【分享】IGBT和MOSFET功率模块NTC温度节制-KIA MOS管

温度节制是MOSFET或IGBT功率模块有用任务的关头身分之一。虽然某些MOSFET配有内部温度传感器 (体二极管)，但其余体例也能够用来监控温度。

半导体硅PTC热敏电阻能够很好停止电流节制，或铂基或铌基(RTD)电阻温度检测器能够用较低阻值，到达更高的检测线性度。

不管传感器接纳外表贴装器件、引线键合裸片还是烧结裸片，NTC热敏电阻还是活络度优良，用处普遍的温度传感器。只需设想适当，可确保模块准确降额，并终究在过热或内部温度太高的情况下关断模块。

本文以键合NTC裸片为重点，接纳摹拟电路仿真的体例申明功率模块降额和关断根基道理。

为甚么摹拟? 摹拟是简化并以可视体例申明差别景象的抱负体例，也合用于开辟直观利用。最后一个念头是经济身分：咱们仅用收费软件 (LTspice) 开辟仿真，而其余设想东西用于加倍庞杂的设想。

此刻，咱们来看图1所示LTspice设想，这是一个简略的升压转换器设想。不过，因为LTspice的多功效性，IGBT和二极管模子被热模子代替，热通量用输出脚明白表现，可将其毗连到热电路 (如散热器)。咱们利用简略的RC电路 (现实情况下，设想职员须要细心将Zth模子界说为Cauer或Foster模子)。

图1

转换器任务时代，热通量构成热门 (本例中，节点Tsyst发生电压，须要节制温度)。这个温度输出NTC模子 (Vishay引线键合裸片NTCC200E4203_T)。NTC旌旗灯号经由过程惠斯通电桥与阈值对照、缩小，与锯齿形旌旗灯号 (Vsaw) 停止比拟。

终究输出Vsw是加在IGBT栅极的脉冲旌旗灯号。Rlim阻值界说温度阈值以下，咱们在IGBT栅极加100 %满占空比脉冲。过热时—IGBT和二极管发生热量—加上情况温度 (热电路节点Tamb电压)，占空比减小，降压转换器输出/输出比 (Vout / Vcc) 降落。

因而，热量减小，温度起头规复不变。高于必然温度极限时，这个比值必须减小到1。

为在公道时候内实现仿真，必须降落散热器热量。热量增添能够须要几分钟乃至几小时，咱们但愿很短时候内看到成果。

以下是仿真成果：每一个图中显现的成果含或不含温度降额 (为打消温度节制，Rlim取值很是低)。

图2

图3

图4

如图2所示，升压转换器在最后20 ms内凡是呈现振荡，未优化的表现。温度Tsyst (图4) 起头下降，而后情况温度下降，当Tsyst到达90 °C时， Vout / Vcc起头降额。情况温度每下降一点，占空比降落一点，直到升压转换器完整生效。110 °C时，降额到达最大值。

不温度掩护，Tsyst可到达160 °C至170 °C (图4)。在现实功率模块中，裸片峰值温度可到达200 °C或更高。

电压Vsense、Vntc和Vlim如图3所示。图5和6显现差别时候占空比变更。

固然，一切阈值都是可调的，并且能够响应调剂开关阈值。

图5

图6

停止更庞杂的仿真时，咱们还能够重修全桥IGBT模块 (如图7所示)。

这个电路电感负载发生50 Hz正弦电流，IGBT开关频次为30 kHz。栅极驱动器仿真电路125 °C以下坚持恒定频次，并降落占空比，以加重IGBT高于这一温度的消耗。

图7

图8中，咱们能够看到IGBT开关发生的总热功率 (以W表现 I(V6))，和随时候下降的温度 (以摄氏度表现V(Tsyst))。

图8下图显现天生的电流。

图8

无需赘述，调剂调制参数可降落温度随时候下降 (图8下图，白色曲线)：延长开关占空时候能够削减热量的发生，但也会形成正弦旌旗灯号丧失。

咱们但愿经由过程供给的示例申明，利用NTC热敏电阻停止LTspice电路仿真具备深远意思，可赞助MOSFET / IGBT模块设想工程师开辟直观的电路，并赞助他们经由过程减小热量供给电路掩护。

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