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大功率晶體管通常都會要求檢測其工作溫度,因為PN結(jié)溫都會有最大限制,一般硅材料最高150度,并且隨著溫度的升高其工作的耗散功率和電流隨之下降,長時間工作溫度過高就會很容易失效,所以一般都會檢測其工作溫度,過熱時會停止工作。比如IH加熱中的IGBT,應(yīng)用中有很多種測溫方式,溫度檢測常用有壓環(huán)式熱敏電阻測溫、插件式熱敏電阻測溫和貼片式熱敏電阻測溫,熱敏電阻一般采用負(fù)溫度系數(shù)(NTC),且每種溫度采集方式也都各自有優(yōu)缺點。 一、壓環(huán)式熱敏電阻測溫(如下圖1)
圖1
熱敏電阻(NTC)被封裝在一個金屬壓環(huán)上,用固定IGBT的螺絲穿過壓環(huán)再一起固定在散熱器上,所以IGBT的溫度首先傳給壓環(huán),壓環(huán)再傳給熱敏電阻。有些應(yīng)用則直接將壓環(huán)固定在散熱器上,直接檢測散熱器的溫度。壓環(huán)式測溫直接感受IGBT本體溫度,及時性較高,但是我們知道散熱器上是帶有上千伏的高壓,而壓環(huán)上的螺絲與散熱器是連在一起的,所以熱敏電阻封裝在內(nèi)就需要很高的耐壓要求,否則就很容易引起擊穿打火的現(xiàn)象。 二、插件式熱敏電阻測溫(如下圖2)
圖2
插件式熱敏電阻測溫的NTC是直接焊在PCB上,通常采用玻璃封裝的插件NTC,NTC裝在一個小硅膠殼里面,硅膠殼里再填上導(dǎo)熱硅脂,IGBT倒在熱敏電阻上面,裝配時會受到不同程度的應(yīng)力,硅膠殼就起緩沖的作用,而且裝配有可能IGBT與熱敏電阻的接觸會產(chǎn)生空隙,影響傳熱效果,所以就需要添加導(dǎo)熱硅脂。此種方式測溫最及時,熱敏電阻直接感知IGBT殼體溫度,但是裝配工藝非常不穩(wěn)定,比如接觸緊密和接觸不太好的差異較大,使得感溫的一致性較差。 三、貼片式熱敏電阻測溫(如下圖3)
圖3
前2種方式在生產(chǎn)時的人工成本較高,隨著自動化程序越來越高,貼片方式也用得越來越廣泛,可以省去人工。熱敏電阻采用下分壓方式,即熱敏電阻的一端是接地的,而IGBT的發(fā)射極也是接地,將貼片熱敏電阻靠近IGBT放置,使其感應(yīng)IGBT發(fā)射極的溫度,以此來間接反應(yīng)整個IGBT的本體溫度。即IGBT本體的溫度先傳給發(fā)射極引腳,發(fā)射極引腳的溫度再傳給PCB板,PCB板上的銅箔再傳給貼片熱敏電阻。這樣就會存在著一定的溫度差,并且及時性較差。此方案中貼片熱敏電阻的焊盤設(shè)計要求較高,貼片電阻直接碰到發(fā)射極效果是最好的,但是就會出現(xiàn)貼片熱敏電阻兩端的焊盤大小不一樣,電路板在過波峰焊接時兩端產(chǎn)生的熱應(yīng)力很容易將其損壞。而遠(yuǎn)離發(fā)射極時感溫效果又變差,所以此方式本體開裂的失效率較高。一般焊盤采用以下圖4的方案設(shè)計。
圖4