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. 使用 ADI-ADuM4138 时的温度检测功能 9-3 5. 使用 ADI-ADuM4138 时的温度检测补偿方法 9-3 Co., Ltd. All rights reserved. 9-1
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
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
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
5.2 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 - 2.23V) / (175 C - 25 C ) = -0.003867 [V / C ] dd PWM /dv F spec = (82% - 30%) / (1.65V - 2.23V) = -89.655 [% / 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%) + 2.23V V F 175C = 1 / (dd PWM /dv F spec ) (dd PWM /dt vj mesured (175 C - T vj HIGH ) + D HIGH - 30%) + 2.23V Co., Ltd. All rights reserved. 9-5
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 - 2.23V) / dv OFFSET /bit dv OFFSET /bit : 偏置补偿系数 = 0.0015 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
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 = 0.00618 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
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 - 2.23V) / (175 C - 25 C ) = -0.003867 [V / C] dd PWM /dv F spec = (82% - 30%) / (1.65V - 2.23V) = -89.655 [% / 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% - 29.37%) / (65 C - 28 C) = 0.3886 [% / 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%) + 2.23V = 1 / (-89.655 [% / V]) (0.3886 [% / C] (25 C - 65 C) + 43.75% - 30%) + 2.23V = 2.250V V F 175C = 1 / (dd PWM /dv F spec ) (dd PWM /dt vj mesured (175 C - T vj HIGH ) + D HIGH - 30%) + 2.23V = 1 / (-89.655 [% / V]) (0.3886 [% / C] (175 C - 65 C) + 43.75% - 30%) + 2.23V = 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 - 2.23V) / dv OFFSET /bit = (2.250V - 2.23V) / 0.0015 = 13.33 dv OFFSET /bit : 偏置补偿系数 = 0.0015 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) = 001101(BIN) Co., Ltd. All rights reserved. 9-8
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 - 2.250V) / (175 C - 25 C) / - 0.003867 [V / C]) / 0.00618 = -19.51 dv GAIN /bit: 增益补偿系数 = 0.00618 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) = 101100(BIN) Co., Ltd. All rights reserved. 9-9