包括主组件以及传感器和发射器单元的功率组件、以及具有功率组件的系统的制作方法

1.本发明的实施例涉及功率组件，特别是功率熔断器和功率半导体器件，并且涉及具有功率组件的模块和系统以及相关方法。


背景技术：

2.在电力电子领域，能够切换大电流和/或在较高电压下操作的功率半导体以及对应半导体熔断器被广泛用于不同目的，例如在放大器、整流器和转换器中。所使用的功率半导体二极管和功率半导体开关通常能够在超过若干100v的电压差下操作，和/或能够处理大电流，例如在同一半导体块或半导体本体内的至少几安培的电流。为了进一步提高电流处理能力，可以并联若干功率半导体。出于安全原因，(一个或多个)功率半导体可以由(一个或多个)半导体熔断器保护。
3.根据负载，功率半导体(半导体本体)和/或熔断器本体的温度可能在操作期间改变。因此，器件的电子属性(如电流电压特性、二极管的正向电压降、和半导体开关的开关属性)可能在操作期间改变。这甚至可能导致并联耦合的功率半导体之间的电流不平衡。同样，温度可能会改变熔断器的操作参数，诸如给定电流下的电阻和电压降，并且从而改变其分断能力。
4.在操作期间可靠地测量高功率/高压应用中器件的温度和其他参数是复杂和/或昂贵的。这可能是由于传感器需要适应(物理)条件，它们必须在这些条件下工作，而不会对器件操作产生重大影响。
5.例如，光纤传感器原则上适用于高压条件下的测量，但通常相对较大(光纤线圈)。此外，可能需要多个不同传感器。由于对应大量光纤，设置可能变得更加复杂。这也可能使组装和维护工作更加困难。此外，测量和评估测量数据可能很复杂。此外，可能需要附加(光学)接口。
6.因此，需要在操作期间进一步改进功率组件的特性。


技术实现要素：

7.综上所述，提供了根据权利要求1所述的功率组件、根据权利要求17所述的功率模块、根据权利要求20所述的系统、根据权利要求28所述的方法、根据权利要求30所述的方法和根据权利要求31所述的方法。
8.根据功率组件的一个实施例，功率组件包括两个电端子、组件壳体、主组件以及传感器和发射器单元，主组件由组件壳体至少部分被包围，与两个端子连接并且被配置为承载在两个电端子之间流动的电源电流，传感器和发射器单元被配置为测量表征主组件的操作状态的物理量的值并且发射电磁信号，物理量的测量值被编码在该电磁信号中。传感器和发射器单元包括用于发射电磁信号的天线。天线与主组件间隔开并且布置在组件壳体中、组件壳体上和/或组件壳体处。
9.由于天线与通常导电的主组件间隔开，因此天线的承载/接收属性不受主组件的显著(负面)影响，天线对主组件的属性也没有显著影响。此外，由于使用天线用于发射电磁信号，因此可以非接触地读出物理量的测量值。
10.这导致很多进一步的优点。特别地，一般设置、尤其是使用这些功率组件中的一个或多个功率组件的功率模块和系统的接线可以保持不变。即使是表征一个、若干或甚至大量功率组件的主组件的操作状态的大量相关测量值也可以通过这种方式以简单且成本高效的方式被读出。注意，传感器和发射器单元可以相对较小和/或分别使用现有技术以相对较低成本大量制造。此外，可以(随后)进一步分析承载的测量值。特别地，承载的测量值可以用于基于状态的监测和/或保护(一个或多个)功率组件，用于收集(一个或多个)功率组件的寿命数据，并且通常用于统计分析，用于调节甚至优化功率组件的操作，和/或甚至用于调节甚至优化(一个或多个)功率组件的设计。
11.电磁信号通常是射频信号，例如超高频(uhf)无线电信号，即，在300兆赫(mhz)到3吉赫(ghz)之间的频率范围内。
12.在本技术中使用的术语“高电压”应当涵盖至少约600v、更典型地至少约1kv或甚至至少约5kv的ac电压和dc电压。
13.本技术中使用的术语“高电流”和“电源电流”应当涵盖至少约10a、更典型地至少约50a或甚至至少约100a或1ka的ac电流和dc电流。
14.本技术中使用的术语“高功率”应当涵盖至少约2kw、更典型地至少约5kw或甚至至少约15kw的电功率。
15.同样，在本技术中使用的术语“功率组件”应当涵盖至少约2kw、更典型地至少约5kw或甚至至少约15kw的电功率。
16.因此，主组件的额定电流为至少约10a和/或主组件的额定功率为至少约2kw。
17.此外，功率组件通常是高压组件。
18.特别地，主组件的额定电压通常为至少约600v，更通常为至少约680v，或甚至至少约1kv或甚至约5kv。
19.功率组件可以被配置为控制电源电流，特别是放大、切换和/或中断电源电流。
20.特别地，功率组件可以是功率半导体器件，特别是垂直功率半导体器件，或者是功率熔断器，通常是相应的所谓的半导体熔断器，即，适于保护功率半导体器件免受过载和/或短路的熔断器。分断能力(熔断器可以安全地分断的最大电流)可以例如对应于熔断器适用的功率半导体器件的额定电流的十倍。
21.功率半导体器件可以实现为功率半导体二极管、功率半导体晶体管和/或功率半导体开关，和/或可以包括一个或多个功率半导体二极管和/或一个或多个功率半导体开关，特别是相应功率晶体管，诸如功率晶闸管、功率mosfet或功率igbt。
22.功率半导体二极管和功率半导体开关的主组件通常包括相应(结构化)半导体本体或管芯。半导体本体或管芯可以包括功能上耦合在两个电端子之间的整流结，特别是pn结。根据器件类型，半导体本体或管芯还可以包括若干pn结。同样，两个电端子还可以包括多于两个端子，例如两个电源端子，诸如阳极和阴极端子(例如，在涉及二极管和/或晶闸管的实施例中)，以及开关端子，诸如用于控制和/或切换两个电源端子之间的电流的栅极端子(例如，在涉及mosfet和/或晶闸管的实施例中)。
23.功率熔断器的主组件通常包括导电元件或由其形成，特别是已校准导体。导电元件可以被填充物包围并且分别被壳体和熔断器本体封闭。此外，功率熔断器可以包括用于熔断器跳闸的指示和/或远程信令的辅助开关。
24.传感器和发射器单元通常是低功率单元。在下文中，传感器和发射器单元也称为感测和发射单元。
25.如在本技术中使用的术语“低功率”应当涵盖最多约5w的电功率，更典型地最多约2w或甚至最多约1w的电功率。
26.因此，传感器和发射器单元的额定功率最多为5w，更典型地为最多约2w或甚至最多约1w。
27.这允许传感器和发射器单元在更长时间内操作，而无需再充电或更换内部电源。
28.通常，传感器和发射器单元包括低功率发射器，特别是用于与读取器进行双向通信的低功率转发器。
29.低功率转发器可以是相应bluetooth转发器或rfid转发器，特别是有源rfid标签或甚至是无源rfid标签。
30.此外，传感器和发射器单元可以由一个或多个rfid传感器或一个或多个bluetooth传感器提供。
31.除了低成本之外，rfid标签还提供了允许小尺寸的进一步优势，这可以促进将它们整合到功率组件中。
32.无源rfid标签具有附加优势，即，它们不需要内部电源，因为它们可以由从rfid读取器承载的电磁能供电。
33.更进一步地，具有bluetooth转发器或rfid转发器的传感器和发射器单元可能已经通过设计被配置为另外将功率组件的标识符编码到电磁信号中。这可以促进对承载的测量值的后续评估。
34.替代地或另外地，传感器和发射器单元可以被配置为至少暂时地存储物理量的若干测量值，并且将物理量的若干测量值编码到电磁信号中，通常与相应测量时间一起。
35.此外，传感器和发射器单元可以包括传感器单元和发射器单元，发射器单元在功能上与传感器单元连接，通常以有线连接，并且包括天线或至少与天线连接。
36.传感器单元通常被配置为将表示物理量的模拟输入信号转换为数字值、存储数字值、处理数字值，和/或向发射器单元传送数字值和/或处理后的数字值。
37.发射器单元甚至可以与传感器单元间隔开。这可以促进测量和发送(一个或多个)测量值，因为传感器单元可以布置得更靠近测量点，并且(一个或多个)对应数字值可以安全地传送给至少靠近天线布置的发射器单元，即使在嘈杂条件下。
38.传感器和发射器单元还可以包括在功能上与一个发射器单元耦合的两个或更多个传感器单元。
39.替代地，功率组件可以包括两个或更多个传感器和发射器单元。
40.(一个或多个)传感器和发射器单元可以包括和/或实现至少两个传感器，每个传感器被配置为测量表征主组件的操作状态的相应物理量的值。例如，(一个或多个)传感器和发射器单元可以被配置为测量两个或更多个温度值(也称为温度)。
41.特别地，传感器和发射器单元可以被配置为测量不同物理量的值，每个物理量表
征主组件的操作状态。
42.例如，传感器和发射器单元可以被配置为分别测量主组件的温度、两个电端子中的一个或甚至每个的温度、两个电端子中的一个或甚至每个的电压、和/或跨主组件和两个端子的电压降。
43.天线通常是至少基本扁平的和/或被实现为线圈天线。
44.此外，天线可以布置在组件壳体的外侧或表面处。这是因为，那里的承载和接收条件通常特别好。
45.至少天线通常附接到组件壳体，例如，附接到组件壳体的外表面。
46.特别地，在分别参考具有一个或多个rfid标签和rfid传感器的功率组件作为传感器和发射器单元的实施例中，传感器和发射器单元可以简单地粘合到组件壳体。
47.组件壳体通常包括电介质或陶瓷或甚至由其制成。
48.组件壳体可以基本封闭主组件，并且通常包括用于两个电端子以及可选地用于电线的相应开口、管道或通孔，该电线用于将传感器和发射器单元与主组件处的一个或多个测量点连接，与电端子和/或甚至与由主组件提供的一个或多个测量端子连接。
49.例如，测量端子可以与允许温度测量的集成结构电接触，例如，靠近主组件的pn结、靠近主组件的半导体本体的中心或熔断器本体的中心布置的相应集成电阻结构。
50.在这点上，应当注意，结温对于表征半导体器件的操作状态通常特别重要。对于熔断器，端子处的温度和/或熔断器本体的核心温度对于表征操作状态可能特别重要。
51.在本技术中使用的术语“壳体”应当涵盖术语“外壳”。
52.在参考功率半导体器件作为功率组件的实施例中，主组件通常至少基本成形为圆柱体，更典型地至少基本成形为通常扁平的直圆柱体，特别是成形为(半导体)晶片盘。同样地，(一个或多个)电端子可以至少基本成形为相应圆柱体，和/或组件壳体可以至少基本成形为中空圆柱体，通常为对应直空心圆柱体。
53.此外，主组件和/或主组件的半导体本体的直径为至少约2英寸，通常在约2英寸到约6英寸的范围内。
54.半导体本体通常包括整流结。
55.在至少基本圆柱形的半导体本体的横截面、特别是平行于分别由顶部基底和底部基底形成的(一个或多个)主表面的横截面中，整流结可以延伸至少基本穿过半导体本体和/或可以至少基本平行于(一个或多个)主表面定向。
56.此外，整流结可以在功能上连接在两个电端子之间，和/或被配置为在两个电端子之间承载电流。
57.特别地，整流结可以是形成在半导体本体的p型半导体区与n型半导体区之间的pn结。
58.通常，p型半导体区和n型半导体区中的每个与两个电端子中的一个欧姆接触和/或至少基本被两个电端子中的一个覆盖。
59.传感器和发射器单元可以被配置为测量整流结的温度和/或半导体本体的核心温度。
60.出于这个目的，功率组件可以具有与传感器和发射器单元(欧姆)接触并且布置在整流结处或附近的集成电阻结构、和/或与传感器和发射器单元(欧姆)接触并且布置在半
导体本体的中心处或附近的集成电阻结构，特别是相对于至少基本圆柱形的半导体本体的圆柱轴线和/或在至少基本圆柱形的半导体本体的圆柱轴线处或附近。
61.此外，功率半导体器件可以是按压封装半导体器件或按压半导体器件。
62.在参考功率熔断器作为功率组件的实施例中，组件壳体通常提供熔断器本体。
63.功率熔断器的主组件也可以至少基本成形为(右)圆柱体，但通常不是圆柱体。特别地，功率熔断器可以是方形本体设计。功率熔断器的电端子可以采用平齐端设计。
64.与传感器和发射器单元(欧姆)接触的电阻结构可以布置在熔断器本体的中心处或附近，特别是相对于熔断器本体和/或主组件的纵向轴线和/或圆柱轴线的中心，和/或布置在主组件处或附近，特别是在主组件的侧表面处或附近。
65.根据一个实施例，功率模块包括至少两个如本文中解释的功率组件，例如多个相应组件。
66.通常，功率组件成对地彼此连接。
67.更具体地，功率模块可以包括至少成对地并联或串联连接的两个或更多个相应功率半导体器件，例如并联连接的两个或更多个相应功率晶闸管。功率模块甚至可以包括至少成对地并联和/或串联连接的多个相应功率半导体器件，例如多达24个或甚至更多至少成对地并联连接的功率晶闸管。
68.替代地或另外地，功率模块可以包括串联连接的一对或多对功率半导体器件和功率熔断器。
69.替代地或另外地，功率模块可以包括具有串联连接的第一功率半导体器件和第一功率熔断器的第一子模块、以及与第一子模块连接并且具有串联连接的第二功率半导体器件和第二功率熔断器的第二子模块。
70.功率模块可以形成或成为电力电子设备的一部分，诸如功率转换器，特别是功率整流器或功率逆变器。
71.根据一个实施例，一种系统包括一个或多个如本文中解释的功率组件，或者包括一个或多个如本文中解释的功率模块，并且包括接收单元和评估单元，接收单元被配置为从(一个或多个)功率组件接收(一个或多个)电磁信号，并且解码(一个或多个)物理量的(一个或多个)测量值，评估单元与接收单元可连接，并且被配置为使用(一个或多个)物理量的(一个或多个)解码后的测量值来分析(一个或多个)功率组件的主组件的操作状态和/或(一个或多个)功率模块的操作状态。
72.接收单元可以实现为相应读取器，例如有源rfid读取器。
73.此外，接收单元可以包括用于将接收单元连接到数据网络的网络接口，特别是被配置为在接收单元与数据网络之间收发数字信号和/或数字数据的网络接口，特别是全球数据网络，例如相应无线接口(例如，wi-fi接口)。
74.数据网络可以是使用tcp/ip的以太网网络，诸如lan、wan或互联网。数据网络可以包括分布式存储单元，诸如云。根据应用，云可以是公共云、私有云、混合云或社区云。
75.接收单元通常可操作地连接到网络接口以执行从数据网络接收的命令。命令可以包括用于控制接收单元以及(一个或多个)功率组件的控制命令。命令可以包括状态请求。响应于状态请求，或者没有先前状态请求，接收单元可以适于向网络接口发送状态信息，并且然后网络接口适于通过网络发送状态信息。命令可以包括更新命令，更新命令包括更新
数据。在这种情况下，接收单元可以适于响应于更新命令并且使用更新数据来发起更新。
76.同样，评估单元还可以包括用于将评估单元连接到数据网络的对应网络接口。
77.因此，评估单元可以远离接收单元。
78.评估单元通常被配置为使用(一个或多个)解码后的测量值估计(一个或多个)功率组件的老化状态，和/或确定(一个或多个)功率组件的警告消息、维护建议和/或控制参数。
79.特别地，评估单元可以被配置为使用(一个或多个)解码后的测量值确定电源电流的电流强度和至少两个功率组件之间的电流分布中的至少一个。这些值可以例如用于确定(一个或多个)功率组件的(一个或多个)控制参数，特别是涉及电流强度和/或开关特性和/或维护建议的(一个或多个)控制参数。
80.评估单元甚至可以被配置为使用(一个或多个)控制参数来影响电流分布。
81.此外，评估单元可以被配置为解码功率组件的不同物理量的测量值，和/或解码功率组件的温度、电压和/或电压降的(一个或多个)测量值。
82.更进一步地，评估单元可以被配置为确定功率组件的当前温度相关属性，特别是功率组件的电阻、电阻率、电导和/或电导率。
83.根据一种方法的实施例，该方法包括使用被配置为承载电源电流的功率组件的传感器和发射器单元、特别是如本文中解释的功率组件的传感器和发射器单元来测量表征功率组件的主组件的操作状态的物理量的值；以及使用传感器和发射器单元的天线发射电磁信号，物理量的测量值被编码在该电磁信号中。
84.该方法通常还包括接收电磁信号和解码编码值。
85.此外，该方法还可以包括使用解码值来确定操作状态，改变功率组件的控制参数，估计功率组件的老化状态，和/或确定功率组件的警告消息和/或维护推荐。
86.根据一种用于制造功率组件、特别是如本文中解释的功率组件的方法的实施例，该方法包括提供被配置为承载电源电流的主组件、以及被配置为测量表征主组件的操作状态的物理量的值并且发射电磁信号的传感器和发射器单元，物理量的测量值被编码在该电磁信号中；以及用电介质至少部分包裹主组件，并且将传感器和发射单元附接在电介质中、处和/或上，使得传感器和发射单元的天线与主组件间隔开。
87.例如，主组件可以通过用电介质封装而设置有模块壳体。此后，传感器和发射器单元可以分别附接到模块壳体和电介质，例如胶合到模块壳体的外侧。此后，传感器和发射器单元可以与端子和/或主组件处的测量点连接。
88.其他实施例包括(非易失性)计算机可读存储介质或设备、以及记录在一个或多个计算机可读存储介质或计算机存储设备上的一个或多个计算机程序。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括指令来执行特定操作或过程，该指令在由系统、特别是如本文中解释的系统的一个或多个处理器执行时引起该系统执行该操作或过程。
89.根据一种方法的实施例，特别是一种监测方法，该方法包括提供如本文中解释的功率模块，从功率模块的至少两个功率组件的传感器和发射器单元中的至少一个接收物理量的一个或多个相应测量值，并且进一步处理(一个或多个)接收的测量值。
90.进一步处理通常包括以下过程中的至少一项：确定温度，确定温度分布，监测温度，监测温度分布，确定电流，确定电流分布，监测电流，监测电流分布，以及检测温度分布
的不平衡、和/或电流分布的不平衡，例如当持续时间长于预定义时间时可能有害的相应不平衡。
91.确定电流和/或电流分布可以包括考虑功率模块的功率熔断器的电端子之间的给定电阻，特别是功率熔断器的相应冷电阻。
92.该方法通常可以在检测到(可能有害的)(一个或多个)不平衡、(一个或多个)温度和/或电流之后，进一步包括估计功率模块的老化，发出警告(消息)，调度功率模块的维护或维修，确定用于操作功率模块的至少一个已更新控制参数，和/或使用该至少一个已更新控制参数控制功率模块。
93.在阅读以下详细描述并且查看附图之后，本领域技术人员将能够认识到附加的特征和优点。
附图说明
94.图中的组件不一定按比例绘制，而是强调说明本发明的原理。此外，在图中，相同的附图标记表示对应的部分。在图中：
95.图1a示出了根据一个实施例的功率组件的横截面；
96.图1b示出了根据一个实施例的功率组件的视图；
97.图1c示出了根据一个实施例的功率组件的视图；
98.图1d示出了根据一个实施例的功率组件的横截面；
99.图1e示出了根据一个实施例的功率组件的横截面；
100.图2a是根据一个实施例的功率模块的示意图；
101.图2b是根据一个实施例的功率模块的示意图；
102.图2c是根据一个实施例的系统的框图；
103.图2d是根据实施例的用于监测功率组件的方法的流程图；
104.图2e是根据实施例的用于制造功率组件的方法的流程图；
105.图3a是根据一个实施例的功率模块的示意图；
106.图3b是根据一个实施例的功率模块的示意图；以及
107.图3c是根据一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
108.现在将详细参考各种实施例，一个或多个示例在每幅图中示出。每个示例都是以解释的方式提供的，并不表示限制。例如，作为一个实施例的一部分而示出或描述的特征可以在任何其他实施例上或结合任何其他实施例使用以产生又一实施例。本公开旨在包括这样的修改和变化。
109.在附图的以下描述中，相同的附图标记指代相同或相似的组件。通常，仅描述关于个体实施例的不同之处。除非另有说明，否则一个实施例中的部分或方面的描述同样适用于另一实施例中的对应部分或方面。
110.图1a示出了功率组件100的示意性横截面。在示例性实施例中，功率组件100是功率熔断器，该功率熔断器具有作为主功能组件的导电元件110，该导电元件110被形成组件壳体120的陶瓷熔断器本体横向包围。熔断器本体120可以例如成形为空心圆柱体。导电元
件与两个电端子111、112电接触，并且可以在端子111、112之间承载电流并且在预定阈值电流以上断开电流。传感器和发射器单元130具有用于发射电磁信号的天线133，传感器和发射器单元130布置在熔断器本体120的外表面上在并且附接到熔断器本体120的外表面。如接线135所示，传感器和发射器单元130可以与布置在导电元件110的表面旁边或甚至在表面处的测量尖端连接。注意，图中的任何接线可以对应于一根线、一对线或甚至多于两根线。
111.因此，传感器和发射器单元130可以在器件操作期间测量导电元件110的核心温度值，并且经由天线133向读取器(未示出)发射编码到电磁信号中的核心温度值。为了清楚起见，图1a中也未示出功率熔断器100的其他可选细节，诸如填充物。
112.这允许无接触地传送测量的温度值以及远程地进一步处理以至少表征功率组件100的操作状态。
113.如虚线135'所示，传感器和发射器单元130可以备选地或另外地测量端子112(或甚至两个端子)的温度值，并且以编码形式与电磁信号一起发射(一个或多个)端子温度值。
114.可以针对从大约-40℃到大约125℃(用于测量核心温度)或从大约-40℃到大约+85℃(用于测量端子温度)的温度范围和/或以至少为0.5℃的准确度来测量相应温度值。
115.图1b示出了功率组件100'的一部分的示意图。功率组件100'类似于上面关于图1a解释的功率组件100，并且也可以是功率熔断器。然而，功率组件100'的传感器和发射器单元130'被实现为rfid温度传感器。rfid温度传感器130'具有带有适当测量电路系统的传感器单元131和带有扁平线圈天线133的发射器单元132。
116.如图1c所示，图1c示出了功率组件100”的一部分的示意图，rfid传感器130”的传感器单元131和发射器单元132可以彼此间隔开，但是在功能上彼此耦合，通常经由有线连接。
117.图1d示出了功率组件200的示意性横截面。功率组件200通常类似于上面关于图1a至图1c解释的功率组件100至100”，并且通常也是功率熔断器，特别是相应半导体熔断器。然而，在图1d的示例性实施例中，附接到熔断器本体(组件壳体)220的传感器和发射器单元230经由相应电线235与两个电端子211、212连接。
118.传感器和发射器单元230通常被配置为测量端子211、212处的电压。此外，传感器和发射器单元230可以被配置为确定两个端子211、212之间的电压降。
119.如上所述，在示例性实施例中，传感器和发射器单元230可以实现为bluetooth传感器或rfid传感器，例如实现为rfid电压测量传感器，特别是相应无电池rfid标签。
120.更具体地，传感器和发射器单元230可以被配置为分别测量跨半导体熔断器200及其主组件(导电元件)211的ac电压降，即使在高功率条件下/在高功率应用中，特别是在高功率整流器应用(参见图2a、图2b)中。
121.电压测量可以例如用于监测这些应用中的电流分布(在线)。替代地或另外地，熔断器200的操作状态的信息可以从测量值确定。
122.传感器和发射器单元230可以被配置为测量跨熔断器200的ac电压脉冲并且计算可以被平均的相应rms值。在这点上，应当注意测量电压可能不是正弦波形，例如甚至脉冲dc电压可以被使用，并且可能失真。
123.此外，传感器和发射器单元230通常受到保护，以便在(ac)熔断器200熔断时不产
生任何电弧，并且例如2kv ac的全电压降跨熔断器200并且因此跨传感器和发射器单元230被施加。然而，这通常取决于半导体熔断器200要串联连接到的功率半导体器件的规格。
124.例如，传感器和发射器单元230可以满足以下规范中的一项或多项或甚至全部：
125.额定测量电压：80
…
250mv；
126.额定频率：50/60hz；
127.测量模式：rms、平均值，可选；
128.测量更新周期率：≤10s；
129.隔离电压输入/输出：5kv；
130.温度测量范围：-40
…
≥125℃；
131.类型：rfid；
132.与读取器通信的频率范围：uhf；以及
133.尺寸：几平方厘米，通常小于25cm2。
134.传感器和发射器单元230可以与熔断器本体220上的辅助触点(未示出)类似地放置。
135.此外，传感器和发射器单元230的电路系统通常由非导电壳体材料封闭。这是因为，它通常在高压(hv)条件下使用，例如在hv电子堆中。此外，传感器和发射器单元230通常用在附近有很多金属(不锈钢、铝、铜)的环境中。
136.可选地，传感器和发射器单元230还被配置用于如上面关于图1a-图1c解释的温度测量，特别是用于测量端子(连接)温度。
137.图1e示出了实现为垂直功率半导体器件、更具体地实现为功率半导体二极管的功率组件300的示意性横截面。这由表示半导体本体310的p型半导体区与n型半导体区之间的pn结的虚线指示，其中每个半导体区与两个电源端子311、312中的一个欧姆接触。
138.在示例性实施例中，半导体本体310被介电组件壳体320横向封闭，该壳体320可以例如是基本环形的(从上面看)。
139.此外，传感器和发射器单元330布置在壳体320的横向外侧上和横向外侧处。
140.如接线335所示，传感器和发射器单元330通常在功能上与半导体本体310连接并且被配置为测量半导体本体310的核心温度，更具体地，测量至少接近功率二极管300的pn结的温度。
141.出于这个目的，集成电阻结构布置在整流结处或附近，并且相对于半导体本体310的中心轴线布置在半导体本体的中心处或附近，该中心轴线通常至少基本垂直于pn结(圆柱轴)。
142.替代地或另外地，传感器和发射器单元330可以被配置为测量电源端子311、312处的电压和/或确定电源端子311、312之间的电压降。这些测量可以例如用于直接测量并联连接的功率二极管之间的电流不平衡。
143.此外，传感器和发射器单元可以被配置为测量半导体本体中的不同点处的温度。因此，温度分布可以在器件操作期间被确定。特别地，在涉及通常具有多个相应单元的功率mosfet和功率igbt的实施例中，单元之间的温度差可以提供关于单元之间的电流分布或甚至关于老化的信息。
144.在另外的实施例中，传感器和发射器单元可以替代地或另外地被配置为测量表征
相应器件的操作状态的一个或多个其他物理量的值。
145.传感器和发射器单元330也可以至少部分布置在组件壳体320中。例如，传感器和发射器单元330可以浇注到用于封装半导体本体310的浇注化合物中。
146.图2a示出了由串联连接的两个功率组件200、300形成的功率模块500的示意图，即，如上文关于图1e解释的功率半导体二极管300和如上文关于图1d解释的对应半导体熔断器200。
147.为了清楚起见，在图2a中未示出可以分别用于测量和非接触地承载功率半导体二极管300的核心温度和端子温度以及跨熔断器200的电压降的值的相应传感器和发射单元。这些值可以用于在操作期间监测功率模块500或甚至若干功率模块。
148.若干功率模块在图2b中示出，图2b示出了由六个功率模块501-506构成的示例性三相功率整流器600的示意图，每个功率模块通常对应于如关于图2a解释的功率模块500，并且图3a示出了由n个功率模块501-50n(n是可以大于3、7或甚至15的整数正数)构成的示例性功率整流器550的示意图，每个功率模块通常对应于如关于图2a解释的功率模块500。所示功率模块501-506、501-50n可以被认为是相应子模块，每个子模块包括串联连接的功率半导体器件和功率熔断器和/或由其构成。
149.基于功率熔断器200的温度测量和电压降测量、流过六个模块501-506(在图2a中)中的每个的相应电流i
1-i6和流过n个模块501-50n(在图3a中)中的每个的相应电流i
1-in可以分别以高准确度确定，因为跨每个熔断器200的电压降被测量并且每个熔断器200的电阻可以根据测量的对应熔断器温度来校正。
150.另外，测量功率二极管300的温度对于确定功率整流器550、600内的电流分布不是必需的，但可以用于功率器件的长期监测、估计老化和/或调度维护或修理。
151.换言之，仅功率二极管200设置有相应传感器和发射器单元就足够了。
152.在其他实施例中，仅提供具有相应传感器和发射器单元的功率半导体器件可能就足够了。
153.这在图3b中示出，图3b示出了由m个通常至少基本相同的功率模块300'构成的示例性电力电子设备570的示意图，其中m是大于1、3、7或甚至15的整数正数。每个功率模块300'可以对应于如关于图1e解释的功率二极管300。在本实施例中，电力电子设备570可以是功率整流器。在涉及电力电子开关设备的实施例中，每个功率模块300'可以例如是功率晶闸管。
154.基于例如使用功率模块300'的传感器和发射器单元进行的温度测量，可以确定功率模块300'的温度不平衡。基于此，并且例如假定功率模块300'的属性至少基本相同，则可以确定流过m个模块501-50m的电流i
1-im的不平衡。
155.在一些应用中，为功率模块中的一个功率模块提供相应传感器和发射器单元甚至可能就足够了。
156.如图2c所示，如上文关于图1a至图2b解释的用于(一个或多个)功率组件100-300和(一个或多个)功率模块500-600的监测和/或控制系统701通常具有接收单元710和评估单元720，接收单元710被配置为从(一个或多个)功率组件100-300接收电磁信号，解码(一个或多个)物理量t、v、δv的(一个或多个)测量值，评估单元720与接收单元710连接，并且被配置为基于(一个或多个)物理量t、v、δv的(一个或多个)解码后的测量值来确定或甚至
分析(一个或多个)相应操作状态。
157.接收单元710和评估单元720可以由一个器件形成，或者可以彼此远离和/或经由数据网络彼此连接。
158.取决于一个或多个功率模块的确定/分析的操作状态，评估单元720可以例如发出警告消息，和/或确定(一个或多个)功率组件的控制参数，并且使用确定的控制参数操作(一个或多个)功率模块。后者在图2c中由虚线箭头示出。
159.由监测和/或控制系统701和(一个或多个)功率组件100-300和(一个或多个)功率模块500-600形成的系统700可以允许对(一个或多个)功率组件进行控制和长期监测。
160.系统700可以执行图2d的流程图中所示的方法1000。
161.在第一框1100中，使用功率组件的传感器和发射器单元、特别是如本文中解释的功率组件的传感器和发射器单元测量表征功率组件的操作状态的物理量的值。
162.此后，在框1200中，经由传感器和发射器单元的天线发射其中编码有物理量的测量值的电磁信号。
163.通常，在框1300中，接收电磁信号，并且对编码值进行解码。
164.框1100到1300可以被执行若干次，例如以规则的间隔，和/或对于若干功率组件，通常是并行的。
165.(一个或多个)编码值通常用于确定和/或表征操作状态、确定(一个或多个)功率组件的警告消息、维护建议和/或控制参数。
166.图2e示出了用于制造功率组件、特别是如本文中解释的功率组件的方法2000的流程图。
167.在框2100中，提供被配置为承载电流的主组件、以及传感器和发射器单元。
168.在框2200中，主组件设置有介电组件壳体以及传感器和发射单元。这样做使得传感器和发射单元的天线附接有组件壳体并且与主组件间隔开，并且使得传感器和发射单元可以测量表征主组件的操作状态的物理量的值并且经由天线发射其中编码有物理量的测量值的电磁信号。
169.图3c示出了方法3000的流程图。
170.在第一框3100中，可以提供如本文中解释的功率模块。
171.在框3200中，从功率模块的功率组件的传感器和发射器单元中的一个、通常是两个或甚至全部接收一个或多个物理量的相应测量值。
172.测量值具体可以是指相应主组件的温度、两个相应电端子中的至少一个的电压、或跨主组件和两个端子的相应电压降。
173.此后，(一个或多个)接收的测量值在框3300中被进一步处理。
174.如图3c中的虚线箭头所示，框3200、3300可以例如周期性地重复(若干次)。
175.进一步处理可以包括以下步骤中的一个或多个步骤：
176.确定主组件的温度分布，
177.监测温度分布，
178.确定流过一个或多个主组件的电流，
179.确定主组件之间的电流分布，
180.监测电流和/或电流分布，以及
181.检测温度分布和/或电流分布的不平衡。
182.例如，(提供的)功率模块可以是如上文关于图3b解释的功率模块570、或如上文关于图2b、图3a解释的功率模块550、600。在参考功率模块550、600的实施例中，可以在考虑到功率熔断器的电端子之间的给定电阻、特别是功率熔断器的相应冷电阻的情况下来确定电流和/或电流分布。
183.替代地或另外地，进一步处理可以包括以下步骤中的一个或多个：
184.估计功率模块或其一个或多个功率组件的老化，
185.调度功率模块的维护或维修，
186.确定用于操作功率模块的至少一个已更新控制参数，以及
187.使用至少一个已更新控制参数控制功率模块。
188.例如，可以分别修改功率模块和电力电子设备的一个或多个可控功率组件的开关特性和/或电流强度，以更好地平衡电流和/或温度分布。这可以增加寿命。
189.估计老化可以分别基于功率模块及其功率组件的监测峰值负载和/或整合负载。
190.监测负载可以是指热负载、电流负载及其组合。
191.尽管已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员很清楚的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改以实现本发明的一些优点。对于本领域技术人员来说很清楚的是，可以适当地替换执行相同功能的其他组件。应当提到，参考特定附图解释的特征可以与其他附图的特征组合，即使在这一点没有明确提及的情况下也是如此。
192.为了便于描述，使用诸如“下方”、“下面”、“下部”、“之上”、“上部”等空间相对术语来解释一个元素相对于第二元素的定位。这些术语旨在涵盖器件的不同取向以及与图中所描绘的取向不同的取向。此外，诸如“第一”、“第二”等术语也用于描述各种元素、区域、部分等，并且也不旨在限制。相似的术语在整个描述中指代相似的元素。
193.如本文中使用的，术语“具有”、“包含”、“包括(including)”、“包括(comprising)”等是开放式术语，表示所述元素或特征的存在，但不排除附加元素或特征。冠词“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在包括复数和单数，除非上下文另有明确说明。
194.考虑到上述变化和应用范围，应当理解，本发明不受上述描述的限制，也不受附图的限制。相反，本发明仅受以下权利要求及其合法等同物的限制。
195.附图标记
196.100-300：功率组件
197.110、210、310：功率组件的主组件
198.111、112、211、212、311、312：电端子
199.120、220、320：功率组件的壳体
200.130、230、330：传感器和发射器单元
201.133：天线
202.500-600：功率模块
203.700：系统
204.1000-3300：方法、方法步骤