BR102018009838A2

BR102018009838A2 - conversor de energia

Info

Publication number: BR102018009838A2
Application number: BR102018009838-1A
Authority: BR
Inventors: Yoshihiro Kida; Kaoru Torii
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2018-12-04
Also published as: EP3404819B1; US10600716B2; KR102039013B1; RU2679618C1; CN108964480B; KR20180126371A; CN108964480A; JP2018195694A; US20180337107A1; EP3404819A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um conversor de energia, (2) que inclui: dois elementos de comutação (6, 7); uma placa condutora de eletrodo positivo (13); uma placa condutora de eletrodo negativo (14); uma placa condutora de ponto médio (15); um primeiro dissipador de calor (18); e um segundo dissipador de calor (19). a placa condutora de eletrodo positivo é conectada a um terminal de potencial alto (3) de uma conexão em série dos dois elementos de comutação, e a placa condutora de eletrodo negativo é conectada a um terminal de potencial baixo (4) da conexão em série. a placa condutora de ponto médio é conectada em um ponto médio (5) da conexão em série. o primeiro dissipador de calor se volta para a placa condutora de eletrodo positivo e a placa condutora de eletrodo negativo com uma primeira camada isolante interposta entre eles, e é conectado a um terminal de terra (24). o segundo dissipador de calor se volta para a placa condutora de ponto médio com uma segunda camada isolante interposta entre elas, e é isolado do terminal de terra.

Description

(54) Título: CONVERSOR DE ENERGIA (51) Int. Cl.: H01L 25/07; H01L 25/18.

(30) Prioridade Unionista: 17/05/2017 JP 2017-098130.

(71) Depositante(es): TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA.

(72) lnventor(es): YOSHIHIRO KIDA; KAORU TORII.

(57) Resumo: A presente invenção refere-se a um conversor de energia, (2) que inclui: dois elementos de comutação (6, 7); uma placa condutora de eletrodo positivo (13); uma placa condutora de eletrodo negativo (14); uma placa condutora de ponto médio (15); um primeiro dissipador de calor (18); e um segundo dissipador de calor (19). A placa condutora de eletrodo positivo é conectada a um terminal de potencial alto (3) de uma conexão em série dos dois elementos de comutação, e a placa condutora de eletrodo negativo é conectada a um terminal de potencial baixo (4) da conexão em série. A placa condutora de ponto médio é conectada em um ponto médio (5) da conexão em série. O primeiro dissipador de calor se volta para a placa condutora de eletrodo positivo e a placa condutora de eletrodo negativo com uma primeira camada isolante interposta entre eles, e é conectado a um terminal de terra (24). O segundo dissipador de calor se volta para a placa condutora de ponto médio com uma segunda camada isolante interposta entre elas, e é isolado do terminal de terra.

1/21

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONVERSOR DE ENERGIA.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção [0001] O presente relatório descreve um conversor de energia. Em particular, o presente relatório descreve um conversor de energia incluindo dissipadores de calor para resfriar uma conexão em série de dois elementos de comutação e estes elementos de comutação.

2. Descrição da Técnica Relacionada [0002] A maioria dos conversores de energia, tais como conversores CD-CD bidirecionais e inversores, incluem conexões em série cada uma das quais inclui dois elementos de comutação. Por exemplo, um inversor CA trifásico é fornecido com um circuito que inclui três conjuntos de conexões em série conectadas em paralelo, cada conjunto incluindo dois elementos de comutação. Exemplos de elementos de comutação podem incluir tipicamente transistores, tais como transistores bipolares de porta isolada (IGBTs), e transistores de efeito de campo semicondutor de óxido metálico (MOSFETs).

[0003] É gerado ruído devido à operação LIGA-DESLIGA dos elementos de comutação. Flutuações de tensão devidas à operação de LIGA-DESLIGA se tornam maiores em um ponto médio de uma conexão em série que em um terminal de potencial alto e um terminal de potencial baixo da mesma. O ruído gerado devido à conversão de tensão no ponto médio da conexão em série pode influenciar outros dispositivos.

[0004] O ruído de modo comum é derivado do ruído gerado devido às flutuações de tensão no ponto médio, propagando através de um terminal de terra de um sistema incluindo um conversor de energia, e então retornando aos elementos de comutação; e se uma trajetória de propagação do ruído de modo comum é longa, o ruído de modo coPetição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 7/83

2/21 mum se torna ruído de radiação, e influencia outros dispositivos. Por conveniência de explicação, daqui em diante, a expressão ruído de modo comum é usado para representar o ruído gerado devido às flutuações de tensão no ponto médio da conexão em série, e propagando por meio da terra.

[0005] Nesse meio tempo, desde que os elementos de comutação de conversores de energia desprendem uma grande quantidade de calor, muitos conversores de energia incluem dissipadores de calor. Placas condutoras conectadas aos elementos de comutação têm excelente condutividade térmica, e assim o dissipador de calor pode estar disposto voltado para as placas condutoras com uma camada isolante interposta entre eles. Um material tendo alta condutividade térmica tal como cobre é usado para um dissipador de calor, e tal material é frequentemente um material eletricamente condutor. Portanto, o dissipador de calor e as placas condutoras dispostas com uma camada isolante interposta entre eles compõem capacitores. Tais capacitores são chamados capacitâncias parasitas. Conectando o dissipador de calor condutor elétrico com o terminal de terra, o ruído de modo comum pode se propagar através de um invólucro do conversor de energia e as capacitâncias parasitas acima para retornar aos elementos de comutação. Como resultado, a trajetória do ruído de modo comum se torna menor, para assim reduzir o ruído de radiação.

[0006] A Publicação de Pedido de Patente Japonês No. 2008294216 ainda descreve uma técnica de reduzir o ruído de modo comum. A técnica é como segue. Três placas condutoras (padrões de cobre) se voltam para um dissipador de calor (uma placa de resfriamento) feito de cobre com uma placa isolante interposta entre eles. O dissipador de calor é conectado a um terminal de terra. Um terminal de potencial alto de uma conexão em série de dois elementos de comutação é conectado a uma primeira placa condutora, e um terminal de poPetição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 8/83

3/21 tencial baixo da conexão em série é conectada a uma segunda placa condutora. Um ponto médio da conexão em série é conectado a uma terceira placa condutora. A camada isolante tem uma espessura maior somente em uma posição que corresponde com a terceira placa condutora. Portanto, uma capacitância parasita entre a terceira placa condutora e o dissipador de calor, isto é uma capacitância parasita entre o ponto médio e a terra se torna menor. Como resultado, o ruído de modo comum transmitido para o terminal de terra é suprimido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0007] No conversor de energia em JP 2008-294216 A, uma distância entre a terceira placa condutora e o dissipador de calor se torna grande e o desempenho de resfriamento é sacrificado. No presente relatório, é fornecida uma técnica para reduzir o ruído de modo comum sem sacrificar o desempenho de resfriamento, comparado com a técnica de JP 2008-294216 A.

[0008] Um aspecto da presente invenção fornece um conversor de energia que inclui dois elementos de comutação conectados em série, uma placa condutora de eletrodo positivo, uma placa condutora de eletrodo negativo, uma placa condutora de ponto médio, um primeiro dissipador de calor, e um segundo dissipador de calor. A placa condutora de eletrodo positivo é conectada a um terminal de potencial alto de uma conexão em série dos dois elementos de comutação. A placa condutora de eletrodo negativo é conectada a um terminal de potencial baixo da conexão em série dos dois elementos de comutação. O primeiro dissipador de calor tem condutividade elétrica. O primeiro dissipador de calor se volta para a placa condutora de eletrodo positivo com uma primeira camada isolante interposta entre o primeiro dissipador de calor e a placa condutora de eletrodo positivo. O primeiro dissipador de calor se volta para a placa condutora de eletrodo negativo com uma primeira camada isolante interposta entre o primeiro dissipaPetição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 9/83

4/21 dor de calor e a placa condutora de eletrodo negativo. O primeiro dissipador de calor é conectado a um terminal de terra mantido em um potencial de terra. O segundo dissipador de calor tem condutividade elétrica. O segundo dissipador de calor se volta para a placa condutora de ponto médio com uma segunda camada isolante interposta entre o segundo dissipador de calor e a placa condutora de ponto médio. O segundo dissipador de calor é isolado do terminal de terra. No conversor de energia, o segundo dissipador de calor voltado para a placa condutora de ponto médio é isolado do terminal de terra, para desse modo reduzir o ruído de modo comum propagando da placa condutora de ponto médio no terminal de terra. Portanto, é desnecessário aumentar a espessura da segunda camada isolante disposta entre a placa condutora de ponto médio e o segundo dissipador de calor, e assim o desempenho de resfriamento é impedido de ser bastante deteriorada. Aqui, a primeira camada isolante e a segunda camada isolante podem ser uma única camada isolante comum.

[0009] No conversor de energia acima, o primeiro dissipador de calor e o segundo dissipador de calor podem ser acoplados mutuamente com um elemento isolante interposto entre o primeiro dissipador de calor e o segundo dissipador de calor. Neste momento, uma capacitância parasita é gerada entre o primeiro dissipador de calor e o segundo dissipador de calor com o elemento isolante interposto entre os mesmos. Enquanto isso, uma capacitância parasita também é gerada entre a placa condutora de ponto médio e o segundo dissipador de calor com a segunda camada isolante interposta entre os mesmos. Uma capacitância parasita também é gerada entre a placa condutora de eletrodo positivo e o primeiro dissipador de calor com a primeira camada isolante interposta entre os mesmos e uma capacitância parasita é também gerada entre a placa condutora de eletrodo negativo e o primeiro dissipador de calor com a primeira camada isolante interposta

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 10/83

5/21 entre os mesmos. O ruído gerado da placa condutora de ponto médio se propaga através do segundo dissipador de calor, o primeiro dissipador de calor, e a placa condutora de eletrodo positivo (ou a placa condutora de eletrodo negativo), e então retorna aos elementos de comutação. Durante isto, o ruído se propaga através de três capacitâncias parasitas, e o ruído desse modo é atenuado.

[0010] No conversor de energia acima, uma passagem de fluxo de refrigerante pode estar disposta entre o primeiro dissipador de calor e o segundo dissipador de calor.

[0011] No conversor de energia acima, o primeiro dissipador de calor pode estar disposto de modo a circundar os dois elementos de comutação; a primeira camada isolante; a placa condutora de eletrodo positivo; a placa condutora de eletrodo negativo; a placa condutora de ponto médio; a segunda camada isolante; o segundo dissipador de calor; e um elemento isolante. O segundo dissipador de calor se volta para o primeiro dissipador de calor com o elemento isolante interposto entre o segundo dissipador de calor e o primeiro dissipador de calor. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0012] Aspectos, vantagens e significado técnico e industrial de modalidades exemplares da invenção serão descritos abaixo com referência aos desenhos anexos, em que numerais iguais indicam elementos iguais, e em que:

[0013] a Figura 1 é um diagrama de circuito equivalente de um conversor de energia de uma primeira modalidade, [0014] a Figura 2 é uma vista em seção de um conversor de energia da primeira modalidade;

[0015] a Figura 3 é uma vista em seção de um conversor de energia de uma segunda modalidade;

[0016] a Figura 4 é uma vista em seção de um conversor de energia de uma terceira modalidade;

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 11/83

6/21 [0017] a Figura 5 é uma vista em seção de um conversor de energia de uma quarta modalidade; e [0018] a Figura 6 é uma vista em seção de um conversor de energia de uma quinta modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES

Primeira Modalidade [0019] Com referência à Figura 1 e Figura 2, um conversor de energia da primeira modalidade será descrita. A Figura 1 é um diagrama de circuito equivalente de um conversor de energia 2 incluindo dispositivos periféricos. A Figura 2 é uma vista em seção do conversor e energia 2. O conversor de energia 2 é um inversor que converte energia elétrica de corrente direta (CD) em energia elétrica de corrente alternada (CA). O conversor de energia 2 emite uma corrente alternada trifásica, mas as Figuras 1 e 2 mostram somente uma estrutura (circuito) para uma corrente alternada por uma fase, e ilustrações de estruturas (circuitos) para correntes alternadas pelas outras duas fases têm a mesma estrutura que a estrutura (circuito) para corrente alternada pela fase um mostrada na Figura 1 e Figura 2.

[0020] A descrição será iniciada com um circuito equivalente do conversor de energia 2 com referência à Figura 1. O conversor de energia 2 inclui dois elementos de comutação 6, 7 e dois diodos livres 8, 9. Os elementos de comutação 6, 7, por exemplo, são transistores bipolares de porta isolada (IGBTs). Os dois elementos de comutação 6, 7 são conectados em série. O diodo livre 8 é conectado anti-paralelo com o elemento de comutação 6 e o diodo livre 9 é conectado antiparalelos com o elemento de comutação 7. Uma fonte de energia de CD 21 é conectada a um terminal de potencial alto 3 e a um terminal de potencial baixo 4 de uma conexão em série 10 dos dois elementos de comutação 6, 7. Um capacitor de suavização 22 é conectado em paralelo com o terminal de potencial alto 3 e com o terminal de potenPetição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 12/83

7/21 ciai baixo 4. Uma carga 23 é conectada a um ponto médio 5 da conexão em série 10 dos dois elementos de comutação 6, 7 e no terminal de potencial baixo 4. A carga 23 é um dispositivo, tal como um motor elétrico, operando por energia elétrica de CA. Um cabo conectando a carga 23 com o ponto médio 5 é referido como um cabo de saída 25. [0021] Uma corrente alternada é emitida do ponto médio 5 através de uma operação de LIGA-DESLIGA apropriada dos elementos de comutação 6, 7. O conversor de energia 2 ainda inclui mais dois conjuntos de conexões em série, cada uma tendo a mesma estrutura que aquela da conexão em série 10 dos elementos de comutação 6, 7, e estes conjuntos são conectados em paralelo com a fonte de energia de CD 21, mas as ilustrações dos mesmos são omitidas. Uma corrente alternada é emitida dos pontos médios respectivos dos três conjuntos de conexões em série no total. Os três tipos de correntes alternadas respectivamente emitidas dos três conjuntos de conexões em série têm fases deslocadas uma da outra por 120°, e estas correntes alternadas são supridas na carga 23 como uma corrente alternada trifásica. [0022] Numerais de referência 24 na Figura 1 indicam terminais de terra. Capacitores 50a, 50b, 50c, 50d ilustrados por linhas tracejadas indicam capacitâncias parasitas geradas no conversor de energia 2. Um capacitor 51, ilustrado por linhas tracejadas, representa uma capacitância parasita gerada entre a carga 23 e o terminal de terra 24, e um capacitor 52 indica uma capacitância parasita gerada entre a fonte de energia CD e o terminal de terra 24. Daqui em diante, os capacitores 50a a 50d, 51, 52 são referidos como capacitâncias parasitas 50a a 50d, 51, 52, respectivamente. Uma capacitância parasita é um componente capacitivo gerado devido a uma estrutura física de equipamento eletrônico (um componente eletrônico), e é um componente capacitivo não planejado por um projetista de circuito. A capacitância parasita é também chamada uma capacitância parasítica.

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 13/83

8/21 [0023] Numerais de referência 18 e 19 na Figura 1 representam dissipadores de calor que dissipam calor de chip semicondutor acomodando os elementos de comutação 6, 7, e os diodos livres 8, 9 no mesmo. A seguir, com referência à Figura 2, uma estrutura física do conversor de energia 2 incluindo os dissipadores de calor (um primeiro dissipador de calor 18, um segundo dissipador de calor 19), e os capacitores acima descritos 50a a 50d serão descritos. O elemento de comutação 6 e o diodo livre 8 no diagrama de circuito equivalente (figura 1) são incorporados em um chip semicondutor 16. Dentro do chip semicondutor 16, o elemento de comutação 6 e o diodo livre 8 são conectados anti-paralelo um com o outro. O chip semicondutor 16 é de um tipo plano, um eletrodo coletor 6a do elemento de comutação 6 é fornecido em uma superfície (uma superfície de fundo na Figura 2) do chip semicondutor 16. O elemento de comutação 7 e o diodo livre 9 em diagrama de circuito equivalente (figura 1) são incorporados em um chip semicondutor 17. Dentro do chip semicondutor 17, o elemento de comutação 7 e o diodo livre 9 são conectados anti-paralelo um com o outro. O chip semicondutor 17 é de um tipo plano, um eletrodo coletor 7a do elemento de comutação 7 é fornecido em uma superfície (uma superfície de topo na Figura 2) do chip semicondutor 17, e um eletrodo emissor 7b do elemento de comutação 7 é fornecido na outra superfície (uma superfície de fundo na Figura 2) do chip semicondutor 17. Na Figura 2, ilustrações de estruturas internas de chips semicondutores 16,17 são omitidas, e são simplesmente sombreadas.

[0024] Uma placa condutora de eletrodo positivo 13 é unida na superfície de fundo do chip semicondutor 16 onde o eletrodo coletor 6a do mesmo é exposto. O eletrodo coletor 6a e a placa condutora de eletrodo positivo 13 são eletricamente conectados. Uma placa condutora de eletrodo negativo 14 é unida na superfície de fundo do chip semicondutor 17 onde o eletrodo emissor 7b é exposto. O eletrodo emissor

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 14/83

9/21

7b e a placa condutora de eletrodo negativo 14 são eletricamente conectados um ao outro. A placa condutora de eletrodo positivo 13 e a placa condutora de eletrodo negativo 14 são suportadas pelo primeiro dissipador de calor 18 com uma camada isolante 31 interposta entre as mesmas. Em outras palavras, a placa condutora de eletrodo positivo 13 e a placa condutora de eletrodo negativo 14 se voltam para o primeiro dissipador de calor 18 com a camada isolante interposta entre as mesmas.

[0025] O primeiro dissipador de calor 18 é fornecido com um furo direto 18a. Um elemento isolante 32 é fornecido em uma circunferência interna do furo direto 18a, e o segundo dissipador de calor 19, está disposto dentro do elemento isolante 32. O segundo dissipador de calor 19 é isolado do primeiro dissipador de calor 18. Uma placa condutora de ponto médio 15 é suportada pelo segundo dissipador de calor 19 com a camada isolante 31 interposta entre os mesmos. Em outras palavras, a placa condutora de ponto médio 15 se volta para o segundo dissipador de calor 19 com a camada isolante 31 interposta entre os mesmos. O eletrodo emissor 6b do chip semicondutor 16 e o eletrodo coletor 7a do chip semicondutor 17 são eletricamente conectados na placa condutora de ponto médio 15 por meio de chicotes de fios 33.

[0026] A placa condutora de ponto médio 15 é um exemplo do ponto médio 5 da conexão em série dos dois chips semicondutores 16, 17 (os dois elementos de comutação 6, 7). A placa condutora de eletrodo positivo 13 conectada ao eletrodo coletor 6a do chip semicondutor 16 (o elemento de comutação 6) é um exemplo do terminal de alto potencial 3 da conexão em série. A placa condutora de eletrodo negativo 14 conectada no eletrodo emissor 7b do chip semicondutor 17 (o elemento de comutação 7) é um exemplo do terminal de baixo potencial 4 da conexão em série (ver Figura 1).

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 15/83

10/21 [0027] Embora um cabo se estendendo da fonte de energia de CD 21 (ver Figura 1) seja conectado na placa condutora de eletrodo positivo 13 e na placa condutora de eletrodo negativo 14, uma ilustração do mesmo é omitida. Embora outro cabo se estendendo a partir da carga 23 (ver Figura 1) seja conectado na placa condutora de ponto médio 15 e na placa condutora de eletrodo negativo 14, uma ilustração do cabo também é omitida.

[0028] O primeiro dissipador de calor 18 e o segundo dissipador de calor 19 são feitos de cobre, de modo que estes dissipadores de calor têm excelente condutividade térmica, e também têm condutividade elétrica. O primeiro dissipador de calor 18 é eletricamente conectado ao terminal de terra 24. O segundo dissipador de calor 19 é isolado do primeiro dissipador de calor 18, e assim o segundo dissipador de calor 19 também é isolado do terminal de terra 24.

[0029] A placa condutora de eletrodo positivo 13 unida ao eletrodo coletor 6a do chip semicondutor 16 se volta para o primeiro dissipador de calor 18 com a camada isolante 31 interposta entre os mesmos. O primeiro dissipador de calor 18 é conectado ao terminal de terra 24. A placa condutora de eletrodo positivo 13 e o primeiro dissipador de calor 18 voltados um para o outro com a camada isolante 3 interposta entre os mesmos compõem a capacitância parasita 50a mostrada na Figura 1. A placa condutora de eletrodo negativo 14 unida ao eletrodo emissor 7b do chip semicondutor 17 se volta para o primeiro dissipador de calor 18 com a camada isolante 31 interposta entre os mesmos. A placa condutora de eletrodo negativo 14 e o primeiro dissipador de calor 18 voltados um para o outro com a camada isolante 31 interposta entre os mesmos compõem a capacitância parasita 50b na Figura 1. A placa condutora de ponto médio 15 que corresponde com o ponto médio da conexão em série dos dois chips semicondutores 16, 17 (os dois elementos de comutação 6, 7) se volta para o segundo dissipador

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 16/83

11/21 de calor 19 com a camada isolante 31 interposta entre os mesmos. A placa condutora de ponto médio 15 e o segundo dissipador de calor 19 voltados um para o outro com a camada isolante 31 interposta entre os mesmos compõem a capacitância parasita 50c mostrada na Figura 1. Uma superfície circunferencial interna do furo direto 18a fornecido no primeiro dissipador de calor 18 e uma superfície circunferencial externa do segundo dissipador de calor 19 se voltam um para o outro com o elemento isolante 32 interposto entre os mesmos. O primeiro dissipador de calor 18 e o segundo dissipador de calor 19 voltados um para o outro com o elemento isolante 32 interpostos entre os mesmos compõe a capacitância parasita 50d mostrada na Figura 1.

[0030] A capacitância parasita 51 mostrada na Figura 1 está presente entre a carga 23 e o terminal de terra 24. A capacitância parasita 51 é gerada, por exemplo, entre um invólucro (um invólucro da carga 23) conectado ao terminal de terra 24 e um componente elétrico da carga 23 localizado próximo ao invólucro. A capacitância parasita 52 mostrada na Figura 1 está presente entre a fonte de energia de CD 21 e o terminal de terra 24. A capacitância parasita 52 é gerada, por exemplo, entre um invólucro (um invólucro da fonte de energia de CD 21) conectado no terminal de terra 24 e um componente elétrico da fonte de energia de CD 21 localizado perto do invólucro.

[0031] Com referência à Figura 1 novamente, trajetórias de transmissão de ruído de modo comum serão descritas. Como acima mencionado, no relatório presente, o ruído de modo comum indica ruído gerado devido a flutuações de tensa no ponto médio da conexão em série dos dois elementos de comutação, e propagando por meio do terminal de terra. Como rotas do ruído de modo comum que vem do ponto médio 5, existe uma rota por meio de capacitâncias parasitas 50c, 50d e uma rota por meio da capacitância parasita 51. Fisicamente, a rota anterior é uma rota por meio da placa condutora de ponto médio

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 17/83

12/21

15, a camada isolante 31, o segundo dissipador de calor 19, o elemento isolante 32, e o primeiro dissipador de calor 18 (uma rota R1 na Figura 1). Fisicamente, a última rota é uma rota por meio do cabo de saída 25 e a carga 23 (uma rota R2 na Figura 1). A rota por meio das capacitâncias parasitas 50c, 50d ainda passa por meio da capacitância parasita 50a ou a capacitância parasita 50b (o primeiro dissipador de calor 18 e a placa condutora de eletrodo positivo 13 ou a placa condutora de eletrodo negativo 14), e então retorna aos elementos de comutação 6, 7 (uma rota R3 na Figura 1). Nas rotas acima (R1 e R3), o primeiro dissipador de calor 18 e o segundo dissipador de calor 19 são acoplados um no outro por meio do elemento isolante 32, e as rotas desse modo passam por meio das três capacitâncias parasitas 50a a 50d (a rota por meio das capacitâncias parasitas 50a, 50c, 50d ou a rota por meio das capacitâncias parasitas 50b, 50c, 50d). Propagando através de muitas capacitâncias parasitas, o ruído de modo comum é atenuado (o ruído de modo comum é reduzido). As rotas que passam através das rotas R1, R3, e então retornando aos elementos de comutação 6, 7 não passam através das rotas R1, R3, e então retornando aos elementos de comutação 6, 7 não passam através do terminal de terra 24 propriamente dito, mas passa através do primeiro dissipador de calor 18 tendo um potencial igual àquele do terminal de terra 24, e assim o ruído propagando através da rota é tratada como o ruído de modo comum.

[0032] Enquanto isto, o ruído de modo comum se propagando por meio da capacitância parasita 51 principal mente se propaga por meio das capacitâncias parasitas 50a, 50b em vez de por meio da capacitância parasita 52 (uma rota R4 da Figura 1), e então retorna aos elementos e comutação 6, 7 (rotas R3, R5 na Figura 1). Isto é porque uma distância de um fio terra entre a carga 23 (o motor) e o conversor de energia 2 é em geral mais curto que uma distância de um fio terá

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 18/83

13/21 entre a carga 23 (o motor) e a fonte de energia de CD 21. O ruído de modo comum se propagando por meio das rotas R5, R3 é aumentado, e o ruído de modo comum se propagando por meio da capacitância parasita 52, localizada perto da fonte de energia de CD 21, é reduzido por este aumento. Através disto, é possível aumentar uma percentagem do ruído de modo comum retornando em um circuito menor, para assim reduzir o ruído de radiação.

[0033] Como descrito acima, o conversor de energia 2 da presente modalidade pode suprimir o ruído de modo comum. Por outro lado, no conversor de energia 2, é desnecessário aumentar uma espessura da camada isolante 31 entre a placa condutora de ponto médio 15 e o segundo dissipador de calor 19, assim não sacrificando o desempenho. Segunda Modalidade [0034] Com referência à Figura 3, um conversor de energia 2a da segunda modalidade será descrito. A Figura 3 é uma vista em seção do conversor de energia 2a da segunda modalidade. Como com a primeira modalidade, o elemento de comutação 6 e o diodo livre 8 são incorporados no chip semicondutor 16, e são conectados antiparalelos um com o outro. O elemento de comutação 7 e o diodo livre 9 são incorporados no chip semicondutor 17, e são conectados antiparalelos um com o outro. Um eletrodo coletor do elemento de comutação 6 é fornecido na superfície de topo do chip semicondutor 16, e um eletrodo emissor do elemento de comutação 6 é fornecido na superfície de fundo do chip semicondutor 16. Um eletrodo emissor é fornecido na superfície de topo do chip semicondutor 17 e um eletrodo coletor é fornecido na superfície de fundo do chip semicondutor 17. [0035] Uma placa condutora de eletrodo positivo 113 é unida na superfície de topo do chip semicondutor 16 onde o eletrodo coletor é exposto. O eletrodo coletor do chip semicondutor 16 (o elemento de comutação 6) e a placa condutora de eletrodo positivo 113 são eletriPetição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 19/83

14/21 camente conectados um ao outro. Uma placa condutora de eletrodo negativo 114 é unida na superfície de topo do chip semicondutor 17 onde o eletrodo emissor é exposto. O eletrodo emissor do chip semicondutor 17 (o elemento de comutação 7) e a placa condutora de eletrodo negativo 114 são eletricamente conectados um ao outro. A placa condutora de eletrodo positivo 113 e a placa condutora de eletrodo negativo 114 são suportadas por um primeiro dissipador de calor 118 com as primeiras camadas isolantes 131 interpostas. Em outras palavras, a placa condutora de eletrodo positivo 113 e a placa condutora de eletrodo negativo 114 se voltam para o primeiro dissipador de calor 118 com as primeiras camadas isolantes 131 interpostas.

[0036] O primeiro dissipador de calor 118 se estende em torno dos chips semicondutores 16, 17 para os lados opostos dos chips semicondutores 16, 17 e inclui uma abertura 118a. Um elemento isolante 132 é fornecido em uma circunferência interna da abertura 118a, e um segundo dissipador de calor 119 está disposto no interior do elemento isolante 132. O segundo dissipador de calor 119 é isolado do primeiro dissipador de calor 118. O primeiro dissipador de calor 118 e o segundo dissipador de calor 119 compõem um recipiente que acomoda os chips semicondutores 16, 17, a placa condutora de eletrodo positivo 113, a placa condutora de eletrodo negativo 114, e primeira e segunda placas condutoras de ponto médio 115a, 115b descritos posteriormente. Um espaço circundado pelo primeiro dissipador de calor 118 e o segundo dissipador de calor 119 é carregado com resina não ilustrada. Isto é, os chips semicondutores 16, 17, a placa condutora e eletrodo positivo 113, a placa condutora de eletrodo negativo 114, e as primeira e segunda placas condutores de ponto médio 115a, 115b descritos posteriormente são vedados pela resina.

[0037] A primeira placa condutora de ponto médio 115a é unida na superfície de fundo do chip semicondutor 16 onde o eletrodo emissor é

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 20/83

15/21 exposto. O eletrodo emissor do chip semicondutor 16 e a primeira placa condutora de ponto médio 115a são eletricamente conectados um ao outro. A segunda placa condutora de ponto médio 115b é unida à superfície de fundo do chip semicondutor 17 onde o eletrodo conector é exposto. O eletrodo coletor do chip semicondutor 17 e a segunda placa condutora de ponto médio 115b são eletricamente conectados um ao outro.

[0038] A primeira placa condutora de ponto médio 115a e a segunda placa condutora de ponto médio 115b são suportadas pelo segundo dissipador de calor 119 com segundas camadas isolantes 133 interpostas. Em outras palavras, a primeira placa condutora de ponto médio 115a e a segunda placa condutora de ponto médio 115b se voltam para o segundo dissipador de calor 119 com as segundas camadas isolantes 133 interpostas. A primeira placa condutora de ponto médio 115a e a segunda placa condutora de ponto médio 115b são conectadas mutuamente por meio de chicote de fios.

[0039] A primeira placa condutora de ponto médio 115a e a segunda placa condutora de ponto médio 115b têm um potencial igual, e corresponde com o ponto médio 5 (ver Figura 1) a conexão em série dos dois chips semicondutores 16, 17 (os dois elementos de comutação 6, 7). A placa condutora de eletrodo positivo 113 conectado ao eletrodo de coletor do chip semicondutor 16 (o elemento de comutação 6) corresponde com o terminal de alto potencial 3 (ver Figura 1) da conexão em série, e a placa condutora de eletrodo negativo 114 conectada ao eletrodo emissor do chip semicondutor 17 (o elemento de comutação 7) corresponde com o terminal de potencial baixo 4 (ver Figura 1) da conexão em série. Embora um cabo se estendendo da fonte de energia de CD 21 (ver Figura 1) seja conectado na placa condutora de eletrodo positivo 113 e na placa condutora de eletrodo negativo 114, uma ilustração é omitida. Embora outro cabo se estendendo da

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 21/83

16/21 carga 23 (ver Figura 1) seja conectado tanto na primeira placa condutora de ponto médio 115a quanto na segunda placa condutora de ponto médio 115b, e na placa condutora de eletrodo negativo 114, uma ilustração do mesmo é omitida.

[0040] O primeiro dissipador de calor 118 e o segundo dissipador de calor 119 são feitos de cobre, de modo que eles têm condutividade térmica excelente, e também têm condutividade elétrica. O primeiro dissipador de calor 118 é eletricamente conectado no terminal de terra

24. O segundo dissipador de calor 119 é isolado do primeiro dissipador de calor 118, e assim o segundo dissipador de calor 119 é também isolado do terminal de terra 24.

[0041] A placa condutora de eletrodo positivo 113 unida na superfície de topo (o eletrodo coletor) do chip semicondutor 16 se volta para o primeiro dissipador de calor 118 com as primeiras camadas isolantes 131 interpostas. O primeiro dissipador de calor 118 é conectado ao terminal de terra 24. A placa condutora de eletrodo positivo 113 e o primeiro dissipador de calor 118 voltados um para o outro com as primeiras camada isolantes 131 interpostas compõem a capacitância parasita 50a mostrada na Figura 1. A placa condutora de eletrodo negativo 114 unida na superfície de topo (o eletrodo emissor) do chip semicondutor 17 se volta para o primeiro dissipador de calor 118 com as primeiras camadas isolantes 131 interpostas. A placa condutora de eletrodo negativo 114 e o primeiro dissipador de calor 118 voltados um para o outro com as primeiras camadas isolantes 131 interpostas, compõem a capacitância parasita 50b mostrada na Figura 1. A primeira placa condutora de ponto médio 115a e a segunda placa condutora de ponto médio 115b se voltam uma para a outra com as segundas camadas isolantes 133 interpostas. As primeira e segunda placas condutoras de ponto médio 115a, 115b e o segundo dissipador de calor 119 voltados um para outro com as segundas camadas isolantes 133

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 22/83

17/21 interpostas compõem a capacitância parasita 50c mostrada na Figura

1. Desde que a reatância parasita está presente no chicote de fios 139 que conecta a primeira placa condutora de ponto médio 115a na segunda placa condutora de ponto médio 115b, ruído de modo comum se propagando do chip semicondutor 16 por meio da primeira placa condutora de ponto médio 115a, e ruído de modo comum se propagando do chip semicondutor 17 por meio da segunda placa condutora de ponto médio 115b estão separadamente presentes. No entanto, são tratados como um aqui.

[0042] Uma superfície circunferencial interna da abertura 118a fornecida no primeiro dissipador de calor 118 e uma superfície circunferencial externa do segundo dissipador de calor 119 se voltam uma para a outra com o elemento isolante 132 interposto. O primeiro dissipador de calor 118 e o segundo dissipador de calor 119 voltados um para o outro com o elemento isolante 132 interposto entre eles compõem a capacitância parasita 50d mostrada na Figura 1.

[0043] O conversor de energia 2a na Figura 3 também tem uma estrutura de circuito mostrada pelo diagrama de circuito equivalente na Figura 1. Portanto, o conversor de energia 2a na Figura 3 também reduz o ruído de modo comum. O conversor de energia 2a é configurado de modo que os dissipadores de calor se voltam para ambas as superfícies respectivas dos chips semicondutores 16, 17, e assim o conversor de energia 2a tem excelente desempenho de resfriamento para os chips semicondutores 16, 17.

Terceira Modalidade [0044] A Figura 4 mostra uma vista em seção de um conversor de energia 2b da terceira modalidade. No conversor de energia 2b, uma passagem de fluxo de refrigerante 201 através da qual o refrigerante líquido flui é incluído dentro de um primeiro dissipador de calor 218 e um segundo dissipador de calor 219. As outras estruturas são as

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 23/83

18/21 mesmas que aquelas do conversor de energia 2a da segunda modalidade, e assim a descrição da mesma é omitida. Aqui, na Figura 4, os mesmos numerais de referência são dados aos mesmos componentes que aqueles do conversor de energia 2a na Figura 3. O conversor de energia 2b pode obter o mesmo efeito que aquele do conversor de energia 2a da segunda modalidade. Em adição, o conversor de energia 2b inclui a passagem de fluxo de refrigerante 201, e assim o conversor de energia 2b tem um desempenho de resfriamento maior dos chips semicondutores 16, 17 que aquele do conversor de energia 2a da segunda modalidade.

Quarta Modalidade [0045] A Figura 5 mostra uma vista em seção de um conversor de energia 2c da quarta modalidade. No conversor de energia 2c da quarta modalidade, um segundo dissipador de calor 319 é completamente afastado de um primeiro dissipador de calor 318 conectado ao terminal de terra 24. As outras estruturas são as mesmas que aquelas do conversor de energia 2a da segunda modalidade, e assim a descrição das mesmas é omitida. Na Figura 5, os mesmos numerais de referência são adicionados aos mesmos componentes que aqueles do conversor de energia 2a na Figura 3. No conversor de energia 2c, o segundo dissipador de calor 319 é completamente isolado eletricamente. Portanto, nenhuma capacitância parasita 50d no diagrama de circuito equivalente na Figura 1 está presente. Neste caso, todo o ruído de modo comum se propaga através do cabo de saída 25 e a carga 23 para o terminal de terra 24. O ruído de modo comum tendo propagado para o terminal de terra 24 passa por meio da capacitância parasita 50a (a capacitância parasita composta da placa condutora de eletrodo positivo 113 e o primeiro dissipador de calor 118), e a capacitância parasita 50b (a capacitância parasita composta da placa condutora de eletrodo negativo 114 e o primeiro dissipador de calor 118), e então retorna paPetição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 24/83

19/21 ra os chips semicondutores 16, 17. Neste caso, o ruído de modo comum se propagando através da fonte de energia de CD 21 pode também ser reduzido.

Quinta Modalidade [0046] A Figura 6 mostra um conversor de energia 2d da quinta modalidade. Na Figura 6, os mesmos números de referência são adicionados aos mesmos componentes que aqueles do conversor de energia 2a na Figura 3. No conversor de energia 2d, o primeiro dissipador de calor 418 circunda os chips semicondutores 16, 17. Além do mais, o primeiro dissipador de calor 418 é assim disposto de modo a circundar os chips semicondutores 16, 17, as primeiras camadas isolantes 131, a placa condutora de eletrodo positivo 113, a placa condutora de eletrodo negativo 114, a primeira placa condutora de ponto médio 115a, a segunda placa condutora de ponto médio 115b, as segundas camadas isolantes 133, o segundo dissipador de calor 419, e um elemento isolante 432. Como mostrado na Figura 6, uma parte do primeiro dissipador de calor 418 se volta para as segundas camadas isolantes 133. No conversor de energia 2d, o segundo dissipador de calor 419 e o elemento isolante 432 são interpostos entre as segundas camadas isolantes 133 e a parte do primeiro dissipador de calor 418 que se volta para as segundas camadas isolantes 133. As segundas camadas isolantes 133 estão em contato com uma superfície do segundo dissipador de calor 419, e o elemento isolante 432 está em contato com outra superfície do segundo dissipador e calor 419. O segundo dissipador de calor 419 se volta para uma parte do primeiro dissipador de calor 418 com o elemento isolante 432 interposto. O conversor de energia 2d na Figura 6 tem a mesma relação de conexão dos componentes respectivos que aquela do conversor 2a da Figura 3, e assim o mesmo efeito operacional que aquele do conversor de energia 2a pode ser obtido.

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 25/83

20/21 [0047] Aqui está um ponto a ser notado na técnica descrita nas modalidades. No conversor de energia da primeira modalidade, a camada isolante 31 serve como a primeira camada isolante e a segunda camada isolante nas outras modalidades.

[0048] Aspectos dos conversores de energia das modalidades acima são sintetizados como segue. Cada um dos conversores de energia 2, 2a a 2d inclui os dois chips semicondutores 16, 17, a placa condutora de eletrodo positivo 13 (113), a placa condutora de eletrodo negativo 14 (114), a placa condutora de ponto médio 15 (115, 115a, 115b), o primeiro dissipador de calor 18 (118), e o segundo dissipador de calor 19 (119). O chip semicondutor 16 acomoda o elemento de comutação 6, e o chip semicondutor 17 acomoda o elemento de comutação 7. A placa condutora de eletrodo positivo 13 (113) é unida ao terminal de potencial alto do chip semicondutor 16 em um lado. A placa condutora de eletrodo negativo 14 (114) é unida ao terminal de potencial baixo do chip semicondutor 17 no outro lado. A placa condutora de ponto médio 15 (115, 115a, 115b) é conectada ao terminal de baixo potencial do chip semicondutor 16 em um lado e no terminal de potencial alto do chip semicondutor 17 no outro lado. O primeiro dissipador de calor 18 (118) tem condutividade elétrica, se volta para a placa condutora de eletrodo positivo 13 (113) e a placa condutora de eletrodo negativo 14 (114) com a camada isolante 31 (131) interposta, e é conectado ao terminal de terra 24 mantido em um potencial de terra. O segundo dissipador de calor 19 (119) tem condutividade elétrica, se volta para a placa condutora de ponto médio 15 (115, 115a, 115b) com a camada isolante 31 (as primeiras camadas isolantes 131 ou as segundas camadas isolantes 133) interposta, e é isolada do terminal de terra 24. Em cada um dos conversores de energia 2, 2a, 2b, 2d na Figura 2, Figura 3, Figura 4 e Figura 6, o segundo dissipador de calor 19

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 26/83

21/21 (119) é acoplado ao primeiro dissipador de calor 18 (118) com o elemento isolante 32 (132) interposto.

[0049] Nos desenhos, somente um conjunto de conexão em série (conexão em série dos dois elementos de comutação) é mostrado, mas o conversor de energia pode incluir múltiplos conjuntos de conexões em série. Neste caso, o conversor de energia pode incluir múltiplos conjuntos de chips semicondutores, cada conjunto incluindo dois chips semicondutores, cada chip semicondutor acomodando os elementos de comutação, e cada conjunto pode incluir qualquer uma das estruturas mostradas na Figura 2 até Figura 6.

[0050] Enquanto os exemplos específicos da presente invenção foram descritos no detalhe acima, estes exemplos são meramente ilustrativos e não limitam o escopo de reivindicações. A técnica descrita nas reivindicações inclui os exemplos específicos acima ilustrados com várias modificações e mudanças adicionadas à mesma. Os elementos técnicos descritos no relatório presente ou os desenhos exibem utilidade técnica independentemente ou em várias combinações, e não são limitados à combinação descrita nas reivindicações no momento de arquivamento. A técnica ilustrada no presente relatório ou os desenhos pode alcançar vários dos objetivos ao mesmo tempo, e tem utilidade técnica simplesmente alcançando um destes objetivos.

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 27/83

1/2

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Conversor de energia (2; 2b; 2c; 2d), caracterizado pelo fato de que compreende:

dois elementos de comutação (6, 7) conectados em série; uma placa condutora de eletrodo positivo (13; 113) conectada a um terminal de potencial alto (3) de uma conexão em série dos dois elementos de comutação (6, 7);

uma placa condutora de eletrodo negativo (14; 114) conectada a um terminal de potencial baixo (4) da conexão em série dos dois elementos de comutação (6, 7);

uma placa condutora de ponto médio (15; 115a, 115b) conectada em um ponto médio (5) da conexão em série dos dois elementos de comutação (6, 7);

um primeiro dissipador de calor (18; 118; 218; 318; 418) tendo condutividade elétrica, o primeiro dissipador de calor (18; 118; 218; 318; 418) se volta para a placa condutora de eletrodo positivo (13; 113) com uma primeira camada isolante (31; 131) interposta entre o primeiro dissipador de calor (18; 118; 218; 318; 418) e a placa condutora de eletrodo positivo (13; 113), o primeiro dissipador de calor (18; 118; 218; 318; 418) se volta para a placa condutora de eletrodo negativo (14; 114) com uma primeira camada isolante (31; 131) interposta entre o primeiro dissipador de calor (18; 118; 218; 318; 418) e a placa condutora de eletrodo negativo (14; 114), e o primeiro dissipador de calor (18; 118; 218; 318; 418) sendo conectado a um terminal de terra (24) mantido em um potencial de terra, e um segundo dissipador de calor (19; 119; 219; 319; 419) tendo condutividade elétrica, o segundo dissipador de calor (19; 119; 219; 319; 419) se volta para a placa condutora de ponto médio (15; 115a, 115b) com uma segunda camada isolante (31, 133) interposta entre o segundo dissipador de calor (19; 119; 219; 319; 419) e a placa

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 28/83
2/2 condutora de ponto médio (15), o segundo dissipador de calor (19; 119; 219; 319;419) sendo isolado do terminal de terra (24).

2. Conversor de energia (2; 2a; 2b; 2d), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

o primeiro dissipador de calor (18; 118; 218; 418) e o segundo dissipador de calor (19; 119; 219; 419) são acoplados mutuamente com um elemento isolante (32; 132; 232; 432) interposto entre o primeiro dissipador de calor (18; 118; 218; 418) e o segundo dissipador de calor (19; 119; 219; 419).
3. Conversor de energia (2b), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que:

uma passagem de fluxo de refrigerante (201) está disposta entre o primeiro dissipador de calor (218) e o segundo dissipador de calor (219).
4. Conversor de energia (2d), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

o primeiro dissipador de calor (418) está disposto de modo a circundar os dois elementos de comutação (6, 7); a primeira camada isolante (131); a placa condutora de eletrodo positivo (113); a placa condutora de eletrodo negativo (114); a placa condutora de ponto médio (115a, 115b); a segunda camada isolante (133); o segundo dissipador de calor (419); e um elemento isolante (432), e o segundo dissipador de calor (419) se volta para o primeiro dissipador de calor (418) com o elemento isolante (432) interposto entre o segundo dissipador de calor (419) e o primeiro dissipador de calor (418).

Petição 870180040475, de 15/05/2018, pág. 29/83

1/4