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三菱DIPIPM PS22A76温度检测及保护描述

(1)DIPIPM温度模拟输出信号的使用方法
三菱第四代大型DIPIPM(PS22A76)内置有温度检测单元,该温度检测单元位于内置控制电路IC(LVIC)上,可以测得LVIC的温度,并输出该温度模拟信号。IGBT、续流二极管有功耗发热时,热量是通过内置和外部散热器以及模块的铸模树脂传导到LVIC上的。IPM内部的IGBT与LVIC是有一定距离的,之间存在一定的热阻,需要一定的时间热量才能从IGBT传到LVIC上的温度检测单元。因此当发生电机堵转、短路等IGBT硅片温度短时间迅速上升的情况时,LVIC的温度不能够及时跟随硅片的温度迅速上升,因此不能作为这些工况下的保护方式。
LVIC温度检测功能的使用类似与传统的散热器上安装热敏电阻来检测温度的方式,适用于诸如散热器的风扇停转以及持续过载运行等导致的温度较慢的速度上升的保护。
DIPIPM本身不能够停止外部控制系统进而保护模块,因此,在必要的时候,外部控制需要根据检测到的温度输出信号来实施动作指令。
(2)温度保护的温度设定
三菱第四代大型DIPIPM内部LVIC上温度信号的温度和输出电压VOT的关系如下图所示:
如上面第一点描述,由于IGBT硅片的发热是通过模块壳体和外部的散热器传到LVIC,LVIC的温度(Tic)和硅片结温(Tj)、硅片正下方的壳温(TC)的关系随外部散热器、散热条件和控制方法等的不同而不同。
例如,使用下表中的两种散热器,IGBT的损耗和温度的关系如下图所示。散热器不同,相同IGBT损耗产生的壳温与LVIC温度间的关系也不同。
因此,温度保护设计时需要综合考虑在系统的散热条件下,硅片的结温(Tj)、壳温(Tc)以及LVIC温度之间的关系,以确保Tc在100度以下且Tj不超过150度。
散热器不同尺寸的热阻
VOT输出电压与LVIC温度的关系IGBT硅片的损耗与Tj、Tc、Tic的关系
DIPIPM温度保护设定举例如下:
IGBT通电状态时的Tj、Tc和Tic的测量结果如下左图所示。根据温度输出特性可以算出Vot与Tc的关系如下右图所示。有图中Tj超过125度(Tc超过100度)时,温度保护动作;
相应地,在Tc-100度时最大输出电压Vot为3.75V,即Vot达到3.75V,温度保护动作。
考虑到误差,此时实际的Tc可能在100度-115度范围内,则Tj最大为125度+15度=140度<150度。
IGBT通电时的硅片损耗
综上,硅片的结温、壳温、LVIC的温度之间的关系是随系统的散热条件、控制方式等的改变而改变的。因此,需要在实际应用系统中来评价这些温度之间的关系,进而获得合适的温度保护值。
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