[实用新型]一种功率器件分立式的车用逆变器

说明书

技术领域

本实用新型属于车用电机控制器节能技术领域，特别涉及一种功率器件分立式的车用逆变器。 

背景技术

车用电机控制器主要由控制核心与逆变器构成。逆变器是电力电子变换器的一种，功能是将直流电输入转化为交流电输出。由于车辆行驶工况的特点，车用逆变器需要有大的峰值电流输出能力，而其持续电流输出能力要求则相对较小。峰值电流一般是持续电流的1.5～2倍。峰值电流持续时间通常不超过10s，对应于车辆的加速、启动等工况。 

车用逆变器的成本中，功率器件约占45％，功率器件中硅片成本占约70％，所以减小硅片的使用将大幅度降低逆变器的成本。设功率器件短时峰值损耗造成的器件结温T_j的温升为ΔT_jpeak，功率器件在持续运行时的额定损耗造成的T_j的温升为ΔT_jcon。功率器件的最高允许结温温升为ΔT_jmax(通常ΔT_jmax为一定值)。逆变器设计时，ΔT_jpeak和ΔT_jcon都不能超过ΔT_jmax。 

当ΔT_jpeak大于ΔT_jcon时，需要使用峰值电流进行功率器件容量设计。当ΔT_jpeak小于ΔT_jcon时，则可以使用额定电流进行功率器件容量设计。使用额定电流设计需要的硅片面积要小于使用峰值电流设计的硅片面积，进而硅片成本更低。 

根据传热学理论，功率器件的T_j温升ΔT_j为功率器件的损耗功率P_diss和散热热阻的乘积。减小功率器件的损耗和减小散热热阻，是提升逆变器容量的两个重要方面。在相同硅片设计下，减小功率器件损耗需要更多的功率器件并联使用，带来成本大幅上升。因此改善散热设计是提高逆变器容量的有效渠道。 

目前通常用的功率器件有两种，标准封装的分立器件和特殊封装的功率模块。分立器件的常见结构如图1所示，本发明主要针对分立器件进行改进设计。 

分立器件内部将硅片2通过内导热层3焊接在散热层4上，并通过注模将其分装成一个分立器件，应用时将分立器件通过绝缘导热垫片7与散热器8连接。由于散热层4具有电气属性，所以绝缘导热垫片7除了具有导热功能外，还需要将散热层4和散热器8进行绝缘隔离。在这一设计中，硅片的主要散热路径是向下的，如图1中的黑色虚线所示，在散热器8上能够进行有效散热的面积有限，散热器8与冷却媒介的热阻较高。由此可见，传统的分立器件结构在应用过程中，散热器8的有效散热面积利用率较低，热阻R₂较大。当处于热平衡状态时，有T_j＝T_coolant+P_diss(R₁+R₂)，ΔT_j较高。 

发明内容

本实用新型针对上述缺陷，提供了一种功率器件分立式的车用逆变器。 

本实用新型采用的技术方案为： 

功率器件封装成的分立器件与散热器之间设置厚金属层，厚金属层与功率器件封装成的分立器件之间通过外导热层连接，厚金属层与散热器之间设置绝缘导热垫片。 

所述厚金属层采用的材料为铜。 

所述厚金属层的平面尺寸大于所述功率器件封装成的分立器件的平面尺寸；厚金属层的厚度为5mm～10mm； 

所述厚金属层的最小长度为外导热层的长度与厚金属层的厚度之和，厚金属层的最小宽度为外导热层的宽度与厚金属层的厚度之和。 

本实用新型的有益效果为： 

传统的电力电子器件散热设计中，因为持续电流下的损耗会远小于峰值电流 下的损耗，在相同的温升情况下，若使用峰值电流进行功率器件的容量设计，需要增加更多的硅片面积减小热阻R₂，这大大增加了逆变器的成本。 

本实用新型中，厚金属层的增加，在散热路径上添加了R₃，C₃，其中，R₃非常小而C₃非常大。厚金属层具有一定的厚度，除了在垂直方向提供主要散热路径外，在横向方面也可以传导走部份热量，拓宽了热路。从而使第二散热器上的有效散热面积增加，可以有效降低R₁。