JP7581361B2 - メインコンポーネントとセンサ及びエミッタユニットとを含む電力コンポーネント並びに電力コンポーネントを有するシステム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力コンポーネント、特に電力ヒューズ及びパワー半導体デバイス、電力コンポーネントを有するモジュール及びシステム、並びに関連する方法に関する。

パワーエレクトロニクスでは、大電流のスイッチング及び／又はより高い電圧での動作が可能なパワー半導体、並びに対応する半導体ヒューズが、様々な目的のために、例えば増幅器、整流器、及び変換器において広く使用されている。使用されるパワー半導体ダイオード及びパワー半導体スイッチは、多くの場合、数百Ｖを超える電圧差で動作し、及び／又は同じ半導体片若しくは半導体本体内で大電流、例えば少なくとも数アンペアの電流を処理することが可能である。電流処理能力を更に増加させるために、いくつかのパワー半導体が並列に結合され得る。安全上の理由から、パワー半導体（複数可）は、半導体ヒューズ（複数可）によって保護され得る。

負荷に応じて、パワー半導体（半導体本体）及び／又はヒューズ本体の温度は、動作中に変化し得る。それ故に、電流－電圧特性、ダイオードの順方向電圧降下、及び半導体スイッチのスイッチング特質のようなデバイスの電子的特質は、動作中に変化し得る。これは、並列に結合されたパワー半導体間の電流不均衡につながりさえし得る。同様に、温度は、所与の電流における抵抗及び電圧降下などのヒューズの動作パラメータ、このことからその遮断容量を変化させ得る。

動作中に高電力／高電圧用途におけるデバイスの温度及び他のパラメータを確実に測定することは、複雑及び／又は高価である。これは、デバイス動作に著しい影響を与えることなくセンサが機能しなければならない（物理的）条件へのセンサの所望の適合に起因し得る。

例えば、光ファイバセンサは、原則として、高電圧条件下での測定に適しているが、多くの場合、比較的大きい（ファイバコイル）。更に、複数の異なるセンサが望まれ得る。対応する多数の光ファイバに起因して、セットアップは、より複雑になり得る。これはまた、組み立て及びメンテナンス作業をより困難にし得る。加えて、測定されたデータを測定及び評価することは複雑であり得る。更に、追加の（光）インターフェースが必要とされ得る。

このことから、動作中の電力コンポーネントの特徴付けを更に改善する必要がある。

上記を考慮して、請求項１に記載の電力コンポーネント、請求項１７に記載の電力モジュール、請求項２０に記載のシステム、請求項２８に記載の方法、請求項３０に記載の方法、及び請求項３１に記載の方法が提供される。

電力コンポーネントの実施形態によると、電力コンポーネントは、２つの電気端子と、コンポーネントハウジングと、コンポーネントハウジングによって少なくとも部分的に取り囲まれ、２つの電気端子と接続され、２つの電気端子間を流れる電流を通すように構成されたメインコンポーネントと、メインコンポーネントの動作状態を特徴付ける物理量の値を測定し、物理量の測定された値が符号化された電磁信号を放射するように構成されたセンサ及びエミッタユニットとを含む。センサ及びエミッタユニットは、電磁信号を放射するためのアンテナを含む。アンテナは、メインコンポーネントから離間され、コンポーネントハウジング中、その上、及び／又はそれに配置される。

アンテナは、通常導電性のメインコンポーネントから離間されているので、アンテナの送信／受信特質は、メインコンポーネントによって著しく（負に）影響されず、アンテナは、メインコンポーネントの特質に著しい影響を有さない。更に、電磁信号を放射するためのアンテナを使用することにより、物理量の測定された値を非接触で読み取ることができる。

これは、いくつかの更なる利点をもたらす。特に、一般的なセットアップ、特に、それらの電力コンポーネントのうちの１つ以上を使用する電力モジュール及びシステムの配線は、変更されないままとすることができる。１つ、いくつか、又は更には多数の電力コンポーネントのメインコンポーネントの動作状態を特徴付ける多数のそれぞれの測定された値であっても、簡単且つ費用効率の高い方法でこのように読み出され得る。センサ及びエミッタユニットは、比較的小さくあり得、及び／又は既存の技術を使用して、それぞれ多数及び比較的低コストで製造され得ることに留意されたい。更に、送信された測定された値は、（その後）更に分析され得る。特に、送信された測定された値は、電力コンポーネント（複数可）の状態ベースの監視及び／若しくは保護のために、電力コンポーネント（複数可）の耐用年数データ及び典型的には統計解析の収集のために、電力コンポーネントの動作の適合若しくは最適化のためにさえ、並びに／又は電力コンポーネント（複数可）の設計の適合若しくは最適化のためにさえ使用され得る。

電磁信号は、典型的には、無線周波信号、例えば、極超短波（ＵＨＦ）無線信号、即ち、３００メガヘルツ（ＭＨｚ）と３ギガヘルツ（ＧＨｚ）との間の周波範囲内の信号である。

本出願で使用される「高電圧」という用語は、少なくとも約６００Ｖ、より典型的には少なくとも約１ｋＶ、又は少なくとも約５ｋＶのａｃ電圧及びｄｃ電圧さえ包含するものとする。

本出願で使用される「高電流」及び「電流」という用語は、少なくとも約１０Ａ、より典型的には少なくとも約５０Ａ、又は少なくとも約１００Ａ若しくは１ｋＡのａｃ電流及びｄｃ電流さえ包含するものとする。

本出願で使用される「高電力」という用語は、少なくとも約２ｋＷ、より典型的には少なくとも約５ｋＷ、又は少なくとも約１５ｋＷの電力さえ包含するものとする。

同様に、本出願で使用される「電力コンポーネント」という用語は、少なくとも約２ｋＷ、より典型的には少なくとも約５ｋＷ、又は少なくとも約１５ｋＷの電力さえ包含するものとする。

それ故に、メインコンポーネントの定格電流は、少なくとも約１０Ａであり、及び／又はメインコンポーネントの定格電力は、少なくとも約２ｋＷである。

更に、電力コンポーネントは、典型的には高電圧コンポーネントである。

特に、メインコンポーネントの定格電圧は、典型的には少なくとも約６００Ｖ、より典型的には少なくとも約６８０Ｖ、又は少なくとも約１ｋＶでさえ若しくは更に約５ｋＶでさえある。

電力コンポーネントは、電流を制御するように、特に電流を増幅、スイッチング、及び／又は遮断するように構成され得る。

特に、電力コンポーネントは、パワー半導体デバイス、特に縦型パワー半導体デバイス、又は電力ヒューズ、典型的にはそれぞれのいわゆる半導体ヒューズ、即ち、過負荷及び／又は短絡からパワー半導体デバイスを保護するように適合されたヒューズであり得る。遮断能力（ヒューズが安全に遮ることができる最大電流）は、例えば、ヒューズが適合されるパワー半導体デバイスの定格電流の１０倍に相当し得る。

パワー半導体デバイスは、パワー半導体ダイオード、パワー半導体トランジスタ、及び／若しくはパワー半導体スイッチとして実装され得、並びに／又は１つ以上のパワー半導体ダイオード及び／若しくは１つ以上のパワー半導体スイッチ、特に電力サイリスタ、電力ＭＯＳＦＥＴ、若しくは電力ＩＧＢＴなどのそれぞれのパワー半導体トランジスタを含み得る。

パワー半導体ダイオード及びパワー半導体スイッチのメインコンポーネントは、典型的には、それぞれの（構造化された）半導体本体又はダイを含む。半導体本体又はダイは、２つの電気端子間に機能的に結合された整流接合、特にｐｎ接合を含み得る。デバイスタイプに応じて、半導体本体又はダイはまた、いくつかのｐｎ接合を含み得る。同様に、２つの電気端子はまた、２つよりも多くの端子、例えば、（例えば、ダイオード及び／又はサイリスタを参照する実施形態におけるような）アノード及びカソード端子などの２つの電力端子と、（例えば、ＭＯＳＦＥＴ及び／又はサイリスタを参照する実施形態におけるような）２つの電力端子間の電流を制御及び／又はスイッチングするためのゲート端子などのスイッチング端子とを含み得る。

電力ヒューズのメインコンポーネントは、典型的には、導電性素子、特に較正された導電体を含むか、又はそれによって形成される。導電性素子は、充填材によって取り囲まれ、それぞれハウジング及びヒューズ本体によって囲まれ得る。加えて、電力ヒューズは、ヒューズトリップを示す及び／又は遠隔シグナリングするための補助スイッチを含み得る。

センサ及びエミッタユニットは、典型的には低電力ユニットである。以下では、センサ及びエミッタユニットは、感知及び放射ユニットとも呼ばれる。

本出願で使用される「低電力」という用語は、最大で約５Ｗ、より典型的には最大で約２Ｗ、又は最大で約１Ｗの電力さえ包含するものとする。

それ故に、センサ及びエミッタユニットの定格電力は、最大で５Ｗ、より典型的には最大で約２Ｗ、又は更に最大で約１Ｗでさえある。

これは、内部電源を再充電又は交換することなく、より長い時間にわたってセンサ及びエミッタユニットを動作させることを可能にする。

典型的には、センサ及びエミッタユニットは、低電力エミッタ、特にリーダとの双方向性通信のための低電力トランスポンダを含む。

低電力トランスポンダは、それぞれのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）トランスポンダ又はＲＦＩＤトランスポンダ、特にアクティブＲＦＩＤタグ又はパッシブＲＦＩＤタグでさえあり得る。

更に、センサ及びエミッタユニットは、１つ以上のＲＦＩＤセンサ又は１つ以上のＢｌｕｅｔｏｏｔｈセンサによって提供され得る。

低コストに加えて、ＲＦＩＤタグは、それらを電力コンポーネントに組み込むことを容易にする小型サイズを可能にする更なる利点を提供する。

パッシブＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤリーダから送られる電磁エネルギーによって電力供給することができるため、内部電源を必要としないという追加の利点を有する。

また更に、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈトランスポンダ又はＲＦＩＤトランスポンダを有するセンサ及びエミッタユニットは、設計によって既に、電力コンポーネントについての識別子を電磁信号中に追加的に符号化するように構成され得る。これは、転送された測定された値のより後の評価を容易にし得る。

代替として又は加えて、センサ及びエミッタユニットは、少なくとも一時的に物理量のいくつかの測定された値を記憶し、物理量のいくつかの測定された値を電磁信号中に、典型的にはそれぞれの測定時間と共に符号化するように構成され得る。

更に、センサ及びエミッタユニットは、センサユニットと、典型的にはワイヤード接続でセンサユニットと機能的に接続され、アンテナを含むか、又は少なくともアンテナに接続されたエミッタユニットとを含み得る。

センサユニットは、典型的には、物理量を表すアナログ入力信号をデジタル値に変換し、デジタル値を記憶し、デジタル値を処理し、並びに／又はデジタル値及び／若しくは処理されたデジタル値をエミッタユニットに転送するように構成される。

エミッタユニットは、センサユニットから離間されさえし得る。これは、センサユニットが測定点のより近くに配置され得、対応するデジタル値（複数可）が、雑音の多い条件下であっても、少なくともアンテナの近くに配置されたエミッタユニットに安全に転送され得るので、測定された値（複数可）の測定及び送信を容易にし得る。

センサ及びエミッタユニットはまた、１つのエミッタユニットと機能的に結合された２つ以上のセンサユニットを含み得る。

代替として、電力コンポーネントは、２つ以上のセンサ及びエミッタユニットを含み得る。

センサ及びエミッタユニット（複数可）は、各々がメインコンポーネントの動作状態を特徴付けるそれぞれの物理量の値を測定するように構成された少なくとも２つのセンサを含み、及び／又は実装し得る。例えば、センサ及びエミッタユニット（複数可）は、２つ以上の温度値（温度とも呼ばれる）を測定するように構成され得る。

特に、センサ及びエミッタユニットは、各々がメインコンポーネントの動作状態を特徴付ける異なる物理量の値を測定するように構成され得る。

例えば、センサ及びエミッタユニットは、それぞれ、メインコンポーネントの温度、２つの電気端子のうちの１つ若しくは更には各々の温度、２つの電気端子のうちの１つ若しくは更には各々の電圧、並びに／又はメインコンポーネント及び２つの端子の両端の電圧降下を測定するように構成され得る。

アンテナは、典型的には少なくとも実質的に平坦であり、及び／又はコイルアンテナとして実装される。

更に、アンテナは、外側又はコンポーネントハウジングの表面に配置され得る。これは、送受信状態が通常特に良好なためである。

少なくともアンテナは、典型的にはコンポーネントハウジングに取り付けられ、例えばコンポーネントハウジングの外面に取り付けられる。

特に、センサ及びエミッタユニットとしてそれぞれ１つ以上のＲＦＩＤタグ及びＲＦＩＤセンサを有する電力コンポーネントを参照する実施形態では、センサ及びエミッタユニットは、単にコンポーネントハウジングに接着され得る。

コンポーネントハウジングは、典型的には、誘電体又はセラミックを含むか、又はそれらから作られさえする。

コンポーネントハウジングは、メインコンポーネントを実質的に囲み得、典型的には、２つの電気端子のための、及び任意選択で、センサ及びエミッタユニットをメインコンポーネントにおける１つ以上の測定点、電気端子、及び／又はメインコンポーネントによって提供される１つ以上の測定端子とさえ接続するための電線のためのそれぞれの開口部、ダクト、又はビアを含む。

例えば、測定端子は、温度測定を可能にする一体型構造、例えば、メインコンポーネントのｐｎ接合の近く、メインコンポーネントの半導体本体の中心又はヒューズ本体の中心の近くに配置されたそれぞれの一体型抵抗構造と電気的に接触していることがある。

この点に関して、接合温度は、典型的には、半導体デバイスの動作状態を特徴付けるために特に重要であることに留意されたい。ヒューズに関して、端子における温度及び／又はヒューズ本体のコア温度は、動作状態を特徴付けるために特に重要であり得る。

本出願で使用される「ハウジング」という用語は、「ケーシング」という用語を包含するものとする。

電力コンポーネントとしてパワー半導体デバイスを参照する実施形態では、メインコンポーネントは、典型的には少なくとも実質的に円筒形状であり、より典型的には少なくとも実質的に典型的に平坦な直円筒形状であり、特に（半導体）ウェハディスク形状である。同様に、電気端子（複数可）は、少なくとも実質的にそれぞれの円筒形状であり得、及び／又はコンポーネントハウジングは、少なくとも実質的に中空円筒、典型的には対応する中空直円筒形状であり得る。

更に、メインコンポーネント及び／又はメインコンポーネントの半導体本体の直径は、少なくとも約２インチ、典型的には約２インチ～約６インチの範囲である。

半導体本体は、典型的には整流接合を含む。

断面、特に、少なくとも実質的に円筒形状の半導体本体の頂部基部及び底部基部によってそれぞれ形成された主表面（複数可）に平行な断面では、整流接合は、少なくとも実質的に半導体本体を通って延在し得、及び／又は少なくとも実質的に主表面（複数可）に平行に向けられ得る。

更に、整流接合は、２つの電気端子間に機能的に接続され得、及び／又は２つの電気端子間に電流を通すように構成され得る。

整流接合は、特に、半導体本体のｐ型半導体領域とｎ型半導体領域との間に形成されたＰＮ接合であり得る。

典型的には、ｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域の各々は、２つの電気端子のうちの１つとオーミック接触している及び／又はそれによって少なくとも実質的に覆われる。

センサ及びエミッタユニットは、整流接合の温度及び／又は半導体本体のコア温度を測定するように構成され得る。

この目的のために、電力コンポーネントは、センサ及びエミッタユニットと（オーミック）接触し、整流接合に若しくはその近くに配置された一体型抵抗構造、並びに／又はセンサ及びエミッタユニットと（オーミック）接触し、半導体本体の中心に若しくはその近くに、特に少なくとも実質的に円筒形状の半導体本体の円筒軸に対して及び／若しくは円筒軸に若しくはその近くに配置された一体型抵抗構造を有し得る。

更に、パワー半導体デバイスは、プレスパック半導体デバイス又はプレス半導体デバイスであり得る。

電力コンポーネントとして電力ヒューズを参照する実施形態では、コンポーネントハウジングは、典型的にはヒューズ本体を提供する。

電力ヒューズのメインコンポーネントはまた、少なくとも実質的に（直）円筒形状であり得るが、典型的には円筒形状ではない。電力ヒューズは、特にスクエアボディ設計であり得る。電力ヒューズの電気端子は、フラッシュエンド設計を有し得る。

センサ及びエミッタユニットと（オーミック）接触している抵抗構造は、ヒューズ本体の中心、特にヒューズ本体及び／若しくはメインコンポーネントの長手方向軸及び／若しくは円筒軸に対する中心に若しくはその近くに配置され、並びに／又はメインコンポーネントに若しくはその近くに、特にメインコンポーネントの側面に若しくはその近くに配置され得る。

実施形態によると、電力モジュールは、本明細書で説明するような少なくとも２つの電力コンポーネント、例えば複数のそれぞれのコンポーネントを含む。

典型的には、電力コンポーネントは、互いに対で接続される。

より具体的には、電力モジュールは、並列又は直列に少なくとも対で接続された２つ以上のそれぞれのパワー半導体デバイス、例えば、並列に接続された２つ以上のそれぞれの電力サイリスタを含み得る。電力モジュールは、並列及び／又は直列に少なくとも対で接続された複数のそれぞれのパワー半導体デバイス、例えば、少なくとも並列に対で接続された２４個まで又はそれよりも更に多くの電力サイリスタを含みさえし得る。

代替として又は加えて、電力モジュールは、直列に接続されたパワー半導体デバイス及び電力ヒューズの１つ以上の対を含み得る。

代替として又は加えて、電力モジュールは、直列に接続された第１のパワー半導体デバイス及び第１の電力ヒューズを有する第１のサブモジュールと、第１のサブモジュールと接続され、直列に接続された第２のパワー半導体デバイス及び第２の電力ヒューズを有する第２のサブモジュールとを含み得る。

電力モジュールは、電力変換器、特に電力整流器又は電力逆変換器などのパワーエレクトロニクスデバイスを形成し得るか、又はその一部であり得る。

実施形態によると、システムは、本明細書で説明するような１つ以上の電力コンポーネントを含むか、又は本明細書で説明するような１つ以上の電力モジュールと、電力コンポーネント（複数可）から電磁信号（複数可）を受信し、物理量（複数可）の測定された値（複数可）を復号するように構成された受信ユニットと、受信ユニットと接続可能であり、電力コンポーネント（複数可）のメインコンポーネントの動作状態及び／又は電力モジュール（複数可）の動作状態を分析するために、物理量（複数可）の復号された測定された値（複数可）を使用するように構成された評価ユニットとを含む。

受信ユニットは、それぞれのリーダ、例えばアクティブＲＦＩＤリーダとして実装され得る。

更に、受信ユニットは、受信ユニットをデータネットワークに接続するためのネットワークインターフェース、特に、受信ユニットとデータネットワーク、特にグローバルデータネットワークとの間でデジタル信号及び／又はデジタルデータを送受信するように構成されたネットワークインターフェース、例えば、それぞれのワイヤレスインターフェース（例えば、Ｗｉ－Ｆｉインターフェース）を含み得る。

データネットワークは、ＬＡＮ、ＷＡＮ、又はインターネットなどのＴＣＰ／ＩＰを使用するイーサネット（登録商標）ネットワークであり得る。データネットワークは、クラウドなどの分散ストレージユニットを備え得る。アプリケーションに応じて、クラウドは、パブリック、プライベート、ハイブリッド、又はコミュニティクラウドの形態であり得る。

受信ユニットは、典型的には、データネットワークから受信されたコマンドを実行するためにネットワークインターフェースに動作可能に接続される。コマンドは、受信ユニット及び電力コンポーネント（複数可）を制御するための制御コマンドを含み得る。コマンドは、状態要求を含み得る。状態要求に応答して、又は事前の状態要求なしで、受信ユニットは、ネットワークインターフェースに状態情報を送るように適合され得、ネットワークインターフェースは、次いで、ネットワークを通して状態情報を送るように適合される。コマンドは、更新データを含む更新コマンドを含み得る。この場合、受信ユニットは、更新コマンドに応答して、及び更新データを使用して、更新を開始するように適合され得る。

同様に、評価ユニットはまた、データネットワークに評価ユニットを接続するための対応するネットワークインターフェースを含み得る。

それ故に、評価ユニットは、受信ユニットに対して遠隔であり得る。

評価ユニットは、典型的には、電力コンポーネント（複数可）の経年劣化状態を推定するために、並びに／又は電力コンポーネント（複数可）についての警告メッセージ、メンテナンス推奨、及び／若しくは制御パラメータを決定するために、復号された測定された値（複数可）を使用するように構成される。

特に、評価ユニットは、電流の電流強度と電力コンポーネントのうちの少なくとも２つの間の電流分布とのうちの少なくとも１つを決定するために、復号された測定された値（複数可）を使用するように構成され得る。これらの値は、例えば、電力コンポーネント（複数可）についての制御パラメータ（複数可）、特に、電流強度及び／若しくはスイッチング特性を参照する制御パラメータ（複数可）、並びに／又はメンテナンス推奨を決定するために使用され得る。

評価ユニットは、制御パラメータ（複数可）を使用して電流分布に影響を及ぼすように構成されさえし得る。

更に、評価ユニットは、電力コンポーネントの異なる物理量の測定された値を復号するように、並びに／又は電力コンポーネントの温度、電圧、及び／若しくは電圧降下の測定された値（複数可）を復号するように構成され得る。

また更に、評価ユニットは、電力コンポーネントの現在温度依存特性、特に電力コンポーネントの電気抵抗、電気抵抗率、導電力、及び／又は導電率を決定するように構成され得る。

方法の実施形態によると、本方法は、電力コンポーネントのメインコンポーネントの動作状態を特徴付ける物理量の値を測定するために、電流を通すように構成された電力コンポーネントのセンサ及びエミッタユニット、特に本明細書で説明するような電力コンポーネントのセンサ及びエミッタユニットを使用することと、物理量の測定された値が符号化された電磁信号を放射するために、センサ及びエミッタユニットのアンテナを使用することとを含む。

本方法は、典型的には、電磁信号を受信することと、符号化された値を復号することとを更に含む。

更に、本方法は、動作状態を決定するために、電力コンポーネントについての制御パラメータを変更するために、電力コンポーネントの経年劣化状態を推定するために、並びに／又は電力コンポーネントについての警告メッセージ及び／若しくはメンテナンス推奨を決定するために、復号された値を使用することを更に含み得る。

電力コンポーネント、特に本明細書で説明するような電力コンポーネントを製造するための方法の実施形態によると、本方法は、電流を通すように構成されたメインコンポーネントと、メインコンポーネントの動作状態を特徴付ける物理量の値を測定し、物理量の測定された値が符号化された電磁信号を放射するように構成されたセンサ及びエミッタユニットとを提供することと、誘電体でメインコンポーネントを少なくとも部分的に包み込み、センサ及びエミッタユニットのアンテナがメインコンポーネントから離間されるように誘電体中に、それに、及び／又はその上にセンサ及びエミッタユニットを取り付けることとを含む。

例えば、メインコンポーネントは、誘電体で包み込むことによってモジュールハウジングを設けられ得る。その後、センサ及びエミッタユニットは、モジュールハウジング及び誘電体にそれぞれ取り付けられ、例えば、モジュールハウジングの外側に接着され得る。その後、センサ及びエミッタユニットは、端子における及び／又はメインコンポーネントの測定点に配線され得る。

他の実施形態は、（不揮発性）コンピュータ可読記憶媒体又はデバイス、及び１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体又はコンピュータ記憶デバイス上に記録された１つ以上のコンピュータプログラムを含む。１つ以上のコンピュータプログラムは、システム、特に本明細書で説明するようなシステムの１つ以上のプロセッサによって実行されると、システムに動作又はプロセスを実行させる命令を含むことによって、特定の動作又はプロセスを実行するように構成することができる。

方法、特に監視方法の実施形態によると、本方法は、本明細書で説明するような電力モジュールを提供することと、電力モジュールの少なくとも２つの電力コンポーネントのセンサ及びエミッタユニットのうちの少なくとも１つから物理量の１つ以上のそれぞれの測定された値を受信することと、受信された測定された値（複数可）を更に処理することとを含む。

更なる処理は、典型的には、以下のプロセスのうちの少なくとも１つを含む：温度を決定することと、温度分布を決定することと、温度を監視することと、温度分布を監視することと、電流フローを決定することと、電流フロー分布を決定することと、電流フローを監視することと、電流フロー分布を監視することと、温度分布の不均衡、及び／又は電流フロー分布の不均衡、例えば、所定の時間よりも長く続くときに有害であり得るそれぞれの不均衡を検出すること。

電流フロー及び／又は電流フロー分布を決定することは、電力モジュールの電力ヒューズの電気端子間の所与の電気抵抗、特に、電力ヒューズのそれぞれの耐寒性を考慮に入れることを含み得る。

本方法は、典型的には、（潜在的に有害な）不均衡（複数可）、温度（複数可）、及び／又は電流を検出した後に、電力モジュールの経年劣化を推定すること、警告（メッセージ）を発すること、電力モジュールのためのメンテナンス又は修理をスケジュールすること、電力モジュールを動作させるために、少なくとも１つの更新された制御パラメータを決定すること、及び／又は電力モジュールを制御するために、少なくとも１つの更新された制御パラメータを使用することを更に含み得る。

当業者は、以下の発明を実施するための形態を読み、添付の図面を見ることにより、追加の特徴及び利点を認識するであろう。

図におけるコンポーネントは必ずしも縮尺通りではなく、代わりに本発明の原理を例示することに重点が置かれている。その上、図では、同様の参照番号は対応する部分を示す。図面は、以下の通りである。

実施形態による電力コンポーネントを通る断面図を例示する。 実施形態による電力コンポーネント上の図を例示する。 実施形態による電力コンポーネント上の図を例示する。 実施形態による電力コンポーネントを通る断面図を例示する。 実施形態による電力コンポーネントを通る断面図を例示する。 実施形態による電力モジュールの概略図である。 実施形態による電力モジュールの概略図である。 実施形態によるシステムのブロック図である。 実施形態による電力コンポーネントを監視するための方法のフローチャートである。 実施形態による電力コンポーネントを製造するための方法のフローチャートである。 実施形態による電力モジュールの概略図である。 実施形態による電力モジュールの概略図である。 実施形態による方法のフローチャートである。

ここで様々な実施形態への参照が詳細に行われ、それらの１つ以上の例が各図面に例示される。各例は説明のために提供されており、限定を意味するものではない。例えば、一実施形態の一部として例示又は説明する特徴は、任意の他の実施形態上で、又はそれと併せて使用されて、また更なる実施形態をもたらすことができる。本開示は、そのような修正及び変形を含むことが意図される。

以下の図面の説明内では、同じ参照番号は、同じ又は同様の構成要素を指す。一般に、個々の実施形態に関する相違点のみを説明する。別段の指定がない限り、一実施形態における部分又は態様の説明は、別の実施形態における対応する部分又は態様にも適用される。

図１Ａは、電力コンポーネント１００を通る概略断面図を示す。例証的な実施形態では、電力コンポーネント１００は、コンポーネントハウジング１２０を形成するセラミックヒューズ本体によって横方向に取り囲まれた機能的なメインコンポーネントとして導電性素子１１０を有する電力ヒューズである。ヒューズ本体１２０は、例えば中空円筒形状であり得る。導電性素子は、２つの電気端子１１１、１１２と電気的に接触しており、端子１１１、１１２間で電流を通し、所定の閾値電流を超える電流を遮断し得る。電磁信号を放射するためのアンテナ１３３を有するセンサ及びエミッタユニット１３０が、ヒューズ本体１２０の外面上に配置され、それに取り付けられる。配線１３５によって示すように、センサ及びエミッタユニット１３０は、導電性素子１１０の表面に隣接して、又は表面にさえ配置された測定チップと接続され得る。図面における任意の配線は、１本のワイヤ、１対のワイヤ、又は２本よりも更に多くのワイヤに相当し得ることに留意されたい。

それ故に、センサ及びエミッタユニット１３０は、デバイス動作中に導電性素子１１０のコア温度値を測定し、電磁信号中に符号化されたコア温度値をアンテナ１３３を介してリーダ（図示せず）に放射し得る。明確にするために、充填材などの電力ヒューズ１００の更なる任意選択の詳細も図１Ａに示さない。

これは、測定された温度値を非接触で転送し、電力コンポーネント１００の動作状態を少なくとも特徴付けるために遠隔で更に処理することを可能にする。

破線の配線１３５’によって示すように、センサ及びエミッタユニット１３０は、代替として又は加えて、端子１１２（又は両方の端子でさえ）の温度値を測定し、端子温度値（複数可）を符号化された形式で電磁信号で放射し得る。

それぞれの温度値は、約－４０℃～約１２５℃（コア温度を測定するため）又は約－４０℃～約＋８５℃（端子温度を測定するため）の温度範囲について、及び／又は少なくとも０．５℃の精度で測定され得る。

図１Ｂは、電力コンポーネント１００’のセクションの概略図を示す。電力コンポーネント１００’は、図１Ａに関して上記で説明した電力コンポーネント１００と同様であり、電力ヒューズでもあり得る。しかしながら、電力コンポーネント１００’のセンサ及びエミッタユニット１３０’は、ＲＦＩＤ温度センサとして実装される。ＲＦＩＤ温度センサ１３０’は、適切な測定回路を有するセンサユニット１３１と、フラットコイルアンテナ１３３を有するエミッタユニット１３２とを有する。

電力コンポーネント１００’’のセクションの概略図を例示する図１Ｃに示すように、ＲＦＩＤセンサ１３０’’のセンサユニット１３１及びエミッタユニット１３２は、互いに離間され得るが、典型的にはワイヤード接続を介して互いに機能的に結合される。

図１Ｄは、電力コンポーネント２００を通る概略断面図を示す。電力コンポーネント２００は、典型的には、図１Ａ～図１Ｃに関して上記で説明した電力コンポーネント１００～１００’’と同様であり、典型的には電力ヒューズ、特にそれぞれの半導体ヒューズでもある。しかしながら、図１Ｄの例証的な実施形態では、ヒューズ本体（コンポーネントハウジング）２２０に取り付けられたセンサ及びエミッタユニット２３０は、それぞれのワイヤ２３５を介して両方の電気端子２１１、２１２と接続される。

センサ及びエミッタユニット２３０は、典型的には、端子２１１、２１２における電圧を測定するように構成される。更に、センサ及びエミッタユニット２３０は、２つの端子２１１、２１２間の電圧降下を決定するように構成され得る。

上記で説明したように、センサ及びエミッタユニット２３０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈセンサ又はＲＦＩＤセンサとして、例えばＲＦＩＤ電圧測定センサとして、特に例証的な実施形態におけるそれぞれのバッテリフリーＲＦＩＤタグとして実装され得る。

より具体的には、センサ及びエミッタユニット２３０は、高電力条件下／高電力用途、特に高電力整流器用途（図２Ａ、２Ｂも参照）であっても、それぞれ、半導体ヒューズ２００及びそのメインコンポーネント（導電性素子）２１１の両端のＡＣ電圧降下を測定するように構成され得る。

電圧測定は、例えば、それらの用途において電流分布（オンライン）を監視するために使用され得る。代替として又は加えて、ヒューズ２００の動作状態の情報は、測定された値から決定され得る。

センサ及びエミッタユニット２３０は、ヒューズ２００の両端のＡＣ電圧パルスを測定し、平均化され得るそれぞれのＲＭＳ値を計算するように構成され得る。この点に関して、測定電圧は正弦波形でないことがあり、例えば、パルスＤＣ電圧さえ使用され得、ゆがんでいる可能性があることに留意されたい。

更に、センサ及びエミッタユニット２３０は、典型的には、（ＡＣ）ヒューズ２００が遮断されたときにいかなるアークも作成しないように保護され、例えば２ｋＶのＡＣの完全な電圧降下がヒューズ２００及び従ってセンサ及びエミッタユニット２３０の両端に印加される。しかしながら、これは、典型的には、半導体ヒューズ２００が直列に接続されるパワー半導体デバイスの仕様に依存する。

例えば、センサ及びエミッタユニット２３０は、以下の仕様のうちの１つ以上又は全てさえ満たし得る：
定格測定電圧：８０～２５０ｍＶ、
定格周波数：５０／６０Ｈｚ、
測定モード：ＲＭＳ、任意選択で平均、
測定更新サイクルレート：≦１０ｓ、
絶縁電圧入力／出力：５ｋＶ、
温度測定範囲：－４０～≧１２５℃、
タイプ：ＲＦＩＤ、
リーダと通信するための周波数範囲：ＵＨＦ、及び、
サイズ：数平方センチメートル、典型的には２５ｃｍ²未満。

センサ及びエミッタユニット２３０は、ヒューズ本体２２０上の補助接点（図示せず）と同様に配置され得る。

更に、センサ及びエミッタユニット２３０の回路は、典型的には、非導電性ハウジング材料によって囲まれる。これは、それが典型的には高電圧（ＨＶ）条件下で、例えばＨＶ電子スタックにおいて使用されるからである。更に、センサ及びエミッタユニット２３０は、典型的には、近くに多くの金属製（ステンレス鋼、アルミニウム、銅）がある環境において使用される。

任意選択で、センサ及びエミッタユニット２３０は、図１Ａ～１Ｃに関して上記で説明したような温度測定のために、特に端子（接続）温度を測定するために更に構成される。

図１Ｅは、縦型パワー半導体デバイスとして、より具体的にはパワー半導体ダイオードとして実装された電力コンポーネント３００を通る概略断面図を示す。これは、半導体本体３１０のｐ型半導体領域とｎ型半導体領域との間のＰＮ接合を表す破線によって示し、それらの各々は、２つの電力端子３１１、３１２のうちの１つとオーミック接触している。

例証的な実施形態では、半導体本体３１０は、例えば（上から見たときに）実質的にリング形状であり得る誘電体コンポーネントハウジング３２０によって横方向に囲まれている。

更に、センサ及びエミッタユニット３３０が、ハウジング３２０の横方向外側上に及び横方向外側に配置されている。

配線３３５によって示すように、センサ及びエミッタユニット３３０は、典型的には、半導体本体３１０と機能的に接続され、半導体本体３１０のコア温度、より具体的には、少なくとも電力ダイオード３００のＰＮ接合に近い温度を測定するように構成される。

この目的のために、一体型抵抗構造は、整流接合に又はその近くに、及びＰＮ接合（円筒軸）に対して典型的には少なくとも実質的に垂直である半導体本体３１０の中心軸に対する半導体本体の中心に又はその近くに、配置される。

代替として又は加えて、センサ及びエミッタユニット３３０は、電力端子３１１、３１２における電圧を測定するように、及び／又は電力端子３１１、３１２間の電圧降下を決定するように構成され得る。これらの測定は、例えば、並列に接続された電力ダイオード間の電流不均衡を直接測定するために使用され得る。

更に、センサ及びエミッタユニットは、半導体本体中の異なる点で温度を測定するように構成され得る。それ故に、温度プロファイルは、デバイス動作中に決定され得る。特に、複数のそれぞれのセルを典型的に有する電力ＭＯＳＦＥＴ及び電力ＩＧＢＴを参照する実施形態では、セル間の温度差は、セル間の電流分布、更には経年劣化に関する情報を提供し得る。

更なる実施形態では、センサ及びエミッタユニットは、代替として又は加えて、それぞれのデバイスの動作状態を特徴付ける１つ以上の他の物理量の値を測定するように構成され得る。

センサ及びエミッタユニット３３０はまた、コンポーネントハウジング３２０中に少なくとも部分的に配置され得る。例えば、センサ及びエミッタユニット３３０は、半導体本体３１０を包み込むために使用される鋳造複合材中に鋳造され得る。

図２Ａは、直列に接続された２つの電力コンポーネント２００、３００によって形成された電力モジュール５００、即ち、図１Ｅに関して上記で説明したようなパワー半導体ダイオード３００及び図１Ｄに関して上記で説明したような対応する半導体ヒューズ２００の概略図を示す。

明確にするために、パワー半導体ダイオード３００のコア温度、及び端子温度、及びヒューズ２００の両端の電圧降下についての値をそれぞれ測定し、非接触で送信するために使用され得るそれぞれのセンサ及びエミッタユニットは、図２Ａには示さない。これらの値は、動作中に電力モジュール５００又はいくつかの電力モジュールさえも監視するために使用され得る。

後者は、各々が典型的には図２Ａに関して説明したような電力モジュール５００に対応する６つの電力モジュール５０１～５０６から成る例証的な３相電力整流器６００の概略図を示す図２Ｂと、各々が典型的には図２Ａに関して説明したような電力モジュール５００に対応するＮ個の電力モジュール５０１～５０Ｎ（Ｎは、３、７、又は１５よりも大きくありさえし得る正の整数である）から成る例証的な電力整流器５５０の概略図を示す図３Ａとに例示する。例示する電力モジュール５０１～５０６、５０１～５０Ｎは、各々が直列に接続されたパワー半導体デバイス及び電力ヒューズを備える、及び／又はそれらから成るそれぞれのサブモジュールと見なされ得る。

電力ヒューズ２００の温度測定及び電圧降下測定に基づいて、６つのモジュール５０１～５０６の各々を通って流れるそれぞれの電流Ｉ₁～Ｉ₆（図２Ａ）及びＮ個のモジュール５０１～５０Ｎの各々を通って流れるそれぞれの電流Ｉ₁～Ｉ_N（図３Ａ）は、ヒューズ２００の各々の両端の電圧降下が測定され、ヒューズ２００の各々の抵抗が、測定された対応するヒューズ温度に従って補正され得るので、それぞれ高精度で決定され得る。

加えて、電力ダイオード３００の温度を測定することは、電力整流器５５０、６００内の電流分布を決定するために必要とされないが、電力デバイスの長期監視、経年劣化の推定、及び／又はメンテナンス若しくは修理のスケジューリングのために使用され得る。

言い換えれば、電力ダイオード２００のみがそれぞれのセンサ及びエミッタユニットを設けられていれば十分であり得る。

他の実施形態では、パワー半導体デバイスにそれぞれのセンサ及びエミッタユニットを設けるだけで十分であり得る。

これは、Ｍ個の典型的には少なくとも実質的に同一の電力モジュール３００’から成る例証的なパワーエレクトロニクスデバイス５７０の概略図を示す図３Ｂに例示しており、Ｍは、１、３、７、又は１５よりも大きくありさえする正の整数である。各電力モジュール３００’は、図１Ｅに関して説明したような電力ダイオード３００に対応し得る。この実施形態では、パワーエレクトロニクスデバイス５７０は、電力整流器であり得る。パワーエレクトロニクススイッチングデバイスを参照する実施形態では、各電力モジュール３００’は、例えば電力サイリスタであり得る。

例えば、電力モジュール３００’のセンサ及びエミッタユニットを使用する温度測定に基づいて、電力モジュール３００’の温度の不均衡が決定され得る。それに基づいて、例えば電力モジュール３００’の少なくとも実質的に等しい特質を仮定して、Ｍ個のモジュール５０１～５０Ｍを通って流れる電流Ｉ₁～Ｉ_Mの不均衡が決定され得る。

いくつかの用途では、電力モジュールのうちの１つにそれぞれのセンサ及びエミッタユニットを設けるだけで十分でありさえし得る。

図２Ｃに例示するように、図１Ａ～２Ｂに関して上記で説明したような電力コンポーネント（複数可）１００～３００及び電力モジュール（複数可）５００～６００のための監視及び／又は制御システム７０１は、典型的には、電力コンポーネント（複数可）１００～３００から電磁信号を受信し、物理量（複数可）Ｔ、Ｖ、ΔＶの測定された値（複数可）を復号するように構成された受信ユニット７１０と、受信ユニット７１０に接続され、物理量（複数可）Ｔ、Ｖ、ΔＶの復号された測定された値（複数可）に基づいてそれぞれの動作状態（複数可）を決定又は分析さえするように構成された評価ユニット７２０とを有する。

受信ユニット７１０及び評価ユニット７２０は、１つのデバイスによって形成され得るか、又は互いに遠隔であり得、及び／若しくはデータネットワークを介して互いに接続され得る。

電力モジュールのうちの１つ以上の決定／分析された動作状態に応じて、評価ユニット７２０は、例えば、警告メッセージを発し、及び／又は電力コンポーネント（複数可）についての制御パラメータを決定し、電力モジュール（複数可）を動作させるために、決定された制御パラメータを使用し得る。後者は、破線矢印によって図２Ｃに例示する。

監視及び／又は制御システム７０１並びに電力コンポーネント（複数可）１００～３００及び電力モジュール（複数可）５００～６００によって形成されるシステム７００は、電力コンポーネント（複数可）の制御及び長期監視の両方を可能にし得る。

システム７００は、図２Ｄのフローチャートに例示する方法１０００を実行し得る。

第１のブロック１１００では、電力コンポーネントのセンサ及びエミッタユニット、特に本明細書で説明するような電力コンポーネントのセンサ及びエミッタユニットは、電力コンポーネントの動作状態を特徴付ける物理量の値を測定するために使用される。

その後、ブロック１２００では、物理量の測定された値が符号化された電磁信号が、センサ及びエミッタユニットのアンテナを介して放射される。

典型的には、ブロック１３００では、電磁信号が受信され、符号化された値が復号される。

ブロック１１００～１３００は、数回、例えば規則的な間隔で、及び／又はいくつかの電力コンポーネントに対して、典型的には並行して実行され得る。

符号化された値（複数可）は、典型的には、動作状態を決定及び／又は特徴付け、電力コンポーネント（複数可）についての警告メッセージ、メンテナンス推奨、及び／又は制御パラメータを決定するために使用される。

図２Ｅは、電力コンポーネント、特に本明細書で説明するような電力コンポーネントを製造するための方法２０００のフローチャートを示す。

ブロック２１００では、電流を通すように構成されたメインコンポーネントと、センサ及びエミッタユニットとが提供される。

ブロック２２００では、メインコンポーネントは、誘電体コンポーネントハウジングと、センサ及びエミッタユニットとが設けられる。これは、センサ及びエミッタユニットのアンテナがコンポーネントハウジングに取り付けられ、メインコンポーネントから離間され、センサ及びエミッタユニットがメインコンポーネントの動作状態を特徴付ける物理量の値を測定し、物理量の測定された値が符号化された電磁信号をアンテナを介して放射することができるように行われる。

図３Ｃは、方法３０００のフローチャートを示す。

第１のブロック３１００では、本明細書で説明するような電力モジュールが提供され得る。

ブロック３２００では、１つ以上の物理量のそれぞれの測定された値が、電力モジュールの電力コンポーネントのセンサ及びエミッタユニットのうちの１つ、典型的には２つ、又は全てからさえ受信される。

測定された値は、特に、それぞれのメインコンポーネントの温度、２つのそれぞれの電気端子のうちの少なくとも１つの電圧、又はメインコンポーネント及び２つの端子の両端の電圧降下をそれぞれ指し得る。

その後、受信された測定された値（複数可）は、ブロック３３００において更に処理される。

図３Ｃの破線矢印によって示すように、ブロック３２００、３３００は、例えば周期的に（数回）繰り返され得る。

更なる処理は、以下のステップのうちの１つ以上を含み得る：
メインコンポーネントの温度分布を決定するステップと、
温度分布を監視するステップと、
メインコンポーネントのうちの１つ以上を通る電流フローを決定するステップと、
メインコンポーネント間の電流フロー分布を決定するステップと、
電流フロー及び／又は電流フロー分布を監視するステップと、
温度分布及び／又は電流フロー分布の不均衡を検出するステップ。

例えば、（提供される）電力モジュールは、図３Ｂに関して上記で説明したような電力モジュール５７０、又は図２Ｂ、３Ａに関して上記で説明したような電力モジュール５５０、６００であり得る。電力モジュール５５０、６００を参照する実施形態では、電流フロー及び／又は電流フロー分布は、電力ヒューズの電気端子間の所与の電気抵抗、特に、電力ヒューズのそれぞれの耐寒性を考慮に入れて決定され得る。

代替として又は加えて、更なる処理は、以下のステップのうちの１つ以上を含み得る：
電力モジュール又はその１つ以上の電力コンポーネントの経年劣化を推定するステップと、
電力モジュールのためのメンテナンス又は修理をスケジュールするステップと、
電力モジュールを動作させるために、少なくとも１つの更新された制御パラメータを決定するステップと、
電力モジュールを制御するために、少なくとも１つの更新された制御パラメータを使用するステップ。

例えば、電力モジュール及びパワーエレクトロニクスデバイスの１つ以上の制御可能な電力コンポーネントのスイッチング特性及び／又は電流強度は、それぞれ、電流及び／又は温度分布をより良くバランスさせるように修正され得る。これは、耐用年数を延ばし得る。

経年劣化を推定することは、それぞれ、電力モジュール及びその電力コンポーネントの監視されたピーク負荷及び／又は統合負荷に基づき得る。

監視される負荷は、熱負荷、電流負荷、及びそれらの組み合わせを指し得る。

本発明の様々な例証的な実施形態を開示してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明の利点の一部を達成する様々な変更及び修正を行うことができることが当業者には明らかであろう。同じ機能を実行する他のコンポーネントが適切に置換され得ることは、当業者には明らかであろう。特定の図を参照して説明した特徴は、明示的に言及されていない場合であっても、他の図の特徴と組み合わせられ得ることは言及されるべきである。

「下（under）」、「下方（below）」、「下部（lower）」、「上（over）」、「上部（upper）」などの空間的に相対的な用語は、１つの要素の第２の要素に対する位置決めを説明するための記述を容易にするために使用される。これらの用語は、図に図示するものとは異なる向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含することを意図される。更に、「第１」、「第２」などの用語は、様々な要素、領域、セクション、等を説明するためにも使用され、また、限定を意図されない。同様の用語は、説明全体を通じて同様の要素を指す。

本明細書で使用される場合、「有する（having）」、「包含する（containing）」、「含む（including）」、「備える（comprising）」などの用語は、述べられた要素又は特徴の存在を示すが、追加の要素又は特徴を除外しないオープンエンドの用語である。冠詞「a」、「an」、及び「the」は、文脈がそうではないと明確に示さない限り、単数形だけでなく複数形も含むことを意図される。

上記の範囲の変形及び応用を念頭に置いて、本発明は前述の説明によって限定されず、添付の図面によっても限定されないことを理解されたい。代わりに、本発明は、以下の特許請求の範囲及びそれらの法的同等物によってのみ限定される。

［参照番号］
１００～３００ 電力コンポーネント
１１０，２１０，３１０ 電力コンポーネントのメインコンポーネント
１１１，１１２，２１１，２１２，３１１，３１２ 電気端子
１２０，２２０，３２０ 電力コンポーネントのハウジング
１３０，２３０，３３０ センサ及びエミッタユニット
１３３ アンテナ
５００～６００ 電力モジュール
７００ システム
１０００～３３００ 方法、方法ステップ
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ －２つの電気端子（１１１，１１２，２１１，２１２，３１１，３１２）と、
－コンポーネントハウジング（１２０，２２０，３２０）と、
－前記コンポーネントハウジング（１２０，２２０，３２０）によって少なくとも部分的に取り囲まれ、前記２つの電気端子（１１１，１１２，２１１，２１２，３１１，３１２）と接続され、前記２つの電気端子（１１１，１１２，２１１，２１２，３１１，３１２）間を流れる電流を通すように構成されたメインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）と、
－前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）の動作状態を特徴付ける物理量（Ｔ，Ｖ，ΔＶ）の値を測定し、前記物理量の測定された前記値が符号化された電磁信号を放射するように構成されたセンサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）と、を備え、
前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）は、前記電磁信号を放射するためのアンテナ（１３３）を備え、前記アンテナ（１３３）は、前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）から離間され、前記コンポーネントハウジング（１２０，２２０，３２０）中に、その上に、及びそれに配置される、電力コンポーネント（１００～３００）。
［２］ 前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）の定格電流は、少なくとも約１０Ａであり、前記電力コンポーネント（１００～３００）は、高電圧コンポーネントであり、前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）の定格電圧は、少なくとも約６００Ｖであり、前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）の定格電力は、少なくとも約２ｋＷであり、並びに／又は前記電力コンポーネント（１００～３００）は、前記電流を制御及び／若しくは前記電流を遮断するように構成される、［１］に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［３］ 前記電力コンポーネント（１００～３００）は、電力ヒューズ（１００，２００）、特にそれぞれの半導体ヒューズであるか、又はパワー半導体デバイス（２００，３００）、特に縦型パワー半導体デバイスであり、並びに／又は、前記電力コンポーネントは、パワー半導体ダイオード及び／若しくはパワー半導体スイッチ、特に電力サイリスタ、電力ＭＯＳＦＥＴ、若しくは電力ＩＧＢＴを備える、［１］又は［２］に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［４］ 前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）は低電力トランスポンダを備え、前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）は、少なくとも一時的に前記物理量のいくつかの測定された値を記憶するように構成され、前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）は、前記物理量のいくつかの測定された値を前記電磁信号中に、典型的にはそれぞれの測定時間と共に符号化するように構成され、及び／又は前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）は、前記電力コンポーネントについての識別子を前記電磁信号中に符号化するように構成される、［１］～［３］のいずれか一項に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［５］ 前記低電力トランスポンダは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈトランスポンダ又はＲＦＩＤトランスポンダ、特にアクティブＲＦＩＤタグ若しくはパッシブＲＦＩＤタグである、［４］に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［６］ 前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）は、センサユニット（１３１）と前記アンテナ（１３３）を備えるエミッタユニット（１３２）とを備え、前記エミッタユニット（１３２）は、前記センサユニット（１３１）から離間され、前記センサユニット（１３１）は、前記物理量（Ｔ，Ｖ）を表すアナログ入力信号をデジタル値に変換し、前記デジタル値を記憶し、前記デジタル値を処理し、並びに／又は前記デジタル値及び／若しくは処理された前記デジタル値を前記エミッタユニット（１３２）に転送するように構成され、前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）は、１つ以上のＲＦＩＤセンサによって提供され、並びに／又は前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）の定格電力は、最大で５Ｗである、［１］～［５］のいずれか一項に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［７］ 前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）は、各々が前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）の前記動作状態を特徴付けるそれぞれの物理量を測定するように構成された２つのセンサを備え、前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）は、前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）の前記動作状態を各々特徴付ける異なる物理量を測定するように構成され、及び／又は前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）は、前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）の温度、前記２つの電気端子（１１１，１１２，２１１，２１２，３１１，３１２）のうちの少なくとも１つの電圧（Ｖ）、並びに／又は前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）及び／若しくは前記２つの電気端子（１１１，１１２，２１１，２１２，３１１，３１２）の両端の電圧降下（ΔＶ）を測定するように構成される、［１］～［６］のいずれか一項に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［８］ 前記電力コンポーネントはパワー半導体デバイス（３００）であり、前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）は少なくとも実質的に円筒形状であり、前記２つの電気端子（１１１，１１２，２１１，２１２，３１１，３１２）のうちの少なくとも１つは、少なくとも実質的に円筒形状であり、前記コンポーネントハウジング（１２０，２２０，３２０）は少なくとも実質的に中空円筒形状であり、前記メインコンポーネント（３１０）は、整流接合を備える半導体本体（３１０）を備え、前記メインコンポーネント（３１０）及び／又は前記半導体本体（３１０）の直径は、少なくとも２インチ、典型的には２インチから６インチの範囲であり、及び／又は前記パワー半導体デバイス（３００）は、プレスパックデザイン又はプレスデザインを備える、［１］～［７］のいずれか一項に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［９］ 前記センサ及びエミッタユニット（３３０）は、前記整流接合の温度及び／又は前記半導体本体（３１０）のコア温度を測定するように構成される、［８］に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［１０］ 前記整流接合は、断面において、前記半導体本体を少なくとも実質的に通って延在し、前記整流接合は、前記２つの電気端子（３１１，３１２）間に機能的に接続され、前記整流接合は、前記２つの電気端子（１１１，１１２，２１１，２１２，３１１，３１２）間で電流を通すように構成され、及び／又は前記整流接合は、前記半導体本体（３１０）のｐ型半導体領域とｎ型半導体領域との間に形成されたＰＮ接合である、［９］に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［１１］ 前記ｐ型半導体領域及び前記ｎ型半導体領域の各々は、前記２つの電気端子（１１１，１１２，２１１，２１２，３１１，３１２）のうちの１つとオーミック接触している、及び／又はそれによって少なくとも実質的に覆われている、［１０］に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［１２］ 前記整流接合に若しくはその近くに配置された一体型抵抗構造、及び／又は前記半導体本体（３１０）の中心に若しくはその近くに配置された一体型抵抗構造を更に備える、［８］～［１１］のいずれか一項に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［１３］ 前記電力コンポーネントは電力ヒューズ（１００，２００）であり、前記コンポーネントハウジング（１２０，２２０）はヒューズ本体を提供し、前記メインコンポーネント（１１０，２１０）は少なくとも実質的に円筒形状であり、前記電力ヒューズ（１００，２００）はスクエアボディデザインを備え、及び／又は前記２つの電気端子（１１１，１１２，２１１，２１２）はフラッシュエンドデザインを備える、［１］～［７］のいずれか一項に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［１４］ 前記電力コンポーネント（１００，２００）は、前記ヒューズ本体の中心、特に前記ヒューズ本体及び／若しくは前記メインコンポーネント（１１０，２１０）の長手方向軸及び／若しくは円筒軸に対する中心に若しくはその近くに、並びに／又は前記メインコンポーネント（１１０，２１０）に若しくはその近くに、特に前記メインコンポーネント（１１０，２１０）の側面に若しくはその近くに配置された抵抗構造を備える、［１３］に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［１５］ 前記コンポーネントハウジング（１２０，２２０，３２０）は、誘電体及び／又はセラミックを備え、前記コンポーネントハウジング（１２０，２２０，３２０）は、前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）を実質的に囲み、前記アンテナ（１３３）は、実質的にフラットアンテナ及び／又はコイルアンテナであり、及び／又は前記アンテナ（１３３）は、前記コンポーネントハウジング（１２０，２２０，３２０）の外側に配置される、［１］～［１４］のいずれか一項に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［１６］ 前記電力コンポーネント（１００～３００）は、パワー半導体ダイオード及びパワー半導体スイッチ、特に電力サイリスタのうちの１つである、［１］～［１５］のいずれか一項に記載の電力コンポーネント（１００～３００）。
［１７］ ［１］～［１６］のいずれか一項に記載の電力コンポーネント（１００～３００）の少なくとも２つを備える電力モジュール（５００～６００）であって、前記少なくとも２つの電力コンポーネント（１００～３００）は、互いに少なくとも対で接続される、電力モジュール（５００～６００）。
［１８］ 前記電力モジュールは、電力変換器、特に電力整流器の一部であるか若しくはそれを形成し、及び／又は、
－並列に接続された２つのパワー半導体デバイスと、
－直列に接続されたパワー半導体デバイス及び電力ヒューズと
のうちの少なくとも１つを備える、［１７］に記載の電力モジュール（５００～６００）。
［１９］ 前記電力モジュールは、
－直列に接続された第１のパワー半導体デバイス及び第１の電力ヒューズを備える第１のサブモジュール（５０１～５０６）と、
－前記第１のサブモジュール（５０１～５０６）と接続され、直列に接続された第２のパワー半導体デバイス及び第２の電力ヒューズを備える第２のサブモジュール（５０１～５０６）と
を備える、［１８］に記載の電力モジュール（５００～６００）。
［２０］ システム（７００）であって、
－［１］～［１６］のいずれか一項に記載の電力コンポーネント（１００～３００）、及び［１７］～［１９］のいずれか一項に記載の電力モジュール（５００～６００）のうちの少なくとも１つと、
－前記電力コンポーネント（１００～３００）から前記電磁信号を受信し、前記物理量の測定された前記値を復号するように構成された受信ユニット（７１０）と、
－前記受信ユニット（７１０）と接続可能であり、前記電力コンポーネント（１００～３００）の前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）の前記動作状態及び／又は前記電力モジュール（５００～６００）の動作状態を分析するために、前記物理量の復号された測定された前記値を使用するように構成された評価ユニット（７２０）と
を備える、システム（７００）。
［２１］ 前記評価ユニット（７２０）は、前記電力コンポーネント（１００～３００）の経年劣化状態を推定するために、及び／又は前記電力コンポーネント（１００～３００）についての警告メッセージ及び制御パラメータのうちの少なくとも１つを決定するために、復号された測定された前記値を使用するように構成され、前記評価ユニット（７２０）は、データネットワークに前記評価ユニット（７２０）を接続するためのネットワークインターフェース、特に前記評価ユニット（７２０）と前記データネットワークとの間でデジタル信号及び／又はデジタルデータを送受信するように構成されたネットワークインターフェースを備え、及び／又は受信ユニット（７１０）は、前記データネットワークに前記受信ユニット（７１０）を接続するためのネットワークインターフェースを備える、［２０］に記載のシステム（７００）。
［２２］ ［１］～［１６］のいずれか一項に記載のいくつかの電力コンポーネント（１００～３００）、及び／又は［１７］～［１９］のいずれか一項に記載の電力モジュール（５００～６００）のいくつかを備える、［２０］又は［２１］に記載のシステム（７００）。
［２３］ 前記評価ユニット（７２０）は、前記電流の電流強度と前記電力コンポーネントのうちの２つの間の電流分布とのうちの少なくとも１つを決定するために、復号された測定された前記値を使用するように構成される、［２０］～［２２］のいずれか一項に記載のシステム（７００）。
［２４］ 前記評価ユニット（７２０）は、前記電力コンポーネントのうちの少なくとも１つについての制御パラメータ、特に電流強度を参照する制御パラメータを決定するように構成される、［２２］又は［２３］に記載のシステム（７００）。
［２５］ 前記評価ユニット（７２０）は、電流分布に影響を与えるように構成される、［２３］又は［２４］に記載のシステム（７００）。
［２６］ 前記評価ユニット（７２０）は、前記電力コンポーネント（１００～３００）の異なる物理量の測定された値を復号するように構成され、並びに／又は前記評価ユニット（７２０）は、前記電力コンポーネント（１００～３００）の温度、電圧、及び／若しくは電圧降下の測定された前記値を復号するように構成される、［２０］～［２５］のいずれか一項に記載のシステム（７００）。
［２７］ 前記評価ユニット（７２０）は、前記電力コンポーネント（１００～３００）の現在温度依存特性、特に前記電力コンポーネント（１００～３００）の電気抵抗、電気抵抗率、導電力、及び／又は導電率を決定するように構成される、［２０］～［２６］のいずれか一項に記載のシステム（７００）。
［２８］ －電力コンポーネント（１００～３００）のメインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）の動作状態を特徴付ける物理量の値を測定するために、前記電力コンポーネント（１００～３００）のセンサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）を使用すること（１１００）と、ここで、前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）は電流を通すように構成され、
－前記物理量の測定された前記値が符号化された電磁信号を放射するために、前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）のアンテナ（１３３）を使用すること（１２００）と、
を備える、方法（１０００）。
［２９］ 前記電力コンポーネント（１００～３００）は、［１］～［１６］のいずれか一項に記載の前記電力コンポーネント（１００～３００）であり、及び／又は［１７］～［１９］のいずれか一項に記載の電力モジュール（５００～６００）によって提供される、［２８］に記載の方法。
［３０］ 電力コンポーネント（１００～３００）を製造するための方法（２０００）であって、前記方法は、
－電流を通すように構成されたメインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）と、前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）の動作状態を特徴付ける物理量の値を測定し、前記物理量の測定された前記値が符号化された電磁信号を放射するように構成されたセンサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）とを提供すること（２１００）と、
－誘電体（１２０，２２０，３２０）で前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）を少なくとも部分的に包み込み、前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）のアンテナ（１３３）が前記メインコンポーネント（１１０，２１０，３１０）から離間されるように、前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）を、前記誘電体（１２０，２２０，３２０）の中に、前記誘電体に、及び／又は前記誘電体の上に取り付けること（２２００）と、
を備える、方法。
［３１］ －［１７］～［１９］のいずれか一項に記載の電力モジュール（５００～６００）を提供すること（３１００）と、
－前記少なくとも２つの電力コンポーネント（１００～３００）の前記センサ及びエミッタユニット（１３０，２３０，３３０）のうちの少なくとも１つから物理量（Ｔ，Ｖ，ΔＶ）のそれぞれの測定された値を受信すること（３２００）と、
－受信された測定された前記値を更に処理すること（３３００）と、
を備える、方法（３０００）。
［３２］ 更に処理すること（３３００）は、
－温度分布を決定することと、
－温度分布を監視することと、
－電流フロー及び／又は電流フロー分布を決定することと、
－前記電流フロー及び／又は前記電流フロー分布を監視することと、
－前記温度分布及び／又は前記電流フロー分布の不均衡を検出することと
のうちの少なくとも１つを備える、［３１］に記載の方法。
［３３］ 更に処理すること（３３００）は、
－前記電力モジュール（５００～６００）の経年劣化を推定することと、
－前記電力モジュール（５００～６００）のためのメンテナンス又は修理をスケジュールすることと、
－前記電力モジュール（５００～６００）を動作させるために、少なくとも１つの更新された制御パラメータを決定することと、
－前記電力モジュール（５００～６００）を制御するために、前記少なくとも１つの更新された制御パラメータを使用することと
のうちの少なくとも１つを備える、［３２］に記載の方法。
［３４］ 前記電流フロー及び／又は前記電流フロー分布は、前記電力モジュール（５００～６００）の電力ヒューズ（１００，２００）の前記電気端子（１１１，１１２，２１１，２１２）間の所与の電気抵抗、特に、前記電力ヒューズのそれぞれの耐寒性を考慮に入れて決定される、［３２］又は［３３］に記載の方法。

Claims (18)

1. －２つの電気端子と、
   －コンポーネントハウジングと、
   －前記コンポーネントハウジングによって少なくとも部分的に取り囲まれ、前記２つの電気端子と接続され、前記２つの電気端子間を流れる電流を通すように構成されたメインコンポーネントと、
   －前記メインコンポーネントの動作状態を特徴付ける物理量の値を測定し、前記物理量の測定された前記値が測定時間とともに符号化された電磁信号を放射するように構成されたセンサ及びエミッタユニット、ここにおいて、前記センサ及びエミッタユニットは、前記コンポーネントハウジング上に配置され、各々が前記メインコンポーネントの前記動作状態を特徴付けるそれぞれの物理量を測定するように構成された複数のセンサを備え、前記複数のセンサは前記メインコンポーネントの温度、前記２つの電気端子の電圧を測定するように構成される、と、を備え、
   前記センサ及びエミッタユニットは、前記電磁信号を放射するためのアンテナを備え、前記アンテナは、前記メインコンポーネントから離間される、パワー半導体デバイス。
2. 前記メインコンポーネントの定格電流は、少なくとも約１０Ａであり、
   前記パワー半導体デバイスは、高電圧コンポーネントであり、前記メインコンポーネントの定格電圧は、少なくとも約６００Ｖであり、前記メインコンポーネントの定格電力は、少なくとも約２ｋＷであり、
   並びに／又は、
   前記パワー半導体デバイスは、前記電流を制御及び／若しくは前記電流を遮断するように構成される、
   請求項１に記載のパワー半導体デバイス。
3. 前記パワー半導体デバイスは、縦型パワー半導体デバイスであり、
   並びに／又は、
   前記パワー半導体デバイスは、パワー半導体ダイオード及び／若しくはパワー半導体スイッチ、特に電力サイリスタ、電力ＭＯＳＦＥＴ、若しくは電力ＩＧＢＴを備える、請求項１又は２に記載のパワー半導体デバイス。
4. 前記センサ及びエミッタユニットは低電力トランスポンダを備え、
   前記センサ及びエミッタユニットは、少なくとも一時的に前記物理量のいくつかの測定された値を記憶するように構成され、
   及び／又は、
   前記センサ及びエミッタユニットは、前記パワー半導体デバイスについての識別子を前記電磁信号中に符号化するように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載のパワー半導体デバイス。
5. 前記低電力トランスポンダは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈトランスポンダ又はＲＦＩＤトランスポンダ、特にアクティブＲＦＩＤタグ若しくはパッシブＲＦＩＤタグである、請求項４に記載のパワー半導体デバイス。
6. 前記センサ及びエミッタユニットは、センサユニットと前記アンテナを備えるエミッタユニットとを備え、前記エミッタユニットは、前記センサユニットから離間され、
   前記センサユニットは、
   前記物理量を表すアナログ入力信号をデジタル値に変換し、
   前記デジタル値を記憶し、
   前記デジタル値を処理し、
   並びに
   前記デジタル値及び／若しくは処理された前記デジタル値を前記エミッタユニットに転送するように構成され、
   前記センサ及びエミッタユニットは、１つ以上のＲＦＩＤセンサによって提供され、 並びに／又は、
   前記センサ及びエミッタユニットの定格電力は、最大で５Ｗである、請求項１～５のいずれか一項に記載のパワー半導体デバイス。
7. 前記メインコンポーネントは少なくとも実質的に円筒形状であり、前記２つの電気端子のうちの少なくとも１つは、少なくとも実質的に円筒形状であり、前記コンポーネントハウジングは少なくとも実質的に中空円筒形状であり、前記メインコンポーネントは、整流接合を備える半導体本体を備え、前記メインコンポーネント及び／又は前記半導体本体の直径は、少なくとも２インチ、典型的には２インチから６インチの範囲であり、及び／又は前記パワー半導体デバイスは、プレスパックデザイン又はプレスデザインを備える、請求項１～６のいずれか一項に記載のパワー半導体デバイス。
8. 前記センサ及びエミッタユニットは、前記整流接合の温度及び／又は前記半導体本体のコア温度を測定するように構成される、請求項７に記載のパワー半導体デバイス。
9. 前記整流接合は、断面において、前記半導体本体を少なくとも実質的に通って延在し、前記整流接合は、前記２つの電気端子間に機能的に接続され、前記整流接合は、前記２つの電気端子間で電流を通すように構成され、及び／又は前記整流接合は、前記半導体本体のｐ型半導体領域とｎ型半導体領域との間に形成されたＰＮ接合である、請求項８に記載のパワー半導体デバイス。
10. 前記ｐ型半導体領域及び前記ｎ型半導体領域の各々は、前記２つの電気端子のうちの１つとオーミック接触している、及び／又は少なくとも実質的に覆われている、請求項９に記載のパワー半導体デバイス。
11. 前記整流接合に若しくはその近くに配置された一体型抵抗構造、及び／又は前記半導体本体の中心に若しくはその近くに配置された一体型抵抗構造を更に備える、請求項７～１０のいずれか一項に記載のパワー半導体デバイス。
12. 前記コンポーネントハウジングは、誘電体及び／若しくはセラミックを備え
    前記コンポーネントハウジングは、前記メインコンポーネントを実質的に囲み、
    前記アンテナは、実質的にフラットアンテナ及び／若しくはコイルアンテナであり、 並びに／又は、
    前記アンテナは、前記コンポーネントハウジングの外側に配置される、請求項１～１１のいずれか一項に記載のパワー半導体デバイス。
13. 少なくとも２つの電力コンポーネントを備える電力モジュールであって、前記少なくとも２つの電力コンポーネントは互いに少なくとも対で接続され、前記少なくとも２つの電力コンポーネントのうちの少なくとも１つは請求項１～１２のいずれか一項に記載のパワー半導体デバイスであり、前記少なくとも２つの電力コンポーネントの各々は、
    －それぞれの２つの電気端子と、
    －それぞれのコンポーネントハウジングと、
    －前記コンポーネントハウジングによって少なくとも部分的に取り囲まれ、前記２つの電気端子と接続され、前記２つの電気端子間を流れる電流を通すように構成されたそれぞれのメインコンポーネントと、
    －それぞれの前記メインコンポーネントの動作状態を特徴付ける物理量の値を測定し、前記物理量の測定された前記値が測定時間とともに符号化された電磁信号を放射するように構成されたそれぞれのセンサ及びエミッタユニット、ここにおいて、前記センサ及びエミッタユニットは、前記コンポーネントハウジング上に配置され、各々が前記メインコンポーネントの前記動作状態を特徴付けるそれぞれの物理量を測定するように構成された複数のセンサを備え、前記複数のセンサは前記メインコンポーネントの温度、前記２つの電気端子の電圧を測定するように構成される、と、を備え、
    前記センサ及びエミッタユニットは、前記電磁信号を放射するためのアンテナを備え、前記アンテナは、前記メインコンポーネントから離間される、電力モジュール。
14. －電力コンポーネントのメインコンポーネントの動作状態を特徴付ける物理量の値を測定するために、前記電力コンポーネントのセンサ及びエミッタユニットを使用することと、ここで、前記メインコンポーネントは電流を通すように構成され、
    －前記物理量の測定された前記値が測定時間とともに符号化された電磁信号を放射するために、前記センサ及びエミッタユニットのアンテナを使用することと、を備え、
    前記電力コンポーネントは、請求項１～１２のいずれか一項に記載のパワー半導体デバイスであり、請求項１３に記載の電力モジュールによって提供される、方法。
15. 請求項１～請求項１２のいずれか一項に記載のパワー半導体デバイスを製造するための方法であって、前記方法は、
    －電流を通すように構成されたメインコンポーネントと、前記メインコンポーネントの動作状態を特徴付ける物理量の値を測定し、前記物理量の測定された前記値が測定時間とともに符号化された電磁信号を放射するように構成されたセンサ及びエミッタユニットとを提供することと、
    －誘電体で前記メインコンポーネントを少なくとも部分的に包み込み、前記センサ及びエミッタユニットのアンテナを前記メインコンポーネントから離間されるように取り付けることと、
    を備える、方法。
16. －請求項１３に記載の電力モジュールを提供することと、
    －前記少なくとも２つの電力コンポーネントの前記センサ及びエミッタユニットのうちの少なくとも１つから物理量のそれぞれの測定された値を受信することと、
    －受信された測定された前記値を更に処理することと、
    を備える、方法。
17. 前記更に処理することは、
    －温度分布を決定することと、
    －温度分布を監視することと、
    －電流フロー及び／又は電流フロー分布を決定することと、
    －前記電流フロー及び／又は前記電流フロー分布を監視することと、
    －前記温度分布及び／又は前記電流フロー分布の不均衡を検出することと、
    －前記電力モジュールの経年劣化を推定することと、
    －前記電力モジュールのためのメンテナンス又は修理をスケジュールすることと、
    －前記電力モジュールを動作させるために、少なくとも１つの更新された制御パラメータを決定することと、
    －前記電力モジュールを制御するために、前記少なくとも１つの更新された制御パラメータを使用することと、
    のうちの少なくとも１つを備える、請求項１６に記載の方法。
18. 前記電流フロー及び／又は前記電流フロー分布は、前記電力モジュールの電力ヒューズの前記電気端子間の所与の電気抵抗、特に、前記電力ヒューズのそれぞれの耐寒性を考慮に入れて決定される、請求項１７に記載の方法。

Images