
第一调理电路可以为调理芯片,也可以为单片机,或者其他电路,第一调理电路能够将第一电压信号转换为特定信号,其中的特定信号为频率固定、占空比可调的信号。
其中,频率固定、占空比可调的信号,即在同一个频率下,占空比能够随着温度的变化而变化,如图4所示,其中,T为特定信号的周期,D1为特定信号的占空比。随着热敏电阻温度的变化,占空比D1会发生变化,如图5所示,变化后的占空比为D2,而一个完整的周期所对应的时长并未发生变化。
第二调理电路将特定信号转换为第二电压信号,通过对电平信号幅度的检测,可以得到IGBT内部热敏电阻的温度。其中,电平信号的稳定性好,不易受到干扰,能够适应不同的工作环境,提高温度检测的准确性。
当热敏电阻的温度发生变化时,由于热敏电阻温度变化,使得其电阻值发生变化,对应的,热敏电阻两侧的电压发生变化,即特定信号发生变化,特定信号变化时,电平信号也会发生变化,根据电平信号的变化即可确定热敏电阻的温度变化的具体数值,由于热敏电阻的温度值确定的IGBT的晶体管的温度值也会相应发生变化,因此,在确定热敏电阻的温度值的变化数值后即可确定IGBT晶体管发生变化的温度值,在确定晶体管的温度值后,即可根据晶体管的温度值确定晶体管是否由于过热导致失效。
本实施例公开的温度检测装置,第一调理电路,第二调理电路及控制器,第一调理电路获取晶体管中热敏电阻的第一电压信号,热敏电阻为具有负温度系数特性的热敏电阻,将第一电压信号转换为特定信号,特定信号为频率固定、占空比可调的信号,特定信号的占空比随热敏电阻的温度的变化而变化,第二调理电路获得特定信号,将特定信号转换为第二电压信号,控制器对第二电压信号进行检测,通过对第二电压信号的检测确定热敏电阻的温度值,基于热敏电阻的温度值确定晶体管的温度值。本方案中通过电平信号进行检测,确定热敏电阻的温度值,进而确定晶体管的温度值,电平信号的稳定性好,不容易受到干扰,能够适应不同的工作环境,从而提高IGBT温度检测的准确性。
本实施例公开了一种温度检测装置,其结构示意图如图6所示,包括:
第一调理电路61,第二调理电路62,控制器63及原副边隔离电路64。
除与上一实施例相同的结构外,本实施例还增加了原副边隔离电路64。
原副边隔离电路64用于将特定信号经过原副边电路由原边一侧传输至副边一侧,以便第二调理电路能够获取到第一调理电路输出的特定信号。
原副边隔离电路可以是光耦,也可以是容耦,还可以是变压器,或者其他隔离电路,其仅是用于实现原副边的电气隔离,将原边一侧的特定信号,传输至副边一侧,即传输至第二调理电路。
在温度检测装置中设置原副边隔离电路,实现热敏电阻和控制器之间的电气隔离,当热敏电阻和控制器之间存在有效的电气隔离时,即使当前处于极端工况下,也不会造成副边侧的电路或设备的损伤。
进一步的,第二调理电路如图7所示,包括:第一电阻R1,第二电阻R2,第一电容C1及第一开关T1。
第一电阻R1的一端与第一直流电源VDC连接,另一端分别与第一开关T1的一端及第二电阻R2的一端连接,第二电阻R2的另一端通过第一电容C1与第一开关T1的另一端连接,第一开关T1的另一端同时接地。
基于特定信号的占空比确定第一开关导通及关断的时间,当第一开关导通时,第一电容通过第二电阻放电,当第一开关关断时,第一直流电源通过第一电阻及第二电阻为第一电容充电。
基于特定信号的占空比确定第一电容的充放电时间,基于第一电容的充放电时间调整第一电容的电压,将第一电容的电压确定为第二电压信号。其中,第一电容的电压即图7中CD之间的电压值。
特定信号通过原副边隔离电路输出后,被传输至第二调理电路的第一开关T1,控制第一开关的导通及关断。
以图4及图5为例进行说明:
当第一开关T1获取到的控制信号为高,持续时间为图4中的D1*T时,此时,第一开关T1导通,第一电容C1通过第二电阻放电;当第一开关T1获取到的控制信号为低时,持续时间为(1-D1)*T,第一开关关断,第一直流电源通过第一电阻及第二电阻给第一电容充电,第一电容充电及放电时间确定后,第一电容上的电压随之确定,即基于特定信号的占空比确定第一电容的充放电时间,并基于第一电容的充放电时间调整第一电容的电压;
当热敏电阻的温度发生变化时,第一调理电路输出的特定信号的频率不变、占空比变化,由D1变为D2,即图5所示示意图,此时,第一电容的充电时间变为(1-D2)*T,第一电容的放电时间变为D2*T,第一电容上的电压随之发生变化。
在第一电容的电压确定之后,将第一电容的电压,即第二电压信号发送至控制器,由控制器基于热敏电阻的温度值及第一电容的电压值之间的对应关系确定热敏电阻的温度值,之后基于热敏电阻的温度值与晶体管的温度值之间的对应关系确定晶体管的温度值。
本实施例公开的温度检测装置,第一调理电路,第二调理电路及控制器,第一调理电路获取晶体管中热敏电阻的第一电压信号,热敏电阻为具有负温度系数特性的热敏电阻,将第一电压信号转换为特定信号,特定信号为频率固定、占空比可调的信号,特定信号的占空比随热敏电阻的温度的变化而变化,第二调理电路获得特定信号,将特定信号转换为第二电压信号,控制器对第二电压信号进行检测,通过对第二电压信号的检测确定热敏电阻的温度值,基于热敏电阻的温度值确定晶体管的温度值。本方案中通过电平信号进行检测,确定热敏电阻的温度值,进而确定晶体管的温度值,电平信号的稳定性好,不容易受到干扰,能够适应不同的工作环境,从而提高IGBT温度检测的准确性。
本实施例公开了一种温度检测方法,其流程图如图8所示,包括:
步骤S81、确定晶体管中热敏电阻的第一电压信号,其中,热敏电阻为具有负温度系数特性的热敏电阻;
步骤S82、将第一电压信号转换为特定信号,特定信号为频率固定、占空比可调的信号,特定信号的占空比随热敏电阻的温度的变化而变化;
步骤S83、将特定信号转换为第二电压信号,通过对第二电压信号的检测确定热敏电阻的温度值;
步骤S84、基于热敏电阻的温度值确定晶体管的温度值。
IGBT绝缘栅双极型晶体管中通常设置有NTC电阻,即呈现负温度系数特性的电阻,该电阻会随着电阻温度的升高,电阻值会减小,即NTC电阻的电阻值与温度成相反的对应关系,如图2所示,横坐标为NTC电阻的温度,纵坐标为NTC电阻的电阻值。
IGBT晶体管是由多个芯片串并联组成,芯片上寄生有PN结,本方案最终确定的晶体管的温度,实际就是IGBT晶体管上PN结的温度;
另外,IGBT由多层结构组成,其中,基板处于IGBT晶体管的最底层,起到安装固定和散热的作用;NTC电阻,即本实施例中的热敏电阻,其安装在基板上、芯片附近,在一定条件下,可以将热敏电阻的温度与基板的温度等同,以便于能够基于基板的温度确定IGBT晶体管中PN结的温度,即晶体管的温度。
具体的,晶体管的PN结温度等于晶体管芯片产生的损耗与PN结和基板之间热阻的乘积与热敏电阻的温度值相加的和。
即:PN结温度=损耗*PN结和基板之间热阻+热敏电阻温度。
其中,IGBT晶体管的PN结和基板之间,由于有多层材料间隔,因此PN结温度与热敏电阻温度之间有一定的差值,损耗是由IGBT芯片产生的,逐渐向外扩散,PN结和基板之间存在热阻。因此,PN结的温度最高,基板的温度低于PN结的温度。
第一电压信号即热敏电阻两侧的电压信号,要想获得热敏电阻两侧的电压信号,可以通过热敏电阻网络获得热敏电阻的第一电压信号,其中,热敏电阻网络的结构示意图如图3所示,包括:第三电阻R3及第四电阻R4。
其中,第三电阻R3的一端与第二直流电源VCC连接,第三电阻的另一端通过第四电阻接地,第四电阻R4两端的电压即被确定为热敏电阻的第一电压信号,即图3中AB点之间的电压。
图3中的第四电阻与热敏电阻可以为同一个电阻,也可以为不同的电阻,第三电阻为分压电阻。
其中,频率固定、占空比可调的信号,即在同一个频率下,占空比能够随着热敏电阻温度的变化而变化,如图4所示,其中,T为特定信号的周期,D1为特定信号的占空比。随着热敏电阻温度的变化,占空比D1会发生变化,如图5所示,变化后的占空比为D2,而一个完整的周期所对应的时长并未发生变化。
将特定信号转换为第二电压信号,通过对电平信号幅度的检测,可以得到IGBT内部热敏电阻的温度。其中,电平信号的稳定性好,不易受到干扰,能够适应不同的工作环境,提高温度检测的准确性。
当热敏电阻的温度发生变化时,由于热敏电阻温度变化,使得其电阻值发生变化,对应的,热敏电阻两侧的电压发生变化,即特定信号发生变化,特定信号变化时,电平信号也会发生变化,根据电平信号的变化即可确定热敏电阻的温度变化的具体数值,由于热敏电阻的温度值确定的IGBT的晶体管的温度值也会相应发生变化,因此,在确定热敏电阻的温度值的变化数值后即可确定IGBT晶体管发生变化的温度值,在确定晶体管的温度值后,即可根据晶体管的温度值确定晶体管是否由于过热导致失效。
进一步的,本实施例公开的温度检测方法还包括:
将特定信号经过原副边隔离电路由原边一侧传输至副边一侧,并将传输至副边一侧的特定信号转换为第二电压信号。
原副边隔离电路可以是光耦,也可以是容耦,还可以是变压器,或者其他隔离电路,其仅是用于实现原副边的电气隔离,将原边一侧的特定信号,传输至副边一侧,即传输至第二调理电路,由第二调理电阻将特定信号转换为第二电压信号。
设置原副边隔离电路,实现热敏电阻和控制器之间的电气隔离,当热敏电阻和控制器之间存在有效的电气隔离时,即使当前处于极端工况下,也不会造成副边侧的电路或设备的损伤。
进一步的,用于将特定信号转换为第二电压信号的第二调理电路如图7所示,包括:第一电阻R1,第二电阻R2,第一电容C1及第一开关T1。
第一电阻R1的一端与第一直流电源VDC连接,另一端分别与第一开关T1的一端及第二电阻R2的一端连接,第二电阻R2的另一端通过第一电容C1与第一开关T1的另一端连接,第一开关T1的另一端同时接地。
基于特定信号的占空比确定第一开关导通及关断的时间,当第一开关导通时,第一电容通过第二电阻放电,当第一开关关断时,第一直流电源通过第一电阻及第二电阻为第一电容充电。
基于特定信号的占空比确定第一电容的充放电时间,基于第一电容的充放电时间调整第一电容的电压,将第一电容的电压确定为第二电压信号。其中,第一电容的电压即图7中CD之间的电压值。
特定信号通过原副边隔离电路后,被传输至第二调理电路的第一开关T1,控制第一开关的导通及关断。
以图4及图5为例进行说明:
当第一开关T1获取到的控制信号为高,持续时间为图4中的D1*T时,此时,第一开关T1导通,第一电容C1通过第二电阻放电;当第一开关T1获取到的控制信号为低时,持续时间为(1-D1)*T,第一开关关断,第一直流电源通过第一电阻及第二电阻给第一电容充电,第一电容充电及放电时间确定后,第一电容上的电压随之确定,即基于特定信号的占空比确定第一电容的充放电时间,并基于第一电容的充放电时间调整第一电容的电压;
当热敏电阻的温度发生变化时,第一调理电路输出的特定信号的频率不变、占空比变化,由D1变为D2,即图5所示示意图,此时,第一电容的充电时间变为(1-D2)*T,第一电容的放电时间变为D2*T,第一电容上的电压随之发生变化。
在第一电容的电压确定之后,将第一电容的电压,即第二电压信号发送至控制器,由控制器基于热敏电阻的温度值及第一电容的电压值之间的对应关系确定热敏电阻的温度值,之后基于热敏电阻的温度值与晶体管的温度值之间的对应关系确定晶体管的温度值。
本实施例公开的温度检测装置,第一调理电路,第二调理电路及控制器,第一调理电路获取晶体管中热敏电阻的第一电压信号,热敏电阻为具有负温度系数特性的热敏电阻,将第一电压信号转换为特定信号,特定信号为频率固定、占空比可调的信号,特定信号的占空比随热敏电阻的温度的变化而变化,第二调理电路获得特定信号,将特定信号转换为第二电压信号,控制器对第二电压信号进行检测,通过对第二电压信号的检测确定热敏电阻的温度值,基于热敏电阻的温度值确定晶体管的温度值。本方案中通过电平信号进行检测,确定热敏电阻的温度值,进而确定晶体管的温度值,电平信号的稳定性好,不容易受到干扰,能够适应不同的工作环境,从而提高IGBT温度检测的准确性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。