[发明专利]低电感半桥功率模块

说明书

一种用于电气量值的转换器的功率模块(1)，包括电子板(2)，其上形成有限定直流量值的正极的第一电路(3)，形成有限定直流量值的负极的第二电路(4)，并且形成有传导交流量值的第三电路(7)。在第一电路(3)和第二电路(4)与第三电路(7)之间布置有一个或多个第一(9)电子开关设备和第二电子开关设备(10)，以实现转换。其中，该第一和第二电路(4)至少对于相应的耦合部分(11)被布置在电子开关设备附近，靠近并叠加在板(2)的同一面处，以使得这两个电路之间的电容和/或电感耦合被实现。

描述

技术领域

本发明涉及一种用于电气量值的转换器(诸如举例而言，DC/DC或AC/DC或AC/AC逆变器或转换器(DC＝直流，AC＝交流))的功率模块。

具体而言，该功率模块被配置成从直流能量源开始生成交流电子量值的相位，或反之亦然。

优选地，根据本发明的一个或多个功率模块被应用于逆变器中。因此，下面将主要参考逆变器的情形，而并非将本发明限制于这种应用领域。

详细地，本发明旨在用于半桥配置中的功率模块，但是其也可被应用于其他电路配置。

换言之，这个想法主要适用于半桥配置中的功率模块，其中存在两个直流输入或极(正和负)、一个中间输入或极(交流相)和两个电子开关。

现有技术

根据现有技术中已经实现的，存在两个开关：高侧开关和低侧开关。

高侧开关将正输入与输出相连接，而低侧开关将负输入与输出相连接。

负载在高侧开关与低侧开关之间被连接到输出，即在分支的中间点。每个开关还包括控制部分，用于接收用来接通或断开开关本身的控制信号。

该开关可以由一个或多个并联的有源器件组成，诸如MOSFET、IGBT、BJT、GTO等。

开关、输入和输出电路在诸如举例而言“直接键合铜”(DBC)类型或“绝缘金属基板”(IMS)类型的“PCB”(印刷电路板)之类的板上间隔开(以下提到的这些电路板的示例仅出于纯粹示例性和非限制性目的来被考虑，因此该板可以是本文未明确指出的另一种类型)。有源器件可以被封包(在封装中)或裸封(裸管芯)。

由于采用越来越高的开关频率(尤其是为了满足多极电机的需求)的不断增长的需要以及在接通和断开期间将有源器件所耗散的功率保持得尽可能低的需要，目前正在做出尝试以降低开关栅极电阻值。

然而，切换速度限制值与功率模块本身的配置中隐含的物理量值紧密相关。

此类物理量值被称为“寄生物”，并且对切换期间的波长和损耗具有强烈影响。

通常，为了限制这些寄生现象，对功率模块的布局采取动作。然而，良好的电路设计仅允许已存在于有源器件内部的事物稍微地增加，以及由这些寄生量值引起的不合意的效应被略微地检查。

对模块性能具有最高影响的部件是(参见图1)“DC回路”中的残余电感和“AC回路”中的分散电感，它们是电压峰值的主要原因。当IGBT/Mosfet开关被接通时，这些电感被充电，这在断开期间导致“Lstray”型集电极上的过电压。这意味着由开关耗散的总功率中的总体增加，这可能使晶体管进入“击穿”区域并且在极端情形中破坏它。

为了解决与电压峰值相关的这些问题，目前采用两种类型的解决方案：

1-带有缓冲器(Snubbers)电路且在Mosfet/IGBT附近的直流部分上具有解耦能力的电路板布局。然而，这种解决方案是昂贵的且并不总是易于实现，因为它强烈地取决于模块的布局和设计约束。缓冲器还具有耗散电阻组件和寄生电感组件，这是不可忽视的并且使得缓冲器本身的电容元件的滤波作用不太有效。