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          NTC温度传感器测量IGBT模块温度

          IGBT模块变流器装置中,最关键的参数之一是IGBT芯片的温度。直接测量的办法是将温度传感器安装在芯片上或者成为芯片的一部分。如此做将会减少承载芯片电流能力的有效区域。一个可行的替代方案用来确定芯片的温度,从测量基板的温度作为一个已知点开始,使用热模型计算IGBT温度。在许多英飞凌的电力电子模块中,通常集成了热敏电阻,也称之为NTC,作为一个温度传感器以简化精确的温度测量的设计。文章来源:http://www.minaco-uk.com/sr/169.html
          IGBT一些新封装结构的模块中,内部封装有温度传感器(NTC)。如功率集成模块(PIM);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)。模块内封装的NTC参数完全相同。NTC是安装在硅片的附近以实现紧密的热耦合,根据不同的模块,可将用于测量模块壳温的温度传感器与芯片直接封装在同一个陶瓷基板(DCB)上,也可以将NTC安装在一个单独的基板上,大大简化模块壳温的测量过程,如下图所示。转载请注明出处:http://www.minaco-uk.com/
          NTC安装在一个单独的基板上
          图1 NTC inside theEconoDUAL™3 mounted on a separate DCB close to the IGBT
          NTC inside a module without baseplate, mounted close to the silicon
          图2 NTC inside a module without baseplate, mounted close to the silicon
          图3所示,NTC与IGB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IBGT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。
          如图4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。
          陶瓷基板横切面
          图3 陶瓷基板横切面
          最差的故障管壳
          图4 最差的故障管壳
          1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,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5所示。
          应用光耦IL300进行安全隔离
          图5 应用光耦IL300进行安全隔离
          在隔离失效的情况下,可能会在高压与NTC之间产生一个通路,如下图所示:
          Conducting path in case of failure
          Conducting path in case of failure
          该通路可能是在失效事件中移动的键合线改变位置造成,或者失效事件中电弧放电产生的等离子体通道。因此,内部NTC的隔离只能满足功能隔离。如果需要加强隔离,需要在外部添加额外的隔离层。在最近几年中,以下几种方法已被证明是可行的选择,其中:
          • Having the control designed with reference to the high voltage and add an isolation barrier between touchable parts and the whole control electronic
          • Use analog amplifiers with internal isolation barrier to sense the voltage across the NTC
          • Transfer the NTC’s voltage to a digital information that can be transported to the control by means of isolating elements like magnetic or optic couplers
          尽管在一般应用中,NTC的功能性隔离已经足够,但是在特殊场合设计中应该检查所有的隔离要求是否都可以满足。
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