CN105789160B - 一种组合式电极及其三电平大功率模块 - Google Patents

一种组合式电极及其三电平大功率模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种组合式电极，包括负电极、第一中间电极、正电极和第二中间电极，其中负电极主体部与第一中间电极主体部、负电极连接部与第一中间电极连接部均平行正对设置，正电极主体部与第二中间电极主体部、正电极连接部与第二中间电极连接部也均平行正对设置，从而增大了负电极与第一中间电极之间、正电极与第二中间电极之间的正对面积，减小了负电极与第一中间电极之间、正电极与第二中间电极之间的电流回路面积，有效减小了组合式电极的杂散电感和损耗；本发明还公开了一种采用了该组合式电极的三电平大功率模块，有效减小了功率模块的杂散电感和损耗。

Description

一种组合式电极及其三电平大功率模块
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种组合式电极及其三电平大功率模块。
背景技术
功率模块是电力电子器件如金属氧化物半导体(功率MOS管)、绝缘栅型场效应晶体管(IGBT)、快恢复二极管(FRD)按一定的功能组合封装成的电力开关模块，其主要用于电动汽车、光伏发电、风力发电、工业变频等各种场合下的功率转换。
现有技术中的功率模块的正电极主体部与中间电极主体部或者负电极主体部与中间电极主体部往往平行交替设置，正电极连接部与中间电极连接部或者负电极连接部与中间电极连接部也不是正对平行的，正电极与中间电极或者负电极与中间电极的正对面积较小，导致正电极与中间电极或者负电极与中间电极之间电流回路面积较大，从而功率模块的杂散电感和损耗较大。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种电流回路面积小的组合式电极，以及一种应用该组合式电极的杂散电感和损耗小的三电平大功率模块。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的组合式电极，包括负电极、第一中间电极、正电极和第二中间电极，负电极包括负电极主体部和负电极连接部，第一中间电极包括第一中间电极主体部和与负电极连接部平行正对的第一中间电极连接部，正电极包括正电极主体部和正电极连接部，第二中间电极包括第二中间电极主体部和与正电极连接部平行正对的第二中间电极连接部，负电极连接部侧端呈角度延伸出负电极主体部，负电极连接部顶部弯折出负电极引出部；第一中间电极连接部侧端呈角度延伸出与负电极主体部平行正对的第一中间电极主体部，第一中间电极连接部顶部弯折出第一中间电极引出部；正电极连接部侧端呈角度延伸出正电极主体部，正电极连接部顶部弯折出正电极引出部；第二中间电极连接部侧端呈角度延伸出与正电极主体部平行正对的第二中间电极主体部，第二中间电极连接部顶部弯折出第二中间电极引出部；负电极主体部与第一中间电极主体部之间、负电极连接部与第一中间电极连接部之间、正电极主体部与第二中间电极主体部之间，以及正电极连接部与第二中间电极连接部之间均设有绝缘层。
为了进一步减小组合式电极的杂散电感，所述负电极引出部与第一中间电极引出部相背设置，正电极引出部与第二中间电极引出部相背设置。
进一步，所述负电极引出部的弯折方向与负电极主体部的延伸方向一致。
进一步，所述正电极主体部包括由正电极连接部两侧端向相反方向延伸的正电极第一主体部和正电极第二主体部，正电极引出部的弯折方向与正电极第一主体部的延伸方向一致。
进一步，所述第二中间电极主体部包括由第二中间电极连接部两侧端向相反方向延伸的第二中间电极第一主体部和第二中间电极第二主体部，第二中间电极引出部的弯折方向与第二中间电极第一主体部的延伸方向相反。
进一步，第二中间电极第一主体部与第一中间电极连接部侧端相连。
本发明所述的三电平大功率模块，采用上述任意一种组合式电极。
进一步，所述三电平大功率模块还包括绝缘基板，绝缘基板包括下半桥绝缘基板和上半桥绝缘基板，下半桥绝缘基板上设有负电极连接点和第一中间电极连接点，负电极主体部连接负电极连接点，第一中间电极主体部连接第一中间电极连接点，上半桥绝缘基板上设有正电极连接点和第二中间电极连接点，正电极主体部连接正电极连接点，第二中间电极主体部连接第二中间电极连接点。
进一步，所有负电极连接点、第一中间电极连接点、正电极连接点和第二中间电极连接点呈矩阵排列。
为了防止绝缘基板上的芯片发生爆炸时，任意两个电极导通而导致电极拉弧和功率模块燃烧等危险状况，所述负电极、第一中间电极、正电极和第二中间电极中的任意一种电极或多种电极与绝缘基板之间设有绝缘隔板，从而有效地将爆炸产生的导电性气体与电极隔开，提高了功率模块使用的安全性。
进一步，所述负电极主体部连有位于下半桥绝缘基板上方的负电极大臂，负电极大臂左侧和/或右侧引出负电极小臂，负电极小臂连接负电极连接点。这样能够通过调节负电极大臂的宽度从而均衡负电极与第一中间电极形成的回路的电阻以及杂散电感，提高了功率模块的动静态均流性能。
为了将绝缘基板上的芯片发生爆炸时产生的导电性气体与负电极大臂隔开，提高功率模块使用的安全性，所述负电极大臂与绝缘基板之间设有绝缘隔板，绝缘隔板上设有供负电极小臂穿过的孔。
进一步，所述负电极小臂包括由负电极大臂共面引出的负电极小臂第一部以及由负电极小臂第一部弯折引出的负电极小臂第二部，负电极小臂第二部连接负电极连接点，为了进一步将绝缘基板上的芯片发生爆炸时产生的导电性气体与负电极小臂隔开，提高功率模块使用的安全性，所述绝缘隔板上的孔朝绝缘基板方向延伸出包围负电极小臂第二部的框。
进一步，所述第一中间电极主体部连有位于下半桥绝缘基板上方的第一中间电极大臂，第一中间电极大臂左侧和/或右侧引出第一中间电极小臂，第一中间电极小臂连接第一中间电极连接点。这样能够通过调节第一中间电极大臂的宽度从而均衡负电极与第一中间电极形成的回路的电阻以及杂散电感，提高了功率模块的动静态均流性能。
为了将绝缘基板上的芯片发生爆炸时产生的导电性气体与第一中间电极大臂隔开，提高功率模块使用的安全性，所述第一中间电极大臂与绝缘基板之间设有绝缘隔板，绝缘隔板上设有供第一中间电极小臂穿过的孔。
进一步，所述第一中间电极小臂包括由第一中间电极大臂共面引出的第一中间电极小臂第一部以及由第一中间电极小臂第一部弯折引出的第一中间电极小臂第二部，第一中间电极小臂第二部连接第一中间电极连接点，为了进一步将绝缘基板上的芯片发生爆炸时产生的导电性气体与第一中间电极小臂隔开，提高功率模块使用的安全性，所述绝缘隔板上的孔朝绝缘基板方向延伸出包围第一中间电极小臂第二部的框。
进一步，所述负电极主体部连有位于下半桥绝缘基板上方的负电极大臂，负电极大臂左侧和/或右侧引出负电极小臂，负电极小臂连接负电极连接点；第一中间电极主体部连有位于下半桥绝缘基板上方的第一中间电极大臂，第一中间电极大臂左侧和/或右侧引出第一中间电极小臂，第一中间电极小臂连接第一中间电极连接点；负电极大臂与第一中间电极大臂平行且正对，两者之间设有绝缘层。这样有效增加了负电极大臂与第一中间电极大臂的正对面积，减小了负电极与第一中间电极之间的电流回路面积，减小了功率模块的杂散电感和损耗。
进一步，所述正电极主体部连有位于上半桥绝缘基板上方的正电极大臂，正电极大臂左侧和/或右侧引出正电极小臂，正电极小臂连接正电极连接点。这样能够通过调节正电极大臂的宽度从而均衡正电极与第二中间电极形成的回路的电阻以及杂散电感，提高了功率模块的动静态均流性能。
为了将绝缘基板上的芯片发生爆炸时产生的导电性气体与正电极大臂隔开，提高功率模块使用的安全性，所述正电极大臂与绝缘基板之间设有绝缘隔板，绝缘隔板上设有供正电极小臂穿过的孔。
进一步，所述正电极小臂包括由正电极大臂共面引出的正电极小臂第一部以及由正电极小臂第一部弯折引出的正电极小臂第二部，正电极小臂第二部连接正电极连接点，为了进一步将绝缘基板上的芯片发生爆炸时产生的导电性气体与正电极小臂隔开，提高功率模块使用的安全性，所述绝缘隔板上的孔朝绝缘基板方向延伸出包围正电极小臂第二部的框。
进一步，所述第二中间电极主体部连有位于上半桥绝缘基板上方的第二中间电极大臂，第二中间电极大臂左侧和/或右侧引出第二中间电极小臂，第二中间电极小臂连接第二中间电极连接点。这样能够通过调节第二中间电极电极大臂的宽度从而均衡正电极与第二中间电极形成的回路的电阻以及杂散电感，提高了功率模块的动静态均流性能。
为了将绝缘基板上的芯片发生爆炸时产生的导电性气体与第二中间电极大臂隔开，提高功率模块使用的安全性，所述第二中间电极大臂与绝缘基板之间设有绝缘隔板，绝缘隔板上设有供第二中间电极小臂穿过的孔。
进一步，所述第二中间电极小臂包括由第二中间电极大臂共面引出的第二中间电极小臂第一部以及由第二中间电极小臂第一部弯折引出的第二中间电极小臂第二部，第二中间电极小臂第二部连接第二中间电极连接点，为了进一步将绝缘基板上的芯片发生爆炸时产生的导电性气体与第二中间电极小臂隔开，提高功率模块使用的安全性，所述绝缘隔板上的孔朝绝缘基板方向延伸出包围第二中间电极小臂第二部的框。
进一步，所述正电极主体部连有位于上半桥绝缘基板上方的正电极大臂，正电极大臂左侧和/或右侧引出正电极小臂，正电极小臂连接正电极连接点；第二中间电极主体部连有位于上半桥绝缘基板上方的第二中间电极大臂，第二中间电极大臂左侧和/或右侧引出第二中间电极小臂，第二中间电极小臂连接第二中间电极连接点；正电极大臂与第二中间电极大臂平行且正对，两者之间设有绝缘层。这样有效增加了正电极大臂与第二中间电极大臂的正对面积，减小了正电极与第二中间电极之间的电流回路面积，减小了功率模块的杂散电感和损耗。
有益效果：
(1)本发明公开了一种组合式电极，其中负电极主体部与第一中间电极主体部、负电极连接部与第一中间电极连接部均平行正对设置，正电极主体部与第二中间电极主体部、正电极连接部与第二中间电极连接部也均平行正对设置，从而增大了负电极与第一中间电极之间、正电极与第二中间电极之间的正对面积，减小了负电极与第一中间电极之间、正电极与第二中间电极之间的电流回路面积，有效减小了组合式电极的杂散电感和损耗；
(2)本发明还公开了一种采用了该组合式电极的三电平大功率模块，有效减小了功率模块的杂散电感和损耗。
附图说明
图1为本发明的实施例1中组合式电极的立体图；
图2为图1的后方视图；
图3为本发明的实施例3中功率模块的立体图；
图4为本发明的实施例3中功率模块去掉组合式电极后的俯视图；
图5为本发明的实施例4中功率模块的立体图及局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的阐述。
本发明公开了一种组合式电极，下面以两个实施例为例，对组合式电极的结构加以介绍。
实施例1：
如图1、图2所示，该组合式电极包括负电极、第一中间电极、正电极和第二中间电极。负电极包括负电极连接部72，负电极连接部72侧端呈90°向左延伸出负电极主体部71，负电极连接部72顶部向左弯折出负电极引出部73。第一中间电极包括第一中间电极连接部82，第一中间电极连接部82的一个侧端呈90°向左延伸出第一中间电极主体部81，第一中间电极连接部82顶部向右弯折出第一中间电极引出部83。正电极包括正电极连接部93，正电极连接部93的一个侧端呈90°向左延伸出正电极第一主体部91，正电极连接部93的另一个侧端呈90°向右延伸出正电极第二主体部92，正电极连接部93顶部向左弯折出正电极引出部94。第二中间电极包括第二中间电极连接部103，第二中间电极连接部103的一个侧端呈90°向左延伸出第二中间电极第一主体部101，第二中间电极连接部103的另一个侧端呈90°向右延伸出第二中间电极第二主体部102，第二中间电极连接部103顶部向右弯折出第二中间电极引出部104。其中，第二中间电极第一主体部101与第一中间电极连接部82的另一个侧端相连。负电极连接部72与第一中间电极连接部82之间间隙、负电极主体部71与第一中间电极主体部81之间间隙、正电极连接部93与第二中间电极连接部103之间间隙、正电极第一主体部91与第二中间电极第一主体部101之间间隙，以及正电极第二主体部92与第二中间电极第二主体部102之间间隙均为0.1～2mm。
可见，负电极连接部72与第一中间电极连接部82、负电极主体部71与第一中间电极主体部81均平行正对设置，正电极连接部93与第二中间电极连接部103、正电极第一主体部91与第二中间电极第一主体部101、正电极第二主体部92与第二中间电极第二主体部102也均平行正对设置，且负电极引出部73与第一中间电极引出部83、正电极引出部94与第二中间电极引出部104均相背设置。由此带来的好处是，负电极与第一中间电极之间、正电极与第二中间电极之间的正对面积较大，使得负电极与第一中间电极之间、正电极与第二中间电极之间的电流回路面积较小，从而使得组合式电极的杂散电感和损耗较小。
此外，负电极连接部72与负电极主体部71之间的夹角、第一中间电极连接部82与第一中间电极主体部81之间的夹角、正电极连接部93与正电极第一主体部91之间的夹角，正电极连接部93与正电极第二主体部92之间的夹角、第二中间电极连接部103与第二中间电极第一主体部101之间的夹角以及第二中间电极连接部103与第二中间电极第二主体部102之间的夹角均可以为(0°，180°)这个开区间内的任意值。
实施例2：
如图1、图2所示，该组合式电极包括负电极、第一中间电极、正电极和第二中间电极。负电极包括负电极连接部72，负电极连接部72侧端呈90°向左延伸出负电极主体部71，负电极连接部72顶部向左弯折出负电极引出部73。第一中间电极包括第一中间电极连接部82，第一中间电极连接部82侧端呈90°向左延伸出第一中间电极主体部81，第一中间电极连接部82顶部向右弯折出第一中间电极引出部83。正电极包括正电极连接部93，正电极连接部93的一个侧端呈90°向左延伸出正电极第一主体部91，正电极连接部93的另一个侧端呈90°向右延伸出正电极第二主体部92，正电极连接部93顶部向左弯折出正电极引出部94。第二中间电极包括第二中间电极连接部103，第二中间电极连接部103的一个侧端呈90°向左延伸出第二中间电极第一主体部101，第二中间电极连接部103的另一个侧端呈90°向右延伸出第二中间电极第二主体部102，第二中间电极连接部103顶部向右弯折出第二中间电极引出部104。其中，第二中间电极第一主体部101与第一中间电极连接部82之间断开(图1和图2中未示出)。负电极连接部72与第一中间电极连接部82之间间隙、负电极主体部71与第一中间电极主体部81之间间隙、正电极连接部93与第二中间电极连接部103之间间隙、正电极第一主体部91与第二中间电极第一主体部101之间间隙，以及正电极第二主体部92与第二中间电极第二主体部102之间间隙均为0.1～2mm。
可见，负电极连接部72与第一中间电极连接部82、负电极主体部71与第一中间电极主体部81均平行正对设置，正电极连接部93与第二中间电极连接部103、正电极第一主体部91与第二中间电极第一主体部101、正电极第二主体部92与第二中间电极第二主体部102也均平行正对设置，且负电极引出部73与第一中间电极引出部83、正电极引出部94与第二中间电极引出部104均相背设置。由此带来的好处是，负电极与第一中间电极之间、正电极与第二中间电极之间的正对面积较大，使得负电极与第一中间电极之间、正电极与第二中间电极之间的电流回路面积较小，从而使得组合式电极的杂散电感和损耗较小。
此外，负电极连接部72与负电极主体部71之间的夹角、第一中间电极连接部82与第一中间电极主体部81之间的夹角、正电极连接部93与正电极第一主体部91之间的夹角，正电极连接部93与正电极第二主体部92之间的夹角、第二中间电极连接部103与第二中间电极第一主体部101之间的夹角以及第二中间电极连接部103与第二中间电极第二主体部102之间的夹角均可以为(0°，180°)这个开区间内的任意值。
本发明还公开了一种三电平大功率模块，下面以两个实施例为例，对功率模块的结构加以介绍。
实施例3：
如图3所示，功率模块包括排列成一行的六个绝缘基板，其中左边三个绝缘基板为下半桥绝缘基板，分别为第一下半桥绝缘基板1、第二下半桥绝缘基板2和第三下半桥绝缘基板3，右边三个绝缘基板为上半桥绝缘基板，分别为第一上半桥绝缘基板4、第二上半桥绝缘基板5和第三上半桥绝缘基板6。
如图4所示，第一下半桥绝缘基板1、第二下半桥绝缘基板2、第三下半桥绝缘基板3、第一上半桥绝缘基板4、第二上半桥绝缘基板5和第三上半桥绝缘基板6的右半区域内分别设有成列布置的第一负电极连接点15和第一下半桥中间电极连接点16、第二负电极连接点25和第二下半桥中间电极连接点26、第三负电极连接点35和第三下半桥中间电极连接点36、第一正电极连接点45和第一上半桥中间电极连接点46、第二正电极连接点55和第二上半桥中间电极连接点56，以及第三正电极连接点65和第三上半桥中间电极连接点66。其中，第一负电极连接点15、第二负电极连接点25和第三负电极连接点35统称为负电极连接点，第一下半桥中间电极连接点16、第二下半桥中间电极连接点26和第三下半桥中间电极连接点36统称为第一中间电极连接点，第一正电极连接点45、第二正电极连接点55和第三正电极连接点65统称为正电极连接点，第一上半桥中间电极连接点46、第二上半桥中间电极连接点56和第三上半桥中间电极连接点66统称为第二中间电极连接点。所有负电极连接点、第一中间电极连接点、正电极连接点和第二中间电极连接点呈矩阵排列。
功率模块采用了实施例1所述的组合式电极，如图3所示。负电极连接部72和第一中间电极连接部82均设置在第一上半桥绝缘基板4上，负电极主体部71和第一中间电极主体部81均自第一上半桥绝缘基板4延伸至第二下半桥绝缘基板2。正电极连接部93和第二中间电极连接部103均设置在第三上半桥绝缘基板6上，正电极第一主体部91自第三上半桥绝缘基板6延伸至第二上半桥绝缘基板5，正电极第二主体部92设置在第三上半桥绝缘基板6上，第二中间电极第一主体部101自第三上半桥绝缘基板6延伸至第一上半桥绝缘基板4并与第一中间电极连接部82的另一侧端相连，第二中间电极第二主体部102设置在第三上半桥绝缘基板6上。
如图1和图3所示，负电极主体部71的侧面垂直延伸出位于第二下半桥绝缘基板2上方的第一大臂21，第一大臂21左侧延伸出第一小臂23，第一小臂23连接第一负电极连接点15；如图2和图3所示，第一中间电极主体部81的侧面垂直延伸出位于第二下半桥绝缘基板2上方的第二大臂22，第二大臂22左侧延伸出第二小臂24，第二小臂24连接第一下半桥中间电极连接点16；如图2和图3所示，第一大臂21与第二大臂22平行正对设置于第二下半桥绝缘基板2上方，且第一大臂21位于第二大臂22上方。如图2和图3所示，负电极主体部71的侧面还垂直延伸出位于第三下半桥绝缘基板3上方的第三大臂31，第三大臂31左、右侧均延伸出第三小臂33，左边的第三小臂33连接第二负电极连接点25，右边的第三小臂33连接第三负电极连接点35；如图2和图3所示，第一中间电极主体部81的侧面还垂直延伸出位于第三下半桥绝缘基板3上方的第四大臂32，第四大臂32左、右侧均延伸出第四小臂34，左边的第四小臂34连接第二下半桥中间电极连接点26，右边的第四小臂34连接第三下半桥中间电极连接点36；如图2和图3所示，第三大臂31和第四大臂32平行正对设置于第三下半桥绝缘基板3上方，且第三大臂31位于第四大臂32上方。如图1和图3所示，正电极第一主体部91的侧面垂直延伸出位于第二上半桥绝缘基板5上方的第五大臂51，第五大臂51左、右侧均延伸出第五小臂53，左边的第五小臂53连接第一正电极连接点45，右边的第五小臂53连接第二正电极连接点55；如图1和图3所示，第二中间电极第一主体部101的侧面垂直延伸出位于第二上半桥绝缘基板5上方的第六大臂52，第六大臂52左、右侧均延伸出第六小臂54，左边的第六小臂54连接第一上半桥中间电极连接点46，右边的第六小臂54连接第二上半桥中间电极连接点56；如图1和图3所示，第五大臂51和第六大臂52平行正对设置于第二上半桥绝缘基板5上方，且第五大臂51位于第六大臂61上方。如图1、图2和图3所示，正电极第二主体部92的侧面垂直延伸出位于第三上半桥绝缘基板6上方的第七大臂61，第七大臂61右侧延伸出第七小臂63，第七小臂63连接第三正电极连接点65；如图1、图2和图3所示，第二中间电极第二主体部102的侧面垂直延伸出位于第三上半桥绝缘基板6上方的第八大臂62，第八大臂62右侧延伸出第八小臂64，第八小臂64连接第三上半桥中间电极连接点66；如图2和图3所示，第七大臂61和第八大臂62平行正对设置于第三上半桥绝缘基板6上方，且第七大臂61位于第八大臂62上方。其中，第一大臂21和第三大臂31统称为负电极大臂，第一小臂23和第三小臂33统称为负电极小臂，第二大臂22和第四大臂32统称为第一中间电极大臂，第二小臂24和第四小臂34统称为第一中间电极小臂，第五大臂51和第六大臂61统称为正电极大臂，第五小臂53和第六小臂63统称为正电极小臂，第六大臂52和第八大臂62统称为第二中间电极大臂，第六小臂54和第八小臂64统称为第二中间电极小臂。
第一大臂21、第三大臂31、第二大臂22和第四大臂32的引入带来的好处是，能够通过调节其中一个或多个大臂的宽度从而均衡负电极与第一中间电极形成的回路的电阻以及杂散电感，提高了功率模块的动静态均流性能。并且，由于第一大臂21与第二大臂22、第三大臂31与第四大臂32均平行正对设置，这样有效增加了第一大臂21与第二大臂22、第三大臂31与第四大臂32之间的正对面积，减小了负电极与第一中间电极之间的电流回路面积，减小了功率模块的杂散电感和损耗。第五大臂51、第七大臂61、第六大臂52和第八大臂62的引入带来的好处是，能够通过调节其中一个或多个大臂的宽度从而均衡正电极与第二中间电极形成的回路的电阻以及杂散电感，提高了功率模块的动静态均流性能。并且，由于第五大臂51与第六大臂52、第七大臂61与第八大臂62均平行正对设置，这样有效增加了第五大臂51与第六大臂52、第七大臂61与第八大臂62之间的正对面积，减小了正电极与第二中间电极之间的电流回路面积，减小了功率模块的杂散电感和损耗。
此外，下半桥绝缘基板上设有下半桥单元和下半桥续流单元，下半桥单元的发射极或源极连接负电极连接点，下半桥单元导通时，电流通过下半桥单元进行流通，下半桥单元关断时，电流通过下半桥续流单元进行流通；上半桥绝缘基板上设有上半桥单元和上半桥续流单元，上半桥单元的集电极或漏极连接正电极连接点，上半桥单元导通时，电流通过上半桥单元进行流通，上半桥单元关断时，电流通过上半桥续流单元进行流通。图4中标出了第一下半桥绝缘基板1上的下半桥单元和下半桥续流单元，也即第一下半桥单元17和第一下半桥续流单元18；还标出了第一上半桥绝缘基板4上的上半桥单元和上半桥续流单元，也即第一上半桥单元47和第一上半桥续流单元48。
如图4所示，所有下半桥单元共用一块下半桥门极绝缘基板213，用于连接所有下半桥单元的门极；所有下半桥续流单元共用一块下半桥续流门极绝缘基板321，用于连接所有下半桥续流单元的门极；每个下半桥绝缘基板上，下半桥中间电极连接点与下半桥续流门极绝缘基板321之间的距离小于负电极连接点与下半桥续流门极绝缘基板321之间的距离，负电极连接点与下半桥门极绝缘基板213之间的距离小于下半桥中间电极连接点与下半桥门极绝缘基板之间的距离。从而有效缩短了下半桥门极引线的长度，缩小了门极回路的面积，提高了功率模块工作的可靠性。
如图4所示，所有上半桥单元共用一块上半桥门极绝缘基板546，用于连接所有上半桥单元的门极；所有上半桥续流单元共用一块上半桥续流门极绝缘基板654，用于连接所有上半桥续流单元的门极；每个上半桥绝缘基板上，上半桥中间电极连接点与上半桥续流门极绝缘基板654之间的距离小于正电极连接点与上半桥续流门极绝缘基板654之间的距离，正电极连接点与上半桥门极绝缘基板546之间的距离小于上半桥中间电极连接点与上半桥门极绝缘基板546之间的距离。从而有效缩短了上半桥门极引线的长度，缩小了门极回路的面积，提高了功率模块工作的可靠性。
此外，功率模块中还可以不设任何大臂和小臂，也可以设置第一大臂21和第一小臂23、第二大臂22和第二小臂24、第三大臂31和第三小臂33、第四大臂32和第四小臂34、第五大臂51和第五小臂53、第六大臂52和第六小臂54、第七大臂61和第七小臂63，以及第八大臂62和第八小臂64这些组合大臂-小臂组合中的一种或者多种。
实施例4：
实施例4是在实施例3的基础上引入绝缘隔板构成的功率模块，与实施例3相同的部分就不再赘述，这里仅介绍在实施例3的基础上增加的部分。
为了防止绝缘基板上的芯片发生爆炸时，任意两个电极导通而导致电极拉弧和功率模块燃烧等危险状况，在第二大臂22、第四大臂32、第六大臂52和第八大臂62下方设有一块绝缘隔板11，如图5所示，绝缘隔板11位于绝缘基板上方，由第一下半桥绝缘基板1延伸至第三上半桥绝缘基板6。第一大臂21、第二大臂22和绝缘隔板11上分别设有第一固定孔211、第二固定孔(图5中未示出)和绝缘隔板第一固定孔(图5中未示出)，第一固定柱212由第二下半桥绝缘基板2向上延伸并顺次从绝缘隔板第一固定孔、第一固定孔211和第二固定孔中穿过，将绝缘隔板11与第一大臂21以及第二大臂22固定在一起，提高了功率模块的机械稳定性。第三大臂31、第四大臂32和绝缘隔板11上分别设有第三固定孔311、第四固定孔(图5中未示出)和绝缘隔板第二固定孔(图5中未示出)，第二固定柱312由第三下半桥绝缘基板3向上延伸并顺次从绝缘隔板第二固定孔、第三固定孔311和第四固定孔中穿过，将绝缘隔板11与第三大臂31以及第四大臂32固定在一起，提高了功率模块的机械稳定性。第五大臂51、第六大臂52和绝缘隔板11上分别设有第五固定孔(图5中未示出)、第六固定孔(图5中未示出)和绝缘隔板第三固定孔(图5中未示出)，第三固定柱(图5中未示出)由第一上半桥绝缘基板4向上延伸并顺次从绝缘隔板第三固定孔、第五固定孔和第六固定孔中穿过，将绝缘隔板11与第五大臂51以及第六大臂52固定在一起，提高了功率模块的机械稳定性。第七大臂61、第八大臂62和绝缘隔板11上分别设有第七固定孔611、第八固定孔(图5中未示出)和绝缘隔板第四固定孔(图5中未示出)，第四固定柱612由第二上半桥绝缘基板5向上延伸并顺次从绝缘隔板第四固定孔、第七固定孔611和第八固定孔中穿过，将绝缘隔板11与第七大臂61以及第八大臂62固定在一起，提高了功率模块的机械稳定性。此外，绝缘隔板11上还设有供第一小臂23和第二小臂24穿过的第一孔111、供第三小臂33和第四小臂34穿过的第二孔113、供第五小臂53和第六小臂54穿过的第三孔(图5中未示出)以及供第七小臂63和第八小臂64穿过的第四孔(图5中未示出)。绝缘隔板11的设置能够有效地将爆炸产生的导电性气体与所有电极隔开，提高了功率模块使用的安全性。
此外，绝缘隔板11上还可以不设有固定孔，第一固定柱212、第二固定柱312、第三固定柱和第四固定柱612均固定在绝缘隔板11上。
如图5所示，第一小臂23包括由第一大臂21共面引出的第一小臂第一部231以及由第一小臂第一部231朝绝缘基板方向弯折引出的第一小臂第二部232；如图5所示，第二小臂24包括由第二大臂22共面引出的第二小臂第一部221以及由第二小臂第一部221朝绝缘基板方向弯折引出的第二小臂第二部222；第三小臂33包括由第三大臂31共面引出的第三小臂第一部(图5中未示出)以及由第三小臂第一部朝绝缘基板方向弯折引出的第三小臂第二部(图5中未示出)；第四小臂34包括由第四大臂32共面引出的第四小臂第一部(图5中未示出)以及由第四小臂第一部朝绝缘基板方向弯折出的第四小臂第二部(图5中未示出)；第五小臂53包括由第五大臂51共面引出的第五小臂第一部(图5中未示出)以及由第五小臂第一部朝绝缘基板方向弯折引出的第五小臂第二部(图5中未示出)；第六小臂54包括由第六大臂52共面引出的第六小臂第一部(图5中未示出)以及由第六小臂第一部朝绝缘基板方向弯折引出的第六小臂第二部(图5中未示出)；第七小臂63包括由第七大臂61共面引出的第七小臂第一部(图5中未示出)以及由第七小臂第一部朝绝缘基板方向弯折引出的第七小臂第二部(图5中未示出)；第八小臂64包括由第八大臂62共面引出的第八小臂第一部(图5中未示出)以及由第八小臂第一部朝绝缘基板方向弯折引出的第八小臂第二部(图5中未示出)。
为了进一步将绝缘基板上的芯片发生爆炸时产生的导电性气体与各个小臂隔开，提高功率模块使用的安全性，第一孔111朝绝缘基板方向延伸出包围第一小臂第二部232和第二小臂第二部222的第一框112，如图5中的局部放大图所示；第二孔113朝绝缘基板方向延伸出包围第三小臂第二部和第四小臂第二部的第二框(图5中未示出)；第三孔朝绝缘基板方向延伸出包围第五小臂第二部和第六小臂第二部的第三框(图5中未示出)；第四孔朝绝缘基板方向延伸出包围第七小臂第二部和第八小臂第二部的第四框(图5中未示出)。
此外，绝缘隔板11的设置还可以有以下几种情况：第一种是，绝缘隔板11单独设置在某一个大臂与绝缘基板之间；第二种是，绝缘隔板11分别设置在某几个大臂与绝缘基板之间；第三种是，绝缘隔板11分别设置在负电极与绝缘基板之间、第一中间电极与绝缘基板之间、正电极与绝缘基板之间和第二中间电极与绝缘基板之间；第四种是，绝缘隔板11设置在负电极与绝缘基板之间、第一中间电极与绝缘基板之间、正电极与绝缘基板之间以及第二中间电极与绝缘基板之间中的一个位置处；第五种是，绝缘隔板11设置在负电极与绝缘基板之间、第一中间电极与绝缘基板之间、正电极与绝缘基板之间以及第二中间电极与绝缘基板之间中的多个位置处。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (24)

1.一种组合式电极，包括负电极、第一中间电极、正电极和第二中间电极，负电极包括负电极主体部(71)和负电极连接部(72)，第一中间电极包括第一中间电极主体部(81)和与负电极连接部(72)平行正对的第一中间电极连接部(82)，正电极包括正电极主体部和正电极连接部(93)，第二中间电极包括第二中间电极主体部和与正电极连接部(93)平行正对的第二中间电极连接部(103)，其特征在于：负电极连接部(72)侧端呈角度延伸出负电极主体部(71)，负电极连接部(72)顶部弯折出负电极引出部(73)；第一中间电极连接部(82)侧端呈角度延伸出与负电极主体部(71)平行正对的第一中间电极主体部(81)，第一中间电极连接部(82)顶部弯折出第一中间电极引出部(83)；正电极连接部(93)侧端呈角度延伸出正电极主体部，正电极连接部(93)顶部弯折出正电极引出部(94)；第二中间电极连接部(103)侧端呈角度延伸出与正电极主体部平行正对的第二中间电极主体部，第二中间电极连接部(103)顶部弯折出第二中间电极引出部(104)；负电极主体部(71)与第一中间电极主体部(81)之间、负电极连接部(72)与第一中间电极连接部(82)之间、正电极主体部与第二中间电极主体部之间，以及正电极连接部(93)与第二中间电极连接部(103)之间均设有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的组合式电极，其特征在于：所述负电极引出部(73)与第一中间电极引出部(83)相背设置，正电极引出部(94)与第二中间电极引出部(104)相背设置。
3.根据权利要求2所述的组合式电极，其特征在于：所述负电极引出部(73)的弯折方向与负电极主体部(71)的延伸方向一致。
4.根据权利要求2所述的组合式电极，其特征在于：所述正电极主体部包括由正电极连接部(93)两侧端向相反方向延伸的正电极第一主体部(91)和正电极第二主体部(92)，正电极引出部(94)的弯折方向与正电极第一主体部(91)的延伸方向一致。
5.根据权利要求2所述的组合式电极，其特征在于：所述第二中间电极主体部包括由第二中间电极连接部(103)两侧端向相反方向延伸的第二中间电极第一主体部(101)和第二中间电极第二主体部(102)，第二中间电极引出部(104)的弯折方向与第二中间电极第一主体部(101)的延伸方向相反。
6.根据权利要求5所述的组合式电极，其特征在于：第二中间电极第一主体部(101)与第一中间电极连接部(82)侧端相连。
7.一种三电平大功率模块，其特征在于：采用如权利要求1至6中任意一项所述的组合式电极。
8.根据权利要求7所述的三电平大功率模块，其特征在于：还包括绝缘基板，绝缘基板包括下半桥绝缘基板和上半桥绝缘基板，下半桥绝缘基板上设有负电极连接点和第一中间电极连接点，负电极主体部(71)连接负电极连接点，第一中间电极主体部(81)连接第一中间电极连接点，上半桥绝缘基板上设有正电极连接点和第二中间电极连接点，正电极主体部连接正电极连接点，第二中间电极主体部连接第二中间电极连接点。
9.根据权利要求8所述的三电平大功率模块，其特征在于：所有负电极连接点、第一中间电极连接点、正电极连接点和第二中间电极连接点呈矩阵排列。
10.根据权利要求8所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述负电极、第一中间电极、正电极和第二中间电极中的任意一种电极或多种电极与绝缘基板之间设有绝缘隔板。
11.根据权利要求8所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述负电极主体部(71)连有位于下半桥绝缘基板上方的负电极大臂，负电极大臂左侧和/或右侧引出负电极小臂，负电极小臂连接负电极连接点。
12.根据权利要求11所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述负电极大臂与绝缘基板之间设有绝缘隔板，绝缘隔板上设有供负电极小臂穿过的孔。
13.根据权利要求12所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述负电极小臂包括由负电极大臂共面引出的负电极小臂第一部以及由负电极小臂第一部弯折引出的负电极小臂第二部，负电极小臂第二部连接负电极连接点，所述绝缘隔板上的孔朝绝缘基板方向延伸出包围负电极小臂第二部的框。
14.根据权利要求8所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述第一中间电极主体部(81)连有位于下半桥绝缘基板上方的第一中间电极大臂，第一中间电极大臂左侧和/或右侧引出第一中间电极小臂，第一中间电极小臂连接第一中间电极连接点。
15.根据权利要求14所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述第一中间电极大臂与绝缘基板之间设有绝缘隔板，绝缘隔板上设有供第一中间电极小臂穿过的孔。
16.根据权利要求15所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述第一中间电极小臂包括由第一中间电极大臂共面引出的第一中间电极小臂第一部以及由第一中间电极小臂第一部弯折引出的第一中间电极小臂第二部，第一中间电极小臂第二部连接第一中间电极连接点，所述绝缘隔板上的孔朝绝缘基板方向延伸出包围第一中间电极小臂第二部的框。
17.根据权利要求8所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述负电极主体部(71)连有位于下半桥绝缘基板上方的负电极大臂，负电极大臂左侧和/或右侧引出负电极小臂，负电极小臂连接负电极连接点；第一中间电极主体部(81)连有位于下半桥绝缘基板上方的第一中间电极大臂，第一中间电极大臂左侧和/或右侧引出第一中间电极小臂，第一中间电极小臂连接第一中间电极连接点；负电极大臂与第一中间电极大臂平行且正对，两者之间设有绝缘层。
18.根据权利要求8所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述正电极主体部连有位于上半桥绝缘基板上方的正电极大臂，正电极大臂左侧和/或右侧引出正电极小臂，正电极小臂连接正电极连接点。
19.根据权利要求18所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述正电极大臂与绝缘基板之间设有绝缘隔板，绝缘隔板上设有供正电极小臂穿过的孔。
20.根据权利要求19所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述正电极小臂包括由正电极大臂共面引出的正电极小臂第一部以及由正电极小臂第一部弯折引出的正电极小臂第二部，正电极小臂第二部连接正电极连接点，所述绝缘隔板上的孔朝绝缘基板方向延伸出包围正电极小臂第二部的框。
21.根据权利要求8所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述第二中间电极主体部连有位于上半桥绝缘基板上方的第二中间电极大臂，第二中间电极大臂左侧和/或右侧引出第二中间电极小臂，第二中间电极小臂连接第二中间电极连接点。
22.根据权利要求21所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述第二中间电极大臂与绝缘基板之间设有绝缘隔板，绝缘隔板上设有供第二中间电极小臂穿过的孔。
23.根据权利要求22所述的三电平大功率模块，其特征在于：所述第二中间电极小臂包括由第二中间电极大臂共面引出的第二中间电极小臂第一部以及由第二中间电极小臂第一部弯折引出的第二中间电极小臂第二部，第二中间电极小臂第二部连接第二中间电极连接点，所述绝缘隔板上的孔朝绝缘基板方向延伸出包围第二中间电极小臂第二部的框。
24.根据权利要求8所述的组合式电极的三电平大功率模块，其特征在于：所述正电极主体部连有位于上半桥绝缘基板上方的正电极大臂，正电极大臂左侧和/或右侧引出正电极小臂，正电极小臂连接正电极连接点；第二中间电极主体部连有位于上半桥绝缘基板上方的第二中间电极大臂，第二中间电极大臂左侧和/或右侧引出第二中间电极小臂，第二中间电极小臂连接第二中间电极连接点；正电极大臂与第二中间电极大臂平行且正对，两者之间设有绝缘层。
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Application publication date: 20160720

Assignee: No.55 Inst., China Electronic Science and Technology Group Corp.

Assignor: YANGZHOU GUOYANG ELECTRONIC CO., LTD.

Contract record no.: 2018320000201

Denomination of invention: Combined electrode and three-level high power module thereof

Granted publication date: 20170524

License type: Common License

Record date: 20181012