一种桥臂结温检测装置、方法和空调转让专利
申请号 : CN202110784017.0
文献号 : CN113551796B
文献日 : 2022-04-26
发明人 : 周伟 , 苏兆华 , 刘超 , 万如 , 姜学想 , 张杰添
申请人 : 珠海格力电器股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种桥臂结温检测装置,每个桥臂包括上桥臂和下桥臂,下桥臂的漏极与上桥臂的源极相连,所述装置包括:NTC电阻、高压二极管、分压电阻和控制模块,其中所述下桥臂的漏极与NTC电阻的一端相连接,所述NTC电阻的另一端与高压二极管的阴极相连,所述高压二极管的阳极连接至分压电阻的第一端,分压电阻的另一端连接至源电压;
其中所述装置还包括控制模块,所述控制模块的电压采样正端连接在高压二极管的阳极和分压电阻的第一端之间,用于检测所述桥臂的结温。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,在所述下桥臂的漏极接近内部晶圆结温的引脚大面积铺设铜箔,将所述NTC电阻的一端设置在铜箔上方。
3.根据权利要求1所述的装置,所述控制模块电压参考地与下桥臂的源极相连,该连接点作为电压参考基准地。
4.根据权利要求1所述的装置,其中,当所述下桥臂关断时,所述高压二极管反向截止,所述控制模块电压采样正端的电压为源电压。
5.根据权利要求1所述的装置,其中,所述控制模块在有下桥臂开通的PWM信号时,根据MCU检测到的电压减去所述高压二极管上的压降和下桥臂FET管的压降得到NTC电阻两端的电压,并根据NTC的电压温度曲线来获得所述桥臂的结温。
6.根据权利要求1所述的装置,其中,所述控制模块检测到所述桥臂的结温在预定的阈值范围内时,对所述桥臂进行功率限制;
所述控制模块检测到所述桥臂的结温超过所述阈值范围的上限值时,对所述桥臂执行停机保护。
7.根据权利要求6所述的装置,其中,所述预定的阈值范围为120℃至150℃。
8.一种桥臂结温检测装置的控制方法,其中所述桥臂检测结温装置为权利要求1‑7任一项所述的装置,所述方法包括:所述控制模块通过驱动信号输出控制所述桥臂中的场效应管的开始开关动作;
当所述桥臂的下桥臂的驱动信号为高电平时,所述下桥臂开通,所述控制模块检测NTC电阻两端的电压;
所述控制模块根据MCU检测到的电压减去所述高压二极管上的压降和下桥臂FET管的压降得到NTC电阻两端的电压,并根据NTC的电压温度曲线来获得所述桥臂的结温;
当所述结温超过预设的温度阈值时,通过执行功率限制使得所述结温降低至预设温度阈值以下。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述驱动信号为PWM信号,通过减少PWM信号的占空比来执行功率限制。
10.一种IPM桥臂结温检测装置,其中所述IPM包括多个桥臂,每个桥臂包括上桥臂和下桥臂,下桥臂的漏极与上桥臂的源极相连,所述装置包括:NTC电阻、高压二极管、分压电阻和控制模块,
其中所述每个桥臂的下桥臂的漏极与NTC电阻的一端相连接,所述NTC电阻的另一端与高压二极管的阴极相连,所述高压二极管的阳极连接至分压电阻的第一端,分压电阻的另一端连接至源电压;
其中所述装置还包括控制模块,所述控制模块的电压采样正端连接在所述每个桥臂的高压二极管的阳极和分压电阻的第一端之间,用于检测每个桥臂的结温。
11.一种分立器件桥臂结温检测装置,其中所述分立器件包括三相桥臂电路,其中每个桥臂包括上桥臂和下桥臂,下桥臂的漏极与上桥臂的源极相连,所述装置包括:NTC电阻、高压二极管、分压电阻和控制模块,其中所述每个桥臂的下桥臂的漏极与NTC电阻的一端相连接,所述NTC电阻的另一端与高压二极管的阴极相连,所述高压二极管的阳极连接至分压电阻的第一端,分压电阻的另一端连接至源电压;
其中所述装置还包括控制模块,所述控制模块的电压采样正端连接在所述每个桥臂的高压二极管的阳极和分压电阻的第一端之间,用于检测每个桥臂的结温。
12.一种空调,其采用权利要求8‑9中任一项所述的方法,或包括权利要求1‑7,10,11任一项所述的装置。
说明书 :
一种桥臂结温检测装置、方法和空调
技术领域
背景技术
抗、高开关频率和低驱动功率的优点。在IPM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路,使用
起来方便,不仅减少了系统的体积,缩短了开发时间,也增强了系统的可靠性,适应了当今
功率器件的发展方向,IPM在功率电子领域得到了越来越广泛的应用。
直流风机。但是目前从售后反馈的情况来看,每年因为IPM(或分立三相桥式逆变电路)三相
逆变桥臂内部集成的FET(场效应晶体管)功率器件温度过高导致器件烧毁失效的案例逐年
升高,空调实现全部变频化之后将面临更大的压力。因此现有技术需要一种IPM的桥臂结温
检测解决方案。
发明内容
温,解决行业内只能通过检测器件表面温度近似折算结温的技术难题。本发明的方案能够
实现所有器件实时检测结温,并且在结温过高的情况下智能调节整机功率,避免损伤器件。
接至源电压;
二极管反向截止,所述控制模块的电压采样正端的电压为源电压。
压,并根据NTC的电压温度曲线来获得所述桥臂的结温。
阈值范围的上限值时,对所述桥臂执行停机保护。
桥臂中的场效应管的开始开关动作;当所述桥臂的下桥臂的驱动信号为高电平时,所述下
桥臂开通,所述控制模块检测NTC电阻两端的电压;所述控制模块根据MCU检测到的电压减
去所述二极管上的压降和下桥臂FET管的压降得到NTC电阻两端的电压,并根据NTC的电压
温度曲线来获得所述桥臂的结温;当所述结温超过预设的温度阈值时,通过执行功率限制
使得所述结温降低至预设温度阈值以下。
电阻、高压二极管、分压电阻和控制模块,其中所述每个桥臂的下桥臂的漏极与NTC电阻的
一端相连接,所述NTC电阻的另一端与高压二极管的阴极相连,所述高压二级管的阳极连接
至分压电阻的第一端,分压电阻的另一端连接至源电压;其中所述装置还包括控制模块,所
述控制模块的电压采样正端连接在所述每个桥臂的高压二级管的阳极和分压电阻的第一
端之间,用于检测每个桥臂的结温。
所述装置包括:NTC电阻、高压二极管、分压电阻和控制模块,其中所述每个桥臂的下桥臂的
漏极与NTC电阻的一端相连接,所述NTC电阻的另一端与高压二极管的阴极相连,所述高压
二级管的阳极连接至分压电阻的第一端,分压电阻的另一端连接至源电压;其中所述装置
还包括控制模块,所述控制模块的电压采样正端连接在所述每个桥臂的高压二级管的阳极
和分压电阻的第一端之间,用于检测每个桥臂的结温。
达到保护器件的目的,同时提高了器件寿命,极大降低产品售后故障率,为公司节省了大量
售后成本,消除了因为器件烧毁导致的安全隐患。
附图说明
通技术人员而言,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。
具体实施例
等不受该词语的限制。除非另有定义,本文中使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有
与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含意相同的含意。如在常用词典中定义
的那些术语被解释为具有与相关技术领域中的上下文含意相同的含意,而不被解释为具有
理想或过于正式的含意,除非在本发明中被明确定义为具有这样的含意。
性实施例所说明或描述的特征可与其他实施例的特征组合。这种修改和变化包括在本发明
的范围内。
附图标记始终指代相同的电路、模块或单元,并且为了简洁,省略对相同电路、模块或单元
的重复描述。
理器的硬件设备,存储器或者计算机可读存储介质配置成存储程序指令,而处理器具体配
置成执行程序指令以执行将在以下进一步描述的一个或更多进程。而且,应当理解,正如本
领域普通技术人员将意识到的,以下方法可以通过包括处理器并结合一个或多个其他部件
来执行。
最关键的还是内部晶圆的温度,器件表面温度并不完全能反映出内部晶圆的结温,因此器
件在有些极限的工作条件下很容易造成结温过高导致器件烧毁。因此必须要对这些功率器
件的结温有比较精准的监测,并在内部晶圆结温较高的情况下对空调整机进行功率限制,
以此来确保整机可靠性。目前的FET(场效应晶体管)器件漏极引脚与内部晶圆直接连接并
且引脚与晶圆之间的热阻可以忽略不计,同时因为漏极由于通过大电流,所以测试该电极
上面的温度基本上就是器件内部晶圆结温,但是这种桥式结构电路由于上桥源极和下桥漏
极连接点的电位随着器件的开关会出现浮动(在高压与GND之间跳变)并且该引脚电压较
高,而系统中的MCU通常都是工作在低压小信号情况下,因此对温度采样带来了极大的难
度,传统的分压式采样电路并不能直接检测温度,因此需要对现有的采样电路进行相应的
改进。
一端连接至源电压;其中所述装置还包括控制模块(即主控芯片),所述控制模块的电压采
样正端连接在高压二级管的阳极和分压电阻的第一端之间,用于检测IPM桥臂的结温。
积铺铜,使得器件内部晶圆结温与该引脚上的温度基本一致,因为二者内部都是直接连接
的,所以二者之间的热阻可以忽略不计。将NTC电阻(负温度系数热敏电阻)一端置于该铜箔
上方与漏极引脚相连,使其能够检测该引脚上的温度。通过与分压电阻串联搭建分压电路,
由于NTC电阻是负温度系数,在温度升高的情况下电阻值会变小,因此采样点的电压会随着
温度升高而降低。
所以NTC上的电压也是高压,因此高压二极管截止,采样点的电压就是上拉的3.3V(标准参
考电压),所以此时的采样电压并不是NTC上的电压,所得出来的温度也不是器件内部结温。
因此MCU的采样电路接口(即电压采样正端)必须要工作在下桥FET开通的时候,当MCU给出
下桥的PWM信号时,下桥FET开通,此时NTC电阻与下桥漏极引脚连接点被拉到GND,此时NTC
电阻上会流过一定的电流,MCU通过检测NTC两端电压得到此时NTC电阻的温度,从而得到器
件内部晶圆的温度。MCU电压参考地与下桥臂的源极相连,该连接点作为整个控制系统的电
压参考基准地。其中在MCU检测结温的过程中,检测到的电压是NTC电阻电压+高压二极管正
向压降(这个电压通常为0.5V)+下桥臂FET导通压降(这个电压通常为1.2V‑1.5V之间),所
以NTC上的电压为MCU检测到的电压减去二极管压降减去FET管压降。该采样电路相比目前
所用的温度检测关键的创新点是NTC电阻与分压电阻之间加入一个高压二极管,利用二极
管的反向截止特性,当下桥关断时NTC电阻上的电压很高,导致二极管反向截止,此时芯片
AD口的电压只有3.3V,这样就不会导致MCU高压损坏。
到NTC电阻的温度,进而得到器件内部结温。一般的功率器件为了保证其可靠性以及寿命,
行业认为其内部晶圆结温不能超过150℃,因此当器件结温接近150℃时必须要进行停机保
护,使其温度下降。因此在采集到器件内部结温T之后,当120℃≤T≤150℃,此时MCU判断出
器件结温较高,需要进行功率限制,减小PWM信号的占空比。当检测到T>150℃,此时MUC判
断器件有损坏的可能,必须进行停机保护。
驱动信号为高电平时,下桥开通,此时检测NTC电阻两端的电压;根据MCU检测到的电压减去
所述二极管上的压降和下桥臂FET管的压降得到NTC电阻两端的电压,并根据NTC的电压温
度曲线来获得所述桥臂的结温;所述控制模块将检测到的电压数据与NTC电阻的温度‑电压
曲线进行匹配,得到包含所述下桥臂的IPM桥臂的器件晶圆结温;当所述结温超过预设的温
度阈值时,通过执行功率限制使得所述结温降低至预设温度阈值以下。其中所述驱动信号
为PWM信号,通过减少PWM信号的占空比来执行功率限制。
超过所述阈值范围的上限值时,对IPM桥臂执行停机保护,其中预定的阈值范围为120℃≤T
≤150℃,当120℃≤T≤150℃,此时MCU判断出器件结温较高,需要进行功率限制,减小PWM
信号的占空比。当检测到T>150℃,此时MUC判断器件有损坏的可能,必须进行停机保护。
故一般的热敏温度检测电路无法用于此处的温度检测,现通过搭载全新的电路及检测逻
辑,上桥导通下桥关断,为强电时,通过二极管进行钳位保护,且此时不进行温度检测,下桥
导通上桥关断时,此时该引脚为弱电,控制模块此时进行温度检测。因此,本发明的方案在
检测逻辑上通过搭载检测逻辑使得仅在续流点进行检测,能够屏蔽强电干扰。
上桥臂和下桥臂,下桥臂的漏极与上桥臂的源极相连,所述装置包括:NTC电阻、高压二极
管、分压电阻和控制模块,
的另一端连接至源电压;
质。具体地,主控系统或控制模块可以包括微控制器MCU,主控芯片或处理器可以诸如但不
限于一个或多个单核或多核处理器。(一个或多个)处理器可包括通用处理器和专用处理器
(例如,图形处理器、应用处理器等)的任何组合。处理器可与其耦接和/或可包括计存储器/
存储装置,并且可被配置为执行存储在存储器/存储装置中的指令,以实现在本发明中控制
器上运行的各种应用和/或操作系统。
的描述中实现修改。此外,本领域技术人员可以删除一些本文描述的组成元件而不使性能
劣化,或者可以添加其它的组成元件以提高性能。此外,本领域技术人员可以根据工艺或设
备的环境来改变本文描述的方法的步骤的顺序。因此,本发明的范围不应该由上文描述的
实施例来确定,而是由权利要求及其等同形式来确定。
的各种修改和等同配置。