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Abstract

本发明涉及一种功率电子组件（1、2、3），其具有散热体（2）、功率半导体模块（1）和用来控制该功率半导体模块的电路装置（3），其中，所述散热体（2）具有至少两个平行的通道，冷却介质可流过所述通道。

Description

功率电子组件和包括至少一个这种功率电子组件的装置
技术领域
本发明涉及一种功率电子组件，其具有散热体、功率半导体模块和用来控制该功率半导体模块的电路装置。
背景技术
功率半导体模块和相应的用来控制该功率半导体模块的电路装置目前是广泛流行的。它们经常构成电源、变流器、特别是逆变器或整流器的部件，或构成其它电工技术装置的部件。
目前普遍的是，为每种应用或一组应用构造所谓的栈（例如，英飞凌（Infineon AG）的初级栈（Prime STACKs））。这些栈具有散热体，在该散热体上设置有大量的功率半导体模块和配置给这些功率半导体模块的、用来控制这些功率半导体模块的电路装置。
在规划功率电子的所有应用时，开发者必须特别考虑功率电子的结构元件的冷却。按照热载荷必要的可能是：提供液态或气态形式的冷却介质，以充分排出热量。在已知的应用中，功率电子件的冷却被单独地实施。这提高了组件的个体化。
高度的个体化和特别是与之相关联的开发费用导致使成品更加昂贵的费用。
发明内容
此处引入本发明。
本发明的目的是推荐一种功率电子组件，该功率电子组件通过用于充分冷却的不同的可能性来提供高程度的不同的应用可能性。
该目的根据本发明通过如下方法实现，散热体具有至少两个平行的通道，冷却介质可流过这些通道。
根据本发明的组件能够以不同的方式和方法使用：首先在小的热载荷的情况下能够完全无需流过通道的冷却介质来实现对组件的使用。热容量和热传送通过辐射和对流足够排出所生成的热量。在较大的热载荷的情况下，可以通过引导通过至少一部分通道的冷却介质来排出热量。介质可以是气体，例如空气，或液体，例如水或油。特别是在大的热载荷的情况下，优选引导液体通过通道的至少一部分。
冷却效率能够通过应用一种散热体来适配不同的应用。
通道的平行实施形式简化了散热体的制造，该散热体通常制造为挤压型材的相应的实施形式或通过切削加工，例如钻削或铣削由铝坯进行制造。
通道可以通过至少一个第一连接通道互相连接。通过这些连接通道能够实现散热体内的通道的连接。这些连接通道可以通过钻削或其它合适的加工制成。这些通道可以流体式并联或串联。串联能够在散热体内或借助于处在散热体外部的、连接所述通道的管道来实现。
在根据本发明的功率电子组件的散热体中，通道的第一数量的第一相邻的通道可以构成具有端部区域的流走通道，这些端部区域通过第一连接通道互相连接。通道的第二数量的第二相邻的通道可以构成具有起始区域的流回通道，这些起始区域通过第一连接通道互相连接且与流走通道的端部区域相连接。流走通道和流回通道可以通过借助于连接通道的连接而流体式串联。第一数量和第二数量可以是同样大的。
流走通道的起始区域可以通过第二连接通道连接，且流回通道的端部区域可以通过第三连接通道连接。
在流走通道的起始区域中和流回通道的端部区域中优选设置有连接件，通道可以用这些连接件连接到输入管道或输出管道上。
在根据本发明的功率电子组件的散热体中的通道和/或连接通道可以是在构成散热体的坯块中的通孔和/或盲孔的区段。通过塞子、螺纹件或类似构件可以确定通孔和/或盲孔的区段的界限。通孔和/或盲孔可以通过塞子、螺纹件或类似构件分为构成通道的一个或多个区段。由此能够使设置有通孔和/或盲孔的坯块适配用该坯块作为散热体制造的功率电子组件的独特的要求，而不必全新地构造散热体。
塞子、螺纹件或类似构件能够可粘贴地或可松脱地插到坯块中。
通过放置或取出塞子、螺纹件或类似构件可以在散热体中设置通道。由此能够设置不同的通道系统，这些通道系统能够使散热体适配不同的热载荷。
如塞子、螺纹件或类似构件一样，连接管能够可松脱地插到坯块中，以在不同的位置获得用于冷却介质的入口或出口。
优选可以将塞子和连接管选择性地插到其中一个孔（通孔或盲孔）的端部中。
功率半导体模块优选固定在散热体上，由此保障从功率半导体模块向散热体的良好的热传送。
用来控制功率半导体模块的电路装置可以设置在电路载体上，该电路载体可以通过隔离件以距散热体的表面一定的间距固定在散热体上。该电路载体可以具有切口，功率半导体模块插入或穿过该切口。
根据本发明的功率电子组件的散热体可以在背离功率半导体模块的一侧具有至少一个固定结构槽、至少一个孔、特别是带有内螺纹的孔，至少一个螺纹通道或其它结构，在所述结构中可以设置至少一个固定件，例如螺纹件，用来将功率电子组件固定在至少一个载体例如至少一个支承轨道上。所述支承轨道例如可以被固定在开关箱中。
根据本发明的功率电子组件有利地具有正好一个功率半导体模块和正好一个用来正好控制该模块的电路装置。通常用一个这样的根据本发明的功率电子组件不能实现完整的功率电子的装置，例如变流器。因此多个、至少两个根据本发明的功率电子组件应用于根据本发明的一个装置。
但是可能的是，根据本发明的功率电子组件在一个散热体上具有两个不同的功率半导体模块，其中，这些功率半导体模块优选用在不同的变流器中。这特别是对如下的装置是有意义的，在这些装置中实现了两个变流器，即，入口侧和出口侧的变流器，如例如在具有整流器、直流电压中间电路和逆变器的变频器中那样。因为功率电子组件有利地分别只具有入口侧的变流器的一个功率半导体模块和出口侧的变流器的一个功率半导体模块，根据本发明的装置必须也具有多个功率半导体模块。必要的可以是，用来固定两个功率半导体模块的散热体以特别的方式和方法构造，例如在散热体的两侧设置平面。这些平面可以通过对散热体的进一步加工来制成或从一开始就被设置。
这些功率电子组件可以如此相对彼此地设置，使通道相对彼此平行。
装置可以具有用于冷却介质的输入管道和输出管道，这些管道通过设置在流走通道的起始区域中的或者流回通道的端部区域中的连接件连接到流走通道或者流回通道上。
功率电子组件可以流体式并联。
根据本发明的装置的功率电子组件可以是相同的。
功率电子组件可以安装在至少一个载体例如支承轨道上。该支承轨道可以设置在开关箱中。
将功率电子组件安装在至少一个载体上的可能性，所述载体可以有利地支承多个优选还相同的功率电子组件，使获得包括多个根据本发明的功率电子组件的装置成为可能，该装置是可自由扩展的。也就是说例如，装置能够用另外的功率电子组件扩充或补充。
附图说明
借助附图进一步阐述根据本发明的功率电子的组件的实施例和包括两个这种组件的装置。
附图示出：
图1：根据本发明的装置的透视图，
图2a至2c：功率电子的组件的不同视图，和
图3a至3e：根据图2a至2c的功率电子的组件的散热体的不同视图。
具体实施方式
根据本发明的装置可以例如是变频器的部分。通常的变频器具有输入整流器、直流电压中间电路和输出逆变器。图1中示出的示例性的根据本发明的装置构成变频器的输出逆变器A。根据本发明的装置也可以构成其它的电路。
输出逆变器A由直流电压中间电路的直流电流生成单相的交流电流。为了生成交流电流，输出逆变器具有以H-电路的形式连接的绝缘栅双极晶体管（IGBTs）。这种已知的用来生成单相的交流电的电路需要四个IGBTs，每两个IGBTs放置在一个功率半导体模块1中。这种功率半导体模块1由不同的制造商提供。
功率半导体模块1与用来控制该功率半导体模块1的电路装置3，并且与散热体2组合成根据本发明的功率电子组件1、2、3（见图2a至2b），所述电路装置包括电路载体31和设置在其上的结构元件32。根据本发明的装置A具有两个这种功率电子组件1、2、3，这些功率电子组件安装在两个支承轨道4上。
根据本发明的功率电子组件也可以包括不同于IGBT－功率半导体模块的其它的功率半导体模块。根据本发明的装置也可以具有多于两个的功率电子组件。
能够用根据本发明的功率电子组件1、2、3实现不同的电路。这样可以将例如IGBT－功率电子组件的IGBTs以提及的H-电路的形式连接，但也可以以其它的桥式电路的形式连接或以任意的中点连接电路的形式连接。IGBT－功率电子组件本身最好不必改变或只作非本质的改变。简单的改变可以通过相应的编程来实行。必要时也需要改变用来控制的电路装置3的构件。在最繁复的情况下要求完全换掉用来控制的电路装置3。只有当热载荷改变时，例如因为应该安装额外的功率半导体模块或设置在载体上的功率电子组件的数量发生了改变，这会带来对包括功率半导体组件的装置的冷却要求的改变，才要求改变散热体2。但能够简单地实现散热体的改变，这还会被阐述。
特别是散热体2配置给功率半导体模块，能够实现根据本发明的装置的简单的改变，特别是也能够实现根据本发明的装置的简单的可扩展性。
功率半导体模块1优选直接安装在散热体2上，从而能够实现从强热负载的功率半导体模块1向散热体的尽可能好的热传递。
电路装置3优选通过隔离件33固定在散热体上，其中，电路装置3的电路载体31可以具有切口，功率半导体模块1的部件穿过该切口。
如此设计散热体2，使其能够简单地适配不同的热载荷。
散热体由铝挤压型材制成。挤压型材为此制造有四个平行地沿纵向延伸的第一孔，也就是通孔21。在这些通孔21的端部区域中并横向于这些第一通孔21，该挤压型材设置有第二孔，也就是通孔22，该通孔与第一通孔21相贯。在与第二通孔22对置的端部区域中由不同的两侧引入第三孔，也就是盲孔23，和第四孔，也就是盲孔24，它们分别与其中两个第一通孔21相贯。
在通孔21、22的端部和盲孔23、24的端部切割有螺纹25，塞子26被旋到和/或粘贴到所述螺纹中，这些塞子封闭孔21、22、23、24。
由散热体的表面引入另外的盲孔，这些盲孔通到第三孔23和第四孔24中。在这些另外的盲孔中插入连接管29。这些连接管29构成通过长方体中的孔21、22、23、24构成的通道系统的入口和出口，该通道系统包括通道（由第一孔21的区段构成）、第一连接通道（由第二孔22的区段构成）、第三连接通道（由第三孔23的区段构成）和第四连接通道（由第四孔24的区段构成）。孔的构成这些通道或者连接通道的区段通过长方体的材料和塞子26限制。
所述通道的两个构成流走通道，这些流走通道由两个连接管29中的一个构成入口的连接管开始，并在由第二孔22的区段构成的第一连接通道结束。其它两个通道构成流回通道，这些流回通道从第一连接通道开始并在两个连接管29的另一个结束。该连接管则构成出口。冷却介质现在能够从入口到出口流过散热体。
在可选的设计方案中例如可能的是：除去封闭第一孔21并被旋入长方体的端面的塞子26，而由连接管代替。只要至今为止的连接管29由塞子代替，冷却介质就能够从一个端面向另一个端面流过散热体并从散热体中带走更大的热量。所以散热体能够通过简单的方法适配所期望的热载荷。

Claims (17)

1.功率电子组件（1、2、3），具有散热体（2）、功率半导体模块（1）和用来控制该功率半导体模块的电路装置（3），其特征在于，所述散热体（2）具有至少两个平行的通道，冷却介质可流过所述通道。
2.根据权利要求1所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，所述通道通过至少一个第一连接通道互相连接。
3.根据权利要求2所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，所述通道的第一数量的第一相邻的通道构成具有端部区域的流走通道，这些端部区域通过所述第一连接通道互相连接，且所述通道的第二数量的第二相邻的通道构成具有起始区域的流回通道，这些起始区域通过所述第一连接通道互相连接且与所述流走通道的端部区域连接。
4.根据权利要求3所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，第一数量与第二数量是相同的。
5.根据权利要求3或4所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，所述流走通道的起始区域通过一个第二连接通道连接。
6.根据权利要求3至5之一所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，所述流回通道的端部区域通过第三连接通道连接。
7.根据权利要求1至6之一所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，所述通道和/或所述连接通道是在构成所述散热体（2）的固体例如坯块或挤压型材中的通孔（21、22）和/或盲孔（23、24）的区段。
8.根据权利要求7所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，通过塞子（26）、螺纹件或类似构件和所述固体确定所述通孔（21、22）和/或所述盲孔（23、24）的区段的界限。
9.根据权利要求8所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，所述塞子（26）、螺纹件或类似构件可松脱地和/或粘贴地插到所述固体中。
10.根据权利要求1至9之一所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，所述功率半导体模块（1）固定在所述散热体（2）上。
11.根据权利要求1至10之一所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，用来控制所述功率半导体模块（1）的所述电路装置（3）包括电路载体（31），该电路载体通过隔离件（33）以距所述散热体（2）的表面一定的间距固定在所述散热体（2）上。
12.根据权利要求1至11之一所述的功率电子组件（1、2、3），其特征在于，所述散热体（2）具有孔（28）或在背离所述功率半导体模块（1）的一侧具有至少一个固定结构，例如至少一个槽、至少一个孔或类似结构，其中具有用来将所述功率电子组件（1、2、3）固定在至少一个载体上的固定件。
13.包括多个根据权利要求1至11之一所述的功率电子组件（1、2、3）的装置（A）。
14.根据权利要求12所述的装置（A），其特征在于，所述装置（A）是逆变器或优选脉冲的整流器。
15.根据权利要求12或13所述的装置（A），其特征在于，所述功率电子组件（1、2、3）如此相对彼此地设置，使所述通道相对彼此平行。
16.根据权利要求13至15之一所述的装置（A），其特征在于，所述装置（A）具有用于冷却介质的输入管道和输出管道，这些管道通过在所述流走通道的起始区域中或者在所述流回通道的端部区域中设置的连接件连接到所述流走通道或者流回通道上。
17.根据权利要求16所述的装置（A），其特征在于，所述功率电子组件（1、2、3）流体式并联。
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