电力开关的温度监视的制作方法专利名称：电力开关的温度监视的制作方法技术领域：本发明涉及一种用于确定及/或监视至少两个特别是由半导体制 成的电子电力开关的温度的方法。此外，两个开关模块与共同的冷却 体耦合或配置在其上。温度确定及/或监视是基于各分配给一开关或 开关模块的温度模型进行的。在该分配给一个开关的温度模型中处理 开关及操作参数，以计算相关开关中的温度及/或温度差。本发明还涉及一种提供温度的电子电力开关配置，其尤其可以是 供电力传动装置的逆变器或其他变流器。该配置适于执行上述方法并 且具有两个或多个开关，特别是半导体电力开关，其与共同的冷却体耦合或配置在其上。计算装置计算各开关的温度模型，并且经由接口 接收关于开关及操作参数的信号以及温度测量值。依此方式，利用在 计算装置内启动的温度模型来计算相关开关中的温度及/或温度差。背景技术：由EP 1 193 756 Al已知用于具有上述类型的功率半导体的逆变器 的方法及配置。在此使用至少计算围绕冷却体及/或供应至冷却体的 空气的温度、操作参数及单元参数的温度模型，并计算温度差及/或 温度。在逆变器的冷却链中，在不同位置测量两个温度，并视图藉由 有关电力开关损耗的温度模型来计算这两处的温度。建议将两温度传 感器设置在不同处，使得第一位置比第二温度测量位置提供实质上较 低的热阻给开关。事实上，在第一位置中的温度传感器测量半导体电 力开关的温度，而在第二位置的温度传感器测量由风扇带入并导向冷 却体以抽取热的供气的温度。然而，这样的缺点为，假设在冷却媒体 内(亦即在风扇供气中)以及冷却体中的温度分布以均匀的方式分布， 并进一步假设逆变器的所有半导体电力开关具有相同的温度以及一样5的温度改变。由DE 198 60 762 Al已知一种用于保护末端区域不过热的方法， 其中末端区域为内燃机用的控制器的一部分。末端区域的电力开关的 损耗及因此其的温度假设与接通时间成正比。由至少把控制器构件的 内损耗纳入考量之中的温度模型来确定温度。从控制时间评定个别末 端区域的实际损耗。由DE 35 36 098 A1已知一种用于监视晶闸管的温度的机构，由冷 却体及环境空气冷却该晶闸管。为了不超过晶闸管半导体上的最大温 度，记录下环境空气的温度及晶闸管的损耗。通过功率半导体、冷 却体、至环境空气的冷却媒体热模型，确定在晶闸管的温度。从SEMIKRON公司的应用手册2005 / 12第135页开始的章节3.2 描述功率半导体开关模块，尤其是IGBT模块的热特性。在此特别描述 IGBT的晶体管及续流二极管的损耗的计算，以及遵守预定的150C的 最大允许阻挡层温度。此外，第145页显示用于计算阻挡层温度的详 细的热等效图。然而，此公司文献并未显示针对具有多个功率半导体 开关模块的配置(此常见于逆变器中)，该如何有效率地进行温度确 定及监视。发明内容因此本发明的目的在于，针对具有多个电子电力开关的配置的温 度监视，以尽可能少的额外努力提高在所有开关处的温度检测的可靠 度及准确性。根据由如权利要求1所述的温度确定及/或监视方法以及如权利 要求IO所述的提供温度的电子电力开关配置的发明来解决此问题。从 属权利要求中可得到本发明的进一步的实施例。说本发明的思想的特征在于，在电力开关监视中设计并使用温度传 感器，使得在温度检测及评估中系统性考虑多个或优选所有的电力开 关。当在本发明的框架中每一电力开关与至少一个温度传感器热作用 连接时，可以在温度监视中通过温度传感器的信号输出而将原则上所 有电力开关的温度纳入考量之中。根据本发明的思想，可解决实际上冷却媒体或冷却剂的温度分布 不均的问题。事实上，尤其当电力开关或由此形成的逆变器承受较大 负载时，入口及出口气流间的温差非常大，因为必须通过冷却媒体排 出相应的高损耗。此外，冷却体亦在各种不同位置及不同区域中呈现 出大的温差。当设计成较高功率的逆变器有大的机械尺寸及膨胀时， 或当输出频率或马达基础振动频率大约为零时尤其如此。当输出频率 或马达基础振动频率为零时，不同电力开关的损耗极为不同。利用开篇所述背景技术的方法不能借助于温度模型准确计算各个 电力开关的温度并相对于温度保护电力开关，因为总是假设实际上不 存在的均匀的温度分布。相反地，根据本发明具有以下优点，由于精 确的监视而可在热学上更佳利用电力开关，也就是需要提供较小的备 用电源。藉由本发明，可利用温度传感器上的最小额外努力来非常精 确地确定多个电力开关的温度(电力开关例如是具有非常大机械尺寸 及/或以非常小输出频率或马达基础振动频率操作的逆变器)，并且 基于此可更好地利用热容量。根据本发明的一个可选的优选实施例，彼此同步控制及/或彼此 串联设置的两开关一起作用，使得可在位于它们之间的节点上检测多 相交流电系统尤其是三相电流系统的一个交流电流或一个相。特别在 以已知方式由被供应了直流电压的电力开关配置特别是逆变器产生的 三相电流系统的情况中，实现本发明的一个优选实施例，其中每一交 流电流相位或三相电流相位的开关被分配有至少一个共同的温度传感 器。该温度传感器可通过彼此相对的开关而将温度信息提供至用于计算温度模型的计算装置，其中相关温度传感器设置在所述彼此相对的 开关之间。适于作为分配给一个或多个开关的温度模型的输入参数的是操作 参数(如流经开关的电流、在一个或多个开关上的电压，尤其是逆变 器的中间电路的直流电压)及/或对开关进行控制的频率。此外，可 将设备特定的参数(例如相关开关内部或冷却体中的热阻或热容)并 入相关温度模型之中。基于此温度模型， 一方面可导出热时间常数， 其作用于冷却体及电力开关模块底板之间的温度传输，而另一方面可 计算模块底板或者电力开关的外壳或底板的温度。此外基于冷却体及 外壳温度，通过已知的温度模型可以计算例如通行的电力开关模块的晶体管及二极管的阻挡层温度的时间发展(见上述SEMIKROM公司文 献，尤其是第146页)，以控制遵循最大允许阻挡层温度。此外，上 述SEMIKROM公司文献给出了用于确定例如电力开关模块的晶体管 及二极管的损耗的方法。当使用电力开关温度监视来操作三相电动马达时，会面临到马达 不仅会运动(也就是由三相电场穿过)，亦会静止不动的问题。在第 一种情况中，亦即输出或马达基础振动频率超过约五赫兹的情况中， 尚能令相关电力开关的损耗的平均值为电流平均值，并将此平均值供 温度模型使用。在第二种情况中，也就是在输出或马达基础振动频率 小于约五赫兹的情况中，优选使用公式及方法来计算相关开关损耗的 瞬间值(见上述SEMIKROM公司文献)。本发明的提供温度的电子电力开关配置的特征在于将一个温度传 感器分配给每至少两个电力开关，其中因为有介于其间的中央温度传 感器配置，检测及监视电力开关温度所需的温度传感器的数目仅为电 力开关的数量的约一半。依此方式，针对用于具有六个电力开关的三 相马达的传统逆变器，三个温度传感器即足够，其优选设置在交流电 流相位的两个开关之间的中央。此外，根据本发明的一个可选的优选实施例，在超过两个电力开 关的情况中，相应的多个温度传感器优选均匀地分布在冷却体的表面 上。替代地或额外地，沿着冷却体的优选中央对称线放置多个温度传 感器。在例如用于产生三相电流网络的六个电力开关的情况中，相应 的三个温度传感器可各自位于两个电力开关之间的中央，其中对称线 例如代表冷却体的中央纵轴。将从本发明的一优选实施例的详细说明及附图得到根据本发明的 进一步的细节、特征、特征结合、效果及优点，其中图1:具有逆变器及空气冷却的功率部件以及用于温度监视的数字信号处理器的框图图2:产生用于电力传动装置的三相电流系统的逆变器开关结构 的原理图以及图3:以功率半导体实现的开关模块的简化热等效图。具体实施例方式根据图1,六个半导体电力开关S1-S6直接装配在略长的也就是矩 形的冷却体上。它们配置成平行的或彼此相邻分布的两排Sl-S3与 S4-S6，各排可在冷却体的一半上沿着冷却体的纵向方向延伸。在图2 中，以本领域熟知的方式显示开关Sl-S6的详细组成(见上述 SEMIKRON公司文献第68、 69及139页)。尤其明显地，各电力开关 S1 S6已分配有一续流或反向二极管D1D6。在每两个串联连接并 各产生三相电流系统的一个相位U、 V、 W的电力开关S1、 S4; S2、 S5; S3、 S6之间，测量到正弦形交流电压并且例如将其供应至三相马 达的定子的线圈Ll、 L2、 L3。根据图l，在三相马达5的三个相带进行电流测量4。透过风扇2 供应空气给冷却体1以减少热量。电流测量4的信号输出被供应至计算装置8,例如数字信号处理器(DSP)，其用来处理并评估传感器输 入信号及基于编程并实施于计算装置中的温度模型来监视温度。此外， 计算单元7例如通过模/数转换器连接至用来测量中间电路电压12的机 构，以进一步评估。由电网电压10供应的整流器11用来产生中间电 路电压。正如已知的，从电网电压10藉由整流器11获得的直流电压 12经由逆变器9转变成三相系统，以供应给三相马达5。在脉宽调制 (PWM)方法的辅助下，由计算单元8藉由控制信号7来控制或操作 电力开关Sl-S6，以在定子线圈Ll、 L2及L3产生与三相系统的三相 相应的适合的电压Uu、 Uv、 Uw,以及产生正弦形交流电流。对于较 高功率的逆变器，必须使用离散的电力开关，其机械尺寸因其本质而 颇大。在操作期间这些电力开关S1 S6中出现取决于电力开关的各种 操作参数及设备技术参数的损耗功率。操作参数可例如为流经电力开 关并可由电流测量4记录的电流、可由电压测量6记录的中间电路电 压12、电力开关的切换频率及三相马达5的操作类型或基础振动频率。 电力开关的制造商一般知道电力开关的参数。电力开关损耗功率转移 至冷却体1，而冷却体1周围的供气3作为冷却媒体而将耗散功率散热 到外部环境。在计算单元中，可实施包括对于电力开关的热等效图的 方法，以计算开关的损耗功率及/或阻挡层温度，在后者的情况中假 设利用功率半导体实现。电力开关S1 S6的温度因而取决于整体电力区域的损耗功率及 各种热参数，而它们则取决于机械构造。这些设备参数为电力开关Sl S6及冷却体1的热阻与热容。半导体制造商已知电力开关的热阻与 热容(见上述SEMIKRON公司文献)，并可藉由各种电力区域的测量 来确定冷却体的热阻与热容。为了监视电力开关的允许的最大阻挡层 温度，使用与各电力开关关联的用来计算阻挡层温度的温度模型(见 上述SEMIKRON公司文献等)。在图3的热等效图中出现的縮写如下PVD: 反向二极管的损耗功率10芯片与模块底板间的二极管的过渡热阻 二极管芯片的热容 晶体管的损耗功率芯片与模块底板间的晶体管的过渡热阻 晶体管的热容模块底板及冷却体之间的过渡热阻 模块底板的热容 二极管阻挡层的温度 晶体管阻挡层的温度模块底板的温度冷却体的温度，Thu例如为针对相位U在利用三相电流操作期间，流经各个电力开关S1 S6的电流为正 弦形，并且其振幅周期性地在零与最大值之间改变。损耗功率也在电 力开关中周期性改变。在逆变器9的输出频率大于五赫兹的情况中， 可使用因热时间常数的影响所造成的损耗功率的中间值来粗略计算功 率半导体阻挡层的温度。在例如至多5赫兹的较低输出频率的情况中， 应使用损耗功率的瞬间或瞬时值。有关于损耗功率的计算需参照上述 SEMIKRON公司文献。根据图1，藉由温度传感器Thu、 Thv及TW来针对每一三相电流相 位U、 V及W进行测量。选择测量位置，使得相位W的电力开关(例 如Sl (或S4)的阻挡层的温度与分配给其他相位U及V的电力开 关(例如相位V的S2或S5)的损耗功率几乎不相干，并可在计算单 元8中计算。同样，具有特定交流电相位的电力开关(例如具有相位W 的Sl)的损耗功率亦与