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Sensore di temperatura IGBT: guida completa al monitoraggio termico

A cura del team tecnico applicativo INNO Aggiornato il 27 ott 2026 10 min di lettura

Distingui la temperatura di giunzione, del modulo, della piastra di base e del dissipatore IGBT, confronta i metodi di misura e pianifica misure puntuali per i test di elettronica di potenza.

Mani che collegano una sonda di temperatura a fibra ottica arancione a uno strumento di monitoraggio

La scelta di un sensore di temperatura per IGBT parte dal punto da misurare. A seconda che il progetto riguardi protezione, modellazione termica o validazione di un banco prova, può interessare la temperatura della giunzione in silicio, quella del termistore interno, del contenitore, della piastra di base o del dissipatore. In condizioni di carico questi valori possono differire lungo il percorso termico.

Ogni sensore misura la temperatura nella propria posizione di installazione. Distinguere giunzione, modulo, piastra di base e dissipatore aiuta a posizionare le sonde e interpretare i dati di prova.

Punti chiave

  • Tj, lettura della NTC interna, Tc e temperatura del dissipatore descrivono punti fisici diversi.
  • La NTC integrata si trova normalmente sul substrato ceramico vicino ai chip, non sulla superficie attiva del silicio. Non misura direttamente Tj e reagisce più lentamente ai transitori rapidi.
  • Una sonda esterna misura la superficie che tocca. Per stimare Tj da una misura superficiale servono un modello termico calibrato e i dati sulle perdite.
  • Una sonda a fibra ottica a fluorescenza evita un conduttore metallico nel punto di misura. È utile quando isolamento elettrico e disturbi di commutazione complicano i sensori convenzionali.

Le diverse temperature in un modulo IGBT

Il calore generato nel silicio attraversa la saldatura del die, il substrato ceramico, la saldatura della piastra, la piastra in rame e il materiale di interfaccia termica prima di raggiungere dissipatore o cold plate. Ogni strato aggiunge resistenza e capacità termica.

Punto termicoPosizione fisicaMetodo tipicoMisurabile direttamente con sonda superficiale?Obiettivo
Giunzione (Tj/Tvj)Area attiva del die in silicioParametri elettrici sensibili alla temperatura, modello termico o sensore sul die in moduli di ricercaNoVerifica limiti operativi, power cycling e stima della vita utile
Temperatura interna (NTC)Substrato ceramico all’interno del packageTermistore NTC integratoNo; lettura tramite pin ausiliariProtezione da sovratemperatura e derating della corrente
Piastra / case (Tc)Piastra di rame sotto il substrato; Tc è il punto definito in scheda tecnicaSonda in una scanalatura della piastra di raffreddamento o nel punto di riferimentoSì, se il punto è accessibileVerifica della resistenza termica
Involucro del moduloSuperficie esterna in plastica o resinaSonda a contatto o termocameraSìConfronto delle tendenze di riscaldamento
Dissipatore (Th)Superficie o canale interno del dissipatorePT100, termocoppia o sonda a fibra otticaSìValutazione del raffreddamento e dell’interfaccia termica

La temperatura Tc indicata in scheda tecnica si riferisce a un punto definito sulla piastra, non alla superficie dell’involucro plastico. La plastica è isolante: una sonda sul telaio esterno può quindi leggere meno della piastra. Nei rapporti di prova va indicata la posizione esatta della sonda.

Perché giunzione, NTC e dissipatore indicano temperature diverse?

In regime stazionario la differenza tra chip e raffreddamento dipende dalle perdite e dalle resistenze termiche in serie. La NTC è separata dalla superficie attiva: il calore attraversa prima substrato e piastra. La giunzione può cambiare in millisecondi, mentre NTC, piastra e dissipatore rispondono più lentamente.

I moduli con più chip presentano anche differenze locali. IGBT e diodi hanno perdite diverse in funzione di corrente, modulazione e fattore di potenza. Una sola NTC rappresenta la zona di substrato vicina, non necessariamente il chip più caldo.

Confronto dei metodi di misura della temperatura IGBT

La scelta dipende dall’accesso meccanico, dal potenziale elettrico, dai disturbi e dall’obiettivo del test.

MetodoPunto misuratoIsolamento elettricoVantaggioLimite principale
NTC integrataSubstrato internoDipende dalla progettazione del moduloGià presente per controllo e protezionePosizione fissa; non segue i transitori rapidi del chip
TermocoppiaInvolucro, piastra, dissipatore o busbarI conduttori metallici non sono isolati intrinsecamenteGiunto compatto e costo contenutoI cavi possono portare potenziale e captare rumore
PT100 / RTDSuperficie, dissipatore o refrigerantePuò servire un ingresso isolatoStabilità per misure ordinarieDimensioni e cablaggio possono limitare gli spazi
Termocamera IRSuperfici visibiliMisura senza contattoMappa più superfici contemporaneamenteRichiede linea visiva ed emissività nota
Fibra ottica a fluorescenzaPiastra, busbar, dissipatore o strutturaPercorso ottico non conduttivoMisura puntuale vicino all’alta tensione, con elevata resistenza alle EMIMisura il punto della sonda; ogni punto richiede una sonda
Stima TSEPCaratteristiche elettriche del chipRilevata ai terminali di potenzaStima della temperatura di giunzioneRichiede calibrazione e campionamento rapido

Quando usare una sonda a fibra ottica per gli IGBT?

Su un cold plate collegato a terra, in un ambiente elettrico tranquillo, RTD o termocoppie possono essere sufficienti. La fibra ottica diventa utile quando i cavi conduttivi aumentano i rischi di sicurezza o i problemi di rumore.

Misure vicino a potenziali elevati o nodi flottanti

In inverter industriali, azionamenti in media tensione e convertitori di trazione, dissipatore e piastra possono essere flottanti. Una termocoppia collegata a un punto in tensione può portare il potenziale fino all’acquisizione dati. Il percorso ottico non conduttivo separa il punto dallo strumento; isolamento, distanze e montaggio devono comunque essere adatti all’applicazione. Approfondisci la misura della temperatura con isolamento elettrico.

Commutazione PWM rapida

Transizioni ad alto dv/dt e commutazioni di corrente generano disturbi intorno a moduli e busbar. La fibra trasporta luce, non una tensione di termocoppia, e il percorso di misura è meno sensibile alle interferenze elettriche. Alimentazione, comunicazione ed elettronica dello strumento richiedono comunque una corretta progettazione EMC.

Più punti in spazi compatti

Sonde da 2–3 mm possono entrare in scanalature strette o vicino ai terminali, se geometria e distanze di sicurezza lo consentono. Ogni sonda misura un punto definito; per acquisizioni simultanee occorrono sonde e canali dedicati.

Coordinare sonda a fibra ottica, NTC e termografia

Questi strumenti rispondono a esigenze diverse. La NTC resta collegata al controllo per protezione e derating. Sul banco prova, sonde esterne possono confrontare involucro, piastra o connessioni con la risposta della NTC. La termocamera visualizza le superfici accessibili; una sonda a contatto registra punti nascosti o non visibili.

Dove installare le sonde in un sistema IGBT

  • Scanalatura della piastra di raffreddamento: posizionare la punta vicino al punto della piastra da valutare e mantenere costante il contatto tra le prove.
  • Interno del dissipatore: un foro cieco vicino al modulo misura il dissipatore; il confronto con la piastra aiuta a valutare l’interfaccia termica.
  • Terminali e busbar: misurare una connessione bullonata se struttura, isolamento e montaggio della sonda sono adatti al potenziale.
  • Involucro: seguire il riscaldamento esterno, senza interpretarlo come temperatura del silicio o Tc.

Soluzioni INNO per l’elettronica di potenza

INNO utilizza la misura puntuale della temperatura a fibra ottica basata sulla fluorescenza. La luce di eccitazione raggiunge il materiale fluorescente sulla punta; lo strumento analizza il decadimento della luce di ritorno e lo converte nella temperatura di quel punto. È una misura puntuale, non DTS: la fibra non misura lungo tutta la sua lunghezza e la sonda non individua automaticamente punti caldi sconosciuti.

A seconda della configurazione di sonda e strumento, i parametri disponibili includono una gamma da −40 a +260 °C, accuratezza da ±0,5 a ±1 °C, risoluzione di 0,1 °C, risposta inferiore a 1 s nelle configurazioni standard, diametro della sonda di 2–3 mm e fibra configurabile fino a 20 m. Verifica i valori della configurazione selezionata.

Più sonde possono collegarsi a uno strumento multicanale. In base al modello sono disponibili RS485/Modbus RTU, uscite analogiche 4–20 mA e relè di allarme. Per configurare il banco, indica tipo di modulo, punti di misura, intervallo termico, potenziale, numero di canali e interfaccia DAQ/PLC. Per impianti più ampi, consulta la soluzione INNO di monitoraggio della temperatura delle apparecchiature ad alta tensione.

Preparare il monitoraggio termico del banco prova

Per valutare sonde, canali e interfaccia, invia al team INNO:

  • posizione fisica di ciascun punto;
  • intervallo di temperatura previsto;
  • numero di punti indipendenti;
  • potenziale elettrico e ambiente di commutazione;
  • interfaccia richiesta, ad esempio RS485/Modbus, 4–20 mA o relè.

Descrivi il tuo sistema al team tecnico INNO.

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Domande frequenti sulla misura della temperatura degli IGBT

Quale temperatura misura un sensore di temperatura IGBT?+

Un sensore misura la temperatura nel punto di contatto. La NTC integrata rileva localmente il substrato; una sonda esterna misura l’involucro, la piastra o il dissipatore che tocca, mentre una sonda nel canale di raffreddamento rileva la temperatura locale del dissipatore. La temperatura di giunzione è un parametro interno virtuale, valutato con modellazione elettrica o con accesso specifico al die.

Un sensore esterno può misurare direttamente la temperatura di giunzione di un IGBT?+

No. Su un modulo non modificato, una sonda esterna applicata alla superficie non misura direttamente la giunzione. Misura la superficie in cui è installata. Per calcolare Tj da questa lettura occorre un modello di impedenza termica, insieme alle perdite misurate e a valori verificati di resistenza termica.

Dove installare un sensore di temperatura su un IGBT?+

La posizione dipende dall’obiettivo. Per valutare la piastra, collocare la punta in una scanalatura lavorata della piastra di raffreddamento, sotto i chip. Per analizzare l’interfaccia termica, installare sonde nel dissipatore. Per i collegamenti elettrici, fissarle su busbar o terminali.

Quanti canali di temperatura servono per provare un convertitore?+

Il numero dipende dall’obiettivo della prova. Individuare prima i punti necessari, per esempio piastre dei moduli, busbar CA e CC, percorsi del refrigerante e aria ambiente. Scegliere poi una capacità di canale che consenta di registrare tutti i punti nello stesso momento.

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