CN113092974A - Igbt模块内部芯片结温测量系统、测量方法及igbt模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种IGBT模块内部芯片结温测量系统、测量方法及IGBT模块；测量系统包括测温装置和设置于IGBT模块内部芯片上方的凸透镜，测温装置包括感温器件和测温电路，感温器件设置于凸透镜上方，并且位于所述凸透镜的焦点。测温方法包括：所述凸透镜将收集IGBT模块内部芯片的热辐射，并聚焦到感温器件上；根据芯片实际温度和感温器件指示温度的对应关系，得到IGBT模块内部芯片温度值。本发明所述的测量系统基于辐射传热原理将IGBT模块内部芯片发热通过凸透镜聚焦到感温器件，然后利用测温电路测量感温器件的温度，可以间接测得IGBT模块内部芯片温度，具有结构简单、成本低、温度测量准确等优点。
Description
技术领域
本发明涉及芯片温度测量，尤其涉及一种IGBT模块内部芯片结温测量系统、测量方法及IGBT模块
背景技术
一般IGBT模块上，会集成IGBT芯片和反并联二极管(FWD)芯片。这些芯片在工作过程中会通过很大的电流，如果芯片温度过高，芯片就会烧毁。因此实际应用IGBT模块时，需要严密监测模块上的芯片温度。
目前，在零部件运行过程中，实时测定IGBT模块内部芯片结温的方法有NTC热敏电阻法和二极管测温。
NTC热敏电阻法是将NTC热敏电阻安装在芯片附近，通过NTC热敏电阻测得芯片邻近温度，将该温度加以修正即可得到IGBT模块内部芯片结温。由于电气绝缘等考虑，热敏电阻不能太靠近芯片，因此该方法测量温度误差较大，而且响应很慢，测温效果差。
二极管测温是在IGBT模块内部芯片内部集成一个专用的测温二极管。根据测温二极管导通压降随温度变化，可以得到芯片附近的温度。这种方法测温准确，但是需要在原有芯片内部额外集成一个测温二极管，增加了芯片制造成本。不仅如此，由于测温二极管和模块芯片同样处于高压电气端，其温度信号需要专门的信号隔离采样电路隔离，才能传输到低压端的控制电路，这又会增加成本和系统复杂性。
发明内容
本发明提供了一种IGBT模块内部芯片结温测量系统、测量方法及IGBT模块；本发明的测量系统和测量方法基于辐射传热原理将IGBT模块内部芯片发热通过凸透镜聚焦到感温器件，间接测得IGBT模块内部芯片的温度，具有结构简单、成本低、温度测量准确等优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种IGBT模块内部芯片结温测量系统，包括测温装置和设置于IGBT模块内部芯片上方的凸透镜，所述测温装置包括感温器件和测温电路，所述感温器件与所述测温电路相连，所述感温器件设置于所述凸透镜上方，并且位于所述凸透镜的焦点。
进一步地，所述凸透镜嵌于所述IGBT模块的外表面，并且所述凸透镜的一面朝向所述芯片；另一面暴露于所述IGBT模块外侧。
进一步地，所述凸透镜的主光轴垂直于所述芯片表面。
进一步地，所述测温装置还包括一PCB板，所述感温器件和所述测温电路安装于所述PCB板上，所述PCB板设置于所述IGBT模块的上方。
进一步地，所述感温器件为热敏器件或光敏器件。
进一步地，所述热敏器件为NTC电阻或热敏二极管；所述光敏器件为二极管或光敏三极管。
一种利用上述所述的IGBT模块内部芯片结温测量系统测量IGBT模块内部芯片结温的方法，包括以下步骤：
首先，将凸透镜设置于所述IGBT模块内部芯片上方；
然后，将测温装置设置于所述凸透镜上方，并使得所述测温装置的感温器件位于所述凸透镜的焦点位置，所述凸透镜将收集所述芯片的热辐射，并聚焦到感温器件上；
最后，根据芯片实际温度和感温器件指示温度的对应关系，得到所述芯片温度值。
一种IGBT模块，所述IGBT模块的外表面嵌有凸透镜，所述凸透镜设置于所述IGBT模块内部芯片上方，并且所述凸透镜的一面朝向所述芯片；另一面暴露于所述IGBT模块外侧。
进一步地，所述凸透镜的主光轴垂直于所述芯片表面。
进一步地，所述凸透镜为半球状平凸透镜。
本发明实施例一种IGBT模块内部芯片结温测量系统与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明所述的测量系统基于辐射传热原理将IGBT模块内部芯片发热通过凸透镜聚焦到感温器件，然后利用测温电路测量感温器件的温度，可以间接测得IGBT模块内部芯片温度，具有结构简单、成本低、温度测量准确等优点。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本发明IGBT模块内部芯片结温测量系统的结构示意图；
图2是本发明实施例二种NTC检测温度和芯片温度关系示意图；
芯片1、凸透镜2、感温器件3、PCB板4、IGBT模块5。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
实施例一
参照图1，本实施例提供了一种IGBT模块内部芯片结温测量系统，包括测温装置和设置于IGBT模块5内部芯片1上方的凸透镜2，所述测温装置包括感温器件3和测温电路，所述感温器件3与所述测温电路相连，所述感温器件3设置于所述凸透镜2上方，并且位于所述凸透镜2的焦点。
本实施例中，所述凸透镜2嵌于IGBT模块5的外表面，并且所述凸透镜2的一面朝向所述芯片1；另一面暴露于IGBT模块5外侧。所述凸透镜2的主光轴垂直于芯片1表面。所述测温装置还包括一PCB板4，所述感温器件3和所述测温电路安装于所述PCB板4上，所述PCB板4设置于所述IGBT模块5的上方。
本发明所述的测量系统基于辐射传热原理将IGBT模块5内部芯片1的发热通过凸透镜聚焦到感温器件3，然后利用测温电路测量感温器件3的温度，根据实验标定测得IGBT模块5内部芯片1实际温度和感温器件3温度的关系，可以间接测得IGBT模块5内部芯片温度，无需在IGBT模块5内部芯片1集成测温元件，也不需要设置专门的信号隔离采样电路等，具有结构简单、成本低的特点；利用本发明所述的测量系统，凸透镜2能够实时快速的将芯片1的热辐射聚焦传递到感温器件3，具有温度测量准确、反应迅速等优点。
本实施例所述感温器件3为热敏器件或光敏器件。
优选的，所述热敏器件为NTC电阻或热敏二极管；所述光敏器件为二极管或光敏三极管。
实施例二
参照图1，本实施例提供一种利用实施例一所述的IGBT模块内部芯片结温测量系统测量IGBT模块内部芯片结温的方法，包括以下步骤：
首先，将凸透镜2设置于所述IGBT模块5内部芯片1上方；
然后，将测温装置设置于所述凸透镜2上方，并使得所述测温装置的感温器件3位于所述凸透镜2的焦点位置，所述凸透镜2将收集IGBT模块5内部芯片1的热辐射，并聚焦到感温器件3上；
最后，根据IGBT模块5内部芯片1实际温度和感温器件3指示温度的对应关系，得到IGBT模块内部芯片温度值。
本实施例中，选用村田NTC贴片式热电阻NCG18WF104F0SRB作为感温器件，采用英飞凌FS820R08A6P2LB作为IGBT模块，凸透镜选用半球状平凸透镜，直径16mm、焦距10mm。在25℃的环境温度下，测得IGBT芯片温度和NTC检测温度的关系如下表：
| 芯片温度/℃ | NTC检测温度/℃ |
| 60 | 28.65 |
| 65 | 28.87 |
| 70 | 29.11 |
| 75 | 29.25 |
| 80 | 29.61 |
| 85 | 29.87 |
| 90 | 30.15 |
| 95 | 30.44 |
| 100 | 30.74 |
| 105 | 31.06 |
| 110 | 31.38 |
| 115 | 31.73 |
| 120 | 32.08 |
| 125 | 32.45 |
| 130 | 32.83 |
| 135 | 33.22 |
| 140 | 33.63 |
| 145 | 34.06 |
| 150 | 34.5 |
根据上表中芯片温度与NTC检测温度的对应关系，得到NTC检测温度和芯片温度关系图，如图2所示。通过感温器件实际测得的温度，对应该关系，即可得到相对应的IGBT模块内部芯片温度值；
本发明中，如感温器件为其他器件，例如热敏二极管、光敏三极管等；或者，IGBT模块为其他品牌、型号；也可以同理利用实验标定IGBT模块内部芯片实际温度和感温器件温度的关系。
实施例三
参照图1，根据实施例一所述的测量系统和实施例二所述的测量方法，本实施例提供一种IGBT模块，该IGBT模块的外表面嵌有凸透镜2，所述凸透镜2设置于所述IGBT模块5内部芯片1上方，并且所述凸透镜2的一面朝向所述芯片1；另一面暴露于IGBT模块5外侧。
利用本实施例所述的IGBT模块，有利于使用本发明实施例一的测试系统以及实施例二的测试方法进行芯片温度的实时测量，只需在外部设置测温装置即可IGBT模块的内部芯片温度。
本实施例中，所述凸透镜2的主光轴垂直于芯片表面。这样可以提高热辐射的聚焦效率，提高温度测量准确性。
本实施例所述的凸透镜可以是各种类型的凸透镜，比如可以是菲涅尔透镜，甚至可以是复杂的聚焦光路。所述凸透镜应为绝缘体；本实施中，优选的，所述凸透镜为半球状平凸透镜。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种IGBT模块内部芯片结温测量系统，其特征在于，包括测温装置和设置于IGBT模块内部芯片上方的凸透镜，所述测温装置包括感温器件和测温电路，所述感温器件与所述测温电路相连，所述感温器件设置于所述凸透镜上方，并且位于所述凸透镜的焦点。
2.如权利要求1所述的一种IGBT模块内部芯片结温测量系统，其特征在于，所述凸透镜嵌于所述IGBT模块的外表面，并且所述凸透镜的一面朝向所述芯片；另一面暴露于所述IGBT模块外侧。
3.如权利要求1或2所述的一种IGBT模块内部芯片结温测量系统，其特征在于，所述凸透镜的主光轴垂直于所述芯片表面。
4.如权利要求1所述的一种IGBT模块内部芯片结温测量系统，其特征在于，所述测温装置还包括一PCB板，所述感温器件和所述测温电路安装于所述PCB板上，所述PCB板设置于所述IGBT模块的上方。
5.如权利要求1或2或4所述的一种IGBT模块内部芯片结温测量系统，其特征在于，所述感温器件为热敏器件或光敏器件。
6.如权利要求5所述的一种IGBT模块内部芯片结温测量系统，其特征在于，所述热敏器件为NTC电阻或热敏二极管；所述光敏器件为二极管或光敏三极管。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的IGBT模块内部芯片结温测量系统测量IGBT模块内部芯片结温的方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，将凸透镜设置于所述IGBT模块内部芯片上方；
然后，将测温装置设置于所述凸透镜上方，并使得所述测温装置的感温器件位于所述凸透镜的焦点位置，所述凸透镜将收集所述芯片的热辐射，并聚焦到感温器件上；
最后，根据芯片实际温度和感温器件指示温度的对应关系，得到所述芯片温度值。
8.一种IGBT模块，其特征在于，所述IGBT模块的外表面嵌有凸透镜，所述凸透镜设置于所述IGBT模块内部芯片上方，并且所述凸透镜的一面朝向所述芯片；另一面暴露于所述IGBT模块外侧。
9.如权利要求8所述的一种IGBT模块，其特征在于，所述凸透镜的主光轴垂直于所述芯片表面。
10.如权利要求8或9所述的一种IGBT模块，其特征在于，所述凸透镜为半球状平凸透镜。
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