CN104242787B

CN104242787B - 用于产生信号的系统

Info

Publication number: CN104242787B
Application number: CN201410507910.9A
Authority: CN
Inventors: 陈清麒; 梁振贤; 迈克尔·W·德格内尔
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2017-06-23
Anticipated expiration: 2030-07-12
Also published as: CN101958676B; US20110015881A1; CN104242787A; CN101958676A; US8380451B2

Abstract

本发明在于提供一种用于产生信号的系统。一种用于监测电力电子系统的健康状态的系统和方法。获得表示电路元件的初始的期望温度的数据以及电路元件的电参数的初始值。将电脉冲施加到电路元件以加热电路元件。在电脉冲衰减到预定值之后，感测电路元件的电参数并获得电参数的后续值。基于电路元件的初始的期望温度、电参数的初始值和后续值以及电脉冲的预定值来估计电路元件的后续温度。基于该后续温度，产生指示电路元件是否如所期望地操作的信号。

Description

用于产生信号的系统

本申请是申请日为2010年07月12日、申请号为201010227413.5、发明名称为“用于产生信号的系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于监测电力电子系统的健康状态的系统和方法。

背景技术

电力转换系统，如中间电力转换系统和电动机驱动系统已经在汽车应用中得到越来越多的关注。电力转换系统通常包括各种电力半导体器件，如电力开关。电力开关可包括二极管和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。许多这样的半导体器件以高速(通常以几十千赫兹(kHz))转换几百安(A)和几百伏(V)。在这些转换操作期间，半导体器件可以以千瓦(kWs)为量级散发大量的热量。此外，大量的热量可使半导体器件劣化并可导致半导体器件达到高温。除非将半导体器件冷却到较低的温度，否则半导体器件的高温可导致半导体器件劣化或失效。

各种材料可被用于制造半导体器件。然而，材料的效率和有效性可因材料的固有特性而受限于不同的操作温度。如果用于制造半导体器件的材料过热，则除非将半导体器件冷却到较低的温度，否则半导体器件可劣化或失效。此外，半导体器件的劣化或失效可导致汽车中的电力转换系统劣化或失效。

许多因素可影响半导体器件的性能或使半导体器件的性能劣化。例如，高的电应力和大的温度漂移可降低半导体器件或作为半导体器件的一部分的模块的性能。随着半导体器件温度的升高，半导体器件的性能可降低。

各种电子器件已被用于测量半导体器件的温度。例如，热电偶、热敏电阻器或光热传感器已在半导体模块中被用作温度传感器。然而，被用作温度传感器的这些器件既不提供原位响应也不提供瞬时响应。

此外，各种电子器件中固有的电温度敏感参数(TSP)已被用于确定半导体器件的温度。TSP可包括半导体器件的电压降、饱和电压和栅极阈值电压。例如，半导体器件可以是二极管、双极型晶体管、IGBT或场效应晶体管(FET)。利用TSP可计算半导体器件的温度并可推出半导体器件的热性能。然而，TSP很大程度上依赖于半导体器件的操作条件，通常需要测量影响半导体器件的操作的多重因素。例如，半导体器件的电压很大程度上依赖于操作条件，如电流、偏压和动态跃迁。此外，级联子系统的相互作用可导致半导体器件中的TSP的测量不准确。

发明内容

提供一种用于监测电力电子系统的健康状态的系统和方法。该系统包括存储介质和控制器。该控制器与所述存储介质进行通信，所述控制器被构造为执行用于产生信号的方法。

还提供了至少一个处理器可读的存储介质。该存储介质具有在该存储介质中实现的处理器可读的代码。该代码被用于为所述至少一个处理器编程以执行产生信号的所述方法。

所述方法包括获得数据，该数据代表电路元件的初始的期望温度。此外，获得电路元件的电参数的初始值。此外，所述方法包括将电脉冲施加到电路元件。该电脉冲使电路元件的温度从初始温度上升到更高的温度。在电脉冲衰减到预定值之后，感测电路元件的电参数并获得电参数的后续值。一旦获得电参数的后续值，便基于下列的一个或多个信息来估计电路元件的后续温度：电路元件的初始的期望温度、电参数的初始值和后续值以及电脉冲的预定值。此外，所述方法包括基于后续温度产生信号。该信号指示电路元件是否如所期望地操作。

一种用于产生信号的系统，该信号指示电路元件是否如所期望地操作，所述系统包括：计算机可读的存储介质；控制器，与所述存储介质进行通信，所述控制器被构造为执行一种方法，该方法包括如下步骤：获得电路元件的初始的期望温度和电路元件的电参数的初始值；将电脉冲施加到电路元件以使电路元件的温度升高；在电脉冲衰减到预定值之后，感测电参数以获得电参数的后续值；基于初始的期望温度、初始值、后续值和预定值来估计电路元件的后续温度；基于后续温度来产生指示电路元件是否如所期望地操作的信号。

所述电脉冲为电流脉冲，所述预定值为电流值，所述电参数的初始值和后续值为电压值。

所述电脉冲为电压脉冲，所述预定值为电压值，所述电参数的初始值和后续值为电流值。

所述方法还包括将后续温度与预定温度进行比较以获得温度对比，并基于该温度对比产生信号。

所述方法还包括基于后续温度和初始的期望温度来估计温差，并基于该温差产生信号。

所述方法还包括将所述温差与预定温差进行比较，并基于该比较产生信号。

所述方法还包括基于所述温差来估计电路元件的热阻抗，并基于该热阻抗产生信号。

所述方法还包括基于电路元件的热阻抗和预定的热阻抗信息获得热阻抗对比，并基于该热阻抗对比产生信号。

基于估计的电路元件的功率损失来估计电路元件的热阻抗，该估计的电路元件的功率损失至少部分地取决于电脉冲。

所述方法还包括在电脉冲升高至预定的上限值之后感测电路元件的电参数以获得电参数相应的上限值，并基于该相应的上限值和预定的上限值来估计所述估计的功率损失。

所述方法还包括从计算机可读的存储介质获取表示电路元件的初始的期望温度的数据以及电参数的初始值，以估计所述后续温度。

所述方法还包括基于所述信号来控制电路元件，以改变电路元件的温度。

所述电脉冲的宽度在1微秒和10分钟之间。

该宽度在1毫秒和10毫秒之间。

所述方法还包括由电路元件的热点获得初始的期望温度。

附图说明

图1是示出对于电路元件的不同温度，流过电路元件的电流相对于跨过电路元件的电压的一组曲线图；

图2是示出对于流过电路元件的不同电流，跨过电路元件的电压相对于电路元件的温度的一组曲线图；

图3是示出用于监测电力电子系统的健康状态的系统的示意图；

图4是示出具有开关S₂作为电路元件的升压转换器(boost converter)的示意图；

图5是示出具有开关S₁作为电路元件的降压转换器(buck converter)的示意图；

图6是示出具有开关S₁作为电路元件的降压-升压转换器(buck-boostconverter)的示意图；

图7是示出监测电力电子系统的健康状态的方法的流程图；

图8是示出将图7的方法应用于图3的电力转换系统的一种可能的测试时序的一组曲线图；

图9A是示出当图8的测试时序使电力转换系统中的电路元件S_a1和S_b2导通时，图3的相关组件、电压和电流的示意图；

图9B是示出当图8的测试时序使电力转换系统中的电路元件S_a1截止并使电力转换系统中的电路元件S_b2导通时，图3的相关组件、电压和电流的示意图；

图9C是示出当图8的测试时序使电力转换系统中的电路元件S_a1和S_b2截止时，图3的相关组件、电压和电流的示意图；

图10是示出具有增加的应力的电路元件作为电路元件经历附加循环的曲线图。

具体实施方式

本发明的实施例通常提供一种用于产生至少一个信号的系统和方法，所述至少一个信号指示电路元件(如半导体器件)是否如所期望地操作。基于在电脉冲加热所述电路元件之后所估计的电路元件的温度来产生所述信号。除电路元件的温度之外，所述系统和方法还可估计电路元件的温差和/或热阻抗以产生信号，该信号指示电路元件是否如所期望地操作。基于所述信号，可确定电路元件的许多情况，例如，电路元件的可靠性或健康状态、电路元件是否过热、电路元件的劣化或失效、电路元件的性能等等。

参照图1，一组曲线图示出了一种类型的电路元件(如绝缘栅双极型晶体管(IGBT))在五种不同的温度下是如何操作的。更具体地讲，该组曲线图示出了电路元件的温度是如何影响流过电路元件的电流与跨过电路元件的电压之间的关系的。例如，曲线10表示当电路元件的温度等于-25℃时，电流相对于跨过电路元件的电压的关系。类似地，曲线12表示当电路元件的温度等于25℃时，电流相对于跨过电路元件的电压的关系，曲线14表示当电路元件的温度等于75℃时，电流相对于跨过电路元件的电压的关系，曲线16表示当电路元件的温度等于125℃时，电流相对于跨过电路元件的电压的关系，曲线18表示当电路元件的温度等于175℃时，电流相对于跨过电路元件的电压的关系。

图2以不同的方式示出图1的关系。流过电路元件(例如，IGBT)的电流影响跨过电路元件的电压与电路元件的温度之间的关系。例如，曲线20表示当流过电路元件的电流等于200mA时，跨过电路元件的电压相对于电路元件的温度的关系。类似地，曲线22表示当流过电路元件的电流等于500mA时，跨过电路元件的电压相对于电路元件的温度的关系，曲线24表示当流过电路元件的电流等于1000mA时，跨过电路元件的电压相对于电路元件的温度的关系，曲线26表示当流过电路元件的电流等于1500mA时，跨过电路元件的电压相对于电路元件的温度的关系。因此，流过电路元件的电流的变化影响跨过电路元件的电压与电路元件的温度之间的关系。因为图2中示出的曲线通常为线性的，所以式子V＝V₀+m×(T-T₀)或T＝T₀+(V-V₀)/m可表示曲线20、22、24和26中的每条曲线。在一定的偏置电流条件下，V表示温度为T时跨过电路元件的电压降，V₀表示温度为T₀时跨过电路元件的电压降，参数“m”为对应的曲线的斜率。所述系统可在获得电路元件的温度T与电压V之间的特定关系之前限定温度T₀并确定电压V₀和参数“m”。一旦所述系统获得电压V与温度T之间的特定关系，所述系统便可测量在已知的偏置电流条件下跨过电路元件的电压V以获得温度T。因此，电路元件用作温度传感器或温度检测器。

几个重要因素确定电路元件的温度。一个重要参数是电路元件的热损失(P)。另一个重要参数是电路元件的热阻抗。

许多因素可使电路元件中的热阻抗增加，特别是在电路元件遭受长期的应力之后。高的电应力、大的温度漂移、结构缺陷、物理缺陷(physical imperfection)或其组合可使电路元件的热阻抗增加。结构缺陷和物理缺陷包括裂纹、脱落(lifting off)、电子迁移等并可形成在电路元件中的不同位置中，例如，在电路元件中的连接层中或金属接触中。使电路元件中的热阻抗增加的此类因素可指示电路元件的退化、劣化或失效。此外，此类因素可指示电路元件的期望的可靠性和健康状态。

当电路元件中的热阻抗增加时，在相同的热功率损失下，电路元件以高于电路元件中的热阻抗增加之前的速率的速率加热。因此，电路元件以高于没有电应力、温度漂移、结构缺陷和/或物理缺陷的电路元件的速率的速率加热。当电路元件以更高的速率加热时，电路元件的温度也以更高的速率增加。

电路元件的温度和/或温度变化的速率可指示电路元件是否具有一个或多个问题。例如，电路元件超过其正常值或期望值的温度可指示电路元件高度疲劳且性能降低。此外，电路元件的温度和/或温度变化的速率可用于确定电路元件的可靠性或健康状态、电路元件是否过热、电路元件是否失效或是否低于期望的性能级别、或者使其未如所期望地操作的其他方面。

参照图3，提供用于产生信号32的系统30。信号32指示支撑在基底上的电路元件是否如所期望地操作。在汽车中，图3的系统30被应用于电源36和三相永磁同步电动机(PMSM)(下文中称为“电动机”)38之间的电力转换系统34。然而，在其他电力电子拓扑结构中，系统30可确定电路元件是否如所期望地操作。例如，系统30可基于电路元件在升压转换器(在图4中进行通常性地示出)、降压转换器(在图5中进行通常性地示出)或降压-升压转换器(在图6中进行通常性地示出)中的操作方式来产生信号32。以一体的方式描述系统30及其操作方法以便于理解本发明的各方面。

再次参照图3，系统30包括控制器40或一些其他类型的可编程逻辑器件以实现产生信号32的方法，信号32指示电路元件是否如所期望地操作。为了实现所述方法，控制器40执行嵌入有所述方法或以所述方法进行编码的计算机程序或算法。

如图3所示，系统30包括存储介质42(下文中称为“存储器”)(如计算机可读的存储介质)以存储嵌入有所述方法或以所述方法进行编码的程序或算法。图3的存储器42被示出为控制器40的一部分。然而，存储器42可位于系统30的任意合适的部分。除存储计算机程序或算法之外，存储器42还为控制器40存储关于电路元件的数据或信息以实现所述方法。例如，存储器42存储表示跨过电路元件的电压与电路元件的温度之间的关系的查找表或式子。此外，存储器42可存储允许的最大热点温度(hot spot temperature)和最大热阻抗。此外，存储器42存储电路元件的初始的期望温度以及电路元件的电参数的初始值。

电路元件的电参数的初始值与加热电路元件之前施加到电路元件的电压或电流的值相对应。电参数是电压还是电流取决于系统30的构造。因此，电参数的初始值可以是电压值或电流值。

为了进一步描述系统30及方法，系统30被应用于图3的电力转换系统34。如所示，电力转换系统34包括电力开关44。尽管每个电力开关44包括两种类型的电路元件，即，二极管和IGBT，但是电力开关44中的每个电力开关仍可被称为电路元件。电力开关44中的二极管被标记成D_a1、D_a2、D_b1、D_b2、D_c1和D_c2，而电力开关44中的IGBT分别被标记成S_a1、S_a2、S_b1、S_b2、S_c1和S_c2。

图3的电力转换系统34包括驱动系统逆变器(下文中称为“逆变器”)46。逆变器46包括电力开关44，电力开关44用于转换来自电源36(如电池)的电力以驱动汽车中的电动机38。更具体地讲，电力转换系统34中的逆变器46将来自电源36的直流电流(DC)转换成交流电流或电动机相位电流i_a、i_b和i_c(在图3中示出)。在操作中，电动机相位电流i_a、i_b和i_c驱动电动机38。为了驱动电动机38，控制器40根据预定义的模式调节进入到电动机38的绕组中的电动机相位电流i_a、i_b和i_c。特别地，取决于电力转换系统34的具体构造，逆变器46可包括任意数目的电力开关44或电路元件。

如图3所示，电力转换系统34包括电流传感器CS_a、CS_b和CS_c，如霍尔效应电流传感器。电流传感器CS_a、CS_b和CS_c与每个相位串联安装并为控制器40提供相应的反馈信号i_as、i_bs和i_cs(也在图3中示出)。反馈信号i_as、i_bs和i_cs嵌入有流过电动机38的相应的绕组的电流的量或以流过电动机38的相应的绕组的电流的量进行编码。控制器40接收并处理反馈信号i_as、i_bs和i_cs以控制电动机相位电流i_a、i_b和i_c，从而根据存储在存储器42中的预定义的模式而使电动机相位电流i_a、i_b和i_c流过电动机38的相应的绕组。

如图3所示，控制器40将至少一个控制信号50传输到电力转换系统34中的逆变器46。逆变器46接收控制信号50以控制逆变器46的开关构造并因此控制流过电动机38的相应的绕组的电流的量。所述开关构造是逆变器46中的电力开关44的一组开关状态。通常，逆变器46的开关构造确定逆变器46如何将电力从电源36转换到电动机38。

为了控制逆变器46的开关构造，逆变器46基于控制信号50将逆变器46中的每个电力开关44的开关状态变成导通状态或者截止状态。为了将电力开关44转换成导通状态或者截止状态，逆变器46控制施加到每个电力开关44的栅极电压(V_g)并因此控制每个电力开关44的开关状态。栅极电压Vg_a1、Vg_a2、Vg_b1、Vg_b2、Vg_c1和Vg_c2(在图3中示出)控制相应的电力开关44的开关状态。改变逆变器46中的一个或多个电力开关44的开关状态可改变逆变器46的开关构造并因此改变逆变器46将电力从电源36转换到电动机38的方式。

电力转换系统34可包括多个电压传感器，电压传感器在图3中被标记成V_a1、V_a2、V_b1、V_b2、V_c1和V_c2。取决于逆变器46中的电力开关44的数目，电力转换系统34可包括更少的或另外的电压传感器。电压传感器测量跨过逆变器46中的相应的电路元件的电压。更具体地讲，电压传感器V_a1测量跨过具有IGBT S_a1和二极管D_a1的电力开关44的电压(V_a1)。同样，电压传感器V_a2测量跨过具有IGBT S_a2和二极管D_a2的电力开关44的电压(V_a2)，电压传感器V_b1测量跨过具有IGBT S_b1和二极管D_b1的电力开关44的电压(V_b1)，电压传感器V_b2测量跨过具有IGBT S_b2和二极管D_b2的电力开关44的电压(V_b2)，电压传感器V_c1测量跨过具有IGBT S_c1和二极管D_c1的电力开关44的电压(V_c1)，电压传感器V_c2测量跨过具有IGBT S_c2和二极管D_c2的电力开关44的电压(V_c2)。来自电压传感器的电压测量沿着电通信路径54通过反馈信号52传输到控制器40。此外，电力转换系统34可包括差分放大器或隔离放大器以放大反馈信号52，反馈信号52嵌入有来自电压传感器V_a1、V_a2、V_b1、V_b2、V_c1和V_c2的电压测量或以来自电压传感器V_a1、V_a2、V_b1、V_b2、V_c1和V_c2的电压测量进行编码。此外，电力转换系统34可包括模数(A/D)转换器，A/D转换器用于数字化差分放大器或隔离放大器的输出，以使控制器40以数字格式接收具有电压测量的反馈信号52。

如图3所示，控制器40可以是电子器件诊断系统56的一部分。电子器件诊断系统56监测汽车中的电力转换系统34并能够诊断电力转换系统34中的各种电子器件的问题。可选地，控制器40可以是汽车中的电力转换系统34的一部分。例如，控制器40可以是逆变器46的一部分或者电力转换系统34的其他部分。

参照图7，提供了示出产生信号32的方法的步骤的高级流程图60。流程图60包括步骤62、64、66、68、70、72、74、76、78、80和82。产生信号32的方法可通过编入到系统30的合适的可编程逻辑器件(如控制器40)中的软件程序、机器可执行代码或算法来实现。尽管在流程图60中示出的不同步骤示出为以时间顺序发生的，但是至少一些步骤可以以不同的顺序发生，并且一些步骤可同时执行或者不可同时执行。

所述方法可应用于在几百微秒到几十秒之间估计电力转换系统34中的电路元件的暂态热阻抗或稳态热阻抗。可选地，所述方法可应用于任意合适的时间长度。

可在电力转换系统34的起动和/或关闭过程期间或者当电动机38没有运转时执行所述方法。此外，可在逆变器46正常的操作循环中断期间执行所述方法。在将所述方法应用于系统30之后，可恢复电力转换系统34的正常运行。

图8通常性地示出应用所述方法的一种可能的测试时序，而图9A、图9B和图9C示出与图8中示出的测试时序关联的相关组件、电压和电流。贯穿所述方法的论述，参照图3、图9A、图9B和图9C中示出的系统30及其组件以便于理解本发明的各方面。尽管图8、图9A、图9B和图9C进一步描述了系统30及产生信号32的方法，但是，这里描述和示出的测试时序不应该被解释为将本发明限于任何具体的操作、实现方式或构造。此外，下文中所描述的开关构造的模式作为示例，并非描述了逆变器46的全部可能的开关构造。

流程图60示出了一种可能的测试时序的实现方式。为了实现所述测试时序，图8的波形图以预测试区域开始，预测试区域与时间t＝1之前的区间对应。在时间t＝1处，控制器40导通开关S_a1和S_b2以产生具有已知幅值(在本示例中略高于电流I_limit2)的小的回路电流I_loop的电脉冲。回路电流在开关S_a1和S_b2导通时流过开关S_a1和S_b2，并在开关S_a1截止之后而开关S_b2保持导通时流过二极管D_b2和开关S_b2。在回路电流I_loop流动时测量跨过电路元件的电压降。基于所测量的电压降和已知的电流幅值，控制器40可估计电路元件的内部温度。然后，可再次导通开关S_a1和S_b2以将回路电流提高(pump)到更高的电流(在本示例中为电流I_limit1)，该电流在时间t＝2和时间t＝3之间通过相同的电路元件进行传导以加热电路元件。时间可以足够长，以使电路元件的内部温度相对稳定在它们的高温下，并可估计稳态热性能。或者，时间可以是短暂的，并可估计暂态热阻抗。接着，通过截止全部开关来结束加热循环，控制器40将回路电流I_loop的强度降低到等于或接近电流I_limit2，如图8中的时间t＝4处所示。再次测量跨过器件的电压降，并且控制器40估计电路元件的内部温度。基于所估计的初始的内部温度和最终温度，可估计电路元件中的温度增加。此外，控制器40可基于电路元件中的功率损失以及相应的温度增加来估计电路元件的热阻抗。

为了传送高幅值的电流I_limit1，控制器40控制主功率电路在预期的幅值附近调节负载电流。类似地，这种方法可被用于在更小级别的电流I_limit2附近调节电流。然而，如果电流I_limit2非常小，则电力转换系统34可包括偏置电路，该偏置电路用于在逆变器46运行时以近似恒定的速率在电路元件中产生电流I_limit2。

图8示出根据所述一种可能的测试时序的波形图90、92、94、96和98。当电动机38的速度相对低或速度为零时，时间t＝1、t＝2、t＝3和t＝4表示不重叠的时间。当电动机38的速度低或速度为零时，可忽略电动机38的关联的反电动势(back EMF)，并且逆变器46极少地或者根本不调制电动机电流(I_loop)。在时间t＝1、t＝2、t＝3和t＝4处，控制器40通过控制信号50控制逆变器46，以使电动机电流(I_loop)续流(free-wheel)并使电动机电流(I_loop)变化的速率相对低。当电动机电流(I_loop)变化的速率相对低且逆变器46相对较少地调节电动机电流时，可忽略来自逆变器46中的电路元件的任何开关噪声并也可忽略开关损失。在时间t＝1、t＝2、t＝3和t＝4处，逆变器46从控制器40接收控制信号50，以使栅极电压Vg_a1处于OFF状态(见波形图90)，栅极电压Vg_b2处于ON状态(见波形图92)，IGBT S_a1处于截止状态，IGBT S_b2处于导通状态。当电动机电流(I_loop)变化的速率相对低且开关噪声可忽略时，跨过电路元件的电压是相对稳定的，并且电压传感器(例如，V_a1、V_a2、V_b1、V_b2、V_c1和V_c2)可获得具有较高精度的电压测量。

如图8所示，波形图90和92表示逆变器46基于从控制器40传输的控制信号50而施加到电力开关44的栅极电压(V_g)。回想一下，栅极电压Vg_a1、Vg_a2、Vg_b1、Vg_b2、Vg_c1和Vg_c2(在图3中示出)控制相应的电力开关44的开关状态。在本测试时序中，波形图90指示施加到IGBTS_a1的栅极电压Vg_a1，而波形图92指示施加到IGBT S_b2的栅极电压Vg_b2。

图8的波形图94示出控制器40施加到电路元件的电脉冲。图8的电脉冲被示出为施加到电路元件的电动机电流(I_loop)。电脉冲的电动机电流(I_loop)表示在逆变器46的任一具体的开关构造期间流过电动机38的电流。然而，应该理解的是，施加到电路元件的电脉冲可以是施加电压而非电流的电压信号。控制器40从电流传感器CS_a、CS_b和CS_c(在图3中示出)接收反馈信号i_as、i_bs和i_cs，以在时间t＝1、t＝2、t＝3和t＝4处以期望的电流级别获得电脉冲。例如，控制器40可基于反馈信号i_as、i_bs和i_cs来控制逆变器46，以在时间t＝2和t＝3处获得与电流I_limit1相等的电动机电流(I_loop)并在时间t＝1和t＝4处获得与电流I_limit2相等的电动机电流(I_loop)。电流I_limit1和I_limit2(在图8中示出)表示电动机电流(I_loop)的两个不同的预定值，控制器40可从存储器42获取所述两个不同的预定值并可作为电脉冲的一部分将其施加到电路元件。

图8的波形图96指示从电路元件测得的电参数，电参数与随时间施加到电路元件的波形图94相对应。因为图8的电脉冲被示出为施加到电路元件的电动机电流(I_loop)，所以波形图96表示的电参数为电压。在本示例中，系统30包括电压传感器V_a1、V_a2、V_b1、V_b2、V_c1和V_c2(在图3中示出)，电压传感器V_a1、V_a2、V_b1、V_b2、V_c1和V_c2用于感测跨过电力转换系统34中的每个电路元件的电参数以获得波形图96。

图8的波形图98指示将电脉冲施加到电路元件之前的电路元件的温度以及将电脉冲施加到电路元件之后的电路元件的温度。例如，在波形图98中示出的电路元件的温度可表示电力开关44的热点温度。温度T_initial表示(例如，在时间t＝1之前)电路元件的初始温度。例如，在时间t＝1时，T_initial可表示电动机38起动之前的电路元件的温度、当车辆“钥匙接通(key on)”时的电路元件的温度、当车辆停在红灯处时的电路元件的温度、当“钥匙切断(key off)”不久之后的电路元件的温度或者当电力转换系统34以相对低的速率运行或空闲时的其他时间的电路元件的温度。温度T_end表示(例如，在时间t＝3之后或者当电路元件的内部温度被加热到大于电路元件的初始温度的值时)电路元件的最终温度(endtemperature)。

再次参照图7，流程图60的步骤62包括获得表示电路元件的初始的期望温度的数据。可基于预先存储的特性数据、跨过电路元件的电压以及通过电路元件的电流来计算所述初始的期望温度。根据图8中示出的所述一种可能的测试时序，可在预热时间期间(例如，在时间t＝1处或在时间t＝1附近)获得电路元件的初始的期望温度。可选地，可从电力转换系统34中的热传感器获得初始的期望温度。当没有电流通过电路元件时，功率损失为零并且电路元件可处于与换热器和冷却剂的温度相同的温度。热传感器感测一个或多个电路元件、换热器或冷却通道的温度，并为控制器40提供嵌入有电路元件的温度或以电路元件的温度进行编码的信号。此外，在基于预先存储的数据所计算的温度与从温度传感器所报告的在一定程度内不匹配的情况下，控制器40可对电路元件的初始的期望温度进行重新编程或重新标定，以使存储在控制器40的存储器42中的查找表或式子反映出电路元件是如何响应温度的变化的。

在另一示例中，初始的期望温度与在加热电路元件之前(例如，在时间t＝1附近)的电路元件的期望的温度对应。可在电路元件被标定时获得初始的期望温度并将其存储在存储器42中。电路元件的标定可发生在电路元件相对冷且尚未经历许多操作循环时。在这样的示例中，控制器40可接收嵌入有电路元件周围的冷却通道、换热器或环境的温度或以电路元件周围的冷却通道、换热器或环境的温度进行编码的信号以标定初始的期望温度。电路元件的标定还可发生在不同的温度时以计算电路元件所对应的参数“m”。这个过程可在可控制温度的温控室(temperature chamber)中进行。或者，通过在高功率下对系统操作足够长的时间以加热电路元件、换热器和冷却通道，可使除环境温度之外的电路元件的不同温度成为可能。然后，关闭系统足够长的时间，以使电路元件大致处于与换热器或冷却通道的温度相同的温度。在这种条件下，控制器40可为第二标定点采集相应的电压和电流。基于从第一标定点和第二标定点采集的数据，可计算斜率参数“m”。

控制器40可利用围绕半导体芯片的冷却剂或换热器的温度来标定初始的期望温度。例如，当电路元件已经截止足够长的时间并因此相对冷时，控制器40可获得围绕具有电路元件的半导体芯片的冷却剂或换热器的温度，从而获得电路元件的初始的期望温度。换热器的温度传感器可感测换热器的温度。类似地，入口处的冷却剂温度传感器可感测冷却剂的温度以提供电路元件的初始的期望温度。

如图9A、图9B和图9C所示，所述一种可能的测试时序包括基于电力转换系统34中的电力开关44及其电路元件两者的操作方式来产生信号32。第一电力开关44具有IGBT S_a1和二极管D_a1，而第二电力开关44具有IGBTS_b2和二极管D_b2。

在步骤64，获得电路元件的电参数的初始值。如上所述，电参数的初始值可以是电压值或电流值。当电路元件在初始的期望温度或接近初始的期望温度时(例如，在时间t＝1附近)或者当控制器40接收嵌入有电路元件周围的冷却剂或换热器的温度或以电路元件周围的冷却剂或换热器的温度进行编码的信号时，控制器40获得电参数的初始值。

如图9A和图10所示，控制器40可控制逆变器46，以当电动机电流(I_loop)变化的速率相对低且电路元件中的开关噪声可忽略时在时间t＝1处获得一个或多个电参数的初始值。这允许控制器40获得具有较高精度的电参数的初始值。

为了在时间t＝1之前或在时间t＝1附近获得电参数的初始值，控制器40将控制信号50传输到逆变器46，以在时间t＝1之前导通IGBT S_a1和IGBTS_b2(在图9A中示出)。在IGBTS_a1和IGBT S_b2导通时的逆变器46的这种开关构造下，电流I_loop流过电动机38的绕组，相位电流i_as近似等于电流i_a(或-i_b)，相位电流i_c近似为零。当IGBT S_a1和IGBT S_b2导通时，电动机电流(I_loop)流过IGBT S_a1和IGBT S_b2。当IGBT S_a1和IGBT S_b2保持导通时，电动机电流(I_loop)的量值增加(如在时间t＝1之前当栅极电压Vg_a1和Vg_a2为“on”时图8中的波形图94所示)。当图9A的电流I_loop变为略高于电流I_limit2时(如在紧接着时间t＝1之前图8中的波形图94示出的)，控制器40传输控制信号50以使IGBT S_a1截止并将IGBT S_b2保持在导通状态。当IGBT S_a1截止且IGBT S_b2保持导通时，电动机电流(I_loop)流过IGBT S_b2和二极管D_a2。为了使IGBT S_a1截止，控制信号50将栅极电压Vg_a1切换到OFF状态。为了将IGBT S_b2保持在导通状态，控制信号50将栅极电压Vg_b2保持在ON状态。当栅极电压Vg_a1切换到OFF时(如在紧接着时间t＝1之前图8中的波形图90示出的)，IGBT S_a1变为截止且电流I_loop逐渐减小(如在时间t＝1之前和在时间t＝1之后波形图94所示)。

当电流I_loop在时间t＝1处近似等于电流I_limit2时，如图8中的波形图94所示，感测电路元件的电参数的初始值并沿着通信路径54通过反馈信号52将其传输到控制器40。在本示例中，电参数为电压，如图8中的波形图96所示。当电流I_loop在时间t＝1处近似等于电流I_limit2时(如图8中的波形图94所示)，为了获得跨过二极管D_a2和IGBT S_b2所施加的电参数的初始值，如图9B所示，电压传感器V_a2感测跨过二极管D_a2的电压(V_a2)，电压传感器V_b2感测跨过IGBT S_b2的电压(V_b2)。在时间t＝1附近的电参数V_a2指示当逆变器46中的电路元件处于相对低温并且流过逆变器46的电脉冲具有相对低的电流量值(如I_limit2)时跨过二极管D_a2的电压，在时间t＝1附近的电参数V_b2指示当逆变器46中的电路元件处于相对低温并且流过逆变器46的电脉冲具有相对低的电流量值(如I_limit2)时跨过IGBT S_b2的电压。来自电压传感器的电压测量V_a2和V_b2为反馈信号52沿着通信路径54能够传输到控制器40的电参数的两个初始值的示例。在逆变器46的其他开关构造中，控制器40能够获得电力转换系统34中的其他电路元件的电参数的初始值。

在图7中示出的流程图60的步骤66，将电脉冲施加到本测试时序中描述的以及图9A、图9B、图9C和图10中示出的电路元件(例如，IGBT S_a1、二极管D_a1、IGBT S_b2和/或二极管D_b2)。控制器40将控制信号50传输到电力转换系统34中的逆变器46，以将电脉冲施加到电路元件。电脉冲加热电路元件，从而使电路元件的温度从初始温度上升到高于初始温度的值。

施加到逆变器46中的每个电路元件的电脉冲可以是电流脉冲或电压脉冲。如果电脉冲为电压脉冲，则电脉冲具有电压值。类似地，如果电脉冲为电流脉冲，则电脉冲具有电流值。图8的波形图94示出电脉冲为电流脉冲。

如图8中的波形图94所示的电脉冲可以是短的(一秒钟的若干分之几或更短)，也可以是长的(几十秒或更长)。例如，取决于系统30的构造，电脉冲可在几百微秒到几十秒之间。

如图9A和图10所示，控制器40可控制逆变器46以将电脉冲施加到逆变器46中的一个或多个电路元件。例如，为了将电脉冲施加到具有IGBT S_a1的第一电力开关44和具有IGBTS_b2的第二电力开关44，控制器40将控制信号50传输到逆变器46以在时间t＝1和t＝2之间导通IGBT S_a1和IGBT S_b2(在图8中示出)。如在时间t＝1和t＝2之间的图8中的波形图94所示，流过电动机38的绕组的电流I_loop的量值增加直到控制器40将栅极电压Vg_a1切换到OFF。当栅极电压Vg_a1被切换到OFF时(如在时间t＝2之前图8中的波形图90所示)，IGBT S_a1变为截止且电流I_loop逐渐减小。当图9A的电流I_loop在时间t＝1和t＝2之间变得略高于电流I_limit1(如图8中的波形图94通常性地示出的)时，控制器40在时间t＝2之前传输控制信号50以截止IGBT S_a1并将IGBT S_b2保持在导通状态。当栅极电压Vg_a1被切换到OFF时(如在时间t＝1和t＝2之间图8中的波形图90所示)，IGBT S_a1变为截止且电流I_loop逐渐减小(如在时间t＝1和t＝2之间图8中的波形图94所示)。当电流I_loop减小太多而远离电流I_limit1时，可再次导通IGBT S_a1和IGBT S_b2以将回路电流提升到高于电流I_limit1的级别，然后再次截止IGBT S_a1以使电流续流(free-wheel)。重复这种模式以将回路电流维持在高级别(在本示例中为电流I_limit1)附近。如果电动机的反电动势低，则可以以低速率(如几百赫兹或更低)重复这种模式。因此，电路元件的损失主要在传导方面，并且开关损失很小。电路元件的传导损失近似等于跨过该电路元件的电压降乘以通过电路元件的电流。当电脉冲加热电路元件时，流过逆变器46的电脉冲具有相对高的电流量值(如I_limit1)。

参照图8，施加到逆变器46中的电路元件的电脉冲将电路元件加热到更高的温度，特别是在时间t＝2和t＝3之间当IGBT S_a1可周期性地导通和截止而IGBT S_b2保持在导通状态以保持电流I_loop近似等于电流I_limit1时。随着IGBTS_a1导通和截止，二极管D_a2和IGBT S_b2将加热到更高的温度。为了将电动机电流(I_loop)保持在预期的幅值范围内，可对本示例的电力开关44中的IGBT S_a1和IGBT S_b2进行间歇性地调制，以将电脉冲的电流幅值提高到预期的级别(例如，如图8中的波形图94所示的电流I_limit1)。或者，当期望更高电流幅值的电脉冲时，控制器40可控制逆变器46以使IGBT S_a1和IGBT S_b2导通更长的时间，从而将电脉冲斜坡提升(ramp up)到更高的级别。然后，电脉冲(以更高的循环电流)再次处于续流(free-wheeling)状态，并能在很小的干扰下记录电压和电流。当电脉冲处于更高的电流时，电路元件的传导损失更高，这使电路元件的温度升高。

除将电脉冲施加到逆变器46中的一个或多个电路元件之外，控制器40还能在电脉冲加热电路元件时获得跨过电路元件的电参数的值。例如，当电流I_loop在时间t＝1和t＝2之间逐渐减小时(如图8中的波形图94所示)，电压传感器V_a2和V_b2可感测电路元件的电参数V_a2和V_b2并沿着通信路径54通过反馈信号52将其传输到控制器40。在时间t＝2处当电流I_loop近似为电流I_limit1时(如图8中的波形图94所示)，如图9B所示，电压传感器V_a2感测跨过二极管D_a2的电压(V_a2)，电压传感器V_b2感测跨过IGBT S_b2的电压(V_b2)。在时间t＝2处的电参数V_a2指示当在逆变器46中加热电路元件时跨过二极管D_a2的电压，在时间t＝2处的电参数V_b2指示当在逆变器46中加热电路元件时跨过IGBT S_b2的电压。类似地，控制器40可在时间t＝3和t＝4时获得电参数V_a2和V_b2。

在步骤68，在电脉冲衰减到预定值(在本示例中为I_limit2)之后，在t＝4处感测电路元件的电参数。控制器40可从存储器42中获得该预定值，以基于预先存储的数据以及测得的跨过电路元件的电压和通过电路元件的电流来估计电路元件的温度。控制器40可控制逆变器46，以使施加到电路元件的电脉冲衰减到预定值。更具体地讲，控制器40将控制信号50传输到逆变器46，以使IGBT S_a1和IGBT S_b2在图8的时间t＝3和t＝4之间截止。如在时间t＝3和t＝4之间图8中的波形图94所示，流过电动机38的绕组的电流I_loop的量值减小。在本测试时序中，IGBT S_a1和IGBT S_b2截止以允许电流I_loop从电流I_limit1降低到略高于电流I_limit2的级别。在本测试时序中，I_limit2等于所述预定值。当电流I_loop降低到大约I_limit2时，控制器40将栅极电压Vg_b2从OFF切换到ON。当栅极电压Vg_b2被切换到ON时(如在时间t＝4之前的波形图92所示)，IGBT S_b2变为导通，并且与IGBT S_a1和IGBT S_b2在时间t＝3和t＝4之间截止时相比，电流I_loop较为缓慢地减小。在时间t＝4处，当电流I_loop逐渐减小时，电压传感器V_a2和V_b2感测电路元件的电参数V_a2和V_b2并沿着通信路径54将其传输到控制器40。在时间t＝4附近，当电流I_loop近似等于所述预定值(例如，如图8中示出的I_limit2)时，感测电路元件的电参数。

在电脉冲衰减到预定值并且电路元件被加热之后，一个或多个电压传感器V_a1、V_a2、V_b1、V_b2、V_c1和V_c2可感测电路元件的电参数以获得电参数的后续值。例如，为了感测电路元件二极管D_a2和IGBT S_b2的电参数，如图9B所示，电压传感器V_a2感测跨过二极管D_a2的电压(V_a2)，电压传感器V_b2感测跨过IGBT S_b2的电压(V_b2)。在时间t＝4附近或在时间t＝4处的电参数V_a2指示当流过逆变器46的电脉冲衰减到预定值(如I_limit2)时跨过二极管D_a2的电压，在时间t＝4附近或在时间t＝4处的电参数V_b2指示当流过逆变器46的电脉冲衰减到预定值(如I_limit2)时跨过IGBT S_b2的电压。回想一下，电参数可以是电压或电流，因此，电参数的后续值可以是电压值或电流值。基于感测电路元件的电参数，控制器40可通过沿通信路径54传输的反馈信号52来获得电参数的后续值。

在图7中示出的流程图60的步骤70，估计电路元件的后续温度(T)。控制器40可基于电参数的后续值来估计后续温度(T)。控制器40可将表示电路元件的初始的期望温度的值、电参数的初始值、电参数的后续值和电脉冲的预定值存储到存储器42，并可从存储器42获取表示电路元件的初始的期望温度的值、电参数的初始值、电参数的后续值和电脉冲的预定值。

如图7和图8所示，跨过电力开关44的电路元件的电压为电动机电流(I_loop)和电路元件的温度的函数。跨过电路元件的电压基于电路元件的温度和流过电路元件的电动机电流(I_loop)的这一关系可被存储在控制器40的存储器42中。例如，当跨过电路元件的电压和电路元件的温度之间的关系通常为线性时，对于给定的电脉冲的值(例如，使用电动机电流或电流I_loop)，跨过电路元件的电压基于电路元件的温度的关系可被存储为恒定值“m”。更具体地讲，可在存储器42中将所述关系存储为解析式，例如，上述的V＝V₀+m×(T-T₀)或T＝T₀+(V-V₀)/m，其中，“T”表示控制器40所估计的后续温度。在另一示例中，可在存储器42中将“m”的值存储为查找表。此外，可在存储器42中对“m”的值进行编辑和编程。例如，控制器可(例如)在系统30的标定循环期间对存储在存储器42中的“m”的值进行编辑或重新编程。在这样的示例中，对于电力转换系统34中的每个电路元件，控制器40可动态地“获悉”或定制“m”的值或(T-T₀)的值和(V-V₀)的值之间的关系。

如图8所示，当控制器40以预定值(如I_limit2)施加电脉冲时，“m”的值通常是恒定的。因此，当电脉冲的值是已知的并因此得知“m”的值时，跨过电路元件的电压可被表示为V＝V₀+m×(T-T₀)。“m”的值基于IGBT、二极管或其他电路元件是如何响应特定值的电脉冲的。因此，控制器40可基于从存储器42中获得下列输入之后来估计后续温度(T)：电参数的后续值(V)、电参数的初始值(V₀)、电路元件的初始的期望温度(T₀)、基于电脉冲的预定值而从存储器42中计算或查找的“m”的值。如图8所示，后续温度(T)可被表示为如靠近波形图98所标记的温度T_end。此外，控制器40可在电力转换系统34的正常运行中断时获得后续温度(T)。

在图7中示出的流程图60的步骤72，获得温度对比。控制器40将在步骤70中获得的后续温度与预定温度进行比较以获得温度对比。控制器40可从存储器42获取预定温度。如果后续温度大于预定温度，则控制器40可获得指示电路元件过热和/或电路元件操作异常的温度对比。例如，电路元件可因该电路元件的热阻抗的不期望的增加而操作异常。如果后续温度不大于预定温度，则控制器40可获得指示电路元件如所期望地操作的温度对比。

在步骤74，估计温差。控制器40估计在步骤70获得的后续温度和在步骤62获得的初始的期望温度之间的温差(ΔT)。换言之，控制器40可估计在相同的预定功率损失下，从时间t＝1附近到t＝4附近电路元件的温度变化的量。此外，控制器40可将温差与预定温差进行比较，以确定温差是否超过预定温差。

图9A、图9B、图9C和图10中示出的测试时序可为控制器40提供信息，以为两个电路元件二极管D_a2和IGBT S_b2计算温差。温差ΔT_D表示二极管D_a2在时间t＝1和时间t＝4之间的温差，而温差ΔT_S表示IGBT S_b2在时间t＝1和时间t＝4之间的温差。因此，控制器40报告关于二极管D_a2的信息以获得温差ΔT_D，控制器40报告关于IGBT S_b2的信息以获得温差ΔT_S。控制器40可利用温差ΔT_D和ΔT_S来指示各个电路元件或作为整体的电力转换系统34是否如所期望地操作。

控制器40可利用存储在存储器42中的下面的式子ΔT_D＝m_D(V_D-V_0D)或与该式子对应的查找表来估计温差ΔT_D。控制器40从步骤64获得电参数的初始值(V_0D)、从步骤68获得与电路元件(即，二极管D_a2)的预定值对应的“m_D”的值、从步骤70获得电参数的后续值(V_D)，以估计温差ΔT_D。温差ΔT_D指示当电脉冲在时间t＝1和t＝4之间加热二极管D_a2时二极管D_a2是如何响应的。

类似地，控制器40利用存储在存储器42中的下面的式子ΔT_S＝m_S(V_S-V_0S)或与该式子对应的查找表来估计温差ΔT_S。控制器40从步骤64获得电参数的初始值(V_0S)、从步骤68获得与电路元件(即，IGBT S_b2)的预定值对应的“m_S”的值、从步骤70获得电参数的后续值(V_S)，以估计温差ΔT_S。温差ΔT_S指示当电脉冲在时间t＝1和t＝4之间加热IGBT S_b2时IGBTS_b2是如何响应的。

在步骤76，获得温差对比。回想一下，电路元件的温度变化的速率可指示电路元件是否具有一个或多个问题。控制器40可以以许多方式来获得温差对比。

在一个示例中，控制器40基于相同的功率损失下的预定温差来获得温差对比。控制器40可从存储器42获取预定温差。此外，控制器40可(例如)在标定或测试电路元件时将预定温差存储在存储器42中。在操作中，控制器40将在步骤74估计的温差与预定温差进行比较，以获得温差对比。如果在步骤74估计的温差大于预定温差，则控制器40可获得指示电路元件过热和/或电路元件操作异常的温差对比。例如，电路元件可因该电路元件的热阻抗的不期望的增加而操作异常。如果在步骤74估计的温差不大于预定温差，则控制器40可获得指示电路元件如所期望地操作的温差对比。

在另一示例中，控制器40将在步骤74估计的温差与存储在存储器42中的预定的温度范围进行比较，以获得温差对比。如果在步骤74估计的温差在预定的温度范围之外，则控制器40可获得指示电路元件过热和/或电路元件操作异常或具有一个或多个问题的温差对比。相反，如果在步骤74估计的温差在预定的温度范围之内，则控制器40可获得指示电路元件如所期望地操作的温差对比。

在步骤78，估计热阻抗(Z_thermal)。控制器40基于由电脉冲引起的估计的电路元件的功率损失(P)以及在步骤74估计的温差(ΔT)来估计电路元件的热阻抗。表示估计的电路元件的功率损失(P)和温差(ΔT)之间的关系的计算或查找表可基于下式来表示：这一关系可被存储在存储器42中。基于存储器42中存储的数据，控制器40可相对快速地估计电路元件的热阻抗。当电路元件的热阻抗具有暂态热阻抗或稳态热阻抗时，控制器40可获得热阻抗。

在一个示例中，控制器40可基于下列示例性的式子来获得估计的电路元件的功率损失(P)：P＝(V_s1)×(I_{s1_limit1})。当施加到电路元件的电脉冲的值为I_{s1_limit1}或约为I_{s1_limit1}时，控制器40获得电压V_s1。电压V_s1可被称为电参数的相应的上限值。例如，当施加到电路元件的电脉冲的值为I_{s1_limit1}时(见在时间t＝2或t＝3处图8中的波形图94)，在时间t＝2或t＝3处获得电压V_s1(见在时间t＝2或t＝3处图8中的波形图96)。在这样的示例中，控制器40命令电压传感器感测电路元件的电参数，以当电脉冲上升至I_{s1_limit1}或如图8所示的I_limit1时获得相应的上限值或电压V_s1。

在另一示例中，控制器40可基于下列示例性的式子来获得估计的电路元件的功率损失(P)：P＝(V_AVE)×(I_{s1_limit1})，其中，V_AVE表示电压V_s1和V_s1’的平均值，控制器40可在如图8所示的时间t＝2处从电压传感器获得电压V_s1，控制器40可在如图8所示的时间t＝3处从电压传感器获得电压V_s1’。在这样的示例中，电压V_AVE可被称为电参数的相应的上限值。

在步骤80，获得热阻抗对比。回想一下，电路元件的热阻抗可指示电路元件是否具有一个或多个问题。因此，控制器40可获得热阻抗对比，以确定电路元件中的热阻抗增加或减小的速率是否大于电脉冲加热电路元件的期望的速率。控制器40可以以许多方式来获得热阻抗对比。

在一个示例中，控制器40基于预定的热阻抗来获得热阻抗对比。控制器40可从存储器42获取预定的热阻抗。此外，控制器40可(例如)在标定或测试电路元件时将预定的热阻抗存储在存储器42中。在操作中，控制器40将在步骤78估计的热阻抗与预定的热阻抗进行比较，以获得热阻抗对比。如果在步骤78估计的热阻抗大于预定的热阻抗，则控制器40可获得指示电路元件过热和/或电路元件操作异常的热阻抗对比。例如，电路元件可因该电路元件的热阻抗的不期望的增加而操作异常。如果在步骤78估计的热阻抗不大于预定的热阻抗，则控制器40可获得指示电路元件如所期望地操作的热阻抗对比。

在另一示例中，控制器40将在步骤78估计的热阻抗与存储在存储器42中的预定的热阻抗范围进行比较，以获得热阻抗对比。如果在步骤78估计的热阻抗在预定的热阻抗范围之外，则控制器40可获得指示电路元件过热和/或电路元件操作异常或在电力转换系统34中具有一个或多个问题的热阻抗对比。相反，如果在步骤78估计的热阻抗在预定的热阻抗范围之内，则控制器40可获得指示电路元件如所期望地操作的热阻抗对比。

在步骤82，产生指示电力转换系统34中的一个或多个电路元件是否如所期望地操作的信号32。控制器40基于在步骤70计算的后续温度来产生信号32。此外，基于指示电路元件如所期望地操作的下列一个或多个对比，控制器40可产生指示电力转换系统34中的电路元件如所期望地操作的信号32：在步骤72获得的温度对比、在步骤76获得的温差对比、在步骤80获得的热阻抗对比或其组合。在步骤72获得的温度对比、在步骤76获得的温差对比以及在步骤80获得的热阻抗对比均基于在步骤70计算的后续温度。

再次参照步骤82，基于指示电路元件未如所期望地操作的下列一个或多个对比，控制器40可产生指示电力转换系统34中的电路元件未如所期望地操作的信号32：在步骤72获得的温度对比、在步骤76获得的温差对比、在步骤80获得的热阻抗对比或其组合。当电路元件未如所期望地操作时，电路元件可能会操作异常或具有一个或多个问题。例如，电路元件可能过热。如果电路元件过热，则除非将电路元件冷却到低于后续温度的温度，否则电路元件可劣化或失效。

继续参照步骤82，如果控制器40确定记录的数据在可接受的范围之外或指示可被存储在存储器42中的无法接受的趋势(unacceptable trend)，则控制器40可传输信号32以提供关于电路元件的问题的预警，而不是等到电路元件失效。取决于在步骤72获得的温度对比、在步骤76获得的温差对比、在步骤80获得的热阻抗对比或其组合，信号32可提供范围从友好到紧急的警告。即使信号32提供紧急的警告，也可不需要从其正常的操作中关闭电力转换系统34。控制器40可减小额定输出功率或临时增加电路元件的冷却，以使电力转换系统34中的电路元件如所期望地或预期地操作，直到能够发现或进一步减轻致使电路元件未如所期望地操作的症状或根源。

参照图10，曲线图100示出当电路元件循环时，在恒定的正向电流条件下跨过电路元件的正向电压降。曲线图100示出随着电路元件经历的循环次数的增加，正向电压降以更高的速率增加，特别是在150,000次循环之后，此时电路元件正在劣化。系统30和方法可存储多个循环的跨过电路元件的正向电压降，以监测在恒定的正向电流条件下电路元件的长期的温度暴露和热阻抗。这些记录数据可用于预测电路元件的长期可靠性或健康状态、电路元件何时可能劣化或失效、或随着操作循环的次数的增加电路元件将如何运行。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但是，这些实施例并不意在示出和描述本发明的全部可能的形式。相反，说明书中使用的文字为描述性的文字而非限制性的文字，应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种改变。

Claims

1.一种用于监测电力电子系统的诊断方法，所述电力电子系统具有电路元件，所述诊断方法包括如下步骤：

获得电路元件的初始的期望温度和电路元件的电参数的初始值；

将电脉冲施加到电路元件以使电路元件的温度升高；

在电脉冲衰减到预定值之后，感测电参数以获得电参数的后续值；

基于初始的期望温度、初始值、后续值和预定值来估计电路元件的后续温度；

基于后续温度来产生指示电路元件是否如所期望地操作的信号。

2.如权利要求1所述的诊断方法，其中，所述电脉冲为电流脉冲，所述预定值为电流值，所述电参数的初始值和后续值为电压值。

3.如权利要求1所述的诊断方法，其中，所述电脉冲为电压脉冲，所述预定值为电压值，所述电参数的初始值和后续值为电流值。

4.如权利要求1所述的诊断方法，所述诊断方法还包括：将后续温度与预定温度进行比较以获得温度对比，并基于该温度对比产生所述信号。

5.如权利要求1所述的诊断方法，所述诊断方法还包括：基于后续温度和初始的期望温度来估计温差，并基于该温差产生所述信号。

6.如权利要求5所述的诊断方法，所述诊断方法还包括：将所述温差与预定温差进行比较，并基于该比较产生所述信号。

7.如权利要求5所述的诊断方法，所述诊断方法还包括：基于所述温差来估计电路元件的热阻抗，并基于该热阻抗产生所述信号。

8.如权利要求7所述的诊断方法，所述诊断方法还包括：基于电路元件的热阻抗和预定的热阻抗信息获得热阻抗对比，并基于该热阻抗对比产生所述信号。

9.如权利要求7所述的诊断方法，其中，基于估计的电路元件的功率损失来估计电路元件的热阻抗，该估计的电路元件的功率损失至少部分地归因于电脉冲。

10.如权利要求9所述的诊断方法，所述诊断方法还包括：在电脉冲上升至预定的上限值之后感测电路元件的电参数以获得电参数的相应的上限值，并基于该相应的上限值和预定的上限值来估计所述估计的电路元件的功率损失。

11.如权利要求1所述的诊断方法，所述诊断方法还包括：从计算机可读的存储介质获取表示电路元件的初始的期望温度的数据以及电参数的初始值，以估计所述后续温度。

12.如权利要求1所述的诊断方法，所述诊断方法还包括：基于所述信号来控制电路元件，以改变电路元件的温度。

13.如权利要求1所述的诊断方法，其中，所述电脉冲的宽度在1微秒和10分钟之间。

14.如权利要求13所述的诊断方法，其中，该宽度在1毫秒和10毫秒之间。

15.如权利要求1所述的诊断方法，所述诊断方法还包括：由电路元件的热点获得初始的期望温度。