开关放大器、梯度放大器及估算开关放大器剩余寿命的方法与流程

本发明实施方式涉及电子技术领域，特别涉及开关放大器、梯度放大器及估算开关放大器剩余寿命的方法。

背景技术：

开关放大器通常用于驱动磁共振成像系统中的负载、航空系统中的负载、可再生能源系统中的负载或交通运输系统中的负载等等。开关放大器是上述这些系统中的关键部件。

以开关放大器为梯度放大器作为举例说明。若梯度放大器损坏，则磁共振成像系统无法成像；导致磁共振成像系统不能正常运作，直到梯度放大器被修理或被替换。为确保磁共振成像系统的可靠运行，梯度放大器的可靠性鉴定和剩余寿命评估对磁共振成像系统是非常重要的。几代梯度放大器的使用都证明功率装置是梯度放大器中损坏可能性最高的部件，因此可通过评估功率装置的剩余寿命来评估梯度放大器的剩余寿命。

传统方法中评估梯度放大器的剩余寿命的方法是离线完成的。另外一些评估梯度放大器的剩余寿命的方法需要安装传感器(例如电流传感器、电压传感器或温度传感器等)来测量温度数据，其增加了硬件成本。另外一些评估梯度放大器的剩余寿命的方法是对别的医院中的数据进行分析，这种方法是不准确的。

因此，有必要提供一种解决方案以实时估算开关放大器(例如梯度放大器)的剩余寿命。

技术实现要素：

现在归纳本发明实施方式的一个或多个方面以便于本发明实施方式的基本理解，其中该归纳并不是本发明实施方式的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明实施方式的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明实施方式的一些概念。

本发明实施方式的一个方面在于提供一种开关放大器，其包括：

用于给负载供电的功率装置，该功率装置由多个电子开关组成；以及

处理装置，其用于：

至少部分根据每个电子开关的功率损耗产生该电子开关的结温数据，其中每个电子开关的结温数据用于评估该电子开关中接合导线的疲劳损伤情况；

根据每个电子开关的结温数据计算该电子开关中接合导线的第一累积疲劳损伤值；

根据多个电子开关中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值产生开关放大器的估算剩余寿命。

本发明实施方式的另一个方面在于提供一种估算开关放大器剩余寿命的方法，该开关放大器包括用于给负载供电的功率装置，该功率装置由多个电子开关组成；其特征在于：该方法包括：

至少部分根据每个电子开关的功率损耗产生该电子开关的结温数据，其中每个电子开关的结温数据用于评估该电子开关中接合导线的疲劳损伤情况；

根据每个电子开关的结温数据计算该电子开关中接合导线的第一累积疲劳损伤值；

根据多个电子开关中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值产生开关放大器的估算剩余寿命。

本发明实施方式的又一个方面在于提供一种梯度放大器，包括：

功率装置，该功率装置包括串联连接在梯度线圈两端的多个电桥电路，每个电桥电路包括多个电子开关；以及

处理装置，其用于：

至少部分根据电子开关的功率损耗产生每个电子开关的结温数据；其中，每个电子开关的结温数据用于评估该电子开关中接合导线的疲劳损伤情况；

根据电子开关的结温数据产生每个电子开关中接合导线的第一累积疲劳损伤值；以及

根据每个电桥电路的多个电子开关中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值产生梯度放大器的估算剩余寿命。

本发明实施例提供的开关放大器及估算开关放大器剩余寿命的方法，可以实时地估算开关放大器的剩余寿命，提高了开关放大器的可靠性。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明实施方式的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1为一示范性实施例的开关放大器的电路图。

图2为一示范性实施例的igbt模块的结构示意图。

图3为一示范性实施例的绝缘栅双极型晶体管的结构图。

图4为一示范性实施例的控制器控制电桥电路运行的示意图。

图5为一示范性实施例的处理装置的功能模块图。

图6为一示范性实施例的电子开关和散热器的热模型的示意图。

图7为一示范性实施例的二极管和散热器的热模型的示意图。

图8为一示范性实施例的电子开关、对应的二极管和散热器的热模型的示意图。

图9为一示范性实施例的执行雨流算法以估算开关放大器的剩余寿命的方法。

图10为一个实施例示出的四个连续的谷值t1、峰值t2、谷值t3及峰值t4。

图11为另一个实施例示出的四个连续的峰值t1、谷值t2、峰值t3及谷值t4。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明实施方式所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明实施方式的披露。

除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明实施方式所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

图1为一示范性实施例的开关放大器100的电路图。开关放大器100包括功率装置102及处理装置104。功率装置102用于给负载200供电。功率装置102由多个电子开关组成，处理装置104用于控制功率装置102中的多个电子开关的开通或关断。在本实施例中，开关放大器100为磁共振成像(magneticresonanceimaging,mri)系统中的梯度放大器，负载200为磁共振成像系统中的梯度线圈。在其它实施例中，开关放大器100用于驱动可再生能源系统、航空系统或交通运输系统等中的负载。

功率装置102包括多个电桥电路bg1,bg2,...bgn，多个电桥电路bg1,bg2,...bgn串联连接在负载200的两端。多个电桥电路电压u1,u2,...un被分别分配到多个电桥电路bg1,bg2,...bgn，使得开关放大器100产生输出电压uout，其中uout＝u1+u2+...un；输出电压uout用于给负载200供电。

在本实施例中，多个电桥电路bg1,bg2,...bgn中的每一者包括两个桥臂电路lg1,lg2，该两个桥臂电路lg1,lg2与电源单元4电性耦合。桥臂电路lg1包括两个电子开关q1、q4、两个二极管d1、d4及桥臂端，该两个电子开关q1、q4串联连接于电源单元4的正负极之间，桥臂端为两个电子开关q1、q4之间的连接点。电子开关q1与二极管d1并联连接，电子开关q4与二极管d4并联连接。

桥臂电路lg2包括两个电子开关q2、q3、两个二极管d2、d3及桥臂端，该两个电子开关q2、q3串联连接于电源单元4的正负极之间，桥臂端为两个电子开关q2、q3之间的连接点。电子开关q2与二极管d2并联连接，电子开关q3与二极管d3并联连接。

在其它实施例中，桥臂电路lg1包括串联连接于电源单元4的正负极之间的两个以上的电子开关，桥臂电路lg2包括串联连接于电源单元4的正负极之间的两个以上的电子开关。

对于多个电桥电路bg1,bg2,...bgn中的每一者，电子开关q1、q2、q3、q4可以是绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(metaloxidesemiconductorfield-effecttransistor,mosfet)、双极结型晶体管(bipolarjunctiontransistor,bjt)或其它可控半导体装置。

在本实施例中，多个电桥电路电压u1,u2,...un中的每一者为对应两个桥臂电路lg1、lg2的两个桥臂端之间的电压。

以下部分仅描述电桥电路bg1、bg2、bgn的结构及功能，其它电桥电路bg3至bgn-1的结构及功能与bg1、bg2、bgn中的任意一者类似，在此不再赘述。以电桥电路bg1,bg2,bgn为例，电桥电路bg1的桥臂电路lg1的桥臂端标示为l1，电桥电路bg1的桥臂电路lg2的桥臂端标示为r1，电桥电路电压u1可根据公式：u1＝vl1-vr1计算得到。其中，vl1和vr1分别是桥臂端l1和r1的电位。

电桥电路bg2的桥臂电路lg1的桥臂端标示为l2，电桥电路bg2的桥臂电路lg2的桥臂端标示为r2，电桥电路电压u2可根据公式：u2＝vl2-vr2计算得到。其中，vl2和vr2分别是桥臂端l2和r2的电位。

电桥电路bgn的桥臂电路lg1的桥臂端标示为ln，电桥电路bgn的桥臂电路lg2的桥臂端标示为rn，电桥电路电压un可根据公式：un＝vln-vrn计算得到。其中，vln和vrn分别是桥臂端ln和rn的电位。

处理装置104还用于控制多个电子开关q1、q2、q3、q4的开通或关断。

在一个实施例中，处理装置104还用于至少部分根据每个电子开关q1、q2、q3或q4的功率损耗产生该电子开关的结温数据；根据每个电子开关q1、q2、q3或q4的结温数据计算该电子开关中接合导线的第一累积疲劳损伤值；并根据每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3及q4中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值产生开关放大器100的估算剩余寿命。其中，每个电子开关q1、q2、q3或q4的结温数据用于评估该电子开关中接合导线的疲劳损伤情况。

具体地，处理装置104根据每个电子开关q1、q2、q3或q4的结温的多个峰值和多个谷值计算该电子开关中接合导线的第一累积疲劳损伤值。

在另一个实施例中，处理装置104还用于至少部分根据每个电子开关q1、q2、q3或q4的功率损耗和对应二极管d1、d2、d3或d4的功率损耗的平均值产生该电子开关中焊接层的温度数据；根据每个电子开关q1、q2、q3或q4中焊接层的温度数据计算该电子开关中焊接层的累积疲劳损伤值；并根据每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值和每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中焊接层的各自累积疲劳损伤值中的至少一者产生开关放大器100的估算剩余寿命。

具体地，处理装置104根据每个电子开关q1、q2、q3或q4中焊接层的温度的多个峰值和多个谷值计算该电子开关中焊接层的累积疲劳损伤值。

其中，开关放大器100的估算剩余寿命是根据每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值和每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中焊接层的各自累积疲劳损伤值中的最大值来产生的。

在又一个实施例中，处理装置104还用于至少部分根据每个二极管d1、d2、d3或d4的功率损耗产生该二极管的结温数据(其中，每个二极管d1、d2、d3或d4的结温数据用于评估对应电子开关q1、q2、q3或q4中接合导线的疲劳损伤情况)；根据每个二极管d1、d2、d3或d4的结温数据产生对应电子开关q1、q2、q3或q4中接合导线的第二累积疲劳损伤值。

处理装置104还用于根据每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值、每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中接合导线的各自第二累积疲劳损伤值、以及每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中焊接层的各自累积疲劳损伤值中的至少一者产生开关放大器100的估算剩余寿命。

具体地，处理装置104根据每个二极管d1、d2、d3或d4的结温的多个峰值和多个谷值计算对应电子开关q1、q2、q3或q4中接合导线的第二累积疲劳损伤值。

其中，开关放大器100的估算剩余寿命是根据每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值、每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中接合导线的各自第二累积疲劳损伤值、以及每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中焊接层的各自累积疲劳损伤值中的最大值来产生的。

在本实施例中，开关放大器100的估算剩余寿命是实时产生的。

电子开关的结温、二极管的结温和电子开关中焊接层的温度定义

图2为一示范性实施例的igbt模块900的结构示意图。igbt模块900包括三个绝缘栅双极型晶体管q9及三个二极管d9，三个绝缘栅双极型晶体管q9分别与三个二极管d9并联连接。三个绝缘栅双极型晶体管q9的三个栅极分别通过三个接合导线912与铜排902电性连接。三个绝缘栅双极型晶体管q9的三个发射极分别通过三个接合导线914与铜排904电性连接。三个绝缘栅双极型晶体管q9的三个集电极分别通过三个接合导线916与铜排906电性连接。图1所示的每个电子开关q1、q2、q3或q4可以是图2中的绝缘栅双极型晶体管q9；图1所示的每个二极管d1、d2、d3或d4可以是图2中的二极管d9。图1所示的每个电子开关q1、q2、q3或q4中的接合导线可以是图2中的接合导线912、接合导线914或接合导线916。每个电子开关q1、q2、q3或q4的结温与接合导线912、接合导线914或接合导线916的疲劳损伤相关。每个二极管d1、d2、d3或d4的结温也与接合导线912、接合导线914或接合导线916的疲劳损伤相关。

图3为一示范性实施例的绝缘栅双极型晶体管(igbt)90的结构图。绝缘栅双极型晶体管90的结构包括芯片92、芯片焊接层94、基板95、基板焊接层96及底板98。基板95可以由铜制成，底板98可以由氮化铝陶瓷(aluminiumnitrideceramic)制成。在本实施例中，如图1所示，每个电子开关q1、q2、q3或q4的焊接层的温度可以是基板焊接层96的温度。在其它实施例中，如图1所示，每个电子开关q1、q2、q3或q4的焊接层的温度可以是芯片焊接层94的温度。

电子开关和二极管的功率损耗计算

图4为一示范性实施例的控制器300控制电桥电路340运行的示意图。控制器300可以是图1所示处理装置的一部分。图1所示的多个电桥电路bg1,bg2,...bgn中的每一者可以是电桥电路340。

控制器300用于产生第一占空比dl和第二占空比dr。控制器300包括驱动器320、322。电子开关q1、q4与驱动器320电连接，电子开关q2、q3与驱动器322电连接。

驱动器320用于接收第一占空比dl，并确保电子开关q1的占空比等于dl及电子开关q4的占空比等于1-dl。驱动器322用于接收第二占空比dr，并确保电子开关q2的占空比等于dr及电子开关q3的占空比等于1-dr。二极管d1的占空比等于dl，二极管d4的占空比等于1-dl。二极管d2的占空比等于dr，二极管d3的占空比等于1-dr。dl是电子开关q1或二极管d1导通时的有效占空比。1-dl是电子开关q4或二极管d4导通时的有效占空比。dr是电子开关q2或二极管d2导通时的有效占空比。1-dr是电子开关q3或二极管d3导通时的有效占空比。

控制器300还包括前馈控制器310和占空比产生单元312。前馈控制器310用于根据参考电流指令ired_cmd产生前馈电压指令。作为一个非限定的例子，前馈控制器310可以是比例放大器或者其它控制器。

占空比产生单元312用于根据前馈电压指令产生第一占空比dl和第二占空比dr。第一占空比dl和第二占空比dr由下述公式(1.1)、(1.2)及(1.3)计算：

v+2×n×vce_drop＝4vdc×dc.....................(1.1)

dl＝0.5＋0.5×dc...............................(1.2)

dr＝0.5-0.5×dc................................(1.3)

其中v是前馈电压指令，vdc是电源单元4提供的直流电压，n是开关放大器100所包括的电桥电路的总数，vce_drop是电子开关q1、q2、q3或q4导通时的正向压降(forwardvoltagedrop)。

如图5所示，图1所示的处理装置104还包括功率损耗计算单元402、温度计算单元404、雨流算法执行单元406及剩余寿命估算单元408。

每个电子开关q1、q2、q3或q4的功率损耗由功率损耗计算单元402根据该电子开关的占空比、开关频率指令fsw以及参考电流指令iref_cmd来计算。

每个二极管d1、d2、d3或d4的功率损耗由功率损耗计算单元402根据该二极管的占空比、开关频率指令fsw以及参考电流指令iref_cmd来计算。

每个电子开关q1、q2、q3或q4的功率损耗包括导通损耗、开通损耗和关断损耗。电子开关q1、q2、q3、q4的各自导通损耗pcon_q1、pcon_q2、pcon_q3、pcon_q4可由公式(2.1)计算：

pcon_q1＝vce_q1×i×dl；

pcon_q4＝vce_q4×i×(1-dl)；

pcon_q2＝vce_q2×i×dr；

pcon_q3＝vce_q3×i×(1-dr)；.....................(2.1)

其中，vce_q1是电子开关q1导通时的正向压降，vce_q4是电子开关q4导通时的正向压降；vce_q2是电子开关q2导通时的正向压降，vce_q3是电子开关q3导通时的正向压降；i是参考电流指令。

每个电子开关q1、q2、q3或q4的开通损耗pon_sw可由公式(2.2)计算：

pon_sw＝(a2×i²＋a1×i+a0)×fsw............(2.2)

其中，fsw是开关频率指令，a2、a1、a0是常数。

每个电子开关q1、q2、q3或q4的关断损耗poff_sw可由公式(2.3)计算：

poff_sw＝(b2×i²+b1×i+b0)×fsw............(2.3)

其中，b2、b1、b0是常数。

每个二极管d1、d2、d3或d4的功率损耗包括导通损耗和关断损耗。每个二极管d1、d2、d3或d4的开通损耗很小，可以忽略不计。二极管d1、d2、d3、d4的各自导通损耗pcon_d1、pcon_d2、pcon_d3、pcon_d4可由公式(2.4)计算：

pcon_d1＝vf_d1×i×dl；

pcon_d4＝vf_d4×i×(1-dl)；

pcon_d2＝vf_d2×i×dr；

pcon_d3＝vf_d3×i×(1-dr)；.....................(2.4)

其中vf_d1是二极管d1导通时的正向压降，vf_d4是二极管d4导通时的正向压降；vf_2是二极管d2导通时的正向压降，vf_d3是二极管d3导通时的正向压降，i是参考电流指令。

每个二极管d1、d2、d3或d4的关断损耗poff可由公式(2.5)计算：

poff_d＝(c2×i²+c1×i+c0)×fsw............(2.5)

其中，c2、c1、c0是常数。

因此，q1_loss＝pcon_q1+pon_sw+poff_sw＝vce_q1×i×dl+(a2×i²+a1×i+a0)×fsw+(b2×i²+b1×i+b0)×fsw；其中q1_loss是电子开关q1的功率损耗。

q2_loss＝pcon_q2+pon_sw+poff_sw＝vce_q2×i×dr+(a2×i²＋a1×i+a0)×fsw+(b2×i²＋b1×i+b0)×fsw；其中q2_loss是电子开关q2的功率损耗。

q3_loss＝pcon_q3+pon_sw+poff_sw＝vce_q3×i×(1-dr)+(a2×i²＋a1×i+a0)×fsw+(b2×i²＋b1×i+b0)×fsw；其中q3_loss是电子开关q3的功率损耗。

q4_loss＝pcon_q4+pon_sw+poff_sw＝vce_q4×i×(1-dl)+(a2×i²+a1×i+a0)×fsw+(b2×i²+b1×i+b0)×fsw；其中q4_loss是电子开关q4的功率损耗。

d1_loss＝pcon_d1+poff_d＝vf_d1×i×dl+(c2×i²+c1×i+c0)×fsw；其中d1_loss是二极管d1的功率损耗。

d2_loss＝pcon_d2+poff_d＝vf_d2×i×dr+(c2×i²+c1×i+c0)×fsw；其中d2_loss是二极管d2的功率损耗。

d3_loss＝pcon_d3+poff_d＝vf_d3×i×(1-dr)+(c2×i²+c1×i+c0×fsw；其中d3_loss是二极管d3的功率损耗。

d4_loss＝pcon_d4+poff_d＝vf_d4×i×(1-dl)+(c2×i²+c1×i+c0×fsw；其中d4_loss是二极管d4的功率损耗。

电子开关的结温、二极管的结温和电子开关中焊接层的温度计算

电子开关的结温tj_q1,tj_q2,tj_q3,tj_q4由温度计算单元404分别根据电子开关q1、q2、q3、q4的功率损耗q1_loss,q2_loss,q3_loss,q4_loss计算得到。

二极管的结温tj_d1,tj_d2,tj_d3,tj_d4由温度计算单元404分别根据二极管d1、d2、d3、d4的功率损耗d1_loss,d2_loss,d3_loss,d4_loss计算得到。

焊接层的温度tc_q1,tc_q2,tc_q3,tc_q4是由温度计算单元404分别根据电子开关q1、q2、q3、q4的功率损耗q1_loss,q2_loss,q3_loss,q4_loss和二极管d1、d2、d3、d4的功率损耗d1_loss,d2_loss,d3_loss,d4_loss的平均值计算得到。

电子开关q1、q2、q3及q4通过导热硅脂(未图示)与散热器(未图示)热耦合。

温度计算单元404用于利用每个电子开关q1、q2、q3或q4和散热器的热模型(thermalmodel)来计算该电子开关的结温。

每个电子开关q1、q2、q3或q4和散热器的热模型(thermalmodel)如图6所示，该热模型对每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4的热传送和热产生进行建模。

对于每个电子开关q1、q2、q3或q4，psw_loss为电耦合至该热模型输入端的电流源，其代表该电子开关的功率损耗。

对于每个电子开关q1、q2、q3或q4，ta为电耦合至该热模型输出端的电压源，其代表环境温度。rgrs代表导热硅脂的热阻。rhs代表散热器的热阻。

如图3所示，r1代表芯片92和芯片焊接层94之间的热阻。c1代表芯片92和芯片焊接层94之间的热容。r2代表芯片焊接层94和基板95之间的热阻。c2代表芯片焊接层94和基板95之间的热容。r3代表基板95和基板焊接层96之间的热阻，c3代表基板95和基板焊接层96之间的热容。r4代表基板焊接层96和底板98之间的热阻，c4代表基板焊接层96和底板98之间的热容。

tj_sw是r1和c1连接处的电压，tj_sw代表电子开关q1、q2、q3或q4的结温。

对于电子开关q1和散热器的热模型，psw_loss为电子开关q1的功率损耗q1_loss。电子开关q1和散热器的热模型被输入matlab中，电子开关q1的结温tj_q1由matlab计算得到。tj_sw为电子开关q1的结温tj_q1。

对于电子开关q2和散热器的热模型，psw_loss为电子开关q2的功率损耗q2_loss。电子开关q2和散热器的热模型被输入matlab中，电子开关q2的结温tj_q2由matlab计算得到。tj_sw为电子开关q2的结温tj_q2。

对于电子开关q3和散热器的热模型，psw_loss为电子开关q3的功率损耗q3_loss。电子开关q3和散热器的热模型被输入matlab中，电子开关q3的结温tj_q3由matlab计算得到。tj_sw为电子开关q3的结温tj_q3。

对于电子开关q4和散热器的热模型，psw_loss为电子开关q4的功率损耗q4_loss。电子开关q4和散热器的热模型被输入matlab中，电子开关q4的结温tj_q4由matlab计算得到。tj_sw为电子开关q4的结温tj_q4。

温度计算单元404还用于利用每个二极管d1、d2、d3或d4和散热器的热模型来计算该二极管的结温。

每个二极管d1、d2、d3或d4和散热器的热模型如图7所示。与图6类似，pd_loss为电耦合至该热模型输入端的电流源，其代表二极管d1、d2、d3或d4的功率损耗。tj_d是r1和c1连接处的电压，tj_d代表二极管d1、d2、d3或d4的结温。

对于二极管d1和散热器的热模型，pd_loss为二极管d1的功率损耗d1_loss。二极管d1和散热器的热模型被输入matlab中，二极管d1的结温tj_d1由matlab计算得到。tj_d为二极管d1的结温tj_d1。

对于二极管d2和散热器的热模型，pd_loss为二极管d2的功率损耗d2_loss。二极管d2和散热器的热模型被输入matlab中，二极管d2的结温tj_d2由matlab计算得到。tj_d为二极管d2的结温tj_d2。

对于二极管d3和散热器的热模型，pd_loss为二极管d3的功率损耗d3_loss。二极管d3和散热器的热模型被输入matlab中，二极管d3的结温tj_d3由matlab计算得到。tj_d为二极管d3的结温tj_d3。

对于二极管d4和散热器的热模型，pd_loss为二极管d4的功率损耗d4_loss。二极管d4和散热器的热模型被输入matlab中，二极管d4的结温tj_d4由matlab计算得到。tj_d为二极管d4的结温tj_d4。

具体地，温度计算单元404还可以利用每个电子开关q1、q2、q3或q4、对应的二极管d1、d2、d3或d4以及散热器的热模型(如图8所示)计算该电子开关中焊接层的温度。

计算电子开关q1中焊接层的温度tc_q1和电子开关q4中焊接层的温度tc_q4时，pavg_top是电耦合至该热模型输入端的电流源，其代表电子开关q1的功率损耗q1_loss和对应二极管的功率损耗d1_loss的平均值。pavg_bot是电耦合至该热模型输入端的电流源，其代表电子开关q4的功率损耗q1_loss和对应二极管的功率损耗d4_loss的平均值。tc_top是电流源pavg_top和热阻rgrs之间连接处的电压。tc_bot是电流源pavg_bot和热阻rgrs之间连接处的电压。因此，电子开关q1中焊接层的温度tc_q1等于tc_top。电子开关q4中焊接层的温度tc_q4等于tc_bot。

tc_top和tc_bot可以由下述公式(3.1)计算:

其中，r_hs_tot是散热器的热阻，r_grs是导热硅脂的热阻。

计算电子开关q2中焊接层的温度tc_q2和电子开关q3中焊接层的温度tc_q3时，pavg_top是电耦合至该热模型输入端的电流源，其代表电子开关q2的功率损耗q2_loss和对应二极管的功率损耗d2_loss的平均值。pavg_bot是电耦合至该热模型输入端的电流源，其代表电子开关q3的功率损耗q3_loss和对应二极管的功率损耗d3_loss的平均值。tc_top是电流源pavg_top和热阻rgrs之间连接处的电压。tc_bot是电流源pavg_bot和热阻rgrs之间连接处的电压。因此，电子开关q2中焊接层的温度tc_q2等于tc_top。电子开关q3中焊接层的温度tc_q3等于tc_bot。

使用雨流算法产生开关放大器的估算剩余寿命

图9为一示范性实施例的执行雨流算法以估算开关放大器100的剩余寿命的方法700。该方法700在雨流算法执行单元406中执行，该方法700包括下述步骤：

步骤701：处理装置10获取每个开关单元的结温tj_q1,tj_q2,tj_q3或tj_q4，或者每个二极管的结温tj_d1,tj_d2,tj_d3或tj_d4，或者每个开关单元中焊接层的温度tc_q1,tc_q2,tc_q3或tc_q4的多个峰值和多个谷值。

步骤703：处理装置10将每个开关单元的结温、每个二极管的结温或者每个开关单元中焊接层的温度的多个峰值和多个谷值存储于缓冲器中。

步骤705：处理装置10判断缓冲器中是否有足够数据来形成至少四个连续的谷值t1、峰值t2、谷值t3和峰值t4(如图10所示)或者形成至少四个连续的峰值t1、谷值t2、峰值t3和谷值t4(如图11所示)。若是，则流程执行步骤707。若否，则流程返回执行步骤701。

步骤707：处理装置10判断δt1、δt2和δt3是否符合下述预定数学关系(9.1)，其中δt1、δt2和δt3分别代表t1至t2、t2至t3以及t3至t4的温度区间。若是，则流程执行步骤709。若否，则流程执行步骤713。

δt1≥δt2≤δt3(9.1)

步骤709：处理装置10确定循环次数ni(δt)等于1以及对应的温度差异δt等于δt2。执行完步骤709后，流程执行步骤711。

步骤711：处理装置10从缓冲器中删除t2和t3。执行步骤711后，流程返回执行步骤705。

步骤713：处理装置10判断缓冲器是否已满。若是，则流程执行步骤717。若否，则流程执行步骤715。

步骤715：处理装置10确定循环次数ni(δt)等于零。执行步骤715后，流程返回执行步骤705。

步骤717：处理装置10确定循环次数ni(δt)等于0.5以及对应的温度差异δt等于δt1。执行步骤717后，流程执行步骤719。

步骤719：处理装置10从缓冲器中删除t1。执行步骤719后，流程返回执行步骤705。

针对电子开关q1，循环次数ni(δt)_q1和对应的温度差异δt_q1可由雨流算法执行单元406根据电子开关q1的结温tj_q1的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对电子开关q2，循环次数ni(δt)_q2和对应的温度差异δt_q2可由雨流算法执行单元406根据电子开关q2的结温tj_q2的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对电子开关q3，循环次数ni(δt)_q3和对应的温度差异δt_q3可由雨流算法执行单元406根据电子开关q3的结温tj_q3的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对电子开关q4，循环次数ni(δt)_q4和对应的温度差异δt_q4可由雨流算法执行单元406根据电子开关q4的结温tj_q4的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对二极管d1，循环次数ni(δt)_d1和对应的温度差异δt_d1可由雨流算法执行单元406根据二极管d1的结温tj_d1的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对二极管d2，循环次数ni(δt)_d2和对应的温度差异δt_d2可由雨流算法执行单元406根据二极管d2的结温tj_d2的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对二极管d3，循环次数ni(δt)_d3和对应的温度差异δt_d3可由雨流算法执行单元406根据二极管d3的结温tj_d3的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对二极管d4，循环次数ni(δt)_d4和对应的温度差异δt_d4可由雨流算法执行单元406根据二极管d4的结温tj_d4的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对电子开关q1和二极管d1，循环次数ni(δt)_q1’和对应的温度差异δt_q1’可由雨流算法执行单元406根据电子开关q1中焊接层的温度tc_q1的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对电子开关q2和二极管d2，循环次数ni(δt)_q2’和对应的温度差异δt_q2’可由雨流算法执行单元406根据电子开关q2中焊接层的温度tc_q2的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对电子开关q3和二极管d3，循环次数ni(δt)_q3’和对应的温度差异δt_q3’可由雨流算法执行单元406根据电子开关q3中焊接层的温度tc_q3的多个峰值和多个谷值计算得出。

针对电子开关q4和二极管d4，循环次数ni(δt)_q4’和对应的温度差异δt_q4’可由雨流算法执行单元406根据电子开关q4中焊接层的温度tc_q4的多个峰值和多个谷值计算得出。

如图5所示，剩余寿命估算单元408通过下述公式(9.2)计算每个电子开关q1、q2、q3或q4中接合导线的第一累积疲劳损伤值lc，以及每个电子开关q1、q2、q3或q4中接合导线的第二累积疲劳损伤值lc，以及每个电子开关q1、q2、q3或q4中焊接层的累积疲劳损伤值lc。

其中，nfi(δt)是δt的预定函数。

具体地，根据上述公式(9.2)，其中lc_q1是根据电子开关q1的结温计算出的电子开关q1中接合导线的第一累积疲劳损伤值。其中lc_q2是根据电子开关q2的结温计算出的电子开关q2中接合导线的第一累积疲劳损伤值。其中lc_q3是根据电子开关q3的结温计算出的电子开关q3中接合导线的第一累积疲劳损伤值。其中lc_q4是根据电子开关q4的结温计算出的电子开关q4中接合导线的第一累积疲劳损伤值。

其中，lc_d1是根据二极管d1的结温计算出的对应电子开关q1中接合导线的第二累积疲劳损伤值。其中，lc_d2是根据二极管d2的结温计算出的对应电子开关q2中接合导线的第二累积疲劳损伤值。其中，lc_d3是根据二极管d3的结温计算出的对应电子开关q3中接合导线的第二累积疲劳损伤值。lc_d4是根据二极管d4的结温计算出的对应电子开关q4中接合导线的第二累积疲劳损伤值。

其中，lc_q1’是根据电子开关q1中焊接层的温度计算出的电子开关q1中焊接层的累积疲劳损伤值。其中，lc_q2’是根据电子开关q2中焊接层的温度计算出的电子开关q2中焊接层的累积疲劳损伤值。其中，lc_q3’是根据电子开关q3中焊接层的温度计算出的电子开关q3中焊接层的累积疲劳损伤值。其中，lc_q4’是根据电子开关q4中焊接层的温度计算出的电子开关q4中焊接层的累积疲劳损伤值。

在一个较佳实施例中，剩余寿命估算单元408用于根据每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值lc_q1,lc_q2,lc_q3,lc_q4产生开关放大器100的估算剩余寿命。

在另一个较佳实施例中，剩余寿命估算单元408还用于根据每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值lc_q1,lc_q2,lc_q3,lc_q4以及每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中焊接层的各自累积疲劳损伤值lc_q1’,lc_q2’,lc_q3’,lc_q4’中的至少一者产生开关放大器100的估算剩余寿命。

在又一个较佳实施例中，剩余寿命估算单元408还用于根据每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中接合导线的各自第一累积疲劳损伤值lc_q1,lc_q2,lc_q3,lc_q4，每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中接合导线的各自第二累积疲劳损伤值lc_d1,lc_d2,lc_d3,lc_d4，以及每个电桥电路bg1,bg2,...或bgn的多个电子开关q1、q2、q3、q4中焊接层的各自累积疲劳损伤值lc_q1’,lc_q2’,lc_q3’,lc_q4’中的至少一者产生开关放大器100的估算剩余寿命。

虽然结合特定的具体实施方式对本发明实施方式进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明实施方式可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明实施方式真正构思和范围内的所有这些修改和变型。