多个IGBT模块内部温度取最大值的检测电路及装置的制作方法

多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路及装置
技术领域
1.本发明涉及电力电子器件技术领域，具体是涉及多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路及装置。


背景技术：

2.igbt（insulated gate bipolar transistor），绝缘栅双极型晶体管，是由双极型三极管（bipolar junction transistor，bjt）和绝缘栅型场效应管（metal oxide semiconductor，mos）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，电力电子器件igbt是温度敏感器件，需要实时监控igbt的温度值，以保证igbt工作在安全的温度范围以内，避免因过热而损坏。
3.目前，检测igbt的温度一般经过采样电路输入到主控芯片中，然后通过查表形式得出当前的igbt的温度值。但是，驱动器中存在多个带有ptc电阻的igbt模块，受限于有限的主控芯片端口，不便于实时检测每一个igbt模块的温度。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路及装置，旨在解决现有技术中针对驱动器中存在多个带有ptc电阻的igbt模块，受限于有限的主控芯片端口，不便于实时检测每一个igbt模块的温度的问题。
5.第一方面，本发明提出了一种多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路，包括：依次连接的电压检测电路、缩放电压电路、隔离放大电路和放大滤波电路；其中，所述电压检测电路用于获取多个igbt模块中的ptc电阻分压后的最大值电压，所述放大滤波电路的输出端与dsp处理器连接，以通过所述dsp处理器计算出所述最大值电压对应的ptc电阻的阻值。
6.进一步地，所述电压检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻的第一端与电源电压连接，所述第一电阻的第二端与第一ptc电阻和所述第一电容连接，所述第二电阻的第二端与第二ptc电阻和所述第二电容连接，所述第三电阻的第二端与第三ptc电阻和所述第三电容连接，所述第四电阻的第二端与第四ptc电阻和所述第四电容连接。
7.进一步地，所述电压检测电路还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五电阻和第五电容；所述第一二极管的正极与所述第一电阻的第二端连接，所述第二二极管的正极与所述第二电阻的第二端连接，所述第三二极管的正极与所述第三电阻的第二端连接，所述第四二极管的正极与所述第四电阻的第二端连接，所述第一二极管的负极、所述第二二极管的负极、所述第三二极管的负极、所述第四二极管的负极、所述第五电阻的第一端和所述第五电容的第一端相连且与所述缩放电压电路连接，所述第五电阻的第二端与所述第五电容的第二端连接。
8.进一步地，所述缩放电压电路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第六电容和第一运算放大器；所述第六电阻的第一端与所述第一二极管的负极、所述第二二极管的负极、所述第三二极管的负极、所述第四二极管的负极、所述第五电阻的第一端和所述第五电容的第一端连接，所述第六电阻的第二端和所述第六电容的第一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接，所述第七电阻的第一端与电源电压连接，所述第七电阻的第二端与所述第八电阻的第一端和所述第一运算放大器的反相输入端连接，所述第八电阻的第二端和所述第一运算放大器的输出端连接。
9.进一步地，所述缩放电压电路还包括第九电阻和第十电阻；所述第九电阻的第一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第九电阻第二端与所述第十电阻的第一端连接，且所述第十电阻与所述隔离放大电路连接。
10.进一步地，所述隔离放大电路包括隔离放大器和第七电容；所述隔离放大器的vdd1引脚和vdd2引脚与所述电源电压连接，所述隔离放大器的vin 引脚与所述第十电阻的第一端和所述第七电容的第一端连接，所述隔离放大器的vin-引脚与所述第七电容的第二端连接，所述隔离放大器的gnd1引脚与所述第十电阻的第二端和所述第七电容的第二端连接，所述隔离放大器的gnd2引脚接地，所述隔离放大器的vout 引脚和vout-引脚与所述放大滤波电路连接。
11.进一步地，所述隔离放大电路还包括第八电容、第九电容和第十电容；所述第八电容的第一端和所述第九电容的第一端与所述隔离放大器的vdd1引脚连接，所述第八电容的第二端和所述第九电容的第二端与所述隔离放大器的gnd1引脚连接，所述第十电容的第一端与所述隔离放大器的vdd2引脚连接，所述第十电容的第二端接地。
12.进一步地，所述放大滤波电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十一电容、第十二电容和第二运算放大器；所述第十一电阻的第一端与所述隔离放大器的vout-引脚连接，所述第十一电阻的第二端与所述第二运算放大器的反相输入端、所述第十四电阻的第一端和所述第十二电容的第一端连接，所述第十四电阻的第二端和所述第十二电容的第二端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第十二电阻的第一端与所述隔离放大器的vout 引脚连接，所述第十二电阻的第二端与所述第十一电容的第一端、所述第十三电阻的第一端和所述第二运算放大器的同相输入端连接，所述第十一电容的第二端和所述第十三电阻的第二端接地。
13.进一步地，所述放大滤波电路还包括第十五电阻和第十三电容；所述第十五电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第十五电阻的第二端和所述第十三电容的第一端与所述dsp处理器连接，所述第十三电容的第二端接地。
14.第二方面，本发明还提出了一种多个igbt模块内部温度取最大值的检测装置，包括壳体，及设置于所述壳体内的如上述第一方面所述的多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路。
15.与现有技术相比，本发明公开了多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路和装置，该电路包括：依次连接的电压检测电路、缩放电压电路、隔离放大电路和放大滤波电路；其中，电压检测电路用于获取多个igbt模块中的ptc电阻分压后的最大值电压，放大滤波电路的输出端与dsp处理器连接，以通过dsp处理器计算出最大值电压对应的ptc电阻的阻值。本发明通过获取多个igbt模块中ptc电阻分压后的最大值电压对应的ptc电阻的阻值，以查
表形式读出当前的igbt模块温度，能够在主控芯片端口有限的条件下，以驱动器中多个带有ptc电阻的igbt模块中温度最大的igbt模块温度为温度保护点，从而保护igbt模块，避免其因过热而损坏，同时采用隔离型检测，提升了产品可靠性与安全性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例提供的多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路的原理示意图；图2为本发明实施例提供的多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路的电路图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
19.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
20.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
21.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
22.本发明实施例中所提到的任意一电阻或电容，电阻或者电容如果在电路图中水平设置，则从左至右依次为电阻或电容的第一端和电阻或电容的第二端；电阻或者电容如果在电路图中垂直于水平方向设置，则从上至下依次为电阻或电容的第一端和电阻或电容的第二端。
23.参阅图1和图2，图1为本发明实施例提供的多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路的原理示意图；图2为本发明实施例提供的多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路的电路图。
24.本发明提供了一种多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路，包括：依次连接的电压检测电路1、缩放电压电路2、隔离放大电路3和放大滤波电路4；其中，所述电压检测电路1用于获取多个igbt模块中的ptc电阻分压后的最大值电压ptcmax，所述放大滤波电路4的输出端与dsp处理器5连接，以通过所述dsp处理器5计算出所述最大值电压ptcmax对应的ptc电阻的阻值。
25.在本实施例中，参阅图1和图2，在主控芯片端口有限的条件下，通过获取驱动器中
多个带有ptc电阻的igbt模块中温度最大的igbt模块温度为温度保护点。本发明实施例提供的多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路由依次连接的电压检测电路1、缩放电压电路2、隔离放大电路3和放大滤波电路4组成。其中，因ptc电阻随着温度升高而阻值变大，利用电压检测电路1对多个ptc电阻进行分压并获取多个ptc电阻分压后的最大值电压ptcmax，将最大值电压ptcmax输入至缩放电压电路2进行滤波以及缩放后，经过隔离放大电路3进行隔离放大，最后经过放大滤波电路4进行放大以及滤波后输入至dsp处理器5。通过dsp处理器5计算出最大值电压ptcmax对应的ptc电阻的阻值，从而以查表形式读出当前的igbt模块温度，即为驱动器中多个带有ptc电阻的igbt模块中的温度最大的igbt模块对应的当前温度。本发明应用于温度过高或者负载过大时igbt模块发热温度上升的可靠保护，能够在主控芯片端口有限的条件下，以驱动器中多个带有ptc电阻的igbt模块中温度最大的igbt模块温度为温度保护点，从而保护igbt模块，避免其因过热而损坏，且采用隔离型检测，提升了产品可靠性与安全性。同时，如果多个ptc电阻中任意一个断线，将会通过电压检测电路1输出接近5v的最大值电压ptcmax，并通过后续电路传输至dsp处理器5后报出icbt模块过热故障。
26.在更具体的实施例中，所述电压检测电路1包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4；所述第一电阻r1、所述第二电阻r2、所述第三电阻r3和所述第四电阻r4的第一端与电源电压连接，所述第一电阻r1的第二端与第一ptc电阻ptc1和第一电容c1连接，所述第二电阻r2的第二端与第二ptc电阻ptc2和第二电容c2连接，所述第三电阻r3的第二端与第三ptc电阻ptc3和第三电容c3连接，所述第四电阻r4的第二端与第四ptc电阻ptc4和第四电容c4连接。
27.在本实施例中，参阅图2，通过第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4可以获取在该ptc电阻条件下的最大范围分辨率，优选地，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4的阻值均为1.2kω。具体的，本发明实施例提供的电源电压为5v，电路中还包括第十四电容c14，第十四电容c14的第一端与5v连接，第十四电容c14的第二端设置为网络标号n1，提供大致为0~0.25v电压，将第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4的第一端与5v连接，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4的第二端分别连接第一ptc电阻ptc1、第二ptc电阻ptc2、第三ptc电阻ptc3、第四ptc电阻ptc4，并且，第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4的第一端分别与第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4的第二端连接，第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4的第二端连接至n1，从而取出分压值。并且，ptc电阻温度对应阻值范围为820ω（0℃）~2.16kω（145℃），则可得到ptc电阻对应的分压值对应的范围即为2v~3.2v。
28.在更具体的实施例中，所述电压检测电路1还包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五电阻r5和第五电容c5；所述第一二极管d1的正极与所述第一电阻r1的第二端连接，所述第二二极管d2的正极与所述第二电阻r2的第二端连接，所述第三二极管d3的正极与所述第三电阻r3的第二端连接，所述第四二极管d4的正极与所述第四电阻r4的第二端连接，所述第一二极管d1的负极、所述第二二极管d2的负极、所述第三二极管d3的负极、所述第四二极管d4的负极、所述第五电阻r5的第一端和所述第五电容c5的第一端相连且与所述缩放电压电路2连接，所述第五电阻r5的第二端与所述第五电容c5的第二端连接。
29.在本实施例中，参阅图2，电压检测电路1通过对多个ptc电阻进行分压后，可通过多个二极管获取多个ptc电阻分压后的最大值电压ptcmax。其中，将第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4的正极分别连接第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4的第二端，第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4的负极相连并与后级的缩放电压电路2连接，因ptc电阻随着温度升高而阻值变大，则经过第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4可取出最大的电压值，即最大值电压ptcmax，因为小于最大值电压ptcmax的值无法通过对应的二极管导通到后级电路。并且，第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4的负极还与第五电阻r5的第一端和第五电容c5的第一端相连以作为最大值电压ptcmax的输出端，从而与缩放电压电路2连接，第五电阻r5的第二端和第五电容c5的第二端相连且连接至n1，第五电阻r5 的存在是为了使二极管有导通的回路，但第五电阻r5的阻值不能小，优选地，第五电阻r5选取为100kω电阻，以尽可能降低因为电流对二极管管压降的影响，在本实施例中采用的二极管型号为1n4188ws，该二极管管压降为0.3v，即经过二极管后的最大值电压ptcmax范围是1.7v~2.9v，后续在dsp处理器5换算中需要补偿该二极管产生的电压。同时，如果多个ptc电阻中任意一个断线，将会通过相应的二极管输出接近5v的最大值电压ptcmax，此时将会得到最大温度换算值并直接报过温保护。
30.在更具体的实施例中，所述缩放电压电路2包括第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第六电容c6和第一运算放大器u1b；所述第六电阻r6的第一端与所述第一二极管d1的负极、所述第二二极管d2的负极、所述第三二极管d3的负极、所述第四二极管d4的负极、所述第五电阻r5的第一端和所述第五电容c5的第一端连接，所述第六电阻r6的第二端和所述第六电容c6的第一端与所述第一运算放大器u1b的同相输入端连接，所述第七电阻r7的第一端与电源电压连接，所述第七电阻r7的第二端与所述第八电阻r8的第一端和所述第一运算放大器u1b的反相输入端连接，所述第八电阻r8的第二端和所述第一运算放大器u1b的输出端连接。
31.在本实施例中，参阅图2，经过电压检测电路1获取的最大值电压ptcmax需要经过缩放电压电路2进行滤波以及缩放，从而将电压控制在隔离放大电路3的线性输入范围内。其中，由第六电阻r6和第六电容c6组成rc滤波，然后利用第一运算放大器u1b的虚短（即第一运算放大器u1b的反相输入端）与5v、第七电阻r7、第八电阻r8构成缩放电路。优选地，通过选取tlc272/dr运算放大器的5脚、6脚和7脚分别作为第一运算放大器u1b的同相输入端、反相输入端和输出端，第七电阻r7的阻值可设置为22kω，第八电阻r8的阻值可设置为12 kω，从而将最大值电压ptcmax缩放成电压范围是81.8mv~1.75v。
32.在更具体的实施例中，所述缩放电压电路2还包括第九电阻r9和第十电阻r10；所述第九电阻r9的第一端与所述第一运算放大器u1b的输出端连接，所述第九电阻r9第二端与所述第十电阻r10的第一端连接，且所述第十电阻r10与所述隔离放大电路3连接。
33.在本实施例中，参阅图2，最大值电压ptcmax经过滤波和缩放后的电压范围是81.8mv~1.75v，再经过第九电阻r9和第十电阻r10进行分压，其中，第九电阻r9的阻值可设置为470ω，第十电阻r10的阻值可设置为75ω，从而得到11mv~240mv，可满足隔离放大电路3的线性输入范围即
±
250mv范围内。
34.在更具体的实施例中，所述隔离放大电路3包括隔离放大器u2和第七电容c7；所述
隔离放大器u2的vdd1引脚和vdd2引脚与所述电源电压连接，所述隔离放大器u2的vin 引脚与所述第十电阻r10的第一端和所述第七电容c7的第一端连接，所述隔离放大器u2的vin-引脚与所述第七电容c7的第二端连接，所述隔离放大器u2的gnd1引脚与所述第十电阻r10的第二端和所述第七电容c7的第二端连接，所述隔离放大器u2的gnd2引脚接地，所述隔离放大器u2的vout 引脚和vout-引脚与所述放大滤波电路4连接。
35.在本实施例中，参阅图2，因为ptc电阻置于igbt模块内部，与强电的物理距离相当近，所以必须要做隔离措施以确保安规达标。隔离放大电路3包括隔离放大器u2和第七电容c7，优选地，隔离放大器u2可采用acplc790，或者相同的器件amc1301，在本实施例中隔离放大器u2采用acplc790，其放大的增益为8.2倍，则输入电压通过第七电容c7滤除外部干扰信号，再经过隔离放大器u2输出后的差分电压范围是90.2mv~1.968v。
36.在更具体的实施例中，所述隔离放大电路3还包括第八电容c8、第九电容c9和第十电容c10；所述第八电容c8的第一端和所述第九电容c9的第一端与所述隔离放大器u2的vdd1引脚连接，所述第八电容c8的第二端和所述第九电容c9的第二端与所述隔离放大器u2的gnd1引脚连接，所述第十电容c10的第一端与所述隔离放大器u2的vdd2引脚连接，所述第十电容c10的第二端接地。
37.在本实施例中，参阅图2，隔离放大电路3还包括第八电容c8、第九电容c9和第十电容c10，其中，第八电容c8和第九电容c9的第一端与隔离放大器u2的vdd1引脚连接，第八电容c8的第二端和第九电容c9的第二端与隔离放大器u2的gnd1引脚连接并连接至n1，第十电容c10的第一端与隔离放大器u2的vdd2引脚连接，第十电容c10的第二端接地，从而通过第八电容c8、第九电容c9和第十电容c10对隔离放大器u2的供电电源进行滤波。
38.在更具体的实施例中，所述放大滤波电路4包括第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十一电容c11、第十二电容c12和第二运算放大器u3b；所述第十一电阻r11的第一端与所述隔离放大器u2的vout-引脚连接，所述第十一电阻r11的第二端与所述第二运算放大器u3b的反相输入端、所述第十四电阻r14的第一端和所述第十二电容c12的第一端连接，所述第十四电阻r14的第二端和所述第十二电容c12的第二端与所述第二运算放大器u3b的输出端连接，所述第十二电阻r12的第一端与所述隔离放大器u2的vout 引脚连接，所述第十二电阻r12的第二端与所述第十一电容c11的第一端、所述第十三电阻r13的第一端和所述第二运算放大器u3b的同相输入端连接，所述第十一电容c11的第二端和所述第十三电阻r13的第二端接地。
39.在本实施例中，参阅图2，经过隔离放大器u2输出后的差分电压由第二运算放大器u3b和第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14组成1:1放大且经过第十一电容c11、第十二电容c12滤波，优选地，可通过选取lf353dr运算放大器的5脚、6脚和7脚分别作为第二运算放大器u3b的同相输入端、反相输入端和输出端，第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14的阻值均选取10kω。
40.在更具体的实施例中，所述放大滤波电路4还包括第十五电阻r15和第十三电容c13；所述第十五电阻r15的第一端与所述第二运算放大器u3b的输出端连接，所述第十五电阻r15的第二端和所述第十三电容c13的第一端与所述dsp处理器5连接，所述第十三电容c13的第二端接地。
41.在本实施例中，参阅图2，由第十五电阻r15和第十三电容c13组成一级rc滤波，经
过隔离放大器u2输出后的差分电压经过1:1放大和滤波后，再经过一级rc滤波，使得输出电压v_th的范围为90.2mv~1.968v。最后将输出电压v_th输入至dsp处理器5，进入dsp处理器5后补偿二极管电压，例如二极管电压为0.3v（即300 mv），则电压范围为390.2mv~2.268v，通过逐级反算回去ptc的阻值，最终对应的即为820ω（0℃）~2.16kω（145℃），从而以查表形式读出当前的igbt模块温度。
42.本发明还提供了一种多个igbt模块内部温度取最大值的检测装置，包括壳体，及设置于所述壳体内的如上述实施例所述的多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路。
43.在本实施例中，将多个igbt模块内部温度取最大值的检测电路设置于壳体中，以保护电路，方便使用。该电路包括：依次连接的电压检测电路1、缩放电压电路2、隔离放大电路3和放大滤波电路4；其中，所述电压检测电路1用于获取多个igbt模块中的ptc电阻分压后的最大值电压，所述放大滤波电路4的输出端与dsp处理器5连接，以通过所述dsp处理器5计算出所述最大值电压对应的ptc电阻的阻值。本发明提供的多个igbt模块内部温度取最大值的检测装置应用于温度过高或者负载过大时igbt模块发热温度上升的可靠保护，能够在主控芯片端口有限的条件下，以驱动器中多个带有ptc电阻的igbt模块中温度最大的igbt模块温度为温度保护点，从而保护igbt模块，避免其因过热而损坏，同时采用隔离型检测，提升了产品可靠性与安全性。
44.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。