一种带热敏电阻IGBT模块的温度检测和过温保护装置的制作方法

本实用新型涉及一种温度检测装置，尤其涉及一种带热敏电阻igbt模块的温度检测装置。
背景技术：
：绝缘栅双极型晶体管(igbt)是一种广泛应用的功率半导体器件。igbt模块经常由于过温而失效，这严重影响其使用寿命，进而影响其所在系统的可靠性。目前，对于带热敏电阻igbt模块的结温检测，需要利用热敏电阻阻值与热敏电阻所在环境温度的关系式，通过测量得到的热敏电阻的阻值获得igbt模块的结温。但是，热敏电阻的阻值与温度之间为对数关系，通过热敏电阻的阻值获得igbt模块的结温需经过较为复杂的数学运算，因此对温度测量装置中的处理器的计算能力要求较高，使得装置成本高、功耗大。技术实现要素：本实用新型要解决的问题是针对带热敏电阻igbt模块的结温检测装置中对处理器计算能力要求高的问题，提供一种带热敏电阻igbt模块的温度检测装置。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种带热敏电阻igbt模块的温度检测装置，所述热敏电阻rt一端与第一电源端电连接；所述温度检测装置包括采样电阻rs、并行信号采集单元、控制器、k个电压比较器，k≥2；所述采样电阻rs一端与热敏电阻rt另一端电连接，所述采样电阻rs另一端接地；每个电压比较器的一个输入端相互电连接且均与第一参考电压端vr1电连接，所述电压比较器的一个输入端为同相输入端或反相输入端；所述采样电阻rs一端与第1个电压比较器a1的另一个输入端电连接，第i个电压比较器ai的另一个输入端与第i+1个电压比较器ai+1的另一个输入端之间通过电阻ri相互电连接，1≤i≤k-1，第k个电压比较器ak的另一个输入端通过电阻rk接地，电阻r1、r2、……、rk相互串联；k个电压比较器的输出端分别与并行信号采集单元的不同并行输入端对应电连接，所述并行信号采集单元的输出端与控制器的输入端电连接。本实用新型中，当igbt模块的结温不同时，热敏电阻rt的电阻值也会对应有不同的值，使得采样电阻rs一端(即热敏电阻rt另一端)的电压值对应不同的值。相互串联的k个电阻r1、r2、……、rk对采样电阻rs一端(即热敏电阻rt另一端)的电压进行分压，得到k个电压比较器的另一个输入端的电压值，k个电压比较器的一个输入端与同一个第一参考电压端vr1电连接，各个电压比较器将其两个输入端的电压进行比较后，输出高电平或低电平。k个电压比较器的输出值通过并行信号采集单元进行采集并传送给控制器。通过对k个电压比较器的输出电平进行采集，即可确定采样电阻一端的电压值所处的电压范围，即可确定热敏电阻两端的电压范围，从而可以确定热敏电阻的阻值范围，即可得到igbt模块的结温范围。通过设置多个电压比较器，可以检测由高到低的多个温度范围，从而可以获得较为准确的igbt模块的结温信息。本实用新型中，不通过复杂的对数关系式计算准确的温度值，而是直接得到温度的范围，对控制器的要求低，工作过程中的功耗低。进一步地，所述并行信号采集单元为将并行输入信号转换为串行输出信号的转换器，所述并行信号采集单元的串行输出端与控制器的串行输入端电连接；或所述并行信号采集单元集成在控制器内，所述控制器具有至少k个并行输入端，所述控制器的k个并行输入端分别与k个电压比较器的输出端对应电连接。本实用新型中，利用并行输入/串行输出的转换器对电压比较器的输出信号进行采集并转换为串行输出结果，再传送给控制器，可以节省控制器的硬件资源。进一步地，所述转换器为移位寄存器。进一步地，所述采样电阻rs一端与第1个电压比较器a1的另一个输入端之间通过滤波电路电连接。进一步地，所述滤波电路与第1个电压比较器a1的另一个输入端之间通过电压跟随器电连接。通过设置电压跟随器，可以增强装置的带负载能力。进一步地，k个电压比较器的输出端均通过上拉电阻ru与第二电源端vc2电连接，第一电源端vc1的供电电源、第二电源端vc2的供电电源为共地的电源或同一电源。进一步地，所述控制器为单片机、dsp或fpga。本实用新型还提供一种带热敏电阻igbt模块的过温保护装置，包括上述任一项所述的温度检测装置，所述控制器通过变频器与igbt模块的散热风机控制单元电连接。本实用新型中，通过设置变频器、散热风机控制单元，从而可以在igbt模块结温处于不同范围时，利用单片机通过变频器控制散热风机控制单元，使得散热风机处于不同的功率，从而在温度高时可以使得散热风机工作在大功率下从而实现快速降温的效果，而在温度较低时，可以采用较小功率，实现节能。进一步地，所述电压比较器的一个输入端为同相输入端，所述过温保护装置还包括与门电路，所述与门电路的一个输入端与控制器的信号控制端对应电连接，所述与门电路的输出端与igbt模块的驱动端电连接；当所述热敏电阻rt为负温度系数电阻时，所述门电路的另一个输入端与第k个电压比较器ak的输出端电连接；当所述热敏电阻rt为正温度系数电阻时，所述门电路(50)的另一个输入端与第1个电压比较器a1的输出端电连接。若热敏电阻为负温度系数电阻，则若第k个电压比较器ak输出低电平，则说明经过k个电阻的分压后使得第k个电压比较器ak的反相输入端的电压值大于第一参考电压端vr1的电压值，说明第采样电阻rs一端的电压值已高于某个电压值，即热敏电阻rt的电阻值小于某个电阻值，即说明igbt模块结温已高于本装置可以检测的最大温度值，则通过与门电路，使得与门电路的输出必然为低电平，则可以利用igbt模块的驱动端使得igbt模块停止工作，保证安全。热敏电阻为正温度系数电阻时，原理可进行类比。本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型的温度检测装置中的控制器无须实时采集温度信号的模拟量且无需运行复杂的指数函数等运算，减少了控制器的任务量，提高了控制器的可靠性；同时控制器无需采用高级处理器，采用普通的单片机即可，节省了控制器的硬件成本。本实用新型的过温保护装置中，可以通过igbt模块的温度范围决定变频器的输出功率大小，这样可以节约电能并且可以提高散热风机的寿命。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实用新型实施例的温度检测装置的整体电路结构示意图；图2是本实用新型实施例的温度检测装置的滤波模块、电压跟随器与igbt模块中的热敏电阻、采样电阻的电路连接示意图；图3是本实用新型实施例的温度检测装置的串联电阻单元、电压比较单元、控制器的电路连接示意图；图4是当k＝8时图3的电路连接示意图；图5是本实用新型实施例的过温保护装置的控制器、与门电路、变频器、散热风机控制单元的电路连接示意图。上述附图中，10、控制器，20、并行信号采集单元，30、变频器，40、散热风机控制单元，50、门电路，60、电压跟随器，70、滤波电路，80、串联电阻单元，90、电压比较单元。具体实施方式下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。如图1-4所示，本实用新型提供一种带热敏电阻igbt模块的温度检测装置。温度检测装置包括控制器10、并行信号采集单元20、电压跟随器60、滤波电路70、串联电阻单元80、电压比较单元90。图2的m1端与图3的m1端为同一个端点。图3的m2端、m3端分别与图5中的m2端、m3端为同一个端点。图5中的m4端为igbt模块的驱动端。igbt模块的热敏电阻rt一端、另一端分别与第一电源端vc1、采样电阻rs一端对应电连接，所述采样电阻rs另一端接地。电阻rt为igbt内部的热敏电阻，rs为与热敏电阻串联的采样电阻，rt和rs串联后接至第一电源端vc1。第一电源端vc1可采用3.3v电源。为了提高采样精度，第一电源端vc1可采用线性电源供电或标准参考电源供电。采样电阻rs的阻值可根据希望检测的最低温度值、热敏电阻rt在该最低温度值时的阻值、第一参考电压端vr1的电压值、第一电压端vc1的电压值进行设定。本实施例中，最低可检测温度可设为85℃，第一参考电压端vr1的电压值可设为2.048v。为了保证在85℃时，电压跟随器60的输出电压能够大于2.048v，电阻rs可设定为1197.2ω。滤波电路70可采用低通滤波电路。滤波电路70包括滤波电阻rc1、滤波电容c1。滤波电阻rc1的一端与采样电阻rs一端电连接。滤波电阻rc1另一端、滤波电容c1一端、电压跟随器60的同相输入端电连接。滤波电容c1另一端接地。电压跟随器60的反相输入端与其输出端电连接。电阻rc1和电容c1组成低通滤波器，主要用于滤除外界传导或者辐射的高频干扰，因为此处温度采样信号为直流电压，所以此处低通滤波器的截止频率定为40hz，经计算此处rc1＝10kω，c1＝400000pf。由运放组成的电压跟随器60，主要起增强带负载能力的作用，电压跟随器60输出所带的负载为串联电阻单元80中各个电阻串联后总电阻。串联电阻单元80包括相互串联的电阻r1、r2、……、rk。电压比较单元90包括k个电压比较器，k≥2。各个电压比较器为集电极开路输出的比较器。串联电阻单元80中各个电阻的阻值可根据希望检测的最低温度值、最高温度值、各个希望检测的温度范围、热敏电阻rt在上述各个温度值时的阻值、第一参考电压端vr1的电压值、第一电压端vc1的电压值进行设定。每个电压比较器的同相输入端相互电连接且均与第一参考电压端vr1电连接。电压跟随器60的输出端与第1个电压比较器a1的反相输入端电连接，第i个电压比较器ai的反相输入端与第i+1个电压比较器ai+1的反相输入端之间通过电阻ri相互电连接，1≤i≤7，第8个电压比较器a8的反相输入端通过电阻r8接地，电阻r1、r2、……、r8相互串联。k个电压比较器的输出端分别与并行信号采集单元20的不同并行输入端对应电连接，所述并行信号采集单元20的输出端与控制器10的输入端电连接。表1temp.(℃)rtyp(kω)rmin(kω)rmax(kω)bvalue(k)-4099.0984.46116.03194-3575.1764.4687.443207-3057.5449.6366.553220-2544.4438.5451.103233-2034.6030.1839.583245-1527.1623.8130.913256-1021.4818.9224.323268-517.1115.1419.283279013.7212.2015.393288511.089.89512.373299109.0018.07410.013309157.3576.6278.1473318206.0485.4706.6713326255.0004.5395.494-304.1563.7874.5493342353.4723.1753.7863351402.9142.6753.1683361452.4582.2642.6633368502.0831.9242.2493375551.7731.6431.9083381601.5151.4081.6253389651.3001.2121.3913395701.1201.0471.1943402750.96830.90821.0303408800.84040.79030.89143414850.73190.69020.77433420900.63970.60470.67493425950.56080.53160.590334311000.49330.46870.517934361050.43520.41250.458034411100.38510.36420.406334461150.34180.32250.361434501200.30420.28640.322334541250.27140.25500.288234591300.24280.22770.258434631350.21780.20380.232334671400.19590.18290.209334701450.17650.16450.189034741500.15950.14830.17113477此处以k＝8为例进行说明。希望检测的温度值为8个值，希望检测的温度范围分为9档：第一档为85℃以下，第二档为85℃～90℃，第三档为90℃～95℃，第四档为95℃～100℃，第五档为100℃～105℃，第六档为105℃～110℃，第七档为110℃～115℃，第八档为115℃～120℃，第九档为120℃以上。表1为热敏电阻在不同温度下的阻值。通过查表1便知热敏电阻在85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃的电阻值分别为0.7319kω、0.6397kω、0.5608kω、0.4933kω、0.4352kω、0.3851kω、0.3418kω、0.3042kω。通过计算，r1＝1k、r2＝856ω、r3＝732ω、r4＝630ω、r5＝544ω、r6＝469ω、r7＝408ω、r8＝16.2889kω。8个电压比较器的输出端均可通过上拉电阻ru与第二电源端vc2电连接，第一电源端vc1的供电电源、第二电源端vc2的供电电源为共地的电源或同一电源。第二电源端vc2的电压可为3.3v。第二电源端vc2可由高精度基准电源、线性电源或开关电源供电。上拉电阻ru的阻值可采用4.7k欧姆。所述并行信号采集单元20为将并行输入信号转换为串行输出信号的转换器，所述并行信号采集单元20的串行输出端与控制器10的串行输入端电连接；或所述并行信号采集单元20集成在控制器10内，所述控制器10具有至少8个并行输入端，所述控制器10的8个并行输入端分别与8个电压比较器的输出端对应电连接。所述并行信号采集单元20优选为移位寄存器。并行信号采集单元20可采用8位并行输入/串行输出移位寄存器，移位寄存器的8位数据输入分别为8个电压比较器的输出，移位寄存器的输出连接至控制器10的i/o口，这样只需要控制器一个i/o口就可以采样8个电压比较器的输出状态。所述控制器10为单片机、dsp或fpga。所述热敏电阻rt为负温度系数电阻或正温度系数电阻。电压比较器的型号为lm2901dr。移位寄存器的型号为74hc166d。与门电路50的型号为74hct1g08gv。控制器10可连接显示单元，对电压比较器的输出结果进行显示，或将电压比较器的输出结果转换为对应的温度范围，在显示单元中进行显示。本领域技术人员可以理解如何实现。如图1-5所示，本实用新型还提供一种带热敏电阻igbt模块的过温保护装置，包括上述温度检测装置，所述控制器10通过变频器30与igbt模块的散热风机控制单元40电连接。所述电压比较器的一个输入端为同相输入端，所述过温保护装置还包括与门电路50，所述与门电路50的一个输入端与控制器10的信号控制端对应电连接，所述与门电路50的输出端与igbt模块的驱动端电连接；当所述热敏电阻rt为负温度系数电阻时，所述门电路50的另一个输入端与第k个电压比较器ak的输出端电连接；当所述热敏电阻rt为正温度系数电阻时，所述门电路50的另一个输入端与第1个电压比较器a1的输出端电连接。控制器10根据采样到igbt内部结温的大小(通过电压比较器输出的数字量来反映)来控制变频器的输出功率，最终控制散热风机的风量。当8个电压比较器全部输出高电平时，说明此时igbt内部热敏电阻的温度值低于85℃，igbt结温非常低，mcu此时通过rs485总线发送命令给变频器，可告知变频器无需开启散热风机；当电压比较器a1为低电平，电压比较器a2-a8为高电平时，说明此时igbt内部热敏电阻温度值为大于85℃低于90℃，mcu此时通过rs485总线发送命令给变频器，可告知变频器按照1/8额定功率开启散热风机；当电压比较器a1～a2为低电平，电压比较器a3～a8为高电平时，说明此时igbt内部热敏电阻温度值为大于90℃低于95℃，mcu此时通过rs485总线发送命令给变频器，可告知变频器按照2/8额定功率开启散热风机；当电压比较器a1～a3为低电平，电压比较器a4～a8为高电平时，说明此时igbt内部热敏电阻温度值为大于95℃低于100℃，mcu此时通过rs485总线发送命令给变频器，可告知变频器按照3/8额定功率开启散热风机；当电压比较器a1～a4为低电平时，电压比较器a5～a8为高电平时，说明此时igbt内部热敏电阻温度值为大于100℃低于105℃，mcu此时通过rs485总线发送命令给变频器，可告知变频器按照4/8额定功率开启散热风机；当电压比较器a1～a5为低电平时，电压比较器a6～a8为高电平时，说明此时igbt内部热敏电阻温度值为大于105℃低于110℃，mcu此时通过rs485总线发送命令给变频器，可告知变频器按照5/8额定功率开启散热风机；当电压比较器a1～a6为低电平时，电压比较器a7～a8为高电平时，说明此时igbt内部热敏电阻温度值为大于110℃低于115℃，mcu此时通过rs485总线发送命令给变频器，可告知变频器按照6/8额定功率开启散热风机；当电压比较器a1～a7为低电平时，电压比较器a8为高电平时，说明此时igbt内部热敏电阻温度值为大于115℃低于120℃，mcu此时通过rs485总线发送命令给变频器，可告知变频器按照7/8额定功率开启散热风机；当电压比较器a1～a8为低电平时，说明此时igbt内部热敏电阻温度值为大于120℃，mcu此时通过rs485总线发送命令给变频器，可告知变频器按照额定功率开启散热风机，电压比较器a8输出的低电平直接封锁igbt的驱动脉冲，igbt停止工作。控制器、变频器、散热风机控制单元、散热风机的连接，控制器输出不同信号从而通过变频器对散热风机控制单元进行控制，均为现有技术，本领域技术人员可以理解。本实施例中，将采样电阻两端的电压进行低通滤波，然后将滤波器的输出端连接至电压跟随器的输入，电压跟随器的输出连接8个串联电阻，利用电阻分压原理，8个比较器反相输入端依次采样电阻的一端相对于gnd的电压，同相输入端全部为参考电压2.048v。本实施例的igbt模块温度检测装置对igbt内部结温信号根据实际应用情况分为9档，分别为85℃以下、85℃～90℃、90℃～95℃、95℃～100℃、100℃～105℃、105℃～110℃、110℃～115℃、115℃～120℃、120℃以上、并且采用并行输入/串行输出移位寄存器芯片，控制器10只需要一个i/o口即可采集反映各个温度区间信号的多个电平信号。控制器中仅需采集i/o口的状态量，无须实时采集温度信号的模拟量，也无需在内部处理单元运行复杂的类似r2＝r25*exp*[b25/80*(1/t2-1/(29815))]等指数函数的运算，减少了控制器10的任务量，提高了控制器的可靠性；同时控制器无需采用高级处理器，可采用普通的单片机即可，节省了控制器的硬件成本。传统方式中一旦igbt模块工作，无论igbt模块输出功率大小以及igbt内部结温大小，igbt模块中的散热风机均按照额定功率运行。该过温保护装置中，通过igbt内部结温的大小决定变频器的输出功率大小，这样可以节约电能并且可以提高散热风机的寿命。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。当前第1页12