北京晶川电子技术发展有限责任公司EUPEC IGBT 模块中温度传感器 ...

北 京 晶 川 电 子 ―― 英 飞 凌 中 国 一 级 代 理
www.igbt.cn
EUPEC IGBT 模 块 中 温 度 传 感 器 (NTC) 的 使 用
EUPEC 在 一 些 新 封 装 结 构 的 IGBT 模 块 中 , 内 部 封 装 有 温 度 传 感 器 (NTC)。 如 功 率 集 成 模 块
(EconoPIM); 六 单 元 (EconoPACK) FS 系 列 ; 三 相 整 流 桥 (Econobridge);EasyPIM;EasyPACK;Easybridge;
四 单 元 H- 桥 (Econo-FourPACk); 增 强 型 半 桥 (Econodual+) 等 模 块 内 均 封 装 有 NTC 温 度 传 感 器 。NTC 是 负
温 度 系 数 热 敏 电 阻 , 它 可 以 有 效 地 检 测 功 率 模 块 的 稳 态 壳 温 (Tc)。EUPEC 模 块 内 封 装 的 NTC 参 数 完 全 相 同 。
将 用 于 测 量 模 块 壳 温 的 温 度 传 感 器 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 。
连 线
NTC
硅 片
陶 瓷 层
图 1: 陶 瓷 基 板 横 切 面
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 是 满 足 隔 离 电 压 的 要 求 。EUPEC 在 IGBT 模 块 最 终 测 试 中 , 对 NTC 进 行 2.5KV 交 流 ,1 分 钟 100%
的 隔 离 能 力 测 试 。 但 根 据 EN50178 的 要 求 , 必 须 满 足 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 。
连 线
NTC
硅 片
陶 瓷 层
图 2: 最 差 的 故 障 管 壳
如 图 2 所 示 , 当 模 块 内 部 短 路 过 流 , 或 烧 毁 的 过 程 中 连 线 会 熔 化 , 并 产 生 高 能 量 的 等 离 子 区 , 而 所 有 连
线 的 等 离 子 区 的 扩 展 方 向 都 无 法 预 期 , 如 等 离 子 区 接 触 到 NTC,NTC 就 会 暴 露 在 高 压 下 , 这 就 是 用 户 需 在
外 部 进 行 安 全 隔 离 的 必 要 性 。
一 、 可 靠 隔 离 的 措 施
要 实 现 可 靠 隔 离 , 可 以 采 用 多 种 不 同 的 方 法 , 在 某 些 应 用 中 ,NTC 传 感 器 本 身 的 隔
离 能 力 已 经 足 够 。 由 于 每 个 应 用 情 况 不 同 , 而 且 用 户 内 部 设 计 标 准 也 各 不 相 同 , 因 此 ,
用 户 应 根 据 各 自 的 用 途 , 设 计 符 合 要 求 的 隔 离 。 最 常 用 的 外 部 隔 离 方 法 是 : 将 NTC 与
比 较 电 路 , 通 过 光 耦 与 控 制 逻 辑 隔 离 开 , 如 图 3 所 示 :
北 京 晶 川 电 子 技 术 发 展 有 限 责 任 公 司
电 话 :010-58075050 传 真 :010-58075098

北 京 晶 川 电 子 ―― 英 飞 凌 中 国 一 级 代 理
www.igbt.cn
http://www.ti.com/IL300
http://www.semiconductor.agilent.com HCPL 7840
图 3: 应 用 光 耦 IL300 进 行 安 全 隔 离
二 、 应 用 NTC 进 行 温 度 测 量
NTC 测 量 温 度 几 乎 与 管 壳 温 度 相 同 。 在 较 高 的 温 度 水 平 上 ,NTC 测 量 温 度 大 概 比 散 热 器 的 温 度 高
10°C 左 右 , 这 取 决 于 散 热 器 的 冷 却 效 率 和 模 块 与 散 热 器 的 接 触 热 阻 。 通 过 NTC 的 温 度 值 TT , 还 可 以 利
用 最 靠 近 NTC 的 IGBT 芯 片 的 最 大 功 耗 估 算 其 结 温 T j
。
T
j
= TT
− 10 K + Pmax
• R
thjc
由 于 检 测 电 流 通 过 NTC 会 加 热 温 度 传 感 器 本 身 , 例 如 :TT =100°C, 在 NTC 的 温 度 曲 线 中 查 到 其 阻 值 为
RthT=500Ω,NTC 的 热 传 导 率 为 145K/W, 通 过 此 值 可 定 义 上 拉 电 阻 :
R
= U
pull − up 0
R
th
• RT
•
∆T
T
−
R
T
如 果 把 NTC 的 本 身 温 度 上 升 限 制 在 ΔTT=1K, 则 可 允 许 的 最 大 功 耗 为 7mW 是 可 以 接 受 的 , 若 外 加 反 馈 电 压
U 0
为 5V, 则 计 算 出 上 拉 电 阻 的 阻 值 为 837Ω, 因 此 可 选 择 阻 值 为 820Ω 的 电 阻 代 替 上 拉 电 阻 。 这 时 ,
I=5V/(820+500)Ω=3.8mA 就 可 以 选 择 V

北 京 晶 川 电 子 ―― 英 飞 凌 中 国 一 级 代 理
www.igbt.cn
图 4:NTC 电 阻 — 温 度 曲 线 图
图 4 以 曲 线 的 形 式 显 示 了 温 度 与 电 阻 值 的 关 系 , 也 可 以 使 用 下 面 的 解 析 函 数 来 描 述 曲 线 :
R
2
⎡ 1 1 ⎤
= R1
• exp ⎢B
• ( − ) ⎥
⎣ T2
T1
⎦
其 中 :B=3375K,R1 =5KΩ,T1=298K,T2 是 检 测 温 度 ( 开 氏 温 标 ),R2 是 在 T2 温 度 时 NTC 的 阻 值 。
北 京 晶 川 电 子 技 术 发 展 有 限 责 任 公 司
电 话 :010-58075050 传 真 :010-58075098