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Vorrichtung zur Temperaturüberwachung von Systemkomponenten

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017475D
Original Publication Date: 2001-Jan-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-22
Document File: 4 page(s) / 26K

Publishing Venue

Siemens

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Dr. Torsten Franke: AUTHOR

Abstract

In Systemen, beispielsweise einer Multichipanordnung (Sixpack-Leistungsmodul), werden häufig Komponenten eingesetzt, welche bezüglich ihrer spezifizierten Einsatztemperatur den Arbeitsbereich des Systems beschränken. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich für die Absicherung von Komponenten mit geringer Eigenverlustleistung, da deren tatsächliche Temperatur von der Verlustleistung anderer Komponenten vielfältig abhängt. Bislang ist es notwendig, das System für alle vorgesehenen Betriebspunkte zu testen, um die Grenzen für den sicheren Betriebsbereich festzulegen. Weiterhin gibt es System, welche für Komponenten, deren Temperatur im wesentlichen von der Eigenverlustleistung der be-trachteten Komponente selbst abhängt, das Verfahren der adaptiven Beobachtung mit Aus-lösung von Schutzfunktionen bei Überschreitung eines vorgegebenen Sollwertes applizieren. Die Berücksichtigung des Einflusses sekundärer Wärmequellen ist dabei nur eingeschränkt möglich. Weitere Anwendungsschwierigkeiten ergeben sich für die sinnvolle Anordnung des Sensors zur Erfassung der Referenztemperatur, wenn mehrere unabhängige Wärmequellen im System vorhanden sind und für eine angemessenen genaue Berechnung der Temperatur des zu beobachteten Bauelementes des Systems der zeitliche Verlauf der Sensortemperatur selbst zu berücksichtigen ist. Online-Berechnungen auf Basis von Finite-Elemente-Modellen können nicht eingesetzt werden, da diese einen hohen Rechenaufwand erfordern.

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Industrie

Vorrichtung zur Temperaturüberwachung von Systemkomponenten

Idee: Dr. Torsten Franke, Erlangen

In Systemen, beispielsweise einer Multichipanordnung (Sixpack-Leistungsmodul), werden häufigKomponenten eingesetzt, welche bezüglich ihrer spezifizierten Einsatztemperatur denArbeitsbereich des Systems beschränken. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich für dieAbsicherung von Komponenten mit geringer Eigenverlustleistung, da deren tatsächlicheTemperatur von der Verlustleistung anderer Komponenten vielfältig abhängt.

Bislang ist es notwendig, das System für alle vorgesehenen Betriebspunkte zu testen, um dieGrenzen für den sicheren Betriebsbereich festzulegen. Weiterhin gibt es System, welche fürKomponenten, deren Temperatur im wesentlichen von der Eigenverlustleistung der be-trachtetenKomponente selbst abhängt, das Verfahren der adaptiven Beobachtung mit Aus-lösung vonSchutzfunktionen bei Überschreitung eines vorgegebenen Sollwertes applizieren. DieBerücksichtigung des Einflusses sekundärer Wärmequellen ist dabei nur eingeschränkt möglich.Weitere Anwendungsschwierigkeiten ergeben sich für die sinnvolle Anordnung des Sensors zurErfassung der Referenztemperatur, wenn mehrere unabhängige Wärmequellen im Systemvorhanden sind und für eine angemessenen genaue Berechnung der Temperatur des zubeobachteten Bauelementes des Systems der zeitliche Verlauf der Sensortemperatur selbst zuberücksichtigen ist. Online-Berechnungen auf Basis von Finite-Elemente-Modellen können nichteingesetzt werden, da diese einen hohen Rechenaufwand erfordern.

Bei der neuen Vorrichtung zur Temperaturüberwachung von Systemkomponenten wird derEinfluss sekundärer Wärmequellen auf die zu schützende Komponente des Systems durch einVerhaltensmodell berücksichtig, welches die Beziehungen für den Einfluss der sekun-därenWärmequellen auf die zu beobachtende Komponente als auch auf einen Sensor zur Erfassungeiner Referenztemperatur enthält. Eingangsgrößen dieses Modells können alle als Ursachenidentifizierbaren Äußerungen des Systems sein, welche als Signale von Sensoren oder anderenModellen zur Verfügung stehen (Verlustleistung, Strom, Spannung, Moment, Drehzahl,Geschwindigkeit, Temperatur, etc.). Die Dimension eines derartigen Eingangsvek-tors ist nichtbegrenzt. Die Rechenroutine kann sowohl zeitunabhängig als auch zeitabhängig implementiertwerden. Als Ausgangsgröße des Modells werden die Wirkung bzgl. der zu be-obachtendenKomponententemperaturen erhalten, welche zur Auslösung von Regel- bzw. Schutzmechanismenausgewertet werden kann bzw. zur Betriebsführungsdokumentation auf einem Speicherelementausgegeben werden.

Siemens Technik Report

Jahrgang 4� Nr. 10� Januar 2001

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Die Fig. 1 zeigt die Modellmatrix für die Darstellung der Temperatur von IGBT 1 und der zu-gehörigen Diode A eines Leistungshalbleiters (Sixpack), der sechs IGBT's mit zugehörigenFreilaufdioden aufweist. Bei der Auswahl der beobachteten Chips d...