[发明专利]用于使换向电感最小化的紧凑型堆叠式功率模块及其制造方法

说明书

本发明描述了一种紧凑型堆叠式功率模块(10)。所述模块(10)包括具有正极板表面(122)的正极直流总线电压板(120)和具有负极板表面(112)的负极直流总线电压板(110)。所述模块(10)还包括：具有相对的第一输出板表面(102)和第二输出板表面(104)的交流输出板(100)；接触所述负极板表面(112)和所述第一输出板表面(102)的第一半导体开关(150)；以及接触所述正极板表面(122)和所述第二输出板表面(104)的第二半导体开关(160)。所述模块(10)还包括接触所述负极板表面(112)和所述正极板表面(122)的电容器(130)。所述电容器(130)与所述第一半导体开关(150)和所述第二半导体开关(160)并联电连接。

技术领域

本发明的技术大体上涉及电功率模块。在一些实施例中，该技术更具体地涉及堆叠式电功率模块，该电功率模块被配置为在电功率模块的操作中使其一个或多个回路中的换向电感最小化。

背景技术

半桥电路和H桥电路广泛用于各种应用。半桥电路由上开关、下开关和与上开关和下开关并联连接的电容器组成。

通常，H桥包括两个半桥。例如，H桥可以用在单相逆变器中。多个H桥可以串联连接用于模块化多电平转换器(M2C)中。

传统半桥电路和H桥电路的缺点是在模块开关和(多个)本地电容器之间的回路中产生不期望的高水平的换向电感。

与传统H桥和半桥相关联的其它挑战包括(多个)电容器中过热和产生不需要的应变。

发明内容

鉴于上述缺陷，需要如半桥电路和H桥电路等电路布置，其中为了类似的目的，换向电感被消除或明显低于传统电路。

使换向电感最小化的优点包括增加电路的可靠性以及实现该电路的装置的可靠性。具有较低换向电感的电路可以随着时间提供较高的输出电压。

本发明技术在各种实施例中实现这个目标和其它目标。在一个实施例中，功率模块包括桥电路，其中与传统电路相比，开关与(多个)相应电容器之间的回路的尺寸显着减小。

通过以紧密连接的方式配置和布置电路部件来实现最小的回路尺寸，以形成超小型或超紧凑型模块。

本文对特征如何布置的引用可以指的是但不限于该特征如何相对于其它特征进行定位。对如何配置特征的引用可以指的是但不限于该特征的大小设计、如何成形和/或该特征的材料。为了简单起见，术语被配置在本文中有时用于指代两个概念-配置和布置。

在各种实施例中，该技术还包括用于减轻可能另外在所述模块的陶瓷电容器中产生的应变的特征。

在一些实施例中，该技术包括冷却特征。在一个实施例中，冷却特征包括利用冷却流体围绕全部或至少一部分的所述电路以促进直接冷却。

本发明提供了一种紧凑型堆叠式功率模块，其包括具有相应的正极板表面和负极板表面的正极直流总线电压板和负极直流总线电压板，所述模块包括：交流输出板，其具有相对的第一输出板表面与第二输出板表面；第一半导体开关，其接触所述负极板表面和所述第一输出板表面；第二半导体开关，其接触所述正极板表面和所述第二输出板表面；电容器，其(i)接触负极板表面和正极板表面，并且(ii)与第一半导体开关和第二半导体开关并联连接。

所述板中的至少一个板可以包括邻近所述电容器的凹槽，以在所述紧凑型堆叠式功率模块的操作中在所述模块中的力到达所述电容器之前消除所述力。

所述正极直流总线电压板可以主要包括第一材料，并且在邻近所述电容器处包括比所述第一材料软的第二材料，以在所述紧凑型堆叠式功率模块的操作中在所述模块中产生的力到达所述电容器之前消除所述力。第一材料可以是铜，第二材料可以是铜合金。所述第二材料可以从由金、汞和铜合金组成的组中选择。