基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方法。IGBT在正常工作过程中会产生大量损耗，该损耗会随着运行功率的增加而显著增加，进而导致IGBT模块内部结温的升高。本发明专利技术采用的技术方案为：对封装在IGBT内的NTC热敏电阻的温度特性进行曲线拟合，得出NTC等效电阻与温度的关系表达式；采用温度实时在线监测系统，将NTC等效电阻对应的温度信号转化为频率信号，并计算出频率与温度的关系表达式，将频率信号进行逻辑控制处理，转换为温度值，上传到上位机，实现温度的实时显示。本发明专利技术用于实现IGBT温升的实时在线检测，提高IGBT在运行时温度状态的获取，达到进一步分析处理IGBT控制逻辑的目的。处理IGBT控制逻辑的目的。处理IGBT控制逻辑的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方法


[0001]本专利技术属于IGBT
，具体地说是一种基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方法。

技术介绍

[0002]直流输电技术具有线路成本低、输电损耗小、供电可靠性高等优点，近年来得到广泛的研究。而直流输电技术的发展离不开电力电子装置的参与。在电力电子装置中，IGBT又以其耐压高、电流大、驱动简单、可靠性高等优点占主导地位。IGBT在正常工作过程中会产生大量损耗，该损耗会随着运行功率的增加而显著增加，进而导致IGBT模块内部结温的升高。器件结温越高，其运行安全裕度越小，结温波动越大，热循环寿命越短。因此，监测功率器件的工作结温对于失效机理分析和寿命预测非常关键。为方便试验人员观测，应能将IGBT结温进行实时显示，从而及时调节电力电子装置的运行功率。
[0003]常见的IGBT结温的采集方法主要有热传感器测量法、红外探测法、电参数间接测量法、电—热耦合仿真分析法等。但热传感器测量法属于接触式，响应速度慢，不能实时测温；红外探测法属于非接触式，可以实时测量温度，但所需要的测量设备较为昂贵，芯片发射率的修正方法较为复杂；电参数间接测量法可以实现温度的实时测量，但属于对IGBT温度等效参数的粗略估算，精确度不高；电—热耦合仿真分析法是基于IGBT模块的电模型和热模型建立起来的，但该种方法在仿真中较为适用，在实际工程中，不能实现对温度的实时测量。
[0004]最近出现了一种利用光纤传感器实测结温的热阻测量法，但该种方法需要将光纤探头植入IGBT模块内部，这对工艺要求较高，并不实用；在考虑IGBT结温、导通压降、导通电流相互影响的基础上，对其V
‑
I特性曲线进行拟合，从而将IGBT等效为符合欧姆定律的电阻模型来对温度进行监测，但该种方法需要考虑因素较多，计算较为复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方法，其用于实现IGBT温升的实时在线检测，获取IGBT在运行时温度状态，以达到进一步分析处理IGBT控制逻辑的目的。
[0006]为此，本专利技术采用如下的技术方案：基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方法，其包括：
[0007]对封装在IGBT内的NTC热敏电阻的温度特性进行曲线拟合，得出NTC等效电阻与温度的关系表达式；
[0008]采用温度实时在线监测系统，将NTC等效电阻对应的温度信号转化为频率信号，并计算出频率与温度的关系表达式，将频率信号进行逻辑控制处理，转换为温度值，上传到上位机，实现温度的实时显示。
[0009]本专利技术提出了一种采用IGBT模块内部自带的负温度系数热敏电阻(NTC)进行温度
实时在线监测的方法，从而实现IGBT结温的实时显示。
[0010]进一步地，所述NTC等效电阻与温度的关系表达式如下：
[0011]R
T
＝9.2241e
‑
0.029T
(1)
[0012]式中，R
T
为NTC的等效电阻，单位为kΩ；T为温度，单位为℃。
[0013]进一步地，所述的温度实时在线监测系统包括温度采样电路、滤波电路、射随电路、压频变换电路、FPGA处理电路和光纤发送接收电路；
[0014]所述的温度采样电路通过电压源和固定电阻与NTC热敏电阻串联，NTC两端则承受随NTC电阻变换的模拟电压信号；滤波电路对模拟电压信号进行滤波；射随电路对经过滤波后的模拟电压信号进行补偿；压频变换电路将补偿后的模拟电压信号转化为频率信号；在FPGA处理电路中，将频率信号转换为所对应的周期时长进行计数，然后根据频率与温度的关系表达式，将不同频率值对应下周期时长计数值量化到温度值；最后利用光纤发送接收电路将此温度值上传到上位机显示。
[0015]更进一步地，FPGA处理电路还包括对量化得到的温度值进行数值超范围报错处理。
[0016]进一步地，所述的温度实时在线监测系统还包括光耦隔离电路；转换后的频率信号实际上是模拟信号，采用光耦隔离电路，将FPGA处理电路和温度采样电路隔离，以有效阻止温度采样电路受到的杂波干扰进入FPGA处理电路中。
[0017]进一步地，在FPGA处理电路接收到频率信号进行预处理过程，温度显示逻辑控制流程启动，先在1s的时间内对频率信号的上升沿进行计数，得到频率值，同时对该频率值是否溢出进行判断，当溢出时，直接报故障上传，当无溢出后，进行4个数据的平均处理，再依据频率与温度的关系表达式将所得的频率值量化成对应的温度值；结合实际应用场合的环境温度、IGBT的安全裕度以及频率温度曲线的准确率，上传至上位机的数据仅显示20℃～110℃的温度范围；当温度值大于110℃时，上位机显示温度值为110℃并报错；当小于20℃时，上位机显示温度值为20℃并报错。
[0018]更进一步地，所述的预处理过程包括时钟同步处理和消抖处理。
[0019]进一步地，滤波电路采用π型LC低通滤波器对模拟电压信号进行滤波。
[0020]进一步地，所述的光耦隔离电路优选为高速光耦芯片。
[0021]进一步地，所述频率与温度的关系表达式如下：
[0022]f
out
＝
‑
107T+14822(3)
[0023]式中，f
out
表示频率。
[0024]本专利技术具有的有益效果如下：本专利技术采用IGBT模块内部自带的负温度系数热敏电阻(NTC)进行温度实时在线监测，可实现IGBT温升的实时在线检测和IGBT结温的实时显示，获取IGBT在运行时温度状态，达到了进一步分析处理IGBT控制逻辑的目的。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术的一些实施例，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。
[0026]图1为本专利技术具体实施方式中NTC等效电阻与温度特性曲线图；
[0027]图2为本专利技术具体实施方式中温度实时在线监测系统的结构框图；
[0028]图3为本专利技术具体实施方式中温度采样电路和射随电路的电路图；
[0029]图4为本专利技术具体实施方式中压频变换电路和光耦隔离电路的电路图；
[0030]图5为本专利技术具体实施方式中频率与温度的特性曲线图；
[0031]图6为本专利技术具体实施方式中温度显示逻辑控制流程图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方法，其特征在于，包括：对封装在IGBT内的NTC热敏电阻的温度特性进行曲线拟合，得出NTC等效电阻与温度的关系表达式；采用温度实时在线监测系统，将NTC等效电阻对应的温度信号转化为频率信号，并计算出频率与温度的关系表达式，将频率信号进行逻辑控制处理，转换为温度值，上传到上位机，实现温度的实时显示。2.根据权利要求1所述的基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方法，其特征在于，所述NTC等效电阻与温度的关系表达式如下：R
T
＝9.2241e
‑
0.029T
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(1)式中，R
T
为NTC的等效电阻，单位为kΩ；T为温度，单位为℃。3.根据权利要求1所述的基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方法，其特征在于，所述的温度实时在线监测系统包括温度采样电路、滤波电路、射随电路、压频变换电路、FPGA处理电路和光纤发送接收电路；所述的温度采样电路通过电压源和固定电阻与NTC热敏电阻串联，NTC两端则承受随NTC电阻变换的模拟电压信号；滤波电路对模拟电压信号进行滤波；射随电路对经过滤波后的模拟电压信号进行补偿；压频变换电路将补偿后的模拟电压信号转化为频率信号；在FPGA处理电路中，将频率信号转换为所对应的周期时长进行计数，然后根据频率与温度的关系表达式，将不同频率值对应下周期时长计数值量化到温度值；最后利用光纤发送接收电路将此温度值上传到上位机显示。4.根据权利要求3所述的基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方法，其特征在于，FPGA处理电路还包括对温度值的数值超范围报错处理。5.根据权利要求3所述的基于NTC热敏电阻的IGBT结温实时在线检测方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆翌，裘鹏，陈骞，杨岳峰，闻福岳，侯伟，张加林，
申请(专利权)人：中电普瑞电力工程有限公司，
类型：发明
国别省市：