IPM内的集成传感器在宽规模运转条件下维护像SKiiP这样的功率模块。装备适宜的评价电路，它能作为一个协同效应为进程操控供给高质量的信息。这能够节约空间、本钱和开发时刻。经过外部观测器，可用传感器信号的联合可添补运用中特定维护的空地。
现在，运转参数监测已成为功率模块的一个组成部分。在功率模块中，温度传感器已或多或少地成为规范装备，甚至连电流传感器也正越来越广泛被选用。事实上，与外置传感器解决计划比较，集成传感器是更具有本钱效益的解决计划，它为用户带来附加的维护功用，一同减小了模块的体积。
电流传感器
假如一个功率模块装备了电流传感器，其信号主要是用作输出电流操控（例如：在传动运用中），而且还能够起到维护器材的效果。电机操控的需求确认电流传感器的特性。在许多状况下，毛病（包含温度漂移）都必须低于1 。.. 2%。对温度（-40℃～125℃）和低电流损耗的要求是经过功率模块本身来设定的。器材维护功用设定过流才干（最大短路电流为额定电流的5倍），上限截止频率（》 100kHz）。
关于中低功率器材，运用电流分流器是一个准确且低本钱高效率的解决计划。电流限额约为30A～40A。不足之处是有额定的功率损耗，而且假如分流器用于丈量发射极电流，将会失掉阻隔且IGBT栅极信号中存在搅扰。
关于高功用和大功率半导体模块，一般运用电气阻隔的传感器。无补偿电流的纯霍尔效应传感器在差错和温度稳定性方面的功用较差。传感器可用在用户指定的模块中，因为这些模块中的需求界说的很清楚。具有高线性度和低温度漂移的传感器与补偿电流一同运作。该电流抵消传感器中心内丈量电流的磁场。补偿电流放大器的操控信号由霍尔效应、磁场或磁阻探头供给。
关于像赛米控SKiiP体系这样的智能功率模块（IPM），因为终究运用关于高功用的要求，运用高精度的传感器是最适宜的。在终究运用中，传感器直接集成在模块的外壳中，盘绕主端子以节约空间（图1）。用于信号监测和转化的评价电路是驱动器电路的一部分。特别规划的ASIC芯片确保高集成度和高牢靠性，这在选用外部传感器的计划中是难以实现。
在IPM内部，电流监测电路与驱动器电路直接相连。它能够在最短时刻内检测到外部短路，而且可在2～3µs内关断功率半导体。未来，这一特性将变得越来越重要，因为与曩昔的IGBT答应10 µs的短路时刻比较，新一代IGBT只答应6 µs的短路时刻。
电压源逆变电路AC端子处的电流传感器不能检测到逆变桥内的短路。这儿，经过监测VCE（sat），处于开态的半导体的斜率电阻用于维护意图。该办法关于短路维护是满足的，但并不适宜电流的丈量。
图1：AC端子集成了电流传感器的SKiiP功率模块
温度传感器
关于器材维护而言，有几种温度传感器可供运用。这些传感器具有负温度系数（NTC）或正温度系数（PTC）。规范工业模块中运用最多的是NTC传感器。赛米控运用自己的硅芯片传感器SKCS，该传感器为PTC特性、具有线性度高和差错小的特色。配适宜合的监测电路，比如SKiiP的IPM供给一个模仿输出信号用于温度丈量和毛病率低于5°C的维护功用。
传感器在模块内的方位在很大程度上影响其温度维护的才干。事实上，在这方面传感器的方位比传感器的差错更重要。假如硬件断路电平由驱动器或操控电路设置，则尤为如此。
图2：功率模块内有关不同温度传感器方位的事例研讨；模型和温度模仿
对不同方位传感器所带来的影响进行了一项研讨。功率模块的一个模型如图 2所示。该模块没有铜底板，安装在一个风冷铝散热器上。不同传感器的热耦合不同，从传感器A）在同一铜层上与功率半导体直接相连，到传感器B）和C）在模块内不同方位进行阻隔，到放置在散热器上模块旁的传感器D）。因为不同的热耦合，每个传感器有不同的结（ j ）到传感器（r）热阻Rth（j-r）。
用于过热维护的断路电平可在准静态条件为每个传感器设定。例如，假如Tj 不能超越140°C，则所研讨事例体系的“过热关断”断路电平将从120°C（传感器A）、110°C（传感器B）、100°C（传感器C）至70°C（传感器D）不等。源和传感器之间的耦合越好，冷却体系的影响越低。这是集成解决计划的一个很大的优势。
不过，关于其他冷却条件（散热资料和根基厚度、冷却介质、导热硅脂厚度），断路电平不得不设定为新的值。这使得IPM的制作商很难为恣意给定的运用将过热断路电平设定至一个恰当值。为此，传感器信号应由外部上位操控器进行监测，而且假如需求的话，热维护电平应与冷却体系相匹配。
为显现冷却体系所产生的影响，导热硅脂层的厚度由本来的50 µm添加至100 µm。因为传感器A与功率半导体有着最佳的热耦合，因而能够看出对Rth（j-r） 的影响最低，其值只添加了3%。 传感器B和C的Rth（j-r） 值添加了 7…8%。冷却体系对传感器D的Rth（j-r）影响最大，其值的添加超越 25%。
另一个问题是温度传感器是否能够在短时过载的状况下维护功率半导体。每个传感器对结温升高做出反响的时刻存在推迟，该推迟与传感器的方位相关。这一特性由热阻抗Zth（j-r）来描绘。它的体现与希望的不一致（见图3）。Zth（j-r）与结到散热器的热阻抗Zth（j-s）（直接在芯片下）的比较标明 在一秒钟之后体系的结-散热器热阻抗已到达稳态条件，而体系的结-传感器则需求100秒才干抵达稳态。其间的原因是散热器内部存在热扩散。
图3：结（ j ）到不同方位传感器（rX ）和散热器的热阻抗
关于每一个功率半导体，其静态功耗Ptot的最大值是指定的。关于示例中的从50% Ptot至200% Ptot的过载跳变，半导体将一段时刻后过热。传感器A将在0.19s后到达其120°C的断路电平，供给牢靠的设备维护并将结温保持在约150°C。由传感器B和C供给维护的设备的结温将处在160 °C至170°C这样一个危殆的规模内；在这些状况中，传感器需求0.3…0.4s到达断路电平。取决于器材的特性，这或许意味着现已超越了数据手册中规则的限额。传感器D的反响时刻超越1秒，因而无法维护设备。关于过载十分高且发动温度低的状况，温度传感器不能供给任何恰当的维护。
有关不同温度传感器方位优缺点的概述在表1中列出，因为有阻隔，坐落B方位的传感器现在是首选的计划。假如未来驱动器带维护电路而且信号在驱动器二次侧进行改换，则或许意味着传感器方位A 也许是更好的解决计划。
集成维护
假如产生短时过载，设备维护将存在一个空地。电流传感器的断路值设定为较高值以答应短时过载，比如在电机起动的时分。长时刻运转在该电流等级下将导致设备过热。在大多数状况下，温度维护元件的反响时刻太长而无法检测到这种过热。
添补这一空白的一种或许的方法是使用电流及温度信号的软件关断。逆变操控器以传感器的温度和电气运转条件为根底核算结温。tp时刻的结温可由下式核算出：
P0为t=0s 时的功耗，Pover为过载时的功耗。这儿，热阻抗Zth（j-r）如数据手册中所述，模仿温度信号Tr也是需求的。
表1：有关不同方位温度传感器是否适宜于维护功率半导体的比较。
总结
IPM内的集成传感器在宽规模运转条件下维护像SKiiP这样的功率模块。装备适宜的评价电路，它能作为一个协同效应为进程操控供给高质量的信息。这能够节约空间、本钱和开发时刻。经过外部观测器，可用传感器信号的联合可添补运用中特定维护的空地。
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