热控电子装置制造方法及图纸

一种电子装置，该电子装置包括至少一个电子组件(101)、梯度热通量传感器GHFS(102)以及控制器，该梯度热通量传感器基于热电各向异性并且传导由电子组件产生的热，该控制器适于至少部分基于由梯度热通量传感器生成并且与通过梯度热通量传感器的热通量成比例的电气控制信号来管理电子组件的电流。因此，基于由电子组件产生的热通量直接管理电子组件的电流，从而也可以直接管理电子组件的发热。因此，在利用足够带宽实现电压和电流测量具有挑战，尤其当电子组件的开关频率在从数百kHz到几MHz的范围上时，无需电压和电流测量就能够管理电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热控电子装置
本公开总体上涉及一种电子装置的热管理。更具体地说，本公开涉及一种管理电子装置中的电流的方法。另外，本公开涉及一种可能例如但不一定是诸如例如变频器的功率电子装置的电子装置。
技术介绍
诸如例如变频器、整流器和网络逆变器的各种电子装置包含用于改变电流和电压的电子组件。电子组件能够是例如诸如例如双极结型晶体管“BJT”、绝缘栅双极晶体管“IGBT”、晶闸管(thyristor)、栅极可关断晶闸管“GTO”、金属氧化物半导体场效应晶体管“MOSFET”、集成栅极换流晶闸管“IGCT”或注入增强栅极晶体管“IEGT”的可控功率电子开关。功率电子开关也可以是二极管，在这种情况下，开关操作仅仅取决于二极管的阳极和阴极之间的电压。当电子组件传导电流时，由于焦耳效应，电子组件的内阻产生热。在被用作开关的电子组件中，在导通状态和非导通状态之间的转换期间，瞬时加热速率可能特别高。例如，从导通状态到非导通状态的转换中，当电流还没有下降时内阻可能已经变得相当高。因此，加热速率与开关频率线性或非线性地部分地成比例。在诸如例如处理器的电子组件中，加热速率与被使用的时钟频率和电压电平线性或非线性地成比例。增加时钟频率意味着必须以较高速率对处理器的内部电容充电和放电，并且因此也增加在处理器的内阻中产生热的电流。此外，由于趋肤效应(skineffect)，增加时钟频率或开关频率增加了内部有效电阻，并且因此还增加了加热速率。如果加热速率超过了可用冷却的能力，则存在温度上升影响电气特性的变化的风险，使得热损伤可能发生在所考虑的电子组件中。因此，重要的是，管理电子组件的电流，使得加热率率不超过冷却的能力。电流的管理可以包括例如短路“SC”保护、通过限制开关频率控制电流的高频分量以便限制开关损耗、管理电子组件的热循环、降低处理器等的时钟频率以便限制电流、和/或平衡并行连接的电子组件的电流。上述的电流的管理需要直接或间接指示电子组件中的加热速率的测量的信息。用于测量加热速率的一个常规技术包括测量电压和电流的瞬时值的乘积的积分。用于测量加热速率的另一个常规技术包括从电子组件的表面上的一个或多个测量点测量表面温度。然而，这些技术并不是没有有挑战。基于电压和电流的瞬时值的乘积的技术需要高精确度高带宽电压和电流传感器，其中在指示的电压和实际电压之间的相位偏移和在指示的电流和实际电流之间的相位偏移彼此要足够接近，以便电压和电流的乘积将以足够的精确度来表示瞬时功率。尤其当电子组件的开关频率在从数百kHz到几MHz的范围上时，以足够的精确度来实现电压和电流测量可能是具有挑战性的。涉及基于测量的表面温度的技术的挑战在于电子组件的结温度可能至少偶尔显著地高于表面温度，并且测量的表面温度跟随结温度有延迟。因此，例如基于测量的表面温度的短路保护可能对能够保护电子组件来说过于缓慢。在其中电子组件是含有并行和/或串行连接的多个芯片的模块型组件的情况下，对上述技术两者的另外的挑战在于这些技术不能够观察到单个半导体芯片的温度。由于不同芯片的不同热阻和/或由于关于不同芯片的寄生电感和/或电阻中的差异，所以热生成和温度通常对于每个芯片不是相同的。
技术实现思路
以下呈现了简要概述，以便提供对各种专利技术实施例的一些方面的基本理解。该概述不是本专利技术的广泛概括。该概述既不旨识别本专利技术的关键或必要元件，也不旨限定本专利技术的范围。以下概述仅以简化形式呈现了本专利技术的一些概念，作为以下提供的本专利技术的示例性实施例的更详细描述的前言。根据本专利技术，这里提供一种新的电子装置，该新的电子装置能够是例如但不一定是诸如例如变频器、整流器或网络逆变器的功率电子装置。根据本专利技术的电子装置包括：-至少一个电子组件，-梯度热通量传感器“GHFS”，该梯度热通量传感器“GHFS”基于热电各向异性，并且适于传导由电子组件生成的热以及适于生成与通过梯度热通量传感器的热通量成比例的电气控制信号，以及-控制器，该控制器响应于电气控制信号并且适于至少部分地基于电气控制信号来管理电子组件的电流。在电流的管理中利用梯度热通量传感器的小的响应时间。例如，对于基于各向异性的热电偶“AT”的梯度热通量传感器，响应时间τ能够在1ns...10ns的范围上。因此，响应时间τ对于获得足够快的电流的管理是足够小的。此外，在热通量的方向上的梯度热通量传感器的厚度可以是小的，例如，大约0.1mm。因此，梯度热通量传感器不表示将干扰和减慢热通量测量的大量热存储能力。梯度热通量传感器“GHFS”的进一步细节可以例如从下面的出版物找到：HanneK.Jussila、AndreyV.Mityakov、SergeyZ.Sapozhnikov、VladimirY.Mityakov和JuhaPyrhonen2013年发表在电气与电子工程师学会“IEEE”的IEEETransactionsonIndustrialElectronics的第60卷第4852-4860页的“LocalHeatFluxMeasurementinaPermanentMagnetMotoratNoLoad”。根据本专利技术，还提供一种管理电子组件的电流的新的方法。根据本专利技术的方法包括：-从基于热电各向异性的梯度热通量传感器接收电气控制信号，该梯度热通量传感器传导由电子组件生成的热并生成与通过梯度热通量传感器的热通量成比例的电气控制信号，以及-至少部分地基于电气控制信号，管理电子组件的电流。本专利技术中的多个示例性和非限制性实施例在所附从属权利要求中描述。关于结构和操作方法两者的本专利技术的多种示例性和非限制性实施例连同本专利技术的附加的目的和优点，将在结合附图阅读时从下面具体示例性和非限制性实施例的描述中得到最好的理解。在本文中，将动词“包含”和“包括”作为开放性限制加以使用，其不排除也不要求未引用特征的存在。除非明确声明，所附的权利要求中列举的特征是可以自由地相互组合的。另外，还应理解，“一种”或者“一个”，即单数形式，在整个本申请中的使用并不排除复数形式。附图说明下面将参考附图和从示例的意义上更详细地说明本专利技术的示例性和非限制性实施例和它们的优点，在附图中：图1a、图1b和图1c图示根据本专利技术的示例性和非限制性实施例的电子装置，图2a、图2b和图2c图示根据本专利技术的示例性和非限制性实施例的电子装置的部分，以及图3示出根据本专利技术的示例性和非限制性实施例的管理电子组件的电流的方法的流程图。具体实施方式图1图示根据本专利技术的示例性和非限制性的电子装置。在这个示例性情况下，电子装置是适于经由端子132从三相网络接收电能并且经由端子133供应三相交流电压的变频器。电子装置包含六个电子组件，该六个电子组件均包含可控制功率电子开关和反向并行连接的二极管。在图1a中，电子组件中的一个用参考编号101来表示。在这个示例性情况下，电子组件的可控制功率电子开关是绝缘栅双极晶体管“IGBT”。在根据本专利技术的这种示例性和非限制性实施例的电子装置中，电子装置包含一个或多个功率电子开关，每个功率电子开关能够是例如，IGBT、双极结型晶体管“BJT”、二极管、晶闸管、栅极可关断晶闸管“GTO”、金属氧化物半导体场效应晶体管“MOSFET”、集成栅极换流晶闸管“IGCT”、或注入增强栅极晶体管“IEGT”。电子装置包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子装置，所述电子装置包括至少一个电子组件(101、201、221)，其特征在于，所述电子装置还包括：‑梯度热通量传感器(102、202、222)，所述梯度热通量传感器(102、202、222)基于热电各向异性，并且适于传导由所述电子组件产生的热以及适于生成与通过所述梯度热通量传感器的热通量成比例的电气控制信号，以及‑控制器(103、203)，所述控制器(103、203)响应于所述电气控制信号，并且适于至少部分地基于所述电气控制信号来管理所述电子组件的电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.27 FI 201460411.一种电子装置，所述电子装置包括至少一个电子组件(101、201、221)，其特征在于，所述电子装置还包括：-梯度热通量传感器(102、202、222)，所述梯度热通量传感器(102、202、222)基于热电各向异性，并且适于传导由所述电子组件产生的热以及适于生成与通过所述梯度热通量传感器的热通量成比例的电气控制信号，以及-控制器(103、203)，所述控制器(103、203)响应于所述电气控制信号，并且适于至少部分地基于所述电气控制信号来管理所述电子组件的电流。2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述梯度热通量传感器(102)构成从所述电子组件的热生成部到所述电子装置的热沉元件(104)的热传导路径的至少一部分。3.根据权利要求1或2所述的电子装置，其中，所述梯度热通量传感器包括至少两个传感器元件(111-118)，所述至少两个传感器元件被并排放置以便获得其中通过到所述传感器元件的变化磁通量所感生的扰动电压大体上相同的情况，并且所述至少两个传感器元件被以串行方式电连接以使得通过到所述传感器元件的所述变化磁通量所感生的所述扰动电压适于至少部分地互相抵消。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的电子装置，其中，所述控制器适于：响应于其中所述电气控制信号指示热通量超过第一安全限度的情况，来降低所述电子组件的开关频率。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的电子装置，其中，所述控制器适于：响应于其中所述电气控制信号指示热通量超过第二安全限度的情况，来启动所述电子组件的短路保护。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的电子装置，其中，所述电子装置包括另一个电子组件(221)和另一个梯度热通量传感器(222)，所述另一个梯度热通量传感器(222)适于传导由其它电子组件产生的热以及适于生成与通过其它梯度热通量传感器的热通量成比例的另一个电气控制信号，并且其中，所述电子组件(201、221)被并行连接，并且所述控制器适于至少部分地基于所述电气控制信号来控制被并行连接的电子组件的操作，以便平衡被并行连接的电子组件的电流。7.根据权利要求1-6中的任一项所述的电子装置，其中，所述梯度热通量传感器包括各向异性材料，所述各向异性材料用于生成与第一温度梯度分量成比例的所述电气控制信号，其中，所述第一温度梯度分量横向于第二温度梯度分量，所述第二温度梯度分量与通过所述梯度热通量传感器的所述热通量平行。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉伊莫·云图宁，塔图·穆斯卡，安德烈·米特雅科夫，尤哈·派尔霍恩，奥利·派尔霍恩，谢尔盖·Z·萨波日尼科夫，弗拉基米尔·Y·米特雅科夫，
申请(专利权)人：拉普兰塔理工大学，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI