用于并联双侧冷却功率模块的温度感测与故障检测制造技术

本公开涉及用于并联双侧冷却功率模块的温度感测与故障检测。根据一个实施例，一种方法包括：监控以双侧冷却(DSC)功率模块的堆叠布置的多个DSC功率模块中的两个DSC功率模块之间的温度差；将温度差与第一温度阈值进行比较；当温度差高于第一温度阈值时，检测冷却管道系统堵塞；以及在检测到冷却管道系统堵塞之后，禁用耦合至多个DSC功率模块的栅极驱动电路或者在低功率模式下操作DSC功率模块。每个堆叠包括多个DSC功率模块。每个DSC功率模块具有顶面和底面，每个顶面和底面与冷却管系统的一个或多个冷却通道热耦合。两个DSC功率模块与一个或多个冷却通道的相同冷却通道热耦合。

Temperature Sensing and Fault Detection for Parallel Bilateral Cooling Power Modules

【技术实现步骤摘要】
用于并联双侧冷却功率模块的温度感测与故障检测
本专利技术总体上涉及电子系统和方法，并且在具体实施例中，涉及用于并联双侧冷却(DSC)功率模块的温度感测和故障检测系统。
技术介绍
晶体管器件被广泛用作各种不同应用(诸如工业、汽车和消费者应用)中的电子开关。例如，这些应用可以包括功率转换、电机驱动、感应加热或照明系统。功率晶体管通常通过承载相对较高的电流和/或阻断高压来切换相对较高的功率。因此，热量通常由功率晶体管产生。由于功率晶体管通常具有最高操作温度，所以较差的散热会限制功率晶体管的性能和可承载的最大功率量。因此，功率晶体管通常具有可夹至散热器来加强冷却的封装。一些功率晶体管可以使用具有双侧冷却(DSC)的封装。DSC功率晶体管是在晶体管封装的两个表面处具有低热阻的晶体管。因此，诸如散热器的散热部件可附接至晶体管封装的每个低热阻表面以加强冷却。因此，使用DSC的功率晶体管通常允许功率密度的增加。具有多于一个功率晶体管的电气部件也可以与DSC封装在功率模块中。例如，具有半桥的功率模块可以使用具有DSC的封装来实现。功率模块可以包括一个或多个功率部件，诸如一个或多个功率晶体管以及用于自由旋转感应开关负载的反并联二极管。一些应用使用并联的多个功率模块，以便支持更高的功率需求。功率模块可以利用DSC实现，DSC可以称为DSC功率模块。
技术实现思路
根据一个实施例，一种方法包括：监控以双侧冷却(DSC)功率模块的堆叠布置的多个DSC功率模块中的两个DSC功率模块之间的温度差；将温度差与第一温度阈值进行比较；当温度差高于第一温度阈值时，检测冷却管道系统堵塞；以及在检测冷却管道系统堵塞之后，禁用耦合至多个DSC功率模块的栅极驱动电路或者在低功率模式下操作DSC功率模块。每个堆叠包括多个DSC功率模块。每个DSC功率模块具有顶面和底面，它们均与冷却管道系统的一个或多个冷却通道热耦合。两个DSC功率模块与一个或多个冷却通道的相同冷却通道热耦合。附图说明为了更全面地理解本专利技术及其优点，现在结合附图进行以下描述，其中：图1A示出了根据本专利技术实施例的功率系统的高级示意图；图1B示出了根据本专利技术实施例的图1A的功率系统的可能实现方式；图2示出了根据本专利技术实施例的用于驱动三相电动机的逆变器电路的示意图；图3A示出了根据本专利技术实施例的包括半桥的DSC功率模块的示图；图3B示出了根据本专利技术实施例的图3A的DSC功率模块的热堆叠；图4示出了根据本专利技术实施例的三相逆变器系统的立体图，该三相逆变器系统具有以B6逆变器配置的DSC功率模块；图5示出了根据本专利技术实施例的具有两个并联实现的半桥的逆变器电路的驱动器的示意图；图6A和图6B分别示出了根据本专利技术实施例的具有两个并联半桥模块的三相逆变器系统的截面图和立体图；图7示出了根据本专利技术实施例的具有三个并联半桥逆变器配置的三相逆变器系统的立体图；图8示出了根据本专利技术实施例的具有集成温度传感器的功率模块的示意图；图9A示出了根据本专利技术实施例的具有三相逆变器系统的功率模块系统，该三相逆变器系统具有四个并联半桥逆变器配置；图9B示出了根据本专利技术实施例的操作具有堆叠配置的DSC功率系统的方法的流程图；图9C和图9D示出了根据本专利技术实施例的控制器的可能实现的非限制性示例；图10至图19示出了根据本专利技术实施例的不同DSC功率模块系统配置中的冷却管道的不同部分和全部阻塞的示例。除非另有说明，否则不同附图中对应的数字和符号通常指对应的部分。绘制附图以了清楚地示出优选实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。为了更清楚地示出特定实施例，指示相同结构、材料或工艺步骤的变化的字母可以跟随在图号之后。具体实施方式下面将详细讨论当前优选实施例的制造和使用。然而，应当理解，本专利技术提供了许多可在各种特定环境中具体化的可应用专利技术概念。所讨论的具体实施例仅示出制造和使用本专利技术的具体方法，并不限制本专利技术的范围。下面的描述示出了各种具体细节，以根据描述提供对几个示例实施例的深入理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或者通过其他方法、部件、材料等来获得实施例。在其他情况下，没有详细示出或描述已知结构、材料或操作，以便不模糊实施例的不同方面。本说明书中对“实施例”的引用指示在至少一个实施例中包括关于该实施例描述的特定配置、结构或特征。从而，可能出现在本说明的不同地方的诸如“在一个实施例中”的短语不一定确切地指代相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以任何适当的方式组合特定形式、结构或特征。仅出于示例性目的，将关于温度感测和故障检测电路以及用于包括并联DSC功率模块的功率系统的方法的实施例来描述本专利技术，其中每个DSC功率模块都包括用于驱动三相电动机的半桥。然而，除了上面明确描述的那些实施例之外，其他实施例也是可能的。例如，本专利技术的实施例还可以用于驱动除三相电机以外的负载，诸如单相电机、感应线圈、高功率转换器、UPS系统、具有三相以上的电机或者任何其他高功率负载。一些实施例可以包括DSC功率模块，其除了半桥或者代替半桥还包括其它部件，诸如单晶体管、全桥或任何其他高功率部件。在本专利技术的实施例中，通过测量两个堆叠的DSC功率模块(其中一个暴露给被阻塞的冷却通道，而另一个没有)之间的温度差来检测被配置为冷却DSC功率模块的堆叠的冷却管道的部分或全部堵塞。通过测量堆叠中的任何DSC功率模块的绝对温度来检测全部堵塞。功率模块系统可用于驱动高功率负载。例如，图1A示出了根据本专利技术实施例的功率系统100的高级示意图。功率系统100包括高功率负载102以及功率模块系统104。功率模块系统104包括功率模块106、驱动器107、温差感测单元108和控制器110。在正常操作期间，控制器110控制驱动器107以驱动功率模块106，功率模块106又驱动负载102。功率模块106与冷却系统(未示出)热耦合。温差感测单元108监控功率模块106的温度。当温差感测单元108基于功率模块106的温度检测到故障时，温差感测单元108将故障通知控制器110。控制器110可以基于来自温差感测单元108的通知控制驱动器107和/或向外部用户设置故障或警告标志。在一些实施例中，控制器110可以禁用驱动器107，这又会禁用功率模块106。在其他实施例中，控制器110可以继续以低功率模式操作驱动器107，诸如系统安全状态模式操作。例如，系统安全状态模式可以是与正常操作相比生成较低量的功率/热量的模式。例如，控制器110可经由驱动器107关闭功率模块106，降低功率模块106的切换速率，或者使功率模块106进入非切换安全状态操作，诸如通过停止切换同时使功率模块106的半桥的低侧或高侧晶体管导通，以便在连接驱动处生成零转矩。在一些实施例中，控制器110可以设置故障标志以将系统中发生的故障通知一个或多个外部用户。控制器110可以设置警告标志以通知外部用户在系统中可能发生故障。一些实施例可以使用不同的预定温度阈值来用于确定是否发生了故障或警告。外部用户可以是耦合至功率模块系统的电路。例如，在功率模块系统驱动汽车的电动机的插件电动汽车(xEV)中，当功率模块106过热时可以通知xEV的控制器。负载102可以是三相电动机。可以使用其他高功率负载。例如，负载102可以是单相电机、感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：监控以双侧冷却DSC功率模块的堆叠布置的多个DSC功率模块中的两个DSC功率模块之间的温度差，所述多个DSC功率模块中的每个DSC功率模块均与冷却管道系统的多个冷却通道中的一个或多个冷却通道热耦合，并且所述两个DSC功率模块与所述多个冷却通道中的相同冷却通道热耦合；将所述温度差与第一温度阈值进行比较；当所述温度差高于所述第一温度阈值时，检测冷却管道系统堵塞；以及在检测到所述冷却管道系统堵塞之后，禁用耦合至所述多个DSC功率模块的栅极驱动电路或者在低功率模式下操作所述DSC功率模块。

【技术特征摘要】
2018.01.15 US 15/871,6611.一种方法，包括：监控以双侧冷却DSC功率模块的堆叠布置的多个DSC功率模块中的两个DSC功率模块之间的温度差，所述多个DSC功率模块中的每个DSC功率模块均与冷却管道系统的多个冷却通道中的一个或多个冷却通道热耦合，并且所述两个DSC功率模块与所述多个冷却通道中的相同冷却通道热耦合；将所述温度差与第一温度阈值进行比较；当所述温度差高于所述第一温度阈值时，检测冷却管道系统堵塞；以及在检测到所述冷却管道系统堵塞之后，禁用耦合至所述多个DSC功率模块的栅极驱动电路或者在低功率模式下操作所述DSC功率模块。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：监控所述多个DSC功率模块中的一个或多个DSC功率模块的绝对温度，其中检测所述冷却管道系统堵塞包括：当一个或多个所述绝对温度中的至少一个绝对温度高于第二温度阈值时，检测所述冷却管道系统堵塞。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：监控所述多个DSC功率模块中的一个或多个DSC功率模块的绝对温度；将被监控的绝对温度进行平均，以产生平均温度；以及将所述平均温度与第二温度阈值进行比较，其中检测所述冷却管道系统堵塞包括：当所述平均温度高于所述第二温度阈值时，检测所述冷却管道系统堵塞。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述温度差与第三温度阈值进行比较；以及当所述温度差高于所述第三温度阈值且低于所述第一温度阈值时，设置警告标志。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过导通所述DSC功率模块的所有低侧开关并关断所述DSC功率模块的所有高侧开关，在低功率模式下操作所述DSC功率模块。6.根据权利要求1所述的方法，其中：监控所述两个DSC功率模块之间的所述温度差包括：监控所述DSC功率模块的堆叠中的第一堆叠的两个相邻DSC功率模块之间的温度差；以及所述方法还包括：监控所述DSC功率模块的堆叠中的第二堆叠的两个相邻DSC功率模块之间的第二温度差，其中在所述第二堆叠中选择所述第二堆叠的两个相邻DSC功率模块，使得所述第二堆叠的两个相邻DSC功率模块沿着所述第一堆叠和所述第二堆叠的堆叠方向相对于所述第一堆叠的两个相邻DSC功率模块偏移。7.一种电路，包括：栅极驱动电路，被配置为耦合至多个半桥，每个半桥均被封装在双侧冷却DSC封装中；模数转换器ADC电路，具有被配置为耦合至第一温度传感器的第一输入以及被配置为耦合至第二温度传感器的第二输入，所述第一温度传感器热耦合至所述多个半桥中的第一半桥，所述第二温度传感器热耦合至所述多个半桥中的第二半桥；以及控制器，被配置为：基于所述ADC电路的所述第一输入和所述第二输入处的输入信号来确定温度差，并且当所述温度差高于第一温度阈值时，禁用所述栅极驱动电路或者激活系统安全状态操作。8.根据权利要求7所述的电路，其中所述栅极驱动电路和所述ADC电路被设置在相同的单片半导体衬底中。9.根据权利要求7所述的电路，还包括所述多个半桥，其中所述多个半桥中的每个半桥均具有温度传感器，并且其中每个半桥和相应的温度传感器被设置在相同的单片半导体衬底中。10.根据权利要求9所述的电路，其中每个温度传感器均包括二极管，并且所述电路还包括被配置为耦合至所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的相应二极管的第一电流源和第二电流源。11.根据权利要求7所述的电路，其中所述多个半桥被布置为多个堆叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·M·赖特尔，T·勒韦，I·尤，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE