DE102020214678A1 - Verfahren und System zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements eines Leistungsmoduls - Google Patents

Verfahren und System zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements eines Leistungsmoduls Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements des Leistungsmoduls vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Berechnen eines Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf einem Leistungsverlust und einem thermischen Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements und das Berechnen eines Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des zweiten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf einem Leistungsverlust und einem thermischen Widerstand des zweiten Leistungshalbleiterbauelements. Ein Temperaturvorhersagewert der Wärmesenke wird durch Subtrahieren des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements von einer durch den Temperatursensor erfassten Erfassungstemperatur berechnet. Die Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements wird dann endgültig durch Addieren des Temperaturvorhersagewertes der Wärmesenke zu dem Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des zweiten Leistungshalbleiterbauelements bestimmt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gebiet der Offenbarung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und ein System zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements eines Leistungsmoduls, und insbesondere ein Verfahren und ein System zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements eines Leistungsmoduls, das eine Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements, die keinen eingebetteten Temperatursensor aufweist, auch dann angemessen abschätzt, wenn in einem Kühlsystem, das ein Leistungsmodul mit Kühlmittel versorgt, eine Anomalie auftritt.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Im Allgemeinen wird ein Wechselrichter, der eine Gleichstromleistung umwandelt, benötigt, um eine dreiphasige Wechselstromleistung zum Antrieb eines Motors zu erzeugen. Der Wechselrichter umfasst ein Leistungsmodul mit einem Leistungshalbleiterbauelement, das einen Schaltvorgang ausführt, wie z.B. einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) und eine Diode. Das Leistungshalbleiterbauelement des Leistungsmoduls muss innerhalb einer vorgegebenen maximal zulässigen Temperatur verwaltet werden, um ein Verbrennen zu verhindern und die Lebensdauer aufrechtzuerhalten.
  • Konventionell wird die Temperatur für das Leistungsmodul durch Anwendung eines thermischen Modells verwaltet, das eine Sperrschichttemperatur des entsprechenden Leistungshalbleiterbauelements basierend auf einer Schaltfrequenz, eines Stroms, einer Spannung oder dergleichen des Leistungshalbleiterbauelements im Leistungsmodul abschätzt.
  • Eine Technik zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements unter Verwendung eines konventionellen thermischen Modells wendet die Kühlmitteltemperatur, die zur Kühlung des Leistungshalbleiterbauelements zugeführt wird, auf die Abschätzung der Sperrschichttemperatur an. Da die Kühlmitteltemperatur hauptsächlich durch einen Kühlmitteltemperatursensor gemessen wird, der an einem Einlass eines Kühlmittelkanals installiert ist, dem das Kühlmittel zugeführt wird, auch wenn das Kühlmittel nicht tatsächlich ordnungsgemäß an einen Ort transportiert wird, an dem das Leistungsmodul installiert ist, und somit die Temperatur des Leistungsmoduls ansteigt, spiegelt ein Sperrschichttemperatur-Schätzwert einen solchen Temperaturanstieg nicht ordnungsgemäß wider.
  • Insbesondere der IGBT des zuletzt kommerzialisierten Leistungshalbleiterbauelements kann einen eingebetteten Temperatursensor aufweisen, um den Temperaturanstieg aufgrund der Kühlmittelzufuhranomalie zu erkennen, aber da jedoch eine Diode, die ein anderes Leistungshalbleiterbauelement ist, den Temperatursensor nicht einbettet, wird die Sperrschichttemperatur auch dann noch als niedrig vorhergesagt, wenn die Temperatur durch die Kühlmittelzufuhranomalie erhöht ist, was zu Verbrennungen führt und die Lebensdauer des Leistungsmoduls verringert.
  • Das Vorangehende, das als Hintergrund erklärt wird, soll lediglich zum Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung beitragen und soll nicht bedeuten, dass die vorliegende Offenbarung in den Bereich des Standes der Technik fällt, der dem Fachmann bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und ein System zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements eines Leistungsmoduls bereit, das eine Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements, das keinen eingebetteten Temperatursensor aufweist, auch dann angemessen abschätzen kann, wenn in einem Kühlsystem, das ein Leistungsmodul mit Kühlmittel versorgt, eine Anomalie auftritt.
  • Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements eines Leistungsmoduls bereit, das ein erstes Leistungshalbleiterbauelement, das benachbart zu einer Wärmesenke zur Kühlung angeordnet ist und einen Temperatursensor aufweist, und ein zweites Leistungshalbleiterbauelement, das benachbart zum ersten Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist und keinen Temperatursensor aufweist, umfasst. Das Verfahren kann umfassen: Berechnen eines Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf einem Leistungsverlust und einem thermischen Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements; Berechnen eines Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des zweiten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf einem Leistungsverlust und einem thermischen Widerstand des zweiten Leistungshalbleiterbauelements; Berechnen eines Temperaturvorhersagewertes der Wärmesenke durch Subtrahieren des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements von einer durch den Temperatursensor erfassten Erfassungstemperatur; und endgültiges Bestimmen der Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements durch Addieren des Temperaturvorhersagewertes der Wärmesenke zu dem Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des zweiten Leistungshalbleiterbauelements.
  • In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Berechnen des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements umfassen: Berechnen eines Leistungsverlusts des ersten Leistungshalbleiterbauelements; und Berechnen des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements durch Multiplizieren des Leistungsverlusts des ersten Leistungshalbleiterbauelements mit einem voreingestellten thermischen Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements.
  • Zusätzlich kann das Berechnen des Leistungsverlusts des ersten Leistungshalbleiterbauelements das Berechnen des Leistungsverlusts des ersten Leistungshalbleiterbauelements unter Verwendung einer vorbestimmten Berechnungsformel für den Leistungsverlust unter Verwendung einer Vielzahl Parameter als Variablen, die einen Betrieb des Leistungsmoduls betreffen, umfassen. Der thermische Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements kann im Voraus durch ein Verfahren zur Messung einer Änderung der Temperatur des ersten Leistungshalbleiterbauelements für jeden Liter pro Minute des Kühlmittels, das durch die Wärmesenke strömt, bestimmt werden.
  • In der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Berechnen des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des zweiten Leistungshalbleiterbauelements umfassen: Berechnen eines Leistungsverlusts des zweiten Leistungshalbleiterbauelements; und Berechnen des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des zweiten Leistungshalbleiterbauelements durch Multiplikation des Leistungsverlusts des zweiten Leistungshalbleiterbauelements mit einem voreingestellten thermischen Widerstand des zweiten Leistungshalbleiterbauelements.
  • Das Berechnen des Leistungsverlusts des zweiten Leistungshalbleiterbauelements kann das Berechnen des Leistungsverlusts des zweiten Leistungshalbleiterbauelements unter Verwendung einer vorbestimmten Berechnungsformel für den Leistungsverlust unter Verwendung einer Vielzahl Parameter als Variablen, die einen Betrieb des Leistungsmoduls betreffen, umfassen. Zusätzlich kann der thermische Widerstand des zweiten Leistungshalbleiterbauelements im Voraus durch ein Verfahren zur Messung einer Änderung der Temperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements für jeden Liter pro Minute des Kühlmittels, das durch die Wärmesenke strömt, bestimmt werden.
  • Das Verfahren zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements des Leistungsmoduls kann zudem umfassen: Herabsetzen eines Betriebs des Leistungsmoduls oder Anhalten des Betriebs des Leistungsmoduls, wenn die endgültig ermittelte Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements größer als ein voreingestellter Referenzwert ist. Das erste Leistungshalbleiterbauelement kann ein IGBT und das zweite Leistungshalbleiterbauelement eine Diode sein.
  • Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein System zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements eines Leistungsmoduls bereit, das ein erstes Leistungshalbleiterbauelement, das benachbart zu einer Wärmesenke zur Kühlung angeordnet ist und einen Temperatursensor aufweist, und ein zweites Leistungshalbleiterbauelement, das benachbart zum ersten Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist und keinen Temperatursensor aufweist, umfasst. Das System kann einen Speicher umfassen, der eingerichtet ist, eine vorbestimmte Berechnungsformel für den Leistungsverlust von jedem der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelemente unter Verwendung einer Vielzahl Parameter als Variablen, die den Betrieb des Leistungsmoduls betreffen, und einen thermischen Widerstand von jedem der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelemente, der durch ein Verfahren zum Messen von Änderungen der Temperaturen der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelemente für jeden Liter pro Minute des Kühlmittels, das durch die Wärmesenke strömt, vorbestimmt ist, zu speichern; und einen Prozessor, der eingerichtet ist, eine Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf im Speicher gespeicherten Informationen und einer Erfassungstemperatur des Temperatursensors zu bestimmen.
  • Der Prozessor kann eingerichtet sein, die den Betrieb des Leistungsmoduls betreffenden Parameter zu empfangen, um den Leistungsverlust des ersten Leistungshalbleiterbauelements zu berechnen und einen Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des ersten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf dem Leistungsverlust und dem thermischen Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements zu berechnen. Zusätzlich kann der Prozessor eingerichtet sein, die Parameter zu empfangen, die den Betrieb des Leistungsmoduls betreffen, um den Leistungsverlust des zweiten Leistungshalbleiterbauelements zu berechnen und einen Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des zweiten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf dem Leistungsverlust und dem thermischen Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements zu berechnen.
  • Ferner kann der Prozessor eingerichtet sein, einen Temperaturvorhersagewert der Wärmesenke durch Subtrahieren des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements von der Erfassungstemperatur, die von dem im ersten Leistungshalbleiterbauelement vorgesehenen Temperatursensor erfasst wird, zu berechnen, und endgültig die Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements durch Addieren des Temperatur-Vorhersagewerts der Wärmesenke zum Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des zweiten Leistungshalbleiterbauelements zu bestimmen.
  • In der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Speicher eingerichtet sein, einen vorbestimmten Referenzwert für einen Vergleich mit dem zweiten Leistungshalbleiterbauelement zu speichern, und der Prozessor kann eingerichtet sein, einen Betrieb des Leistungsmoduls herabzusetzen oder den Betrieb des Leistungsmoduls zu stoppen, wenn die endgültig ermittelte Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements größer als der Referenzwert ist. Das erste Leistungshalbleiterbauelement kann ein IGBT sein und das zweite Leistungshalbleiterbauelement kann eine Diode sein.
  • Das Verfahren und System zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements des Leistungsmoduls kann die Temperatur der Wärmesenke zur Kühlung des Leistungsmoduls unter Verwendung des thermischen Modells des Leistungshalbleiterbauelements, in das der Temperatursensor eingebettet ist, und der Erfassungstemperatur des Temperatursensors ableiten und die abgeleitete Temperatur der Wärmesenke verwenden, um die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements, in das der Temperatursensor nicht eingebettet ist, vorherzusagen, wodurch die Genauigkeit der Vorhersage der Sperrschichttemperatur das Leistungshalbleiterbauelements, in das der Temperatursensor nicht eingebettet ist, verbessert wird.
  • Insbesondere können das Verfahren und das System zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements des Leistungsmoduls die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements, in das der Temperatursensor nicht eingebettet ist, sogar im Zustand vorhersagen, in dem ein Problem im System auftritt, welches das Kühlmittel für die Wärmesenke des Leistungsmoduls bereitstellt, und somit die Temperatur der Wärmesenke nicht genau erfasst wird, um die Übertemperatur der Sperrschichttemperatur das Leistungshalbleiterbauelements genau zu bestätigen, wodurch verhindert wird, dass das Bauelement zerstört wird oder der Betrieb des Bauelements unterbrochen wird und die Lebensdauer des Bauelements aufgrund der Übertemperatur der Sperrschichttemperatur verringert wird.
  • Die in der vorliegenden Offenbarung erzielbaren Effekte sind nicht auf die oben genannten Effekte beschränkt, und andere nicht erwähnte Effekte können vom Fachmann, an den sich die vorliegende Offenbarung richtet, anhand der nachfolgenden Beschreibung klar verstanden werden.
  • Figurenliste
  • Die oben genannten und andere Ziele, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung klarer verstanden, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen herangezogen wird, in denen:
    • 1 eine Planabbildung ist, die einen Teil eines Leistungsmoduls darstellt, auf das verschiedene exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewandt sind.
    • 2 eine Querschnittsabbildung ist, die ein Beispiel für einen Teil des Leistungsmoduls darstellt, auf das verschiedene exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewandt sind.
    • 3 eine Abbildung ist, das ein Leistungsmodul-Kühlsystem kurz darstellt, auf das verschiedene exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewandt sind.
    • 4 ein Blockdiagramm ist, das ein System zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 5 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es wird davon ausgegangen, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „fahrzeugartig“ oder ein anderer ahnlicher Begriff, wie dieser hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im allgemeinen einschließt, wie Personenkraftwagen einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Verbrennung, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden).
  • Obwohl die exemplarische Ausführungsform so beschrieben wird, dass eine Vielzahl von Einheiten zur Durchführung des exemplarischen Prozesses verwendet wird, wird davon ausgegangen, dass die exemplarischen Prozesse auch von einem oder mehreren Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass sich der Begriff Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardware-Einheit bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst und speziell zur Ausführung der hierin beschriebenen Prozesse programmiert ist. Der Speicher ist eingerichtet, dass dieser die Module speichert, und der Prozessor ist speziell eingerichtet, dass dieser die genannten Module ausführt, um einen oder mehrere Prozesse auszuführen, die weiter unten beschrieben werden.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient nur zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als Beschränkung der Offenbarung gedacht. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ auch die Pluralformen umfassen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Es wird ferner davon ausgegangen, dass die Begriffe „aufweist“ und/oder „aufweisend“, wenn diese in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. In der hierin verwendeten Form schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente ein.
  • Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext offensichtlich, wie hierin verwendet, wird der Begriff „etwa“ so verstanden, dass dieser innerhalb eines im Fachgebiet üblichen Toleranzbereichs liegt, z.B. innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts. Der Begriff „etwa“ kann so verstanden werden, dass dieser innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes liegt. Sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt, werden alle hierin angegebenen Zahlenwerte durch den Begriff „etwa“ modifiziert.
  • Nachfolgend werden ein Verfahren und ein System zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements eines Leistungsmoduls gemäß verschiedenen exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • Zunächst wird kurz die Struktur eines Leistungsmoduls beschrieben, auf das verschiedene exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewandt sind. 1 ist eine Planabbildung, das einen Teil eines Leistungsmoduls darstellt, auf das verschiedene exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewandt sind, und 2 ist eine Querschnittsabbildung, die ein Beispiel für einen Teil des Leistungsmoduls darstellt, auf das verschiedene exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewandt sind.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 kann ein Leistungsmodul 10 eine Vielzahl IGBTs 11 und Dioden 12 umfassen, die auf einem Substrat 13 angeordnet sind. Obwohl in 1 und 2 nicht dargestellt, können der IGBT 11 und die Diode 12 elektrisch durch eine Stromleitung miteinander verbunden sein, die als leitende Struktur oder dergleichen auf dem Substrat 13 ausgebildet ist, und die Stromleitungen können den Strom mit anderen externen elektrischen Komponenten über eine Stromleitung 14 austauschen, wie in 2 dargestellt. Zusätzlich, wenn auch nicht dargestellt, können der IGBT 11 und die Diode 12 über eine Drahtverbindung mit den Signalleitungen 15 verbunden sein, um ein Signal für die Steuerung von außen zu erhalten.
  • Das Leistungsmodul 10 kann benachbart zu einer Wärmesenke 20 angeordnet sein, um unter dem Substrat 13 in engem oder anliegendem Kontakt mit dem Substrat 13 zu sein. Zusätzlich kann durch die Wärmesenke 20 ein Kühlmittel zur Senkung der Temperatur des Leistungsmoduls strömen. Obwohl in 2 dargestellt ist, dass als Wärmesenke 20 eine Wärmesenke 20 unter dem Substrat 13 angebracht ist, sind im Stand der Technik Kühlstrukturen verschiedener Arten bekannt, und die vorliegende Offenbarung ist durch das in 2 dargestellte Beispiel nicht beschränkt. Die Liter pro Minute und die Temperatur des Kühlmittels, das zur Wärmesenke 20 strömt, können zur Vorhersage der Sperrschichttemperatur der Leistungshalbleiterbauelemente 11, 12 im Leistungsmodul 10, das später beschrieben wird, herangezogen werden.
  • In den 1 und 2 ist der IGBT 11, der einem ersten Leistungshalbleiterbauelement entspricht, ein Bauelement mit einem Temperatursensor 111 im Inneren des Bauelements. Dementsprechend kann die Sperrschichttemperatur des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11 ein vom Temperatursensor 111 erfasster Wert sein. Derweil ist die Diode 12, die einem zweiten Leistungshalbleiterbauelement entspricht, ein Bauelement, in dem der Temperatursensor nicht in das Bauelement eingebettet ist, und die Sperrschichttemperatur muss durch Berechnung mittels eines Temperaturschätzverfahrens abgeschätzt werden. Bei einer herkömmlichen Technik zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur wird die Temperatur des Kühlmittels, das durch die Wärmesenke 20 strömt, zur Berechnung der Sperrschichttemperatur verwendet, und wenn sich die Kühlmitteltemperatur, die der Berechnung zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur zugrunde gelegt wird, von der tatsächlichen Temperatur des Kühlmittels unterscheidet, das durch einen Kontaktbereich zwischen dem Leistungsmodul und der Wärmesenke strömt, kann die Abschätzung der Sperrschichttemperatur eines zweiten Leistungshalbleiterbauelements ungenau sein.
  • 3 ist ein Diagramm, das ein Leistungsmodul-Kühlsystem kurz darstellt, auf das verschiedene exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewandt sind. Wie in 3 dargestellt, kann das Leistungsmodul 10 in einem Gehäuse 40 zusammen mit anderen Komponenten zur Ausführung verknüpfter Funktionen angeordnet sein, und die Wärmesenke 20 kann so angeordnet sein, dass diese das Leistungsmodul 10 im Gehäuse 40 kontaktiert. Das Kühlmittel, das durch die Wärmesenke 20 strömt, kann von einem Kühlmitteleinlass 50 außerhalb des Gehäuses 40 zugeführt werden und ein Wassertemperatursensor 30, der zur Messung der Kühlmitteltemperatur eingerichtet ist, kann sich außerhalb des Gehäuses 40 befinden, entsprechend einem Punkt, an dem das Gehäuse 40 und der Kühlmitteleinlass 50 zusammentreffen. Mit anderen Worten, der Wassertemperatursensor 30 kann eingerichtet sein, dass dieser die Kühlmitteltemperatur unmittelbar vor der Einleitung des Kühlmittels in das Gehäuse 40 erfasst.
  • Die Kühlmitteltemperatur-Erfassungsstruktur kann eingerichtet sein, dass diese die Kühlmitteltemperatur bei einer Temperatur erfasst, die wesentlich niedriger ist als die tatsächliche Kühlmitteltemperatur in der Wärmesenke 20, selbst wenn das Kühlmittel nicht gleichmäßig in die Wärmesenke 20 geleitet wird. Dementsprechend kann, wenn die Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 des Leistungsmoduls 10 wie oben beschrieben unter Verwendung der vom Wassertemperatursensor 30 erfassten Kühlmitteltemperatur geschätzt wird, die geschätzte Sperrschichttemperatur als ein Wert berechnet werden, der niedriger als die tatsächliche Sperrschichttemperatur ist, so dass ein Versagen bei der Vorhersage eines Anstiegs der Sperrschichttemperatur ernsthafte Probleme verursachen kann, wie das Verbrennen des Bauelements oder einen Fehler im Betrieb des gesamten Systems.
  • Verschiedene exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen eine Technologie zur genaueren Abschätzung der Kühlmitteltemperatur in der Wärmesenke 20 benachbart zu dem Leistungsmodul 10 unter Verwendung der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements mit dem eingebetteten Temperatursensor bereit und somit eine genauere Abschätzung der Sperrschichttemperatur eines anderen Leistungshalbleiterbauelements, in welches der Temperatursensor nicht eingebettet ist.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das ein System zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Unter Bezugnahme auf 4 kann ein System zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Speicher 100 umfassen, der eingerichtet ist, Daten zu speichern, die für das Berechnen der Abschätzung und Bestimmung der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements oder das Berechnen der Bestimmung, ob das Leistungsmodul herabgesetzt ist, erforderlich sind, und einen Prozessor 200, der eingerichtet ist, dass dieser eine Berechnung oder Verarbeitung durchführt, um die im Speicher 100 gespeicherten Daten und Betriebsparameter des Leistungsmoduls zu empfangen, um die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements abzuschätzen und zu bestimmen, ob die Herabsetzung durchgeführt wurde.
  • Der Speicher 100 kann eingerichtet seien, dass dieser frühere Daten speichert, die erforderlich sind, um die Sperrschichttemperaturen des ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelements durch ein thermisches Modell abzuschätzen. Beispielsweise kann der Speicher 100 eingerichtet sein, dass dieser eine Berechnungsformel und einen thermischen Widerstand speichert, die zur Berechnung der Leistungsverluste des ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelements erforderlich sind. Der Prozessor 200 kann eingerichtet sein, dass dieser das Berechnen und die Datenverarbeitung zum Abschätzen der Sperrschichttemperaturen des ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelements durch das thermische Modell, Abschätzen der Temperatur der Wärmesenke und somit die Bestimmung der Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements durchführt. Darüber hinaus kann der Prozessor 200 eingerichtet sein, dass dieser die Bestimmung durchführt, um zu bestimmen, ob das Leistungsmodul entsprechend der bestimmten Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements herabgesetzt oder gestoppt ist.
  • Jeder der Funktionsblöcke 210 bis 270, die den Prozessor 200 einrichten, ist eine Einheit, die eingerichtet ist, dass diese eine Berechnung, Verarbeitung, Bestimmung oder dergleichen durchführt, die im Prozessor 200 ausgeführt wird, und deren Operationen werden durch die folgende Erläuterung eines Verfahrens zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung klar beschrieben.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 kann ein Verfahren zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung damit beginnen, ein Leistungsverlust des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11 und ein Leistungsverlust des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 in einer ersten Leistungsverlustberechnungseinheit 210 und einer zweiten Leistungsverlustberechnungseinheit 230 zu berechnen (S11, S12).
  • Der Leistungsverlust jedes der Leistungshalbleiterbauelemente kann in einen Leitungsverlust, der in einer Stromleitungssituation auftritt, und einen Schaltverlust, der beim Schalten auftritt, klassifiziert werden, und jeder Verlust kann durch eine voreingestellte Leitungsverlust-Berechnungsformel und eine Schaltverlust-Berechnungsformel berechnet werden. Die Leitungsverlust-Berechnungsformel und die Schaltverlust-Berechnungsformel können im Voraus im Speicher 100 gespeichert sein.
  • Die Berechnungsformel zur Berechnung des Leistungsverlusts des Leistungshalbleiterbauelements kann im Voraus basierend auf verschiedenen Parameter entsprechend den Eigenschaften des Wechselrichters, auf den der Typ des Leistungsmoduls (IGBT, Diode oder dergleichen) angewandt wird, eingestellt und durch verschiedene Verfahren entsprechend eines Unternehmens, welches das Leistungsmodul herstellt, oder eines Unternehmens, das Produkte wie ein Fahrzeug durch Anwendung des Leistungsmoduls herstellt, bestimmt werden. Als ein Parameter, der hauptsächlich zur Berechnung des Leitungsverlustes oder des Schaltverlustes verwendet wird, können insbesondere eine vom Leistungsmodul bereitgestellte Spannung und Strom, eine Schaltfrequenz des Leistungshalbleiterbauelements und dergleichen in Betracht gezogen werden.
  • Zum Beispiel kann die erste Leistungsverlustberechnungseinheit 210 eingerichtet sein, dass diese die Berechnungsformel zur Berechnung des Leistungsverlusts des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11, wie z.B. eines IGBT aus dem Speicher 100 liest, die Spannung und den Strom des Leistungsmoduls, die Schaltfrequenz des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11 und dergleichen von einem externen Sensor empfängt, um den Leitungsverlust und den Schaltverlust des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11 zu berechnen, und dann zwei Werte summiert, um den Leistungsverlust des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11 zu berechnen.
  • Die zweite Leistungsverlustberechnungseinheit 230 kann ebenso eingerichtet sein, dass diese den Leistungsverlust des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 auf vergleichbare Weise berechnet. Da, wie oben beschrieben, die Berechnungsformel zur Berechnung des Leistungsverlusts des Leistungshalbleiterbauelements gemäß den Herstellern des Leistungshalbleiterbauelements oder des Leistungsmoduls oder gemäß den Herstellern, die ein Fahrzeug oder dergleichen unter Verwendung des Leistungsmoduls herstellen, in eindeutiger Weise bestimmt werden kann, wird, wie oben beschrieben, auf eine detaillierte Beschreibung einer bestimmten Form der Berechnungsformel verzichtet.
  • Danach können die erste Sperrschichttemperaturberechnungseinheit 220 und die zweite Sperrschichttemperaturberechnungseinheit 240 eingerichtet sein, dass diese einen Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des ersten Leistungshalbleiterbauelements berechnen, indem der durch die Berechnungsformel erhaltene Leistungsverlust des ersten Leistungshalbleiterbauelements mit dem thermischen Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements, der im Voraus im Speicher 100 gespeichert wurde, multipliziert wird, und einen Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des zweiten Leistungshalbleiterbauelements durch Multiplizieren des durch die Berechnungsformel erhaltenen Leistungsverlusts des zweiten Leistungshalbleiterbauelements mit dem thermischen Widerstand des zweiten Leistungshalbleiterbauelements, der im Speicher jeweils 100 im Voraus gespeichert wurde (S12, S22), berechnen.
  • Der thermische Widerstand des Leistungshalbleiterbauelements kann in Abhängigkeit von den inhärenten Eigenschaften des Leistungsmoduls umfassend das Leistungshalbleiterbauelement und die Wärmeableitungseigenschaften eines Kühlers bestimmt werden. Dementsprechend kann der thermische Widerstand des Leistungshalbleiterbauelements durch ein experimentelles Verfahren im Voraus durch einen Fahrtest mit einem Ziel (z.B. einem Motor), das vom Leistungsmodul angetrieben wird, bestimmt werden, und der durch das experimentelle Verfahren im Voraus abgeleitete thermische Widerstand kann im Speicher 100 gespeichert werden.
  • Das Verfahren zur Bestimmung des thermischen Widerstands im Voraus wird im Folgenden kurz beschrieben. Das Verfahren kann die Bestimmung des thermischen Widerstands durch Ansteuerung des Leistungsmoduls umfassen, indem die Parameter (z.B. die Eingangsspannung, der Eingangsstrom und die Schaltfrequenz des Leistungshalbleiterbauelements) des Leistungsmoduls bestimmt werden, um den Leistungsverlust des Leistungshalbleiterbauelements im Voraus zu erhalten und so die Temperatur des Leistungshalbleiterbauelements im Leistungsmodul durch den Temperatursensor (z.B. eine Wärmebildkamera oder dergleichen) zu erhalten, um einen Änderungstrend der erhaltenen Temperatur zu bestätigen. Wenn z.B. der Leistungsverlust in jedem der Leistungshalbleiterbauelemente auftritt, kann die Temperatur jedes der Leistungshalbleiterbauelemente aufgrund der Eigenschaft des thermischen Widerstands ansteigen, um einen Sättigungszustand zu erreichen, und zu diesem Zeitpunkt kann ein Temperaturänderungswert (z.B. eine Endtemperatur im Sättigungszustand und eine Anfangstemperatur vor dem Anlegen des Stroms) leichter durch eine Wärmebildkamera durch Anwendung eines experimentellen Verfahrens bestätigt werden.
  • Dementsprechend kann der thermische Widerstandswert aus dem durch die Wärmebildkamera erhaltenen Temperaturänderungswert des Leistungshalbleiterbauelements und dem durch die Werte der Eingangsparameter (z.B. Strom, Spannung und Schaltfrequenz) des Leistungshalbleiterbauelements während des Experiments erhaltenen Leistungsverlustwert berechnet werden. Mit anderen Worten, der thermische Widerstandswert im Experiment kann bestimmt werden, indem der Temperaturänderungswert durch den über die Parameter berechneten Leistungsverlust geteilt wird.
  • Da der thermische Widerstandswert basierend auf den Wärmeableitungseigenschaften verändert sein kann, müssen die Liter pro Minute des durch die Wärmesenke 20 strömenden Kühlmittels betrachtet werden, um den thermischen Widerstand zu bestimmen. Dementsprechend kann das thermische Widerstandsexperiment einen thermischen Widerstandsmessungstest durchführen, indem die oben genannten Eingangsparameter angewendet werden, während die Liter pro Minute (LPM) des Kühlmittels geändert werden, um den thermischen Widerstand abzuleiten, der den Liter pro Minute jedes Kühlmittels entspricht. Die Daten des thermischen Widerstands, die den Litern pro Minute des Kühlmittels entsprechen, können im Voraus im Speicher 100 gespeichert werden, und die erste Sperrschichttemperaturberechnungseinheit 220 und die zweite Sperrschichttemperaturberechnungseinheit 240 können eingerichtet sein, dass diese Informationen über die Liter pro Minute des Kühlmittels von einem Durchflussmesser (nicht abgebildet) erhalten, der in einem Kühlmittelversorgungssystem vorgesehen ist, das die Wärmesenke 20 mit Kühlmittel versorgt, den entsprechenden thermischen Widerstand aus dem Speicher 100 auslesen und dann die Sperrschichttemperatur-Vorhersagewerte des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11 und des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 berechnen.
  • Anschließend kann eine Wärmesenkentemperaturberechnungseinheit 250 eingerichtet sein, dass diese den Temperaturvorhersagewert der Wärmesenke berechnet, indem diese den von der ersten Sperrschichttemperaturberechnungseinheit 220 berechneten Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11 von der Erfassungstemperatur subtrahiert, die von dem im ersten Leistungshalbleiterbauelement 11 eingebetteten Temperatursensor 111 erfasst wird (S31).
  • Die vom Temperatursensor 111, der im ersten Leistungshalbleiterbauelement 11 eingebettet ist, erfasste Erfassungstemperatur kann ein Temperaturwert sein, welcher der tatsächlichen Sperrschichttemperatur des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11 am nahsten kommt. Die Sperrschichttemperatur jedes der Leistungshalbleiterbauelemente kann durch Addition der Kühltemperatur durch die Wärmesenke 20 zur wärmeerzeugenden Temperatur entsprechend der jeweiligen Operation bestimmt werden. Da der Temperaturvorhersagewert, der durch das thermische Modell unter Berücksichtigung des Leistungsverlusts und des thermischen Widerstandes des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11 berechnet wurde, die Temperatur der Wärmesenke 20 nicht berücksichtigt hat, kann die Temperatur der Wärmesenke 20 durch Subtrahieren des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11, der durch die erste Sperrschichttemperaturberechnungseinheit 220 berechnet wurde, von der Erfassungstemperatur des Temperatursensors 111 entsprechend der tatsächlichen Sperrschichttemperatur des ersten Leistungshalbleiterbauelements 11 abgeschätzt werden.
  • Anschließend kann eine Temperaturbestimmungseinheit 260 eingerichtet sein, um endgültig die Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 zu bestimmen, indem der von der Wärmesenkentemperaturberechnungseinheit 250 berechnete Wärmesenkentemperatur-Vorhersagewert zu dem Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 ohne eingebetteten Temperatursensor (S32) addiert wird. Das Verfahren zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur der Leistungshalbleiterbauelements gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ferner die Bestimmung umfassen, ob das Leistungsmodul herabgesetzt oder gestoppt wird, basierend auf der Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12, die endgültig durch eine Leistungsmodulbetriebsbestimmungseinheit 270 (S33) bestimmt wird.
  • Zum Beispiel kann wenigstens ein Referenzwert, der mit der endgültig ermittelten Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 verglichen werden kann, im Speicher 100 gespeichert sein. Die endgültig bestimmte Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 kann dann mit einem gespeicherten ersten Referenzwert verglichen werden, und zwar als Reaktion auf die Bestimmung, dass die endgültig bestimmte Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 größer als der erste Referenzwert ist. Das Verfahren kann dann die Durchführung des zwangsweise Herabsetzens der Leistung des Leistungsmoduls umfassen. Der Referenzwert kann ein voreingestellter Wert sein, der als Referenz für die Bestimmung dient, ob das Herabsetzen durchgeführt wird.
  • Als weiteres Beispiel kann die Leistungsmodulbetriebsbestimmungseinheit 270 eingerichtet sein, dass diese die endgültig bestimmte Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 mit einem gespeicherten zweiten Referenzwert vergleicht und den Betrieb des Leistungsmoduls als Reaktion auf die Bestimmung, dass die endgültig bestimmte Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 größer als der zweite Referenzwert ist, stoppt. Insbesondere kann der zweite Referenzwert ein voreingestellter Wert sein, der eine Referenz für die Bestimmung ist, ob der Betrieb des Leistungsmoduls angehalten wird, und ein Wert sein kann, der größer als der erste Referenzwert ist.
  • Als weiteres Beispiel kann ein dritter Referenzwert gespeichert werden, der kleiner als der erste Referenzwert ist, und die Herabsetzung kann durch einen Vergleich mit dem ersten Referenzwert durchgeführt werden, und dann kann die Herabsetzung freigegeben werden, wenn die durch die Durchführung der Schritte (S11, S12, S21, S22, S31 und S32) ermittelte Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 12 wieder kleiner als der dritte Referenzwert ist, um es dem Leistungsmodul ebenfalls zu ermöglichen normal arbeiten zu können. Der dritte Referenzwert kann ein vorbestimmter Wert für die Rückkehr des Leistungsmoduls zu einem normalen Betrieb sein.
  • Wie oben beschrieben, können das Verfahren und das System zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements des Leistungsmoduls gemäß verschiedener exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Temperatur der Wärmesenke zur Kühlung des Leistungsmoduls ableiten, indem das thermische Modell des Leistungshalbleiterbauelements, in das der Temperatursensor eingebettet ist, und die Erfassungstemperatur des Temperatursensors verwendet werden, und die abgeleitete Temperatur der Wärmesenke zur Vorhersage der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements, in das der Temperatursensor nicht eingebettet ist, nutzen, wodurch die Genauigkeit der Vorhersage der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements, in das der Temperatursensor nicht eingebettet ist, verbessert wird.
  • Insbesondere können das Verfahren und das System zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements des Leistungsmoduls die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements, in das der Temperatursensor nicht eingebettet ist, sogar im Zustand vorhersagen, in dem ein Problem in dem System auftritt, welches das Kühlmittel für die Wärmesenke des Leistungsmoduls bereitstellt, und somit die Temperatur der Wärmesenke nicht genau erfasst wird, um die Übertemperatur der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements genau zu bestätigen, wodurch verhindert wird, dass das Bauelement kaputt geht oder der Betrieb des Bauelements gestoppt wird und die Lebensdauer des Bauelements aufgrund der Übertemperatur der Sperrschichttemperatur verringert wird.
  • Während die spezifischen exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dargestellt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Verbesserungen und Änderungen der vorliegenden Offenbarung möglich sind, ohne vom technischen Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche vorgesehen ist.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements eines Leistungsmoduls umfassend ein erstes Leistungshalbleiterbauelement, das benachbart zu einer Wärmesenke zur Kühlung angeordnet ist und einen Temperatursensor aufweist, und ein zweites Leistungshalbleiterbauelement, das benachbart zum ersten Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist und keinen Temperatursensor aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Berechnen, durch einen Prozessor, eines Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf einem Leistungsverlust und einem thermischen Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements; Berechnen, durch den Prozessor, eines Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des zweiten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf einem Leistungsverlust und einem thermischen Widerstand des zweiten Leistungshalbleiterbauelements; Berechnen, durch den Prozessor, eines Temperaturvorhersagewertes der Wärmesenke durch Subtrahieren des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements von einer durch den Temperatursensor erfassten Erfassungstemperatur; und endgültiges Bestimmen, durch den Prozessor, der Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements durch Addieren des Temperaturvorhersagewertes der Wärmesenke zum Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des zweiten Leistungshalbleiterbauelements.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements umfasst: Berechnen, durch den Prozessor, eines Leistungsverlusts des ersten Leistungshalbleiterbauelements; und Berechnen, durch den Prozessor, des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements durch Multiplizieren des Leistungsverlusts des ersten Leistungshalbleiterbauelements mit einem voreingestellten thermischen Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Berechnen des Leistungsverlusts des ersten Leistungshalbleiterbauelements das Berechnen des Leistungsverlusts des ersten Leistungshalbleiterbauelements unter Verwendung einer vorbestimmten Berechnungsformel für den Leistungsverlust unter Verwendung einer Vielzahl Parameter als Variablen, die einen Betrieb des Leistungsmoduls betreffen, umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der thermische Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements im Voraus durch Messen einer Änderung der Temperatur des ersten Leistungshalbleiterbauelements für jeden Liter pro Minute des Kühlmittels, das durch die Wärmesenke strömt, bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des Vorhersagewertes der Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements umfasst: Berechnen, durch den Prozessor, eines Leistungsverlusts des zweiten Leistungshalbleiterbauelements; und Berechnen, durch den Prozessor, des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des zweiten Leistungshalbleiterbauelements durch Multiplizieren des Leistungsverlusts des zweiten Leistungshalbleiterbauelements mit einem voreingestellten thermischen Widerstand des zweiten Leistungshalbleiterbauelements.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Berechnen des Leistungsverlusts des zweiten Leistungshalbleiterbauelements das Berechnen des Leistungsverlusts des zweiten Leistungshalbleiterbauelements unter Verwendung einer vorbestimmten Berechnungsformel für den Leistungsverlust unter Verwendung einer Vielzahl Parameter als Variablen, die einen Betrieb des Leistungsmoduls betreffen, umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der thermische Widerstand des zweiten Leistungshalbleiterbauelements im Voraus durch Messen einer Änderung der Temperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements für jeden Liter pro Minute des Kühlmittels, das durch die Wärmesenke strömt, bestimmt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Anhalten, durch den Prozessor, eines Betriebs des Leistungsmoduls als Reaktion auf die Bestimmung, dass die endgültig ermittelte Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements größer als ein voreingestellter Referenzwert ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Leistungshalbleiterbauelement ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) ist und das zweite Leistungshalbleiterbauelement eine Diode ist.
  10. System zum Abschätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungshalbleiterbauelements eines Leistungsmoduls umfassend ein erstes Leistungshalbleiterbauelement, das benachbart zu einer Wärmesenke zur Kühlung angeordnet ist und einen Temperatursensor aufweist, und ein zweites Leistungshalbleiterbauelement, das benachbart zum ersten Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist und keinen Temperatursensor aufweist, wobei das System umfasst: einen Speicher, der eingerichtet ist, eine vorbestimmte Berechnungsformel für den Leistungsverlust von jedem der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelemente unter Verwendung einer Vielzahl Parameter als Variablen und einen vorbestimmten thermischen Widerstand von jedem der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelemente, der durch ein Verfahren zum Messen von Änderungen der Temperaturen der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelemente für jeden Liter pro Minute des Kühlmittels, das durch die Wärmesenke strömt, vorbestimmt ist, zu speichern; und einen Prozessor, der eingerichtet ist, eine Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf im Speicher gespeicherten Informationen und einer Erfassungstemperatur des Temperatursensors zu bestimmen, wobei der Prozessor eingerichtet ist: Empfangen der Parameter, die den Betrieb des Leistungsmoduls betreffen, um den Leistungsverlust des ersten Leistungshalbleiterbauelements zu berechnen, und einen Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des ersten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf dem Leistungsverlust und dem thermischen Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements zu berechnen, Empfangen der Parameter, die den Betrieb des Leistungsmoduls betreffen, um den Leistungsverlust des zweiten Leistungshalbleiterbauelements zu berechnen, und einen Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des zweiten Leistungshalbleiterbauelements basierend auf dem Leistungsverlust und dem thermischen Widerstand des ersten Leistungshalbleiterbauelements zu berechnen, Berechnen eines Temperaturvorhersagewertes der Wärmesenke durch Subtrahieren des Sperrschichttemperatur-Vorhersagewertes des ersten Leistungshalbleiterbauelements von der Erfassungstemperatur, die von dem im ersten Leistungshalbleiterbauelement vorgesehenen Temperatursensor erfasst wird, und endgültiges Bestimmen der Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements durch Addieren des Temperatur-Vorhersagewertes der Wärmesenke zum Sperrschichttemperatur-Vorhersagewert des zweiten Leistungshalbleiterbauelements.
  11. System zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements des Leistungsmoduls nach Anspruch 10, wobei der Speicher eingerichtet ist, einen vorbestimmten Referenzwert für einen Vergleich mit dem zweiten Leistungshalbleiterbauelement zu speichern, und wobei der Prozessor eingerichtet ist, einen Betrieb des Leistungsmoduls als Reaktion auf die Bestimmung, dass die endgültig bestimmte Sperrschichttemperatur des zweiten Leistungshalbleiterbauelements größer als der Referenzwert ist, zu stoppen.
  12. System zum Abschätzen der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterbauelements des Leistungsmoduls nach Anspruch 10, wobei das erste Leistungshalbleiterbauelement ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) ist und das zweite Leistungshalbleiterbauelement eine Diode ist.
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