一种嵌入式复合型传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种嵌入式复合型传感器，包括电压、电流、温度传感器，MCU单片机，功率半导体芯片,传感器嵌入功率半导体芯片中，电压感应探头紧贴于芯片输入端，电流传感器套入芯片输入端，温度传感器紧靠芯片,传感器和MCU单片机复合于安装基片上,功率半导体芯片安装于散热基板上；包括电压传感、电流传感、温度传感和MCU单片机电路，全部复合于安装基片上形成完整复合体。本发明专利技术从功率半导体芯片部位得到电流、电压、温度控制信号，通过内置MCU单片机处理后反馈到控制中心，能对功率半导体功能模块控制的用电器具工作状态进行处理，保护用电器具与负载安全，克服了现有功率半导体器件无数据输入输出功能的缺陷。

An Embedded Composite Sensor

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式复合型传感器
本专利技术属于工业自动化控制
，涉及功率半导体器件应用领域，涉及数据的采集和传输，特别涉及一种嵌入式复合型传感器。
技术介绍
当前具备自动保护功能的智能单相交流固态继电器、智能三相交流固态继电器、智能直流固态继电器以及IGBT组合控制模块IPM等，已经开始大量应用于工业电机、可控阻性加热器等场合。可以通过设定输出功率精确的控制负载功率，用来调节温度、转速、流量、光亮度等。但现有各种功率半导体组成的IPM功率模块或者智能工业控制器无数据输入、输出功能。目前，工业控制场合需要一种更加智能化的功率半导体器件，要求功率半导体所组成的功率控制器都要能够智能地对所工作的客观条件进行电流、电压、温度的合理感应分析、判断及做出有效的快捷反应和有效地处理，并具备充份保护智能固态继电器器件本身以及负载的安全、高可靠运行的综合能力。并且有一组向数据控制中心输出功率模块所驱动的负载工作状态的信号，以满足工业自动化生产的需要，以完成数据的采集和传输，通过处理数据最终实现对数据的综合利用。
技术实现思路
针对现有技术的不足与市场的现实需求，本专利技术提供了一种嵌入式复合型传感器，通过将传感器嵌入于各种功率半导体器件中组成智能工业功率控制模块，以感应采集各种基础数据。功率半导体器件包括可控硅器件、IGBT及各种新型宽禁带半导体功率器件，基础嵌入式复合传感器可感应采集电流、电压、温度三个基础传输参数，并可根据实际工作需要植入振动、压力等其它所需要感应采集的信息。其可以应用于各种功率半导体组成的IPM功率模块或者智能工业控制器，使得在工业自动化信息控制中能够与制造执行管理系统良好对接基层数据，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好操控方法和企业信息管理。同时，也为物联网、大数据信息反馈提供了良好的信息基础。嵌入式复合型传感器具备从功率半导体芯片部位得到电流、电压、温度等控制信号，并可根据实际工作需要植入振动、压力等其它所需要感应的信息,通过其内置的MCU单片机处理后接入各种通讯协议的I/O接口，并通过数据总线用采用有线或无线的方式反馈到控制中心的双向通信功能，能对功率半导体组成的各种功能模块所控制的用电器具的即时工作状态工作数据进行处理，从而，综合保护用电器具与负载的工作状态以克服现有各种功率半导体组成的IPM功率模块或者智能工业控制器无数据输入、输出功能的缺陷。采用的具体技术方案如下：一种嵌入式复合型传感器，包括电压、电流、温度传感器，MCU单片机，功率半导体芯片；所述电压、电流、温度传感器一端嵌入功率半导体芯片中，另一端，电压感应探头紧贴于功率半导体芯片输入端，电流传感器套入功率半导体芯片输入端，温度传感器紧靠功率半导体芯片；所述电压、电流、温度传感器和所述MCU单片机复合设置于一块安装基片上，所述安装基片设置在功率半导体芯片上，所述功率半导体芯片安装于功率半导体芯片散热基板上；所述温度传感获得功率半导体芯片的工作温度，所述电压、电流传感器获得动态与静态的工作信息；电路包括电压传感、电流传感、温度传感和MCU单片机四部分电路，全部复合于安装基片之上形成一个完整复合体；电压传感、电流传感、温度传感同步向MCU单片机输出从功率半导体芯片所感应到的电压信号、电流信号、温度信号；MCU单片机通过所设定程序分析判定，对内发出工作控制指令，对外传输即时工作电流、电压、温度的信息；电压传感电路部分包括虚拟电容(C1)、电容(C2)、电阻(R1)，其中，虚拟电容(C1)由电压感应探头紧贴于功率半导体器件输入端形成，电容(C2)、电阻(R1)是MOSFET管Q1的G脚快速释放，快速测得动态电压，在电源(VCC)作用下MOSFET管Q1线性放大，在电阻(R2)处输出一个电压信号(V1)到MCU单片机(U1)；电流传感电路部分包括电流传感器(L1)、电阻(R3)、电阻(R4)，其中，环形电流传感器(L1)套入功率半导体器件输入端，当通过工作电流时在环形电流传感器(L1)上感应出一个相比例电压，通过电阻(R3)、电阻(R4)分压，输出电流信号(V2)到MCU单片机(U1)，输出(VP2)直接触发短路保护电路；温度传感电路部分直接用温度传感器(U2)接近功率半导体芯片，输出温度信号(V3)到MCU单片机(U1)；MCU单片机(U1)按设定程序对信号进行复合运算处理；所述MCU单片机设有外部数据通信接口，通过有线或无线的数据传输方式，接收外部控制信号，反馈内部数据至外部设备，实现双向通信功能。进一步，所述安装基片为微型陶瓷覆铜板(DBC)。进一步，所述电流传感器为环形电流传感器，具有过流保护功能。进一步，MCU单片机预留信号输入接口，以便外部信息信号输入。进一步，所述外部信息信号包括压力、振动、红外温度和视觉信号。进一步，所述复合运算处理包括故障检测、温度补偿。进一步，所述MCU单片机能产生一个个体所具备的唯一代码，以便于故障检修定位。进一步，所述MCU单片机内部具有自校零、自标定、自校正功能。进一步，用一组电源供电，输出多个复合工作状态端采集的输出信号。采用的技术方案的结构、原理和实现的功能及有益效果，描述如下：一种嵌入式复合型传感器，把电压、电流、温度基本传感器或所需要的其它传感器加MCU单片机复合于微型DBC(陶瓷复铜板)之上，可根据各种不同的功率等级嵌入于功率半导体组成的各种功能模块之中，包括，单个嵌入式复合型传感器个体具备唯一代码，在MCU单片机协作下可对输入工作信号采集、输出工作信号采集、工作状态信号采集和各种采集信号逻辑表现及处理方法。单个嵌入式复合型传感器个体具备唯一代码，以便于故障检修定位。嵌入式复合传感器嵌入于各种形式的功率半导体内部，温度传感可获得各种功率半导体芯片的直接工作温度，电压、电流传感器紧贴在各种功率半导体输入端，获得动态与静态的工作信息。嵌入式复合型传感器可以同时采集工作电流、电压、温度等的即时信息，在MCU作用下先进行内部运算，包括故障检测、温度补偿等功能。可以对嵌入式复合型传感器和MCU用一组供电，输出多个复合工作状态端采集的输出信号。嵌入式复合型传感器中的电流传感器具有过流保护功能，当出现短路现象，不再通过MCU运算，则在微秒级直接控制功率半导体器件关断，确保功率半导体器件与用电器器具安全。嵌入式复合型传感器内MCU单片机可留有相关输入接口，接入实际工况需要处理的压力、振动、红外温度和视觉等信息进入复合运算处理。在单片机MCU处理下能自校零、自标定、自校正功能。各种功率半导体器件(模块)应首要具备有工作全过程中间监控保护状态，也就是智能的对所工作的客观条件进行电流、电压、温度合理感应分析、判断及有效快捷反应和有效地处理，并具备充份保护各种功率半导体器件(模块)本身和负载安全、高可靠运行的综合能力。并有一组向控制中心输出各种功率半导体器件(模块)所驱动的负载工作状态的信号，在工业大数据比对下进行预检预警，以满足工业数据化生产精细管理的基础数据需要。各种功率半导体器件(模块)一般有以下几种控制方式，AC-DC(交流变直流)，DC-DC(直流变直流)，DC-AC(直流变交流、变频)等。控制模式有交(直)单向功率半导体器件(模块)与三相交(直)流功率半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：电压、电流、温度传感器，MCU单片机，功率半导体芯片；所述电压、电流、温度传感器一端嵌入功率半导体芯片中，另一端，电压感应探头紧贴于功率半导体芯片输入端，电流传感器套入功率半导体芯片输入端，温度传感器紧靠功率半导体芯片；所述电压、电流、温度传感器和所述MCU单片机复合设置于一块安装基片上，所述安装基片设置在功率半导体芯片上，所述功率半导体芯片安装于功率半导体芯片散热基板上；所述温度传感获得功率半导体芯片的工作温度，所述电压、电流传感器获得动态与静态的工作信息；电路包括电压传感、电流传感、温度传感和MCU单片机四部分电路，全部复合于安装基片之上形成一个完整复合体；电压传感、电流传感、温度传感同步向MCU单片机输出从功率半导体芯片所感应到的电压信号、电流信号、温度信号；MCU单片机通过所设定程序分析判定，对内发出工作控制指令，对外传输即时工作电流、电压、温度的信息；电压传感电路部分包括虚拟电容(C1)、电容(C2)、电阻(R1)，其中，虚拟电容(C1)由电压感应探头紧贴于功率半导体器件输入端形成，电容(C2)、电阻(R1)是MOSFET管Q1的G脚快速释放，快速测得动态电压，在电源(VCC)作用下MOSFET管Q1线性放大，在电阻(R2)处输出一个电压信号(V1)到MCU单片机(U1)；电流传感电路部分包括电流传感器(L1)、电阻(R3)、电阻(R4)，其中，环形电流传感器(L1)套入功率半导体器件输入端，当通过工作电流时在环形电流传感器(L1)上感应出一个相比例电压，通过电阻(R3)、电阻(R4)分压，输出电流信号(V2)到MCU单片机(U1)，输出(VP2)直接触发短路保护电路；温度传感电路部分直接用温度传感器(U2)接近功率半导体芯片，输出温度信号(V3)到MCU单片机(U1)；MCU单片机(U1)按设定程序对信号进行复合运算处理；所述MCU单片机设有外部数据通信接口，通过有线或无线的数据传输方式，接收外部控制信号，反馈内部数据至外部设备，实现双向通信功能。...

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式复合型传感器，其特征在于，包括：电压、电流、温度传感器，MCU单片机，功率半导体芯片；所述电压、电流、温度传感器一端嵌入功率半导体芯片中，另一端，电压感应探头紧贴于功率半导体芯片输入端，电流传感器套入功率半导体芯片输入端，温度传感器紧靠功率半导体芯片；所述电压、电流、温度传感器和所述MCU单片机复合设置于一块安装基片上，所述安装基片设置在功率半导体芯片上，所述功率半导体芯片安装于功率半导体芯片散热基板上；所述温度传感获得功率半导体芯片的工作温度，所述电压、电流传感器获得动态与静态的工作信息；电路包括电压传感、电流传感、温度传感和MCU单片机四部分电路，全部复合于安装基片之上形成一个完整复合体；电压传感、电流传感、温度传感同步向MCU单片机输出从功率半导体芯片所感应到的电压信号、电流信号、温度信号；MCU单片机通过所设定程序分析判定，对内发出工作控制指令，对外传输即时工作电流、电压、温度的信息；电压传感电路部分包括虚拟电容(C1)、电容(C2)、电阻(R1)，其中，虚拟电容(C1)由电压感应探头紧贴于功率半导体器件输入端形成，电容(C2)、电阻(R1)是MOSFET管Q1的G脚快速释放，快速测得动态电压，在电源(VCC)作用下MOSFET管Q1线性放大，在电阻(R2)处输出一个电压信号(V1)到MCU单片机(U1)；电流传感电路部分包括电流传感器(L1)、电阻(R3)、电阻(R4)，其中，环形电流传感器(L1)套入功率半导体器件输入端，当通过工作电流时在环形电流传感器(L1)上感应出一个相比例电压，通过电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨友林，陈勤华，罗麒郦，
申请(专利权)人：杨友林，陈勤华，罗麒郦，
类型：发明
国别省市：上海,31