DE102014217299A1

DE102014217299A1 - TEMPERATURE DETECTION DEVICE FOR DETECTING A VARIETY OF TEMPERATURES IN A POWER SEMICONDUCTOR DEVICE

Info

Publication number: DE102014217299A1
Application number: DE102014217299.3A
Authority: DE
Inventors: Michele Hirsch; Manuel Warwel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Temperaturerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Vielzahl von Temperaturen in einer Leistungshalbleitervorrichtung mit zumindest drei Leistungshalbleiterhalbbrücken, wobei jede Leistungshalbleiterhalbbrücke zumindest zwei Leistungsschalter und jeweils eine zu dem entsprechenden Leistungsschalter antiparallel geschaltete Diode und mindestens einen Temperatursensor aufweist, wobei die Leistungshalbleiterhalbbrücken von einem Kühlmedium zumindest unterspült werden, mit jeweils einem Brückenzustandsmodell für jede der Leistungshalbleiterhalbbrücken, wobei die Brückenzustandsmodelle jeweils einen Zustand für jede Stelle in der entsprechenden Leistungshalbleiterhalbbrücke aufweisen, deren Temperatur erfasst werden soll, wobei das Brückenzustandsmodell zumindest einen Zustand für den Temperatursensor aufweist, mit einem Kühlmediumzustandsmodell, welches die Brückenzustandsmodelle aufweist und für jedes Brückenzustandsmodell einen Kühlmediumzustand aufweist, welcher die Temperatur des Kühlmediums unter der jeweiligen Leistungshalbleiterhalbbrücke kennzeichnet, und mit einer Recheneinrichtung, welche ausgebildet ist, basierend auf von den jeweiligen Temperatursensoren erfassten Sensortemperaturen und dem Kühlmediumzustandsmodell die zu erfassenden Temperaturen in der Leistungshalbleitervorrichtung zu berechnen und auszugeben.The present invention discloses a temperature detection device for detecting a plurality of temperatures in a power semiconductor device having at least three power semiconductor half bridges, each power semiconductor half bridge having at least two power switches and one connected to the corresponding power switch antiparallel diode and at least one temperature sensor, wherein the power semiconductor half bridges of a cooling medium at least each having a state for each location in the corresponding power semiconductor half-bridge whose temperature is to be detected, the bridge state model having at least one state for the temperature sensor, with a cooling medium state model representing the bridge state models and for each bridge state model a K having hlmediumzustand which the temperature of the cooling medium features of the respective power semiconductor half-bridge, and with a computing device which is configured to calculate based on detected by the respective temperature sensors sensing temperatures and the cooling medium state model to be detected temperatures of the power semiconductor device and output.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Vielzahl von Temperaturen in einer Leistungshalbleitervorrichtung mit zumindest drei Leistungshalbleiterhalbbrücken, wobei jede Leistungshalbleiterhalbbrücke zumindest zwei Leistungsschalter und jeweils eine zu dem entsprechenden Leistungsschalter antiparallel geschaltete Diode und mindestens einem Temperatursensor aufweist.The present invention relates to a temperature detecting device for detecting a plurality of temperatures in a power semiconductor device having at least three power semiconductor half bridges, each power semiconductor half bridge having at least two power switches and one diode connected in anti-parallel with the corresponding power switch and at least one temperature sensor.

Stand der TechnikState of the art

Spannungswandler, z.B. in Form von Invertern, werden heute in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise können Inverter in elektrischen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, um eine Gleichspannung einer Hochvoltbatterie in eine Wechselspannung für einen Elektromotor zu wandeln. Solche Inverter oder auch Wechselrichter können z.B. aus einer Leistungshalbleiterbrücke für jede der durch den Inverter anzusteuernden Phasen aufgebaut sein.Voltage transformers, e.g. in the form of inverters, are used today in a variety of applications. For example, inverters in electric vehicles or hybrid vehicles can be used to convert a DC voltage of a high-voltage battery into an AC voltage for an electric motor. Such inverters or inverters may e.g. be constructed of a power semiconductor bridge for each of the phases to be controlled by the inverter.

Die Lebensdauer der Spannungswandler hängt wesentlich von den eingesetzten Leistungshalbleitern ab. Dabei haben Leistungsverluste und damit einhergehende thermische Belastungen einen entscheidenden Einfluss auf den Verschleiß der Leistungshalbleiter, welche z.B. IGBTs oder Dioden sein können. Der Temperaturunterschied zwischen den Halbleitersubstraten und mit den Leistungshalbleitern gekoppelten Kühlelementen kann z.B. auch zu thermo-mechanischen Belastungen führen.The lifetime of the voltage transformers depends essentially on the power semiconductors used. At the same time, power losses and associated thermal stresses have a decisive influence on the wear of the power semiconductors, which are e.g. IGBTs or diodes can be. The temperature difference between the semiconductor substrates and cooling elements coupled to the power semiconductors may be e.g. also lead to thermo-mechanical loads.

Es ist bekannt, die Temperaturen einzelner Halbbrücken in Invertern z.B. modellbasiert zu überwachen. Dabei wird unter anderem auch die Temperatur einer Kühlflüssigkeit in die Berechnungen einbezogen. Temperatursensoren können sowohl in den einzelnen Halbbrücken als auch in dem Kühlwasser eingesetzt werden.It is known to measure the temperatures of individual half-bridges in inverters, e.g. model-based monitoring. Among other things, the temperature of a coolant is included in the calculations. Temperature sensors can be used both in the individual half-bridges and in the cooling water.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Temperaturerfassungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The present invention discloses a temperature detecting device having the features of claim 1.

Demgemäß ist vorgesehen:Accordingly, it is provided:

Eine Temperaturerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Vielzahl von Temperaturen in einer Leistungshalbleitervorrichtung mit zumindest drei Leistungshalbleiterhalbbrücken, wobei jede Leistungshalbleiterhalbbrücke zumindest zwei Leistungsschalter und jeweils eine zu dem entsprechenden Leistungsschalter antiparallel geschaltete Diode und mindestens einen Temperatursensor aufweist, wobei die Leistungshalbleiterhalbbrücken von einem Kühlmedium zumindest unterspült werden, mit jeweils einem Brückenzustandsmodell für jede der Leistungshalbleiterhalbbrücken, wobei die Brückenzustandsmodelle jeweils einen Zustand für jede Stelle in der entsprechenden Leistungshalbleiterhalbbrücke aufweisen, deren Temperatur erfasst werden soll, wobei das Brückenzustandsmodell zumindest einen Zustand für den Temperatursensor aufweist, mit einem Kühlmediumzustandsmodell, welches die Brückenzustandsmodelle aufweist und für jedes Brückenzustandsmodell einen Kühlmediumzustand aufweist, welcher die Temperatur des Kühlmediums unter der jeweiligen Leistungshalbleiterhalbbrücke kennzeichnet, und mit einer Recheneinrichtung, welche ausgebildet ist, basierend auf von den jeweiligen Temperatursensoren erfassten Sensortemperaturen und dem Kühlmediumzustandsmodell die zu erfassenden Temperaturen in der Leistungshalbleitervorrichtung zu berechnen und auszugeben.A temperature detection device for detecting a plurality of temperatures in a power semiconductor device having at least three power semiconductor half bridges, each power semiconductor half bridge at least two power switches and one each to the corresponding power switch antiparallel connected diode and at least one temperature sensor, wherein the power semiconductor half bridges are at least undermined by a cooling medium, respectively a bridge state model for each of the power semiconductor half-bridges, the bridge state models each having a state for each location in the corresponding power semiconductor half-bridge whose temperature is to be detected, the bridge state model having at least one state for the temperature sensor, with a cooling medium state model having the bridge state models and for each Brückenzustandsmodell has a cooling medium state, which d The temperature of the cooling medium below the respective power semiconductor half-bridge is characterized, and with a computing device, which is designed to calculate and output the temperatures to be detected in the power semiconductor device based on sensor temperatures detected by the respective temperature sensors and the cooling medium state model.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass die heute übliche modellbasierte Temperaturüberwachung einzelner Halbbrücken, welche nur einen konstanten Volumenstrom des Kühlmittels vorsieht, wenig flexibel ist.The underlying realization of the present invention is that the model-based temperature monitoring of individual half-bridges, which is customary today, and which only provides for a constant volume flow of the coolant, is not very flexible.

In modernen Elektro- oder Hybridfahrzeugen kann die Pumpe für das Kühlmittel bedarfsgerecht angesteuert werden. Beispielsweise kann der Kühlmittelstrom reduziert werden, wenn eine geringere als die maximale Wärmeabfuhr notwendig ist. Durch die entsprechende Ansteuerung der Pumpe mit einer reduzierten Leistung kann elektrische Energie eingespart werden und somit die Reichweite eines Elektrofahrzeugs erhöht werden. Allerdings wird durch den verringerten Kühlmittelfluss die Kühlmitteltemperatur bei herkömmlichen Verfahren zu hoch eingeschätzt.In modern electric or hybrid vehicles, the pump for the coolant can be controlled as needed. For example, the coolant flow can be reduced if less than the maximum heat dissipation is necessary. The appropriate control of the pump with a reduced power can save electrical energy and thus increase the range of an electric vehicle. However, due to the reduced coolant flow, the coolant temperature is overestimated in conventional methods.

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Möglichkeit vorzusehen, eine modellbasierte Temperaturüberwachung durchzuführen, bei welcher eine Vielzahl von Temperaturen in allen Leistungshalbleiterhalbbrücken einer Leistungshalbleitervorrichtung korrekt überwacht werden können. The idea underlying the present invention is now to take this knowledge into account and to provide a possibility of carrying out a model-based temperature monitoring, in which a multiplicity of temperatures in all power semiconductor half-bridges of a power semiconductor device can be monitored correctly.

Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung Brückenzustandsmodelle vor, welche die realen Gegebenheiten der Leistungshalbleiterhalbbrücken abbilden. Dabei können für all jene Punkt in den Leistungshalbleiterhalbbrücken, für welche die Temperaturen erfasst werden sollen, Zustände in den Brückenzustandsmodellen vorgesehen werden. Insbesondere wird es dadurch möglich alle Leistungshalbleiterhalbbrücken eines Wechselrichters mit einem einzelnen Modell zu überwachen und Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Leistungshalbleiterhalbbrücken und dem Kühlmedium zu berücksichtigen.In particular, the present invention provides bridge state models that map the realities of the power semiconductor half-bridges. In this case, states in the bridge state models can be provided for all that point in the power semiconductor half-bridges for which the temperatures are to be detected. In particular, this makes it possible to monitor all power semiconductor half bridges of an inverter with a single model and to take into account interactions between the individual power semiconductor half bridges and the cooling medium.

Um die Wechselwirkung zwischen dem Kühlmedium und den Leistungshalbleiterhalbbrücken abzubilden können insbesondere auch Zustände für Berührungspunkte der einzelnen Leistungshalbleiterhalbbrücken mit dem Kühlmedium bzw. für die Temperatur des Kühlmediums unter den einzelnen Leistungshalbleiterhalbbrücken in dem Kühlmediumzustandsmodell vorgesehen werden. Mit Hilfe dieser Zustände können bei der vorliegenden Erfindung z.B. die Wechselwirkungen zwischen dem Kühlmedium und den Leistungshalbleiterhalbbrücken bzw. der Fluss des Kühlmediums abgebildet und erfasst werden. In order to image the interaction between the cooling medium and the power semiconductor half bridges, states for contact points of the individual power semiconductor half bridges with the cooling medium or for the temperature of the cooling medium under the individual power semiconductor half bridges in the cooling medium state model can be provided in particular. By means of these states, in the present invention, e.g. the interactions between the cooling medium and the power semiconductor half-bridges or the flow of the cooling medium are mapped and recorded.

Dadurch wird es möglich, auch bei einem variablen Volumenstrom des Kühlmediums eine exakte Abschätzung und Überwachung der relevanten Temperaturen in der gesamten Leistungshalbleitervorrichtung durchzuführen.This makes it possible to carry out an exact estimation and monitoring of the relevant temperatures in the entire power semiconductor device even with a variable volume flow of the cooling medium.

Ergibt die Modellberechnung, dass eine der Temperaturen über einem vorgegebenen Schwellwert liegt, kann z.B. ein Alarmsignal ausgegeben werden und der Betrieb der Leistungshalbleitervorrichtung entsprechend angepasst werden.If the model calculation indicates that one of the temperatures is above a predetermined threshold value, e.g. an alarm signal is output and the operation of the power semiconductor device is adjusted accordingly.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.

In einer Ausführungsform weisen die Brückenzustandsmodelle für die Temperatur mindestens eines der Leistungsschalter der jeweiligen Leistungshalbleiterhalbbrücke und die Temperatur mindestens einer der Dioden der jeweiligen Leistungshalbleiterhalbbrücke einen Zustand auf. Zusätzlich oder alternativ weisen die Brückenzustandsmodelle für die Temperatur eines Substrats, insbesondere eines Kupfersubstrats, unter mindestens einem der entsprechenden Leistungsschalter und unter mindestens einer der entsprechenden Dioden einen Zustand auf. Zusätzlich oder alternativ weisen die Brückenzustandsmodelle für die Temperatur eines zentralen Punkts einer Wärmeabfuhreinrichtung der jeweiligen Leistungshalbleiterhalbbrücke jeweils einen Zustand auf. Dies ermöglicht eine sehr exakte Abbildung der Leistungshalbleiterhalbbrücke in dem Modell und damit eine exakte Temperaturberechnung.In one embodiment, the bridge state models for the temperature of at least one of the power switches of the respective power semiconductor half-bridge and the temperature of at least one of the diodes of the respective power semiconductor half-bridge have a state. Additionally or alternatively, the bridge state models for the temperature of a substrate, in particular a copper substrate, under at least one of the corresponding power switch and under at least one of the corresponding diodes on a state. Additionally or alternatively, the bridge state models for the temperature of a central point of a heat dissipation device of the respective power semiconductor half-bridge each have a state. This allows a very accurate mapping of the power semiconductor half-bridge in the model and thus an accurate temperature calculation.

In einer Ausführungsform ist mindestens einer der Zustände in den Brückenzustandsmodellen durch die Wärmeleitfähigkeit zwischen der, dem jeweiligen Zustand zugeordneten Stelle der jeweiligen Leistungshalbleiterbrücke und den zu der jeweiligen Stelle benachbarten Punkten Stellen der Leistungshalbleiterbrücke und eine thermische Kapazität der jeweiligen Stelle der entsprechenden Leistungshalbleiterbrücke gekennzeichnet. Dies ermöglicht eine detaillierte Abbildung der Wärmeübertragung zwischen einzelnen Punkten der Leistungshalbleiterhalbbrücke.In one embodiment, at least one of the states in the bridge state models is characterized by the thermal conductivity between the location of the respective power semiconductor bridge associated with the respective state and the points of the power semiconductor bridge adjacent to the respective location and a thermal capacitance of the respective location of the corresponding power semiconductor bridge. This allows a detailed mapping of the heat transfer between individual points of the power semiconductor half-bridge.

In einer Ausführungsform weist das Kühlmediumzustandsmodell für jedes der Brückenzustandsmodelle einen Zustand auf, welcher die Temperatur des Kühlmediums unter der entsprechenden Leistungshalbleiterhalbbrücke kennzeichnet.In one embodiment, the cooling medium state model for each of the bridge state models has a state that indicates the temperature of the cooling medium below the corresponding power semiconductor half bridge.

In einer Ausführungsform sind die Zustände, welche jeweils die Temperatur des Kühlmediums kennzeichnen, durch die Energiebilanz des jeweiligen Zustands gekennzeichnet. Dies ermöglicht es, die Wärmeflüsse in der gesamten Leistungshalbleitervorrichtung zu betrachten.In one embodiment, the states which respectively characterize the temperature of the cooling medium are characterized by the energy balance of the respective state. This makes it possible to consider the heat fluxes throughout the power semiconductor device.

In einer Ausführungsform sind die Zustände, welche jeweils die Temperatur des Kühlmediums kennzeichnen, durch den Fluss des Kühlmediums miteinander gekoppelt. Dies ermöglicht es, eine Änderung des Flusses des Kühlmediums in die Berechnungen mit einzubeziehen.In one embodiment, the states which respectively characterize the temperature of the cooling medium are coupled together by the flow of the cooling medium. This makes it possible to include a change in the flow of the cooling medium in the calculations.

In einer Ausführungsform weist das Kühlmediumzustandsmodell einen Zustand auf, welcher die Temperatur des einströmenden Kühlmediums kennzeichnet. In einer Ausführungsform ist der Zustand für das einströmende Kühlmedium in dem Kühlmediumzustandsmodell durch eine Störgrößenbeschreibung ohne Eigendynamik gekennzeichnet. Dies ermöglicht es auf einfache Art, das Kühlmedium in den weiteren Berechnungen zu berücksichtigen. In one embodiment, the cooling medium state model has a state that characterizes the temperature of the inflowing cooling medium. In one embodiment, the state for the inflowing cooling medium in the cooling medium state model is characterized by a disturbance description without inherent dynamics. This makes it possible in a simple way to consider the cooling medium in the further calculations.

In einer Ausführungsform ist mindestens einer der Zustände in den Brückenzustandsmodellen ferner durch einen Wärmeübergang zwischen dem jeweiligen Zustand und dem Kühlmedium und einen Fluss des Kühlmediums gekennzeichnet. Wird der Fluss des Kühlmediums genutzt, um einzelne Zustände in den Brückenzustandsmodellen zu kennzeichnen, kann der Einfluss eines variierenden Stroms des Kühlmediums sehr einfach in den Temperaturberechnungen berücksichtigt werden.In one embodiment, at least one of the states in the bridge state models is further characterized by a heat transfer between the respective state and the cooling medium and a flow of the cooling medium. If the flow of the cooling medium is used to characterize individual states in the bridge state models, the influence of a varying flow of the cooling medium can be very easily taken into account in the temperature calculations.

In einer Ausführungsform ist in dem Kühlmediumzustandsmodell ein Übergangsparameter vorgesehen, welcher ausgebildet ist, den Wert für den Wärmeübergang zwischen den Zuständen, welche die Temperatur des Kühlmediums kennzeichnen, und dem Kühlmedium basierend auf einem aktuellen Fluss des Kühlmediums anzupassen.In one embodiment, a transition parameter is provided in the cooling medium state model that is configured to adjust the value for the heat transfer between the states that characterize the temperature of the cooling medium and the cooling medium based on a current flow of the cooling medium.

In einer Ausführungsform ist in dem Kühlmediumzustandsmodell ein Leitwertparameter vorgesehen, welcher ausgebildet ist, den Wert für die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Zuständen, welche jeweils die Temperatur des Kühlmediums kennzeichnen, basierend auf einem aktuellen Fluss des Kühlmediums anzupassen.In one embodiment, a conductance parameter is provided in the cooling medium state model that is configured to adjust the value of the thermal conductivity between the states respectively indicating the temperature of the cooling medium based on a current flow of the cooling medium.

Werden Parameter vorgesehen, bei welchem z.B. der Wert 1 für einen Normalfluss, Werte kleiner 1 für eine verringerten Fluss und Werte größer 1 für einen erhöhten Fluss stehen, wird eine sehr einfache Adaption des Kühlmediumzustandsmodells an einen variablen Kühlmittelfluss möglich.If parameters are provided in which e.g. If the value 1 is for a normal flow, values smaller than 1 for a reduced flow and values greater than 1 for an increased flow, a very simple adaptation of the cooling medium state model to a variable coolant flow becomes possible.

In einer Ausführungsform ist die Recheneinrichtung ausgebildet, die Brückenzustandsmodelle als Differentialgleichungssystem der Form

abzubilden. Dabei bildet A eine Dynamikmatrix, B eine Eingangsmatrix, C eine Ausgangsmatrix, x einen Zustandsvektor, u einen Eingangsvektor und y einen Ausgangsvektor.In one embodiment, the computing device is configured to construct the bridge state models as the differential equation system of the shape

map. A forms a dynamic matrix, B an input matrix, C an output matrix, x a state vector, u an input vector and y an output vector.

In einer Ausführungsform ist die Recheneinrichtung ausgebildet, das Kühlmediumzustandsmodell ebenfalls als Differentialgleichungssystem der Form

abzubilden. Dabei bildet A_ges eine Dynamikmatrix, B_ges eine Eingangsmatrix, C_ges eine Ausgangsmatrix, x_ges einen Zustandsvektor, u_ges einen Eingangsvektor und y_ges einen Ausgangsvektor.In one embodiment, the computing device is designed, the cooling medium state model also as a differential equation system of the form

map. A _{ges forms} a dynamic matrix, B _ges an input matrix, C _ges an output matrix, x _ges a state vector, u _ges an input vector and y _ges an output vector.

In einer Ausführungsform sind in dem Kühlmediumzustandsmodell für den Übergangsparameter und den Leitwertparameter weitere Dynamikmatrizen vorgesehen, welche die Abhängigkeit von dem Übergangsparameter und dem Leitwertparameter abbilden. Dabei ist die Recheneinrichtung ausgebildet, das Kühlmediumzustandsmodell als Differentialgleichungssystem der Form

abzubilden. Dabei enthält A₁ alle Terme, die eine Abhängigkeit von dem Übergangsparameter p₁ aufweisen und A₂ alle Terme, die eine Abhängigkeit von dem Leitwertparameter p₂ aufweisen.In an embodiment, further dynamic matrices are provided in the cooling medium state model for the transition parameter and the master value parameter, which represent the dependence on the transition parameter and the master value parameter. In this case, the computing device is designed, the cooling medium state model as the differential equation system of the form

map. A ₁ contains all terms which have a dependence on the transition parameter p ₁ and A ₂ all terms which have a dependence on the conductance parameter p ₂ .

Die Abbildung des Kühlmediumzustandsmodells in einem Differentialgleichungssystem ermöglicht eine sehr einfache und automatisierte Berechnung der zu überwachenden Temperaturen. The mapping of the cooling medium state model in a differential equation system allows a very simple and automated calculation of the temperatures to be monitored.

In einer Ausführungsform ist die Recheneinrichtung ausgebildet, Eingangsgrößen für das Kühlmediumzustandsmodell basierend auf Leistungsverlusten der Leistungsschalter und Dioden zu berechnen. In einer Ausführungsform ist die Recheneinrichtung ausgebildet, den Ausgang des Kühlmediumzustandsmodells basierend auf von den Temperatursensoren gemessenen Temperaturen zu berechnen.In one embodiment, the computing device is configured to calculate inputs to the cooling medium state model based on power losses of the power switches and diodes. In one embodiment, the computing device is configured to calculate the output of the cooling medium state model based on temperatures measured by the temperature sensors.

In einer Ausführungsform weist die Temperaturerfassungseinrichtung ein Beobachtermodell auf, welches ausgebildet ist, basierend auf dem Ausgang des Kühlmediumzustandsmodells und basierend auf Messwerten der Leistungshalbleitervorrichtung eine Abweichung zwischen dem Ausgang des Kühlmediumzustandsmodells und den Messwerten zu berechnen. Dabei kann die Recheneinrichtung ausgebildet sein, basierend auf der berechneten Abweichung eine Korrektur des Kühlmediumzustandsmodells durchzuführen. Zusätzlich oder alternativ kann die Recheneinrichtung ausgebildet sein, basierend auf dem korrigierten Kühlmediumzustandsmodell die zu überwachenden Temperaturen zu berechnen und auszugeben. Mit Hilfe des Beobachtermodells können auf sehr einfache Art die Abweichungen zwischen den realen Messwerten des Temperatursensors und den aus dem Kühlmediumzustandsmodell berechneten Temperaturen ausgeglichen werden.In one embodiment, the temperature detection device has an observer model, which is designed to calculate a deviation between the output of the cooling medium state model and the measured values based on the output of the cooling medium state model and based on measured values of the power semiconductor device. In this case, the computing device can be designed to perform a correction of the cooling medium state model based on the calculated deviation. Additionally or alternatively, the computing device may be configured to calculate and output the temperatures to be monitored based on the corrected cooling medium state model. With the aid of the observer model, the deviations between the real measured values of the temperature sensor and the temperatures calculated from the cooling medium state model can be compensated in a very simple way.

In einer Ausführungsform ist die Recheneinrichtung ausgebildet, die berechneten oder überwachten Temperaturen auszugeben.In one embodiment, the computing device is configured to output the calculated or monitored temperatures.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. It shows:

1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Temperaturerfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 a block diagram of an embodiment of a temperature detecting device according to the present invention;

2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Leistungshalbleiterhalbbrücke in einer Aufsicht; 2 a block diagram of an embodiment of a power semiconductor half-bridge in a plan view;

3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Leistungshalbleiterhalbbrücke in einer Seitenansicht; 3 a block diagram of an embodiment of a power semiconductor half-bridge in a side view;

4 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Brückenzustandsmodells gemäß der vorliegenden Erfindung; 4 a representation of an embodiment of a bridge state model according to the present invention;

5 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlmediumzustands, welcher die Temperatur des Kühlmediums unter der jeweiligen Leistungshalbleiterhalbbrücke kennzeichnet; 5 a representation of an embodiment of a cooling medium state, which indicates the temperature of the cooling medium under the respective power semiconductor half-bridge;

6 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlmediumzustandsmodells KZM gemäß der vorliegenden Erfindung; und 6 a representation of an embodiment of a cooling medium state model KZM according to the present invention; and

7 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Temperaturerfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 7 a block diagram of an embodiment of a temperature detecting device according to the present invention.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - have been given the same reference numerals.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Temperaturerfassungseinrichtung TE gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 shows a block diagram of an embodiment of a temperature detecting device TE according to the present invention.

Über der Temperaturerfassungseinrichtung TE ist eine Leistungshalbleitervorrichtung LHV dargestellt. Die Temperaturerfassungseinrichtung TE dient dazu, eine Vielzahl von Temperaturen T1–T22 in der Leistungshalbleitervorrichtung LHV zu überwachen. Above the temperature detection device TE, a power semiconductor device LHV is shown. The temperature detector TE serves to monitor a plurality of temperatures T1-T22 in the power semiconductor device LHV.

Die Leistungshalbleitervorrichtung LHV weist drei Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3 auf. Jede Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1–HB3 weist zumindest zwei Leistungsschalter S1, S2 und jeweils eine zu dem jeweiligen Schalter S1, S2 antiparallel geschaltete Diode D1, D2 auf. Ferner ist in den Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3 jeweils ein Temperatursensor ST angeordnet. In der 1 ist der Temperatursensor ST jeweils am unteren Rand der Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3 in deren Mitte angeordnet. Die Temperatursensoren ST stellen der Recheneinrichtung RE der Temperaturerfassungseinrichtung TE jeweils eine in der jeweiligen Leistungshalbleiterhalbbrücke HB gemessene Temperatur TS zur Verfügung.The power semiconductor device LHV has three power semiconductor half-bridges HB1-HB3. Each power semiconductor half-bridge HB1-HB3 has at least two power switches S1, S2 and in each case a diode D1, D2 connected in antiparallel to the respective switch S1, S2. Furthermore, in each case a temperature sensor ST is arranged in the power semiconductor half bridges HB1-HB3. In the 1 the temperature sensor ST is in each case arranged at the lower edge of the power semiconductor half-bridges HB1-HB3 in the middle thereof. The temperature sensors ST provide the computing device RE of the temperature detection device TE with a respective temperature TS measured in the respective power semiconductor half bridge HB.

Die Temperaturerfassungseinrichtung TE weist für jede der Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3 jeweils ein Brückenzustandsmodell BZM1–BZM3 auf. Dabei hat jedes der Brückenzustandsmodelle BZM1–BZM3 zumindest einen Zustand Z3, Z6 bzw. Z9 für den Temperatursensor ST, der in 1 nicht separat eingezeichnet ist (Details siehe 4), und jeweils einen Zustand Z1, Z2, Z4–Z6, Z7, Z8, Z10–Z12, Z13, Z14, Z15–Z18 für jede der in den Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3 zu überwachenden Temperaturen T1–T22.The temperature detection device TE has in each case a bridge state model BZM1-BZM3 for each of the power semiconductor half bridges HB1-HB3. In this case, each of the bridge state models BZM1-BZM3 has at least one state Z3, Z6 or Z9 for the temperature sensor ST, which in 1 not shown separately (for details see 4 ), and in each case a state Z1, Z2, Z4-Z6, Z7, Z8, Z10-Z12, Z13, Z14, Z15-Z18 for each of the temperatures T1-T22 to be monitored in the power semiconductor half-bridges HB1-HB3.

Die Brückenzustandsmodelle BZM1–BZM3 sind Bestandteile eines Kühlmediumzustandsmodells KZM, welches zusätzlich zu den Brückenzustandsmodellen BZM1–BZM3 für jedes Brückenzustandsmodell BZM1–BZM3 einen Kühlmediumzustand Z19–Z21 aufweist, welcher die Temperatur des Kühlmediums KM unter der jeweiligen Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1–HB3 kennzeichnet.The bridge state models BZM1-BZM3 are components of a cooling medium state model KZM which, in addition to the bridge state models BZM1-BZM3, has a cooling medium state Z19-Z21 for each bridge state model BZM1-BZM3, which indicates the temperature of the cooling medium KM under the respective power semiconductor half bridge HB1-HB3.

Jeder der Zustände Z1–Z18 kennzeichnet dabei jeweils eine der Temperaturen T1–T18, welche jeweils einem vorgegebenen Punkt in den Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3 zugeordnet sind. Beispielsweise kann einer der Punkte z.B. in einem der Leistungsschalter S1, S2 oder einer der Dioden D1, D2 liegen.Each of the states Z1-Z18 in this case respectively identifies one of the temperatures T1-T18, which are each assigned to a predetermined point in the power semiconductor half-bridges HB1-HB3. For example, one of the points may be e.g. in one of the power switches S1, S2 or one of the diodes D1, D2.

Die Temperaturerfassungseinrichtung TE weist schließlich eine Recheneinrichtung RE auf. Diese ist dazu ausgebildet, basierend auf den von den Temperatursensoren ST erfassten Sensortemperaturen TS und dem Kühlmediumzustandsmodells KZM die mindestens eine Temperatur T1–T2 in der Leistungshalbleitervorrichtung LHV zu berechnen und auszugeben.The temperature detection device TE finally has a computing device RE. This is designed to calculate and output the at least one temperature T1-T2 in the power semiconductor device LHV based on the sensor temperatures TS detected by the temperature sensors ST and the cooling medium state model KZM.

Alternativ kann die Recheneinrichtung RE auch einen Alarm ausgeben, wenn eine der Temperaturen T1–T22 über einem für die jeweilige Temperatur T1–T22 vorgegebenen Schwellwert liegt.Alternatively, the computing device RE can also output an alarm if one of the temperatures T1-T22 is above a threshold value predetermined for the respective temperature T1-T22.

Das Kühlmediumzustandsmodells KZM der 1 ist ferner dazu ausgebildet, die Wechselwirkung zwischen einem Fluss eines Kühlmediums KM gegenüber der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB bei der Abbildung der Temperaturen T1–T22 auf die Zustände Z1–Z22 zu berücksichtigen. Details hierzu werden in 6 erläutert.The cooling medium state model KZM of 1 is also designed to take into account the interaction between a flow of a cooling medium KM with respect to the power semiconductor half-bridge HB when mapping the temperatures T1-T22 to the states Z1-Z22. Details will be in 6 explained.

Die Temperaturerfassungseinrichtung TE kann als ein Hardwaremodul ausgebildet sein. Die Temperaturerfassungseinrichtung TE kann aber z.B. auch als ein Programmmodul ausgebildet sein, welches in einem Mikroprozessor z.B. eines automobilen Steuergeräts ausgeführt wird.The temperature detection device TE can be designed as a hardware module. However, the temperature detector TE may be e.g. also be designed as a program module, which in a microprocessor, e.g. an automotive controller is executed.

2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 in einer Aufsicht. Die weiteren Leistungshalbleiterhalbbrücken HB2–HB3 können analog zu der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 aufgebaut sein. Abweichende Aufbauten sind ebenfalls möglich. 2 shows a block diagram of an embodiment of the power semiconductor half-bridge HB1 in a plan view. The further power semiconductor half-bridges HB2-HB3 can be constructed analogously to the power semiconductor half-bridge HB1. Different structures are also possible.

In der Aufsicht ist zu erkennen, dass die Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 in einen oberen und einen unteren Bereich aufgeteilt ist. In dem oberen Bereich sind der erste Leistungsschalter S1 und die erste Diode D1 angeordnet. In dem unteren Bereich sind der zweite Leistungsschalter S2 und die zweite Diode D2 angeordnet.In the plan view, it can be seen that the power semiconductor half-bridge HB1 is divided into an upper and a lower region. In the upper area, the first power switch S1 and the first diode D1 are arranged. In the lower area, the second power switch S2 and the second diode D2 are arranged.

In 2 ist auch zu erkennen, dass der Temperatursensor ST am unteren Rand der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 in deren Mitte, also in dem zweiten Bereich, angeordnet ist.In 2 can also be seen that the temperature sensor ST at the bottom of the power semiconductor half-bridge HB1 in the center, ie in the second region, is arranged.

In der Aufsicht der 2 ist zu sehen, dass in dem Schalter S2 und der Diode S2 jeweils ein Punkt gekennzeichnet ist, an welchem die Temperatur des jeweiligen Bauteils erfasst werden soll. Diesen Punkten sind die Zustände Z1–Z2 zugeordnet. Ferner ist ein Zustand Z3 dem Temperatursensor ST zugeordnet.In the supervision of the 2 It can be seen that in each case a point is marked in the switch S2 and the diode S2, at which the temperature of the respective component is to be detected. These states are assigned the states Z1-Z2. Furthermore, a state Z3 is assigned to the temperature sensor ST.

Üblicherweise wird eine Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 symmetrisch belastet. D.h. durch den ersten Leistungsschalter S1 und die erste Diode D1 fließt der gleiche Strom, wie durch den zweiten Leistungsschalter S2 und die zweite Diode D2. In diesem Fall ist es ausreichend, lediglich für einen der Leistungsschalter S1, S2 und eine der Dioden D1, D2 einen Zustand Z1, 2 in dem entsprechenden Brückenzustandsmodell BZM1–BZM3 vorzusehen. Die für lediglich einen der Schalter S1, S2 und eine Diode D1, D2 berechneten Temperaturen sind auch für die jeweils anderen Schalter S1, S2 und Dioden D1, D2 gültig. Usually, a power semiconductor half-bridge HB1 is loaded symmetrically. That is, through the first power switch S1 and the first diode D1, the same current flows as through the second power switch S2 and the second diode D2. In this case, it is sufficient to provide only one of the power switches S1, S2 and one of the diodes D1, D2 a state Z1, 2 in the corresponding bridge state model BZM1-BZM3. The temperatures calculated for only one of the switches S1, S2 and a diode D1, D2 are also valid for the respective other switches S1, S2 and diodes D1, D2.

Wird die Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 asymmetrisch belastet, werden also in dem Leistungsschalter S1 und der Diode D1 andere elektrische Leistungen umgesetzt, als in dem Leistungsschalter S2 und der Diode D2, kann das jeweilige Brückenzustandsmodell BZM1–BZM3 entsprechend erweitert werden. Beispielsweise könnte das Brückenzustandsmodell BZM1–BZM3 für jeden der Leistungsschalter S1, S2 und jede der Dioden D1, D2 einen entsprechenden Zustand vorsehen.If the power semiconductor half-bridge HB1 is loaded asymmetrically, ie other electrical powers are converted in the power switch S1 and the diode D1 than in the power switch S2 and the diode D2, the respective bridge state model BZM1-BZM3 can be expanded accordingly. For example, the bridge state model BZM1-BZM3 could provide a corresponding state for each of the power switches S1, S2 and each of the diodes D1, D2.

3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 in einer Seitenansicht auf den unteren Rand Leistungshalbleiterhalbbrücke HB gemäß 2. Die weiteren Leistungshalbleiterhalbbrücken HB2–HB3 können analog zu der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 aufgebaut sein. Abweichende Aufbauten sind ebenfalls möglich. 3 shows a block diagram of an embodiment of the power semiconductor half-bridge HB1 in a side view of the lower edge power semiconductor half-bridge HB according to 2 , The further power semiconductor half-bridges HB2-HB3 can be constructed analogously to the power semiconductor half-bridge HB1. Different structures are also possible.

In der Seitenansicht der 3 ist zu erkennen, dass die Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 in mehreren Schichten aufgebaut ist. Der Temperatursensor ST ist in der obersten Schicht angeordnet. Zwischen dem Temperatursensor ST und den Leistungsschaltern S1, S2 sowie den Dioden D1, D2 ist eine erste Substratschicht SU1 angeordnet. Unter den Leistungsschaltern S1, S2 und den Dioden D1, D2 ist eine weitere Substratschicht SU2 angeordnet, die mit einer Wärmeabfuhreinrichtung W gekoppelt ist, die an ihrem unteren Ende Kühlrippen KR aufweist. Durch Kreise mit einem X ist das Kühlmedium KM dargestellt, welches zwischen den Kühlrippen KR fließt. Der Begriff Kühlrippen steht in dieser Anmeldung stellvertretend für jede Art von Element, welches einen Wärmeübergang von der Wärmeabfuhreinrichtung W in das Kühlmedium KM erlaubt. Z.B. können die Kühlrippen auch als sog. PinFins ausgebildet sein.In the side view of 3 It can be seen that the power semiconductor half-bridge HB1 is constructed in multiple layers. The temperature sensor ST is arranged in the uppermost layer. Between the temperature sensor ST and the power switches S1, S2 and the diodes D1, D2, a first substrate layer SU1 is arranged. Disposed below the circuit breakers S1, S2 and the diodes D1, D2 is a further substrate layer SU2, which is coupled to a heat dissipation device W which has cooling ribs KR at its lower end. By circles with an X, the cooling medium KM is shown, which flows between the cooling fins KR. The term cooling fins is in this application representative of any type of element which allows heat transfer from the heat dissipation device W in the cooling medium KM. For example, the cooling fins may also be designed as so-called. PinFins.

In 3 sind weitere Punkte gekennzeichnet, an welchen die Temperaturen erfasst oder bestimmt werden sollen. So wird die Temperatur z.B. durch die Zustände Z4 und Z5 in dem zweiten Substrat SU2 erfasst. Ferner wird die Temperatur durch den Zustand Z6 in der Wärmeabfuhreinrichtung W erfasst. In anderen Ausführungsformen können andere Stellen bzw. Punkte definiert werden.In 3 Further points are marked on which the temperatures are to be detected or determined. For example, the temperature is detected by the states Z4 and Z5 in the second substrate SU2. Further, the temperature is detected by the state Z6 in the heat dissipation device W. In other embodiments, other locations or points may be defined.

4 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform eines Brückenzustandsmodell BZM1 gemäß der vorliegenden Erfindung, welches auch als thermisches Ersatznetzwerk bezeichnet werden kann. Die weiteren Brückenzustandsmodelle BZM2 und BZM3 können je nach Ausführung der jeweiligen Leistungshalbleiterhalbbrücke HB2, HB3 analog oder abweichen aufgebaut sein. 4 shows a representation of an embodiment of a bridge state model BZM1 according to the present invention, which can also be referred to as a replacement thermal network. The further bridge state models BZM2 and BZM3 can be constructed analogously or deviating depending on the design of the respective power semiconductor half bridge HB2, HB3.

Das Brückenzustandsmodell BZM1 weist fünf Schichten auf. Die erste Schicht weist lediglich den Zustand Z3 auf, der die gemessene Temperatur TS an dem den Temperatursensor ST kennzeichnet. Die zweite Schicht weist jeweils einen Zustand Z1–Z2 für den Leistungsschalter S2 sowie die Diode D2 auf. Die dritte Schicht weist jeweils einen Zustand Z4–Z5 für jeweils einen Punkt in dem zweiten Substrat SU2 unter dem Leistungsschalter S2 sowie der Diode D2 auf. Schließlich weist die vierte Schicht einen Zustand Z6 für einen zentralen Punkt in der Wärmeabfuhreinrichtung W auf. Der Zustand Z7 kennzeichnet in der fünften Schicht die Temperatur des Kühlmediums KM.The bridge state model BZM1 has five layers. The first layer has only the state Z3, which indicates the measured temperature TS at which the temperature sensor ST. The second layer in each case has a state Z1-Z2 for the power switch S2 and the diode D2. The third layer in each case has a state Z4-Z5 for a respective point in the second substrate SU2 under the power switch S2 and the diode D2. Finally, the fourth layer has a state Z6 for a central point in the heat dissipation device W. State Z7 indicates in the fifth layer the temperature of the cooling medium KM.

Der Zustand Z3 der ersten Schicht ist mit jedem der Zustände Z1–Z2 der zweiten Schicht gekoppelt. Die Zustände Z1–Z2 sind jeweils miteinander und mit dem direkt darunter in der dritten Schicht liegenden Zustand Z4, Z5 gekoppelt. Die Zustände Z4–Z5 sind jeweils miteinander und mit dem Zustand Z6 gekoppelt, welcher mit dem Zustand Z7 gekoppelt ist. Die Kopplung der einzelnen Zustände Z1–Z7 miteinander wird jeweils durch den Wärmeübergangswiderstand R1–R8 zwischen den einzelnen Punkten definiert.The state Z3 of the first layer is coupled to each of the states Z1-Z2 of the second layer. The states Z1-Z2 are coupled to one another and to the state Z4, Z5 lying directly underneath in the third layer. States Z4-Z5 are coupled to each other and to state Z6, which is coupled to state Z7. The coupling of the individual states Z1-Z7 with one another is defined in each case by the heat transfer resistance R1-R8 between the individual points.

In weiteren Ausführungsformen kann das Brückenzustandsmodell BZM1 mehr oder weniger Zustände aufweisen, als in 4 dargestellt. In further embodiments, the bridge state model BZM1 may have more or fewer states than in 4 shown.

Beispielsweise kann das Brückenzustandsmodell BZM1 ausgebildet sein, die Temperaturen in jedem der Leistungsschalter S1, S2 und jeder der Dioden D1, D2 zu erfassen. Solch ein Brückenzustandsmodell BZM1 könnte in der zweiten Schicht z.B. vier Zustände, einen für jeden der Leistungsschalter S1, S2 und einen für jede der Dioden D1, D2, aufweisen. Ferner könnte das entsprechende Brückenzustandsmodell BZM1 auch in den darunter liegenden Schichten jeweils vier entsprechende Zustände aufweisen.For example, the bridge state model BZM1 may be configured to detect the temperatures in each of the power switches S1, S2 and each of the diodes D1, D2. Such a bridge state model BZM1 could be used in the second layer e.g. four states, one for each of the power switches S1, S2 and one for each of the diodes D1, D2. Furthermore, the corresponding bridge state model BZM1 could also have four respective states in the underlying layers.

Der exakte Aufbau des Brückenzustandsmodell BZM1–BZM3 kann von der jeweiligen Anwendung und den jeweils zu erfassenden Temperaturen abhängig sein und daher von dem hier erklärten Brückenzustandsmodell BZM1 abweichen. The exact structure of the bridge state model BZM1-BZM3 can be dependent on the respective application and the respective temperatures to be detected and therefore deviate from the bridge state model BZM1 explained here.

Jeder der Zustände Z1–Z7 stellt einen Temperaturknoten in dem thermischen Ersatznetzwerk für die Leistungshalbleiterhalbbrücke HB und das Kühlmedium KM dar. Die wichtigsten Temperaturen in dem hier gezeigten Beispiel sind die Temperaturen des Leistungsschalters S2 sowie der Diode D2, die durch die Zustände Z1–Z2 gekennzeichnet sind. Die Zustände Z4–Z7 beschreiben den Wärmeübergang von den Leistungshalbleitern S2, D2 zu der Wärmeabfuhreinrichtung W in das Kühlmedium KM.Each of the states Z1-Z7 represents a temperature node in the thermal equivalent network for the power semiconductor half-bridge HB and the cooling medium KM. The most important temperatures in the example shown here are the temperatures of the power switch S2 and the diode D2, characterized by the states Z1-Z2 are. The states Z4-Z7 describe the heat transfer from the power semiconductors S2, D2 to the heat dissipation device W in the cooling medium KM.

Die Verbindung zwischen den einzelnen Zuständen Z1–Z7 ist durch die Wärmeleitfähigkeit zwischen den einzelnen Zuständen Z1–Z7 bzw. den jeweiligen Stellen in der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 gekennzeichnet. Ferner ist jedem der Zustände Z1–Z6 bzw. der Stellen in der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 eine thermische Kapazität zugeordnet. Diese Parameter für das jeweilige Brückenzustandsmodell BZM1–BZM3 können z.B. mit Hilfe einer FEM-Analyse bzw. -Simulation identifiziert werden.The connection between the individual states Z1-Z7 is characterized by the thermal conductivity between the individual states Z1-Z7 or the respective locations in the power semiconductor half-bridge HB1. Furthermore, each of the states Z1-Z6 or the locations in the power semiconductor half-bridge HB1 is assigned a thermal capacitance. These parameters for the respective bridge state model BZM1-BZM3 may e.g. be identified by means of an FEM analysis or simulation.

Das Brückenzustandsmodell BZM1 kann allgemein durch die Dynamikmatrix A_HB, die Eingangsmatrix B_HB und die Ausgangsmatrix C_HB dargestellt werden. Mit x als Zustandsvektor, u als Eingangsvektor und y als Ausgangsvektor ergibt sich folgende Formel:

The bridge state model BZM1 can generally be represented by the dynamic matrix A _HB , the input matrix B _HB and the output matrix C _HB . With x as the state vector, u as the input vector and y as the output vector, the following formula results:

Der Zustandsvektor x_HB gibt dabei die Temperaturen T1–T7 an und ist definiert als:

The state vector x _HB indicates the temperatures T1-T7 and is defined as:

Die Dynamikmatrix A_HB ergibt sich aus der Struktur des thermischen Ersatznetzwerks, also dem in 4 dargestellten Brückenzustandsmodell BZM1. Die Werte in der Dynamikmatrix A ergeben sich aus den Werten für die Wärmeleitfähigkeiten Gi,j, zwischen den einzelnen durch die Zustände Z1–Z7 gekennzeichneten Stellen in der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB. Da die thermische Leitfähigkeit in der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB bidirektional ist gilt: G_i,k = G_k,i∀i,j = 1, 2, ... 7 i ≠ j (3) The dynamic matrix A _HB results from the structure of the thermal equivalent network, ie the in 4 shown bridge state model BZM1. The values in the dynamic matrix A result from the values for the thermal conductivities Gi, j, between the individual points identified by the states Z1-Z7 in the power semiconductor half-bridge HB. Since the thermal conductivity in the power semiconductor half-bridge HB is bidirectional, the following applies: G _{i, k} = G _{k, i} ∀ _i , j = 1, 2, ... 7 i ≠ j (3)

Folglich hat die Dynamikmatrix A eine symmetrische Struktur bezüglich der Leitfähigkeitswerte. Wenn keine direkte Leitung zwischen zwei Stellen vorhanden ist, oder diese mit 0 angenommen wird, wird der entsprechende Wert der Dynamikmatrix A auf 0 gesetzt. Die resultierende Knotenadmittanmatrix bzw. Struktur beschreibt das stationäre Verhalten der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB und der Wärmeabfuhreinrichtung W. Consequently, the dynamic matrix A has a symmetric structure with respect to the conductivity values. If there is no direct line between two digits, or if it is assumed to be 0, the corresponding value of the dynamic matrix A is set to 0. The resulting node admittance matrix or structure describes the stationary behavior of the power semiconductor half-bridge HB and the heat-dissipating device W.

Um das dynamische Verhalten zu berücksichtigen, werden die thermischen Kapazitäten Ki (i = 1, 2,...6) hinzugezogen. Die Temperaturveränderung in einem Punkt ist immer proportional zu dem Kehrwert der thermischen Kapazität Ki des jeweiligen Punktes in der Leistungshalbleiterhalbbrücke HB. Folglich wird jede Zeile der Dynamikmatrix A durch den entsprechenden Kapazitätswert Ki geteilt. Die Elemente der Diagonalen der Dynamikmatrix A entsprechen der Summe aller weiteren Elemente einer Zeile, um das Gesetz der Energieerhaltung gemäß Gleichung (6) zu erfüllen.To account for the dynamic behavior, the thermal capacities Ki (i = 1, 2, ... 6) are consulted. The temperature change at one point is always proportional to the reciprocal of the thermal capacitance Ki of the respective point in the power semiconductor half-bridge HB. Consequently, each row of the dynamic matrix A is divided by the corresponding capacitance value Ki. The elements of the diagonals of Dynamics matrix A corresponds to the sum of all other elements of a row to satisfy the law of conservation of energy according to Equation (6).

Die letzte Zeile der Dynamikmatrix A beschreibt die Temperatur des Kühlmediums KM. Dieser Zustand beschreibt damit eine Randbedingung des thermischen Ersatznetzwerks.The last line of the dynamic matrix A describes the temperature of the cooling medium KM. This condition describes a boundary condition of the thermal equivalent network.

In dem thermischen Ersatznetzwerk wird diese als eine Störgröße ohne dynamisches Verhalten behandelt und wird folglich gesetzt werden als:

In the spare thermal network it is treated as a disturbance without dynamic behavior and will thus be set as:

T_coolant beeinflusst jedoch die Temperatur der Wärmeabfuhreinrichtung W. Ohne eine Rückkopplung der Sensorwerte würde die Temperatur T_coolant des Kühlmediums KM gleich dem Anfangswert bzw. dem Initialisierungswert x₀ bleiben. Gleichungen (5) und (6) zeigen die komplette Definition der Matrix A_HB.

However, T _coolant influences the temperature of the heat removal device W. Without a feedback of the sensor values, the temperature T _{coolant of} the cooling medium KM would remain equal to the initial value or the initialization value x ₀ . Equations (5) and (6) show the complete definition of the matrix A _HB .

Der Eingangsvektor u wird durch die Leistungsverluste in den Halbeiterelementen definiert, die als separate Verluste in dem Leistungsschalter S2, welcher z.B. ein IGBT sein kann, und der Diode D2 dargestellt werden können.

The input vector u is defined by the power losses in the semiconductor elements, which can be represented as separate losses in the power switch S2, which may be eg an IGBT, and the diode D2.

Die Eingangsmatrix B bildet die Werte des Eingangsvektors u mit Hilfe der thermischen Kapazität des jeweiligen Zustands Z1–Z2 auf die entsprechenden Zustände Z1–Z2 ab:

The input matrix B maps the values of the input vector u to the corresponding states Z1-Z2 with the aid of the thermal capacitance of the respective state Z1-Z2:

Die Ausgangsmatrix C wird durch die messbaren Temperaturen definiert. Das hier vorgestellte Brückenzustandsmodell BZM1 ist für einen einzelnen Temperatursensor ST ausgelegt, welcher dem dritten Zustand Z3 entspricht. Folglich ergibt sich C zu:

The output matrix C is defined by the measurable temperatures. The bridge state model BZM1 presented here is designed for a single temperature sensor ST, which corresponds to the third state Z3. Consequently, C becomes:

5 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlmediumzustands 19, welcher die Temperatur des Kühlmediums KM unter der jeweiligen Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1 kennzeichnet. Die Kühlmediumzustände 20, 21 können analog ausgeführt sein. 5 shows a representation of an embodiment of a cooling medium state 19, which indicates the temperature of the cooling medium KM under the respective power semiconductor half-bridge HB1. The cooling medium states 20, 21 can be designed analogously.

Es werden folgende Definitionen eingeführt:

The following definitions are introduced:

A_LM ist die obere linke 6 × 6-Submatrix von A_HB. Die Leitwerte der letzten Spalte von A_HB (ohne die letzte Zeile) werden definiert als G_LM = [0 0 0 0 0 G₁₂]^T A _LM is the upper left 6x6 submatrix of A _HB . The leading values of the last column of A _HB (without the last line) are defined as G _LM = [0 0 0 0 0 G ₁₂ ] ^T

Der Zustandsvektor x_LM lautet:

The state vector x _LM is:

Die Eingangsmatrix eines einzelnen Moduls B_LM ergibt sich aus B_HB ohne die letzte Zeile zu:

The input matrix of a single module B _LM results from B _HB without the last line:

Analog dazu wird die Ausgangsmatrix C_HB zu C_LM reduziert:

Similarly, the output matrix C _{HB is} reduced to C _LM :

Im vorliegenden Beispiel wird nur eine thermische Kopplung zwischen dem Kühlmedium KM und Zustand Z6 angenommen. Eine Kopplung von anderen Zuständen direkt ins Kühlwasser ist ebenfalls möglich in dem der Vektor G_LM zusätzliche Einträge erhält, die von 0 verschieden sind. Die Diagonalmatrix K_LM beschreibt die thermischen Kapazitäten der Leistungshalbleiterhalbbrücke, die zur Erstellung des Zustandsraummodells benötigt werden: K_LM = diag(K₁, K₂, ..., K₆) In the present example, only a thermal coupling between the cooling medium KM and state Z6 is assumed. A coupling of other states directly into the cooling water is also possible in that the vector G _LM receives additional entries which are different from 0. The diagonal matrix K _LM describes the thermal capacitances of the power semiconductor half-bridge needed to construct the state space model: K _LM = diag (K ₁ , K ₂ ,..., K ₆ )

Die Leistungshalbleitervorrichtung LHV der 1 weist drei Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3 auf, die lateral von dem Kühlmedium KM unterspült werden. Dies ist in 1 durch einen Pfeil von links nach rechts angedeutet. Andere Anordnungen sind ebenfalls möglich.The power semiconductor device LHV of 1 has three power semiconductor half-bridges HB1-HB3, which are laterally underwent by the cooling medium KM. This is in 1 indicated by an arrow from left to right. Other arrangements are also possible.

Ein einzelner Kühlmediumzustand 19, 20, 21 erfährt bei fließendem Kühlmedium KM die in 5 dargestellten Wärmeeinträge. Ein Zufluss G_fl und ein Abfluss-G_fl wird durch das Kühlmedium KM bereitgestellt. Ferner findet ein bidirektionaler Wärmeaustausch G_LM mit der entsprechenden Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1–HB3 statt. Wird die Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1–HB3 thermisch belastet, strömt die Wärmeenergie von der heißeren Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1–HB3 ins Kühlwasser (Normalfall). Bei inaktiver Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1–HB3 und gleichzeitiger Erwärmung des Kühlwassers wird umgekehrt das Leistungsmodul erwärmt. Im Gegensatz dazu erfolgt der Wärmeaustausch von einem Kühlmediumzustand Z19–Z21 zum nächsten Kühlmediumzustand Z19–Z21 der Kühlwasserflussrichtung entsprechend gerichtet.A single cooling medium state 19, 20, 21 undergoes the cooling medium KM flowing in 5 shown heat entries. An inflow G _fl and an outflow G _fl are provided by the cooling medium KM. Furthermore, a bidirectional heat exchange G _LM with the corresponding power semiconductor half-bridge HB1-HB3 takes place. When the power semiconductor half-bridge HB1-HB3 is thermally loaded, the heat energy from the hotter power semiconductor half-bridge HB1-HB3 flows into the cooling water (normal case). When the power semiconductor half-bridge HB1-HB3 is inactive and the cooling water is simultaneously heated, the power module is inversely heated. In contrast, the heat exchange from a cooling medium state Z19-Z21 to the next cooling medium state Z19-Z21 of the cooling water flow direction is appropriately directed.

Der Einfluss von bidirektionaler Wärmeleitung zwischen zwei Kühlwasserzuständen ist bei hinreichend hohem Volumenfluss vernachlässigbar klein. Daraus ergibt sich die Kühlwasserdynamik zu:The influence of bidirectional heat conduction between two cooling water states is negligibly small given a sufficiently high volume flow. This results in the cooling water dynamics to:

K_KWT ._KW = G_fl(T_Zu – T_KW) + G_LM(T_LM – T_KW)K _KW T. _KW = G _fl (T _Zu - T _KW ) + G _LM (T _LM - T _KW )

6 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlmediumzustandsmodells KZM gemäß der vorliegenden Erfindung, welches das die drei Brückenzustandsmodelle BZM1–BZM3 mit den Kühlwassergleichungen zusammenführt. 6 FIG. 11 is an illustration of one embodiment of a cooling medium state model KZM according to the present invention, which merges the three bridge state models BZM1-BZM3 with the cooling water equations.

Das Kühlmediumzustandsmodell KZM weist einen Zustand Z22 auf, welcher die Temperatur T22 des einströmenden Kühlmediums KM kennzeichnet. An den Zustand Z22 schließt sich ein Zustand Z19 an, an welchen sich ein Zustand Z20 anschließt, an welchen sich wiederum ein Zustand Z21 anschließt. Die Zustände Z19–Z21, kennzeichnen jeweils die Temperatur des Kühlmediums KM, welche durch die Energiebilanz des jeweiligen Zustands Z19–Z21 gekennzeichnet ist, wie in Zusammenhang mit 5 erläutert.The cooling medium state model KZM has a state Z22 which indicates the temperature T22 of the inflowing cooling medium KM. The state Z22 is followed by a state Z19, which is followed by a state Z20, which in turn is followed by a state Z21. The states Z19-Z21, each indicate the temperature of the cooling medium KM, which is characterized by the energy balance of the respective state Z19-Z21, as in connection with 5 explained.

Schließlich ist mit jedem der drei Zustände Z19, Z20, Z21 jeweils ein Brückenzustandsmodell BZM1–BZM3 gekoppelt. Das Brückenzustandsmodell BZM1 weist die Zustände Z1–Z6 auf. Das Brückenzustandsmodell BZM2 weist die Zustände Z7 bis Z12 auf. Das Brückenzustandsmodell BZM3 weist die Zustände Z13–Z18 auf.Finally, a bridge state model BZM1-BZM3 is coupled to each of the three states Z19, Z20, Z21. The bridge state model BZM1 has the states Z1-Z6. The bridge state model BZM2 has the states Z7 to Z12. The bridge state model BZM3 has the states Z13-Z18.

Die Brückenzustandsmodelle BZM1–BZM3 entsprechen jeweils dem in Zusammenhang mit 3 beschriebenen Brückenzustandsmodelle BZM1. The bridge state models BZM1-BZM3 correspond to those in connection with FIG 3 described bridge state models BZM1.

Mathematisch lassen sich die Einzelsysteme zur Gesamtdynamikmatrix A_ges zusammenfassen:

Mathematically, the individual systems can be combined to form the overall dynamics matrix A _ges :

Die auf der Diagonalen befindlichen Sterne entsprechen dabei der negativen Zeilensumme:

The stars on the diagonal correspond to the negative row sum:

Die Störgröße x_KW,In bildet wiederum eine Randbedingung des Systems und hat demnach keine Eigendynamik, wodurch die Einträge der Dynamikmatrix A_ges in der letzten Zeile gleich 0 zu setzen sind. Bei Veränderung der Einlasstemperatur des Kühlmediums wird mit Hilfe der Beobachterrückführung die Temperatur entsprechend korrigiert.Turn the disturbance x _{KW, in} forming a boundary condition of the system and therefore has no momentum, so that the entries of the dynamic matrix A _ges in the last line should be set equal to the 0th When changing the inlet temperature of the cooling medium, the temperature is corrected accordingly with the help of the observer feedback.

Der Zustandsvektor x_ges lautet:

The state vector x _ges is:

Der Zustandsvektor x_ges umfasst für jede der Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3 sechs Zustände dim(x_LM,i) = 6 × 1, gefolgt von den 3 Kühlwasserzuständen x_KW,i und der Einlasstemperatur x_KW,In.For each of the power semiconductor half bridges HB1-HB3, the state vector x _ges comprises six states dim (x _{LM, i} ) = 6 × 1, followed by the three cooling water states x _{KW, i} and the inlet temperature x _{KW, In} .

Die Eingangsmatrix B_ges beschreibt den Einfluss der Verlustleistungen auf die Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3. Für jede Leistungshalbleiterhalbbrücke HB1–HB3 werden dieselben Verlustleistungen P_IGBT und P_Diode angenommen und wirken gemäß B_LM auf das System. Für das Gesamtsystem folgt somit:

The input matrix B _tot describes the influence of the power losses on the power semiconductor half-bridges HB1-HB3. For each power semiconductor half-bridge HB1-HB3, the same power losses P _IGBT and P _{diode are} assumed and act according to B _LM on the system. For the whole system follows:

Die Ausgangsmatrix C_ges enthält die Sensortemperaturen TS der einzelnen Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3:

The output matrix C _ges contains the sensor temperatures TS of the individual power semiconductor half-bridges HB1-HB3:

Das Gesamtsystem wird folglich definiert als:

The overall system is thus defined as:

Um nun in dem Kühlmediumzustandsmodell KZM aber auch den Fluss des Kühlmediums KM berücksichtigen zu können, ist eine Anpassung des oben beschriebenen Kühlmediumzustandsmodells KZM notwendig.However, in order to be able to take into account the flow of the cooling medium KM in the cooling medium state model KZM, an adaptation of the cooling medium state model KZM described above is necessary.

Beispielsweise können zwei Parameter p₁, p₂ eingeführt werden, die den Einfluss eines veränderten Flusses des Kühlmediums KM kennzeichnen.For example, two parameters p ₁ , p _{2 can be} introduced, which characterize the influence of a changed flow of the cooling medium KM.

Im Modell entspricht der der Wärmeübergang von Wärmeabfuhreinrichtung W in das Kühlmedium KM dem Vektor G_LM. Durch eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers gegenüber dem nominalen Volumenfluss V ._nom wird G_LM beeinflusst. Im Modell kann diese Änderung durch den Korrekturfaktor p₁ dargestellt werden, wobei gilt:

In the model, the heat transfer from the heat removal device W into the cooling medium KM corresponds to the vector G _LM . By changing the flow velocity of the cooling water relative to the nominal volume flow

V. _nom

G _{LM is} influenced. In the model, this change can be represented by the correction factor p ₁ , where:

Verringert sich beispielsweise der Volumenfluss von nominal V_nom = 6 l/min auf V_ist = 3 l/min ändert sich der Wärmeleitwert G_LM von Wärmeabfuhreinrichtung W zu Kühlmedium KM. Bei einer Verringerung von z.B. 20% ist p₁ = 0.8.If, for example, the volume flow decreases from nominal V _nom = 6 l / min to V _ist = 3 l / min, the heat conductance G _LM of heat removal device W changes to cooling medium KM. For example, with a reduction of 20%, p ₁ = 0.8.

Ferner ändert sich der Wärmetransport von dem Zustand Z19, Z20, Z21 für das Kühlmedium KM zum nächsten Zustand Z19, Z20, Z21. Die Änderung dieses Wertes kann durch den zweiten Parameter p₂ dargestellt werden, für den gilt: p₂ = V_ist/V_nom Further, the heat transfer changes from the state Z19, Z20, Z21 for the cooling medium KM to the next state Z19, Z20, Z21. The change in this value can be represented by the second parameter p ₂ , for which the following applies: p ₂ = V _is / V _nom

Die Dynamikmatrix A_ges ergibt sich zu:

The dynamic matrix A _ges results in:

Die Diagonalelemente entsprechen:

The diagonal elements correspond to:

Die Systemgleichung ergibt sich zu:

The system equation results in:

Zur Vereinfachung der Implementierung ist es von Vorteil, die parameterabhängige Gesamtdynamikmatrix zu zerlegen. Hierfür werden die parameterabhängigen Leitwertterme der Matrix A_ges,p1,p2 ausgeklammert: x ._ges = A_gesx_ges + (p₁ – 1)A₁x_ges + (p₂ – 1)A₂x_ges y = C_gesx_ges To simplify the implementation, it is advantageous to decompose the parameter-dependent overall dynamics matrix. For this purpose, the parameter-dependent conductance terms of the matrix A _{ges, p1, p2 are} excluded: x. _ges = A _ges x _ges + (p ₁ - 1) A ₁ x _ges + (p ₂ - 1) A ₂ x _tot y = C _ges x _ges

Dabei enthält A₁ alle Terme, die eine Abhängigkeit von p₁ enthalten. A₂ enthält aller Terme, die eine Abhängigkeit von p₂ enthalten.

In this case, A ₁ contains all terms which contain a dependence on p ₁ . A ₂ contains all terms that contain a dependence on p ₂ .

7 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Temperaturerfassungseinrichtung TE gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Beobachtermodell BM zu dem oben gezeigten Kühlmediumzustandsmodell KZM. 7 shows a block diagram of an embodiment of a temperature detection device TE according to the present invention with an observer model BM to the above-shown cooling medium state model KZM.

Das Beobachtermodell BM ist parallel zu einer realen Leistungshalbleitervorrichtung LHV angeordnet, deren Temperaturen T1–T22 überwacht werden sollen. Dem Beobachtermodell BM wird der Eingangsvektor u bereitgestellt, der durch die Verluste in den Schaltern S2 und den Diode D2 der einzelnen Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3 gekennzeichnet ist.The observer model BM is arranged parallel to a real power semiconductor device LHV whose temperatures T1-T22 are to be monitored. The observer model BM is provided with the input vector u, which is characterized by the losses in the switches S2 and the diode D2 of the individual power semiconductor half bridges HB1-HB3.

Ferner wird dem Beobachtermodell BM der Vektor y zugeführt, der durch die von den Temperatursensoren ST gemessenen Temperaturen TS gekennzeichnet ist.Furthermore, the observer model BM is supplied with the vector y, which is characterized by the temperatures TS measured by the temperature sensors ST.

Die Abweichung zwischen der Modellberechnung y ^ und den realen Messwerten y wird als Fehler e mit der Verstärkungsmatrix L multipliziert und einem Summationselement SUM zugeführt. Dem Summationselement SUM wird ferner der mit der Matrix B multiplizierte Eingangsvektor u sowie das mit (A + (p₁ – 1)A₁ + (p₂ – 1)A₂) multiplizierte Simulationsergebnis x ^ zugeführt. Der Ausgang des Summationselements SUM stellt die Ableitung des Vektors x ^ dar und wird durch ein Integrierglied integriert, um den Vektor x ^ zu erhalten. Das Simulationsergebnis x ^ wird ferner mit der Matrix C multipliziert. Das Ergebnis dieser Multiplikation stellt auch das Ergebnis y ^ der Simulation dar, welches einem simulierten Sensorwert entspricht. Sowohl der Vektor x ^ als auch der Vektor y ^ werden ausgegeben.The deviation between the model calculation y ^ and the real measured values y are multiplied as errors e by the gain matrix L and supplied to a summation element SUM. The summation element SUM is further the input vector u multiplied by the matrix B and the simulation result multiplied by (A + (p ₁ -1) A ₁ + (p ₂ -1) A ₂ ) x ^ fed. The output of summation element SUM represents the derivative of the vector x ^ and is integrated by an integrator to the vector x ^ to obtain. The simulation result x ^ is further multiplied by the matrix C. The result of this multiplication also represents the result y ^ the simulation, which corresponds to a simulated sensor value. Both the vector x ^ as well as the vector y ^ are issued.

Die Parameter p₁, p₂ können dem System von außen, z.B. von einem Steuergerät der Kühlmittelpumpe zugeführt werden. Alternativ können die Parameter p₁, p₂ in der Recheneinrichtung RE für unterschiedliche, z.B. von außen vorgegebene, Flüsse des Kühlmediums KM vorgegeben werden.The parameters p ₁ , p ₂ can be supplied to the system from the outside, eg from a control unit of the coolant pump. Alternatively, the parameters p ₁ , p ₂ in the computing device RE for different, eg predetermined from the outside, rivers of the cooling medium KM can be specified.

Um ein Beobachtermodell BM aufstellen zu können, muss das Kühlmediumzustandsmodell KZM beobachtbar sein. Das bedeutet, dass jeder Zustand Z1–Z22 nur mit Hilfe der Eingangs- und Ausgangsinformation rekonstruiert werden kann.In order to set up an observer model BM, the cooling medium state model KZM must be observable. This means that each state Z1-Z22 can only be reconstructed with the aid of the input and output information.

Dies ist der Fall, wenn die Beobachtbarkeitsmatrix O vollen Rang hat.

This is the case when the observability matrix O has full rank.

Für das oben dargestellte erweiterte Kühlmediumzustandsmodell KZM ergibt sich O zu:

For the expanded cooling medium state model KZM shown above, O results:

Für das hier gezeigte Kühlmediumzustandsmodell KZM hat die Matrix O vollen Rang.For the cooling medium state model KZM shown here, the matrix O has full rank.

Das Beobachtermodell BM führt eine Simulation des Kühlmediumzustandsmodells KZM durch und korrigiert den Fehler e zwischen dem Ergebnis der Simulation y ^ und den an den Leistungshalbleiterhalbbrücken HB1–HB3 gemessenen Werten y. Das Beobachtermodell wird wie folgt definiert:

The observer model BM performs a simulation of the cooling medium state model KZM and corrects the error e between the result of the simulation

y ^

and the values y measured at the power semiconductor half-bridges HB1-HB3. The observer model is defined as follows:

Das Ergebnis der Simulation yˆ wird von den Messwerten y abgezogen, was den Fehler e ergibt: e = y – x ^. The result of the simulation y is subtracted from the measured values y, which gives the error e: e = y - x ^.

Der Fehler e wird mit der Verstärkungsmatrix L multipliziert und in das Gleichungssystem der 7 rückgekoppelt. Dies entspricht dem in der oben gezeigten Gleichung mit Korrektor bezeichneten Abschnitt.The error e is multiplied by the gain matrix L and inserted into the equation system of the 7 fed back. This corresponds to the section labeled corrector in the equation shown above.

Die Ausgangsgleichung des Beobachtermodells BM lautet y ^ = C·x ^. Wird diese Beziehung mit der obigen Gleichung ersetzt, ergibt sich das Beobachtermodell BM:

The initial equation of the observer model BM is

y ^ = C · x ^.

If this relationship is replaced by the above equation, the observer model BM results:

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.

Claims

Temperature detecting means (TE) for detecting a plurality of temperatures (T1-T22) in a power semiconductor device (LHV) having at least three power semiconductor half-bridges (HB1-HB3), each power semiconductor half-bridge (HB1-HB3) comprising at least two power switches (S1, S2) and one each to the corresponding power switch (S1, S2) antiparallel connected diode (D1, D2) and at least one temperature sensor (ST), wherein the power semiconductor half-bridges (HB1-HB3) are at least undermined by a cooling medium (KM),

each having a bridge state model (BZM1-BZM3) for each of the power semiconductor half-bridges (HB1-HB3), the bridge state models (BZM1-BZM3) each having a state (Z1, Z2, Z4-Z6, Z7, Z8, Z10-Z12, Z13, Z14 , Z15-Z18) for each position in the corresponding power semiconductor half-bridge (HB1-HB3) whose temperature (T1-T22) is to be detected, wherein the bridge state model (BZM1-BZM3) has at least one state (Z3, Z9, Z15) for the temperature sensor (ST);

with a cooling medium state model (KZM), which has the bridge state models (BZM1-BZM3) and for each bridge state model (BZM1-BZM3) a cooling medium state (Z19-Z21), the temperature of the cooling medium (KM) under the respective power semiconductor half-bridge (HB1-HB3 ); and

with a computing device (RE) which is designed to calculate and output the temperatures (T1-T22) to be detected in the power semiconductor device (LHV) based on sensor temperatures (TS) detected by the respective temperature sensors (ST) and the cooling medium state model.

Temperature detecting device according to claim 1, wherein the bridge state models (BZM1-BZM3) for the temperature (T1, T7, T13) at least one of the power switches (S1, S2) of the respective power semiconductor half-bridge (HB1-HB3) and the temperatures (T2, T8, T14) of at least one of the diodes ( D1, D2) of the respective power semiconductor half-bridge (HB1-HB3) have a state (Z1, Z2, Z7, Z8, Z13, Z14); and or the bridge state models (BZM1-BZM3) for the temperature (T4, T5, T10, T11, T16, T17) of a substrate (SU1, SU2), in particular a copper substrate, under at least one of the corresponding power switches (S1, S2) and at least one the respective diodes (D1, D2) of the respective power semiconductor half-bridge (HB1-HB3) have a state (Z4, Z5, Z10, Z11, Z16, Z17); and or wherein the bridge state models (BZM1-BZM3) for the temperature (T6, T12, T18) of a central point of a heat dissipation device (W) of the respective power semiconductor half-bridge (HB1-HB3) each have a state (Z6, Z12, Z18).

Temperature detection device according to one of the preceding claims, wherein at least one of the states (Z1-Z22) in the bridge state models (BZM1-BZM3) by the thermal conductivity between, the respective state (Z1-Z22) associated with the location of the respective power semiconductor bridge (HB1-HB3) and the locations of the power semiconductor bridge (HB1-HB3) adjacent to the respective location, and a thermal capacity of the respective location of the respective power semiconductor bridge (HB1-HB3) are characterized.

Temperature detection device according to one of the preceding claims, wherein the cooling medium state model (KZM) for each of the bridge state models (BZM1-BZM3) has a state (Z19-Z21), which indicates the temperature of the cooling medium (KM) under the corresponding power semiconductor half-bridge (HB1-HB3).

Temperature detection device according to claim 4, wherein the states (Z19-Z21), which respectively indicate the temperature of the cooling medium (KM), are characterized by the energy balance of the respective state (Z19-Z21).

Temperature detection device according to one of claims 4 and 5, wherein the states (Z19-Z21), which respectively characterize the temperature of the cooling medium (KM), are coupled together by the flow of the cooling medium (KM).

A temperature detecting device according to any one of claims 4 to 6, wherein the cooling medium state model (KZM) has a state (Z22) indicating the temperature (T22) of the inflowing cooling medium (KM).

Temperature detection device according to one of the preceding claims 5 to 7, wherein in the cooling medium state model (KZM) a transition parameter (p1) is provided, which is designed, the value for the heat transfer between the states which characterize the temperature of the cooling medium (KM), and the cooling medium based on a current flow of the cooling medium (KM ) to adapt; and wherein in the cooling medium state model (KZM) a conductance parameter (p2) is provided which is adapted to adjust the value for the thermal conductivity between the states which characterize the temperature of the cooling medium (KM), based on a current flow of the cooling medium (KM).

Temperature detection device according to one of the preceding claims, wherein the computing device (RE) is adapted to calculate inputs (u) for the cooling medium state model based on power losses of at least one of the power switches (S1, S2) and at least one of the diodes (D1, D2).

Temperature detecting device according to claim 9, wherein an observer model (BM) is provided, which is formed based on the output

(y ^)

of the cooling medium state model (KZM) and based on measured values (y) of the power semiconductor device (LHV) a deviation between the output

(y ^)

the cooling medium state model (KZM) and the measured values (y).

Temperature detection device according to claim 10, wherein the computing device (RE) is designed to perform a correction of the cooling medium state model (KZM) based on the calculated deviation (e).

Temperature detection device according to claim 11, wherein the computing device (RE) is designed to calculate and output the temperatures to be monitored (T1-T22) based on the corrected cooling medium state model (KZM).