基于NTC熱敏電阻的溫度實時在線監測技術研究
2022年電子技術應用第2期
王蓓蓓1，2，張 良1，2，武 丹1，2，董 亮1，2，張加林1，2
1.中電普瑞電力工程有限公司，北京102200；2.北京市直流輸配電工程技術研究中心，北京102200
摘要： 對于以IGBT為主的半導體器件來說，結溫升高會嚴重影響其工作特性，進而影響其構成的電力電子裝置的可靠性。提出了一種基于NTC熱敏電阻的溫度實時在線監測技術。利用IGBT模塊內部集成的負溫度系數(NTC)熱敏電阻，將溫度信號轉化為頻率信號，通過光纖隔離后輸入至邏輯處理芯片(CPLD)，經邏輯處理后在上位機進行溫度實時顯示。該技術具有頻率信號可靠性高、溫度顯示準確等優點。最后搭建溫度實時在線監測的工程樣機，配合電力電子裝置的功率運行試驗，測試不同溫度下的頻率值，對該技術的有效性進行驗證。
中圖分類號： TM133
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211590
中文引用格式： 王蓓蓓，張良，武丹，等. 基于NTC熱敏電阻的溫度實時在線監測技術研究[J].電子技術應用，2022，48(2)：107-110.
英文引用格式： Wang Beibei，Zhang Liang，Wu Dan，et al. Research on real-time on-line temperature monitoring technology based on NTC thermistor[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(2)：107-110.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211590
中文引用格式： 王蓓蓓，張良，武丹，等. 基于NTC熱敏電阻的溫度實時在線監測技術研究[J].電子技術應用，2022，48(2)：107-110.
英文引用格式： Wang Beibei，Zhang Liang，Wu Dan，et al. Research on real-time on-line temperature monitoring technology based on NTC thermistor[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(2)：107-110.
Research on real-time on-line temperature monitoring technology based on NTC thermistor
Wang Beibei1，2，Zhang Liang1，2，Wu Dan1，2，Dong Liang1，2，Zhang Jialin1，2
1.China EPRI Electric Power Engineering Co.，Ltd.，Beijing 102200，China； 2.Beijing DC Transmission & Distribution Engineering Technology Research Center，Beijing 102200，China
Abstract： For semiconductor devices, such as IGBT，the high junction temperature will seriously affect the operation characteristics, and such affect the reliability of power electronic devices constructed by them. The real-time on-line temperature monitoring technology based on NTC thermistor is proposed in this paper. By using the negative temperature coefficient(NTC) thermistor integrated inside IGBT module, temperature signals are converted to frequency signals and transferred to the logic processing chip(CPLD) via fiber isolation. The temperature is displayed in real time on computer after logic processing. It has the advantages of high reliability and accurate display. Finally, an engineering prototype of real-time on-line temperature monitoring technology is built to verify the effectiveness of this technology by testing the frequency values at different temperatures under the experiment of the power electronic device.
Key words : negative temperature coefficient thermistor；IGBT junction temperature；voltage and frequency conversion；real-time mon- itoring；power electronic device
0 引言
直流輸電技術由于線路成本低、輸電損耗小、供電可靠性高等優點，近年來得到廣泛的研究[1-4]。而直流輸電技術的發展離不開電力電子裝置的參與。在電力電子裝置中，IGBT又以其耐壓高、電流大、驅動簡單、可靠性高等優點占主導地位[5]。IGBT在正常工作過程中會產生大量損耗，該損耗會隨著運行功率的增加而顯著增加，進而導致IGBT模塊內部結溫的升高。器件結溫越高，其運行安全裕度越小，結溫波動越大，熱循環壽命越短[6]。因此，監測功率器件的工作結溫對于失效機理分析和壽命預測非常關鍵。為方便試驗人員觀測，應能將IGBT結溫進行實時顯示，從而及時調節電力電子裝置的運行功率。
常見的IGBT結溫的采集方法主要有熱傳感器測量法、紅外探測法、電參數間接測量法、電—熱耦合仿真分析法等[7]。但熱傳感器測量法屬于接觸式，響應速度慢，不能實時測溫；紅外探測法屬于非接觸式，可以實時測量溫度，但所需要的測量設備較為昂貴，芯片發射率的修正方法較為復雜[8]；電參數法可以實現溫度的實時測量，但屬于對IGBT溫度等效參數的粗略估算，精確度不高[9]；電—熱耦合仿真分析法是基于IGBT模塊的電模型和熱模型建立起來的，但該種方法在仿真中較為適用，在實際工程中，不能實現對溫度的實時測量[10]。
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作者信息：
王蓓蓓1，2，張 良1，2，武 丹1，2，董 亮1，2，張加林1，2
(1.中電普瑞電力工程有限公司，北京102200；2.北京市直流輸配電工程技術研究中心，北京102200)
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