功率模塊保護裝置製造方法
2023-05-29 12:11:06 1
功率模塊保護裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及功率模塊保護裝置，對被安裝於散熱片的功率模塊（2）中內置的開關元件（4）進行保護，具備：元件溫度傳感器（6），被內置於功率模塊（2），並且檢測內置於功率模塊（2）的開關元件（4）的溫度；葉片溫度傳感器（5），檢測散熱片的溫度；和微型電子計算機（9）（動作限制電路），求出由元件溫度傳感器（6）檢測出的元件溫度與由葉片溫度傳感器（5）檢測出的葉片溫度之間的溫度差，在元件溫度高於葉片溫度且溫度差為規定閾值以的情況下，生成限制開關元件（4）動作的動作限制指令（11a）並向開關元件（4）的驅動電路（12）輸出。
【專利說明】功率模塊保護裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及功率模塊(power module)保護裝置。
【背景技術】
[0002]在被搭載於空調室外機等的逆變器(inverter)裝置中利用了功率模塊，被內置於功率模塊的IGBT等開關(switching)元件因開關動作時的損失會發熱。因此，在以往的逆變器裝置中，為了防止開關元件的溫度(元件溫度)上升並且避免開關元件破損而構成為對散熱片(fin)安裝功率模塊和葉片溫度傳感器(sensor)，當由在功率模塊的附近設置的葉片溫度傳感器檢測出的元件溫度達到極限溫度時進行輸出電流的限制、載波(carrier)頻率的減少或者完全停止等保護動作(例如參照專利文獻I)。
[0003]【專利文獻I】日本特開平09— 148523號公報(圖1等)
[0004]然而，在以上述專利文獻I為代表的現有技術中，由於構成為只利用對散熱片組裝的葉片溫度傳感器來檢測元件溫度，所以由開關元件產生的熱經由散熱片傳遞至葉片溫度傳感器，導致由葉片溫度傳感器對元件溫度的檢測產生時間延遲。因此，在開關元件因開關元件的驅動電路等的異常或開關元件的異常等而處於過熱狀態的情況下，也無法迅速地執行保護動作。尤其在來自功率模塊的元件溫度因將功率模塊組裝到散熱片時的不良情況而無法恰當地傳遞到散熱片的狀態的情況下，與功率模塊被正常組裝的情況相比，存在開關元件變為過熱狀態，在保護動作起動之前開關元件有可能破損這一課題。 實用新型內容
[0005]本實用新型鑑於上述情況而提出，其目的在於，提供一種能夠與功率模塊向散熱片的安裝狀態無關地恰當執行開關元件的過熱保護動作來實現品質提高的功率模塊保護
>J-U ρ?α裝直。
[0006]為了解決上述的課題、實現目的，本實用新型涉及對被安裝於散熱片的功率模塊中內置的開關元件進行保護的功率模塊保護裝置，具備:元件溫度傳感器，其被內置於所述功率模塊，並且檢測內置於所述功率模塊的開關元件的溫度；葉片溫度傳感器，其檢測所述散熱片的溫度；和動作限制電路，其求出由所述元件溫度傳感器檢測出的元件溫度與由所述葉片溫度傳感器檢測出的葉片溫度之間的溫度差，在元件溫度高於葉片溫度且所述溫度差為規定閾值以上的情況下，生成限制所述開關元件動作的動作限制指令並輸出給所述開關元件的驅動電路。
[0007]在上述功率模塊保護裝置中，所述散熱片安裝有所述功率模塊和沒有內置所述元件溫度傳感器的無傳感器功率模塊，所述動作限制電路具備:異常判定部，其求出所述溫度差，在元件溫度高於葉片溫度且所述溫度差為規定閾值以上的情況下，判定為產生了功率模塊向所述散熱片安裝的安裝異常或者產生了所述開關元件的異常發熱；第一動作限制部，其在接收到來自所述異常判定部的判定結果時，生成所述動作限制指令並輸出給所述開關元件的驅動電路；和第二動作限制部，其在接收到來自所述異常判定部的判定結果時，生成限制內置於所述無傳感器功率模塊的開關元件動作的動作限制指令並輸出給該開關元件的驅動電路。
[0008]另外，在上述功率模塊保護裝置中，所述散熱片安裝有所述功率模塊和沒有內置所述元件溫度傳感器的無傳感器功率模塊，所述動作限制電路具備:異常判定部，其求出所述溫度差，在葉片溫度高於元件溫度且所述溫度差為規定閾值以上的情況下，判定為內置於所述無傳感器功率模塊的開關元件產生了異常發熱；第一動作限制部，其在接收到來自所述異常判定部的判定結果時，生成所述動作限制指令並輸出給所述開關元件的驅動電路；和第二動作限制部，其在接收到來自所述異常判定部的判定結果時，生成限制內置於所述無傳感器功率模塊的開關元件動作的動作限制指令並輸出給該開關元件的驅動電路
[0009]另外，為了解決上述的課題、實現目的，本實用新型還涉及對被安裝於散熱片的功率模塊中內置的開關元件進行保護的功率模塊保護裝置，具備:元件溫度傳感器，其被內置於所述功率模塊，並且檢測內置於所述功率模塊的開關元件的溫度；葉片溫度傳感器，其檢測所述散熱片的溫度；和動作限制電路，其求出由所述元件溫度傳感器檢測出的元件溫度與由所述葉片溫度傳感器檢測出的葉片溫度之間的溫度差，在該溫度差為規定閾值以上的情況下，生成限制所述開關元件動作的動作限制指令並輸出給所述開關元件的驅動電路。
[0010]根據該實用新型，起到能夠恰當地執行開關元件的過熱保護動作而實現品質提高這一效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是示意性地表示構成本實用新型的實施方式I涉及的功率模塊保護裝置的散熱片、功率模塊以及葉片溫度傳感器的圖。
[0012]圖2是表示本實用新型的實施方式I涉及的功率模塊保護裝置的功能模塊(block)的圖。
[0013]圖3是用於對圖2所示的功率模塊保護裝置的動作進行說明的圖。
[0014]圖4是表示安裝了具有元件溫度傳感器的功率模塊與不具有元件溫度傳感器的功率模塊的散熱片的圖。
[0015]圖5是表示功率模塊保護裝置的其他構成例的圖。
[0016]圖6是用於對本實用新型的實施方式2涉及的功率模塊保護裝置的動作進行說明的圖。
[0017]附圖標記說明
[0018]1-散熱片；2、2A-功率模塊；4、4A-開關元件；5_葉片溫度傳感器；6_元件溫度傳感器；7_葉片溫度檢測電路；8_元件溫度檢測電路；9、9A-微型電子計算機(動作限制電路);10_異常判定部；10a-判定結果；11、11A-動作限制部；lla_動作限制指令；12、12A_驅動電路。
【具體實施方式】
[0019]以下，基於附圖對本實用新型涉及的功率模塊保護裝置的實施方式詳細進行說明。其中，本實用新型不被該實施方式限定。
[0020]實施方式1.[0021]圖1是示意性地表示構成本實用新型的實施方式I涉及的功率模塊保護裝置的散熱片1、功率模塊2以及葉片溫度傳感器5的圖。圖2是表示本實用新型的實施方式I涉及的功率模塊保護裝置的功能模塊的圖。圖3是用於對圖2所示的功率模塊保護裝置的動作進行說明的圖。
[0022]圖1所示的散熱片I安裝有檢測散熱片I的溫度(葉片溫度)的葉片溫度傳感器5(例如熱敏電阻)(thermistor)和內置有圖2所示的開關元件4以及元件溫度傳感器6 (例如熱敏電阻)的功率模塊2。
[0023]在圖示的例子中，功率模塊2與葉片溫度傳感器5被配設在散熱片I的底面。此夕卜，散熱片I的形狀、功率模塊2以及葉片溫度傳感器5的安裝位置並不限定於圖示的例子，優選將葉片溫度傳感器5設在功率模塊2的附近以便能夠高精度檢測功率模塊2的元件溫度。
[0024]另外，在圖示的例子中，對散熱片I安裝了一個功率模塊2，但功率模塊的數量不限定於圖示的例子，在本實施方式涉及的散熱片I中至少使用一個內置有元件溫度傳感器6以及開關元件4的功率模塊2。
[0025]圖2中表示了功率模塊保護裝置的主要功能，功率模塊保護裝置構成為具有:葉片溫度傳感器5、葉片溫度檢測電路7、微型電子計算機(microcomputer)(動作限制電路)9、元件溫度檢測電路8、驅動電路12和被內置於功率模塊2的元件溫度傳感器6。
[0026]被內置於功率模塊2的開關元件4例如是IGBT，基於來自驅動電路12的驅動信號進行ON / OFF (接通/斷開)動作。元件溫度檢測電路8基於來自被內置於功率模塊2的元件溫度傳感器6的溫度信息來檢測功率模塊2內的開關元件4的元件溫度。葉片溫度檢測電路7基於來自葉片溫度傳感器5的溫度信息來檢測散熱片I的葉片溫度。
[0027]微型電子計算機9具有異常判定部10以及動作限制部11。異常判定部10求出由葉片溫度檢測電路7檢測出的葉片溫度與由元件溫度檢測電路8檢測出的元件溫度之間的溫度差，在元件溫度高於葉片溫度且溫度差為規定閾值以上的情況下，判定為產生了功率模塊2的安裝不良等，將其判定結果IOa輸出至動作限制部11。功率模塊2的安裝不良等例如是指來自功率模塊2熱因將功率模塊2組裝到散熱片I時的不良情況(功率模塊2的安裝不良)而變得無法恰當地傳遞至散熱片I的狀態的情況、由於微型電子計算機9因噪聲(noise)等而進行異常動作所引起的開關元件4的異常發熱的情況。其中，規定的值被預先設定於異常判定部10,或者記錄在微型電子計算機9內的存儲器(memory)(未圖示)中。
[0028]動作限制部11在接收到來自異常判定部10的判定結果IOa時，生成為了限制開關元件4動作而例如使驅動電路12執行載波頻率的降低或者完全停止等動作的動作限制指令Ila並將其輸出。
[0029]以下，使用圖3對動作進行說明。圖3中表示了對由葉片溫度傳感器5檢測出的葉片溫度的經時變化進行表示的實線的曲線、和對由元件溫度傳感器6檢測出的元件溫度的經時變化進行表示的虛線的曲線。圖示例的曲線用於表示上述的功率模塊2產生了安裝不良等時葉片溫度以及元件溫度隨時間的推移。
[0030]尤其在產生了功率模塊2的安裝不良的情況下，與不產生該不良的情況相比，由於功率模塊2所產生的熱變得難以被散熱片I吸熱，所以由元件溫度傳感器6檢測的元件溫度展現比葉片溫度高的值，存在元件溫度與葉片溫度之間的溫度差ΛΤ1隨時間的經過而變大的趨勢。由於在現有技術中構成為僅根據由葉片溫度傳感器5檢測出的葉片溫度來進行功率模塊2的保護動作，所以即便在產生了功率模塊2的安裝不良等的情況下，也不能恰當地檢測被內置於功率模塊2的開關元件4的元件溫度，有可能導致開關元件4破損。
[0031]本實施方式涉及的功率模塊保護裝置如圖示例那樣，構成為在葉片溫度與元件溫度之間的溫度差△!!超過規定閾值時，判定為產生了功率模塊2的安裝不良等，對開關元件4的動作進行限制。而且，由於在開關元件4的動作被限制的時刻(時刻tl)以後伴隨著開關動作的損失減少，所以如圖示例那樣元件溫度展現出隨時間降低的趨勢，其結果，能夠避免開關元件4破損。
[0032]另外，由於本實 施方式涉及的功率模塊保護裝置具有基於溫度差ΛΤ1來判定是否產生了功率模塊2的安裝不良等的異常判定部10，所以能夠在將功率模塊2組裝到散熱片I之後檢查功率模塊2的安裝不良等。因此，能夠防止不合格品流向市場。特別是，安裝於散熱片I的功率模塊2的數量越多越能期待大的效果。另外，能夠降低與破損的功率模塊2的更換相伴的作業成本(cost)。
[0033]此外，以上對避免內置有元件溫度傳感器6的功率模塊2破損的構成例進行了說明，但本實施方式涉及的功率模塊保護裝置也可以構成為在由異常判定部10判定為產生了功率模塊2的安裝不良等時，還同時限制不具有元件溫度傳感器6的I個或者多個功率模塊2內的開關元件4的動作。以下，對該構成例進行說明。
[0034]圖4是表示安裝了具有元件溫度傳感器6的功率模塊2和不具有元件溫度傳感器6的功率模塊2A的散熱片I的圖。圖5是表示功率模塊保護裝置的其他構成例的圖。
[0035]圖4所示的散熱片I被安裝了葉片溫度傳感器5、功率模塊2和不具有元件溫度傳感器6的功率模塊(無傳感器功率模塊(sensor less power module)) 2A。在圖示的例子中，對散熱片I安裝了一個功率模塊2和一個功率模塊2A，但本實施方式涉及的功率模塊保護裝置所保護的功率模塊2、2A的數量並不限定於圖示例。
[0036]在圖5中，被內置於功率模塊2A的開關元件4A例如是IGBT，基於來自驅動電路12A的驅動信號來進行ON / OFF (導通/斷開)動作。微型電子計算機9A中除了設有異常判定部10以及動作限制部11之外，還設有動作限制部11A。
[0037]動作限制部IlA在接收到來自異常判定部10的判定結果IOa時，生成為了限制開關元件4A的動作而使驅動電路12A執行載波頻率降低或者完全停止等動作的動作限制指令Ila並將其輸出。
[0038]基於該構成，當在異常判定部10中判定為產生了功率模塊2的安裝不良等時，從動作限制部11對驅動電路12輸出動作限制指令11a，另外從動作限制部IlA對驅動電路12A輸出動作限制指令11a。因此，即使在產生了功率模塊2的安裝不良等的情況下，也能避免功率模塊2以及功率模塊2A破損，與對所有的功率模塊內置元件溫度傳感器6的情況相比，能夠以廉價的構成進行保護動作。
[0039]如以上說明那樣，本實施方式涉及的功率模塊保護裝置是對被安裝於散熱片I的功率模塊2中內置的開關元件4進行保護的功率模塊保護裝置，具備:元件溫度傳感器6，其被內置於功率模塊2，並且檢測內置於功率模塊2的開關元件4的溫度；葉片溫度傳感器5，其檢測散熱片I的溫度；和微型電子計算機9 (動作限制電路)，其求出由元件溫度傳感器6檢測出的元件溫度與由葉片溫度傳感器5檢測出的葉片溫度之間的溫度差ΛΤ1，在元件溫度高於葉片溫度且溫度差ΛΤ1為規定閾值以上的情況下，生成限制開關元件4動作的動作限制指令Ila並輸出給開關元件4的驅動電路12。根據該構成，能夠在葉片溫度與元件溫度之間的溫度差△ Tl超過規定閾值時限制開關元件4的動作，從而避免開關元件4破損。
[0040]另外，散熱片I安裝有功率模塊2和沒有內置元件溫度傳感器6的無傳感器功率模塊(功率模塊2A)，微型電子計算機9A具備:異常判定部10，其求出溫度差Λ Tl，在元件溫度高於葉片溫度且溫度差Λ Tl為規定閾值以上的情況下，判定為產生了功率模塊2向散熱片I的安裝異常或者產生了開關元件4的異常發熱；第一動作限制部(動作限制部11)，在接收到來自異常判定部10的判定結果IOa時，生成動作限制指令Ila並對開關元件4的驅動電路12輸出；和第二動作限制部(動作限制部11Α)，在接收到來自異常判定部10的判定結果IOa時，生成限制內置於功率模塊2Α的開關元件4Α動作的動作限制指令Ila並輸出至該開關元件4Α的驅動電路12Α。基於該構成，即使在產生了功率模塊2的安裝不良等的情況下，也能避免功率模塊2以及功率模塊2Α破損。
[0041]實施方式2.[0042]圖6是用於對本實用新型的實施方式2涉及的功率模塊保護裝置的動作進行說明的圖。與實施方式I的不同點在於異常判定部10中的判定動作，以下對與實施方式I相同的部分賦予相同的附圖標記來省略其說明，這裡僅對不同的部分進行敘述。
[0043]圖6中表示了對由葉片溫度傳感器5檢測出的葉片溫度的經時變化進行表示的實線的曲線、和對由元件溫度傳感器6檢測出的元件溫度的經時變化進行表示的虛線的曲線，圖示例的曲線用於表示例如在功率模塊2Α異常發熱的情況下葉片溫度高於元件溫度時的葉片溫度以及元件溫度的隨時間推移。 [0044]功率模塊2Α異常發熱的情況與功率模塊2Α未異常發熱的情況相比，由葉片溫度傳感器5檢測出的葉片溫度展現出比元件溫度高的值，具有元件溫度與葉片溫度之間的溫度差Λ Τ2隨時間的經過而變大的趨勢。
[0045]本實施方式涉及的異常判定部10如圖示例那樣，構成為在溫度差ΛΤ2超過規定閾值時，判定為功率模塊2Α正異常發熱，對開關元件4Α的動作進行限制。而且，由於在開關元件4Α的動作被限制的時刻(時刻t2)以後伴隨著開關動作的損失減少，所以如圖示例那樣元件溫度展現出隨時間下降的趨勢，其結果，能夠避免開關元件4A破損。
[0046]此外，在實施方式2中對避免功率模塊2A破損的構成例進行了說明，但本實施方式涉及的功率模塊保護裝置也可以構成為在由異常判定部10判定為功率模塊2A異常發熱時，還同時限制實施方式I的功率模塊2內的開關元件4。基於該構成，當在異常判定部10中判定為功率模塊2A異常發熱時，從動作限制部11對驅動電路12輸出動作限制指令11a，另外從動作限制部IlA向驅動電路12A輸出動作限制指令11a。因此，根據本實施方式涉及的功率模塊保護裝置，除了實施方式I的效果之外，還能起到在功率模塊2A變成過熱狀態的情況下也能夠避免功率模塊2破損這一效果。
[0047]如以上說明那樣，本實施方式涉及的異常判定部10構成為求出由元件溫度傳感器6檢測出的元件溫度與由葉片溫度傳感器5檢測出的葉片溫度之間的溫度差ΛΤ2，在葉片溫度高於元件溫度且溫度差ΛΤ2為規定閾值以上的情況下，判定為內置於功率模塊2A的開關元件4A產生了異常發熱，所述動作限制部IlA在接收到來自異常判定部10的判定結果IOa時，生成限制開關元件4A動作的動作限制指令11a。基於該構成，即使在無傳感器(sensor less)的功率模塊2A發生異常發熱的情況，也能避免功率模塊2A破損。
[0048]此外，本實用新型的實施方式僅表示本實用新型的內容的一個例子，還可以與其他的公知技術進行組合，當然也可以構成為在不脫離本實用新型主旨的範圍省略一部分等進行變更。
[0049]產業上的可利用性
[0050]綜上所述，本實用新型能夠應用於功率模塊保護裝置，尤其作為能夠提高品質的實用新型是有用的。
【權利要求】
1.一種功率模塊保護裝置，是對被安裝於散熱片的功率模塊中內置的開關元件進行保護的功率模塊保護裝置，其特徵在於，具備: 元件溫度傳感器，其被內置於所述功率模塊，並且檢測內置於所述功率模塊的開關元件的溫度； 葉片溫度傳感器，其檢測所述散熱片的溫度；和 動作限制電路，其求出由所述元件溫度傳感器檢測出的元件溫度與由所述葉片溫度傳感器檢測出的葉片溫度之間的溫度差，在元件溫度高於葉片溫度且所述溫度差為規定閾值以上的情況下，生成限制所述開關元件動作的動作限制指令並輸出給所述開關元件的驅動電路。
2.根據權利要求1所述的功率模塊保護裝置，其特徵在於， 所述散熱片安裝有所述功率模塊和沒有內置所述元件溫度傳感器的無傳感器功率模塊， 所述動作限制電路具備: 異常判定部，其求出所述溫度差，在元件溫度高於葉片溫度且所述溫度差為規定閾值以上的情況下，判定為產生了功率模塊向所述散熱片安裝的安裝異常或者產生了所述開關元件的異常發熱； 第一動作限制部，其在接收到來自所述異常判定部的判定結果時，生成所述動作限制指令並輸出給所述開關元件的驅動電路；和 第二動作限制部，其在接收到來自所述異常判定部的判定結果時，生成限制內置於所述無傳感器功率模塊的開關元件動作的動作限制指令並輸出給該開關元件的驅動電路。
3.根據權利要求1所述的功率模塊保護裝置，其特徵在於， 所述散熱片安裝有所述功率模塊和沒有內置所述元件溫度傳感器的無傳感器功率模塊， 所述動作限制電路具備: 異常判定部，其求出所述溫度差，在葉片溫度高於元件溫度且所述溫度差為規定閾值以上的情況下，判定為內置於所述無傳感器功率模塊的開關元件產生了異常發熱； 第一動作限制部，其在接收到來自所述異常判定部的判定結果時，生成所述動作限制指令並輸出給所述開關元件的驅動電路；和 第二動作限制部，其在接收到來自所述異常判定部的判定結果時，生成限制內置於所述無傳感器功率模塊的開關元件動作的動作限制指令並輸出給該開關元件的驅動電路。
4.一種功率模塊保護裝置，是對被安裝於散熱片的功率模塊中內置的開關元件進行保護的功率模塊保護裝置，其特徵在於，具備: 元件溫度傳感器，其被內置於所述功率模塊，並且檢測內置於所述功率模塊的開關元件的溫度； 葉片溫度傳感器，其檢測所述散熱片的溫度；和 動作限制電路，其求出由所述元件溫度傳感器檢測出的元件溫度與由所述葉片溫度傳感器檢測出的葉片溫度之間的溫度差，在該溫度差為規定閾值以上的情況下，生成限制所述開關元件動作的動作限制指令並輸出給所述開關元件的驅動電路。
【文檔編號】H02H5/04GK203747396SQ201420086734
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】大和田健太 申請人:三菱電機株式會社