[发明专利]电力开关的温度监视

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定及/或监视至少两个特别是由半导体制成的电子电力开关的温度的方法。此外，两个开关模块与共同的冷却体耦合或配置在其上。温度确定及/或监视是基于各分配给一开关或开关模块的温度模型进行的。在该分配给一个开关的温度模型中处理开关及操作参数，以计算相关开关中的温度及/或温度差。 

本发明还涉及一种提供温度的电子电力开关配置，其尤其可以是供电力传动装置的逆变器或其他变流器。该配置适于执行上述方法并且具有两个或多个开关，特别是半导体电力开关，其与共同的冷却体耦合或配置在其上。计算装置计算各开关的温度模型，并且经由接口接收关于开关及操作参数的信号以及温度测量值。依此方式，利用在计算装置内启动的温度模型来计算相关开关中的温度及/或温度差。 

背景技术

由EP1193756A1已知用于具有上述类型的功率半导体的逆变器的方法及配置。在此使用至少计算围绕冷却体及/或供应至冷却体的空气的温度、操作参数及单元参数的温度模型，并计算温度差及/或温度。在逆变器的冷却链中，在不同位置测量两个温度，并视图藉由有关电力开关损耗的温度模型来计算这两处的温度。建议将两温度传感器设置在不同处，使得第一位置比第二温度测量位置提供实质上较低的热阻给开关。事实上，在第一位置中的温度传感器测量半导体电力开关的温度，而在第二位置的温度传感器测量由风扇带入并导向冷却体以抽取热的供气的温度。然而，这样的缺点为，假设在冷却媒体内(亦即在风扇供气中)以及冷却体中的温度分布以均匀的方式分布，并进一步假设逆变器的所有半导体电力开关具有相同的温度以及一样的温度改变。 

由DE 19860762A1已知一种用于保护末端区域不过热的方法，其中末端区域为内燃机用的控制器的一部分。末端区域的电力开关的损耗及因此其的温度假设与接通时间成正比。由至少把控制器构件的内损耗纳入考量之中的温度模型来确定温度。从控制时间评定个别末端区域的实际损耗。 

由DE 3536098A1已知一种用于监视晶闸管的温度的机构，由冷却体及环境空气冷却该晶闸管。为了不超过晶闸管半导体上的最大温度，记录下环境空气的温度及晶闸管的损耗。通过“功率半导体、冷却体、至环境空气的冷却媒体”热模型，确定在晶闸管的温度。 

从SEMIKRON公司的应用手册2005/12第135页开始的章节3.2描述功率半导体开关模块，尤其是IGBT模块的热特性。在此特别描述IGBT的晶体管及续流二极管的损耗的计算，以及遵守预定的150℃的最大允许阻挡层温度。此外，第145页显示用于计算阻挡层温度的详细的热等效图。然而，此公司文献并未显示针对具有多个功率半导体开关模块的配置(此常见于逆变器中)，该如何有效率地进行温度确定及监视。 

发明内容

因此本发明的目的在于，针对具有多个电子电力开关的配置的温度监视，以尽可能少的额外努力提高在所有开关处的温度检测的可靠度及准确性。 

根据由如权利要求1所述的温度确定及/或监视方法以及如权利要求10所述的提供温度的电子电力开关配置的发明来解决此问题。从属权利要求中可得到本发明的进一步的实施例。 

本发明的思想的特征在于，在电力开关监视中设计并使用温度传感器，使得在温度检测及评估中系统性考虑多个或优选所有的电力开关。当在本发明的框架中每一电力开关与至少一个温度传感器热作用连接时，可以在温度监视中通过温度传感器的信号输出而将原则上所有电力开关的温度纳入考量之中。 

根据本发明的思想，可解决实际上冷却媒体或冷却剂的温度分布不均的问题。事实上，尤其当电力开关或由此形成的逆变器承受较大负载时，入口及出口气流间的温差非常大，因为必须通过冷却媒体排出相应的高损耗。此外，冷却体亦在各种不同位置及不同区域中呈现出大的温差。当设计成较高功率的逆变器有大的机械尺寸及膨胀时，或当输出频率或马达基础振动频率大约为零时尤其如此。当输出频率或马达基础振动频率为零时，不同电力开关的损耗极为不同。 

利用开篇所述背景技术的方法不能借助于温度模型准确计算各个电力开关的温度并相对于温度保护电力开关，因为总是假设实际上不存在的均匀的温度分布。相反地，根据本发明具有以下优点，由于精确的监视而可在热学上更佳利用电力开关，也就是需要提供较小的备用电源。藉由本发明，可利用温度传感器上的最小额外努力来非常精确地确定多个电力开关的温度(电力开关例如是具有非常大机械尺寸及/或以非常小输出频率或马达基础振动频率操作的逆变器)，并且基于此可更好地利用热容量。