[發明專利]考慮退化地確定功率半導體的阻擋層溫度的方法及其實現裝置

有效

• 申請號: 201310644163.9
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103852706B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: M.里希特;O.D.科勒
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司;索恩格汽車德國有限責任公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 杜荔南;胡莉莉

考慮退化地確定功率半導體的阻擋層溫度的方法及其實現裝置。提出一種基于在功率半導體（201）的運行中測量的功率半導體（201）的損耗功率（Pv）以及損耗功率（Pv）與功率半導體（201）的取決于溫度的阻抗（Zth）之間的關系來確定功率半導體（201）的阻擋層溫度（Tj）的方法，其中基于在功率半導體（201）的運行中記錄的升溫曲線來確定取決于溫度的阻抗（Zth）。本發明還包括用于實施這樣的方法的裝置。

技術領域

本發明涉及一種用于在考慮到功率半導體的退化的情況下確定該功率半導體的阻擋層溫度的方法以及尤其是在機動車輛中的用于實現這種方法的裝置。

背景技術

機動車輛電子系統中的功率半導體的主要任務是操控執行器，如加熱電阻、磁調節器或電動機。對功率半導體的要求是低損耗功率、高可靠性、低成本和短的開關時間。功率半導體既不在接通狀態下也不在關斷狀態下具有其最高損耗功率，而是在此之間具有其最高損耗功率。由此，以長過渡時間頻繁地開關也影響損耗功率。

作為功率半導體可以使用晶閘管和晶體管。因為晶閘管具有長的開關時間并且其使用造成高成本，因此在機動車輛中幾乎僅僅使用晶體管。在此，尤其是可以使用雙極晶體管、金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）以及作為其組合使用具有絕緣柵極的雙極晶體管（IGBT）。雙極晶體管在接通狀態下具有小的電阻，MOSFET具有短的開關時間，并且用電壓而不是電流來操控。由于在較新的MOSFET情況下接通電阻強烈下降，因此 MOSFET幾乎取代了雙極晶體管作為汽車應用中的功率半導體。盡管IGBT結合了雙極晶體管和MOSFET的優點，但是IGBT在車輛中常常由于成本原因而淘汰（除了用于混合動力驅動的變頻器）。

用在車輛中的晶體管在晶體管殼體中或者甚至在相同芯片上具有附加的功能，如過載保護、自我診斷以及制備操控信號。多個功率半導體常常與其智能一起組合成一個功率模塊。

由于日益增加的混合動力化的趨勢，尤其是用在混合動力車輛、在此例如變頻器中的功率半導體受到強烈的溫度上升以及附加的熱負荷。這些是在設計和構思時應當考慮的。熱負荷有顯著的一部分取決于天氣形勢和駕駛員的類型和/或交通狀況。因此，理想地必須根據駕駛員類型和使用領域使用單獨的功率半導體，所述功率半導體動態地適配于當前交通狀況。這從如今的角度來看是不可能的。但是可以通過在線監視分別確定功率半導體的瞬時損害狀態。

熱負荷多么強烈地損害功率半導體首先取決于阻擋層溫度。為了確定阻擋層溫度，可以使用不同的方法。公知的例如是基于熱擴張的卷積方法、校準曲線和熱模型。但是這些方法具有弱點，因為它們未考慮到或僅僅不足地考慮到功率半導體中的各個材料層的退化。該退化例如表現為損壞、脫層的形式或者表現為形成所謂的收縮孔。這些導致從阻擋層到冷卻體的熱路徑的惡化，因為熱由于減小的橫截面而能被更差地排出。這導致在相同損耗功率的情況下阻擋層溫度Tj的升高。

因此，此外還存在對確定尤其是機動車輛中的功率半導體的阻擋層溫度進行改善的需求，所述確定考慮到所述阻擋層的退化。

發明內容

根據本發明，提出具有獨立權利要求的特征的用于在運行期間在考慮到退化的情況下確定功率半導體的阻擋層溫度的方法以及尤其是機動車輛中的用于實施這樣的方法的裝置。有利的構型是從屬權利要求以及下面的描述的主題。

本發明優點

由于迄今為止使用的用于基于功率半導體的新狀態并在運行期間確定功率半導體的阻擋層溫度的熱方法未進行適配，但是連接技術在運行中日益退化，因此產生系統誤差。該誤差表現為所確定的低阻擋層溫度。因此，涉及對不可靠方面的估計。而根據本發明提出的方法使得阻抗矩陣形式的熱模型能夠適配于瞬時退化狀態。由此可以單獨地對駕駛員的駕駛方法以及所造成的組件退化作出反應。