一种用于控制器功率开关器件温度检测电路的制作方法

1.本实用新型涉及功率模块的热控制领域，具体涉及一种用于控制器功率开关器件温度检测电路。


背景技术：

2.为了保证电动车的安全运行，需要对其中的电机控制器中功率开关器件(mosfet、igbt等)的温度进行测量、监控和保护，准确的温度测量至关重要，可以及时和准确的进行过温保护，在保证电机控制器安全的前提下尽可能充分发挥功率开关器件的性能。
3.目前，对控制器中功率开关器件的温度检测采用在功率开关器件周边布置热敏电阻采集得到，通过在功率开关器件附近安装热敏电阻，进行电信号的分压检测和换算，实现对温度的测量，测量的是功率开关器件附近的温度，与功率开关器件的内核温度存在差异，特别是瞬态操作导致功率开关器件温度快速变化过程中容易引入较大的误差，从而导致在用该方案对电机控制器进行温度检测和保护设计时，往往功率开关器件的设计余量偏大或者保护温度值的设计余量偏大，无法充分发挥出产品的性能。
4.这种热敏电阻温度采样方式对电源的依赖性强，对电源系统的稳定性要求较高，一旦电源系统因为外界干扰、负载突变等原因导致输出电压出现波动时，将直接影响温度信号的采集，可能导致系统对温度监控功能出现误报、漏报等故障，直接影响系统稳定性及寿命。且采用热敏电阻进行温度采样的方式无法准确反映功率开关器件结温，不利于降功率及过温保护措施的实施，因此无法保证功率开关器件稳定输出大功率，就有可能导致igbt永久性损坏，电机控制器将无法正常工作。因此，现亟需一种不依赖于热敏电阻、精度高且可靠性好的功率开关器件温度检测电路。


技术实现要素：

5.为了克服上述技术缺陷，本实用新型提供一种用于控制器功率开关器件温度检测电路，其能检测功率开关器件内核温度，提高了功率开关器件温度检测的精确度和准确性。
6.为了解决上述问题，本实用新型按以下技术方案予以实现：
7.一种用于控制器功率开关器件温度检测电路，包括：
8.温度采样电路，与功率开关器件连接，用于采集温度信号并对所述温度信号进行放大后输出；
9.微控制单元，与所述温度采样电路连接，用于获取所述温度信号并根据所述温度信号得到功率开关器件管芯温度值。
10.作为上述方案的改进，所述用于控制器功率开关器件温度检测电路还包括基准电源电路，所述基准电源电路与所述温度采样电路连接，用于为所述温度采样电路提供基准电压。
11.作为上述方案的改进，所述温度采样电路包括：第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻及二极管，所述第一运算放大器的正相输入
端依次串联第二电阻、第一电阻及功率开关器件，所述第三电阻一端连接所述基准电源电路和所述二极管的负极，所述第三电阻的另一端连接第一运算放大器的正相输入端和所述二极管的正极，所述第一运算放大器的反相输入端依次串联第五电阻、第四电阻及接地端，所述第六电阻两端连接第一运算放大器的输出端和反相输入端，所述第一运算放大器的输出端连接所述微控制单元。
12.作为上述方案的改进，所述温度采样电路还包括负反馈电路，所述负反馈电路输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述负反馈电路的输出端与所述微控制单元连接。
13.作为上述方案的改进，所述负反馈电路为rc电路，所述rc电路包括第七电阻和第一电容，所述第七电阻一端连接所述第一运算放大器的输出端和所述第一电容一端，所述第一电容另一端与接地端连接。
14.作为上述方案的改进，所述基准电源电路包括电压跟随器电路和分压电路，所述分压电路输入端与电源连接，所述分压电路输出端与所述电压跟随器电路的输入端连接，所述电压跟随器电路的输出端与所述温度采样电路连接。
15.作为上述方案的改进，所述电压跟随器电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正相输入端与所述分压电路的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述温度采样电路、所述第二运算放大器的反相输入端连接。
16.作为上述方案的改进，所述分压电路包括第八电阻和第九电阻，所述第八电阻一端连接电源，所述第八电阻的另一端与所述第二运算放大器的正相输入端、所述第九电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端与接地端连接。
17.作为上述方案的改进，所述分压电路还包括第二电容和第三电容，所述第二电容一端与所述第八电组和电源的连接点连接，所述第二电容的另一端与所述第九电阻和接地端的连接点连接，所述第三电容与所述第九电阻并联。
18.作为上述方案的改进，所述用于控制器功率开关器件温度检测电路至少包括三个所述温度采样电路与所述基准电源电路连接。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
20.本技术为实现控制器功率开关器件管芯温度测量提供硬件条件，由温度采样电路与功率开关器件连接，采集得到功率开关器件的温度信号，并对该信号进行放大处理，由微控制单元对放大的温度信号进行处理得到功率开关器件管芯温度值。通过温度采样电路可采集功率开关器件内核温度，提高了温度检测的精确度和准确性，能较好的发挥功率开关器件的温度特性，并通过微控制单元可以实时了解功率开关器件管芯温度，以做好降功率及过温保护措施，提高了控制器的安全性。
附图说明
21.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
22.图1为一实施例的用于控制器功率开关器件温度检测电路组成框图；
23.图2为另一实施例的用于控制器功率开关器件温度检测电路组成框图；
24.图3为一实施例的温度采样电路的电路原理图；
25.图4为另一实施例的温度采样电路的电路原理图；
26.图5为一实施例的基准电源电路组成框图；
27.图6为一实施例的基准电源电路的电路原理图。
具体实施方式
28.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
30.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一比较器称为第二比较器，且类似地，可将第二比较器称为第一比较器。第一比较器和第二比较器两者都是比较器，但其不是同一比较器。
31.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
32.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
33.为解决现有控制器功率器件温度检测无法准确反映功率开关器件结温，本实施例提供了一种控制器功率开关器件温度检测电路，用于检测功率开关器件内核温度，提高了功率开关器件温度检测的精确度和准确性。
34.在一个实施例中，如图1所示，一种用于控制器功率开关器件温度检测电路，包括温度采样电路100，所述温度采样电路100与功率开关器件连接，所述功率开关器件可以为大功率晶体管、晶闸管、双向晶闸管、gto、mosfet、igbt等功率器件，所述温度采样电路100用于采集功率开关器件的温度信号，并将采集得到温度信号进行放大输出；微控制单元200，与所述温度采样电路100连接，用于获取所述温度信号并根据所述温度信号得到功率开关器件管芯温度值，微控制单元200利用功率开关器件具有相对稳定的管芯温度-开通电阻rds(on)的之间正温度系数关系的特性，能得出管芯温度，从而检测功率开关器件的发热情况，实现了对控制器三相的功率开关器件温升的监控。
35.在一个实施例中，如图2所示，所述控制器功率开关器件温度检测电路还包括基准电源电路300，所述基准电源电路300与所述温度采样电路100连接，所述基准电源电路300可以为掩埋齐纳二极管、xfet(外加离子注入结型场效应管)、带隙基准电压源或电阻分压式电压源，用于为所述温度采样电路100提供基准电压。
36.在一个实施例中，如图3所示，所述温度采样电路100包括电压放大采集电路，所述电压放大采集电路设有第一运算放大器u1a、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电
阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6及二极管d1，所述第一运算放大器u1a的正相输入端依次串联第二电阻r2、第一电阻r1及功率开关器件，所述第三电阻r3一端连接所述基准电源电路300和所述二极管d1的负极，所述第三电阻r3的另一端连接第一运算放大器u1a的正相输入端和所述二极管d1的正极，所述第一运算放大器u1a的反相输入端依次串联第五电阻r5、第四电阻r4及接地端，所述第六电阻r6两端连接第一运算放大器u1a的输出端和反相输入端，所述第一运算放大器u1a的输出端连接所述微控制单元200。
37.在一个实施例中，如图4所示，所述温度采样电路100还包括负反馈电路101，采用负反馈使得第一运算放大器u1a的闭环增益趋于稳定，消除了开环增益的影响。所述负反馈电路101输入端与所述第一运算放大器u1a的输出端连接，所述负反馈电路101的输出端与所述微控制单元200连接，运算放大器输出端连接所述负反馈电路101大大减少放大器在稳定状态下所产生的失真，并可减弱放大器内部各种干扰电平。
38.具体的，所述负反馈电路101为rc电路，所述rc电路包括第七电阻r7和第一电容c1，所述第七电阻r7一端连接所述第一运算放大器u1a的输出端和所述第一电容c1一端，所述第一电容c1另一端与接地端连接，通过加入电阻和电容可尽可能的破坏第一运算放大器u1a自激条件，从而是电路工作稳定。
39.在一个实施例中，如图5所示，所述基准电源电路300包括电压跟随器电路302和分压电路301，所述分压电路301输入端与电源连接，所述分压电路301输出端与所述电压跟随器电路302的输入端连接，所述电压跟随器电路302的输出端与所述温度采样电路100连接。
40.在一个实施例中，如图6所示，所述电压跟随器电路302包括第二运算放大器u1b，所述第二运算放大器u1b的正相输入端与所述分压电路301的输出端连接，所述第二运算放大器u1b的输出端与所述温度采样电路100、所述第二运算放大器u1b的反相输入端连接，所述电压跟随器电路302输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到"隔离"作用，来达到为温度采样电路100输出稳定的电压，保证了温度采样基准电压稳定，提高了温度采样的精度。
41.在一个实施例中，请继续参考图6，所述分压电路301包括第八电阻r8和第九电阻r9，所述第八电阻r8一端连接电源，所述第八电阻r8的另一端与所述第二运算放大器u1b的正相输入端、所述第九电阻r9的一端连接，所述第九电阻r9的另一端与接地端连接。其中，所述电源输入电压为3.3v，则第二运算放大器u1b输出的基准电压为vref＝(3.3/r8+r9)*r9。
42.在一个实施例中，请继续参考图6，所述分压电路301还包括第二电容c2和第三电容c3，所述第二电容c2一端与所述第八电组和电源的连接点连接，所述第二电容c2的另一端与所述第九电阻r9和接地端的连接点连接，所述第三电容c3与所述第九电阻r9并联。
43.在一个实施例中，所述用于控制器功率开关器件温度检测电路包括三个所述温度采样电路100，所述三个温度采样电路100分别与所述基准电源电路300连接，所述基准电路为所述三个温度采样电路100提供基准电压，所述三个温度采样电路100连接三相功率开关器件，用来采集三相功率开关器件温度信号，其中每个温度采样电路100可独立连接一个微控制单元200进行功率开关器件的温度计算。
44.接下来结合其中的一种实施方式对本实用新型做进一步解释：
45.上述第一运算放大器u1a和第二运算放大器u1b型号为sgm8634，sgm8634是一个低
噪声，低电压，低功率的运算放大器，其内部有四个运算放大器。本方案采用一个sgm8634芯片的三个运算放大器用来采集三相功率开关器件温度信号，一个用来设计成电压跟随器为温度采样电路100提供基准电压，使得电路设计结构简单，降低了控制器的成本。其中，功率开关器件温度检测原理为第一运算放大器u1a的输出电压vout，根据电路基础原理可得：
[0046][0047]
(其中vref＝(3.3/r8+r9)*r9；电阻r2、电阻r1阻值相等，电阻r2可以用电阻r1替换；电阻r4、电阻r5阻值相等，电阻r5可用电阻r4替换；vmos是功率开关器件的温度信号)
[0048]
在使用所述用于控制器功率开关器件温度检测电路进行控制器功率开关器件进行温度检测时，首先由微控制单元200将功率开关器件开通，当功率开关器件开通稳定时，功率开关器件的温度信号vmos经过温度采样电路100中的第一运算放大器u1a放大后输出温度采样信号为vout，微控制单元200对第一运算放大器u1a的输出电压vout进行采集，并且微控制单元200通过控制器内部的电流传感器检测到功率开关器件开通后的电流i，微控制单元200根据欧姆定律r＝u/i，即rds(on)＝vout/i，计算出功率开关器件开通电阻rds(on)，然后微控制单元200根据管芯温度-rds(on)特性曲线，推算功率开关器件管芯温度，实现对功率开关器件温度的检测。
[0049]
本方案是通过采集功率开关器件内核温度，提高了温度检测的精确度和准确性，能较好的发挥功率开关器件的温度特性，可以实时了解功率开关器件管芯温度，以做好降功率及过温保护措施，提高了控制器的安全性。且电路设计通过温度检测模块采集出三相功率开关器件温度信号，并将温度信号放大输出温度采样信号给微控制单元200，微控制单元200利用功率开关器件具有相对稳定的管芯温度-开通电阻rds(on)的之间正温度系数关系的特性，推算出管芯温度，从而检测功率开关器件的发热情况，实现了对控制器三相的功率开关器件温升的监控。并且该电路设计仅需一个芯片便可实现测量三相功率开关器件的温度，不需要其他的元器件，简化了电路设计及降低了控制器成本。
[0050]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。
[0051]
以上所述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。
[0052]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。