用于探测包括半导体构件的功率电子设备的老化的方法和设备以及功率电子系统技术方案

用于探测包括至少一个半导体构件(104)的功率电子设备(102)的老化的方法包括：激励信号(110)的提供步骤，激励信号被构造成用于为了将损耗功率引入半导体构件(104)中而使至少近似半正弦状的激励电流(112)穿流过半导体构件(104)；温度信号(114)的读入步骤，温度信号反映出半导体构件(104)的温度在时间上的变化曲线；以及在使用温度信号(114)的情况下对代表功率电子设备(102)的老化的老化值(118)的确定步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于探测包括半导体构件的功率电子设备的老化的方法和设备以及功率电子系统
本专利技术涉及用于探测包括半导体构件的功率电子设备的老化的方法和设备以及涉及功率电子系统。
技术介绍
功率半导体模块，尤其是IGBT功率半导体模块(IGBT＝insulated-gatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)是当前发展趋势的关键部件，例如是电的或混合电动的驱动技术的或在获得来自可再生能源的(例如来自风能的)能量情况下的关键部件。基于由运行所导致的和外部的影响，这些功率模块会受到持续的老化过程的影响，经过较长时间的老化过程可能会导致功率模块的由老化所导致的故障。为了确保一定的目标使用寿命，用于此的计算方案包含有安全裕度“稳健性裕度(RobustnessMargin)”，其可能会导致功率模块的规格过大。越来越高的功率密度要求功率模块在其负载极限附近运行并要求降低安全裕度。因此确保特定的目标使用寿命是困难的。
技术实现思路
在此背景下，本专利技术根据独立权利要求提供了改进的方法和改进的设备用来探测包括至少一个半导体构件的功率电子设备的老化，以及提供了改进的功率电子系统。有利的设计方案由从属权利要求和以下描述得到。包括至少一个半导体构件的功率电子设备的老化可以有利地经由对半导体构件的半正弦状的激励来分析。用于探测包括至少一个半导体构件的功率电子设备的老化的相应的方法包括以下步骤：提供激励信号，该激励信号被构造成用于为了将损耗功率引入半导体构件中而使至少近似半正弦状的激励电流穿流过半导体构件；读入温度信号，该温度信号反映出半导体构件的温度的时间上的变化曲线；以及在使用温度信号的情况下确定代表功率电子设备的老化的老化值。功率电子设备可以被理解为如下电路，其包括例如形式为晶体管或二极管的至少一个半导体构件。半导体构件可以是如下功率半导体构件，例如其被用在功率电子器件中。老化会涉及功率电子设备内部的电的或热的接触部。由于老化例如可能会使这种接触部的电阻或热阻提升。通过老化值，例如可以相应于预先限定的刻度来显示老化的程度或这种接触部的状态。激励信号可以被理解为电信号，通过该电信号，可以如下这样地直接驱控半导体构件或功率电子设备的至少一个另外的结构元件，即，使半导体构件被半正弦状的激励电流穿流。替选地，激励信号也可以是激励电流。至少近似半正弦状的可以被理解为激励电流的变化曲线，这可以被视为半振荡。为了使激励电流可以流过半导体构件，半导体构件可以沿流通方向运行。激励电流可以具有例如最大值超过50A的在功率电子器件中常见的变量。激励电流的频率可以例如在0.5Hz与2Hz之间。频率可以相应于或近似于基底的尤其是陶瓷基底的低通频率，半导体构件被钎焊到基底上。通过激励电流，可以向半导体构件输送至少近似半正弦状的损耗功率，这将导致半导体构件的温度变化。通过半正弦状的激励电流可以导致在温度变化曲线中的振荡。温度可以被理解为在半导体构件内部的温度，例如阻挡层温度(其也被称为结温)。温度信号可以在执行适当的测量方法的情况下来确定。在此，当半导体构件被激励电流穿流期间，可以检测温度。所述方案能够实现对例如被安装到逆变器中的功率模块的老化状态进行鉴别和监控。通过评估老化值，可以有利地避免由老化导致的、突发的模块故障。由此可以节省成本并提高运行安全性。根据实施方式能够实现用于确定功率电子系统(“机载(Onboard)”)内部的功率模块和冷却系统的老化状态的适合批量生产的解决方案。根据实施方式，在确定的步骤中，可以在使用温度信号的幅度的情况下来确定老化值。温度信号的振荡的幅度可以很容易地被检测到，并且有利地与半导体元件上的老化有关。附加或替选地，在确定的步骤中，可以在使用温度信号的最小值的情况下来确定老化值。温度信号的最小值同样可以很容易地被检测到，并且有利地与半导体元件的散热部处的老化有关。例如在确定的步骤中，可以通过幅度与参考幅度之间的比较来确定老化值。附加或替选地，可以通过最小值与参考最小值之间的比较来确定老化值。参考幅度和参考最小值可以是配属于预先确定的老化状态的参考值。也可以提供多个参考幅度和多个参考最小值作为比较值，以便能够非常精确地确定老化的程度。在此，在确定的步骤中，当幅度大于参考幅度时，则可以确定指示出半导体构件上的老化的第一老化值。附加或替选地，当最小值大于参考最小值时，可以确定指示出功率电子设备的冷却装置的老化的第二老化值。以该方式，可以分开确定并显示涉及半导体构件的老化和涉及冷却装置的老化。在确定的步骤中也可以通过热阻和参考热阻之间的比较来确定老化值。在此，可以在使用幅度、最小值和引入半导体构件中损耗功率的情况下来确定局部热阻。以该方式可以直接从功率电子设备内部的热阻的值来确定老化。在确定的步骤中，可以在使用平均的幅度的情况下并且附加或替选地在使用温度信号的平均的最小值的情况下来确定老化值。可以在多个半波上进行求平均。由此得到了较大的时间常数，通过该时间常量可以提高确定老化的准确度。根据实施方式，当温度信号具有稳态时，在确定的步骤中确定老化值。稳态是限定的测量状态，从而能够对在不同时刻确定的老化值进行相互比较。在读入的步骤中，可以经由通向集成在半导体构件中的电阻器的接口读入温度信号。这种电阻器能够实现对在半导体构件内部的温度进行非常准确的检测。有利的是，半导体构件通常装备有例如形式为栅极电阻器的这种电阻器，并且可以利用公知的方法来在使用这种电阻器的情况下检测温度。根据实施方式，半导体构件可以是晶体管。在提供的步骤中，可以将激励信号提供给晶体管的控制输入端。有利地，可以以该方式直接在使用半导体构件的情况下来调整激励电流。功率电子设备可以包括至少一个另外的半导体构件。在提供的步骤中可以提供如下激励信号，该激励信号可以被构造成用于使另外的半正弦状的激励电流穿流过另外的半导体构件来将另外的损耗功率引入另外的半导体构件中。在读入的步骤中，可以读入另外的温度信号，其反映出另外的半导体构件的温度的时间上的变化曲线。在确定的步骤中，可以在使用另外的温度信号的情况下来确定代表功率电子设备的老化的另外的老化值。以该方式，可以针对功率电子设备的每个半导体构件来确定配属于各自的半导体构件的老化值。根据不同的实施例，并且将一个且同一激励信号提供给半导体构件，或者激励信号可以包括多个提供给半导体构件的部分激励信号。部分激励信号可以如下这样地彼此相协调，即，使其中每个半导体构件都被半正弦状的激励电流穿流。这例如在由至少两个半导体构件构成的桥接电路中提供。各个半导体构件的激励电流在此可以彼此相同或不同，例如彼此相移。用于探测包括至少一个半导体构件的功率电子设备的老化的设备具有以下特征：用于提供激励信号的提供装置，激励信号被构造成用于导致至少近似半正弦状的激励电流穿流过半导体构件来将损耗功率引入半导体构件中；用于读入温度信号的读入装置，该温度信号反映出半导体构件的温度的在时间上的变化曲线；以及用于在使用温度信号的情况下确定代表功率电子设备的老化的老化值的确定装置。根据实施方式，提供装置可以是本来就需要的用于运行半导体构件的驱动电路。这种驱动电路的示例是逆变器的脉宽调制驱动器。该设备可以包括如下装置，其被构造成用于付诸实施所述的用于探测包括至少一个半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于探测包括至少一个半导体构件(104)的功率电子设备(102)的老化的方法，其中，所述方法包括以下步骤：提供(220)激励信号(110)，所述激励信号被构造成用于为了将损耗功率引入所述半导体构件(104)中而使至少近似半正弦状的激励电流(112)穿流过所述半导体构件(104)；读入(222)温度信号(114)，所述温度信号反映出所述半导体构件(104)的温度在时间上的变化曲线；以及在使用所述温度信号(114)的情况下确定(224)代表所述功率电子设备(102)的老化的老化值(118；913)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.18 DE 102015225909.91.用于探测包括至少一个半导体构件(104)的功率电子设备(102)的老化的方法，其中，所述方法包括以下步骤：提供(220)激励信号(110)，所述激励信号被构造成用于为了将损耗功率引入所述半导体构件(104)中而使至少近似半正弦状的激励电流(112)穿流过所述半导体构件(104)；读入(222)温度信号(114)，所述温度信号反映出所述半导体构件(104)的温度在时间上的变化曲线；以及在使用所述温度信号(114)的情况下确定(224)代表所述功率电子设备(102)的老化的老化值(118；913)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定(224)的步骤中，在使用所述温度信号(114)的幅度和/或最小值的情况下确定所述老化值(118；913)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在确定(224)的步骤中，通过所述幅度与参考幅度之间的比较和/或所述最小值与参考最小值之间的比较来确定所述老化值(118；913)。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，在确定(224)的步骤中，当所述幅度大于参考幅度时，则确定指示出所述半导体构件(104)上的老化的第一老化值(118；913)，并且/或者当所述最小值大于参考最小值时，则确定指示出所述功率电子设备(102)的冷却装置的老化的第二老化值(118；913)。5.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其特征在于，在确定(224)的步骤中，通过热阻与参考热阻之间的比较来确定所述老化值(118；913)，其中，在使用所述幅度、所述最小值和引入所述半导体构件(104)中的损耗功率的情况下确定局部热阻。6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，在确定(224)的步骤中，在使用所述温度信号(114)的平均幅度和/或平均最小值的情况下确定所述老化值(118；913)。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在确定(224)的步骤中，当所述温度信号(114)具有稳态时，确定所述老化值(118；913)。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在读入(222)的步骤中，经由通向集成在所述半导体构件(104)中的电阻器(116)的接口读入所述温度信号(114)。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述半导体构件(104)是晶体管，并且在提供(220)的步骤中将所述激励信号(110)提供给所述晶体管的控制输入端。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述功率电子设备(102...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尔科·登克，马克马蒂亚斯·巴克兰，
申请(专利权)人：ZF腓德烈斯哈芬股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE