[发明专利]借助发光测量功率电子部件的冷却路径的热退化的设备

说明书

提出一种用于电能变换的设备(10)，设备包括至少一个进行连接的半导体构件(100)，用于冷却所述半导体构件(100)的冷却路径和用于确定冷却路径的退化的设备(200)，用于确定冷却路径的退化的设备基于流动通过构件的具有预先确定的电流强度的电流进行确定。所述设备(10)的特征在于，半导体构件(100)包括光学活性的半导体材料，当具有所述预先确定的电流强度的电流流过半导体构件(100)时，光学活性的半导体材料产生具有与半导体构件的温度相关的亮度的光，并且用于确定退化的设备(200)包括用于检测所产生的光的亮度的亮度传感器(210)。设备具有以下优点：用于确定所述退化的设备和构件固有地电隔离，并且能够以高的分辨率实现退化的确定。

技术领域

本发明涉及一种用于变换电能的设备和一种用于借助发光(Lumineszenz)来确定冷却路径的退化(Degradierung)的方法。

背景技术

在许多功率电子设备中，进行连接的半导体构件用于能量变换。在此，借助冷却路径来冷却构件。这种设备的使用领域包括用作功率控制单元、用作逆变器或用作例如电动车辆、太阳能设备或风力发电装置中的直流变压器(DC/DC变换器)。因此，构件的正确的功能需要正确地起作用的冷却路径。因此，对于许多应用有益的或必要的是，对冷却路径的退化进行确定，以便避免或预防构件的功能性故障或故障。

在这种设备中使用的示例性半导体构件包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)和可以以例如硅(Si)、碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)实施的二极管。

在以上所提及的设备中所使用的电子半导体构件用于连接，并且具有布置在关于进行连接的元件的截止方向上的续流路径(Freilaufpfad)，该续流路径通常相应于二极管。

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)由其结构功能限定地包含这种续流路径，该续流路径一般作为体二极管(英语：Body-Diode)是已知的。

固有地不具有这种续流路径的进行连接的半导体构件、尤其绝缘栅双极晶体管(IGBT)通常以单独的续流二极管进行补充。出于电路优化的原因，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)也可以以单独的续流二极管进行补充，在这种情况下该续流二极管大多实施为肖特基二极管。

如果半导体构件中的p-n结在流动方向上运行并且电流流动通过该p-n结，则该p-n结可以发射光子(发光)。根据所使用的半导体并且根据p-n结的特性(掺杂浓度)，发射不同强度和波长的光。所发射的光的强度与通过p-n结的电流流动和构件的温度相关。

发明内容

根据本发明，提供一种根据权利要求1的用于变换电能的设备，该设备包括至少一个半导体构件、用于冷却的冷却路径和用于基于流动通过构件的、具有预先确定的电流强度的电流来确定冷却路径的退化的设备。该设备的特征在于，半导体构件包括光学活性的半导体结构，当具有预先确定的电流强度的电流流过半导体构件时，该光学活性的半导体结构产生具有与设备的温度相关的亮度的光；用于确定退化的设备包括用于检测所产生的光的亮度的亮度传感器。

根据权利要求10的本发明方法用于确定半导体构件的冷却路径的退化，其中，电子半导体构件包括光学活性的半导体结构，当具有预先确定的电流强度的电流流过半导体构件时，该光学活性的半导体结构产生具有与温度相关的亮度的光。根据本发明的方法包括：借助亮度传感器检测所产生的光的亮度，并基于流动的电流使用所检测的亮度来确定冷却路径的退化。

发明的优点

根据本发明的设备具有以下优点：用于确定电流强度的设备和构件固有地是电隔离的。即使没有电势隔离，也能够在低电压电平下实现信号分析处理。此外，根据本发明的设备具有小的结构体积和低的生产成本。此外本发明实现，用于变换电能的设备可以故障安全地(ausfallsicher)运行，例如通过在退化升高超过极限值时及时地替换构件。