CN209462001U - 一种半导体器件过热保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种半导体器件过热保护电路，所述半导体器件过热保护电路包括与所述半导体器件的接地的发射端相连的温度检测模块、与所述半导体器件输入端相连并接收所述温度检测模块输出的反馈信号的控制模块，所述控制模块将接收到的所述反馈信号转换后与安全阈值进行比较，依据比较结果控制所述半导体器件的关断与否。这种过热保护电路结构简单、成本较低，而且可靠性高、反应迅速、具有良好的保护效果。

Description

一种半导体器件过热保护电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种半导体器件过热保护电路。

背景技术

目前各大半导体厂家生产的IGBT、MOS等半导体器件内部均无温度检测及过热保护设计，客户应用时通常是在半导体器件散热面贴装金属散热器或者仅靠空气流通方式来对半导体散热。

但这两种方式均无法对半导体器件自身温度进行判断，在半导体散热面与散热器接触不良、半导体本体积灰严重或散热器表面积灰严重情况下，半导体内部PN结温度可能会急剧上升，导致半导寿命减短甚至过热损坏。

为了避免半导体散热不良带来的不良影响，实际应用时需要外接温度检测电路检测半导体器件温度，常规方法是在半导体器件表面贴装热敏电阻，热敏电阻阻值随半导体表面温度变化而变化，从而采集到半导体表面温度信号。但这种方式需要将热敏电阻固定到半导体器件表面，固定方式设计比较困难，而且存在热敏电阻和半导体间接触不良导致温度采集不准的隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种电路结构简单、温度采集准确的半导体器件过热保护电路。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种半导体器件过热保护电路，其特征在于：所述半导体器件过热保护电路包括，

与所述半导体器件的接地的发射端相连的温度检测模块；

与所述半导体器件输入端相连并接收所述温度检测模块输出的反馈信号的控制模块；

所述控制模块将接收到的所述反馈信号转换后与安全阈值进行比较，依据比较结果控制所述半导体器件的关断与否。

进一步的，所述温度检测模块包括一端与所述发射端相连的热敏电阻，所述热敏电阻的另一端连接分压电阻的一端，所述分压电阻的另一端连接弱电电源。

进一步的，所述反馈信号为所述热敏电阻的两端电压信号。

进一步的，所述反馈信号经AD转换成温度信号，所述安全阈值为预设温度值。

进一步的，所述控制模块为DSP芯片。

进一步的，所述半导体器件为IGBT。

进一步的，所述半导体器件为MOS管。

进一步的，所述控制模块向所述半导体器件的所述输入端输出PWM方波。

进一步的，所述温度检测模块与所述半导体器件的发射端之间还连接有导热铜箔。

进一步的，所述热敏电阻为片状热敏电阻。

相对于现有技术，本实用新型所述半导体器件过热保护电路及方法具有以下优势：

将半导体器件的发热温度通过输出端传输至温度检测模块，温度检测模块将所述温度转换成电信号输出至控制模块，通过控制模块的分析判断来控制半导体器件的通断，从而防止半导体器件过热，该种保护电路结构简单，反应灵敏，检测准确性高，具有良好的过热保护效果，与其对应的判断方法也简单可靠，适用范围广。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一种半导体器件过热保护电路及方法对应的优选实施例的电路原理图。

图2为本实用新型一种半导体器件过热保护电路及方法对应的另一种优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。图1-2示出了本实用新型一种半导体器件过热保护电路及方法对应的优选实施例电路原理图及结构示意图。所述半导体器件过热保护电路包括与所述半导体器件的接地的发射端相连的温度检测模块、与所述半导体器件输入端相连并接收所述温度检测模块输出反馈温度信号的控制模块，所述控制模块将接收到的所述反馈信号转化后与安全阈值进行比较，依据比较结果控制所述半导体器件的导通与关断。

所述温度检测模块包括一端与所述发射端相连的热敏电阻，所述热敏电阻的另一端连接分压电阻的一端，所述分压电阻的另一端连接弱电电源。

半导体器件具有多种类型，如绝缘栅双极型晶体管IGBT、场效应管MOS 管等，换言之，本实用新型的过热保护电路不仅可以应用于IGBT，还可以应用于MOS及类似半导体器件的过热保护。仅作为示例，本申请的优选实施例以所述绝缘栅双极型晶体管IGBT为例进行阐述。

具体而言，在本实施例中所述热敏电阻采用片状热敏电阻，如图1所示，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的发射端E接地，温度检测模块中的片状热敏电阻NTC两端分别连接所述发射端E和分压电阻R1，分压电阻R1另一端连接电源VCC。显然，所述电源VCC为弱电电源，分压电阻R1的阻值选取与所述片状热敏电阻NTC的性能有关，这对本领域技术人员而言，均是公知技术内容，故而此处不详细展开。所述半导体器件的输入端连接的所述控制模块可以是数字信号处理芯片DSP，也可以是通用单片机如MCS-51等，本申请中采用数字信号处理芯片DSP作为示例进行阐述，DSP芯片具有速度快、精度高、稳定性好的特点。

继续参见图1，所述数字信号处理芯片DSP的控制端连接绝缘栅双极型晶体管IGBT的输入端G而数字信号处理芯片DSP的输入端连接在所述分压电阻 R1和片状热敏电阻NTC之间，用于接收所述片状热敏电阻NTC两端的电压信号。所述数字信号处理芯片DSP将所述电压信号转化后与安全阈值进行比较，若所述转化后的数值超过安全阈值，则控制绝缘栅双极型晶体管IGBT关断，若所述电压信号没有超过安全阈值，则继续使绝缘栅双极型晶体管IGBT保持导通状态。所述电压信号被转换成温度信号，所述安全阈值则当然的对应为温度预设值。该温度预设值具体取值多少，由实际情形决定。

具体的保护方法及过程如下：

所述过热保护电路中绝缘栅双极型晶体管IGBT的发射端E与参考地相连，采用与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT同一参考地的弱电电源Vcc作为温度检测电路电源，分压电阻R1和片状热敏电阻NTC对弱电电源Vcc进行分压，所述片状热敏电阻NTC检测出的温度信号即被转化成分压信号被输入到数字信号处理芯片DSP，再经过AD转换呈所述片状热敏电阻NTC的温度值，当检测到的所述片状热敏电阻NTC的所述温度值高于所述数字信号处理芯片DSP内部设定的安全阈值时，所述数字信号处理芯片DSP的PWM信号输出端输出低电平至绝缘栅双极型晶体管IGBT，该绝缘栅双极型晶体管IGBT关断，从而实现对绝缘栅双极型晶体管IGBT的过热保护。

作为优选，在设计对应的实际结构时，还可以在所述温度检测模块与所述半导体器件的发射端之间连接导热铜箔。当然，也可以采用其它具有良好导电导热性能的材料，比如铝箔等。

参见图2所示的结构示意图，在所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的发射端E 与片状热敏电阻NTC之间还连接有铜箔1。

由于绝缘栅双极型晶体管IGBT的接地引脚，也即发射端E与内部发热量最大的PN结相连，而绝缘栅双极型晶体管IGBT的引脚由导热良好的铜、铝等金属制成，因此PN结上的热量可以通过引脚以及和引脚相连的铜箔迅速传到所述片状热敏电阻NTC上，所述片状热敏电阻NTC的阻值也会随绝缘栅双极型晶体管IGBT内部PN结温度的变化而变化。而且绝缘栅双极型晶体管 IGBT内部PN结到其本体表面以及PN结到所述片状热敏电阻NTC之间均存在热阻，因此所述片状热敏电阻NTC检测到的温度可以近似等于绝缘栅双极型晶体管IGBT的表面温度。

当绝缘栅双极型晶体管IGBT温度升高时，所述片状热敏电阻NTC的阻值减小，而当绝缘栅双极型晶体管IGBT温度降低时，所述片状热敏电阻NTC的阻值变大，进而可以将温度大小量化为电压信号，并将所述片状热敏电阻NTC 两端分得的电压信号传输至数字信号处理芯片DSP，再次被转换成温度数值与设定值比较，如此设计充分利用了半导体器件与温度检测电路使用同一参考地电位，借助两个地电位间的连接线传热原理，所述过热保护电路具有结构简单、成本低、反应速度快、保护效果好的特点。

当然，可以对本方案进一步优化，如实际应用时可先对比测试绝缘栅双极型晶体管IGBT表面实际温度和片状热敏电阻NTC检测的温度，计算出温度偏差，然后在DSP软件内作温度修正，这样可使IGBT温度检测电路检测值更精确。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体器件过热保护电路，其特征在于：所述半导体器件过热保护电路包括，

与所述半导体器件的接地的发射端相连的温度检测模块；

与所述半导体器件输入端相连并接收所述温度检测模块输出的反馈信号的控制模块；

所述控制模块将接收到的所述反馈信号转换后与安全阈值进行比较，依据比较结果控制所述半导体器件的关断与否。

2.根据权利要求1所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：

所述温度检测模块包括一端与所述发射端相连的热敏电阻，所述热敏电阻的另一端连接分压电阻的一端，所述分压电阻的另一端连接弱电电源。

3.根据权利要求2所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：

所述反馈信号为所述热敏电阻的两端电压信号。

4.根据权利要求1所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：

所述反馈信号经AD转换成温度信号，所述安全阈值为预设温度值。

5.根据权利要求1所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：

所述控制模块为DSP芯片。

6.根据权利要求1所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：

所述半导体器件为IGBT。

7.根据权利要求1所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：

所述半导体器件为MOS管。

8.根据权利要求1所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：

所述控制模块向所述半导体器件的所述输入端输出PWM方波。

9.根据权利要求1所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：

所述温度检测模块与所述半导体器件的发射端之间还连接有导热铜箔。

10.根据权利要求2所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：

所述热敏电阻为片状热敏电阻。