CN111381122A - 功率转换器故障检测和预防 - Google Patents

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I.莫罗左夫
D.拉赫曼
V.兹洛特尼科夫
B.戈姆伯格
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Abstract

一种功率装置包含一个或多个电气部件，所述电气部件包含一个或多个物理属性。所述功率装置包含被配置成监测所述属性的一个或多个传感器。所述功率装置包含非瞬态计算机可读存储介质，所述非瞬态计算机可读存储介质包含一个或多个报警规则。所述功率装置包含一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成用于从所述存储介质检索所述一个或多个报警规则。所述处理器被配置成用于监测来自所述传感器的一个或多个传感器值，其中所述传感器值与所述属性相关联。所述处理器被配置成用于在所述监测期间评估所述至少一个报警规则，以及当所述一个或多个报警规则导致即将发生的故障条件时，向用户发送通知。

Description

功率转换器故障检测和预防
背景技术
例如直流电到直流电(DC-DC)功率转换器、直流电到交流电(DC-AC)功率逆变器(一相、三相等)等功率装置包括多个电子部件。例如，4千瓦(KW)功率逆变器可以包括最多5000个电子部件，例如电容器、电感器、电阻器、继电器、变压器、处理器等。在这些功率电子器件的制造期间和之后，功率装置可以通过多个阶段的测试，以确保功率装置在组装并运送给客户之前能正常工作。这些测试确保每个装置根据要求、规格、设计等操作，并且不存在有故障的部件。
发明内容
以下概述呈现了某些特征的简化概述。此概述并非广泛综述，且并不旨在确定重要或关键要素。
根据本公开，公开了用于测量电子部件中的电阻抗或温度变化的方法和装置。此类方法和装置可以使用一个或多个传感器(在本文中也称为检测器)，例如热敏电阻器、光电二极管、天线、射频接收器、麦克风、压力传感器、气体传感器、光学传感器、相机、磁场传感器、气相色谱传感器、传输线收发器等。传感器可以位于电子部件附近或远离电子部件，且使用次级传送或转换装置，例如电导体、波导(声学、光、电气、电子、电磁等)、光纤、反射镜、反射器、热敏标记、温敏标记、阻抗敏感标记、热电偶等，从而将物理参数值(例如，部件的属性或物理属性)从部件传送到传感器。可以将阻抗或温度值转换成可检测性更高的次级物理测量值，以便由传感器记录。可以提供若干系统、组件、装置、部件和方法，其说明了选择专用传感器以及确定用于将测量值转换成可操作阻抗或温度变化的算法的各方面。
如上所述，本发明内容仅仅是对本文中所描述的特征中的一些特征的概述。它不是详尽的，且不对权利要求书加以限制。
附图说明
根据以下描述、权利要求书和附图，将更好地理解本公开的这些和其它特征、方面和优势。本公开借助于实例说明并且不受附图限制。在附图中，相似数字参考类似元件。
图1A示意性地示出根据本公开的说明性方面的具有用于监测多个部件的一个或多个传感器的功率装置。
图1B示意性地示出根据本公开的说明性方面的用于监测多个部件的功率装置和PCB区域。
图1C示意性地示出根据本公开的说明性方面的用于监测多个部件的功率装置或PCB。
图1D示意性地示出根据本公开的说明性方面的用于监测多个部件的处理器和传感器。
图1E示意性地示出根据本公开的说明性方面的全局地用于装置或PCB的处理器和传感器。
图2示意性地示出根据本公开的说明性方面的在盖上具有用于监测多个部件的成像传感器的功率装置。
图3示意性地示出根据本公开的说明性方面的具有用于监测多个部件的成像传感器和标记的功率装置。
图4示意性地示出根据本公开的说明性方面的在盖上具有用于监测多个部件的带反射镜的成像传感器的功率装置。
图5示意性地示出根据本公开的说明性方面的具有用于监测多个部件的气体传感器的功率装置。
图6示意性地示出根据本公开的说明性方面的具有用于监测多个部件的声传感器的功率装置，所述声传感器具有充当音箱的盖。
图7示意性地示出根据本公开的说明性方面的具有用于监测多个部件的天线和接收器的功率装置。
图8示意性地示出根据本公开的说明性方面的具有用于监测多个部件的振动传感器以及盖上的压力释放敲除的功率装置。
图9示意性地示出根据本公开的说明性方面的具有用于监测多个部件的传输线收发器的功率装置。
图10示意性地示出根据本公开的说明性方面的具有用于选择部件监测传感器的传感器选择盖的功率装置。
图11示出根据本公开的说明性方面的用传感器监测多个部件的方法的流程图。
图12示出根据本公开的说明性方面的选择多部件监测传感器的方法的流程图。
图13示出根据本公开的说明性方面的引发部件故障和选择多部件监测传感器的方法的流程图。
图14示出根据本公开的说明性方面的模拟部件故障和选择多部件监测传感器的方法的流程图。
具体实施方式
形成本公开的一部分的附图示出了本公开的实例。应理解，附图中所示的和/或本文所论述的实例是非排他性的，且存在本公开可以如何实践的其它实例。
功率装置故障可能涉及装置的一个或多个部件的故障。部件可能在可能导致阻抗变化的物理变化之后发生故障。改变的阻抗(例如增大的阻抗、减小的阻抗等)或物理变化可产生改变的属性，例如热产生、电磁辐射、磁场生成、声音、振动、气体排放等。例如，部件的劣化可释放气体，例如甲烷、氢气、卤素等。部件的劣化可以取决于部件和故障机制而释放气体、液体或固体。这些劣化可能在高温下发生，例如在80与600摄氏度(degC)之间，例如，125degC、150degC、180degC、250degC等。增加的热量产生可能导致温度增加，这又可能导致进一步的故障、气体排放、火灾、爆炸等。
功率装置内的部件可以随时间和使用(例如，部件的“老化”)而变化，并基于功率装置的操作环境而变化。老化可以涉及部件阻抗的逐渐或突然变化，这导致温度变化或其它物理属性或指示，例如噪声、EMI等。如本文中所使用，术语(部件的)属性、物理属性、性质、物理性质、参数、物理参数意指可测量的物理变化，且这些术语可互换使用。可以在长期操作期间，例如使用NTC热敏电阻器、传感器、检测电路等监测功率装置的一些部件。如本文中所使用，术语传感器意味着传感器、检测器或其它电子部件，其可以将物理现象(例如物质和/或能量的性质)转换成指示现象的存在/不存在(例如，现象的检测)的电信号或表示现象的值的测量结果(例如，现象的感测)。例如，传感器可以位于可能发生故障、可能受益于监测等的部件附近。例如，传感器可以邻近(例如物理接触)部件，与部件相隔1毫米(mm)、1mm与10mm之间、与部件相隔1厘米(cm)、与部件相隔1cm与10cm之间，与部件相隔10cm与100cm之间等。替代地，传感器位于与部件相隔至少1cm、至少2cm或至少5cm。例如，当不接触部件的最高温度的位置时，例如在两个邻近部件之间，传感器可以直接放置在部件上。监测许多部件可能导致布局复杂性、BOM成本等。
特定的历史性故障可以例如通过故障记录的统计分析来指示哪些部件更可能发生故障。将故障记录与装置测试结果相关联可以允许将来自测试结果的异常分析与故障相关联，从而允许更严格的测试控制以防止故障。此外，可通过监测引起故障的部件的专用传感器检测历史性故障。当这些传感器在发生故障之前指示部件物理属性或性质的变化时，可以发出报警以进行服务检查，可以降额使用功率装置，以对这些部件产生较少的应力(例如，减少施加到部件的电流、电流变化、电压、电压变化、功率等)等。
当某个部件发生故障而之前所述部件没有任何发生故障的历史时，可能会发生未知(不可预测)的故障。当改变部件或PCB供应商、制造一批新的部件并将其用于功率装置组件、改变部件制造商、改变PCB设计(例如布局)等时，可能会发生此类故障。这些未知的故障可能无法通过专用于监测这些部件的专用传感器进行监测，而是可能会被通用装置传感器检测到。通用装置传感器可以被定位、选择和/或设计为一起监测装置的所有部件。传感器可以是混合类型的，从而可以检测未知故障的不同物理属性。
例如，气体排放传感器、声传感器、振动传感器、视觉传感器、红外传感器和/或EMI传感器可以一起使用，以监测功率装置是否发生未知故障，以及任何传感器值何时发生突然变化，然后可以发出报警。当两个或多个传感器值发生突然变化时，可以发出警报。可以选择不同的传感器组合，以基于功率装置中使用的电子器件、物理原理和部件来检测尽可能多的未知故障。例如，TDKTM
Figure BDA0002351172090000051
MPU-9250可用于检测运动、振动和磁场变化。取决于规格、设计、部件、测试、环境、使用年限、操作历史等，每个功率装置可能或多或少容易受到未知故障的影响。
上文列出的一个或多个传感器可以在操作、模拟、测试等过程中找到，不对其它传感器提供附加信息，并且从未来代产品中移除。例如，气体传感器可以结合到第一代产品中，发现并没有在其它产品上添加附加信息，并且从第二代产品中移除。
故障部件可能以多种方式影响物理环境，有时取决于故障分析模式。例如，由于每24小时一次纹波电流超过阈值而导致发生故障的膜电容器可能具有热量、气体排放、声音、振动、颜色变化等特定的时间响应。因过电压或dV/dt反复达到极限值而发生故障的膜电容器可能具有不同的故障响应。例如，膜电容器可能会发生灾难性爆炸，或者膜电容器内可能发生短路并防止灾难性故障。通过执行故障分析，模拟物理属性/参数的故障响应(例如通过使用物理参数模拟工具)和/或由于故障的部件而导致功率装置发生故障(例如通过改变部件的操作)可以提供对作为即将发生的故障的第一标志的物理参数的洞察。
虽然此第一标志可以是由于改变的阻抗分量的发热(早期故障)而引起的温度，但是此第一标志可以是其它可测量的感测，例如声音、化学、气味、感觉等。一旦一个部件或一组部件可以被识别为容易发生故障，并且确定了故障机制和时间表，就可以选择传感器/检测器的最佳集合来检测这些故障。
根据本公开，提供了用于间接测量电阻抗或温度变化的方法和装置，例如使用光电二极管、天线、射频接收器、麦克风、压力传感器、冲击传感器、气体传感器、振动传感器、光学传感器、相机、磁场传感器、气相色谱传感器、传输线收发器等。传感器可以位于远离部件的位置处，并且使用次级方向装置，例如电导体、波导(声学、光、电气、电子、电磁等)、光纤、反射镜、反射器、热敏标记、温敏标记、阻抗敏感标记、热电偶等，从而将物理参数值传送到传感器/检测器。
传感器可以分组成对应的感测或物理现象，以测量其代表值。例如，视觉或光学感测可以对应于视觉传感器、红外传感器、光电检测器、光电二极管等。例如，气味/味道或化学感测可以对应于气体传感器等。例如，触摸或触觉感测可以对应于振动传感器等。例如，声音或听觉感测可以对应于声传感器等。通常，可以基于以下因素来选择传感器的类型以及用于检测功率装置部件的疑似明显故障的规则/公式：(1)功率装置的电子电路设计，(2)用于产生功率装置的电子部件，以及(3)功率装置的电气和热部件的电子和物理布局。
例如，选择用于检测特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用光学、化学、触觉和听觉传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用光学、化学和触觉传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用光学、化学和听觉传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用光学、触觉和听觉传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用化学、触觉和听觉传感器。
例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用光学和化学传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用光学和听觉传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用触觉和听觉传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用光学传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用化学传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用听觉传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用触觉传感器。
例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用光学、化学和触觉传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用光学、化学和听觉传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用光学、触觉和听觉传感器。例如，选择用于检测不同的特定功率装置中的部件早期故障的传感器可以是使用化学、触觉和听觉传感器。具体地，传感器的每个组合以及用于检测功率装置部件的疑似明显故障的规则/公式的优势可以基于以下因素：(1)功率装置的电子电路设计，(2)用于产生功率装置的电子部件，以及(3)功率装置的电气和热部件的电子和物理布局。
可以将阻抗或温度值转换成次级物理测量值，以由检测器或传感器检测。例如，可以使用热敏标记将温度转换成标记的颜色变化，并且可以使用相机拍摄标记的数字图像以及使用专用图像处理方法将其转换成温度值。例如，可以根据部件测试阶段期间电压或电流的变化来检测部件的阻抗，例如当部件充电时(根据阻抗和施加的电压)，当不操作时允许部件在内部放电时，以及在经过一段时间后且由于内部阻抗导致电荷减少而进行测量时(例如由于等效串联电阻)。可以提供说明选择专用传感器和检测器以及确定用于将测量值转换成可操作阻抗或温度变化的算法的各方面的系统、组件、装置、部件和方法。例如，可操作阻抗或温度变化可以用于向服务提供商发送警报、降额使用(例如减少或限制)功率装置的瞬时额定功率、执行紧急关机、激活声报警等。
可能发生故障的电子部件包含但不限于电容器、电缆连接端子、电感器、变压器、铁氧体、继电器、电荷引出电阻器、保险丝座、布线绝缘等。
现在参考图1A，其示意性地示出具有用于监测多个部件的一个或多个传感器的功率装置100。尽管功率装置100可以使用单个参考标号(100)，但可以理解，功率装置可以是用于概念验证的一次性原型、第一次修订试生产运行的许多基本相似的功率装置中的一个、许多基本相似的生产运行中的一个、许多基本相似的生产修订中的一个等。因此，不同的实例可以使用单个参考标号100说明这些功率装置的各方面以意指所公开类型中的一个或多个。
功率装置100可以包括一个或多个硬件处理器101、非瞬态存储介质102、网络接口110、用户接口120，以及通过设计配置成将功率从一种形式转换成另一种形式的部件。设计可以由部件105(例如C1、C2、C3、C4、C5、C6和C7)的电连接、部件105的材料清单、部件105的源数据表等限定。可以通过选择传感器等来监测部件106。当传感器106与部件105之间的视线被遮挡或以其它方式被阻挡时，可以使用反射和/或折射表面107，例如反射镜、波导、光纤电缆、透镜等。网络接口110可以通过数据网络140连接到系统的其它部件，例如远程数据记录器131、机器学习数据和分析部件132、事件管理器部件133等。这些可以是对物理资源、远程私有资源、远程公共资源等虚拟化的云部件。例如存储介质102的本地存储库可以包括例如传感器监测器102A、事件和风险计算器102B、事件通知器102C等的软件模块。
现在参考图1B，其示意性地示出用于监测多个部件的功率装置100和PCB 116区域。PCB 116布局可以由不同的功能区域组成，每个功能区域包含功率装置设计的不同功能所需的电气部件。例如，区域可以包含输入端子区域111、输入调节器和数字处理区域112、功率转换器区域113、功率调节器区域114、输出区域115，其中输出区域115可以包括用于输出切换、输出隔离、输出感测、处理等的部件。PCB可具有可访问的测试垫，例如117a-N，其代表根据设计的PCB布局上的N个测试垫。
现在参考图1C，其示意性地示出用于监测多个部件的功率装置100或PCB 116。在实例中，输入端子区域111包含部件C111A、C111B、C111C和C111D，其例如可以是端子连接器。在实例中，功率调节器区域114包含部件C1、C2、C5和C6，其例如可以是电容器。在实例中，功率转换器区域113包含部件C113A和C4A，其例如可以是开关。
现在参考图1D，其示意性地示出用于监测多个部件的处理器和传感器。装置100可以包括用于监测图1C的一个或多个部件的物理特性的传感器和/或检测器的网络。例如，S1、S2、S5和S6分别监测C1、C2、C3和C4。处理器P1、P2、P3和P4可以是中央处理器，例如用于执行监测和报警功能并且连接到传感器的4核处理器，或单独的硬件处理器，例如在P5、P6、P7和P8处，其可以例如在输入端子处用于执行部件的本地监测，并提供快速响应和用于本地监测部件的专用算法，并将监测活动报告给P1-P4处的主硬件处理器。在实例中，功率转换器区域113包含传感器S113A和S4A，以分别监测C113A和C4A。在实例中，输入端子区域111包含传感器S111A-D，以分别监测C111A-D。
现在参考图1E，其示意性地示出全局地用于装置或PCB的处理器和传感器。可以使用硬件处理器P1-P4或不同的处理器来监测全局传感器的传感器值，例如，在SG1、SG2、SG4A和SG5处，或可以使用例如P5-P8的不同的处理器来监测全局传感器，例如在SG3处。可以使用硬件处理器P1-P4或不同的处理器来监测从测试垫117a-N收集的值。测试垫可以访问中间电参数、来自硬件处理器P1-P4的数据参数等。在实例中，输入端子区域111包含传感器S111A-D。
温度传感器/检测器，例如热敏电阻器、热电偶、红外光电二极管等，可以直接或间接地用于监测部件的温度。例如，热IR辐射传感器可以并入到功率装置中，使得其位于PCB上且朝向功率装置的盖定向。热IR辐射传感器可以是单个相机单元、具有透镜的光电二极管阵列、单个光电二极管等。盖可以具有反射镜和/或波导以将IR辐射朝向传感器引导。当传感器收集表示温度的传感器值且处理单元确定温度超过阈值时，可以发出报警、可以减少(降额使用)功率装置的瞬时功率、可以使功率装置关机等。温度传感器可以是仅对与被禁止温度相对应的波长敏感的光电二极管，且当检测值高于阈值达某一时间量时，可以通知技术人员和/或自动缓解这种情况。
现在参考图2，其示意性地示出在盖202上具有用于监测多个部件204的例如温度传感器、光电二极管、热相机、数字成像相机、光学传感器等传感器210的功率装置200。部件204可以位于附接到散热片或散热器201的PCB 203上，并且通过将传感器210放置在距部件一定距离处，例如在盖202上，可以实现最大覆盖范围。
例如，可以使用普郎克定律(Planck's Law)来计算某一温度下理想黑色主体的光谱辐射。光谱辐射改变峰值和最小波长，这两者均随着温度增加而减小。例如，黑色主体在25摄氏度(degC)下的峰值为约10微米(μm)且最小约2μm，而对于700degC下的黑色主体，峰值为约4μm且最小约0.6μm。可以通过维恩位移定律(Wien's Displacement Law)计算峰值：λmax＝(2890)/T，其中λmax＝以微米为单位的峰值能量的波长，T＝以开氏度为单位的温度。例如，在120摄氏度(120+273＝393开氏度)下从物体发射的峰值能量的波长为：λmax＝2890/393K＝7.35μm(辐射率＝1.0)。对于120-190degC的温度范围，峰值辐照大约在6.5μm与7μm之间。可以通过将强度归一化为每一温度下的峰值强度来找到不同温度和波长下的相对强度。下表提供在各种温度和波长下的归一化强度(辐射率＝1.0)。
表1：
Figure BDA0002351172090000101
Figure BDA0002351172090000111
例如，归一化强度显示单个光子传感器可以用于高达约2.5μm以及高于2.5μm的波长，光电检测器可以检测与不同温度相关联的强度。例如，第一传感器型号AD500-9-TO52-S1雪崩光电二极管可以与适当配置的检测电路一起使用，以检测与较高部件温度(例如，高于150degC)相关联的少数光子。
如果有足够的时间收集数据，可以在2.5μm以下使用光电检测器。可以使用统计方法来确定传感器值何时代表温度信号或噪声。例如，可以使用1μm的IR光电检测器收集传感器值，直到存在传感器值代表与150degC以上的部件相关联的辐照强度的统计上有意义的计算，并且功率装置可以降额为不会导致部件过热的较低功率。可以向用户发送报警，以指示部件可能已经达到高温，并且随后可以派遣技术人员到功率装置的位置以诊断和/或维护功率装置。
在较高的波长(例如高于3μm)下，光电检测器可以确定正常操作温度会以第一强度产生检测波长下的辐照，然后在一段时间内(例如每天中午)监测操作期间的强度，以确定强度不超过第一强度。当强度超过第一强度一定量(例如5-25％)时，功率装置可以采取措施来防止故障，包含降额使用、报警等。例如，技术人员可以使用测试时段测量太阳辐照并估计第一强度阈值来确定第一强度。
红外热传感器可以是宽带、窄带、比率等。例如，可以在接近峰值波长的波长处使用宽带热传感器，并且使用高强度信号来检测过热的发生。例如，窄带热传感器可以用于检测超过阈值的最小波长。例如，比率热传感器可以用于检测两个窄带波长的比率，以确定已超过允许温度。例如，窄热传感器可以是夏普微电子公司(Sharp Microelectronics)的PD410PI2E00F光电检测器，其峰值光谱敏感度为1μm，对应于最多3秒内可能检测到的150-170degC(取决于传感器采样率)。例如，检测接近噪声阈值，并且对噪声进行采样直到检测到温度为止。例如，窄热传感器可以是Osram SFH-3600光电晶体管，通过传递电流来通知功率装置在1mm波长的光谱密度达到阈值时执行降额工作，其可以在最多0.5秒内(取决于传感器采样率)检测150-170degC。光电二极管的选择和中断电路的设计是有效的故障监测和检测的关键。
也可以调整辐射率以更好地检测温度。例如，当要监测选定数量的部件时，可以将这些部件的辐射率设置成接近1.0，且将不需要被监测的部件的辐射率设置成接近0.0，以减弱来自未被监测部件的传感器信号。
可以结合其它方面来改善来自过热部件的传感器信号，例如增加所关注部件的视场百分比(例如，通过限制对未被监测部件的检测)，将传感器材料修改为对临界阈值温度具有不同的敏感度(例如可以在150degC的温度下放大部件检测的传感器)，调整传感器敏感度等。
在若干位置处使用有限数量的热传感器，并将这些位置处的部件的测量图案转换成未放置传感器的其它位置上的温度测量，可以执行热映射。例如，区域传感器(例如热或光学成像传感器等)可以确定传感器值的图案，并且当这些图案被破坏时，可以呈现阻碍故障的指示并发起报警等。例如，可以选择有限数量的传感器，使得可以检测到图案的足够的区别。
可以使用热相机来执行热成像，所述热相机类似于智能手机的低成本数字图像相机，但是被配置成检测与温度升高相关联的红外辐射。可以使用传感器的组合，当组合时，例如通过计算每个像素的值，可以产生帧中所见部件的温度的估计值。可以使用反射镜、波导、透镜、光纤电缆等监测不在传感器视线范围内的部件。
可以使用红外光电二极管检测特定频率的红外辐射，例如与150degC相关联的IR辐射。例如，可以使用硅衬底上的InAs/GaAs量子点中红外光电检测器来检测7微米波长IR辐射。
在一些情况下，例如当使用根据温度改变颜色的热敏标记时，可以将温度转换成次级物理测量结果。可以使用便宜的表面安装相机模块来检测颜色。例如，可以使用罗姆半导体(Rohm Semiconductor)产品BH1745NUC-E2来检测温度标记或有毒气体标记的颜色。
可以使用布置在允许监测部件温度的位置中的一个或多个光电二极管来执行热检测，所述光电二极管例如在与部件相对的盖的内部上布置成阵列。通过长期监测光电二极管电路并将其转换成温度估计值，可以确定与关键部件的过热相关联的热图案。例如，在灾难性故障发生几小时之前就可以看到温度升高。通过在可能的未来故障发生之前识别出故障，可以启动对逆变器操作的适当更改(例如降额使用)，并且发出维修逆变器的报警。当灾难性故障明显时，逆变器可以关闭，并且向服务提供商发出执行维护的警报或通知以确定过热的原因。
可以使用分布式温度感测(DTS)技术来执行热检测，所述技术例如光学时域反射测量技术、拉曼技术、光学频域反射测量技术、代码相关DTS等。在DTS中，将光缆放置在待监测的部件附近并且用作线性传感器。部件温度的升高导致光缆中光透射的特性变化，例如固体内的晶格振荡。光子与振荡晶格之间的相互作用可能导致光的变化，例如瑞利散射等。散射可能导致光的频移和其它变化。可以分析这些变化以高精度地确定温度变化的位置以及绝对温度。
通过将光纤电缆放置在整个PCB上，可以监测光纤电缆附近的部件的温度。可以使用二极管激光器沿着光缆发送光子信号，例如编码信号，并测量频率和空间散射。散射的分析允许计算沿着光缆的最高温度，并且当最高温度超过阈值时，可以执行步骤以防止功率装置的灾难性故障。
可以通过视觉分析，例如通过颜色变化、热敏标记的视觉变化等，来执行可能的未来故障的视觉检测。例如，基于在故障之前长期暴露于过多热量，在故障之前表现出过度热的部件可能显示出褐变或颜色变化。可以使用成像传感器、光学传感器、相机、视觉传感器等来获取部件的图像，并且执行图像分析以检测由于温度而导致的部件变化。
现在参考图3，其示意性地示出具有用于监测多个部件304的成像传感器310和标记305的功率装置300。部件304可以位于附接到散热片或散热器301的PCB 303上。功率装置300可以包含盖302。相机或成像传感器310可以位于部件上方一定距离处，例如在装置300的角落。可以使用易于监测但对一个或多个物理参数敏感的牺牲部件，例如当使用较低额定热量的部件时。当温度达到105degC时，较低额定热量的部件可能会发生故障，并且故障可能很容易检测到，例如使用低成本传感器、不使用传感器等。
例如，可以使用罗姆半导体(Rohm Semiconductor)产品BH1745NUC-E2来检测颜色热敏标记、部件热变色、部件的可见热量等。
可以使用部件的视觉分析来监测部件的形状，以检测膨胀、泄漏等。
现在参考图4，其示意性地示出在盖402上具有用于监测多个部件404的带反射镜411的成像传感器410的功率装置400。部件404可以位于附接到散热片或散热器401的PCB403上。相机或成像系统410可以位于PCB上，并且反射镜411可以将颜色、视觉或红外辐射从部件404反射到相机410。
可以使用对特定种类气体的专用检测来检测气体排放，例如甲烷传感器、己烷传感器、甲苯传感器、二甲苯传感器、离子传感器、CO传感器、CO2传感器等。例如，在发生灾难性故障之前，部件可能会内部过热，从而释放与部件的内部隔离材料的分解相关联的甲烷蒸汽。例如，部件材料的过热产生了作为副产物的一氧化碳(CO)，并且很容易在此气体的环境量中检测到CO。
现在参考图5，其示意性地示出具有用于监测多个部件的气体传感器的功率装置501。功率装置501可以包含盖502。装置501内的气体传感器可以包括扩散阻挡层503、隔板504、感测电极505、对电极506、电解质507、传感器引脚508、集电器509等。
例如，湿度传感器可以用于检测水蒸汽。
故障启动的声音检测可以是相关联的特定声音或频率，例如振动、谐波等，并且这些可以由麦克风、声传感器、压力传感器、运动传感器等检测。例如，可以使用高斯混合模型(GMM)隔离与故障或某些部件相关联的某些声音的部件。可以通过GMM监测和分析功率装置的声音，并分析GMM超向量以确定部件故障何时可能变得明显。
现在参考图6，其示意性地示出具有用于监测多个部件604的声传感器610的功率装置600，所述声传感器具有充当音箱的盖602。部件604可以位于附接到散热片或散热器601的PCB 603上。例如麦克风等声传感器610可以放置在PCB 603上以允许容易地集成到装置600中。盖602可以具有声学插入件611，所述声学插入件例如将来自部件604的声音引导到麦克风610。
可以使用多个麦克风、声传感器、定向麦克风等执行声学映射。基于来自不同传感器的相同声音的比例信号强度，可以将来自具有已知位置的多个传感器的数据转换成特定中间位置处的声音映射。因此，可以基于声音以及部件的已知位置来计算声源位置的空间映射以更好地检测可能的故障。例如，当声学映射确定膜电容器正在发出与铁氧体裂开相关联的声音时，可以假设声学映射可能错误。以类似方式，可以基于与当时已知的部件位置一致的声音源的声学映射来确认或拒绝与某些声音相关联的可能故障。
由于电磁干扰(EMI)的预防在大多数电子产品中都非常重要，和或在功率装置中尤为重要，因此对EMI的监测可以指示磁性、电感、电容或电阻部件等部件中的明显故障。当一个部件的阻抗变化时，使EMI最小化的部件的平衡可能受到破坏，且装置的EMI可能会急剧增加。使用RF接收器和调谐到功率装置的开关频率或开关频率谐波之一的天线可以轻松检测到这种增加的EMI。
现在参考图7，其示意性地示出具有用于监测多个部件704的天线710B和接收器710A的功率装置700。部件704可以位于附接到散热片或散热器701的PCB 703上。天线710B和接收器710A可以放置在PCB 703上以允许容易地集成到装置700中。盖702可以具有反射插入件711，例如无线电天线盘，所述反射插入件例如将来自部件704的EMI引导到传感器710A和710B。
可以使用陀螺仪传感器来检测功率装置或例如PCB、盖、散热器、端子拆卸装置等相关联部件之一的振动。类似于某些声音，某些频率下振动的存在可以指示一个或多个部件发生故障或将要发生故障。例如，功率装置的端子之一处的电弧放电条件可以与声音和振动两者相关联。
现在参考图8，其示意性地示出具有用于监测多个部件804的振动传感器810以及盖802上的一个或多个压力释放区段812的功率装置800。部件804可以位于附接到散热片或散热器801的PCB 803上。振动传感器810可以放置在PCB 803上以允许容易地集成到装置800中。盖802可以具有压力或振动反射插入件811，以及盖802的压力释放区段812。当发生灾难性事件时，通过压靠压力释放区段812直到所述区段从盖802分离并释放压力，压力释放可以被配置成允许装置800外壳内部产生的压力扩展到壳体之外。
例如，可以使用村田电子(Murata Electronics)的产品编号PKGS-25SXAP1-R来检测振动，并且振动可以指示部件对阻抗变化、温度变化等的物理响应。可以通过计算机分析振动传感器记录的数据，例如通过功率装置、家用计算机、服务器、云资源等的本地处理器。例如，可以使用应用于振动数据的GMM来计算声学参数的超向量，例如5000个参数的超向量，并且可以使用声学参数识别表现出可识别为灾难性故障的声学行为的部件的声音，类似于使用超向量进行语音辨识。
可以使用力传感器或应变传感器来检测振动，例如当应变计连接到隔板、伸长材料等时的振动。
可以使用跨越/围绕部件的电路导线的时域反射测量和折射测量(TDRR)来检测部件阻抗的变化，这与使用TDR所见的PCB阻抗的变化类似。每个TDR的注入点和/或检测点可以围绕经历测试的特定部件，或围绕用于电路的TDRR成像的板分布。注入点可以是用于传输器引线的电连接的电路位置，而检测点可以是用于接收器引线的电连接的电路位置。
现在参考图9，其示意性地示出具有用于监测多个部件901的例如传输线反射传感器等传输线收发器的功率装置。电路板903充当传输线，并且沿着电路径的所有阻抗变化904可以引起信号能量的反射905中的可测量的变化。
TDRR期间的测试频率可以从一系列频率中选择，也可以动态更改以检测部件阻抗的多个方面(取决于波长的变化)。例如，可以使用扫频技术来隔离传输波长的共振和/或波组合(例如波相加或波抵消)。例如，在特定电路板的测试期间，可以检测并记录传输线签名，并且在电路板的现场操作期间，每天监测传输线签名是否存在电路中的任何阻抗变化。
为了使用具有多个注入/检测点的单个收发器，可以使用切换网络，例如FPGA、专用IC、一系列继电器等。例如，可以使用例如Fairchild74F138等电子多路复用器在电路的8个不同测试位置之间切换收发器。
可以使用磁场检测来检测功率装置的磁性部件的变化，例如电感器、变压器等的铁氧体的变化。例如，可以使用旭化成微电子株式会社(Asahi Kasei MicrodevicesCorporation)的AK8963磁力计来检测大型电感器的铁氧体在操作过程中的断裂。当铁氧体或磁性部件受到机械破坏时，例如通过不存在磁场、出现磁场、预期到的磁场没有变化等，可以检测到磁场的变化。
当使用映射技术时，可以基于部件故障的设计和可检测极限来确定传感器或传感器元件的数量。例如，元件/传感器的数量可以确定空间分辨率、时间分辨率、信噪比、准确度、检测极限等。在一些实例设计中，时间分辨率和检测极限在阻止部件故障引起装置的灾难性故障、最小化误报通知等方面可能是重要的。在其它实例应用中，空间分辨率对于确定PCB的区域、故障部件的位置等方面可能是重要的。例如，当功率装置在正常操作期间产生500瓦特的热量时，温度为102.0degC，而当部件发生故障时，则产生503瓦特的热量，并且温度升高至102.4degC。在此实例中，需要检测到0.4degC的变化，因此当在设计中指定置信度为99％时，可能需要低噪声温度测量技术来检测此部件故障。
当功率装置包含气体或液体的系统循环时，可以在例如泵、风扇等循环中心监测气体或液体。例如，功率装置通过矿物油冷却，并且在循环泵处监测矿物油的温度。在监测或测试功率装置的部件期间，系统循环可能会暂时停止，以加剧阻抗已改变的部件的温度升高。
可以使用其它传感器或换能器来检测阻抗变化的影响，例如：颜色传感器、换流器、灰尘传感器、液位传感器、流量传感器、力传感器、气体传感器、湿度/湿气传感器、图像传感器、相机、磁传感器、罗盘传感器、磁场传感器、线性磁传感器、磁位置/接近/速度传感器、运动加速度计、运动传感器、陀螺仪传感器、惯性测量单元传感器、倾角仪、光学运动传感器、倾斜开关、振动传感器、光学传感器、环境光传感器、IR传感器、UV传感器、测距传感器、光电传感器-CdS电池、光学传感器、接近传感器、震动传感器、应变计、温度传感器、NTC热敏电阻器、PTC热敏电阻器、电阻温度传感器、热电偶、温度探针、机械恒温器、固态恒温器、触摸传感器、超声波传感器、压电传感器等。
现在参考图11，其示出用传感器监测多个部件的方法1100的流程图，例如利用图1D-9中所描绘的任何传感器，例如S1、S2等。方法1100可以包含从本文公开的任何传感器接收传感器数据的步骤1101，以及根据从传感器检索的数据计算物理参数的步骤1102，例如，使用图1A的硬件处理器101执行此步骤和后续步骤。方法1100可以包含使用规则、估计、公式、阈值等比较参数的步骤1103，以及确定事件缓解步骤/规则的步骤1104。方法1100可以包含记录事件的步骤1105，以及向用户更新/通知发生的事件的步骤1106，以允许用户采取进一步的动作/步骤。例如，当部件(例如图1A和1C的C1)过热时，传感器(例如，图4的红外成像传感器410)可以使用盖402上的反射镜411检测部件的温度，并且硬件处理器处理101(例如，位于图4的PCB403上)检索传感器数据、计算温度等。图1D-9中描述的其它传感器可以用于包含盖的最终产品的功率转换器，而图10和12中描述的传感器选择盖可用于确定可以使用哪些传感器和算法在存在部件故障时收集数据并发出通知等。
为了开发精确的检测技术，可以从正常操作、极端操作和在故障期间收集物理数据。由于故障可能极为罕见，因此不一定总能在故障发生之前完全区分或识别故障所需的所有数据。因此，需要装置收集尽可能多的数据，以确定哪个传感器可以在故障发生之前最好地识别故障。为此，所描述的装置和方法可以用于选择可以减轻与故障相关联的最大风险的监测范式。
例如，可以将多个传感器结合到功率装置的传感器选择盖中，以在操作时检测和监测一些选定的功率转换器，例如功率转换器的样本。可以对数据进行分析以确定传感器和算法的组合，将其结合到用于大规模生产的功率转换器中。在一些情况下，出于方便、维护、成本等考虑，可以将确定的传感器从盖移至PCB。在一些情况下，可以将反射器或波导类型的部件附接到盖的内侧，以将这些部件的发射转移到PCB上的传感器，例如当PCB上的传感器视线不能达到待监测的部件，而传感器检测盖上的传感器视线能达到所关注部件时。
现在参考图10，其示意性地示出具有用于选择部件监测传感器的传感器选择盖1002的功率装置1000。传感器可以是本文中描述的传感器的任何一个或组合。传感器选择盖1002可以结合指向部件1004和PCB 1003的许多传感器1010。功率装置1000可以附接到隔热器或散热器1001。传感器选择盖1002可以确定例如在部件1004发生故障之前对物理参数敏感的传感器。例如，传感器选择盖1002可以具有温度传感器、时间传感器、湿度传感器、声音传感器、相机、气体传感器、振动传感器、磁传感器、EMI传感器等。传感器选择盖1002可以包含控制电路1011，所述控制电路包含电源、备用电池、通信接口等。传感器选择盖1002可以包含向装置1000供电(用于从装置1000接收用于盖的电功率)的电源连接器1012等。
例如，传感器选择盖1002可以具有控制电路1011，其包含通信接口，例如网络接口、Wi-FiTM接口、蜂窝网络数据接口等。传感器选择盖1002控制电路1011可以包含一个或多个硬件处理器，其中附接有连接的非易失性计算机可读存储介质，并且一个或多个硬件处理器被配置为从传感器接收数据并将传感器数据记录到存储介质。以此方式，传感器选择盖1002可以在各种操作条件下从部件收集传感器数据，并且在一些情况下，根据故障事件等收集数据。然后，例如，如在图11的方法1100中所使用的使用规则、估计、公式、阈值等来比较参数，可以分析此类数据以确定传感器、规则、阈值等。例如，传感器选择盖1002可以被结合在位于各种环境条件下的发电设备中。例如，传感器选择盖1002可以代替在具有特定环境温度、湿度、大气压力、辐照等(例如高环境湿度、高温、正常大气压力、低大气压力、高辐照和/或不同组合)的位置处未包含传感器1010的功率装置盖，以覆盖一系列环境条件。在这些条件下收集传感器数据(可能与故障的模拟数据组合)可以允许确定哪些传感器/算法最能区分出发生故障的部件与未发生故障的部件。
当功率装置1000可能正在使用并从这些部件1004收集数据时，传感器选择盖1002可以位于特定发电系统站点处。当已经收集了足够的数据来表征操作环境和功率装置部件1004的正常传感器读数时，可以使用模拟、感应和/或故障分析来确定哪个传感器可能对特定部件的故障最敏感，逐个考虑每个部件的故障以确定哪个传感器可能对未知故障最敏感。例如，可以选择β站点来监测太阳能逆变器，并且β位点可以配置有在逆变器上的传感器选择盖，以在正常操作期间监测逆变器的传感器读数。
当传感器不是功率装置印刷电路板(PCB)的一部分，而是在单独的部分(例如，盖、基座等)上时，使用传感器选择盖进行监测可能会受益。例如，盖可以是可以包含电源、通信接口、备用电源等的独立的传感器选择盖。
用于PCB和部件测试的测试垫可以用于监测PCB部件阻抗。例如，传感器选择盖可以具有电连接到PCB的测试垫的探针，并且传感器选择盖在功率装置操作期间记录来自这些垫的电数据。
传感器选择盖可以具有独立电源、备用电池电源、通信接口、处理器等，其中传感器选择盖的部件独立于逆变器的部件，并且可以监测在操作和/或故障期间功率装置的物理和电气性质。
传感器选择盖可以用于选择合适的传感器以结合在功率装置中，用于监测功率装置和/或部件的故障。传感器选择盖可以包含各种类型的多个传感器，并且具有数据记录功能。这些还可以包含使用一组传感器记录部件的直接测量结果，以及例如使用反射镜、声道、波导、变换材料等的间接测量结果，例如将物理性质重定向到传感器。
现在参考图12，其示出选择多部件监测传感器的方法1200的示例性流程图。方法1200包含将传感器选择盖附接到相同设计的多个功率装置(例如，具有类似布局、部件等的功率装置)的步骤1201。例如，参考图10，智能盖1002可以结合指向附接到隔热器或散热器1001的部件1004和PCB 1003的许多传感器1010。传感器选择盖可以确定例如在部件1004发生故障之前对物理参数敏感的传感器。例如，传感器选择盖1002可以具有温度传感器、时间传感器、湿度传感器、声音传感器、相机、气体传感器、振动传感器、磁传感器、EMI传感器等。传感器选择盖1002可以具有电源、备用电池1011、到功率装置的电源连接器1012(从装置接收用于盖的电力)等。
方法1200包含在正常操作期间从功率装置收集传感器数据的步骤1202。例如，在图10中，传感器选择盖1002可以具有通信接口1011，例如网络接口、Wi-FiTM接口、蜂窝网络数据接口等。智能盖1002可以具有控制电路1011，所述控制电路包含一个或多个硬件处理器，其中附接有相连非易失性计算机可读存储介质，并且一个或多个硬件处理器被配置为从传感器接收数据并将传感器数据记录到存储介质。智能盖1002可以在正常操作条件下从部件收集传感器数据。方法1200包含基于在正常操作期间收集的数据来计算传感器的正常操作范围的步骤1203。方法1200包含将单元放置在例如高湿度环境等选定环境条件中或将盖附接到位于例如极高温或极低温环境等极端环境中的功率装置的步骤1204。方法1200包含在选定环境中的操作期间从功率装置收集传感器数据的步骤1205。例如，在图10中，智能盖1002可以在选定操作条件下从部件收集传感器数据。方法1200包含基于传感器数据计算用于区分不同条件下的部件操作的规则/公式的步骤1206，以及针对功率装置设计选择一个或多个检测器/传感器的步骤1207。
例如，可以使用部件的传感器测量结果和模拟数据的逐步线性回归、主成分分析、多变量统计等，来找到区分部件正常操作与部件故障的传感器测量结果和公式/规则。传感器测量部件物理参数，其可以是与部件的可靠性相关的电参数的替代。例如，温度可以与部件的ESR相关。
功率装置盖或传感器选择盖可以包含盖中的压力释放突破区域、除气释放路径等。
一旦确定正常操作的物理参数和特性，就可确定部件正常和极端操作的高斯分布。具有传感器选择盖的功率装置可以被配置和操作以例如通过引入湿度、热量、温度变化、电压、电流等引发一个或多个部件的故障。可以在实验室条件下测量等效串联电阻(ESR)以及传感器值。可以监测ESR和传感器值直到发生故障，并且分析结果以确定哪个传感器检测到ESR变化，可以与ESR变化相关，进行统计分析以确定ESR变化(例如使用多变量分析)等。
例如，物理参数的类型或用于检测物理参数的传感器可以是：气相色谱、声音、振动、光、EMI等。
在引发故障期间对部件进行的实验室测试可以检测与部件故障相关联的物理参数，并且通过重复这些故障引发，可以收集足够的数据来确定检测阈值，例如95％置信区间阈值等。与规则和/或传感器/检测器值的组合一起，可以基于正常、极端和故障检测来确定可以检测部件故障的参数和算法(例如，使用机器学习、多变量统计、异常分析等)。可以在实验室中使用模拟功率装置、发电部件/元件/系统等，或者在现场(例如工作的发电设备)使用真实的部件/装置来执行实验室测试。在现场引发的故障中，可以并入额外的装置和/或预防措施，以防止由于引发的故障导致的伤害或永久性损坏。
可以使用分析来选择在功率装置中并入传感器，以便实现特定的置信区间、误报率、接收器-操作者曲线值等。使用用于故障检测等的算法来监测这些选定传感器可以允许检测即将发生故障的部件。
现在参考图13，其示出引发部件故障和选择多部件监测传感器的方法1300的示例性流程图。方法1300可以包含将传感器选择盖附接到一个或多个功率装置的步骤1301。例如，参考图10，智能盖1002可以结合指向附接到隔热器或散热器1001的部件1004和PCB1003的许多传感器1010。传感器选择盖可以确定例如在部件1004发生故障之前对物理参数敏感的传感器。例如，传感器选择盖1002可以具有温度传感器、时间传感器、湿度传感器、声音传感器、相机、气体传感器、振动传感器、磁传感器、EMI传感器等。传感器选择盖1002可以具有电源、备用电池1011、到功率装置的电源连接器1012(从装置接收用于盖的电力)等。
方法1300可以包含从功率装置收集传感器数据的步骤1302。例如，在图10中，传感器选择盖1002可以具有通信接口1011，例如网络接口、Wi-FiTM接口、蜂窝网络数据接口等。智能盖1002可以具有一个或多个硬件处理器，其中附接有连接的非易失性计算机可读存储介质，并且一个或多个硬件处理器被配置为从传感器接收数据并将传感器数据记录到存储介质。智能盖1002可以在正常操作条件下从部件收集传感器数据。方法1300可以包含基于在正常操作期间收集的数据来计算传感器值的正常操作范围的步骤1303。方法1300可以包含例如通过改变温度、湿度、电压、电流等来引发部件故障的步骤1304。方法1300可以包含在部件的故障期间收集一个或多个传感器的数据的步骤1305。例如，在图10中，智能盖1002可以根据故障事件等从部件收集传感器数据。方法1300可以包含计算一个或多个传感器值的规则/公式以检测故障的步骤1306。方法1300可以包含针对功率装置设计选择检测器/传感器的步骤1307。
现在参考图14，其示出分析/模拟部件故障和选择多部件监测检测器的方法1400的示例性流程图。方法1400可以包含将传感器选择盖附接到一个或多个功率装置的步骤1401。例如，参考图10，智能盖1002可以结合指向附接到隔热器或散热器1001的部件1004和PCB 1003的许多传感器1010。传感器选择盖可以确定例如在部件1004发生故障之前对物理参数敏感的传感器。例如，传感器选择盖1002可以具有温度传感器、时间传感器、湿度传感器、声音传感器、相机、气体传感器、振动传感器、磁传感器、EMI传感器等。传感器选择盖1002可以具有电源、备用电池1011、到功率装置的电源连接器1012(从装置接收用于盖的电力)等。
方法1400可以包含从功率装置收集传感器数据的步骤1402。例如，在图10中，传感器选择盖1002可以具有通信接口1011，例如网络接口、Wi-FiTM接口、蜂窝网络数据接口等。智能盖1002可以具有一个或多个硬件处理器，其中附接有连接的非易失性计算机可读存储介质，并且一个或多个硬件处理器被配置为从传感器接收数据并将传感器数据记录到存储介质。智能盖1002可以在正常操作条件下从部件收集传感器数据。方法1400可以包含计算传感器值的正常操作范围的步骤1403。方法1400可以包含模拟部件故障的步骤1404，例如，通过在故障期间对功率装置的操作建模，例如使用电子设计分析(EDA)工具、以集成电路为重点的模拟程序(SPICE)等(Ngspice、
Figure BDA0002351172090000241
Figure BDA0002351172090000242
等)。方法1400可以包含在部件故障期间估计一个或多个传感器的数据的步骤1405。方法1400可以包含计算一个或多个估计的传感器值的规则/公式以检测故障的步骤1406。方法1400可以包含针对功率装置设计选择检测器/传感器的步骤1407。
可以组合图11-14的步骤以执行替代技术，所述替代技术用于确定用于计算未来故障的可能性的传感器/规则/公式，以及使用功率装置中的传感器/规则/公式执行计算。例如，方法1200、1300，或1400的步骤可以使用盖1002以确定可能不需要一些类型的传感器来计算如方法1100的步骤1103中的确定的高概率，但是这些传感器可以是用于基于较大样本集合进行未来确定的候选者，并且因此包含在功率装置中实施的大批量生产设计中。在功率装置的操作期间，这些低概率传感器可以用于如在步骤1101、1202、1205、1302和/或1402收集数据，然后是方法1200、1300和/或1400的执行以确定对1206、1306和/或1406的规则/公式的修改的其余步骤。功率装置的软件和/或固件更新随后可以结合所述修改以利用修改的规则/公式来执行方法1100。例如，一种方法可以使用方法1200、1300和1400的步骤以确定用于检测故障的传感器/规则/公式，例如方法1200进一步包括任何组合的步骤1304、1305、1404和/或1405。
例如，一种用于确定传感器/规则/公式的方法使用数据收集、模拟和故障引发的组合。例如，一种用于确定传感器/规则/公式的方法使用数据收集和故障引发的组合。例如，一种用于确定传感器/规则/公式的方法使用数据收集和模拟的组合。例如，一种用于确定传感器/规则/公式的方法使用模拟和故障引发的组合。
例如，膜电容器可以结合用于故障检测的NTC。例如，NTC温度传感器可以用于附接到PCB、部件、部件附近等。降额机制可以监测一组NTC或其中一个NTC的最高温度(例如，在功率装置的DC-AC转换器产生热量的一侧，而不考虑部件的即将发生的故障)。例如，当功率装置是逆变器时，可以根据从正常操作的实验室测量结果确定的表来对逆变器进行降额使用。当发生异常情况，例如膜电容器中的异常加热时，尤其是当这种加热快速发生时，可以降额使用逆变器。如本文中所使用，术语降额使用意指以基本上在装置的规格范围内的规格操作电子装置，例如以与装置操作的限制基本不同的规格操作电子装置。例如，将额定提供1000瓦功率的功率装置降额至以800瓦操作。例如，在-10degC的温度下操作额定达到-20degC的内部隔间温度的冰箱。
可以使用一个或多个处理器监测传感器并通知疑似未来故障，例如即将发生的状况。例如，一个或多个处理器可以与要测试的部件的传感器合并或靠近所述传感器，并且处理器用于在传感器指示将来可能发生故障时进行通知。例如，处理器和传感器可以位于用于将输入和输出功率连接到装置的端子附近。当由传感器测量并由处理器计算的端子的阻抗指示明显存在问题时，处理器可以通知：当拧紧/重新安装端子时可以提高功率装置的性能和/或减少火灾危险。
例如，传感器可以被配置成通过以检测属性变化的定向被引导来监测一个或多个部件的属性。例如，通过被配置成检测与期望温度相对应的来自部件的红外波长发射，传感器可以被配置成监测部件的温度。如本文中所使用，例如存储器、硬盘、闪存、只读存储器等的非瞬态计算机可读存储介质可以连接到处理器以存储用于监测部件即将发生的故障条件的规则和/或传感器值。当处理器监测传感器值时，处理器连续地收集传感器值，并且利用进行中的传感器值评估规则，以确定规则何时指示部件将要发生故障。
传感器可以被配置成监测一个部件或多个部件。例如，可以对传感器进行定向，以便在传感器的视线中包含多个部件，并且传感器包括空间编码机制，以分离每个部件的属性进行评估和监测，例如具有感测元件阵列的光学相机传感器。对属性的监测可以是例如温度、颜色、形状、大小等物理属性，或例如阻抗、电压、电流等电属性。当检测到即将发生的故障条件时，可以例如通过修改功率装置的操作特性，例如电流、电压、斜升/降率等，对功率装置进行降额使用。
传感器可以通过使用被配置成检测振动的加速度传感器来检测电气部件的振动或声学属性。类似地，电磁(EM)辐射传感器可以被配置成检测在部件即将发生故障时产生的电磁辐射干扰。连接到EM传感器的射频收发器和无线电信号的功率用作即将发生的故障条件的指示。例如气相色谱传感器、气相光谱传感器、离子传感器、离子传感器等的化学传感器可以被配置成检测即将发生的故障条件的副产物，例如由受热绝缘、氢、甲烷等产生的气体。
此处，如在说明书和权利要求中其它地方，范围可以组合以形成更大范围。
本文中所公开的特定尺寸、特定材料、特定范围、特定电阻率、特定电压、特定形状和/或其它特定性质和值本质上是实例，且并不限制本公开的范围。在本文中针对给定参数的特定值和特定值范围的公开不排除可用于本文中所公开的实例中的一个或多个的其它值和值范围。此外，据设想，本文中所陈述的特定参数的任何两个特定值都可限定可用于给定参数的值范围的端点(例如，给定参数的第一值和第二值的公开可解释为公开了在第一值与第二值之间的任何值也可用于给定参数)。例如，当参数X在本文中示例为具有值A也示例为具有值Z时，据设想，参数X可以具有在约A到约Z之间的一系列值。类似地，据设想，参数的两个或更多个值范围的公开(不管此类范围是嵌套、重叠还是不同的)包含可使用所公开范围的端点要求的值范围的所有可能组合。例如，当本文中举例说明了参数X具有介于1-10或2-9或3-8的范围内的值时，还设想参数X可具有包含1-9、1-8、1-3、1-2、2-10、2-8、2-3、3-10和3-9的其它值范围。
可以注意到，在本文的元件、方法和装置的元件之间提出各种连接。已对这些元件和连接进行了一般性描述，除非另有说明，否则它们可以是直接的或间接的；本说明书无意在这方面进行限制，并且可以设想直接和间接的连接，也没有关于元件组合的限制。例如，图11-14中的每一个的步骤可以按任何顺序重新布置和组合，并且不需要执行所有步骤。此外，任一个实施例中的一个特征的元件可以按照任何组合或子组合与任一个实施例中的其它特征的元件组合。例如，图11的一个或多个步骤可以与图12-14的一个或多个步骤组合。例如，尽管在本文公开的示例性方法中有指示，但是本公开的技术人员可以辨别出不直接相关的方法步骤，并且在实现所公开的发明的相同结果的同时以不同方式对步骤进行重新排序。
条项1：一种功率装置，其包括：
至少一个电气部件，其包括至少一个属性；
至少一个传感器，其被配置成监测所述至少一个属性；
非瞬态计算机可读存储介质，其包括至少一个报警规则；
至少一个处理器，其被配置成：
从所述存储介质检索所述至少一个报警规则，
将至少一个先前传感器值存储在所述存储介质上，
监测来自所述至少一个传感器的至少一个传感器值，其中所述至少一个传感器值与所述至少一个属性相关联，
在所述监测期间使用所述至少一个传感器值和至少一个先前传感器值评估所述至少一个报警规则，以及
当所述至少一个报警规则导致即将发生的故障条件时，向用户发送通知。
条项2：根据条项1所述的功率装置，其中所述至少一个传感器被配置成单独监测所述至少一个电气部件的多个属性，并且所述评估包括分析与所述多个属性相关联的所述传感器值。
条项3：根据条项1至2中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个属性是电气性质和物理性质中的至少一个。
条项4：根据条项1至3中任一项所述的功率装置，其中当至少一个报警规则的评估指示所述即将发生的故障条件时，所述至少一个处理器修改所述功率装置的至少一个操作特性。
条项5：根据条项1至4中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个传感器位于距所述至少一个电气部件至少1至5厘米(cm)处。
条项6：根据条项1至5中任一项所述的功率装置，其中所述存储介质位于远离所述功率装置的位置处。
条项7：根据条项1至6中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个处理器位于远离所述功率装置的位置处。
条项8：根据条项1至7中任一项所述的功率装置，其进一步包括盖，并且其中所述盖包括所述至少一个传感器。
条项9：根据条项1至8中任一项所述的功率装置，其进一步包括盖，并且其中所述盖包括波导和反射器中的至少一个，并且其中所述波导或反射器被配置成将所述至少一个属性从所述至少一个部件引导到所述至少一个传感器。
条项10：根据条项1至9中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个部件到所述至少一个传感器的视线被遮挡。
条项11：根据条项1至10中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个传感器是选自由以下组成的群组的至少一个传感器：温度传感器、声传感器、运动传感器、加速度传感器、光学传感器、热相机、数码相机、光电二极管、红外光电二极管、电磁辐射传感器、磁传感器、射频收发器、化学传感器、气体光谱仪、色谱传感器、离子传感器和湿度传感器。
条项12：一种功率装置，其包括：
多个电气部件，每个电气部件包括至少一个属性；
至少一个传感器，其被配置成分开监测所述多个电气部件的所述至少一个属性；
非瞬态计算机可读存储介质，其包括至少一个报警规则；
至少一个处理器，其被配置成：
从所述存储介质检索所述至少一个报警规则，
监测来自所述至少一个传感器的至少一个传感器值，其中所述至少一个传感器值与所述多个电气部件的所述至少一个属性相关联，
在所述监测期间使用所述至少一个传感器值评估所述至少一个报警规则，以及
当所述至少一个报警规则导致即将发生的故障条件时，向用户发送通知。
条项13.根据条项12所述的功率装置，其进一步包括将至少一个先前传感器值存储在所述存储介质上，并且使用所述至少一个先前传感器值评估所述至少一个报警规则。
条项14：根据条项12至13中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个传感器被配置成单独监测所述至少一个电气部件的多个属性，并且所述评估包括分析与所述多个属性相关联的所述传感器值。
条项15：根据条项12至14中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个属性是电气性质和物理性质中的至少一个。
条项16：根据条项12至15中任一项所述的功率装置，其中当至少一个报警规则的评估指示所述即将发生的故障条件时，所述至少一个处理器修改所述功率装置的至少一个操作特性。
条项17：根据条项12至16中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个传感器位于距所述至少一个电气部件至少1至5厘米(cm)处。
条项18：根据条项12至17中任一项所述的功率装置，其中所述存储介质位于远离所述功率装置的位置处。
条项19：根据条项12至18中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个处理器位于远离所述功率装置的位置处。
条项20：根据条项12至19中任一项所述的功率装置，其进一步包括盖，并且其中所述盖包括所述至少一个传感器。
条项21：根据条项12至20中任一项所述的功率装置，其进一步包括盖，并且其中所述盖包括波导和反射器中的至少一个，并且其中所述波导或反射器被配置成将所述至少一个属性从所述至少一个部件引导到所述至少一个传感器。
条项22：根据条项12至22中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个部件到所述至少一个传感器的视线被遮挡。
条项23：根据条项12至22中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个传感器是选自由以下组成的群组的至少一个传感器：温度传感器、声传感器、运动传感器、加速度传感器、光学传感器、热相机、数码相机、光电二极管、红外光电二极管、电磁辐射传感器、磁传感器、射频收发器、化学传感器、气体光谱仪、色谱传感器、离子传感器和湿度传感器。
条项24：一种功率装置，其包括：
至少一个电气部件，其包括多个属性；
多个传感器，其被配置成监测所述多个属性；
非瞬态计算机可读存储介质，其包括至少一个报警规则；
至少一个处理器，其被配置成：
从所述存储介质检索所述至少一个报警规则，
监测来自所述多个传感器的至少一个传感器值，其中所述至少一个传感器值与所述多个属性中的至少一个相关联，
在所述监测期间使用所述至少一个传感器值评估所述至少一个报警规则，以及
当所述至少一个报警规则导致即将发生的故障条件时，向用户发送通知。
条项25.根据条项24所述的功率装置，其进一步包括将至少一个先前传感器值存储在所述存储介质上，并且使用所述至少一个先前传感器值评估所述至少一个报警规则。
条项26：根据条项24至25中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个属性是电气性质和物理性质中的至少一个。
条项27：根据条项24至26中任一项所述的功率装置，其中当至少一个报警规则的评估指示所述即将发生的故障条件时，所述至少一个处理器修改所述功率装置的至少一个操作特性。
条项28：根据条项24至27中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个传感器位于距所述至少一个电气部件至少1至5厘米(cm)处。
条项29：根据条项24至28中任一项所述的功率装置，其中所述存储介质位于远离所述功率装置的位置处。
条项30：根据条项24至29中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个处理器位于远离所述功率装置的位置处。
条项31：根据条项24至30中任一项所述的功率装置，其进一步包括盖，并且其中所述盖包括所述至少一个传感器。
条项32：根据条项24至31中任一项所述的功率装置，其进一步包括盖，并且其中所述盖包括波导和反射器中的至少一个，并且其中所述波导或反射器被配置成将所述至少一个属性从所述至少一个部件引导到所述至少一个传感器。
条项33：根据条项24至32中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个部件到所述至少一个传感器的视线被遮挡。
条项34：根据条项24至33中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个传感器是选自由以下组成的群组的至少一个传感器：温度传感器、声传感器、运动传感器、加速度传感器、光学传感器、热相机、数码相机、光电二极管、红外光电二极管、电磁辐射传感器、磁传感器、射频收发器、化学传感器、气体光谱仪、色谱传感器、离子传感器和湿度传感器。
条项35：一种方法，其包括：
从存储介质检索至少一个报警规则；
监测来自至少一个传感器的至少一个传感器值，其中所述至少一个传感器值与功率装置的部件的至少一个属性相关联；
在所述监测期间评估所述至少一个报警规则；以及
当所述至少一个报警规则导致即将发生的故障条件时，向用户发送通知。
条项36：根据条项35所述的方法，其进一步包括使用波导或反射器中的至少一个将所述功率装置的所述部件的所述至少一个属性引导到所述至少一个传感器，其中所述功率装置进一步包括盖，并且其中所述盖包括所述波导或所述反射器，并且其中所述波导或所述反射器被配置成将所述部件的所述至少一个属性引导到所述至少一个传感器。
条项37：根据条项35至36中任一项所述的方法，其中所述部件到所述至少一个传感器的视线被遮挡。
条项38：根据条项35至37中任一项所述的方法，其进一步包括将至少一个先前传感器值存储在所述存储介质上，并且使用所述至少一个先前传感器值评估所述至少一个报警规则。
条项39：根据条项35至38中任一项所述的方法，其进一步包括配置所述至少一个传感器以单独监测所述功率装置的至少一个电气部件的多个属性，并且所述评估包括分析与所述多个属性相关联的传感器值。
条项40：根据条项35至38中任一项所述的方法，其进一步包括配置所述至少一个传感器以单独监测包括相应多个属性的所述功率装置的多个电气部件，并且所述评估包括分析与所述多个属性相关联的传感器值。
条项41：根据条项35至38中任一项所述的方法，其进一步包括配置多个传感器中的每个传感器以测量多个属性中的至少一个属性，并且其中所述评估包括分析与所述多个属性相关联的多个传感器值。
条项42：根据条项35至38中任一项所述的方法，其进一步包括配置至少一个传感器以监测多个电气部件的多个属性，并且其中所述评估包括分析与所述多个属性相关联的多个传感器值。
条项43：根据条项35至42中任一项所述的方法，其中当至少一个报警规则的评估指示所述即将发生的故障条件时，修改所述功率装置的至少一个操作特性。
条项44：根据条项35至43中任一项所述的方法，其中所述至少一个传感器是选自由以下组成的群组的至少一个传感器：温度传感器、声传感器、运动传感器、加速度传感器、光学传感器、热相机、数码相机、光电二极管、红外光电二极管、电磁辐射传感器、磁传感器、射频收发器、化学传感器、气体光谱仪、色谱传感器、离子传感器和湿度传感器。
条项45：一种方法，其包括：
将智能盖附接到功率装置，其中所述智能盖包括至少一个传感器、至少一个处理器和存储介质，其中所述功率装置包括多个电气部件；
存储来自所述至少一个传感器的至少一个传感器值，其中所述至少一个传感器值与所述多个电气部件的至少一个属性相关联；
将所述至少一个传感器值传送到服务器。
条项46：根据条项45所述的方法，其中所述盖进一步包括波导或反射器，并且其中所述波导或所述反射器被配置成将所述多个电气部件的所述至少一个属性引导到所述至少一个传感器。
条项47：根据条项45到46中任一项所述的方法，其中所述多个电气部件中的至少一个到所述至少一个传感器的视线被遮挡。
条项48：根据条项45至47中任一项所述的方法，其进一步包括将至少一个先前传感器值存储在所述存储介质上，并且使用所述至少一个先前传感器值评估至少一个报警规则。
条项49：根据条项45至48中任一项所述的方法，其进一步包括配置所述至少一个传感器以单独监测所述多个电气部件的多个属性，并且所述评估包括分析与所述多个属性相关联的传感器值。
条项50：根据条项45至48中任一项所述的方法，其进一步包括配置多个传感器中的每个传感器以测量多个属性中的至少一个属性，并且其中所述评估包括分析与所述多个属性相关联的多个传感器值。
条项51：根据条项45至48中任一项所述的方法，其进一步包括配置至少一个传感器以监测多个电气部件的多个属性，并且其中所述评估包括分析与所述多个属性相关联的多个传感器值。
条项52：根据条项45到51中任一项所述的方法，其中所述至少一个传感器是选自由以下组成的群组的至少一个传感器：温度传感器、声传感器、运动传感器、加速度传感器、光学传感器、热相机、数码相机、光电二极管、红外光电二极管、电磁辐射传感器、磁传感器、射频收发器、化学传感器、气体光谱仪、色谱传感器、离子传感器和湿度传感器。
所有所述特征和所述特征的修改可用于本文教示的本发明的所有方面。此外，本文中所描述的所有实施例的所有特征和特征的所有修改都可以彼此组合和互换。

Claims (15)

1.一种功率装置，其包括：
至少一个电气部件，其包括至少一个属性；
至少一个传感器，其被配置成监测所述至少一个属性；
非瞬态计算机可读存储介质，其包括至少一个报警规则；
至少一个处理器，其被配置成用于：
从所述存储介质检索所述至少一个报警规则，
监测来自所述至少一个传感器的至少一个传感器值，其中所述至少一个传感器值与所述至少一个属性相关联，
在所述监测期间评估所述至少一个报警规则，以及
当所述至少一个报警规则导致即将发生的故障条件时，向用户发送通知。
2.根据权利要求1所述的功率装置，其进一步包括将至少一个先前传感器值存储在所述存储介质上，并且使用所述至少一个先前传感器值评估所述至少一个报警规则。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个传感器被配置成单独监测所述至少一个电气部件的多个属性，并且所述评估包括分析与所述多个属性相关联的传感器值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个属性是电气性质和物理性质中的至少一个。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率装置，其中当至少一个报警规则的评估指示所述即将发生的故障条件时，所述至少一个处理器修改所述功率装置的至少一个操作特性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个传感器位于距所述至少一个电气部件至少1至5厘米(cm)处。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的功率装置，其中所述存储介质位于远离所述功率装置的位置处。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个处理器位于远离所述功率装置的位置处。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的功率装置，其进一步包括盖，并且其中所述盖包括所述至少一个传感器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的功率装置，其进一步包括盖，并且其中所述盖包括波导和反射器中的至少一个，并且其中所述波导或反射器被配置成将所述至少一个属性从所述至少一个电气部件引导到所述至少一个传感器。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个电气部件到所述至少一个传感器的视线被遮挡。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的功率装置，其中所述至少一个传感器是选自由以下组成的群组的至少一个传感器：温度传感器、声传感器、运动传感器、加速度传感器、光学传感器、热相机、数码相机、光电二极管、红外光电二极管、电磁辐射传感器、磁传感器、射频收发器、化学传感器、气体光谱仪、色谱传感器、离子传感器和湿度传感器。
13.一种方法，其包括：
从存储介质检索至少一个报警规则；
监测来自至少一个传感器的至少一个传感器值，其中所述至少一个传感器值与功率装置的部件的至少一个属性相关联；
在所述监测期间评估所述至少一个报警规则；以及
当所述至少一个报警规则导致即将发生的故障条件时，向用户发送通知。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括使用波导或反射器中的至少一个将所述功率装置的所述部件的所述至少一个属性引导到所述至少一个传感器，其中所述功率装置进一步包括盖，并且其中所述盖包括所述波导或所述反射器，并且其中所述波导或所述反射器被配置成将所述部件的所述至少一个属性引导到所述至少一个传感器。
15.根据权利要求13或14中任一项所述的方法，其中所述部件到所述至少一个传感器的视线被遮挡。
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