CN117387785A - 功率器件结点温度检测装置、充电桩及方法 - Google Patents

功率器件结点温度检测装置、充电桩及方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例涉及温度检测技术领域，公开了一种功率器件结点温度检测装置和方法，该装置包括：功率器件、电路板、第一贴片温度传感器和控制器，电路板采用多层板结构，包括依次设置的第一表层、中间层和第二表层，功率器件通过管脚从第一表层插接于电路板，中间层设置有第一导热覆层，第一导热覆层通过功率器件的管脚与功率器件的衬底相连接，第二表层与第一导热覆层相对应的位置设置有第一贴片温度传感器，控制器用于通过第一贴片温度传感器获取第二表层的第一温度值，并获取第一热阻值、第二热阻值和功率损耗值；根据第一热阻值与第二热阻值确定第三热阻值，并根据第一温度值、第三热阻值和功率损耗值确定功率器件的结点温度值。

Description

功率器件结点温度检测装置、充电桩及方法
技术领域
本申请实施例涉及温度检测技术领域，具体涉及一种功率器件结点温度检测装置、充电桩及功率器件结点温度检测方法。
背景技术
在电力电子变换电路中，通过控制器对功率器件进行控制，以实现电力变换。随着设备的小型化发展，电力电子变换电路及其辅助电路的体积需要相应减小，因此，功率器件成为电力电子变换电路主要的发热元器件，需要对其温度进行检测，以保证设备的安全可靠性。
目前，功率器件结点温度检测的方法通常采用温度传感器来检测散热器的温度，这种方式，电路结构比较复杂，测量的准确性也比较低。
发明内容
鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种功率器件结点温度检测装置、充电桩和功率器件结点温度检测方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种功率器件结点温度检测装置，包括功率器件、电路板、第一贴片温度传感器和控制器；所述电路板为多层板结构，包括依次设置的第一表层，中间层和第二表层；所述功率器件通过管脚从所述第一表层插接于所述电路板；所述中间层设置有第一导热覆层，所述第一导热覆层通过所述功率器件的管脚与所述功率器件的衬底连接，用于将所述衬底的热量传导至所述第二表层；所述第一贴片温度传感器设置于所述第二表层与所述第一导热覆层相对应的位置，与所述控制器电连接；所述控制器用于通过所述第一贴片温度传感器获取所述第二表层的第一温度值；并获取所述功率器件的外壳与所述电路板之间的第一热阻值、所述功率器件的结点与所述功率器件的外壳之间的第二热阻值和所述功率器件的功率损耗值；所述控制器还用于根据所述第一热阻值与所述第二热阻值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的第三热阻值；并根据所述第一温度值、第三热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第二温度值，将所述第二温度值作为所述功率器件的结点温度值。
本申请实施例通过将第一贴片温度传感器设置于电路板表面层，第一导热覆层设置于电路板的中间层，使得第一贴片温度传感器与功率器件不导通，不需要对第一贴片温度传感器的供电电源与控制器温度采样电路的供电电源进行隔离操作。此外，贴片温度传感器不需要通过电路板的封装通孔插接于电路板上，一方面，避免了通孔对电路板上其他电路走线线宽造成影响，降低了功率线与低压信号之间的绝缘与耐压要求，降低了焊接成本，提高了生产加工效率；另一方面，避免了在散热器的开孔，减少了电路板上插座和温度传感器引线的工艺走线，减少了端子与插座的元器件物料。
在一种可选的方式中，所述第一贴片温度传感器为热敏电阻；所述装置还包括温度感应电路，所述温度感应电路包括检测单元，所述检测单元包括分压电阻；所述热敏电阻的一端与外部电源电连接，所述热敏电阻的另一端分别与控制器的信号输入端和分压电阻的一端电连接；所述分压电阻的另一端与地连接。通过设置分压电阻来获取热敏电阻的温度值，无需外部设置模数转换器来进行信号转换，即外部不需要进行模数转换器电路和周围电路的设计，缩减了外部模数转换器电路，降低了模数转换电路的复杂性，减少了本身及周围电路的设计，缩减了温度感应电路所占用的面积和功耗。
在一种可选的方式中，所述检测单元还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容与所述分压电阻并联设置；所述第一滤波电容的一端与所述分压电阻的一端电连接，所述第一滤波电容的另一端与所述分压电阻的另一端电连接。通过设置第一滤波电容，对电路中的高频干扰进行过滤，降低高频干扰信号对分压电阻的电压影响。
在一种可选的方式中，所述温度感应电路还包括运放单元，所述检测单元通过所述运放单元与所述控制器电连接；所述运放单元包括运算放大器，所述运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端；所述运算放大器的同相输入端与所述热敏电阻的一端电连接，并通过所述热敏电阻与所述外部电源电连接；所述运算放大器的输出端分别与所述运算放大器的反相输入端和所述控制器的信号输入端电连接。通过将运算放大器的反相输入端和输出端相连接形成电压跟随电路，一方面，由于运算放大器高输入阻抗的特点，运算放大器不会降低电压源的负载，并且只会从中汲取最小的电流，因此，不仅降低了电压源的功耗，而且减少因过载和其他电池干扰原因造成的失真；另一方面，由于高输入阻抗和低输出阻抗的原因，使得运算放大器前级和后级的电路之间互不影响，即运算放大器前级和后级的电路之间相互隔离。
在一种可选的方式中，所述温度感应电路还包括滤波单元，所述运放单元通过所述滤波单元与所述控制器连接；所述滤波单元包括滤波电阻和第二滤波电容，所述滤波电阻的一端与所述运算放大器的输出端电连接，所述滤波电阻的另一端分别与所述控制器的信号输入端和所述第二滤波电容的一端电连接；所述第二滤波电容的另一端与地连接。通过设置滤波电阻和第二滤波电容，对运算放大器的输出进行过滤，降低高频干扰，进而提高电路的稳定性。
在一种可选的方式中，所述温度感应电路还包括钳位单元，所述钳位单元包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的阳极与地连接，所述第一二极管的阴极分别与控制器的信号输入端和第二二极管的阳极电连接；所述第二二极管的阴极与所述控制器的电源输出端电连接。通过设置第一二极管和第二二极管，能够对控制器的信号输入端的电压值进行限制，使得通过控制器的信号输入端进入控制器的电压值在控制器允许的电压范围之内，对控制器进行过压保护，防止进入控制器的电压过大，对控制器造成损害。
在一种可选的方式中，所述装置还包括散热器和第二贴片温度传感器；所述散热器与所述功率器的衬底相贴合设置，所述散热器通过导热组件从所述第一表层插接于所述电路板；所述中间层设置有第二导热覆层，所述第二导热覆层通过所述导热组件与所述散热器连接，用于将所述散热器的热量传导至所述第二表层；所述第二贴片温度传感器设置于所述第二表层与所述第二导热覆层相对应的位置，与所述控制器电连接；所述控制器还用于通过所述第二贴片温度传感器获取所述第二表层的第三温度值；并获取所述功率器的外壳与所述散热器之间的第四热阻值、所述散热器与所述电路板之间的第五热阻值；所述控制器还用于根据所述第二热阻值、第四热阻值和第五热阻值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的第六热阻值；根据所述第三温度值、第六热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第四温度值；根据所述第二温度值和所述第四温度值确定所述功率器件的结点温度值。
通过在电路板的中间层设置有第二导热覆层用于将散热器上的温度传导至第二表层，并在电路板远离散热器的一侧与第二导热覆层相对应的位置设置贴片温度传感器，一方面，在不占用较大电路板面积的前提下，获取不同热传导路径下的功率器件的结点温度值，用于提高功率器件的结点温度检测方法的准确度；另一方面，第二贴片温度传感器与控制器属于同一个地，避免了热敏电阻接散热器带来的热敏电阻的电源与控制器的电源为隔离电源，降低了辅助电源的设计复杂度，同时减少了相应的元器件物料。
在一种可选的方式中，所述电路板包括多层中间层，所述第一导热覆层和所述第二导热覆层分别设置于所述多层中间层中的第一中间层，所述第一中间层为与所述第二表层相邻的中间层。通过将第一导热覆层和第二导热覆层分别设置于第一中间层，使第一导热覆层和第二导热覆层的热量能够更好地传导至电路板的第二表层，进而使通过第一贴片温度传感器和第二贴片温度传感器所检测到的第一温度值和第三温度值更加准确，进而提高了功率器件结点温度检测方法的准确度。
根据本申请实施例的另一方面，提供了一种充电桩，包括上述任一实施例所述的功率器件结点温度检测装置。
根据本申请实施例的另一方面，提供了一种功率器件结点温度检测方法，应用于上述任一实施例所述的功率器件结点温度检测装置；
所述方法包括：
通过第一贴片温度传感器获取所述第二表层的第一温度值；
获取功率器件的外壳与所述电路板之间的第一热阻值，和，所述功率器件的结点与所述功率器件的外壳之间的第二热阻值；
根据所述第一热阻值与所述第二热阻值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的第三热阻值；
获取所述功率器件的功率损耗值；
根据所述第一温度值、第三热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第二温度值；
将所述第二温度值作为所述功率器件的结点温度值。
本申请实施例通过第一贴片温度传感器获取电路板的温度值，能够更加方便快捷得获取到电路板上的温度。
在一种可选的方式中，根据所述第一温度值、第三热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第二温度值，具体包括：
根据所述第三热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的温度损耗值；
根据预设的校正系数对所述温度损耗值进行校正，得到校正后的温度损耗值；
根据所述第一温度值和所述校正后的温度损耗值确定第二温度值。
本申请实施例通过预设校正系数对功率器件的结点与电路板之间的温度损耗值进行校正，并通过校正后的温度损耗值和第一温度值得到第二温度值，使得通过功率器件结点温度检测方法检测得到的功率器件的结点温度值更加准确。
在一种可选的方式中，所述方法还包括：
通过第二贴片温度传感器获取所述第二表层的第三温度值；
获取所述功率器的外壳与散热器之间的第四热阻值，和，所述散热器与所述电路板之间的第五热阻值；
根据所述第二热阻值、第四热阻值和第五热阻值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的第六热阻值；
根据所述第三温度值、第六热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第四温度值；
根据所述第二温度值和所述第四温度值确定所述功率器件的结点温度值。
本申请实施例通过分别检测两种不同的热量传导路径的功率器件的结点温度得到两个温度值，并通过所得到的两个温度值确定功率器件的结点温度值，使得功率器件结点温度检测方法检测到的功率器件的结点温度值更加准确。
本申请实施例通过将第一贴片温度传感器设置于电路板的表面层，第一导热覆层设置于电路板的中间层，不需要对第一贴片温度传感器的引出导线的供电电源与控制器温度采样电路的供电电源进行隔离操作；贴片温度传感器不需要通过电路板的封装通孔插接于电路板上，一方面，避免了通孔对电路板上其他电路走线线宽造成影响，降低了功率线与低压信号之间的绝缘与耐压要求，降低了焊接成本，提高了生产加工效率；另一方面，避免了在散热器的开孔，减少了电路板上插座和温度传感器引线的工艺走线，减少了端子与插座的元器件物料。
上述说明仅是本申请实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
附图仅用于示出实施方式，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的一种功率器件结点温度检测装置的俯视结构示意图；
图2示出了本申请实施例提供的一种功率器件结点温度检测装置的侧面剖视结构示意图；
图3示出了本申请实施例提供的功率器件结点温度检测装置的温度感应电路图；
图4示出了本申请实施例提供的另一种功率器件结点温度检测装置的俯视结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的另一种功率器件结点温度检测装置的侧面剖视结构示意图；
图6示出了本申请实施例提供的一种功率器件结点温度检测方法的流程示意图；
图7示出了本申请实施例提供的一种功率器件结点温度检测方法的另一种流程示意图；
图8示出了本申请实施例提供的另一种功率器件结点温度检测方法的流程示意图。
具体实施方式中的附图标号如下：
1000、温度感应电路，100、控制器，110、检测单元，120、运放单元，130、滤波单元，140、钳位单元；
RT1、热敏电阻，R1、分压电阻，R2、滤波电阻，C1、第一滤波电阻，C2、第二滤波电阻，U1A、运算放大器，D1、第一二极管，D2、第二二极管，VCC、外部电源；
10、功率器件，11、管脚，12、衬底；
20、电路板，21、第一导热覆层，22、第二导热覆层，23、第一贴片温度传感器，24、第二贴片温度传感器，25、第一通孔，26、第二通孔，27、第一中间层，28、第一表层，29、第二表层；
30、散热器，31、导热组件。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：存在A，同时存在A和B，存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
本申请发明人注意到，现有功率器件结点温度检测的方法主要通过采用热敏电阻、热电偶、铂热电阻、热电堆红外温度传感器等温度传感器中的一种或多种组合来检测散热器的温度，采用热敏电阻进行结点温度检测时，热敏电阻的一端通过螺丝拧到散热器上，另一端的引出导线通过电路板的对插端子连接到控制器采样电路中，由于散热器处于悬浮状态或者接地状态，导致热敏电阻的一端处于高压或者接地，因此，热敏电阻另一端的引出导线的供电电源应与控制器采样电路的电源相隔离，增加了辅助电源的绕组数量，增加了电路的复杂程度。此外，热敏电阻的安装以及引线的对插需要螺钉组合、散热器开孔、电路板的插接端子，增加了设备的接线复杂度，端子的增加需要人工焊接，增加了人工焊接成本及生产效率。
为了解决上述问题，本申请发明人经过深入研究，设计了一种功率器件结点温度检测装置，功率器件通过管脚插接于电路板的一侧，并在电路板的中间层设置导热覆层，导热覆层通过功率器件的管脚与功率器件的衬底连接，并在电路板另一侧与导热覆层相对应的位置设置贴片温度传感器，并设置控制器用于通过贴片温度传感器获取电路板的第一温度值，获取功率器件的外壳与电路板之间的第一热阻值和功率器件的结点与外壳之间的第二热阻值，以及功率器件的功率损耗值，然后根据第一温度值、第一热阻值、第二热阻值和功率损耗值确定功率器件结点温度值。
通过在电路板的中间层设置导热覆层，并使用贴片温度传感器获取电路板的温度，再结合第一热阻值、第二热阻值和功率损耗值确定功率器件的结点温度值，一方面，由于电路板中间层与表面层具有较强的绝缘及耐压，因此，减少了热敏电阻的引出导线的供电电源与控制器采样电路的供电电源的隔离操作；另一方面，采用贴片温度传感器，降低了散热器的开孔工艺，节省了温度传感器的导线对插工艺，降低了插装元器件的人工成本，提高了设备的功率密度，可以大大降低电路结构的复杂度，提高了测量的准确性。
功率器件是一种用于控制和调节电流的半导体器件，可以承受高电压、大电流和高温，被广泛应用在各种电子设备和电力系统中，功率器件通常包括MOS管、IGBT等器件，主要包括衬底、结点、外壳和管脚。
功率器件的制作过程中，需要以半导体材料作为衬底，比如：碳化硅、砷化镓、氮化镓和硅等，作为衬底材料，在这些衬底材料上，进行晶体生长，形成半导体结点。以MOS管为例，在一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作为漏极D和源极S。然后在漏极和源极之间的P型半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层膜，再在这个绝缘层膜上装上一个铝电极，作为栅极G，这就构成了一个N沟道(NPN型)增强型MOS管。
功率器件的结点主要用于将电信号转换成为较高功率的电信号，即将低电平、低电流的信号转换成高电平、高电流的信号，是功率器件的主要工作部分，也是功率器件的主要发热源，为了能够保证功率器件正常工作，除了需要对功率器件进行散热外，还需要对功率器件结点的温度进行实时监控，防止功率器件的结点温度过高，造成损坏。
功率器件的外壳主要用于保护功率器件的结点不受机械和环境影响以及促进功率器件散热，功率器件的结点温度可以通过功率器件的外壳传递到外部环境中，因此功率器件可通过功率器件的外壳安装于散热器上，以实现对功率器件的及时散热。功率器件的外壳材质可以是多种的，比如，金属材料、陶瓷、塑料等材质，在本申请实施例中，不做限定。此外，功率器件的外壳的一面通常为衬底，通过将散热器与功率器件的衬底相贴设置，以实现功率器件的散热。衬底的材质可以是多样的，比如，氧化铝、氧化铍、氮化硅等材质。
功率器件的管脚用于实现功率器件的结点与外部电路的连接，由于功率器件的结点由外壳进行密封保护，结点与外部电路无法直接连接，因此，可通过在功率器件上设置管脚，使得功率器件可以通过管脚插接于设备上，进而使结点通过管脚与设备中的电路电连接，实现结点与外部电路的连接。此外，功率器件的负极管脚还与衬底电气连接且相互导通，不仅使得负极管脚与衬底的电位相同，而且衬底的热量可以传导至管脚。在本申请实施例中，功率器件的类型是多种的，比如，具有四个管脚的碳化硅MOS管或者整流桥、具有三个管脚的MOS管或者IGBT、具有两个管脚的功率二极管等，只要功率器件至少一个管脚与衬底电气连接且相互导通即可，在本申请实施例中，不做限定。
如图1和图2所示，图1示出了本申请实施例提供的一种功率器件结点温度检测装置的俯视结构示意图，图2示出了本申请实施例提供的一种功率器件结点温度检测装置的侧面剖视结构示意图，电路板20采用多层板结构，包括第一表层28，中间层和第二表层29，功率器件10通过管脚11从第一表层28插接于电路板20，中间层设置有第一导热覆层21，第一导热覆层21通过功率器件10的管脚11与功率器件10的衬底12连接，用于将衬底12的热量传导至第二表层29，第二表层29与第一导热覆层21相对应的位置设置有第一贴片温度传感器23，控制器用于通过第一贴片温度传感器23获取电路板20的第二表层29的第一温度值，获取功率器件10的外壳与电路板20之间的第一热阻值，和，功率器件10的结点与功率器件10的外壳之间的第二热阻值；控制器还用于根据第一热阻值与第二热阻值确定功率器件10的结点与电路板20之间的第三热阻值；获取功率器件10的功率损耗值；根据第一温度值、第三热阻值和功率器件10的功率损耗值确定第二温度值；将第二温度值作为功率器件10的结点温度值。
电路板20是电子产品的核心组成部分，具有信号传输、信号处理、电流保护等功能，可在电路板上设置各种元器件，例如，通过在电路板上设置通孔，将插接元器件的引脚插接于通孔内并进行焊接固定，也可直接通过贴片元器件的引脚将贴片器件贴装于电路板表面。电路板按层数分，可分为单面板、双面板或者多层板。单面板将元器件和导线集中安装于其中一个面，双面板是单面板的延伸，当单层布线不能满足需要时，将采用双面板进行布局，电路板的双面都设置有导热覆层和走线，并且可以通过在电路板上设置通孔来导通两层之间的线路。多层板指具有三层以上的导电图形层与其间的绝缘材料以相隔层压而成，可在各层设置导热覆层和走线，且由于绝缘材料的存在，电路板的中间层与电路板的表层具有较强的绝缘及耐压。本申请实施例中，采用的电路板为多层板，包括依次设置的第一表层、中间层和第二表层，且电路板上设置有通孔，功率器件通过通孔插接于电路板上，与电路板各层相导通。电路板20设置有第一通孔25，功率器件10的管脚11通过第一通孔25从电路板20的第一表层28插接到电路板20的第二表层29，并在第二表层29进行焊接固定。第一通孔25的形状和大小与功率器件10的管脚11的形状和大小相适配。由于功率器件10通过管脚11插接于电路板，因此，功率器件10与电路板20各层相导通，并通过管脚11与电路板20上的其他电路电气连接。在本申请实施例中，功率器件10的管脚11可以与功率器件10的外壳相互垂直，即当功率器件10通过管脚11插接于电路板20上时，衬底12的平面与电路板20的平面相互平行；功率器件10的管脚11也可以不与功率器件10的外壳相互垂直，即当功率器件10通过管脚11插接于电路板20上时，衬底12的平面与电路板20的表面平面相互垂直。
电路板20的中间层设置有第一导热覆层21，第一导热覆层21与功率器件10的管脚11相连接，具有热传导的作用，可通过功率器件10的管脚11与功率器件10的衬底12连接，用于将衬底12的热量传导至电路板远离功率器件10的一侧。第一导热覆层21的形状是多种的，比如，长方形、多边形等，其形状与管脚11的形状和电路板20的电路布局相适配。第一导热覆层21的面积大小也是多种的，其面积大小与第一贴片温度传感器23和电路板20的电路布局相适配。第一导热覆层21的材质是多种的，比如，铜、铜银合金等具有较强热传导功能的材质即可，在本申请实施例中，不做限定。
电路板20上设置有第一贴片温度传感器23，第一贴片温度传感器23用于检测电路板对应位置的温度值，第一贴片温度传感器23设置于电路板20的第二表层29与第一导热覆层21相对应的位置。第一贴片温度传感器23的类型是多种的，比如，热敏电阻、铂热电阻等具有温度感应作用的贴片元器件。本申请实施例中，通过将第一贴片温度传感器贴装与电路板的表面层与第一导热覆层对应的位置，由于电路板表面层与中间层具有较强的绝缘及耐压，使得第一贴片温度传感器与功率器件之间不导通，因此，不需要对第一贴片温度传感器的供电电源与控制器温度采样电路的供电电源进行隔离操作。
控制器与第一贴片温度传感器23电连接，用于接收第一贴片温度传感器23采集的温度信息。第一贴片温度传感器23设置于电路板20远离功率器件10的一侧与第一导热覆层21相对应的位置，且第一导热覆层21通过功率器件10的管脚11与功率器件10的衬底12相连接，因此，功率器件10的结点的温度由衬底12通过管脚11传导至第一导热覆层21，再通过第一导热覆层21传导至第二表层29，第一贴片温度传感器23通过检测电路板20上第一导热覆层21对应位置的温度，采集温度信息。
控制器还用于获取功率器件10的外壳与电路板20之间的第一热阻值、功率器件10的结点与功率器件10的外壳之间的第二热阻值和功率器件10的功率损耗值。热阻是热量以热传导的方式传递时所遇到的阻力，当热量流过两个相接触的固体的交界时，界面本身对热流呈现明显的热阻，此外，热阻还反应导热材料对热流传导的阻碍能力，导热材料的热阻越大，则其对热传导的阻碍能力越强。所述第一热阻值为热量从功率器件10的外壳传导至电路板20的过程中所遇到的阻力，第一热阻值的大小主要与第一导热覆层的面积和电路板的材质相关；所述第二热阻值为热量从功率器件10的结点传导至功率器件10的外壳的过程中所遇到的阻力，第二热阻值的大小与功率器件10本身的结构相关。所述功率损耗值为功率器件在使用过程中能量的损耗值，功率损耗值的大小由所选功率器件本身决定。
控制器还用于根据第一热阻值与第二热阻值确定功率器件的结点与电路板之间的第三热阻值；并根据第一温度值、第三热阻值和功率器件的功率损耗值确定第二温度值，将第二温度值作为功率器件的结点温度值。热阻还表示当有热量在物体上传输时，物体两端的温度差与热源的功率之间的比值，因此，可以通过功率器件10的功率损耗值和第三热阻值得到功率器件10的结点与电路板20之间的温度差值，并结合第一贴片温度传感器23采集的温度信息确定功率器件10的结点温度值。所述控制器的类型是多种的，比如，MCU(Microcontroller Unit，单片机微处理器)、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)等，只要能够执行上述操作即可，本申请实施例中，不做限定。
本申请实施例通过将第一贴片温度传感器设置于电路板表面层，第一导热覆层设置于电路板的中间层，因此，第一贴片温度传感器与功率器件不导通，不需要对第一贴片温度传感器的供电电源与控制器温度采样电路的供电电源进行隔离操作，并且第一贴片温度传感器设置于在电路板远离功率器件的一侧与第一导热覆层相对应的位置，使得功率器件结点温度检测装置的结构紧凑，缩减了电路板的面积。此外，贴片温度传感器不需要通过电路板的封装通孔插接于电路板上，一方面，避免了通孔对电路板上其他电路走线线宽造成影响，降低了功率线与低压信号之间的绝缘与耐压要求，降低了焊接成本，提高了生产加工效率；另一方面，避免了在散热器上进行开孔，减少了电路板上插座和温度传感器引线的工艺走线，减少了端子与插座的元器件物料。
在实际应用中，通常采用模数转换器进行信号转换，然而，模数转换器结构复杂且需要占用电路板上较大的面积且功耗较大。此外，若需要设置保护功能和温度控制功能，模数转换器电路需要设置数字滤波器，用于提供输出信号质量，导致电路更加复杂，增加了较多电路板面积和功耗。
为了解决需要设置模数转换器而造成的电路复杂和功耗较大的问题，在本申请的一些实施例中，如图3所示，图3示出了本申请实施例提供的功率器件结点温度检测装置的温度感应电路图，第一贴片温度传感器为热敏电阻RT1，所述装置还包括温度感应电路1000，温度感应电路1000包括检测单元110，检测单元110包括分压电阻R1，热敏电阻RT2的一端与外部电源VCC电连接，热敏电阻RT1的另一端分别与控制器100的信号输入端4和分压电阻R1的一端电连接，分压电阻R1的另一端与地GND连接。
本申请实施例中，第一贴片温度传感器为热敏电阻RT1，热敏电阻RT1是一种传感器电阻，其电阻值随着温度的变化而改变，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，正温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而减小。热敏电阻的材料是多种的，比如，半导体、金属、合金等材料。
如图3所示，热敏电阻RT1的一端与外部电源VCC电连接，热敏电阻RT1的另一端分别与控制器100的信号输入端4和分压电阻R1的一端电连接，分压电阻R1的另一端与地GND连接。外部电源VCC用于热敏电阻RT1提供电压，且该电压的大小不随热敏电阻RT1的温度变化而变化，由于热敏电阻RT1和分压电阻R1呈串联设置，因此，热敏电阻RT1的电压和分压电阻R1的电压之和等于外部电源VCC提供的电压；又由于控制器100与分压电阻R1呈并联设置，因此，控制器100的信号输入端4的电压与分压电阻R1的电压相同。
当功率器件的结点的温度发生变化时，热量通过热传导的方式传导至电路板，再从电路板传导至热敏电阻RT1，导致热敏电阻RT1的温度发生变化。若热敏电阻RT1为正温度系数热敏电阻，则当热敏电阻RT1的温度升高时，热敏电阻RT1的电阻值将会增大，使得温度感应电路中的电流减小，由于分压电阻R1的电阻值不变，导致分压电阻R1的电压减小，进而导致热敏电阻RT1的电压增大；当热敏电阻RT1的温度降低时，热敏电阻RT1的电阻值将会减小，温度感应电路中的电流将会增大，由于分压电阻R1的电阻值不变，导致分压电阻R1的电压增大，进而导致热敏电阻RT1的电压减小。若热敏电阻RT1为负温度系数热敏电阻，则当热敏电阻RT1的温度升高时，热敏电阻RT1的电阻值将会减小，温度感应电路中的电流将会增大，由于分压电阻R1的电阻值不变，导致分压电阻R1的电压增大，进而导致热敏电阻RT1的电压减小；当热敏电阻RT1的温度降低时，热敏电阻RT1的电阻值将会增大，温度感应电路中的电流将会减小，由于分压电阻R1的电阻值不变，导致分压电阻R1的电压减小，进而导致热敏电阻RT1的电压增大。
当热敏电阻RT1的电阻增大或者减小时，热敏电阻RT1的电压和分压电阻R1的电压也将随着产生如上所述的相应的变化，因此，在本申请实施例中，可以将热敏电阻RT1的一端与外部电源VCC相连接，分压电阻R1的一端与地相连接，使得分压电阻R1和控制器100呈并联设置，进而使控制器100的信号输入端4的电压与分压电阻R1的电压相同；也可以将热敏电阻RT1的一端与地相连接，分压电阻R1的一端与外部电源VCC相连接，使得热敏电阻RT1与控制器100呈并联设置，进而使控制器100的信号输入端4的电压与热敏电阻RT1的电压相同。在本申请实施例中，仅以分压电阻R1和控制器100呈并联设置为例进行说明。
因此，可以根据控制器100的信号输入端4的电压值，再结合外部电源VCC提供的电压的大小、温度感应电路中的电流的大小、分压电阻的电阻值和热敏电阻RT1的温度与电阻的关系获取热敏电阻的温度值，即可以根据控制器100的信号输入端4的电压值，获取第二表层的第一温度值。
上述实施例中，通过设置分压电阻来获取热敏电阻的温度值，无需外部设置模数转换器来进行信号转换，即外部不需要进行模数转换器电路和周围电路的设计，缩减了外部模数转换器电路，降低了模数转换电路的复杂性，减少了本身及周围电路的设计，缩减了温度感应电路所占用的面积和功耗。
为了提高检测单元的稳定性，本申请实施例中，如图3所示，检测单元110还包括第一滤波电容C1，第一滤波电容C1与分压电阻R1并联设置，第一滤波电容C1的一端与分压电阻R1的一端电连接，第一滤波电容C1的另一端与分压电阻R1的另一端电连接。
上述实施例中，第一滤波电容C1的一端与分压电阻R1的一端电连接，第一滤波电容C1的另一端与分压电阻R1的另一端电连接。第一滤波电容C1和热敏电阻RT1组成低通滤波器，利用第一滤波电容C1通高频阻低频的原理，对于需要截止的高频信号，利用电容吸收的方法阻碍高频信号的通过，对于所需要的低频信号，利用电容高阻的特点使低频信号通过。通过设置第一滤波电容，对电路中的高频干扰进行过滤，降低高频干扰信号对分压电阻的电压影响。
在本申请实施例中，如图3所示，温度感应电路1000还包括运放单元120，检测单元110通过运放单元120与控制器100电连接，运放单元120包括运算放大器U1A，运算放大器U1A包括同相输入端1、反相输入端2和输出端3，运算放大器U1A的同相输入端1与热敏电阻RT1的一端电连接，并通过热敏电阻RT1与外部电源VCC电连接，运算放大器U1A的输出端3分别与运算放大器U1A的反相输入端2和控制器100的信号输入端4电连接。
运算放大器U1A是一种电子电路元件，具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特性，运算放大器U1A的工作原理基于反馈控制机制，通过将部分输出信号反馈回到输入端来控制放大器的增益。在本申请实施例中，运算放大器U1A的反相输入端2与运算放大器U1A的输出端3相连接，该电路连接构成电压跟随电路，即运算放大器U1A的输出端3的输出电压与运算放大器U1A的正相输入端1的电压大小相同，由于运算放大器U1A具有输入阻抗高和输出阻抗低的特点，为了使运算放大器U1A的输入端和输出端提供相同的功率，因此，运算放大器U1A的输入端具有高的阻抗和低的电流，运算放大器U1A的输出端具有低的阻抗和高的电流，即运算放大器U1A的输入端和输出端的电压不变。
上述实施例中通过将运算放大器的反相输入端和输出端相连接形成电压跟随电路，一方面，由于运算放大器高输入阻抗的特点，运算放大器不会降低电压源的负载，并且只会从中汲取最小的电流，因此，不仅降低了电压源的功耗，而且减少因过载和其他电池干扰原因造成的失真；另一方面，由于高输入阻抗和低输出阻抗的原因，使得运算放大器前级和后级的电路之间互不影响，即运算放大器前级和后级的电路之间相互隔离。
为了进一步提高温度感应电路的稳定性，如图3所示，本申请的一些实施例中，温度感应电路1000还包括滤波单元130，运放单元120通过滤波单元130与控制器100连接，滤波单元130包括滤波电阻R2和第二滤波电容C2，滤波电阻R2的一端与运算放大器U1A的输出端3电连接，滤波电阻R2的另一端分别与控制器100的信号输入端4和第二滤波电容C2的一端电连接，第二滤波电容C2与地连接。
在本申请实施例中，滤波电阻R2的一端与运算放大器U1A的输出端3电连接，滤波电阻R2的另一端分别与控制器100的信号输入端4和第二滤波电容C2的一端电连接，第二滤波电容C2与地连接。滤波电阻R2和第二滤波电容C2组成低通滤波器，利用第二滤波电容C2通高频阻低频的原理，对于需要截止的高频信号，利用电容吸收的方法阻碍高频信号的通过，对于所需要的低频信号，利用电容高阻的特点使低频信号通过。通过设置滤波电阻和第二滤波电容，对运算放大器的输出进行过滤，降低高频干扰，进而提高电路的稳定性。
为了防止控制器的信号输入端的电压过高或过低，进而对控制器造成损害，如图3所示，本申请一些实施例中，温度感应电路1000还包括钳位单元140，钳位单元140包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1的阳极与地连接，第一二极管D1的阴极分别与控制器100的信号输入端4和第二二极管D2的阳极电连接，第二二极管D2的阴极与控制器100的电源输出端5电连接。
二极管钳位是利用了二极管的单向导电性，即当二极管的负极电压大于正极电压时，二极管截止，当二极管的正极电压大于负极电压时，二极管导通，且导通后，二极管两端电压将被限制于二极管的管压降上，即当二极管导通后，若采用二极管的负极连接恒定电压，则二极管的正极电压为二极管的导通压降和恒定电压之间的和值；若采用二极管的正极连接恒定电压，则二极管的负极电压为恒定电压减二极管的导通压降的差值；其中，二极管的导通压降为二极管导通后，电荷移动穿过PN结所需要的能级差异导致的电压降和二极管存在电阻导致的电压降之间的和值。
本申请实施例中，通过将两个二极管串联设置形成钳位电路，即第一二极管D1的阴极分别与控制器100的信号输入端4和第二二极管D2的阳极电连接，第二二极管D2的阴极与控制器100的电源输出端5电连接。当热敏电阻RT1输出的电压信号经过钳位单元时，若电压信号的电压值低于地的电压减第一二极管D1的导通压降的差值时，第一二极管D1导通，第一二极管D1的阴极电压为地的电压减第一二极管D1的导通压降的差值，即控制器100的信号输入端4的电压为地的电压减第一二极管D1的导通压降的差值；若电压信号的电压值高于控制器100的电源输出端5的电压值和第二二极管D2的导通压降之间的和值时，第二二极管D2导通，第二二极管D2的阳极电压为控制器100的电源输出端5的电压值和第二二极管D2的导通压降之间的和值，即控制器100的信号输入端4的电压值为控制器100的电源输出端5的电压值和第二二极管D2的导通压降之间的和值。因此，控制器100的信号输入端4的电压范围为：大于地的电压减第一二极管D1的导通压降的差值，和，小于控制器100的电源输出端5的电压值和第二二极管D2的导通压降之间的和值。不同二极管的导通压降不同，可通过选择不同导通压降的二极管，改变控制器100的信号输入端4的电压范围。
上述实施例中，通过设置第一二极管和第二二极管，能够对控制器的信号输入端的电压值进行限制，使得通过控制器的信号输入端进入控制器的电压值在控制器允许的电压范围之内，对控制器进行过压保护，防止进入控制器的电压过大，对控制器造成损害。
在本申请的一些实施例中，如图4和图5所示，图4示出了本申请实施例提供的另一种功率器件结点温度检测装置的俯视结构示意图，图5示出了本申请实施例提供的另一种功率器件结点温度检测装置的侧面剖视结构示意图，所述装置还包括散热器30和第二贴片温度传感器24，散热器30与功率器件10的衬底12相贴合设置，散热器30通过导热组件31从第一表层28插接于电路板20，电路板20的中间层设置有第二导热覆层22，第二导热覆层22通过导热组件31与散热器30连接，用于将散热器30的热量传导至第二表层29，第二贴片温度传感器24设置于第二表层29与第二导热覆层22相对应的位置，与控制器电连接，控制器还用于通过第二贴片温度传感器24获取电路板20的第二表层29的第三温度值；并获取功率器件10的外壳与散热器30之间的第四热阻值、散热器30与电路板20之间的第五热阻值；控制器还用于根据第二热阻值、第四热阻值和第五热阻值确定功率器件10的结点与电路板20之间的第六热阻值；根据第三温度值、第六热阻值和功率器件10的功率损耗值确定第四温度值；根据第二温度值和第四温度值确定功率器件10的结点温度值。
如图4和图5所示，功率器件10的管脚11与功率器件10的外壳不相互垂直，即当功率器件10通过管脚11插接于电路板20时，衬底12的平面与电路板20的表面平面相互垂直，功率器件10的衬底12与散热器30贴合设置，散热器30是一种被动式热交换器，可将电子或机械设备产生的热量传递到流体介质中，然后从设备中消散，从而对设备的温度进行调节。散热器30用于对功率器件10的温度进行调节，使功率器件10能够及时散热，进而防止功率器件10的结点温度过高，造成损坏。功率器件10的衬底12通过导热贴片贴装到散热器30上，以保证衬底12与散热器30的表面能够平滑接触，进而促进功率器件的均匀散热。所述导热贴片的类型是多种的，比如，陶瓷垫片、导热相变膜、导热硅脂等。此外，为了保证衬底12与散热器30的表面可靠接触，可以通过螺丝与散热器30的螺纹将功率器件10紧固在散热器上，也可以通过弹簧夹片将功率器件10压接到散热器30上，通过上述方法，可以降低功率器件10与散热器30之间的空气间隙，减小了功率器件10的外壳与散热器之间的热阻，提高了散热效果。散热器30的形状和尺寸与功率器件10的散热需求有关，根据不同类型的功率器件10的不同散热需求，选用适配的散热器30的形状和尺寸。散热器30的材质可以是多种的，比如，铝合金、石墨等。散热器的类型是多种的，比如，插指形散热器、型材散热器、插片散热器等，在本申请实施例中，所涉及的散热器为型材散热器。
散热器30通过导热组件31从第一表层28插接于电路板20，导热组件31用于将散热器30固定安装于第一表层28，并将散热器上的热量传导至第二表层29。电路板20上设置有第二通孔26，导热组件31通过第二通孔26从第一表层28插接到第二表层29，并在第二表层29进行紧固，从而将散热器垂直固定于电路板上。导热组件31可以是螺丝组合，散热器30与第二通孔26对应的位置设置有固定孔，固定孔内设置有与螺丝组合相适配的螺纹，将螺丝组合从电路板20远离散热器30的一侧穿过第二通孔26与固定孔内的螺纹相连接，从而将散热器30固定于第一表层28；导热组件31也可以是突起柱，散热器30与第二通孔26对应的位置设置有突起柱，突起柱通过第二通孔26从第一表层28插接到第二表层29，并在第二表层29通过焊锡将散热器30固定在电路板20的第一表层28。
电路板20的中间层设置有第二导热覆层22，第二导热覆层22与导热组件31相连接，具有热传递的作用，可通过导热组件31与散热器30连接，用于将散热器30的热量传导到第二表层29，第二导热覆层22与第一导热覆层21电气隔离且互不导通。第二导热覆层22的形状是多种的，比如，长方形、多边形等，其形状与导热组件31的形状和电路板20的电路布局相适配。第二导热覆层22的面积大小与第二贴片温度传感器24和电路板20的电路布局相适配。第二导热覆层22的材质是多种的，比如，铜、铜银合金等具有较强热传导功能的材质即可，在本申请实施例中，不做限定。
电路板20上设置有第二贴片温度传感器24，第二贴片温度传感器24用于检测电路板对应位置的温度值，第二贴片温度传感器24设置于第二表层29与第二导热覆层22相对应的位置。第二贴片温度传感器24的类型是多种的，比如，热敏电阻、铂热电阻等具有温度感应作用的贴片元器件。本申请实施例中，通过将第二贴片温度传感器贴装与电路板的表面层与第二导热覆层对应的位置，由于电路板表面层与中间层具有较强的绝缘及耐压，使得第二贴片温度传感器与散热器之间不导通，因此，不需要对第二贴片温度传感器的供电电源与控制器温度采样电路的供电电源进行隔离操作。
控制器还用于通过第二贴片温度传感器24获取第二表层29的第三温度值；并获取功率器件10的外壳与散热器30之间的第四热阻值、散热器30与电路板20之间的第五热阻值。散热器30的温度由导热组件31传导至第二导热覆层22，再通过第二导热覆层22传导至第二表层29，电路板20上第二导热覆层22对应位置的温度值，即为第三温度值。第四热阻值为功率器件10的外壳的热量通过衬底12传导至散热器30的过程中所遇到的阻力，第四热阻值的大小主要与衬底12的大小和散热器30的材质相关。第五热阻值为散热器30的热量通过导热组件31和第二导热覆层22传导至电路板20的过程中所遇到的阻力，第五热阻的大小主要与导热组件31的材质，第二导热覆层22的面积和电路板20的材质相关。
控制器还用于根据第二热阻值、第四热阻值和第五热阻值确定功率器件10的结点与电路板20之间的第六热阻值；根据第三温度值、第六热阻值和功率器件10的功率损耗值确定第四温度值；根据第二温度值和第四温度值确定功率器件10的结点温度值。第六热阻为功率器件10的结点与电路板20之间的热阻，即热量从功率器件10的结点传导至电路板20的过程中所遇到的阻力。通过功率器件10的功率损耗值和第六热阻值得到功率器件10的结点与电路板20之间的温度差值，并结合第二贴片温度传感器24采集的温度信息确定功率器件10的结点温度值。
通过在电路板的中间层设置有第二导热覆层用于将散热器上的温度传导至第二表层，并在电路板远离散热器的一侧与第二导热覆层相对应的位置设置贴片温度传感器，一方面，在不占用较大电路板面积的前提下，获取不同热传导路径下的功率器件的结点温度值，用于提高功率器件的结点温度检测方法的准确度；另一方面，第二贴片温度传感器与控制器属于同一个地，避免了热敏电阻接散热器带来的热敏电阻的电源与控制器的电源为隔离电源，降低了辅助电源的设计复杂度，同时减少了相应的元器件物料。
在本申请一些实施例中，如图2和图5所示，电路板20包括多层中间层，第一导热覆层21和第二导热覆层22分别设置于多层中间层中的第一中间层27，第一中间层27为与所述第二表层29相邻的中间层。
多层板结构的电路板具有两个表面层，分别为TOP层和BOT层。当第二表层29为TOP层时，第一导热覆层21和第二导热覆层22设置于第一中间层27，第一中间层27为与TOP层相邻的中间层，使得第一导热覆层21和第二导热覆层22的热量能够更好地传导至电路板的TOP层；当第二表层29为BOT层时，第一导热覆层21和第二导热覆层22设置于第一中间层27，第一中间层27为与BOT层相邻的中间层，使得第一导热覆层21和第二导热覆层22的热量能够更好地传导至电路板的BOT层。
上述实施例通过将第一导热覆层和第二导热覆层分别设置于第一中间层，使第一导热覆层和第二导热覆层的热量能够更好地传导至电路板的第二表层，进而使通过第一贴片温度传感器和第二贴片温度传感器所检测到的第一温度值和第三温度值更加准确，进而提高了功率器件结点温度检测方法的准确度。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种充电桩，所述充电桩包括上述任一实施例所述的功率器件结点温度检测装置。
根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种功率器件结点温度检测方法，该方法应用于上述实施例中提出的功率器件结点温度检测装置，图6示出了本申请实施例提供的一种功率器件结点温度检测方法的流程示意图，该方法由功率器件结点温度检测装置的控制器执行，如图6所示，该方法包括以下步骤：
步骤110：通过所述第一贴片温度传感器获取所述第二表层的第一温度值。
其中，第一贴片温度传感器设置于第二表层与第一导热覆层对应的位置，由于第一导热覆层通过功率器件的管脚与功率器件的衬底相连接，因此功率器件的外壳的温度由衬底通过管脚传导至第一导热覆层，再通过第一导热覆层传导至第二表层，第一贴片温度传感器通过检测电路板上第一导热覆层对应位置的温度，得到功率器件的外壳传导至电路板上的温度。
步骤120：获取所述功率器件的外壳与所述电路板之间的第一热阻值，和，所述功率器件的结点与所述功率器件的外壳之间的第二热阻值。
其中，热阻是热量以热传导的方式传递时所遇到的阻力，当热量流过两个相接触的固体的交界时，界面本身对热流呈现明显的热阻，此外，热阻还反应导热材料对热流传导的阻碍能力，导热材料的热阻越大，则其对热传导的阻碍能力越强，因此热阻的大小除了与接触面积相关，还与导热材料本身有关。功率器件的外壳的热量通过功率器件的管脚和第一导热覆层传导至电路板上，因此，第一热阻值的大小与第一导热覆层的面积和电路板的材质相关，可根据第一导热覆层的面积和电路板的材质获取第一热阻值Rθcp。当功率器件处于工作状态时，功率器件的结点导电发热，并通过热传递原理将结点的温度传递至功率器件的外壳，因此，第二热阻值的大小与功率器件本身的结构相关，可通过所选的功率器件的类型获取第二热阻值Rθjc。
步骤130：根据所述第一热阻值与所述第二热阻值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的第三热阻值。
其中，第三热阻值为功率器件的结点与电路板之间的热阻，即热量从功率器件的结点传导至外壳，再从外壳传导至引脚，再从引脚传导至第一导热覆层，最后从第一导热覆层传导至电路板，因此，可以通过第一热阻值和第二热阻值确定第三热阻值Rth，其中，Rtn＝Rθjc+Rθcp。
步骤140：获取所述功率器件的功率损耗值。
其中，功率损耗值P为功率器件在使用过程中能量的损耗值，由所选功率器件本身决定，因此可以通过获取功率器件的类型、功率器件的型号和电路相关信息，得到该功率器件的功率损耗值。
步骤150：根据所述第一温度值、第三热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第二温度值。
其中，热阻还表示当有热量在物体上传输时，物体两端的温度差与热源的功率之间的比值，因此，可以通过功率器件的功率损耗值P和第三热阻值Rth得到功率器件的结点与电路板之间的温度差值ΔT，即将功率器件的功率损耗值P和第三热阻值Rth代入如下公式：
计算得到功率器件的结点与电路板之间的温度差值ΔT，再通过该温度差和电路板的温度得到第二温度值，即再通过该温度差和第一温度值得到第二温度值。
步骤160：将所述第二温度值作为所述功率器件的结点温度值。
上述实施例通过第一贴片温度传感器获取电路板的温度值，能够更加方便快捷得获取到电路板上的温度。
图7示出了本申请实施例提供的一种功率器件结点温度检测方法的另一种流程示意图，该方法由功率器件结点温度检测装置的控制器执行。如图7所示，该方法包括以下步骤：
步骤210：根据所述第三热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的温度损耗值。
其中，可以通过功率器件的功率损耗值和第三热阻值得到功率器件的结点与电路板之间的温度差值，所述温度差值即为功率器件的结点与电路板之间的温度损耗值。
步骤220：根据预设的校正系数对所述温度损耗值进行校正，得到校正后的温度损耗值。
其中，在实际应用中，热量在物体上进行传导时，还会向空气传导部分热量，造成温度损耗，由于通过功率器件的功率损耗值和第三热阻值得到的温度损耗值只考虑了热量在物体内部传导时造成的温度损耗，并为考虑由于物体与空气进行热传导造成的温度损耗，因此需要对步骤210得到的温度损耗值进行校正。
在实际应用中，可通过红外线测温仪对功率器件的结点温度进行检测获取功率器件的结点的实际温度值，并将实际温度值与第二温度值进行对比，重复进行多次检测不同状态下的功率器件的结点的实际温度值，并将相同状态下的第二温度值和实际温度值进行对比，得到所述功率器件的校正系数，在对所述功率器件的结点的温度进行检测时，使用所述校正系数对第二温度值进行校正，由于第一贴片温度传感器检测到的温度值为准确的，因此，使用所述校正系数对第二温度值进行校正，即为使用所述校正系数对温度损耗值进行校正。
步骤230：根据所述第一温度值和所述校正后的温度损耗值确定第二温度值。
上述实施例中通过预设校正系数对功率器件的结点与电路板之间的温度损耗值进行校正，并通过校正后的温度损耗值和第一温度值得到第二温度值，使得通过功率器件结点温度检测方法检测得到的功率器件的结点温度值更加准确。
图8示出了本申请实施例提供的另一种功率器件结点温度检测方法的流程示意图，所述方法由功率器件结点温度检测装置的控制器所执行，如图8所示，该方法还包括以下步骤：
步骤310：通过所述第二贴片温度传感器获取所述第二表层的第三温度值。
其中，第二贴片温度传感器设置于第二表层与第二导热覆层对应的位置，由于第二导热覆层通过导热组件与散热器相连接，因此散热器的温度由导热组件传导至第二导热覆层，再通过第二导热覆层传导至第二表层，第二贴片温度传感器通过检测电路板上第二导热覆层对应位置的温度，得到散热器传导至电路板上的温度。
步骤320：获取所述功率器的外壳与所述散热器之间的第四热阻值，和，所述散热器与所述电路板之间的第五热阻值。
其中，功率器件的衬底与散热器相贴合设置，因此功率器件的外壳的温度通过衬底传导至散热器上，因此，第四热阻值的大小与衬底的大小和散热器的材质相关，可根据衬底的大小和散热器的材质获取第四热阻值Rθch。散热器的热量通过导热组件和第二导热覆层传导至电路板上，因此，第五热阻值的大小与导热组件的材质、第二导热覆层的面积和电路板的材质相关，可根据导热组件的材质、第二导热覆层的面积和电路板的材质获取第五热阻值Rθhp。
步骤330：根据所述第二热阻值、第四热阻值和第五热阻值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的第六热阻值。
其中，第六热阻值为功率器件的结点与电路板之间的热阻，即热量从功率器件的结点传导至外壳，再从外壳传导至散热器，再从散热器传导至导热组件，再从导热组件传导至第二导热覆层，最后从第二导热覆层传导至电路板，因此，可以通过第二热阻值、第四热阻值和第五热阻值确定第六热阻值Rth，其中，Rth＝Rθjc+Rθch+Rθhp。
步骤340：根据所述第三温度值、第六热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第四温度值。
其中，通过功率器件的功率损耗值和第六热阻值得到功率器件的结点与电路板之间的温度差值，再通过该温度差和电路板的温度得到第四温度值，即再通过该温度差和第三温度值得到第四温度值，具体计算过程与所述步骤150相同。
步骤350：根据所述第二温度值和所述第四温度值确定所述功率器件的结点温度值。
其中，第二温度值的检测方法中，热量从功率器件的结点传导至外壳，再从外壳传导至引脚，再从引脚传导至第一导热覆层，最后从第一导热覆层传导至电路板；第四温度值的检测方法中，热量从功率器件的结点传导至外壳，再从外壳传导至散热器，再从散热器传导至导热组件，再从导热组件传导至第二导热覆层，最后从第二导热覆层传导至电路板。
通过分别检测两种不同的热量传导路径的功率器件的结点温度得到两个温度值，并通过所得到的两个温度值确定功率器件的结点温度值，使得功率器件结点温度检测方法检测到的功率器件的结点温度值更加准确。
在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本申请实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。
本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

Claims (12)

1.一种功率器件结点温度检测装置，其特征在于，包括功率器件、电路板、第一贴片温度传感器和控制器；
所述电路板为多层板结构，包括依次设置的第一表层、中间层和第二表层；
所述功率器件通过管脚从所述第一表层插接于所述电路板；
所述中间层设置有第一导热覆层，所述第一导热覆层通过所述功率器件的管脚与所述功率器件的衬底连接，用于将所述衬底的热量传导至所述第二表层；
所述第一贴片温度传感器设置于所述第二表层与所述第一导热覆层相对应的位置，与所述控制器电连接；
所述控制器用于通过所述第一贴片温度传感器获取所述第二表层的第一温度值；并获取所述功率器件的外壳与所述电路板之间的第一热阻值、所述功率器件的结点与所述功率器件的外壳之间的第二热阻值和所述功率器件的功率损耗值；
所述控制器还用于根据所述第一热阻值与所述第二热阻值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的第三热阻值；并根据所述第一温度值、第三热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第二温度值，将所述第二温度值作为所述功率器件的结点温度值。
2.根据权利要求1所述的功率器件结点温度检测装置，其特征在于，所述第一贴片温度传感器为热敏电阻；
所述装置还包括温度感应电路，
所述温度感应电路包括检测单元，所述检测单元包括分压电阻；
所述热敏电阻的一端与外部电源电连接，所述热敏电阻的另一端分别与控制器的信号输入端和分压电阻的一端电连接；
所述分压电阻的另一端与地连接。
3.根据权利要求2所述的功率器件结点温度检测装置，其特征在于，所述检测单元还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容与所述分压电阻并联设置；
所述第一滤波电容的一端与所述分压电阻的一端电连接，所述第一滤波电容的另一端与所述分压电阻的另一端电连接。
4.根据权利要求2所述的功率器件结点温度检测装置，其特征在于，所述温度感应电路还包括运放单元，所述检测单元通过所述运放单元与所述控制器电连接；
所述运放单元包括运算放大器，所述运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端；
所述运算放大器的同相输入端与所述热敏电阻的一端电连接，并通过所述热敏电阻与所述外部电源电连接；
所述运算放大器的输出端分别与所述运算放大器的反相输入端和所述控制器的信号输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的功率器件结点温度检测装置，其特征在于，所述温度感应电路还包括滤波单元，所述运放单元通过所述滤波单元与所述控制器连接；
所述滤波单元包括滤波电阻和第二滤波电容，所述滤波电阻的一端与所述运算放大器的输出端电连接，所述滤波电阻的另一端分别与所述控制器的信号输入端和所述第二滤波电容的一端电连接；
所述第二滤波电容的另一端与地连接。
6.根据权利要求2所述的功率器件结点温度检测装置，其特征在于，所述温度感应电路还包括钳位单元，所述钳位单元包括第一二极管和第二二极管；
所述第一二极管的阳极与地连接，所述第一二极管的阴极分别与控制器的信号输入端和第二二极管的阳极电连接；
所述第二二极管的阴极与所述控制器的电源输出端电连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的功率器件结点温度检测装置，其特征在于，所述装置还包括散热器和第二贴片温度传感器；
所述散热器与所述功率器的衬底相贴合设置，所述散热器通过导热组件从所述第一表层插接于所述电路板；
所述中间层设置有第二导热覆层，所述第二导热覆层通过所述导热组件与所述散热器连接，用于将所述散热器的热量传导至所述第二表层；
所述第二贴片温度传感器设置于所述第二表层与所述第二导热覆层相对应的位置，与所述控制器电连接；
所述控制器还用于通过所述第二贴片温度传感器获取所述第二表层的第三温度值；并获取所述功率器的外壳与所述散热器之间的第四热阻值、所述散热器与所述电路板之间的第五热阻值；
所述控制器还用于根据所述第二热阻值、第四热阻值和第五热阻值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的第六热阻值；根据所述第三温度值、第六热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第四温度值；根据所述第二温度值和所述第四温度值确定所述功率器件的结点温度值。
8.根据权利要求7所述的功率器件结点温度检测装置，其特征在于，所述电路板包括多层中间层，所述第一导热覆层和所述第二导热覆层分别设置于所述多层中间层中的第一中间层，所述第一中间层为与所述第二表层相邻的中间层。
9.一种充电桩，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的功率器件结点温度检测装置。
10.一种功率器件结点温度检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的功率器件结点温度检测装置；
所述方法包括：
通过第一贴片温度传感器获取所述第二表层的第一温度值；
获取功率器件的外壳与所述电路板之间的第一热阻值，和，所述功率器件的结点与所述功率器件的外壳之间的第二热阻值；
根据所述第一热阻值与所述第二热阻值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的第三热阻值；
获取所述功率器件的功率损耗值；
根据所述第一温度值、第三热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第二温度值；
将所述第二温度值作为所述功率器件的结点温度值。
11.根据权利要求10所述的功率器件结点温度检测方法，其特征在于，根据所述第一温度值、第三热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第二温度值，具体包括：
根据所述第三热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的温度损耗值；
根据预设的校正系数对所述温度损耗值进行校正，得到校正后的温度损耗值；
根据所述第一温度值和所述校正后的温度损耗值确定第二温度值。
12.根据权利要求10或11所述的功率器件结点温度检测方法，其特征在于，应用于如权利要求7或8所述的功率器件结点温度检测装置；
所述方法还包括：
通过第二贴片温度传感器获取所述第二表层的第三温度值；
获取所述功率器的外壳与散热器之间的第四热阻值，和，所述散热器与所述电路板之间的第五热阻值；
根据所述第二热阻值、第四热阻值和第五热阻值确定所述功率器件的结点与所述电路板之间的第六热阻值；
根据所述第三温度值、第六热阻值和所述功率器件的功率损耗值确定第四温度值；
根据所述第二温度值和所述第四温度值确定所述功率器件的结点温度值。
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