电梯变频器IGBT结温在线检测装置的制作方法

本申请涉及变频器温度检测技术领域，特别是涉及一种电梯变频器IGBT结温在线检测装置。

背景技术：

随着交直流变换技术的发展，变频器得到了广泛应用。并且，近年来高层建筑如雨后春笋般出现在人们生活中，使得电梯也应用越来越广泛。由于为了保证电梯的舒适性，电梯多采用变频器调控速度并以非恒定速度运行且负载不固定，所以变频器的功率模块IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的功率会不停地变化，并且功率模块IGBT在使用过程中会存在损耗，导致IGBT的结温会越来越高，当结温超过限值IGBT就会损坏。

传统常用检测电梯变频器IGBT结温的方法是在IGBT与散热器之间放置温度传感器检测IGBT的壳温，通过IGBT壳温的变化情况估算IGBT的结温值，也就是传统检测方法无法直接在线测量出IGBT的结温值，导致检测IGBT结温值不准确。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在线准确测量IGBT结温的电梯变频器IGBT检测装置。

一种电梯变频器IGBT结温在线检测装置，包括：

与IGBT电路连接、向所述IGBT输出恒定电流的微电流发生电路；

与所述IGBT电路连接、测量所述IGBT电路输入所述恒定电流后的饱和压降的检测电路；

与所述检测电路连接的控制器，用于根据所述饱和压降确定结温值；

隔离所述IGBT电路和所述检测电路、微电流发生电路的隔离电路。

在其中一个实施例中，所述微电流发生电路包括输入端与电源连接、输出端与所述IGBT电路连接的恒流源。

在其中一个实施例中，所述检测电路包括第一减法器和第二减法器；

所述第一减法器的同向输入端连接恒流源的输出端、反向输入端连接所述IGBT电路、输出端连接所述第二减法器的反向输入端；所述第二减法器的同向输入端连接所述IGBT电路、输出端连接所述控制器。

在其中一个实施例中，所述检测电路还包括第一跟随器和第二跟随器；

所述第一跟随器的同相输入端连接所述恒流源的输出端；所述第一跟随器的反相输入端连接所述第一跟随器的输出端；所述第一跟随器的输出端连接所述第一减法器的同向输入端；所述第二跟随器的反相输入端连接所述第二跟随器的输出端；所述第二跟随器的输出端连接所述第一减法器反向的输入端、第二减法器的同向输入端和反向输入端。

在其中一个实施例中，所述隔离电路包括第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的正极连接所述恒流源的输出端；所述第一二极管的负极连接所述第二跟随器的同相输入端；所述第二二极管的正极连接所述第二跟随器的同相输入端；所述第二二极管的正极连接所述IGBT电路。

在其中一个实施例中，所述装置还包括与IGBT电路连接的接触器。

在其中一个实施例中，所述第一减法器包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；

所述第一电阻的第一端连接第一跟随器的输出端，第二端连接第一运算放大器的同相输入端；第二电阻的第一端连接第一电阻的第二端和第一运算放大器的同相输入端，第二端接地；第三电阻第一端连接第二跟随器的输出端，第二端连接第一运算放大器的反相输入端；第四电阻的第一端连接第三电阻的第二端和第一运算放大器的反相输入端，第二端连接第一运算放大器的输出端。

在其中一个实施例中，所述第二减法器包括第二运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第八电阻；

所述第五电阻的第一端连接第二跟随器的输出端和第三电阻的第一端，第二端连接第二运算放大器的同相输入端；第六电阻的第一端连接第五电阻R5的第二端和第二运算放大器的同相输入端，第二端接地；第七电阻的第一端连接第四电阻的第二端和第一运算放大器的输出端，第二端连接第二运算放大器的反相输入端；第八电阻的第一端连接第七电阻的第二端和第二运算放大器的反相输入端，第二端连接第二运算放大器的输出端。

在其中一个实施例中，所述检测电路还包括线性光耦。

在其中一个实施例中，所述IGBT电路包括驱动电路。

上述电梯变频器IGBT检测装置，通过微电流发生电路对IGBT施加恒定电流，检测电路测量IGBT电路施加恒定电流后的饱和压降发送给控制器，控制器根据饱和压降确定电梯在启动前的结温。上述装置和方法可以通过检测电路直接测量IGBT的饱和压降，再根据饱和压降去确定电梯的结温，取代了传统通过测量IGBT的壳温去估算结温的方法，实现了可以准确在线检测出IGBT的结温值。

附图说明

图1为一个实施例中电梯变频器IGBT结温在线检测装置的结构示意图；

图2为一个实施例中电梯变频器IGBT结温在线检测装置的电路图；

图3为另一个实施例中电梯变频器IGBT结温在线检测装置的电路图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电梯变频器IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极性晶体管)结温在线检测装置100，该装置包括与IGBT电路连接的微电流发生电路200、与IGBT电路连接的检测电路300以及与检测电路300连接的控制器400。IGBT结温在线检测装置100还包括隔离电路500，IGBT电路通过隔离电路500连接检测电路300和微电流发生电路200。具体地，微电流发生电路200，用于对IGBT电路施加恒定电流。检测电路300用于测量IGBT电路施加恒定电流后的饱和压降。控制器400用于根据检测电路测量到的饱和压降确定结温值。

隔离电路500用于将微电流发生电路200和检测电路300与变频器的IGBT电路的高压以及大电流环境隔离开。由于隔离电路500的存在，该IGBT结温在线检测装置可以一直运行，无需关断，保证变频器的正常运行。

IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。由于IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。因此非常适用于直流电压为600v以上的变流系统，比如交流电机、变频器等。

现有电梯多采用变频器进行调速控制，但是由于电梯运行是以非恒定速度并且电梯负载重量不固定，导致变频器输出功率不断的变化。IGBT作为变频器的功率模块在导通状态或者开通-关断状态都会有一定的耗损，使得IGBT的结温会越来越高。但是，IGBT结温有最高温度的限制，如果结温超过限制，IGBT便会极易损坏。因此为了保证变频器长期安全可靠的运行，需要对变频器IGBT的结温进行检测。传统通常在IGBT与散热器之间放置温度传感器，通过温度传感器测量IGBT的壳温来预估结温值，无法直接准确的测量结温。

然而，上述电梯变频器IGBT结温测量装置，用于在IGBT电路的基础上增加微电流发生电路200和检测电路300。通过微电流发生电路200对IGBT电路施加恒定的电流，再由检测电路300检测施加恒定电流后的IGBT的饱和压降，根据饱和压降和结温值之间的函数关系得到电梯的结温值。上述装置取缔了传统通过测量IGBT壳温预估结温的方法，实现了可以在线准确测量获取IGBT的结温。

在一个实施例中，如图2所示，为电梯变频器IGBT结温在线检测装置的电路图。其中，电梯变频器IGBT结温在线检测装置中的微电流发生电路200包括输入端与电源VCC连接、输出端与IGBT电路连接的恒流源I。电源VCC为IGBT电路中的驱动电源，用于为恒流源供电提供电流电压，恒流源I用于保证电源VCC提供的电流处于恒定状态。

在一个实施例中，电梯变频器IGBT结温在线检测装置中的检测电路300包括第一减法器310和第二减法器320。

具体地，第一减法器310的同向输入端连接恒流源的输出端、反向输入端连接IGBT电路、输出端连接第二减法器320的反向输入端；第二减法器320的同向输入端连接IGBT电路、输出端连接控制器400。

在另一个实施例中，检测电路300还包括第一跟随器U3和第二跟随器U4。其中，跟随器用来加大阻抗，在电路中起缓冲隔离的作用。

具体地，第一跟随器U3的同相输入端连接恒流源I的输出端；第一跟随器U3的反相输入端连接第一跟随器U3的输出端；第一跟随器U3的输出端连接第一减法器310的同向输入端；第二跟随器U4的反相输入端连接第二跟随器U4的输出端；第二跟随器U4的输出端连接第一减法器310的反向输入端、第二减法器320的同向输入端和反向输入端。

在一个实施例中，如图3所示，为另一个电梯变频器IGBT结温在线检测装置的电路图。其中，图2所示的第一减法器310和第二减法器320是通过运算放大器和电阻搭建而成，使用运算放大器和电阻搭建减法器时运算放大器和电阻的数量可根据实际应用情况设定。在本实施例中，优选为一个运算放大器和四个电阻。

具体地，第一减法器310包括第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。第二减法器320包括第二运算放大器U2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第八电阻R8。第一运算放大器U1的反相输入端连接第二运算放大器U2的反相输入端。

第一电阻R1的第一端连接第一跟随器U3的输出端，第二端连接第一运算放大器U1的同相输入端。第二电阻R2的第一端连接第一电阻R1的第二端和第一运算放大器U1的同相输入端，第二端接地。第三电阻R3第一端连接第二跟随器U4的输出端，第二端连接第一运算放大器U1的反相输入端。第四电阻的第一端连接第三电阻的第二端和第一运算放大器U1的反相输入端，第二端连接第一运算放大器U1的输出端和第二运算放大器U2的反相输入端。第五电阻R5的第一端连接第二跟随器U4的输出端和第三电阻R3的第一端，第二端连接第二运算放大器U2的同相输入端。第六电阻R6的第一端连接第五电阻R5的第二端和第二运算放大器U2的同相输入端，第二端接地。第七电阻R7的第一端连接第四电阻R4的第二端和第一运算放大器U1的输出端，第二端连接第二运算放大器U2的反相输入端。第八电阻R8的第一端连接第七电阻R7的第二端和第二运算放大器U2的反相输入端，第二端连接第二运算放大器U2的输出端。

在一个实施例中，检测电路300还包括线性光耦U5。其中，线性光耦是一种用于模拟信号隔离的光耦器件，可以隔离电流，保护被测试对象和测试电路，减小环境干扰对测试电路的影响。

具体地，线性光耦U5的输入端连接第二运算放大器U2的输出端，线性光耦U5的输出端连接控制器400。在本实施例中，测量出的饱和压降不能直接输出给控制器，为了减少干扰和起到隔离作用。检测电路的第二运算放大器U2将测量到的饱和压降通过线性光耦U5输出给控制器。

在一个实施例中，隔离电路500包括第一二极管D1和第二二极管D2。第一二极管D1的正极连接恒流源I的输出端；第一二极管D1的负极连接第二跟随器U4的同相输入端；第二二极管D2的正极连接第二跟随器U4的同相输入端；第二二极管D2的正极连接IGBT电路。

具体地，由于在检测电路300测量IGBT电路的饱和压降时，同时也会测到隔离电路500中二极管的压降。并且，因为不同温度和不同电流下的二极管的压降会不同，所以为了避免二极管压降对检测电路300的影响，提高检测电路的精度性，本实施例中采用两个相同型号的二极管串联构成隔离电路500。若根据实际情况，对检测电路300的精度性要求不高也可以只采用一个二极管。并且，若隔离电路500只采用一个二极管，检测电路300中的减法器可以去除，只使用一个跟随器也。

在一个实施例中，所述装置还包括与IGBT电路连接的10T接触器600。

具体地，在本实施例中，变频器所驱动的电机属于感性负载，因此在紧急停止变频器时，流经IGBT的电流不会立即停止。因此增加10T接触器可以实现快速拉断流经IGBT的电流。

在一个实施例中，当电梯启动运行前，微电流发生电路200中电源VCC和恒流源I对IGBT电路施加恒定的电流后，检测电路300中的第一减法器310通过第一跟随器U3输出第一二极管D1的压降VD1。第二减法器320的输出值为检测到的IGBT的饱和压降VCE与第二二极管D2的压降VD2相加之和再减去第一二极管D1的压降VD1，即第二减法器U2的输出值为VCE+VD2-VD1。

由于第一二极管D1和第二二极管D2是型号相同的两个二极管，并且所处温度和所导通的电流基本相同，因此，VD2≈VD1。所以第二减法器320的输出值为VCE+VD2-VD1≈VCE，VCE也就是检测电路300测量到的饱和压降。

在一个实施例中，控制器400还用于获取电梯的负载值和电梯启动前结温。根据负载值确定待测点的结温变化值。根据启动前结温和待测点的结温变化值获取待测点的结温值。

在一个实施例中，IGBT电路包括驱动电路和IGBT。驱动电路连接IGBT。

在一个实施例中，驱动电路包括电源、电容和电阻。

上述电梯变频器IGBT检测装置，通过微电流发生电路对IGBT施加恒定电流，检测电路测量IGBT电路施加恒定电流后的饱和压降发送给控制器，控制器根据饱和压降确定电梯的结温。上述装置可以通过检测电路直接在线测量IGBT的饱和压降，再根据饱和压降去确定电梯的结温，取代了传统通过测量IGBT的壳温去估算结温的方法，实现了可以在线准确测量出IGBT的结温值。

上述电梯变频器IGBT检测装置，通过微电流发生电路对IGBT施加恒定电流，检测电路测量IGBT电路施加恒定电流后的饱和压降发送给控制器，控制器根据饱和压降确定电梯的结温。上述装置可以通过检测电路直接在线测量IGBT的饱和压降，再根据饱和压降去确定电梯的结温，取代了传统通过测量IGBT的壳温去估算结温的方法，实现了可以在线准确测量出IGBT的结温值。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。