[發(fā)明專利]熱控電子裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580064476.4
• 申請(qǐng)日: 2015-10-07
• 公開（公告）號(hào): CN107005233A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 拉伊莫·云圖寧;塔圖·穆斯卡;安德烈·米特雅科夫;尤哈·派爾霍恩;奧利·派爾霍恩;謝爾蓋·Z·薩波日尼科夫;弗拉基米爾·Y·米特雅科夫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 拉普蘭塔理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K17/08
• 分類號(hào): H03K17/08;H03K17/10;H03K17/12;H03K17/14
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11219
• 代理人: 韓峰,孫志湧

技術(shù)領(lǐng)域

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)(skin effect)，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)。基于電壓和電流的瞬時(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。

發(fā)明內(nèi)容

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。