[发明专利]用于预先的功率半导体模块故障指示的方法和设备

说明书

技术领域

本公开内容涉及一种用于监视功率半导体模块的方法和设备，并且更具体地，涉及一种预先地检测故障的方法和设备。

背景技术

现代的功率半导体并不是理想的。它们产生以热量的形式体现出来的损耗。该热量可能导致过热，而过热又可能引起功率半导体的故障。因此，功率半导体在工作期间通常需要进行冷却。

功率半导体可以被布置成功率半导体模块，例如绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块，其可以包括被配置成逆变桥臂或整个逆变桥的半导体。功率半导体模块还可以包括冷却接口。例如，半导体可以安装在模块中的热传导基板上，以提供用于从半导体传递热量的路径。基板然后可以连接到冷却元件。

冷却元件将热量从功率半导体模块传递到例如空气流。冷却元件可以被定尺寸，使得功率半导体模块在正常工作条件下不会过热。

即使适当布置了模块的冷却，功率半导体模块的故障或者模块与冷却元件之间的热耦合的故障也可能导致模块过热。为了避免过热以及进一步损坏，可以监视功率半导体模块的温度。如果模块的温度超过所设置的最大温度限度，则模块可被设置到非活跃工作模式。

然而，上述方法不能保护模块免于导致过热的故障。可能必须设置最大温度限度，以使得在正常工作条件下工作在最大电流处不会超过最大温度限度。确定最大温度限度时可能还必须考虑不同的环境温度。此外，如果多于一个的功率半导体模块连接到同一冷却元件，则对一个模块的温度监视可能受其他模块影响。因此，限度可能必须被设置得如此之高，使得只有明显的故障可以导致超过该限度的温度。

发明内容

本公开内容的示例性实施例提供了一种用于包括功率半导体模块的布置的方法，该功率半导体模块具有连接到冷却元件的冷却接口。示例性方法包括：测量冷却接口的第一温度值，以及改变功率半导体模块的工作模式，其中，工作模式选自活跃模式和非活跃模式。示例性方法还包括：等待确定的时间，测量冷却接口的第二温度值，确定第一温度值和第二温度值之间的温度差，以及基于温度差确定故障风险级别。

本公开内容的示例性实施例提供了一种用于包括功率半导体模块的布置的设备，该功率半导体模块具有连接到冷却元件的冷却接口。示例性设备包括：用于测量冷却接口的第一温度值的装置，以及用于改变功率半导体模块的工作模式的装置，其中，工作模式选自活跃模式和非活跃模式。示例性设备还包括：用于从工作模式改变开始的确定的时间段之后测量冷却接口的第二温度值的装置；用于确定第一温度值和第二温度值之间的温度差的装置；以及用于基于温度差确定故障风险级别的装置。

附图说明

下面，将参考附图所示的示例性实施例对本公开内容的其他改进、优点和特征进行更详细的描述，在附图中：

图1示出了将功率半导体模块安装在冷却元件上的示例性布置；以及

图2a和图2b示出了功率半导体模块的工作模式被改变的示例性情况。

具体实施方式

本公开内容的示例性实施例提供了一种方法和实现该方法的设备以减轻上述弊端。

为了从产生热量的活跃模块传递热量，热耦合到该模块的冷却元件具有比该模块低的温度。在模块和冷却元件之间存在温度差。模块的功率损耗和热耦合的热特性可以影响温度差。

根据示例性实施例，本公开内容的方法监视该温度差。升高的温度差可被用于预先地检测可能的故障。可以将该温度差与基于半导体模块的当前工作点处的估计的理论损耗而计算出的标称温度进行比较。

可以通过使用一个用于测量功率半导体模块的冷却接口的温度的温度传感器来确定该温度差。与对模块进行冷却的冷却元件的质量相比，诸如基板的冷却接口具有小的质量。因此，冷却接口比冷却元件冷却和加热得快得多。在根据本公开内容的方法中，冷却元件的温度可被视为恒定的。

因此，可以通过下述方式来确定温度差：首先在活跃（产热）模式下测量温度。然后可以将模块设置到非活跃（非产热）模式。当冷却接口的温度已经稳定在冷却元件的温度处后，可以再次测量冷却接口的温度，从而确定温度差。作为替选，可以在从非活跃模式到活跃模式的转变中确定该温度差。

所公开的方法能够对一些功率半导体模块相关故障进行预先检测。当相对于冷却元件来测量模块的温度时，环境温度的影响可以忽略。该方法可以在每个模块具有一个温度传感器的情况下工作。

本公开内容的方法可以在下述布置中实现：该布置包括具有连接到冷却元件的冷却接口的功率半导体模块。该方法首先测量冷却接口的第一温度值，并且改变功率半导体模块的工作模式，其中，工作模式可以选自活跃模式和非活跃模式。