CN113588113A - 一种温度检测装置 - Google Patents

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周党生
张永岚
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Abstract

本申请公开一种温度检测装置，包括变压器、热敏感器件、采样电阻以及信号处理单元；所述热敏感器件并联连接在所述变压器的副边并用于感测待测物体的温度；所述采样电阻与所述变压器的原边串联连接；所述信号处理单元，用于检测所述采样电阻两端的电压信号以确定待测物体的温度。本申请通过变压器将热敏感器件与其他电路进行隔离，降低了隔离成本，实现了对需要电气隔离的物体的温度检测功能，提高了检测的安全性和可靠性。

Description

一种温度检测装置
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种温度检测装置。
背景技术
对于半导体功率模块，一般都会在模块内部集成有热敏感器件(例如，NTC或者PTC电阻)，该器件的阻值会随着温度变化而变化，通过阻值的变化来反映功率模块的温度。从目前厂家推出的功率模块产品来看，热敏感器件与功率模块内部的芯片之间有些是绝缘的，有些是非绝缘的。对于非绝缘的功率模块来说，需要采用带隔离的检测电路，来实现MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)与功率半导体器件的绝缘；对于绝缘的功率模块，从安全角度考虑，厂家也会推荐采用带隔离的检测电路。
现有的带隔离的检测电路，主要采用以下几种方式来检测温度：
1.利用转换电路检测热敏感器件两端的电压值，然后通过线性隔离放大器将转换后的模拟量电压信号隔离并送给MCU进行处理。
2.利用ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)采样芯片检测热敏感器件两端的电压值，再通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)隔离芯片将模拟信号转化成数字信号并发送给MCU。
3.利用RC振荡电路将模拟信号转化成脉冲信号，再通过隔离收发器发送转换好的脉冲信号给MCU，通过测量脉冲的周期或者频率来计算温度。
以上几种检测方法在具体实施上有差异，但它们的检测原理都可以用图1来表示，有一个共同的特征就是都要用到两路隔离：一路是隔离电源14，用于给温度转换电路12和信号隔离电路11的发送侧供电；另一路是信号隔离电路11，热敏感器件经过温度转换电路12之后的温度信号，通过该隔离电路发送给MCU，且该电路的发送侧需要隔离电源供电。
该方法存在的问题是，两路隔离的成本较高，特别是线性隔离放大器的价格昂贵；如果高压侧的电压等级很高的话，会使得信号隔离电路11的隔离器件选型变得困难。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种温度检测装置，以解决现有检测电路存在的隔离成本较高的问题。
本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本申请的一个方面，提供一种温度检测装置，包括变压器、热敏感器件、采样电阻以及信号处理单元；
所述热敏感器件并联连接在所述变压器的副边并用于感测待测物体的温度；
所述采样电阻与所述变压器的原边串联连接；
所述信号处理单元，用于检测所述采样电阻两端的电压信号以确定待测物体的温度。
本申请实施例提供的温度检测装置，通过变压器将热敏感器件与其他电路进行隔离，降低了隔离成本，实现了对需要电气隔离的物体的温度检测功能，提高了检测的安全性和可靠性。
附图说明
图1为现有检测电路的原理示意图；
图2为本申请实施例提供的温度检测装置示意图；
图3为本申请实施例提供的另一温度检测装置示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供一种温度检测装置，包括变压器、热敏感器件、采样电阻以及信号处理单元；
所述热敏感器件并联连接在所述变压器的副边并用于感测待测物体的温度；
所述采样电阻与所述变压器的原边串联连接；
所述信号处理单元，用于检测所述采样电阻两端的电压信号以确定待测物体的温度。
在该实施例中，所述电压信号为直流电压信号。这样无需再进行整流滤波，检测的电压纹波更小。
在该实施例中，所述待测物体包括半导体功率模块。热敏感器件可以集成在半导体功率模块内，或者靠近/贴附半导体功率模块设置。热敏感器件可以是热敏电阻，还可以是热敏二极管，或者其他温度传感器，在此不作限制。
图2示出了一种温度检测装置的具体结构示意图。变压器T1的匝数比为n：1，热敏电阻Pt并联连接在变压器T1的副边。该温度检测装置还包括了含开关器件S1-S4的H桥电路、用于控制开关器件S1-S4通断的驱动模块。变压器T1的原边并联连接在所述H桥电路的输出端。
具体地，所述H桥电路的正极连接端与直流电源Vcc连接，所述H桥电路的负极连接端通过所述采样电阻R1接地。所述信号处理单元具有检测端口，所述信号处理单元的检测端口与所述H桥电路的负极连接端连接(可参考图中的Vout所示)。由R2和C1形成的RC滤波电路，设置在所述信号处理单元的检测端口与所述H桥电路的负极连接端之间。
在图2的示例中，所述开关器件S1-S4包括三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管中的至少一种。所述开关器件S1-S4工作在高频开关状态，其中开关器件S1和S4的PWM信号同步，占空比略小于50％；开关器件S2和S3的PWM信号同步，占空比也略小于50％。忽略死区时间的话，S1和S2工作在互补状态，施加在变压器原边的电压为正负对称的占空比为50％的方波信号。无论开关器件状态如何，采样电阻R1两端电压始终为直流电压，RC滤波电路可以减少H桥开关瞬间导致的采样电阻R1两端电压的抖动，使得输出电压Vout更为平滑。Vout为采样电阻R1两端电压的平均值，通过Vout可以计算出待测物体的温度。
具体的计算方法可以采用以下两种：
方法1、假设热敏电阻Pt的阻值Rt与半导体功率模块的温度T的函数关系是：Rt＝f(t) (1)。
根据电工学中的变压器原理可以知，Rt折算到变压器原边的阻值为n2Rt，因为工作在高频状态，变压器的励磁阻抗很大，变压器的励磁电流可以忽略，无论是S1、S4导通还是S2、S3导通，折算阻抗n2Rt均与采样电阻R1串联，因此检测电压的大小为：
Figure BDA0003176306760000041
由公式(1)和(2)，可得到：
Figure BDA0003176306760000042
从公式(3)可以看出，输出电压Vout与温度T一一对应，通过Vout即可检测出对应的温度值。
方法2、计算温度时不忽略隔离变压器的励磁电流，按准确的变压器等效模型进行电路计算，可以得到更为精确的温度值。具体如下：
无论H桥电路的开关状态如何，变压器T的原边电流都会流过R1。根据变压器原理，原边电流由励磁电流和负载两部分组成。励磁电流与次边的Rt无关，对于设定的开关频率和变压器而言，流过采样电阻R1的励磁电流平均值是个定值，假定为I，负载电流大小与Rt阻值有关。Rt折算到变压器原边的阻值为n2Rt，对应的负载电流为Vcc/n2Rt，由此得到：
Figure BDA0003176306760000043
把Rt与温度T的函数关系Rt＝f(t)代入上面即可得到：
Figure BDA0003176306760000044
从公式(5)可以看出，输出电压Vout与温度T一一对应，通过测量Vout即可检测出对应的温度值。
请再参考图3所示，与图2示例不同的是，还包括隔离电容C2；所述隔离电容C2设置在所述变压器的原边与所述H桥电路的输出端之间。通过隔离电容C2，可以防止变压器偏磁，提高电路工作的可靠性。
以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种温度检测装置，其特征在于，包括变压器、热敏感器件、采样电阻以及信号处理单元；
所述热敏感器件并联连接在所述变压器的副边并用于感测待测物体的温度；
所述采样电阻与所述变压器的原边串联连接；
所述信号处理单元，用于检测所述采样电阻两端的电压信号以确定待测物体的温度。
2.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，所述电压信号为直流电压信号。
3.根据权利要求2所述的温度检测装置，其特征在于，还包括包含开关器件的H桥电路以及驱动模块；
所述变压器的原边并联连接在所述H桥电路的输出端；所述驱动模块用于驱动所述开关器件的导通和关断。
4.根据权利要求3所述的温度检测装置，其特征在于，所述开关器件包括三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的温度检测装置，其特征在于，所述H桥电路的正极连接端与直流电源连接，所述H桥电路的负极连接端通过所述采样电阻接地。
6.根据权利要求5所述的温度检测装置，其特征在于，所述信号处理单元具有检测端口，所述检测端口与所述H桥电路的负极连接端连接。
7.根据权利要求6所述的温度检测装置，其特征在于，还包括滤波电路，所述滤波电路设置在所述检测端口与所述H桥电路的负极连接端之间。
8.根据权利要求7所述的温度检测装置，其特征在于，所述滤波电路包括RC滤波电路。
9.根据权利要求3所述的温度检测装置，其特征在于，还包括隔离电容；所述隔离电容设置在所述变压器的原边与所述H桥电路的输出端之间。
10.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，所述待测物体包括半导体功率模块。
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