关键词：STC；单片机；电力电子；IGBT；NTC

Abstract: Adopt STC to detect the resistance value of NTC which is embedded in IGBT of SVG, through temperature property list, then calculating the temperature value of power device, meanwhile it can alarm the over-temperature condition based on the pre-set value threshold, then the temperature data can be transmitted to power unit board by serial port communication, aftermath HMI will acquire the data to record and display. The characteristics of the design are--high detection accuracy, high stability, safety and strong anti-interference.

Key words: STC; Single Chip; Power Electronics; IGBT; NTC

1  引言

IGBT等电力电子器件已经大量的应用在高压大功率电力电子设备上，这些器件往往工作于高电压和大电流的开关状态下，这种状态下工作的电力电子器件由于开关损耗和通断损耗而产生大量的热量，需要用散热片对其进行散热，如果不能及时将热量散出去，将导致功率器件核心因超温而造成不可逆的损坏，所以实时测量电力电子器件的温度值极其重要。目前测量温度的装置很多，大多采用独立器件进行测量，安装难度大，测量精度不高，用在IGBT的温度测量和保护上很不合理。本文设计电路可对电力电子器件的壳内温度进行测量，测量精度高，安装简单。

2  具体设计实施

本文设计的测温装置电路主要由六个部分组成：参考电源、电源电路、NTC元件、调理电路、单片机、通信电路，原理框图如图1所示。参考电源为调理电路提供基准电压源，调理电路首先将NTC电阻值转换为电压信号，单片机通过内部集成的ADC电路将电压信号转换为数字信号，再通过程序算法计算出实际温度值，并且进行超温阀值比较，将结果通过通信接口传送给功率单元板，功率单元板再将数据发送给上位机进行记录和显示。

图1  原理框图

2.1  电源电路设计

电源电路如图2所示，电源采用EN5339QI，EN5339QI是英特尔推出的Enpirion系列电源系统DC-DC转换器芯片。它整合了电感器、MOSFET开关、小信号电路，采用24引脚QFN封装。EN5339QI是功率密度的电压转换器，它的特点是体积小、高效率，输出电流峰值可达3A。EN5339QI工作开关频率高，并允许使用微型MLCC电容器。可实现非常宽的控制环路带宽，具有较高的瞬态性能和较低的输出阻抗。内部集成电感解决方案有助于降低噪音。VIN为5V电源输入端，通过EN5339QI进行BUCK变换，通过VOUT输出3.3V电源为整个电路供电。

图2  电源电路

2.2  调理电路

调理电路如图3所示，图4是参考电源电路，参考电源REF_3V通过R15与NTC元件进行分压，分压后电压信号Ain1进入射随器反向输入端，射随器输出的电压信号再经过由R16与C20组成的RC滤波器进行滤波，滤波之后的信号ADC1输出送给单片机的ADC输入端。C21对Ain1进行滤波，D8为TVS管，用于电力电子器件故障时对测量电路的过压保护，同时对信号线上的高电压干扰有一定的抵制作用。

                        图3 调理电路                                         图4  参考电源

2.3  单片机电路

单片机电路如图5所示，STC单片机内部集成ADC转换电路和内部振荡电路，为电路设计提供了方便。温度信号输入到单片机的ADC输入端，通过程序控制ADC进行模数转换，得到数字量，为后续程序设计提供数据。L1和C8、C9、C10、C11、C12、C13组成LCL滤波器，为单片机提供稳定可靠的电源。

图4  单片机电路

2.5  通信

通信电路如图6所示，单片机的串口与CH340的串行接口相连接，CH340T是一个USB总线的转接芯片，可以实现USB转串口功能。CH340芯片支持5V电源电压或者3.3V电源电压。

图6  通信接口

2.6  电路板

图7为最终电路板板图，采用4层PCB设计，该电路板尺寸小，安装方便。

图7  电路板板图

3  总结

本设计主要应用于6、10、35kV SVG设备中，用于设备工作时对电力电子器件IGBT工作温度的实时测量，并通过通信接口将数据传送给功率单元板进行后续的数据记录和显示。本设计还可以应用于其他高压的大功率电子器件需要测量温度的场合。

参考文献：

[1]Herbert M Lawatsch，Janis Vitins. Protectinof thyristor against overvoltage withbreakover diode[J]. IEEE Trans. on Indus-try Applications, 1988，24:444-448.

[2]汤广福. 大功率晶闸管串联技术及其在静补工程中的应用研究[D]. 北京:国家电力公司电力科学研究院,1998.

[3]R．Mohan Mathur, Rajiv K．Varma．徐政译．基于IGBT的柔性交流书店控制装置[M]．北京：机械工业出版社，2005，4.

[4]何大愚. 柔性交流输电技术的定义、机遇及局限性[J]. 电网技术,1996,20(6).

作者简介：

闻航（1988）女 辽宁锦州 辽宁荣信兴业电力技术有限公司 工程师 学士