电力电子模块内部NTC的使用-关于温度测量的考虑

1 概述

电力电子器件最重要的参数之一就是芯片的温度。然而对温度的直接测量需要一个装在芯片上甚至与作为芯片一部分的传感器。这会减小芯片通过电流能力的有效区域。

测量芯片温度另一个可行的办法是通过一个热模型并以测量的基板温度作为基础数据开始计算结温。在英飞凌公司的很多电力电子模块中，热敏电阻，也称作NTC，被集成在内部当作一个温度传感器，以便方便精确测量温度装置的设计。

本应用手册详细介绍说明了有关了隔离措施、使用NTC并从上面得到测量温度值的方法。

2 内部设计

NTC安装在硅芯片的附近，以得到一个比较紧密的热耦合。根据模块的不同，NTC或者与硅芯片安装在同一块DCB上，或者安装在单独的基片上：

EconoDUAL™ 3内部的NTC安装在靠近IGBT的独立的DCB上

没有基板的模块内部的NTC，安装在靠近硅芯片的地方

2.1 绝缘隔离措施

在NTC所在位置之外，覆盖着填充模块的隔离胶。在任何经常性工作条件下，这是满足隔离要求的。为确保绝缘隔离质量，在生产过程中要根据EN50187标准进行绝缘测试。

这一标准定义了几种不同等级的绝缘隔离标准，分为功能型和加强型的绝缘标准。加强型的绝缘标准，常常用于逆变器中，被定义为：

一个在机械和电气方面的改进型基本绝缘，使得装置对电冲击的防护等级与双重绝缘隔离相同。它可能采用一层或者多层的绝缘材料。
由于高压和NTC之间击穿产生导电通路引起的失效可能性是存在的，导电通路路径如图1所示：

图 1 击穿失效时的导电通路路径

这个导电通路本身可以由故障发生时连接线改变位置连接而成，或者击穿时的电弧产生的等离子路径形成。

出于这个原因，内部NTC的绝缘只是满足功能性的绝缘，因此为了加强隔离，需要加入外部的额外隔离屏障。

近些年来，有一些方法证明是可行的。有：

 把高压作为设计控制电路的参考电位，并在人有接触的部分和整个控制电路间加入绝缘隔离屏障层。

 使用带有内部隔离的运放来检测NTC两端的电压。

 使用隔离器件如磁或光耦将NTC的电压转化为能够传输到控制电路的数字信号。

虽然在一些应用场合，功能性的NTC隔离就足够了，但还是应该充分仔细检查以确保满足一些特殊设计的所有绝缘隔离要求。

3 考虑NTC的热量情况

安装在DCB上的NTC在模块内部的热量流动路径简要示意图，如图2所示：

图2 电力电子模块内部的热量流动

芯片产生的大部分热量是经过散热片直接散热到到环境中。此外，热量是经过DCB材料和基板导热到NTC所在的位置。

由于热量并不是瞬间就能流动的，NTC测量的只是模块稳态工作时的温度。因为相关的时间常数太小，如由短路产生的瞬时温度现象就没办法监测到。

作为一个很重要的结论，NTC不能用于短路保护！
热量情况和热量可能传导路径的等效热路图如图3所示：

图 3 等效热路原理图

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