NTC热敏电阻在IGBT的温度检测方案-华巨电子


大功率晶体管通常都会要求检测其工作温度,因为PN结温都会有最大限制,一般硅材料最高150度,并且随着温度的升高其工作的耗散功率和电流随之下降,长时间工作温度过高就会很容易失效,所以一般都会检测其工作温度,过热时会停止工作。比如IH加热中的IGBT,应用中有很多种测温方式,温度检测常用有压环式热敏电阻测温、插件式热敏电阻测温和贴片式热敏电阻测温,热敏电阻一般采用负温度系数(NTC),且每种温度采集方式也都各自有优缺点。

一、压环式热敏电阻测温(如下图1)

图1

热敏电阻(NTC)被封装在一个金属压环上,用固定IGBT的螺丝穿过压环再一起固定在散热器上,所以IGBT的温度首先传给压环,压环再传给热敏电阻。有些应用则直接将压环固定在散热器上,直接检测散热器的温度。压环式测温直接感受IGBT本体温度,及时性较高,但是我们知道散热器上是带有上千伏的高压,而压环上的螺丝与散热器是连在一起的,所以热敏电阻封装在内就需要很高的耐压要求,否则就很容易引起击穿打火的现象。

二、插件式热敏电阻测温(如下图2)

图2

插件式热敏电阻测温的NTC是直接焊在PCB上,通常采用玻璃封装的插件NTC,NTC装在一个小硅胶壳里面,硅胶壳里再填上导热硅脂,IGBT倒在热敏电阻上面,装配时会受到不同程度的应力,硅胶壳就起缓冲的作用,而且装配有可能IGBT与热敏电阻的接触会产生空隙,影响传热效果,所以就需要添加导热硅脂。此种方式测温最及时,热敏电阻直接感知IGBT壳体温度,但是装配工艺非常不稳定,比如接触紧密和接触不太好的差异较大,使得感温的一致性较差。

三、贴片式热敏电阻测温(如下图3)

图3

前2种方式在生产时的人工成本较高,随着自动化程序越来越高,贴片方式也用得越来越广泛,可以省去人工。热敏电阻采用下分压方式,即热敏电阻的一端是接地的,而IGBT的发射极也是接地,将贴片热敏电阻靠近IGBT放置,使其感应IGBT发射极的温度,以此来间接反应整个IGBT的本体温度。即IGBT本体的温度先传给发射极引脚,发射极引脚的温度再传给PCB板,PCB板上的铜箔再传给贴片热敏电阻。这样就会存在着一定的温度差,并且及时性较差。此方案中贴片热敏电阻的焊盘设计要求较高,贴片电阻直接碰到发射极效果是最好的,但是就会出现贴片热敏电阻两端的焊盘大小不一样,电路板在过波峰焊接时两端产生的热应力很容易将其损坏。而远离发射极时感温效果又变差,所以此方式本体开裂的失效率较高。一般焊盘采用以下图4的方案设计。


图4

以上三种方案中,

方案三的成本最低,但温度检测的及时性和准确性较差,一般应用在温度要求不高的场合;

方案二的感温及时性和准确性最高,但是生产时装配复杂,人工成本较高,一般应用在感温要求高的场合,比如商用电磁炉等;

方案一的测温一致性较好,但热敏电阻组件价格较高,且要求热敏电阻的耐压高,一般应用在工作电压较低的方案中。

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