CN203519195U - 功率单元多路igbt内部的ntc温度传感器的检测电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种功率单元多路IGBT内部的NTC温度传感器的采集电路，其包括：最多16路NTC温度传感器采集电路；并联接收所述最多16路NTC温度传感器采集电路所采集的温度信号的16通道模拟量选通芯片；输出连接到所述16通道模拟量选通芯片的信号光耦隔离电路；与所述16通道模拟量选通芯片的输出连接的电压跟随电路；以及与所述电压跟随电路的输出连接的高压线性光耦隔离电路。该电路可通过4路编码信号，控制最多16路温度信号采集，即满足了IGBT内部NTC温度传感器高可靠隔离的要求，也满足了电路设计精巧、成本低廉、控制灵活等需求。

Description

功率单元多路IGBT内部的NTC温度传感器的检测电路
技术领域
本实用新型涉及电力电子领域，特别地，涉及一种功率单元多路IGBT内部的NTC温度传感器的采集电路。
背景技术
随着电力电子技术的发展，对大功率电力电子设备的需求越来越大。大功率电力电子设备(例如高压变频器、风电变流器、光伏逆变器、无功补偿装置等)的核心部件IGBT应用越来越多，功率等级越来越大。
考虑到设备成本，越来越多的设备采用IGBT并联的方式实现大功率电流的控制。这样，一台设备内的IGBT就会有很多。IGBT运行中一个重要的保护参数是其结温。目前在一些新构装结构的IGBT(例如：FF450R17ME4等)内部都预埋有NTC温度传感器。NTC是负温度系数热敏电阻，直接封装在模块内的陶瓷基板(DCB)上，可以大大简化模块壳温的测量过程。因此，它可以有效地检测功率模块的稳态壳温(Tc)。
图1为NTC与IGBT的内部安装结构。在图1中，标记100表示连续，标记200表示NTC，标记300表示硅片，标记400表示陶瓷层。
如图1所示，NTC与IGBT或二极管芯片位于同一陶瓷基板上，模块内使用隔离用硅胶填充。在正常运行条件下，它满足隔离电压的要求。但根据实际应用的要求，必须在可能出现的任何故障期间保持安全隔离。由于IGBT模块内NTC可能暴露在高压下(例如：短路期间或模块烧毁后)，用户还须从外部进行安全隔离。
目前，常用的NTC温度传感器的采集电路如图2所示。为保证NTC温度传感器与控制电路的可靠隔离，一般运用高压线性光耦(例如：IL300系列)实现。如图2所示，就是利用典型的线性光耦电路实现的NTC温度传感器的采集电路。
该电路主要应用高压隔离线性光耦IL300的特性，实现了NTC温度传感器可靠隔离的应用要求。
目前，通用型功率单元出于成本考虑，多采用IGBT并联方式实现。当一台功率单元内部，采用并联IGBT方式实现大电流控制时，就需要相应数量的NTC采集电路，这就造成如下问题：
成本：高压隔离线性光耦属于需要隔离几千伏电压且需要保证较高精度的元器件，与其他芯片相比，其价格比较昂贵，若采用过多，必然造成成本大幅增加。
体积：相比于其他电子芯片，高压线性隔离光耦因其要隔离上千伏的电压，其体积较大，当使用数量过多时，势必造成PCB板的体积增加，对于功率单元的系统设计、布局及减小体积等方面不利。
占用系统资源：随着应用IGBT的增多，势必需要采集的温度数量增加，就需要占用过多的A/D采样通道，占用过多的系统资源。A/D采样是电路系统里处理较慢且占用资源较多的地方，过多的A/D采样系统，将造成系统繁琐，增加控制系统负相。
实用新型内容
因此，需要一种更简洁、优化的电路结构，来实现多路NTC温度传感器的采集。
为实现以上目的，本实用新型提供一种多路采集NTC温度传感器的电路。其结构精巧，充分考虑了IGBT内部集成的NTC温度传感器应用要求，并可多路复用一路AD采集通道，节约成本，控制灵活。
本实用新型可以通过下述方案来实现。
一种功率单元多路IGBT内部的NTC温度传感器的采集电路，其中，
所述采集电路包括：
最多16路NTC温度传感器采集电路；
并联接收所述最多16路NTC温度传感器采集电路所采集的温度信号的16通道模拟量选通芯片；
输出连接到所述16通道模拟量选通芯片的信号光耦隔离电路；
与所述16通道模拟量选通芯片的输出连接的电压跟随电路；以及
与所述电压跟随电路的输出连接的高压线性光耦隔离电路。
优选地，所述最多16路NTC温度传感器采集电路并联接入到所述16通道模拟量选通芯片的Y0～Y15引脚，所述信号光耦隔离电路输出的四路编码信号并联接入所述16通道模拟量选通芯片的S0～S4引脚，所述16通道模拟量选通芯片的输出端Z依次与所述电压跟随电路和所述高压线性光耦隔离电路串联。
优选地，所述最多16路NTC温度传感器采集电路包括IGBT内部的NTC温度传感器分压采集电路。
优选地，所述16通道模拟量选通芯片采用74HC4067系列芯片。其中，74HC4067系列芯片可以市场上购得。
优选地，所述信号光耦隔离电路包括隔离光耦ILQ615和外围驱动电路。其中，隔离光耦ILQ615及相应的外围驱动电路可在市场上购得。
优选地，所述电压跟随电路是采用运算放大器LM324搭建的电压跟随电路。其中，运算放大器LM324可在市场上购得。
优选地，所述高压线性光耦隔离电路由IL300系列高压隔离线性光耦和外围驱动电路构成。其中，由IL300系列高压隔离线性光耦及相应的外围驱动电路可在市场上购得。
该电路通过信号光耦隔离电路给定信号“S0～S4”，控制模拟量选通芯片选择最多16路NTC温度传感器采集电路中的某一路，并经过电压跟随电路进行隔离并增强驱动，通过高压线性光耦隔离电路进行电平隔离转换，将温度信号传输到A/D采集通道，供控制系统读取温度信息。
该电路既满足NTC温度传感器可靠隔离的要求，又实现了简化电路结构、节约成本、控制灵活等要求。
附图说明
图1为NTC与IGBT的内部安装结构。
图2为典型NTC采集电路。
图3为根据本实用新型的一个实施方式的功率单元多路IGBT内部的NTC温度传感器的检测电路的结构示意图。
图4为作为根据本实用新型的一个实施方式的16通道模拟量选通芯片的示例的74HC4067系列芯片的编码表。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明如下：
图3为根据本实用新型的一个实施方式的功率单元多路IGBT内部的NTC温度传感器的检测电路的结构示意图。
从图3中可以看到，该电路在图2所示的基础电路的基础上，增加了一组模拟通道选通电路。该检测电路包括：NTC温度传感器采集电路1000、16通道模拟量选通芯片2000、信号光耦隔离电路3000、电压跟随电路4000、高压线性光耦隔离电路5000。
在一个示例中，所述16通道模拟量选通芯片2000为74HC4067。
其中，最多16路NTC温度传感器采集电路1000，将采集的温度信号分别并联输出到16通道模拟量选通芯片2000(例如，74HC4067的Y0～Y15引脚)。
外部4路选通编码信号S0～S3，输入到隔离光耦电路3000，经过光耦隔离转换(实现编码信号的高可靠隔离)，输出接到16通道模拟量选通芯片2000的选通引脚S0～S3。
16通道模拟量选通芯片2000的输出引脚Z输出被选通的温度信号，传输到电压跟随电路4000。
电压跟随电路4000将温度信号进行隔离并驱动增强后，输出接到高压线性光耦隔离电路5000，经过光耦隔离转换后(实现编码信号的高可靠隔离)，将信号输出到外部的A/D采集通道。
该电路工作时，外部控制系统，可按图4所示芯片编码表，通过控制S0～S3四路I/O信号的编码，控制16通道模拟量选通芯片2000选择16路NTC温度传感器采集电路1000的某一路，并从A/D采样通道读取相应的温度值。
上面参照附图说明了本实用新型的优选实施方式，但是，应当理解，上述说明仅是示例性的。本领域的技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，对本实用新型作出各种修改和变型。本实用新型的保护范围由所附的权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种功率单元多路IGBT内部的NTC温度传感器的采集电路，其特征在于，
所述采集电路包括：
最多16路NTC温度传感器采集电路(1000)；
并联接收所述最多16路NTC温度传感器采集电路(1000)所采集的温度信号的16通道模拟量选通芯片(2000)；
输出连接到所述16通道模拟量选通芯片(2000)的信号光耦隔离电路(3000)；
与所述16通道模拟量选通芯片(2000)的输出连接的电压跟随电路(4000)；以及
与所述电压跟随电路(4000)的输出连接的高压线性光耦隔离电路(5000)。
2.根据权利要求1所述的采集电路，其特征在于，
所述最多16路NTC温度传感器采集电路(1000)并联接入到所述16通道模拟量选通芯片(2000)的Y0～Y15引脚，所述信号光耦隔离电路(3000)输出的四路编码信号并联接入所述16通道模拟量选通芯片(2000)的S0～S4引脚，所述16通道模拟量选通芯片的输出端Z依次与所述电压跟随电路(4000)和所述高压线性光耦隔离电路(5000)串联。
3.根据权利要求2所述的采集电路，其特征在于，
所述最多16路NTC温度传感器采集电路(1000)包括IGBT内部的NTC温度传感器分压采集电路。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的采集电路，其特征在于，
所述16通道模拟量选通芯片(2000)采用74HC4067系列芯片。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的采集电路，其特征在于，
所述信号光耦隔离电路(3000)包括隔离光耦ILQ615和外围驱动电路。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的采集电路，其特征在于，
所述电压跟随电路(4000)是采用运算放大器LM324搭建的电压跟随电路。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的采集电路，其特征在于，
所述高压线性光耦隔离电路(5000)由IL300系列高压隔离线性光耦和外围驱动电路构成。
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