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秒蜂慎
5 years ago
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第 9 章温度检测功能 1. 内容 9-2 2. 功能 9-2 3. 温度二极管电压的特性 9-2 4.

2 V F (V) V F (V) 1. 内容在此对温度二极管功能进行说明同时对实际使用 ADI-ADuM4138 时温度检测功能的适用内容, 以及对温度二极管电压波动补偿功能和补偿方法进行说明 2. 功能温度二极管功能用于检测 IGBT 的结温 T vj 温度二极管与 IGBT 芯片集成在同一芯片上, 通过恒定电流流动输出与 T vj 相应的温度检测电压温度二极管电压对温度具有线性特性, 可以容易地实现利用这种特性的 T vj 监视功能 3. 温度二极管的特性图 9-1 所示为温度二极管中流经 1mA 恒定电流时温度二极管电压 V F 与 T vj 依存性另外, 图 9-2 所示为恒定电流波动为 1mA±5% 状态下的依存性此时, 温度二极管电压的波动为 ±11mV T vj ( ) T vj ( ) 图 9-1 I F =1mA 时的 V F -T vj 依存性图 9-2 I F =±0.05mA 时的 V F -T vj 依存性 * 注 : ADuM4138 的 I F 电流规格 :±5%(I F =1mA 时 ) I F = 1mA±5% 时的温度二极管 V F 波动 :±11mV Co., Ltd. All rights reserved. 9-2

3 Duty (V) 4. 使用 ADI-ADuM4138 时的温度检测功能 ADuM4138 中内置有通过向 IGBT 模块内置的集成芯片温度传感器中输入 1mA(TYP.) 恒定电流, 检测产生的温度二极管电压, 并输出与二极管电压相应的占空比 PWM 脉冲的功能图 9-3 所示为 ADuM4138 温度二极管电压与 PWM 占空比输出依存性最后, 根据 IGBT 模块 T vj 的温度二极管电压输出 ADuM4138 PWM 占空比输出这两个温度检测功能, 可获得与 IGBT 结温相应的 PWM 脉冲占空比 V F (V) 图 9-3 PWM Duty-V F 依存性 5. 使用 ADI-ADuM4138 时的温度检测补偿方法如图 9-2 所示, 由于输入温度二极管的恒定电流波动以及温度二极管自身温度的依存性波动, 导致从 IGBT 模块内置温度二极管输出的电压特性出现偏差 ADuM4138 内置有用于补偿温度二极管电压输出的 PWM 占空比功能, 以实现更加准确的温度检测此功能通过调整 IC 内置的温度二极管电压检测用运算放大器的增益和偏置进行补偿另外, 可通过 SPI 通信功能在 EEPROM 中写入补偿值以下对实际的补偿方法进行说明 5.1 温度二极管功能补偿概要以下对补偿方法的概要进行说明 1) 结温温度二极管电压 PWM 占空比的关系 ( 规格 ) 如表 9-1 所示表 9-1 温度温度检测电压 PWM 占空比的规格值项目规格 *1) 结温 T vj 25 C 175 C 温度检测电压 V F 2.23V 1.65V PWM 占空比 D PWM 30% 82% *1) 有关确切的值, 请参阅 IGBT 模块和驱动器 IC 规格 Co., Ltd. All rights reserved. 9-3

4 占空比 (%) 占空比 (%) 占空比 (%) 2) 获得当前补偿前的特性数据 ( 结温 PWM 占空比 ) 3) 计算 IC 内置的温度二极管电压检测用运算放大器的增益和偏置值, 以补偿规格值与所获得特性数据相差值图 9-4 所示为补偿方法的概要 4) 使用 IC 的 SPI 通信功能将计算的增益偏置的补偿值写入 EEPROM PWM 占空比 - 温度二极管 V F 目标调整 Gain 以便 dd PWM /dv F 一致以 V F =2.23V 为原点, dd PWM /dv F 根据 Gain 值而変化 V F (V) & T vj ( ) Gain 调整 PWM 占空比 - 温度二极管 V F 偏置目标增益补偿偏置 V F (V) & T vj ( ) Offset 调整 PWM 占空比 - 温度二极管 V F 目标增益 & 偏置补偿 V F (V) & T vj ( ) 图 9-4 补偿方法概要 Co., Ltd. All rights reserved. 9-4

5 5.2 获取特性数据需要获得当前的特性数据以进行补偿 1) 测量条件水套中流动规定温度的冷却液以便 IGBT 模块的 T vj 达到目标温度实际测量时, 建议在水套中流动冷却液 10 分钟后再进行测量 2) 测量项目建议进行低温侧数据测量和高温侧在小于 175 的尽量高的温度下的测量获得的数据范围越广则补偿精度越高表 9-2 测量项目测量项目测量部位结温 T vj 冷却液和水套的温度 T vj LOW T vj HIGH PWM 占空比 D PWM TEMP-U~W TEMP-X~Z D LOW D HIGH 5.3 计算偏置补偿值 1) 通过表 9-1 的温度检测相关规格值计算 T vj 变化的 V F 变化量和 V F 变化的 D PWM 变化量 dv F /dt vj spec = (1.65V V) / (175 C - 25 C ) = [V / C ] dd PWM /dv F spec = (82% - 30%) / (1.65V V) = [% / V] 2) 通过表 9-2 的温度 -PWM 占空比的计算补偿前 T vj 变化的 DPWM 变化量 dd PWM /dt vj mesured = (D HIGH - D LOW ) / (T vj HIGH - T vj LOW ) = -. [% / C ] 3) 通过温度 -PWM 占空比的计算输入驱动 IC 时 25 时和 175 时的 V F 推断值 V F 25C = 1 / (dd PWM /dv F spec ) (dd PWM /dt vj mesured (25 C - T vj HIGH ) + D HIGH - 30%) V V F 175C = 1 / (dd PWM /dv F spec ) (dd PWM /dt vj mesured (175 C - T vj HIGH ) + D HIGH - 30%) V Co., Ltd. All rights reserved. 9-5

6 偏置 4) 计算偏置补偿值计算补偿量, 以补偿 25 时温度传感器电压的推断计算值 V F 25C 和基准值 2.23V 的差值偏置补偿值 = (V F 25C V) / dv OFFSET /bit dv OFFSET /bit : 偏置补偿系数 = 将计算的偏置补偿值整数化但是, 由于本驱动 IC 带有用于补偿偏置的 6bit 的补偿 bit, 因此,+ 偏置补偿值的范围为 0 ~ 31, - 偏置补偿值的范围为 -1 ~ -32 超过此范围时不可补偿 5) 通过补偿值计算 EEPROM 的写入值表 9-3 计算 EEPROM 的偏置写入值内容整数化的偏置补偿值为 +( 正 ) 时整数化的偏置补偿值为 -( 负 ) 时转换为 2 进制将 + 整数化偏置补偿值 (10 进制 ) 直接转换为 2 进制计算 64+(- 整数化偏置补偿值 (10 进制 )) 后, 转换为 2 进制偏置补偿 EEPROM 写入值 (10 进制 ) 图 9-5 EEPROM 写入值和偏置补偿 Co., Ltd. All rights reserved. 9-6

7 增益 5.4 计算增益补偿值 1) 计算增益补偿值计算补偿值, 以补偿通过温度 -PWM 占空比计算的 T vj 变化 (25 ~175 ) 的 V F 变化量的推断计算值和规格值的差值增益补偿值 = (1 - (V F 175C - V F 25C ) / (175 C - 25 C ) / dv F /dt vj spec ) / dv GAIN /bit dv GAIN /bit : 增益补偿系数 = 将计算的增益补偿值整数化但是, 由于本驱动 IC 带有用于补偿偏置的 6bit 的补偿 bit, 因此,+ 增益补偿值的范围为 0 ~ 31,- 增益补偿值的范围为 -1 ~ -32 超过此范围时不可补偿 2) 通过增益补偿值计算 EEPROM 的写入值表 9-4 计算 EEPROM 的增益写入值内容整数化的增益补偿值为 +( 正 ) 时整数化的增益补偿值为 -( 负 ) 时转换为 2 进制将 + 整数化增益补偿值 (10 进制 ) 直接转换为 2 进制计算 64+(- 整数化增益补偿值 (10 进制 )) 后, 转换为 2 进制增益补偿 EEPROM 写入值 (10 进制 ) 5.5 ADuM4138 的 EEPROM 的数据写入图 9-6 EEPROM 写入值和增益补偿为了实际使用 ADuM4138 的 SPI 通信功能在 IC 内的 EEPROM 中写入数据, 需要在计算机和 IC 端子间连接的 SPI 通信模块和写入软件等详情请咨询 Analog Devices. Inc. Co., Ltd. All rights reserved. 9-7

8 5.6 计算实例 1) 通过表 9-1 的温度检测相关规格值计算 T vj 变化的 V F 变化量和 V F 变化的 D PWM 变化量 dv F /dt vj spec = (1.65V V) / (175 C - 25 C ) = [V / C] dd PWM /dv F spec = (82% - 30%) / (1.65V V) = [% / V] 2) 通过表 9-5 的温度 -PWM 占空比的计算补偿前 T vj 变化的 dd PWM 变化量表 9-5 实例测量项目结温 T vj 28 C (T vj LOW ) 65 C (T vj HIGH ) PWM 占空比 D PWM 29.37% (D LOW ) 43.75% (D HIGH ) dd PWM /dt vj mesured = (D HIGH - D LOW ) / (T vj HIGH - T vj LOW ) = (43.75% %) / (65 C - 28 C) = [% / C] 3) 通过 -PWM 占空比的计算输入驱动 IC 时 25 时和 175 时 V F 推断值 V F 25C = 1 / (dd PWM /dv F spec ) (dd PWM /dt vj mesured (25 C - T vj HIGH ) + D HIGH - 30%) V = 1 / ( [% / V]) ( [% / C] (25 C - 65 C) % - 30%) V = 2.250V V F 175C = 1 / (dd PWM /dv F spec ) (dd PWM /dt vj mesured (175 C - T vj HIGH ) + D HIGH - 30%) V = 1 / ( [% / V]) ( [% / C] (175 C - 65 C) % - 30%) V = 1.600V 4) 计算偏置补偿值计算补偿值, 以补偿 25 时温度传感器电压的推断计算值 V F 25C 和基准值 2.23V 的差值偏置补偿值 = (V F 25C V) / dv OFFSET /bit = (2.250V V) / = dv OFFSET /bit : 偏置补偿系数 = 将计算的偏置补偿值整数化整数化偏置补偿值 = 13 5) 通过偏置补偿值计算 EEPROM 的写入值 + 整数化偏置补偿值 (10 进制 )= +13 EEPROM 写入值 = 13(DEC) = (BIN) Co., Ltd. All rights reserved. 9-8

9 6) 计算增益补偿值计算补偿值, 以补偿通过温度 -PWM 占空比计算的 T vj 变化 (25 ~ 175 ) 的 V F 变化量的推断计算值和规格值的差值增益补偿值 = (1 - (V F 175C - V F 25C ) / (175 C - 25 C) / dv F /dt vj spec ) / dv GAIN /bit = (1 - (1.600V V) / (175 C - 25 C) / [V / C]) / = dv GAIN /bit: 增益补偿系数 = 将计算的增益补偿值整数化整数化增益补偿值 = -20 7) 通过增益补偿值计算 EEPROM 的写入值 - 整数化增益补偿值 (10 进制 )= -20 EEPROM 写入值 = 64 + (-20) = 44(DEC) = (BIN) Co., Ltd. All rights reserved. 9-9

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