(57)【要約】  電子デバイスは、少なくとも１つの電子構成要素（１０１）と、電子構成要素が発生する熱を伝導する熱電異方性に基づく勾配熱流束センサーＧＨＦＳ（１０２）と、勾配熱流束センサーにより生成され勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号に少なくとも部分的に基づいて電子構成要素の電流を管理するように適合されたコントローラと、を備える。したがって、電子構成要素の電流ひいては発熱も同様に、電子構成要素により生成される熱流束に基づいて直接管理される。こうして、特に電子構成要素のスイッチング周波数が数百ｋＨｚから数ＭＨｚまでの範囲にある場合に充分な帯域幅で実施されるのが困難であり得る電圧及び電流の測定を必要とすることなく、電流を管理することができる。
2018505545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電子構成要素（１０１、２０１、２２１）を備える電子デバイスであって、
熱電異方性に基づく勾配熱流束センサー（１０２、２０２、２２２）であって、前記電子構成要素が発生する熱を伝導するように、かつ、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号を生成するように、適合された、勾配熱流束センサーと、
前記電気制御信号に対する応答性を有し、少なくとも部分的に前記電気制御信号に基づいて前記電子構成要素の電流を管理するように適合された、コントローラ（１０３、２０３）と、
をさらに備えることを特徴とする、電子デバイス。
【請求項２】
前記勾配熱流束センサー（１０２）が、前記電子構成要素の発熱部分から前記電子デバイスのヒートシンク要素（１０４）までの熱伝導経路の少なくとも一部を構成している、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記勾配熱流束センサーは、少なくとも２つのセンサー要素（１１１〜１１８）を備え、前記少なくとも２つのセンサー要素は、変化する磁束によって誘発される当該センサー要素に対する妨害電圧が実質的に同じである状況を達成するように、並置され、かつ、前記変化する磁束によって誘発される前記センサー要素に対する前記妨害電圧が少なくとも部分的に互いに相殺するように適合されるべく、電気的に直列に接続されている、請求項１又は２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記コントローラが、前記電気制御信号が第１の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、前記電子構成要素のスイッチング周波数を低減させるように適合されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記コントローラが、前記電気制御信号が第２の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、前記電子構成要素の短絡保護を起動するように適合されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記電子デバイスは、他の電子構成要素（２２１）と、他の勾配熱流束センサー（２２２）であって、前記他の電子構成要素が発生する熱を伝導するようにかつ当該他の勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する他の電気制御信号を生成するように適合された、他の勾配熱流束センサーと、を備え、前記電子構成要素（２０１、２２１）が、並列に接続されており、前記コントローラが、前記並列接続された電子構成要素の電流の平衡を保つために少なくとも部分的に前記電気制御信号に基づいて前記並列接続された電子構成要素の動作を制御するように適合されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記勾配熱流束センサーは、当該勾配熱流束センサーを通る前記熱流束に平行な第２の温度勾配成分に対し横断方向の第１の温度勾配成分に比例する前記電気制御信号を生成するための異方性材料を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記異方性材料が、ビスマスである、請求項７に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記勾配熱流束センサーは、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に平行な第２の温度勾配成分に対し横断方向の第１の温度勾配成分に比例する電気制御信号を生成するための多層構造を備え、前記多層構造の層が、前記熱流束を受けるための前記勾配熱流束センサーの表面に対して、斜めになっている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記多層構造は、複数の第１の層と複数の第２の層とを備え、前記第２の層が、半導体材料で製造されており、かつ、前記第１の層と交互配置されており、前記第１の層が、金属、金属合金又は半導体材料で製造されている、請求項９に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記電子構成要素が、バイポーラ接合トランジスタ「ＢＪＴ」、ダイオード、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ「ＩＧＢＴ」、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ「ＧＴＯ」、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ「ＭＯＳＦＥＴ」、集積化ゲート転流型サイリスタ「ＩＧＣＴ」、電子注入促進型ゲートトランジスタ「ＩＥＧＴ」のうちの少なくとも１つを備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１２】
電子構成要素が発生する熱を伝導する熱電異方性に基づく勾配熱流束センサーからの電気制御信号を受信するステップ（３０１）であって、前記勾配熱流束センサーが、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号を生成する、ステップと、
少なくとも部分的に前記電気制御信号に基づいて前記電子構成要素の電流を管理するステップ（３０２）と、
を備える、方法。
【請求項１３】
前記電気制御信号が、前記勾配熱流束センサーの少なくとも２つの並置された直列接続されたセンサー要素から受信され、変化する磁束により誘発される前記センサー要素に対する妨害電圧が、前記少なくとも２つのセンサー要素の並置に起因して実質的に同じであり、前記妨害電圧が、前記少なくとも２つのセンサー要素の直列接続に少なくとも部分的に起因して互いに相殺し合う、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電気制御信号が第１の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、前記電子構成要素のスイッチング周波数を低減させるステップを備える、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記電気制御信号が第２の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、前記電子構成要素の短絡保護を起動するステップを備える、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気制御信号及び他の勾配熱流束センサーから受信した他の電気制御信号に基づいて、前記電子構成要素の電流と他の電子構成要素の電流との平衡を保つステップを備え、前記他の勾配熱流束センサーが、前記他の電子構成要素が発生する熱を伝導し、かつ、当該他の勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する前記他の電気制御信号を生成する、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して電子デバイスの熱管理に関する。より詳細には、本開示は、電子デバイス内の電流を管理するための方法に関する。さらに、本開示は、例えば周波数変換器等の電力電子デバイスであり得るものの必ずしもこのようなデバイスである必要はない電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば周波数変換器、整流器及びネットワークインバータ等のさまざまな電子デバイスが、電流及び電圧を修正するための電子構成要素を含んでいる。電子構成要素は、例えば、制御可能な電力電子スイッチ、例えばバイポーラ接合トランジスタ「ＢＪＴ」、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ「ＩＧＢＴ」、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ「ＧＴＯ」、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ「ＭＯＳＦＥＴ」、集積化ゲート転流型サイリスタ「ＩＧＣＴ」、電子注入促進型ゲートトランジスタ「ＩＥＧＴ」であり得る。電力電子スイッチがダイオードであることも同様に可能であるが、その場合のスイッチング動作は、ダイオードのアノードとカソードとの間の電圧のみに左右される。電子構成要素が電流を伝導するとき、ジュール効果に起因する電子構成要素の内部抵抗によって熱が生成される。スイッチとして使用される電子構成要素においては、導通状態と非導通状態との間の遷移の間、瞬間的加熱速度が特に高い可能性がある。例えば、導通状態から非導通状態への遷移において、電流がまだ減少していない間に内部抵抗がかなり高くなっている場合がある。こうして、加熱速度は、部分的に、スイッチング周波数に対して線形的又は非線形的に比例する。例えばプロセッサ等の電子構成要素において、加熱速度は、使用されているクロック周波数及び電圧レベルに、線形的又は非線形的に比例する。クロック周波数を増大させることは、プロセッサの内部キャパシタンスをより高い速度で充電し放電しなければならず、したがって、プロセッサの内部抵抗内で熱を生成する電流も同様に増大させられることを意味する。さらに、クロック周波数又はスイッチング周波数を増大させると、表皮効果に起因して内部有効抵抗、ひいては加熱速度も同様に増大する。
【０００３】
加熱速度が、利用可能な冷却の能力を上回った場合、電気的挙動の変化に影響を及ぼす温度上昇のリスクが存在し、そのため、考慮対象の電子構成要素内に熱損傷が発生し得る。したがって、加熱速度が冷却能力を上回らないように電子構成要素の電流を管理することが重要である。電流の管理は、例えば、短絡「ＳＣ」保護、スイッチング損失を制限するためにスイッチング周波数を限定することによる電流の高周波数成分の制御、電子構成要素の熱サイクル管理、電流の制限を目的とするプロセッサ等のクロック周波数の低減、及び／又は、並列接続された電子構成要素の電流の平衡化を含むことができる。
【０００４】
電流の上述の管理は、電子構成要素内の加熱速度を直接的又は間接的に示す測定情報を必要とする。加熱速度を測定するための１つの従来の技術には、測定された電圧及び電流の瞬間的値の積の積分が含まれる。加熱速度を測定するための別の従来の技術には、電子構成要素の表面上の１つ以上の測定点から表面温度を測定することが含まれる。しかしながら、これらの技術に課題が無いわけではない。電圧及び電流の瞬間的値の積に基づく技術には、電圧と電流との積が充分な精度で瞬間的電力を表わすのに充分なほど、示された電圧と実際の電圧との間の位相シフト及び示された電流と実際の電流との間の位相シフトが互いに近いものである、高精度の広帯域幅電圧電流センサーが必要とされる。特に電子構成要素のスイッチング周波数が数百ｋＨｚから数ＭＨｚの範囲にある場合、充分な精度で電圧及び電流の測定を実施するのが困難である可能性がある。測定された表面温度に基づく技術に関連する課題は、電子構成要素の接合部温度が少なくとも時折、表面温度よりも有意に高いものであり得ること、及び、測定された表面温度が遅延を伴って接合部温度に追従すること、にある。したがって、例えば、測定された表面温度に基づく短絡保護等は、電子構成要素を保護できるためには緩慢すぎる可能性がある。上述の技術の両方にとってのさらなる課題は、これらの技術では、電子構成要素が並列及び／又は直列に接続された多重チップを含むモジュールタイプの構成要素である場合に、個別の半導体チップの温度を観察することができないという点にある。異なるチップについての熱インピーダンスの差異に起因して、並びに／又は、異なるチップに関する寄生インダクタンス及び／若しくは抵抗の差異に起因して、発熱及び温度は概して、全てのチップについて同じではない。
【発明の概要】
【０００５】
以下では、さまざまな発明実施形態のいくつかの態様の基本的理解を提供するための簡略化された概要を提示する。この概要は、本発明の広範な概説ではない。本発明の主要な又は重大な要素を識別することが意図されるわけでも、本発明の範囲を詳しく説明することが意図されるわけでもない。以下の要約は単に、本発明の例示的実施形態のさらに詳しい説明に対する序章として、簡略化された形で本発明のいくつかの概念を提示する。
【０００６】
本発明によると、必然的にではなく、例えば、周波数変換器、整流器又はネットワークインバータ等の電力電子デバイスであり得る新規の電子デバイスが提供される。本発明に係る電子デバイスは、以下のものを備える：
少なくとも１つの電子構成要素、
熱電異方性に基づく勾配熱流束センサー「ＧＨＦＳ」であって、電子構成要素が発生する熱を伝導するように、かつ、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号を生成するように、適合された、勾配熱流束センサー、及び
電気制御信号に対する応答性を有し、少なくとも部分的に電気制御信号に基づいて電子構成要素の電流を管理するように適合された、コントローラ。
【０００７】
勾配熱流束センサーの短い応答時間は、電流の管理において利用される。例えば、異方性熱電素子「ＡＴ」に基づく勾配熱流束センサーについては、応答時間τは、１ｎｓ．．．１０ｎｓの範囲にあり得る。こうして、応答時間τは、電流の充分に高速な管理を達成するために充分短い。その上、熱流束の方向での勾配熱流束センサーの厚みは小さくあることができ、例えば約０．１ｍｍであり得る。したがって、勾配熱流束センサーは、熱流束測定を妨害し減速させるかもしれない有意な蓄熱容量を表わさない。勾配熱流束センサー「ＧＨＦＳ」のさらなる詳細は、例えば、Ｈａｎｎｅ  Ｋ．Ｊｕｓｓｉｌａ、Ａｎｄｒｅｙ  Ｖ．Ｍｉｔｙａｋｏｖ、Ｓｅｒｇｅｙ  Ｚ．Ｓａｐｏｚｈｎｉｋｏｖ、Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ｙ．Ｍｉｔｙａｋｏｖ及びＪｕｈａ  Ｐｙｒｈｏｎｅｎ、「無負荷時の永久磁石モータにおける局所的熱流束測定（Local Heat Flux Measurement in a Permanent Magnet Motor at No Load）」、電気電子技術者協会「ＩＥＥＥ」トランザクション・オン・インダストリアル・エレクトロニクス（Institute of Electrical and Electronics Engineers “IEEE” Transactions on Industrial Electronics）、２０１３年、第６０巻、ｐ．４８５２〜４８６０との刊行物から見出すことができる。
【０００８】
本発明によると、電子構成要素の電流を管理するための新しい方法も同様に提供される。本発明に係る方法は、以下のステップを備える： 
熱電異方性に基づく勾配熱流束センサーからの電気制御信号を受信するステップであって、勾配熱流束センサーが、電子構成要素が発生する熱を伝導し、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号を生成する、ステップ、及び、
少なくとも部分的に電気制御信号に基づいて電子構成要素の電流を管理するステップ。
【０００９】
添付の従属項には、一定数の本発明の非限定的な例示的実施形態が記載されている。
【００１０】
構造及び操作方法の両方に関する本発明のさまざまな非限定的な例示的実施形態は、その追加の目的及び利点と共に、添付図面と関連させて読まれた場合に、具体的で非限定的な例示的実施形態についての以下の説明から最も良く理解されるであろう。
【００１１】
「〜を備える」及び「〜を含む」なる動詞は、列挙されていない特徴の存在を排除せず要求もしない、開放的限定として本明細書中で使用される。従属項中に列挙されている特徴は、別段の明示的記述のないかぎり、相互に自由に組合せ可能である。その上、「ａ」又は「ａｎ」、すなわち単数形の使用は、本明細書全体を通して、複数を排除するものでないということを理解すべきである。
【００１２】
本発明の非限定的な例示的実施形態及びその利点は、例示の意図で、添付図面を参照して、以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスを示す。
【図１ｂ】本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスを示す。
【図１ｃ】本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスを示す。
【図２ａ】本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスの一部を示す。
【図２ｂ】本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスの一部を示す。
【図２ｃ】本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスの一部を示す。
【図３】電子構成要素の電流を管理するための本発明の非限定的な例示的実施形態に係る方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１ａは、本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスを示す。この例示的ケースにおいて、電子デバイスは、端子１３２を介して３相ネットワークから電気エネルギーを受け取り、端子１３３を介して３相交流電圧を供給するように適合された周波数変換器である。電子デバイスは、各々が制御可能な電力電子スイッチ及び逆並列接続ダイオードを含む、６つの電子構成要素を備える。図１ａにおいて、電子構成要素の１つは、参照番号１０１で示されている。この例示的ケースにおいて、電子構成要素の制御可能な電力電子スイッチは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ「ＩＧＢＴ」である。電子デバイスが１つ以上の電力電子スイッチを備えるような本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスにおいては、各電力電子スイッチは、例えばＩＧＢＴ、バイポーラ接合トランジスタ「ＢＪＴ」、ダイオード、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ「ＧＴＯ」、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ「ＭＯＳＦＥＴ」、集積化ゲート転流型サイリスタ「ＩＧＣＴ」、電子注入促進型ゲートトランジスタ「ＩＥＧＴ」であり得る。
【００１５】
電子デバイスは、勾配熱流束センサー「ＧＨＦＳ」を備え、勾配熱流束センサーは、電子構成要素が発生する熱を伝導するように、かつ、勾配熱流束センサーを通る熱流束に線形的に又は非線形的に比例する電気制御信号１３０を生成するように、適合されている。図１ａにおいて、電子構成要素１０１が発生した熱を伝導するように適合された勾配熱流束センサーによって生成される電気制御信号は、参照番号１３１で示されている。電子デバイスは、電気制御信号１３０に対する応答性を有し少なくとも部分的に電気制御信号に基づいて電子構成要素の電流を管理するように適合された、コントローラ１０３を備えている。電気制御信号１３０に加えて、コントローラ１０３は、１つ以上の測定された温度、電流の測定された値、及び／又は、他の適切な情報に基づいて、電流を管理するように適合され得る。
【００１６】
図１ｂは、電子構成要素１０１の側面図を示す。勾配熱流束センサーは、図１ｂに示された部分断面図を用いて示されている。勾配熱流束センサーは、図１ｂ中では、参照番号１０２で示されている。この例示的ケースでは、勾配熱流束センサー１０２は、電子構成要素１０１の発熱部分からヒートシンク要素１０４までの熱伝導経路の一部を構成している。ヒートシンク要素１０４は、熱を周囲空気へと伝導するための冷却用フィン及び／又は水等の冷却流体を導くための冷却用ダクトを備えていてもよい。この例示的ケースにおいて、電子構成要素１０１は、ヒートシンク要素に接しているベースプレート１３４を備えている。ヒートシンク要素１０４は、勾配熱流束センサーが電子構成要素１０１のベースプレート１３４に接するように、勾配熱流束センサー１０２のための空洞を備えている。図１ｂにおいて、電子構成要素１０１からヒートシンク要素１０４への熱の流れは、１本が参照番号１３５で示されている波状矢印を用いて描かれている。図１ｂでは、電子構成要素１０１の主電流端子の１つは、参照番号１３６で示され、制御端子、すなわちＩＧＢＴのゲート接続は、参照番号１３７で示されている。
【００１７】
図１ａ及び１ｂに示されている例示的電子デバイスにおいて、勾配熱流束センサーは、電子構成要素の表面上、すなわち電子構成要素のベースプレートに接して位置設定されている。しかしながら、これは、唯一の可能な選択肢ではない。勾配熱流束センサーを例えば電子構成要素のベースプレート又は電子構成要素のケーシングの別の場所に埋込むことも同様に可能である。同様に、勾配熱流束センサーが電子構成要素のケーシングの内部に存在するように、勾配熱流束センサーが例えば電子構成要素の統合された要素であることも可能である。電子構成要素が、例えばＩＧＢＴ等の多くの半導体ユニットを備えるモジュールタイプの構成要素である場合には、このモジュールタイプの構成要素は、各半導体ユニットに１つの勾配熱流束センサーが具備されるように、多くの勾配熱流束センサーを備えてもよい。こうして、半導体ユニットに特定的な形でモジュールタイプの構成要素の熱挙動を監視することが可能である。
【００１８】
本発明は、電子構成要素が発生する熱を伝導するための勾配熱流束センサーを配置するいかなる特定の方法にも限定されない、という点に留意すべきである。
【００１９】
本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスにおいて、コントローラ１０３は、電気制御信号１３０が第１の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、電子構成要素のスイッチング周波数を低減させるように適合されている。スイッチング周波数を低減させることは、実際には、電流の高周波数成分を管理することである。したがって、スイッチング周波数を低減させることは、電子構成要素の電流を管理する方法を表わすものとみなすことができる。
【００２０】
本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスにおいて、コントローラ１０３は、電気制御信号１３０が第２の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、電子構成要素の短絡保護を起動するように適合されている。第２の安全限界は、スイッチング周波数を制御するために使用される上述の第１の安全限界よりも高いことが有利である。短絡保護には、例えば、電子構成要素の１つ以上を非導通状態に制御すること、及び／又は、電子構成要素の電流の１つ以上を他の形でオフに切換えること、が含まれていてよい。
【００２１】
図１ｃは、勾配熱流束センサー１０２の斜視図を示す。図１ｂ及び図１ｃに関連する視野方向は、図１ｂ及び図１ｃに示された座標系１９０を用いて示されている。勾配熱流束センサー１０２は、センサー要素１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７及び１１８を備え、これらのセンサー要素は、変化する磁束によって誘発されるセンサー要素１１１〜１１８に対する妨害電圧が少なくとも部分的に互いに相殺するように適合されるべく、電気的に直列接続されている。図１ｃに示された電圧Ｕは、勾配熱流束センサー１０２により生成された電気制御信号を表わす。有利には、勾配熱流束センサーは、センサー要素１１１〜１１８のうちの隣接するものの間に電気絶縁材料片を含む。さらに、勾配熱流束センサー１０２は、電気絶縁性であるものの充分な熱伝導性を有する材料で製造され得る絶縁体プレート１１９を含むことができる。絶縁体プレート１１９は、例えば雲母で製造され得る。勾配熱流束センサー１０２の作動環境に応じて、センサー要素１１１〜１１８の他の側面に類似の他の絶縁体プレートが存在し得る。他の絶縁体プレートは、図１ｃ中に示されていない。
【００２２】
本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスにおいて、センサー要素１１１〜１１８の各々は、勾配熱流束センサーを通る熱流束に平行な第２の温度勾配成分に対し横断方向の第１の温度勾配成分に比例する電圧Ｕの一部を生成するための異方性材料を備える。この場合、第１の温度勾配成分は座標系１９０のｘ軸に平行であり、第２の温度勾配成分は座標系１９０のｚ軸に平行である。異方性材料は、例えばビスマスであり得、センサー要素１１１〜１１８の各々はビスマスの単結晶であり得る。
【００２３】
本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスにおいて、センサー要素１１１〜１１８の各々は、電圧Ｕの一部を生成するための多層構造を備える。多層構造の層は、電子構成要素から熱流束を受け取るための勾配熱流束センサーの表面に対して、斜めになっている。多層構造は、複数の第１の層と複数の第２の層とを含み、第２の層が第１の層と交互配置されるようになっている。第２の層は、例えば半導体材料で製造され得、第１の層は、例えば金属若しくは金属合金、又は、第１の層の半導体材料とは異なる半導体材料で製造され得る。
【００２４】
上述の勾配熱流束センサーは単なる例であり、本発明は、勾配熱流束センサーのいずれかの特定の材料及び／又は構造及び／又は製造方法に限定されない、という点に留意すべきである。
【００２５】
図２ａは、本発明の非限定的な例示的実施形態に係る電子デバイスの一部を示す。この例示的ケースにおいて、電子デバイスは、２つの並列接続された電子構成要素２０１及び２２１を備える。各電子構成要素は、制御可能な電力電子スイッチと、逆並行接続ダイオードと、を備える。この例示的ケースにおいて、制御可能な電力電子スイッチは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ「ＩＧＢＴ」である。電子デバイスは、勾配熱流束センサー「ＧＨＦＳ」を備え、勾配熱流束センサーは、電子構成要素が発生する熱を伝導するように、かつ、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号を生成するように、適合されている。電子デバイスは、電気制御信号に対する応答性を有し少なくとも部分的に電気制御信号に基づいて電子構成要素の電流を管理するように適合された、コントローラ２０３を備える。コントローラ２０３は、並列接続された電子構成要素の電流の平衡を保つために少なくとも部分的に電気制御信号に基づいて、並列接続された電子構成要素２０１及び２２１の動作を制御するように適合されている。その上、コントローラは、勾配熱流束センサーにより生成された電気制御信号に基づいて、電子構成要素２０１及び２２１のスイッチング周波数を制御するように及び／又は短絡「ＳＣ」保護を制御するように適合され得る。上述の電気制御信号に加えて、コントローラ２０３は、１つ以上の測定された温度、電流の測定された値、及び／又は、適切な情報に基づいて、電子構成要素２０１及び２２１の電流を管理するように適合され得る。
【００２６】
図２ｂ及び図２ｃは、電子構成要素２０１及び２２１の側面図を示す。勾配熱流束センサーは、図２ｂ及び図２ｃに示された部分断面図を用いて示されている。勾配熱流束センサーは図２ｂ及び図２ｃにおいて、参照番号２０２及び２２２で示されている。
【００２７】
図３は、電子構成要素の電流を管理するための本発明の非限定的な例示的実施形態に係る方法のフローチャートを示す。この方法は、以下のアクションを備える：
アクション３０１:  電子構成要素が発生する熱を伝導する熱電異方性に基づく勾配熱流束センサー「ＧＨＦＳ」からの電気制御信号を受信するステップであって、勾配熱流束センサーが、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号を生成する、ステップ、及び、
アクション３０２:  少なくとも部分的に電気制御信号に基づいて電子構成要素の電流を管理するステップ。
【００２８】
本発明の非限定的な例示的実施形態に係る方法において、電気制御信号は、勾配熱流束センサーの少なくとも２つの直列接続されたセンサー要素から受信され、ここで変化する磁束により誘発されるセンサー要素に対する妨害電圧は、少なくとも２つのセンサー要素の直列接続において少なくとも部分的に互いに相殺し合う。
【００２９】
本発明の非限定的な例示的実施形態に係る方法は、電気制御信号が第１の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、電子構成要素のスイッチング周波数を低減させるステップを備える。
【００３０】
本発明の非限定的な例示的実施形態に係る方法は、電気制御信号が第２の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、電子構成要素の短絡保護を起動するステップを備える。
【００３１】
本発明の非限定的な例示的実施形態に係る方法は、電気制御信号及び他の勾配熱流束センサーから受信した他の電気制御信号に基づいて、電子構成要素の電流と他の電子構成要素の電流との平衡を保つステップを備え、他の勾配熱流束センサーは、他の電子構成要素が発生する熱を伝導し、かつ、他の勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する他の電気制御信号を生成する。
【００３２】
以上に記載の説明中で提供されている具体的実施例は、添付の特許請求の範囲の適用可能性及び／又は解釈を限定するものとみなされるべきではない。本明細書中で提供されている例のリスト及び群は、別段の明示的記述の無いかぎり、非網羅的リスト及び群であるということが指摘される。
【図１ａ】
2018505545.tif 000003
【図１ｂ】
2018505545.tif 000004
【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
2018505545.tif 000008
【図３】
2018505545.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月27日(2017.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明によると、必然的にではなく、例えば、周波数変換器、整流器又はネットワークインバータ等の電力電子デバイスであり得る新規の電子デバイスが提供される。本発明に係る電子デバイスは、以下のものを備える：
少なくとも１つの電子構成要素、
ヒートシンク要素、
熱電異方性に基づく勾配熱流束センサー「ＧＨＦＳ」であって、電子構成要素が発生する熱を伝導するように、かつ、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号を生成するように、適合され、電子構成要素の発熱部分からヒートシンク要素までの熱伝導経路の少なくとも一部を構成している、勾配熱流束センサー、及び
電気制御信号に対する応答性を有し、少なくとも部分的に電気制御信号に基づいて電子構成要素の電流を管理するように適合された、コントローラ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明によると、電子構成要素の電流を管理するための新しい方法も同様に提供される。本発明に係る方法は、以下のステップを備える： 
熱電異方性に基づく勾配熱流束センサーからの電気制御信号を受信するステップであって、勾配熱流束センサーが、電子構成要素が発生する熱を伝導し、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号を生成し、勾配熱流束センサーが、電子構成要素の発熱部分からヒートシンク要素までの熱伝導経路の少なくとも一部を構成している、ステップ、及び、
少なくとも部分的に電気制御信号に基づいて電子構成要素の電流を管理するステップ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電子構成要素（１０１、２０１、２２１）と、
ヒートシンク要素（１０４）と、
熱電異方性に基づく勾配熱流束センサー（１０２、２０２、２２２）であって、前記電子構成要素が発生する熱を伝導するように、かつ、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号を生成するように、適合された、勾配熱流束センサーと、
前記電気制御信号に対する応答性を有し、少なくとも部分的に前記電気制御信号に基づいて前記電子構成要素の電流を管理するように適合された、コントローラ（１０３、２０３）と、を備え、
前記勾配熱流束センサー（１０２）が、前記電子構成要素の発熱部分から前記ヒートシンク要素までの熱伝導経路の少なくとも一部を構成していることを特徴とする、電子デバイス。
【請求項２】
前記勾配熱流束センサーは、少なくとも２つのセンサー要素（１１１〜１１８）を備え、前記少なくとも２つのセンサー要素は、変化する磁束によって誘発される当該センサー要素に対する妨害電圧が実質的に同じである状況を達成するように、並置され、かつ、前記変化する磁束によって誘発される前記センサー要素に対する前記妨害電圧が少なくとも部分的に互いに相殺するように適合されるべく、電気的に直列に接続されている、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記コントローラが、前記電気制御信号が第１の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、前記電子構成要素のスイッチング周波数を低減させるように適合されている、請求項１又は２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記コントローラが、前記電気制御信号が第２の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、前記電子構成要素の短絡保護を起動するように適合されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記電子デバイスは、他の電子構成要素（２２１）と、他の勾配熱流束センサー（２２２）であって、前記他の電子構成要素が発生する熱を伝導するようにかつ当該他の勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する他の電気制御信号を生成するように適合された、他の勾配熱流束センサーと、を備え、前記電子構成要素（２０１、２２１）が、並列に接続されており、前記コントローラが、前記並列接続された電子構成要素の電流の平衡を保つために少なくとも部分的に前記電気制御信号に基づいて前記並列接続された電子構成要素の動作を制御するように適合されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記勾配熱流束センサーは、当該勾配熱流束センサーを通る前記熱流束に平行な第２の温度勾配成分に対し横断方向の第１の温度勾配成分に比例する前記電気制御信号を生成するための異方性材料を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記異方性材料が、ビスマスである、請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記勾配熱流束センサーは、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に平行な第２の温度勾配成分に対し横断方向の第１の温度勾配成分に比例する電気制御信号を生成するための多層構造を備え、前記多層構造の層が、前記熱流束を受けるための前記勾配熱流束センサーの表面に対して、斜めになっている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記多層構造は、複数の第１の層と複数の第２の層とを備え、前記第２の層が、半導体材料で製造されており、かつ、前記第１の層と交互配置されており、前記第１の層が、金属、金属合金又は半導体材料で製造されている、請求項８に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記電子構成要素が、バイポーラ接合トランジスタ「ＢＪＴ」、ダイオード、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ「ＩＧＢＴ」、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ「ＧＴＯ」、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ「ＭＯＳＦＥＴ」、集積化ゲート転流型サイリスタ「ＩＧＣＴ」、電子注入促進型ゲートトランジスタ「ＩＥＧＴ」のうちの少なくとも１つを備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
電子構成要素が発生する熱を伝導する熱電異方性に基づく勾配熱流束センサーからの電気制御信号を受信するステップ（３０１）であって、前記勾配熱流束センサーが、当該勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する電気制御信号を生成し、前記勾配熱流束センサーが、前記電子構成要素の発熱部分からヒートシンク要素までの熱伝導経路の少なくとも一部を構成している、ステップと、
少なくとも部分的に前記電気制御信号に基づいて前記電子構成要素の電流を管理するステップ（３０２）と、
を備える、方法。
【請求項１２】
前記電気制御信号が、前記勾配熱流束センサーの少なくとも２つの並置された直列接続されたセンサー要素から受信され、変化する磁束により誘発される前記センサー要素に対する妨害電圧が、前記少なくとも２つのセンサー要素の並置に起因して実質的に同じであり、前記妨害電圧が、前記少なくとも２つのセンサー要素の直列接続に少なくとも部分的に起因して互いに相殺し合う、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気制御信号が第１の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、前記電子構成要素のスイッチング周波数を低減させるステップを備える、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電気制御信号が第２の安全限界を超える熱流束を示している状況に応答して、前記電子構成要素の短絡保護を起動するステップを備える、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記電気制御信号及び他の勾配熱流束センサーから受信した他の電気制御信号に基づいて、前記電子構成要素の電流と他の電子構成要素の電流との平衡を保つステップを備え、前記他の勾配熱流束センサーが、前記他の電子構成要素が発生する熱を伝導し、かつ、当該他の勾配熱流束センサーを通る熱流束に比例する前記他の電気制御信号を生成する、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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