本公開總體上涉及一種電子裝置的熱管理。更具體地說，本公開涉及一種管理電子裝置中的電流的方法。另外，本公開涉及一種可能例如但不一定是諸如例如變頻器的功率電子裝置的電子裝置。

背景技術(shù)：

諸如例如變頻器、整流器和網(wǎng)絡(luò)逆變器的各種電子裝置包含用于改變電流和電壓的電子組件。電子組件能夠是例如諸如例如雙極結(jié)型晶體管“bjt”、絕緣柵雙極晶體管“igbt”、晶閘管(thyristor)、柵極可關(guān)斷晶閘管“gto”、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管“mosfet”、集成柵極換流晶閘管“igct”或注入增強(qiáng)柵極晶體管“iegt”的可控功率電子開關(guān)。功率電子開關(guān)也可以是二極管，在這種情況下，開關(guān)操作僅僅取決于二極管的陽極和陰極之間的電壓。當(dāng)電子組件傳導(dǎo)電流時(shí)，由于焦耳效應(yīng)，電子組件的內(nèi)阻產(chǎn)生熱。在被用作開關(guān)的電子組件中，在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換期間，瞬時(shí)加熱速率可能特別高。例如，從導(dǎo)通狀態(tài)到非導(dǎo)通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，當(dāng)電流還沒有下降時(shí)內(nèi)阻可能已經(jīng)變得相當(dāng)高。因此，加熱速率與開關(guān)頻率線性或非線性地部分地成比例。在諸如例如處理器的電子組件中，加熱速率與被使用的時(shí)鐘頻率和電壓電平線性或非線性地成比例。增加時(shí)鐘頻率意味著必須以較高速率對(duì)處理器的內(nèi)部電容充電和放電，并且因此也增加在處理器的內(nèi)阻中產(chǎn)生熱的電流。此外，由于趨膚效應(yīng)(skineffect)，增加時(shí)鐘頻率或開關(guān)頻率增加了內(nèi)部有效電阻，并且因此還增加了加熱速率。

如果加熱速率超過了可用冷卻的能力，則存在溫度上升影響電氣特性的變化的風(fēng)險(xiǎn)，使得熱損傷可能發(fā)生在所考慮的電子組件中。因此，重要的是，管理電子組件的電流，使得加熱率率不超過冷卻的能力。電流的管理可以包括例如短路“sc”保護(hù)、通過限制開關(guān)頻率控制電流的高頻分量以便限制開關(guān)損耗、管理電子組件的熱循環(huán)、降低處理器等的時(shí)鐘頻率以便限制電流、和/或平衡并行連接的電子組件的電流。

上述的電流的管理需要直接或間接指示電子組件中的加熱速率的測(cè)量的信息。用于測(cè)量加熱速率的一個(gè)常規(guī)技術(shù)包括測(cè)量電壓和電流的瞬時(shí)值的乘積的積分。用于測(cè)量加熱速率的另一個(gè)常規(guī)技術(shù)包括從電子組件的表面上的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量表面溫度。然而，這些技術(shù)并不是沒有有挑戰(zhàn)?；陔妷汉碗娏鞯乃矔r(shí)值的乘積的技術(shù)需要高精確度高帶寬電壓和電流傳感器，其中在指示的電壓和實(shí)際電壓之間的相位偏移和在指示的電流和實(shí)際電流之間的相位偏移彼此要足夠接近，以便電壓和電流的乘積將以足夠的精確度來表示瞬時(shí)功率。尤其當(dāng)電子組件的開關(guān)頻率在從數(shù)百khz到幾mhz的范圍上時(shí)，以足夠的精確度來實(shí)現(xiàn)電壓和電流測(cè)量可能是具有挑戰(zhàn)性的。涉及基于測(cè)量的表面溫度的技術(shù)的挑戰(zhàn)在于電子組件的結(jié)溫度可能至少偶爾顯著地高于表面溫度，并且測(cè)量的表面溫度跟隨結(jié)溫度有延遲。因此，例如基于測(cè)量的表面溫度的短路保護(hù)可能對(duì)能夠保護(hù)電子組件來說過于緩慢。在其中電子組件是含有并行和/或串行連接的多個(gè)芯片的模塊型組件的情況下，對(duì)上述技術(shù)兩者的另外的挑戰(zhàn)在于這些技術(shù)不能夠觀察到單個(gè)半導(dǎo)體芯片的溫度。由于不同芯片的不同熱阻和/或由于關(guān)于不同芯片的寄生電感和/或電阻中的差異，所以熱生成和溫度通常對(duì)于每個(gè)芯片不是相同的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

以下呈現(xiàn)了簡(jiǎn)要概述，以便提供對(duì)各種發(fā)明實(shí)施例的一些方面的基本理解。該概述不是本發(fā)明的廣泛概括。該概述既不旨識(shí)別本發(fā)明的關(guān)鍵或必要元件，也不旨限定本發(fā)明的范圍。以下概述僅以簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)了本發(fā)明的一些概念，作為以下提供的本發(fā)明的示例性實(shí)施例的更詳細(xì)描述的前言。

根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種新的電子裝置，該新的電子裝置能夠是例如但不一定是諸如例如變頻器、整流器或網(wǎng)絡(luò)逆變器的功率電子裝置。根據(jù)本發(fā)明的電子裝置包括：

-至少一個(gè)電子組件，

-梯度熱通量傳感器“ghfs”，該梯度熱通量傳感器“ghfs”基于熱電各向異性，并且適于傳導(dǎo)由電子組件生成的熱以及適于生成與通過梯度熱通量傳感器的熱通量成比例的電氣控制信號(hào)，以及

-控制器，該控制器響應(yīng)于電氣控制信號(hào)并且適于至少部分地基于電氣控制信號(hào)來管理電子組件的電流。

在電流的管理中利用梯度熱通量傳感器的小的響應(yīng)時(shí)間。例如，對(duì)于基于各向異性的熱電偶“at”的梯度熱通量傳感器，響應(yīng)時(shí)間τ能夠在1ns...10ns的范圍上。因此，響應(yīng)時(shí)間τ對(duì)于獲得足夠快的電流的管理是足夠小的。此外，在熱通量的方向上的梯度熱通量傳感器的厚度可以是小的，例如，大約0.1mm。因此，梯度熱通量傳感器不表示將干擾和減慢熱通量測(cè)量的大量熱存儲(chǔ)能力。梯度熱通量傳感器“ghfs”的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可以例如從下面的出版物找到：hannek.jussila、andreyv.mityakov、sergeyz.sapozhnikov、vladimiry.mityakov和juhapyrhonen2013年發(fā)表在電氣與電子工程師學(xué)會(huì)“ieee”的ieeetransactionsonindustrialelectronics的第60卷第4852-4860頁的“l(fā)ocalheatfluxmeasurementinapermanentmagnetmotoratnoload”。

根據(jù)本發(fā)明，還提供一種管理電子組件的電流的新的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法包括：

-從基于熱電各向異性的梯度熱通量傳感器接收電氣控制信號(hào)，該梯度熱通量傳感器傳導(dǎo)由電子組件生成的熱并生成與通過梯度熱通量傳感器的熱通量成比例的電氣控制信號(hào)，以及

-至少部分地基于電氣控制信號(hào)，管理電子組件的電流。

本發(fā)明中的多個(gè)示例性和非限制性實(shí)施例在所附從屬權(quán)利要求中描述。

關(guān)于結(jié)構(gòu)和操作方法兩者的本發(fā)明的多種示例性和非限制性實(shí)施例連同本發(fā)明的附加的目的和優(yōu)點(diǎn)，將在結(jié)合附圖閱讀時(shí)從下面具體示例性和非限制性實(shí)施例的描述中得到最好的理解。

在本文中，將動(dòng)詞“包含”和“包括”作為開放性限制加以使用，其不排除也不要求未引用特征的存在。除非明確聲明，所附的權(quán)利要求中列舉的特征是可以自由地相互組合的。另外，還應(yīng)理解，“一種”或者“一個(gè)”，即單數(shù)形式，在整個(gè)本申請(qǐng)中的使用并不排除復(fù)數(shù)形式。

附圖說明

下面將參考附圖和從示例的意義上更詳細(xì)地說明本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例和它們的優(yōu)點(diǎn)，在附圖中：

圖1a、圖1b和圖1c圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的電子裝置，

圖2a、圖2b和圖2c圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的電子裝置的部分，以及

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的管理電子組件的電流的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性的電子裝置。在這個(gè)示例性情況下，電子裝置是適于經(jīng)由端子132從三相網(wǎng)絡(luò)接收電能并且經(jīng)由端子133供應(yīng)三相交流電壓的變頻器。電子裝置包含六個(gè)電子組件，該六個(gè)電子組件均包含可控制功率電子開關(guān)和反向并行連接的二極管。在圖1a中，電子組件中的一個(gè)用參考編號(hào)101來表示。在這個(gè)示例性情況下，電子組件的可控制功率電子開關(guān)是絕緣柵雙極晶體管“igbt”。在根據(jù)本發(fā)明的這種示例性和非限制性實(shí)施例的電子裝置中，電子裝置包含一個(gè)或多個(gè)功率電子開關(guān)，每個(gè)功率電子開關(guān)能夠是例如，igbt、雙極結(jié)型晶體管“bjt”、二極管、晶閘管、柵極可關(guān)斷晶閘管“gto”、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管“mosfet”、集成柵極換流晶閘管“igct”、或注入增強(qiáng)柵極晶體管“iegt”。

電子裝置包含適于傳導(dǎo)由電子組件產(chǎn)生的熱并且適于生成與通過梯度熱通量傳感器的熱通量線性或非線性地成比例的電氣控制信號(hào)130的梯度熱通量傳感器“ghfs”。在圖1a中，用參考編號(hào)131表示由梯度熱通量傳感器生成的電氣控制信號(hào)，該梯度熱通量傳感器適于傳導(dǎo)由電子組件101生成的熱。電子裝置包含響應(yīng)于電氣控制信號(hào)130并且適于至少部分基于電氣控制信號(hào)管理電子組件的電流的控制器103。除了電氣控制信號(hào)130之外，控制器103能夠適于基于一個(gè)或多個(gè)測(cè)量的溫度、電流的測(cè)量值、和/或其它適當(dāng)?shù)男畔⒐芾黼娏鳌?/p>

圖1b示出電子組件101的側(cè)視圖。借助于圖1b中示出的局部剖視圖示出梯度熱通量傳感器。用參考編號(hào)102在圖1b中表示梯度熱通量傳感器。在這個(gè)示例性情況下，梯度熱通量傳感器102構(gòu)成從電子組件101的熱生成部到熱沉元件104的熱傳導(dǎo)路徑的部分。熱沉元件104可以包含用于將熱傳導(dǎo)到環(huán)境空氣的冷卻鰭片和/或用于傳導(dǎo)冷卻液體(例如，水)的冷卻管道。在這個(gè)示例性情況下，電子裝置101包含抵靠熱沉元件的基板134。熱沉元件104包含用于梯度熱通量傳感器102的腔室，使得梯度熱通量傳感器抵靠電子組件101的基板134。在圖1b中，以波浪箭頭描繪了從電子組件101到熱沉元件104的熱流，其中一個(gè)用參考編號(hào)135表示。在圖1b中，電子組件101的主電流端子中的一個(gè)用參考編號(hào)136表示，以及控制端子(即，igbt的柵極連接)用參考編號(hào)137表示。

在圖1a和圖1b中示出的示例性電子裝置中，梯度熱通量傳感器位于電子組件的表面上，即，抵靠電子組件的基板。然而，這不是僅可能的選擇。也有可能，將梯度熱通量傳感器嵌入到例如電子組件的基板或嵌入到電子組件的殼體的另一位置。還有可能，梯度熱通量傳感器例如是電子組件的集成的元件，使得梯度熱通量傳感器位于電子組件的殼體內(nèi)。在其中電子組件是包含例如諸如例如igbt的許多半導(dǎo)體單元的模塊類型組件的情況下，模塊類型組件可以包含許多梯度熱通量傳感器，使得每個(gè)半導(dǎo)體單元被設(shè)置有梯度熱通量傳感器中的一個(gè)。因此，可能的是，以半導(dǎo)體單元特定方式監(jiān)視模塊型組件的熱特性。

值得注意的是，本發(fā)明不限于以布置梯度熱通量傳感器來傳導(dǎo)由電子組件產(chǎn)生的熱的任何特定方式。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的電子裝置中，響應(yīng)于其中電氣控制信號(hào)130指示超過第一安全限度的熱通量的情況，控制器103適于減少電子組件的開關(guān)頻率。降低開關(guān)頻率是實(shí)際上管理電流的高頻分量。因此，降低開關(guān)頻率可以被視為表示管理電子組件的電流的方式。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的電子裝置中，響應(yīng)于其中電氣控制信號(hào)130指示超過第二安全限度的熱通量的情況，控制器103適于啟動(dòng)電子組件的短路保護(hù)。第二安全限度有利地高于用于控制開關(guān)頻率的上述第一安全限度。短路保護(hù)可以包括例如將電子組件中的一個(gè)或多個(gè)控制為非導(dǎo)通狀態(tài)和/或以其它方式斷開電子組件的一個(gè)或多個(gè)電流。

圖1c示出梯度熱通量傳感器102的透視圖。借助于圖1b和圖1c示出的坐標(biāo)系190來圖示與圖1b和圖1c相關(guān)的觀察方向。梯度熱通量傳感器102包含以串行方式電連接的傳感器元件111、112、113、114、115、116、117和118，使得通過變化到傳感器元件111-118的磁通量感生的擾動(dòng)電壓適于至少部分地互相抵消。在圖1c中示出的電壓u表示由梯度熱通量傳感器102生成的電氣控制信號(hào)。有利地，梯度熱通量傳感器包含傳感器元件111-118的相鄰元件之間的電絕緣材料的條帶。另外，梯度熱通量傳感器102可以包括能夠由電絕緣但是具有足夠?qū)嵝缘牟牧现瞥傻慕^緣體板119。絕緣體板119能夠由例如云母制成。根據(jù)梯度熱通量傳感器102的操作環(huán)境，能夠在傳感器元件111-118的另一側(cè)上存在類似其它絕緣體板。另一側(cè)的絕緣體板沒有被示出在圖1c中。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的電子裝置中，傳感器元件111-118中的每個(gè)包含用于生成電壓u的部分的各向異性材料，電壓u是與橫向于第二溫度梯度分量的第一溫度梯度分量成比例的，該第二溫度梯度分量與通過梯度熱通量傳感器的熱通量平行。在這種情況下，第一溫度梯度分量與坐標(biāo)系190的x軸平行，以及第二溫度梯度分量與坐標(biāo)系190的z軸平行。各向異性材料能夠是例如鉍，并且傳感器元件111-118中的每個(gè)能夠是單晶的鉍。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性的電子裝置中，傳感器元件111-118中的每個(gè)包含用于生成電壓u的部分的多層結(jié)構(gòu)。該多層結(jié)構(gòu)中的層相對(duì)于用于從電子組件接收熱通量的梯度熱通量傳感器的表面是傾斜的。多層結(jié)構(gòu)可以包含第一層和第二層，使得第二層與第一層交錯(cuò)。第二層能夠由例如半導(dǎo)體材料制成，并且第一層能夠由例如金屬或金屬合金制成，或者由不同于第一層的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料制成。

值得注意的是，上述梯度熱通量傳感器僅僅是示例并且本發(fā)明不限于梯度熱通量傳感器的任何特定材料和/或結(jié)構(gòu)和/或制造方法。

圖2a圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的電子裝置的部分。在這種示例性情況下，電子裝置包括兩個(gè)并行連接的電子組件201和221。電子組件中的每個(gè)包括可控制的功率電子開關(guān)和反向并行連接的二極管。在這種示例性情況下，可控制的功率電子開關(guān)是絕緣柵雙極晶體管“igbt”。電子裝置包含適于傳導(dǎo)由電子組件產(chǎn)生的熱并且適于生成與通過梯度熱通量傳感器的熱通量成比例的電氣控制信號(hào)的梯度熱通量傳感器“ghfs”。電子裝置包含響應(yīng)于電氣控制信號(hào)的并且適于至少部分基于電氣控制信號(hào)管理電子組件的電流的控制器203。控制器203適于至少部分基于電氣控制信號(hào)控制并行連接的電子組件201和221的操作，以便平衡并行連接的電子組件的電流。此外，控制器能夠適于控制電子組件201和221的開關(guān)頻率和/或適于基于由梯度熱通量傳感器生成的電氣控制信號(hào)控制短路“sc”保護(hù)。除了上述電氣控制信號(hào)之外，控制器203能夠適于基于一個(gè)或多個(gè)測(cè)量溫度、電流的測(cè)量值和/或其它適當(dāng)信息管理電子組件201和221的電流。

圖2b和圖2c示出電子組件201和221的側(cè)視圖。借助于圖2b和2c中示出的局部剖視圖示出梯度熱通量傳感器。在圖2b和圖2c中用參考編號(hào)202和222指示梯度熱通量傳感器。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的管理電子組件的電流的方法的流程圖。該方法包含以下動(dòng)作：

-動(dòng)作301：從梯度熱通量傳感器“ghfs”接收電氣控制信號(hào)，所述梯度熱通量傳感器“ghfs”基于熱電各向異性并且傳導(dǎo)由電子組件產(chǎn)生的熱，該梯度熱通量傳感器生成與通過梯度熱通量傳感器的熱通量成比例的電氣控制信號(hào)，以及

-動(dòng)作302：至少部分基于電氣控制信號(hào)管理電子組件的電流。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的方法中，從梯度熱通量傳感器的至少兩個(gè)串行連接的傳感器元件接收電氣控制信號(hào)，其中，通過到傳感器元件的變化磁通量所感生的擾動(dòng)電壓在串行連接的至少兩個(gè)傳感器元件中至少部分地相互抵消。

根據(jù)本發(fā)明的示意性和非限制性的方法包含：響應(yīng)于其中所述電氣控制信號(hào)指示熱通量超過第一安全限度的情況，降低電子組件的開關(guān)頻率。

根據(jù)本發(fā)明的示意性和非限制性的方法包含：響應(yīng)于其中所述電氣控制信號(hào)指示熱通量超過第二安全限度的情況，啟動(dòng)電子組件的短路保護(hù)。

根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性的方法包含：基于所述電氣控制信號(hào)和從另一個(gè)梯度熱通量傳感器接收的另一個(gè)電氣控制信號(hào)，平衡所述電子組件的電流與另一個(gè)電子組件的電流，所述另一個(gè)梯度熱通量傳感器傳導(dǎo)由其它電子組件產(chǎn)生的熱并且生成與通過其它梯度熱通量傳感器的熱通量成比例的其它電氣控制信號(hào)。

在以上給出的描述中提供的具體示例不應(yīng)該被解釋為限制所附權(quán)利要求的適用性和/或解釋。值得注意的是，除非另有說明，在本文中給出的示例的列表和群組是非窮盡性列表和群組。