CN204376684U - 功率电子电路以及供电装置 - Google Patents

功率电子电路以及供电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN204376684U
CN204376684U CN201420796991.4U CN201420796991U CN204376684U CN 204376684 U CN204376684 U CN 204376684U CN 201420796991 U CN201420796991 U CN 201420796991U CN 204376684 U CN204376684 U CN 204376684U
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
electronic circuit
cooling agent
power electronic
cooling device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201420796991.4U
Other languages
English (en)
Inventor
马尔科·博尔拉恩德尔
汉斯-乔治·克普肯
斯特凡·弗尔克尔
安德烈亚斯·沃尔特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Application granted granted Critical
Publication of CN204376684U publication Critical patent/CN204376684U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/20—Cooling means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

本实用新型涉及一种功率电子电路(12)，具有：至少一个半导体模块(14)，其包括至少一个半导体元件；冷却装置(16)，其为了冷却至少一个半导体元件能够以冷却剂流过并且包括用于冷却剂的入口(18)和出口(20)；以及用于检测冷却剂的温度的温度传感器(26)，其中，温度传感器(26)设计用于检测在冷却装置(16)的出口(20)的区域中的冷却剂的温度。此外，本实用新型还涉及一种供电装置。

Description

功率电子电路以及供电装置
技术领域
本实用新型涉及一种功率电子电路，其具有至少一个半导体模块、冷却装置和用于检测冷却装置的温度的温度传感器，所述半导体模块包括至少一个半导体元件，为了冷却至少一个导体元件能够以冷却剂流过所述冷却装置，所述冷却装置包括用于冷却剂的入口和出口。此外，本实用新型涉及一种供电装置，其具有功率电子电路。
背景技术
功率电子电路通常包括半导体模块，所述半导体模块又包括一个或多个以IGBT或二极管的形式的半导体元件。这种功率电子电路可以例如作为变流器用于给机动车的电气设备供电。为了在运行中冷却半导体元件，功率电子电路通常具有相应的冷却装置。例如可以使用这样一个冷却装置，以冷却剂、特别是冷却液体流过所述冷却装置。为了能够保护半导体元件免受过热温度的影响并且同时最佳地驱动所述半导体元件，可以计算半导体元件的阻挡层的可能的温度。可能的阻挡层温度与不同的运行参数、特别是与冷却循环的运行参数有关。
至此，在冷却装置的入口处的冷却的温度利用相应的传感器来测量或者根据热模型来计算。出于这个目的，例如可以使用温度传感器，所述温度传感器布置在半导体元件的基底材料上。为了计算阻挡层温度需要半导体元件的热电阻。在此，通常根据在冷却装置入口处的冷却剂的温度确定热电阻。在此有问题的是，热电阻根据冷却剂的体积流量并且根据冷却剂的热容量而改变。体积流量和热容量在它们那方面随着冷却介质的温度变化。与温度有关的粘性在冷却装置的输入端和输出端之间具有的压力差下导致与温度有关的冷却剂流。至此，根据体积流量考虑仅仅一个用于热电阻的修正系数。在此具有的缺点是，为此体积流量应该是已知的并且因此必须被测量。此外，由于冷却剂的热容量的改变使热电阻的变化保持是不被考虑的。
此外公知了这样的系统，其中，试验根据温度传感器的信号确定阻挡层温度，所述温度传感器布置在半导体元件的表面上。然而不经济的是，选择性地将温度传感器安置在所有半导体元件上。因此，特别是在低的旋转场频率下得到不充分的保护。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，可靠地驱动一种开头所述类型的功率电子电路。
根据本实用新型的功率电子电路包括：至少一个半导体模块，其具有至少一个半导体元件；冷却装置，为了冷却至少一个半导体元件能够以冷却剂流过冷却装置，并且所述冷却装置包括用于冷却剂的入口和出口；以及用于检测冷却剂的温度的温度传感器，其中，温度传感器设计用于检测在冷却装置的出口的区域中的冷却剂的温度。
功率电子电路可以包括一个或多个半导体模块，所述半导体模块又可以包括以IGBT、晶体管或二极管的形式的半导体元件。功率电子电路特别是用作用于机动车的电气设备的变流器。为了冷却至少一个半导体元件，功率电子电路包括冷却装置，所述冷却装置具有冷却通道，能够以冷却剂流过所述冷却通道。此时，温度传感器布置在冷却装置的出口的区域中，利用所述温度传感器可以检测冷却剂的温度。换而言之，利用温度传感器检测在冷却装置的出口区域中的冷却剂的温度。温度传感器也可以布置在这样一个区域中，在所述区域中所述温度传感器与冷却装置的出口热耦合。利用温度传感器特别是可以检测从出口流出的冷却剂的温度。
此时确定在冷却装置的出口处的冷却剂的温度。在功率电子电路运行中，热能从半导体元件传递到冷却装置。与损耗功率有关地如此强地加热冷却剂，损耗功率由半导体元件产生。此外，冷却剂的温度与冷却装置中的冷却剂的体积流量有关。当测定在冷却装置的出口处的冷却剂的温度时，已经可以考虑这些参量的影响。因此，可以非常可靠地驱动功率电子电路。
在一个实施方式中，温度传感器布置在冷却装置的内部。换而言之，温度传感器器直接位于冷却剂中。以这种方式能够非常准确地和可靠地测定在冷却装置的对应于出口的区域中的冷却剂的温度。
在一个设计方案中，温度传感器包括热电偶、热变阻器(Heiβleiter)和/或温度系数为正的热敏电阻(Kaltleiter)。热电偶可以简单地和成本低廉地制造。此外，利用热电偶可以在测定冷却剂的温度中达到高的精度。热变阻器或NTC电阻由具有负温度系数的材料制造。温度系数为正的热敏电阻或PTC电阻由具有正温度系数的材料制造。这种传感器可以成本低廉地和节省结构空间制造。此外，利用所述传感器可靠地测定在冷却装置的出口区域中的冷却剂的温度。
在一个可选的实施方式中，温度传感器包括二极管。在此，可以使用二极管，所述二极管由具有低的电流强度的电流流过。根据在此相应的电压降可以确定冷却剂的而温度。
根据本实用新型的供电装置包括根据本实用新型的功率电子电路、用于输送冷却剂的泵装置，该泵装置与功率电子电路的冷却装置流体地连接、以及用于控制泵装置的控制装置。
这种供电装置可以例如使用在机动车中用于以电能给电机供电。功率电子电路的冷却装置、泵装置和相应的连接管路可以构成冷却剂循环。借助于控制装置可以相应地驱控泵装置。此外，控制装置可以与功率电子电路的温度传感器连接。
优选地，控制装置设计用于根据利用温度传感器检测的在冷却装置的出口处的冷却剂的温度确定至少一个半导体元件的阻挡层的温度。控制装置例如可以构造为相应的微控制器，在所述微控制器上存储相应的温度模型。温度模型可以基本以热等效电路图为基础。这个热等效电路图可以归因于功率电子电路、特别是至少一个半导体元件和冷却装置的尺寸。此外，半导体元件、冷却装置和/或冷却剂的材料参数可以被考虑到温度模型中。热模型的参考值可以温度传感器，所述温度传感器布置在冷却装置的出口的区域中。因此，可以确定半导体元件的阻挡层的温度并且可靠地驱动功率电子电路。
在一个设计方案中，控制装置设计用于附加地根据功率电子电路的热阻抗和/或至少一个损耗功率确定阻挡层的温度。为此，特别是可以考虑至少一个半导体元件的热电阻。附加地或可替换地，可以考虑由至少一个半导体元件产生的损耗功率。以这种方式能够可靠地确定至少一个半导体元件的阻挡层的温度。
优选地，控制装置根据阻挡层的确定的温度控制泵装置。因此，例如可以在控装置中存储用于阻挡层温度的极限值，在半导体工作中不允许超过所述极限值。此外，用于阻挡层温度的预定的温度范围存储在控制装置中，在所述温度范围内半导体元件理想地被驱动。根据这个温度范围，泵装置相应地被驱控用于供应冷却剂流。以这种方式能够可靠地驱动功率电子电路。
在另一个设计方案中，控制装置根据阻挡层的确定的温度控制和/或调节冷却剂的利用泵装置供应的体积流量。控制装置与温度传感器连接并且接收相应的温度信号。此外，所述控制装置计算至少一个半导体元件的阻挡层的温度。根据这个参数可以提供相应的控制回路或调节回路，利用所述控制回路或调节回路控制或调节冷却剂中的体积流量。
根据本实用新型的用于驱动功率电子电路的方法，其中，功率电子电路包括具有至少一个半导体元件的至少一个半导体模块和具有用于冷却剂的入口和出口的冷却装置，所述方法包括：检测所述冷却剂的温度、根据检测的温度冷却至少一个半导体元件和检测在冷却装置的出口的区域中的冷却剂的温度。
前面与根据本实用新型的功率电子电路所述的优点和改进方案按意义地适用于根据本实用新型的供电装置和根据本实用新型的方法。
附图说明
现在根据附图详细地说明本实用新型。在此附图示出：
图1是包括功率电子电路的供电装置的简图；
图2是一个图表，在所述图表中简化地示出沿着功率电子电路的冷却装置的温度变化曲线；
图3是一个图表，在所述图表中示出根据冷却剂的体积流量和半导体元件的损耗功率的、冷却剂的温度行程；
图4是一个图表，在所述图表中示出对于不同时间的沿着冷却装置的冷却介质的温度。
下面详细地描述的实施例是本实用新型的优选的实施方式。
具体实施方式
图1示出供电装置10的简图。供电装置10包括功率电子电路12。功率电子电路12又包括多个半导体模块14。在本实施例中，功率电子电路12包括三个半导体模块14，所述半导体模块又可以包括半导体元件、例如IGBT、晶体管、二极管。半导体模块14特别是分别构成半桥，利用所述半桥可以分别驱动电气设备的一个状态。供电装置10可以在机动车中例如用作变流器。
此外，功率电子电路12包括冷却装置16，所述冷却装置此时简化地示出。冷却装置16包括冷却通道，所述冷却通道可以由冷却剂、特别是冷却液体流过。例如冷却液体可以用作冷却剂，所述冷却液体相等部分地包含水和乙二醇。冷却装置16包括用于冷却剂的入口18和出口20。功率电子电路12的冷却装置16通过相应的管路22与泵装置24以液体连接。借助于泵装置24可以控制通过冷却装置16的冷却剂流。
此外，功率电子电路12包括温度传感器26。温度传感器26构造为热电偶或者包括热电偶。取而代之地，温度传感器26构造为热变阻器或温度系数为正的热敏电阻或者包括热变阻器或温度系数为正的热敏电阻。温度传感器26可以构造为二极管或者包括二极管。在这种情况中，具有低的电流强度的电流流过二极管。根据在二极管上的电压降可以测定温度。温度传感器26此时布置在冷却装置16内部。温度传感器26由冷却剂或冷却液体包围。出于这个目的，以电隔离层把温度传感器包上。温度传感器26布置在对应于冷却装置16的出口20的区域中。因此，利用温度传感器26可以测定在出口20的区域中的冷却剂的温度。温度传感器26与控制装置28连接并且可以将检测的温度值传输到控制装置28。控制装置28又与泵装置连接并且可以将相应的控制信号输出到泵装置24上。因此，可以例如控制流过冷却装置16的冷却剂的体积流量。
功率电子电路12也可以包括多个单独的半导体模块14，其中，每个半导体模块具有冷却通道。冷却通道可以彼此连接并且因此构成冷却装置16。同样在这种情况中仅仅设置一个温度传感器26，所述温度传感器布置在冷却装置16的出口20的区域中。
图2示出一个图表，在所述图表上在横坐标上描绘位置p并且在纵坐标上描绘温度T。这个图表示出在冷却装置16内部的冷却剂的温度曲线。在此，这个图表被分成三个区域30，32，34，所述区域对应于相应的半导体模块14。这些半导体模块14被热串联并且依次由冷却剂流过。在忽略半导体元件的损耗进入冷却装置16中时发生的热量分流的情况下，冷却剂的温度沿着流动路径升高。冷却剂在冷却装置16的入口18处具有温度Tin。当冷却剂沿着冷却装置16流动时，冷却剂的温度升高，直到冷却剂在出口20处具有温度Tout。此外，示出用于相应的区域30，32，34的中间温度Tm1，Tm2，Tm3。为了能够可靠地驱动功率电子电路12，应该测定相应的半导体元件的阻挡层的温度Tvj。此时，为了确定阻挡层温度Tvj引入冷却装置16的出口20的温度Tout，利用温度传感器26测定所述出口的温度。
相应的半导体元件的热电阻Rth由温度差ΔT和损耗功率Pv的商来计算。在此，温度差此时由在出口20处的冷却剂的温度Tout和阻挡层的温度Tvj的温度差值算出。阻挡层的温度Tvj是要求的值，并且此时在出口20处的温度Tout用作参考温度。也就是说，相应的半导体元件的阻挡层的温度Tvj根据如下公式来计算：
Tvj＝Pv*Rth+Tout
这描述了稳定的情况，即所有热容量被加载。此外，也可以引入热阻抗Zth，以便确定阻挡层的温度Tvj。也就是说，热电阻Rth是与时间有关的热阻抗Zth的终值。温度电阻Rth和热阻抗Zth是可变的。影响因素是冷却剂的体积流量，所述体积流量与损耗功率Pv有联系地导致在出口20处的冷却剂的温度Tout的相应的升高。
图3示出FEM模拟的结构，其中，那里所示的图表在横坐标上示出体积流量V，并且在纵坐标上示出温度行程(Tout-Tin)、即示出入口18和出口20之间的冷却剂温度的差。这两个参量使用双重对数地描述。各个特性曲线32示出对于半导体元件的增加的损耗功率Pv的与体积流量V有关的温度行程Tout-Tin。在此可以看出，温度行程Tout-Tin随着增加的损耗功率Pv而增加。冷却装置16近似地采用在冷却装置16的出口20处的温度Tout。冷却装置16几乎采用最大冷却剂温度，所述最大冷却剂温度相应于在出口20处的温度Tout。
图4示出另一个图表，在横坐标上示出位置p并且在纵坐标上示出温度T。在此，区域30，32，34对应于相应的半导体模块14。各个特征曲线38示出冷却装置16的与位置p有关的温度T。此时，时间t用作模拟参数。在此可以看出，冷却装置16的温度T随着时间升高。
此时使用在冷却装置16的出口20处的温度Tout，以便测定半导体元件的阻挡层的温度Tvj。根据计算的阻挡层温度Tvj可以利用控制装置28相应地驱控泵装置24。特别是可以控制和/或调节冷却剂的体积流量V。

Claims (10)

1.一种功率电子电路(12)，具有
至少一个半导体模块(14)，所述半导体模块包括至少一个半导体元件，
冷却装置(16)，为了冷却所述至少一个半导体元件能够以冷却剂流过所述冷却装置，并且所述冷却装置包括用于所述冷却剂的入口(18)和出口(20)，以及
用于检测所述冷却剂的温度的温度传感器(26)，
其特征在于，
所述温度传感器(26)设计用于检测在所述冷却装置(16)的所述出口(20)的区域中的所述冷却剂的所述温度。
2.根据权利要求1所述的功率电子电路(12)，其特征在于，所述温度传感器(26)布置在所述冷却装置(16)的内部。
3.根据权利要求1或2所述的功率电子电路(12)，其特征在于，所述温度传感器(26)包括热电偶、热变阻器和/或温度系数为正的热敏电阻。
4.根据权利要求1或2所述的功率电子电路(12)，其特征在于，所述温度传感器(26)包括二极管。
5.一种供电装置(10)，具有
-根据前述权利要求中任一项所述的功率电子电路(12)，
-用于输送冷却剂的泵装置(24)，所述泵装置与所述功率电子电路(12)的冷却装置(16)流体地连接，以及
-用于控制所述泵装置(24)的控制装置(28)。
6.根据权利要求5所述的供电装置(10)，其特征在于，所述控制装置(28)设计用于根据利用温度传感器(26)检测的在所述冷却装置(16)的出口(20)处的所述冷却剂的温度(T)确定至少一个半导体元件的阻挡层的温度(Tvj)。
7.根据权利要求6所述的供电装置(10)，其特征在于，所述控制装置(28)设计用于附加地根据所述功率电子电路(12)的热阻抗(Zth)和/或至少一个损耗功率(Pv)确定所述阻挡层的所述温度(Tvj)。
8.根据权利要求6或7中所述的供电装置(10)，其特征在于，所述控制装置(28)根据所述阻挡层的确定的所述温度(Tvj)控制所述泵装置(24)。
9.根据权利要求6或7中任一项所述的供电装置(10)，其特征在于，所述控制装置(28)根据所述阻挡层的确定的所述温度(Tvj)控制和/或调节所述冷却剂的、利用所述泵装置(24)供应的体积流量(V)。
10.根据权利要求8中所述的供电装置(10)，其特征在于，所述控制装置(28)根据所述阻挡层的确定的所述温度(Tvj)控制和/或调节所述冷却剂的、利用所述泵装置(24)供应的体积流量(V)。
CN201420796991.4U 2013-12-20 2014-12-15 功率电子电路以及供电装置 Active CN204376684U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013226854.8 2013-12-20
DE102013226854.8A DE102013226854B4 (de) 2013-12-20 2013-12-20 Elektrische Versorgungsvorrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Versorgungsvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN204376684U true CN204376684U (zh) 2015-06-03

Family

ID=53275208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201420796991.4U Active CN204376684U (zh) 2013-12-20 2014-12-15 功率电子电路以及供电装置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN204376684U (zh)
DE (1) DE102013226854B4 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104994717A (zh) * 2015-08-08 2015-10-21 衢州昀睿工业设计有限公司 一种功率开关管的散热装置
CN111164314A (zh) * 2017-10-11 2020-05-15 罗伯特·博世有限公司 用于运行驱动电机的设备和方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018209768A1 (de) * 2018-06-18 2019-12-19 Robert Bosch Gmbh Leistungselektronische Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer leistungselektronischen Vorrichtung
DE102019216220A1 (de) * 2019-10-22 2021-04-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Ermitteln eines Volumenstroms eines Kühlmittels
DE102021201039A1 (de) 2021-02-04 2022-08-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Ermitteln eines Volumenstroms eines Kühlmittels
DE102021134028A1 (de) 2021-12-21 2023-06-22 Infineon Technologies Ag Thermische regulierung & schutz für leistungselektronische komponenten

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10058374B4 (de) * 2000-11-24 2011-09-15 Robert Seuffer Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Temperaturregulierung einer Brennkraftmaschine
DE102006018771A1 (de) * 2006-04-20 2007-10-25 Siemens Ag Verfahren zum Überlastschutz elektrischer Bauelemente
DE102007023057B3 (de) * 2007-05-16 2009-01-15 Siemens Ag Vorrichtung zur Regelung eines Kühlmittelvolumenstromes
DE102012101818B4 (de) * 2012-03-05 2018-11-08 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Modul mit einem Kodierelement in einer Aussparung, Beleuchtungseinrichtung mit diesem Modul und Verfahren zu seiner Herstellung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104994717A (zh) * 2015-08-08 2015-10-21 衢州昀睿工业设计有限公司 一种功率开关管的散热装置
CN111164314A (zh) * 2017-10-11 2020-05-15 罗伯特·博世有限公司 用于运行驱动电机的设备和方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013226854B4 (de) 2017-06-14
DE102013226854A1 (de) 2015-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204376684U (zh) 功率电子电路以及供电装置
CN105431745B (zh) 提供关于半导体元器件的老化状态的信息
CN102957182B (zh) 电池充电系统及电池放电系统
KR101748722B1 (ko) 태양 전지 모듈 온도 조절 장치
CN106998170B (zh) 基于反馈电流的直流电机过热保护方法及其实现步骤
JP2007290361A5 (zh)
CN103022975B (zh) 电动机的线圈过热防止装置以及电动机的控制装置
CN102449458B (zh) 具有温控冷却风机的测试台
CN103701105A (zh) 一种电力电子设备的热过载保护方法、装置及系统
US20120011706A1 (en) Battery assembling apparatus and battery assembling method
JP2017200418A (ja) リレーの誤作動検出装置
CN105784154A (zh) 用于开关装置的温度感测系统
WO2009045447A3 (en) Gas measuring device and method of operating the same
CA2986548A1 (en) Current sharing architecture for combination charger
JP6299368B2 (ja) 半導体素子温度推定装置
CN110431392B (zh) 用于确定循环泵中的输送介质温度的方法以及循环泵
CN110476247A (zh) 半导体冷却装置、电力控制系统及移动体
CN103140681A (zh) 电动压缩机
CN109209962A (zh) 风扇检测芯片、风扇检测方法及风扇检测系统
CN104514732B (zh) 用于控制泵装置的功率的方法及泵装置
US9802797B2 (en) System and method for thermal protection of an electric winch
JP2013211950A (ja) 電力変換装置
US20120325013A1 (en) Flow measurement system and methods
CN202149849U (zh) 用于确定内燃机燃料消耗的装置
CN106494250A (zh) 电动车充电温度安全保障控制方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220825

Address after: German ANGARAN

Patentee after: Siemens AG

Address before: Munich, Germany

Patentee before: SIEMENS AG