CN112384774A - 用于测量电子部件的温度的系统以及包含这种系统的开关臂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种系统，所述系统包括：‑电导体(122)，其具有主体部分(206)和从主体部分(206)突出以形成电子支路的辅助部分(214)；‑电连接至电导体(122)的主体部分(206)的电子部件(114)；‑电连接至电导体(122)的辅助部分(214)以接收来自电导体(122)的电势的电子电路(202)；‑被设计为提供温度测量值的温度测量设备(218)，温度测量值代表电子部件(114)的温度。所述系统还包括：‑电导体(122)的辅助部分(214)和温度测量设备(218)之间的热连接(216)，热连接(216)与电导体(122)的主体部分(206)分离。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量电子部件的温度的系统以及一种包括这种系统的开关臂。
背景技术
公开号为WO2007003824A2的PCT国际申请描述了一种用于测量电子部件的温度的系统，所述系统包括：
电导体，其具有：
·主体部分，
·从主体部分突出以形成电子支路的辅助部分，
-电连接至电导体的主体部分的电子部件，
-电连接至电导体的辅助部分以接收来自电导体的电势的电子电路，
-被设计为提供温度测量值(temperature measurement)的温度测量设备，温度测量值代表电子部件的温度。
在该已知系统中，电子部件是由电子电路控制的开关臂的可控开关，并且温度测量设备被压靠在电导体的主体部分上。因此开关的温度会产生直至温度测量设备的温度梯度，在承载开关的电导体的主体部分中延伸。
然而，电导体的主体部分和电子部件覆盖了电绝缘层，该电绝缘层有使温度测量设备劣化的风险，特别是在电绝缘材料为环氧树脂的情况下。
本发明的目的是至少部分地克服上述问题。
发明内容
为此，提出了一种用于测量电子部件的温度的系统，该系统包括：
-电导体，其具有：
·主体部分，
·从主体部分突出以形成电子支路的辅助部分，
-电连接至电导体的主体部分的电子部件，
-电连接至电导体的辅助部分以接收来自电导体的电势的电子电路，
-被设计为提供温度测量值的温度测量设备，温度测量值代表电子部件的温度，
其中，所述系统还包括：
-电导体的辅助部分和温度测量设备之间的热连接，热连接与电导体的主体部分分离。
借助于本发明，通常用于使电子电路恢复电导体的电势的电导体的辅助部分还用于获得温度测量值，所述温度测量值代表电子部件的温度。因此，可以将温度测量设备放置在与电子部件和由电子部件压靠的电导体的主体部分相距一定距离的位置处，并因此使其位于覆盖它们的电绝缘层之外。
根据本发明的测量系统还可以包括分别考虑或以任何技术上可行的组合考虑的以下一个或多个特征。
因此，可选地，电导体的辅助部分与热连接直接热接触。
可选地，电导体的主体部分和电子部件旨在由主电流流过，并且其中，电导体的辅助部分旨在由辅助电流流过，辅助电流具有最多为主电流的值的10％的值。
可选地，辅助部分具有比主体部分的导电截面小至少四倍的导电截面。
可选地，电导体的主体部分和辅助部分由同一导电部分形成，例如由铜制成，被切割并被折叠，以形成主体部分和辅助部分。
可选地，电子电路是用于控制电子部件的电子控制电路，其中，电子控制电路连接至温度测量设备以接收温度测量值，并且其中，电子控制电路被设计为基于电导体的电势和/或温度测量值来控制电子部件。
可选地，所述系统还包括印刷电路板，印刷电路板承载所电子电路的至少一部分和温度测量设备。
可选地，电导体的辅助部分到达印刷电路板，例如穿过形成在印刷电路板中的孔，并且其中，热连接在印刷电路板上延伸。
可选地，热连接在印刷电路板上延伸，并且其中，电导体的辅助部分与热连接电接触。
可选地，电导体的辅助部分穿过形成在印刷电路板上的孔。
可选地，热连接包括印刷电路板的第一走线，并且其中，电子电路通过印刷电路板的第一走线或通过不同于第一走线的第二走线电连接至电导体的辅助部分。
可选地，所述系统还包括电绝缘层，例如环氧树脂，其覆盖电子部件和至少部分地覆盖热导体的主体部分。
可选地，温度测量设备包括以下中的至少一个：热敏电阻、二极管、铂探针。
可选地，电子部件被压靠在电导体的主体部分上。
可选地，电子部件是可控开关，例如晶体管。
可选地，其中，可控开关具有两个主端和控制端，并且其中，电导体电连接至两个主端中的一个。
还提出了一种开关臂，其包括：
-在中心抽头处相互连接的可控高边开关和可控低边开关，
-根据本发明的第一系统，用于测量可控高边开关和可控低边开关中的一个的温度。
可选地，所述开关臂还包括根据本发明的第二系统，用于测量可控高边开关和可控低边开关中的另一个的温度。
附图说明
图1是实现本发明的电气系统的电路图；
图2是图1的电气系统的电压转换器的一部分的高度简化的截面图；
图3是图2的电压转换器的电源模块的一部分的三维视图；
图4是电压转换器的印刷电路板的高度简化的俯视图。
具体实施方式
现在将参考图1描述实现本发明的电气系统100。
电气系统100例如旨在安装在机动车辆中。
电气系统100首先包括电源102，电源102被设计为输送例如在10V至100V的范围内的直流电压U，例如48V或12V。电源102例如包括电池。
电气系统100还包括电机130，电机130包括旨在具有各自的相电压的多个相(未示出)。
电气系统100还包括电压转换器104，电压转换器104连接在电源102和电机130之间以执行直流电压U和相电压之间的转换。
电压转换器104首先包括正母线106和负母线108，正母线106和负母线108旨在连接至电源102以接收直流电压U，正母线106接收高电势，而负母线106低电势。
电压转换器104还包括至少一个电源模块110，电源模块110包括一个或多个相母线122，相母线122旨在分别连接至电机130的一个或多个相以提供它们各自的相电压。
在所述示例中，电压转换器104包括三个电源模块110，每个电源模块包括连接至电机130的两个相的两个相母线122。
更具体地，在所述示例中，电机130包括两个三相系统，每个三相系统包括三个相并且旨在彼此电相位偏移120°。优选地，电源模块110的第一相母线122分别连接至第一三相系统的三个相，而电源模块110的第二相母线122分别连接至第二三相系统的三个相。
对于每个相母线122，每个电源模块110均包括连接在正母线106和相母线122之间的高边开关112，以及连接在相母线122和负母线108之间的低边开关114。因此，开关112、114被布置以形成开关臂，其中相母线122形成中心抽头。
每个开关112、114包括第一主端和第二主端116、118以及控制端120，控制端120旨在根据施加到其上的控制信号来选择性地打开和闭合在两个主端116、118之间的开关112、114。开关112、114优选地是晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其具有形成控制端120的栅极，以及分别形成主端116、118的漏极和源极。
在所述示例中，开关112、114分别具有板的形式，该板例如是大致矩形的并且具有上表面和下表面。第一主端116在下表面延伸，而第二主端118在上表面延伸。开关112、114用于在其主端116、118之间流过大于1A的电流。
应当理解，正母线106、负母线108和相母线122是刚性电导体，其被设计为承受旨在流过开关112、114的至少1A的电流。优选地它们具有至少1mm的厚度。
此外，在所述示例中，正母线106首先包括连接电源模块110的正公共母线106A，并且在每个电源模块110中包括连接至正公共母线106A的正局部母线106B。类似地，负母线108包括连接电源模块110的负公共母线108A，并且在每个电源模块110中包括用于每个低边开关114的负局部母线108B，负局部母线108B连接至负公共母线108A。连接方式在图1中用菱形表示。
此外，在所述示例中，正公共母线106A和负公共母线108A均由单个导电部分形成。
此外，在所述示例中，电机130同时具有交流发电机功能和电动机功能。更具体地，机动车辆还包括具有输出轴的热力发动机(未示出)，电机130通过皮带(未示出)连接至该输出轴。所述热力发动机旨在通过其输出轴来驱动机动车辆的车轮。因此，在以交流发电机模式运行时，电机从输出轴的旋转沿电源102的方向供应电能。然后电压转换器104用作整流器。在以电动机模式运行时，电机(除热力内燃机之外或代替热力内燃机)驱动输出轴。然后电压转换器104用作逆变器。
电机130例如位于机动车辆的变速器中或在离合器中，或者代替交流发电机。
在说明书的其余部分中，将参照垂直方向H-B更详细地描述电压转换器104的元件的结构和布局，“H”代表顶部，“B”代表底部。
参考图2，电压转换器104包括用于控制开关112、114的电子控制电路202和承载控制电路202的至少一部分的印刷电路板204(或PCB)。在所述示例中，印刷电路板204在铝制壳体(未示出)中水平延伸。电子控制电路202例如包括由印刷电路板204承载的微控制器。此外，由电子控制电路202发出的命令经由至少一个驱动器被传送至开关112、114。
相母线122首先包括呈水平板形式的主体部分206，该主体部分承载大于1A的电流。局部母线106B、108B也呈水平板的形式，其承载大于1A的电流。这些水平板106B、108B、206是共面的，并且彼此相邻地延伸，以限制电源模块110的垂直体积。
高边开关112的下表面被压靠在正局部母线106B的上表面上并焊接在其上，以机械地附接高边开关112。这种附接还使得可以将其第一主端电连接至正局部母线106B。此外，一个或优选地多个例如由铝制成的导电条208从高边开关112的上表面延伸到相母线122的主体部分206，以将高边开关与相母线电连接。替代地，可以用导线或导电带或线缆接合(wire bonding)代替导电条。
类似地，低边开关114的下表面被压靠在相母线122的主体部分206的上表面上并被焊接再其上，以机械地附接低边开关114。这种附接还使得可以将其第一主端电连接至相母线122。此外，一个或优选地多个例如由铝制成的导电条210从低边开关114的上表面延伸到负局部母线108B以将低边开关与负局部母线电连接。因此，相母线122的主体部分206和低边开关旨在由具有大于1A的值的主电流流过。
高边开关112被压靠在正局部母线106B上，以与之电连接。
将低边开关114压靠在相母线122的主体部分206上，以在低边开关114和相母线122的主体部分206之间建立电连接和热连接。
电源模块110还包括覆盖开关112、114和导电条208、210的电绝缘层212。电绝缘层212还至少部分地覆盖母线106B、108B和相母线122的主体部分206。电绝缘层212例如是环氧树脂包覆模制的。用于电绝缘层212的材料具有例如大于80N/mm2优选地大于100N/mm2的弯曲极限(flexural limit)。例如，用于电绝缘层212的材料可以是具有弯曲极限为140N/mm2的型号为G720E类型H的环氧树脂，或具有弯曲极限为105N/mm2的型号为XE8495的环氧树脂。电绝缘层212因此是自支撑的，并且不需要包含在由壳体形成的承盘中，从而简化了电源模块110的制造。
相母线122还包括从相母线122的主体部分206突出以形成电子支路的辅助部分214。辅助部分214具有例如比相母线122的主体部分206的导电截面小至少四倍的导电截面。辅助部分214的至少一部分形成立销(vertical pin)，该立销穿过形成在印刷电路板上的孔。为了清楚起见，在本说明书的其余部分中，将辅助部分214简单地称为“销”。销214旨在由辅助电流流过，该辅助电流的值最多为主电流的值的10％。
将理解的是，在所述示例中，相母线122的主体部分206和销214由同一(one andthe same)导电部分形成，例如由铜制成，并被切割和被折叠，以形成主体部分206和销214。
同样，局部母线108B均具有水平的主体部分和辅助部分，辅助部分的一部分形成立销，该立销穿过形成在印刷电路板204中的孔。
印刷电路板204包括从销214延伸的第一走线(first track)216。
此外，印刷电路板204承载放置在第一走线216上的温度测量设备218。因此，第一走线216形成与销214和温度测量设备218都接触的热连接。此热连接与相母线122的主体部分206分离，也就是说，它不包括主体部分206。低边开关114的温度因此产生了从低边开关114到温度测量设备218的温度梯度，依次穿过主体部分206、销214和热连接216。
温度测量设备218例如包括热敏电阻，例如甚至负温度系数(NTC)热敏电阻，其电阻随着温度升高而减小，反之亦然，或者包括正温度系数(PTC)热敏电阻，其电阻随着温度升高而增大，反之亦然。替代地，温度测量设备218可以包括二极管，该二极管的两端之间具有随温度的函数而变化的电压降。与使用热敏电阻相比，使用二极管可以测量更高的温度。对于更高的温度，温度测量设备218可以包括铂探针(也称为“铂电阻温度计”)。
因此，温度测量设备218被设计为测量第一走线216的温度并提供该温度的测量值。然而，第一走线216经由销214和相母线的主体部分206热连接至低边开关114。因此，在低边开关114和温度测量设备218之间存在温度梯度，使得所提供的温度测量值在稳态和瞬态或脉冲状态下都代表低边开关114的温度。此外，将温度测量设备218放置在印刷电路板204上，而不是将其靠放在相母线122的主体部分206上，可以避免使用额外的销将温度测量值反馈到印刷电路板204以将其提供给电子控制电路202。
此外，使用销214来确定低边开关114的温度是有益的，因为销214的低热惯性使得温度测量值更代表瞬态或脉冲状态下的低边开关的温度。
此外，温度测量设备218例如经由印刷电路板204的至少另一个其他走线(在图2中未示出，但是在图4中带有附图标记402)连接至电子控制电路202，使得电子控制电路202接收温度测量值。优选地，单个走线402被用于将温度测量值传输至电子控制电路202，这具有促进在印刷电路板204上的布线以及限制热损失和干扰的优点。作为替代，放置温度测量设备218与之接触的走线216可用于传输温度测量值。
印刷电路板204包括第二走线220，第二走线220从销214延伸并且将电子控制电路202电连接至销214，以接收来自相母线122的电势。
因此，电子控制电路202被设计为基于相母线122的电势和温度测量值来控制可控开关112、114。
图3示出了图2的电源模块110，没有电绝缘层212。
对三个电源模块110中的两个电源模块的两个低边开关114重复上述温度测量系统。因此，参考图4，在上述示例中，分别为两个电源模块110的两个低边开关114中的每个提供上述的温度测量设备218。印刷电路板204因此承载四个温度测量设备218。它们中的每个都通过走线402连接至电子控制电路202，用于传输温度测量值。
本发明不限于上述实施例。实际上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以对其进行修改。
例如，印刷电路板204的第一走线216可用于将电子控制电路202电连接至销214，使得不再需要第二走线220。
此外，可以使用负局部母线108B的其中一个销代替销214。
在未示出的实施例中，正局部母线106B包括可代替销214而使用的销。
此外，所使用的术语不应被理解为限于上述实施例的元件，而是应被理解为覆盖本领域技术人员能够从其一般知识中推断出的所有等效元件。
Claims (15)
1.一种用于测量电子部件(114)的温度的系统，所述系统包括：
-电导体(122)，其具有：
·主体部分(206)，
·从主体部分(206)突出以形成电子支路的辅助部分(214)，
-电连接至电导体(122)的主体部分(206)的电子部件(114)，
-电连接至电导体(122)的辅助部分(214)以接收来自电导体(122)的电势的电子电路(202)，
-被设计为提供温度测量值的温度测量设备(218)，温度测量值代表电子部件(114)的温度，
其中，所述系统还包括：
-电导体(122)的辅助部分(214)和所述温度测量设备(218)之间的热连接(216)，该热连接(216)与电导体(122)的主体部分(206)分离。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，该电导体(122)的该主体部分(206)和该电子部件(114)旨在由主电流流过，并且其中，该电导体(122)的该辅助部分(214)旨在由辅助电流流过，该辅助电流具有最多为该主电流的值的10％的值。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，该辅助部分(214)具有比该主体部分(206)的导电截面小至少四倍的导电截面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，电导体(122)的主体部分(206)和辅助部分(214)由同一导电部分形成，例如由铜制成，被切割并被折叠，以形成主体部分(206)和辅助部分(214)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，电子电路(202)是用于控制电子部件(114)的电子控制电路，其中，电子控制电路(202)连接至温度测量设备(218)以接收温度测量值，并且其中，该电子控制电路(202)被设计为基于电导体(122)的电势和/或温度测量值来控制电子部件(114)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，还包括印刷电路板(204)，该印刷电路板(204)承载电子电路(202)的至少一部分和温度测量设备(218)。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，电导体(122)的辅助部分(214)例如穿过形成在印刷电路板(204)中的孔到达印刷电路板(204)，并且其中，热连接(216)在印刷电路板(204)上延伸。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，该热连接(216)包括印刷电路板(204)的第一走线，并且其中，电子电路(202)通过印刷电路板(204)的第一走线或通过不同于第一走线(216)的第二走线(220)电连接至电导体(122)的辅助部分(214)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，还包括电绝缘层(212)，例如环氧树脂，该电绝缘层覆盖电子部件(114)和至少部分地覆盖热导体的主体部分(206)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，该温度测量设备(218)包括以下中的至少一个：热敏电阻、二极管、铂探针。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，该电子部件(114)被压靠在电导体(122)的主体部分(206)上。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中，该电子部件(114)是可控开关，例如晶体管。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，该可控开关(114)具有两个主端(116、118)和控制端(120)，并且其中，电导体(122)电连接至两个主端(116、118)中的一个。
14.一种开关臂，包括：
-在中心抽头处相互连接的可控高边开关(112)和可控低边开关(114)，
-如权利要求12或13所述的第一系统，用于测量该可控高边开关(112)和该可控低边开关(114)中的一个的温度。
15.根据权利要求14所述的开关臂，还包括根据权利要求12或13所述的第二系统，用于测量该可控高边开关(112)和该可控低边开关(114)中的另一个的温度。
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