[发明专利]形成用于电力电子装置的壳体和散热器的母线组件

说明书

根据本发明的母线组件包括以接合和电接触的方式围绕中心轴线(C)设置的多个母线扇区(S1至S6)，以及垂直于中心轴线的上部和下部封闭板(BPD)，母线扇区各自包括界定多个内部容积的外部母线部分(B11至B16)和至少一个内部母线部分(B21至B26、B31至B36)，上部和下部封闭板分别接触母线部分的上表面和下表面，并且母线部分包括多个所谓的“压装”类型的电接触面。

相关申请的交叉引用

本发明要求于2018年2月27日提交的申请号为1851689的法国专利申请的优先权，其内容(文本、附图和权利要求)通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及电力电子领域。更特别地，本发明涉及一种形成用于诸如换流器和功率转换器的电力电子装置的壳体和散热器的母线组件。本发明还涉及集成有上述母线组件的电力电子装置。

背景技术

诸如换流器和功率转换器的电力电子装置在如运输、工业、照明、供暖等的许多行业经常出现。伴随期望的向可再生和产生更少CO₂排放的能源的能量转变，电力电子技术需要被进一步推广并应适应增长的经济和技术限制。

目前在电力电子装置领域的研究和发展尤其集中在降低成本、提高功率密度以更加紧凑、提高可靠性、减少寄生元件和电磁辐射、以及所消耗能量的热传递。

如现有的硅碳化物(SiC)和镓氮化物(GaN)、以及不久以后的钻石的新的功率半导体的可用性允许设计具有更大电流密度、更高开关频率和更大电压的电力电子装置。此外，合理地在电力电子装置中使用这些新的半导体促使紧凑性提高了。

电力电子装置的紧凑性尤其受到排出释放热量以及确保耐压的需求的限制。由于更大的击穿风险通常要求增加电势不同的元件之间的距离，因此更高的电压不利于转换器的紧凑性。元件所容许的最大功率密度限制开关电流的振幅以将结温保持在临界值之下。性能良好的冷却装置对于维持装置的热平衡是必不可少的。

为了在寻求紧凑性和满足不同的设计限制之间达到可能的最好折衷，减少寄生电阻元件、寄生电感元件和寄生电容元件是必要的。功率母线中的寄生电感不利于更高的开关频率。更高的开关频率有利于紧凑性，但是增大了开关损耗以及由元件消耗的电力。为了保护电路以防止潜在的破坏性过压、提高对电磁辐射的控制、减少生成的热量以及提高开关速度，寄生电感的减少是必需的。

寻求电力电子装置的增加的紧凑性需要能够将有源元件和无源元件的温度保持在临界值之下，以达到热平衡并确保可靠性。在最接近元件处提取耗散能量是所期望的。应当优化由元件构成的热源和由散热装置构成的散热器之间的热路径。

施加于电力电子装置的不同限制促成了具有称为“功率模块”的基础功率开关模块的开关桥的模块化架构，基础功率开关模块各自对应该桥的开关桥臂。

针对功率模块，提出了具有功率芯片的双面冷却的3D架构，并且该3D架构对于提高电力电子装置的紧凑性具有一定的益处。

为了提高可靠性，尤其是在热循环剧烈的应用中提高可靠性，使用称为“压装(press-pack)”的技术来消除在由热循环引起的机械应力下损坏的焊缝。在“压装”技术中，通过使元件保持就位和接触的机械压紧或紧固装置来保证电接触。“压装”技术还具有方便拆卸装置并因此方便其修理的益处。

现在看来期望的是，提出一种用于制造更紧凑和优化的电力电子装置的新的母线模块化架构，该母线模块化架构允许在满足上述设计限制的情况下获得最好的折衷，并且适合于新的SiC和GaN功率半导体，以及3D技术和“压装”。

发明内容