CN109004847B - 功率转换器 - Google Patents

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Abstract

一种功率转换器，半导体模块内置有构成功率转换器电路的半导体元件。平滑电容构造成对施加到半导体模块的直流电压进行平滑。成对的正汇流条和负汇流条构造成将半导体模块与平滑电容电连接。正汇流条与负汇流条布置成以在其间具有预定间隔的方式彼此面对。放电电阻经由正汇流条和负汇流条与平滑电容并联连接，并构造成使得存储在平滑电容中的电荷作为放电电流流过放电电阻，正汇流条和负汇流条嵌接在放电电阻与平滑电容之间。

Description

功率转换器
技术领域
本发明涉及一种功率转换器，每个功率转换器包括：用于将直流(DC)电压平滑为交流(AC)电压的平滑电容；以及与平滑电容并联连接的放电电阻。
背景技术
将直流电转换成交流电和/或将交流电转换为直流电的功率转换器包括半导体模块，在每个半导体模块中集成有诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)之类的半导体元件。功率转换器还包括电连接到半导体模块的平滑电容。日本专利申请公报第2012-217322号，其亦被称为公布的专利文献，便是这种功率转换器的一个示例。
在公布的专利文献中公开的功率转换器，其亦被称为现有功率转换器，执行半导体元件的开关切换操作，从而将从直流电源供给的直流电转换成交流电。现有的功率转换器还使用平滑电容来使供给至半导体元件的直流电平滑。
半导体模块和平滑电容通过成对的正汇流条和负汇流条彼此电连接。现有的功率转换器还包括放电电阻，上述放电电阻经由正汇流条和负汇流条而并联连接到平滑电容。负汇流条连接到地面。
也就是说，现有的功率转换器能够使存储在平滑电容中的电荷，作为放电电流经由放电电阻放电到地面。
流过放电电阻的放电电流会导致放电电阻的温度升高，导致从放电电阻产生热量。放电电阻产生的热量会经由成对的正汇流条和负汇流条而被传导至平滑电容。
由于每个正汇流条和负汇流条包括金属板，因此，每个汇流条和负汇流条都具有相对较高的热容量。即使放电电阻产生的热量被传导至成对的正汇流条和负汇流条，每个正汇流条和负汇流条的高热容量也会引起正汇流条和负汇流条的温度些许升高，从而导致更少量的热量从正汇流条和负汇流条而被传导到平滑电容。因此，现有的功率转换器会限制平滑电容的温度升高。
发明内容
在现有的电力变换器中存在改进空间，以进一步限制平滑电容的温度升高。也就是说，放电电阻产生的热量可以通过三种方式传递至平滑电容：热传导、热对流以及热辐射。
也就是说，热传导是指，放电电阻产生的热量的第一分量通过成对的正汇流条和负汇流条传递至平滑电容，其中，成对的上述正汇流条和负汇流条在放电电阻与平滑电容之间直接连接。
热对流是指，放电电阻产生的热量的第二分量通过功率转换器周围的空气对流而被传递至平滑电容。
热辐射是指，放电电阻产生的热量的第三分量通过辐射而被传递至平滑电容。
遗憾的是，现有的功率转换器可能仅着重于通过热传导从放电电阻传递到平滑电容的热量的第一分量，这可能导致平滑电容的温度因以下两点而升高：
(1)热量的第二分量通过热对流而从放电电阻被传递至平滑电容；
(2)热量的第三分量通过辐射而从放电电阻被传递至平滑电容。
鉴于上述情况，本公开的示例性方面寻求提供一种功率转换器，每个上述功率转换器能够比现有的功率转换器更严格地限制平滑电容的温度升高。
根据本公开的示例性方面，提供了一种功率转换器。功率转换器包括：半导体模块，上述半导体模块内置有构成功率转换器电路的半导体元件；以及平滑电容，上述平滑电容构造成对施加到半导体模块的直流电压进行平滑。功率转换器包括成对的正汇流条和负汇流条，成对的上述正汇流条和负汇流条构造成将半导体模块与平滑电容电连接。正汇流条与负汇流条布置成以在其间具有预定空间的方式彼此面对。功率转换器包括放电电阻，上述放电电阻经由正汇流条和负汇流条与平滑电容并联连接，并构造成使得存储在平滑电容中的电荷作为放电电流流过放电电阻。正汇流条和负汇流条嵌接在放电电阻与平滑电容之间。
这种构造使得成对的正汇流条和负汇流条能够对平滑电容进行屏蔽，以免受到如下热分量的影响：通过热对流从放电电阻传递的热分量；以及通过辐射从放电电阻传递的热分量。这使得平滑电容模块的温度升高得以抑制。
特别地，功率转换器构造成使得两个正汇流条和负汇流条布置在放电电阻与平滑电容之间，而不是在放电电阻与平滑电容之间布置单个直流汇流条。因此，两个正汇流条和负汇流条能更有效地对平滑电容进行屏蔽，以免受到如下热分量的影响：通过热对流从放电电阻传递的热分量；以及通过辐射从放电电阻传递的热分量。
功率转换器的放电电阻经由正汇流条和负汇流条电连接到平滑电容。这种构造导致通过热传导从放电电阻传递至平滑电容模块的热量减少。
具体而言，由于每个正汇流条和负汇流条具有相对较高的热容量，因此，当放电电阻产生的热量首先传递至正汇流条和负汇流条时，每个正汇流条和负汇流条的温度升高得到抑制，从而减少了从正汇流条和负汇流条向平滑电容的热量传递。因此，这防止了基于从放电电阻经由正汇流条和负汇流条向平滑电容的热传导的大量热流动。
总而言之，功率转换器的成对的正汇流条和负汇流条能够：
(1)对平滑电容进行屏蔽，以免受到如下热量的影响：通过热对流从放电电阻传递的热量；以及通过辐射从放电电阻传递的热量；
(2)限制基于从放电电阻向平滑电容的热传导的高热量传递。
因此，这使得平滑电容的温度升高得以有效限制。
附图说明
参照附图，本发明的其它方面将从实施例的以下说明中变得明确，其中：
图1是沿着图2的线I-I剖取的根据本公开第一实施例的功率转换器的剖视图；
图2是沿着图1的线II-II剖取的剖视图，其示出了已移除了半导体模块组件的功率转换器；
图3是沿着图2的线III-III剖取的剖视图；
图4是示出已将正汇流条从图3所示的功率转换器移除的功率转换器的剖视图；
图5是示出图4所示的功率转换器的剖视图，其示出了功率转换器，但为清楚起见而移除了负汇流条；
图6是从平滑电容模块一侧观察安装基座时的安装基座的放大图；
图7是放电电阻和安装基座的放大图；
图8是沿着图3的线VIII-VIII剖取的剖视图；
图9是图1所示的功率转换器的电路图；
图10是与图1相对应的根据本公开第二实施例的功率转换器的剖视图；
图11是图10所示的功率转换器的主要部件的放大图。
具体实施方式
以下参照附图来描述本发明的示例性实施例。
第一实施例
以下参照图1至图9来描述根据第一实施例的功率转换器1。
例如，参照图1至图9，功率转换器1包括半导体模块2、平滑电容模块3、成对的直流汇流条4以及放电电阻5。每个半导体模块2内置有诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)之类的半导体元件20，上述半导体元件20构成功率转换器电路10。平滑电容模块3可操作地使施加到半导体模块2的直流电压平滑。
直流汇流条4包括正汇流条4P和负汇流条4N。半导体模块2与平滑电容模块3通过正汇流条4P和负汇流条4N彼此电连接。放电电阻5经由正汇流条4P和负汇流条4N而与平滑电容模块3并联连接。负汇流条4N被连接到地面。也就是说，功率转换器1能够使存储在平滑电容模块3中的电荷，作为放电电流经由放电电阻5放电到地面。
图1和图2示出正汇流条4P和负汇流条4N布置在放电电阻5与平滑电容模块3之间。
根据第一实施例的功率转换器1安装在诸如电动车辆或混合动力车辆之类的车辆中。
功率转换器1还包括滤波电容83和电感器即电抗器84。半导体模块2包括两个第一半导体模块2a和第二半导体模块2b。第一半导体模块2a、薄膜电容83和电感器84构成升压器101，而第二半导体模块2b和平滑电容模块3构成逆变器电路102。
例如，如图9所示，第二半导体模块2b包括第一组三个半导体模块2b和第二组三个半导体模块2b。第一组三个半导体模块2b连接到第一三相交流电动机82a，而第二组三个半导体模块2b连接到第二三相交流电动机82b。
升压器101升高从直流电源81供给的直流电压。逆变器电路102的第一组三个半导体模块2b将升高的直流电压转换成交流电压，并将交流电压供给至第一三相交流电动机82a，从而驱动第一三相交流电动机82a。类似地，逆变器电路102的第二组三个半导体模块2b将升高的直流电压转换成交流电压，并将交流电压供给至第二三相交流电动机82b，从而驱动第二三相交流电动机82b。驱动第一三相交流电动机82a和第二三相交流电动机82b使得车辆行驶。
在放电电阻5与平滑电容模块3之间没有任何开关的情况下，将放电电阻5与平滑电容模块3并联连接，使得在功率转换器1运行时，存储在平滑电容模块3中的电荷能够作为放电电流经由放电电阻5放电到地面。也就是说，即使因功率转换器1中发生故障而导致功率转换器1停机，放电电阻5也能够将存储在电容模块3中的电荷通过该放电电阻5放电到地面，从而导致平滑电容模块3两端的电压在更短时间内降低。这可防止将电击传递至使用者。
参照图1和图2，功率转换器1包括长方体平行管状的外壳、即壳体7，上述壳体7由例如金属材料制成，并且包括内部中空容器空间。也就是说，外壳7包括：相对的底壁7a和顶壁7b；第一成对的相对的侧壁7c、7d；以及第二成对的相对的侧壁7e、7f。也就是说，外壳7具有构成外壳7的侧壁7a至7f。
平滑电容模块3配置在底壁7a的内底面上。
注意，如某些附图所示，与外壳7的底壁7a及顶壁7b均垂直地延伸的方向定义为竖直方向、即Z方向，与第一成对的侧壁7c、7d垂直地延伸的方向定义为纵向方向、即Y方向，而与第二成对的侧壁7e、7f垂直地延伸的方向定义为横向方向、即X方向。
功率转换器1包括矩形板状安装基座6，上述安装基座6被平滑电容模块3支承。正汇流条4P和负汇流条4N安装到安装基座6，而放电电阻5也安装到安装基座6。特别地，安装基座6嵌接在放电电阻5与正汇流条4P及负汇流条4N之间。
特别地，如图1、图2和图7所示，安装基座6具有第一主表面S1和第二主表面S2，上述第二主表面S2与第一主表面S1相对。放电电阻5具有大致矩形板状的形状，而功率转换器1包括供放电电阻5安装的金属板状支架52，而供放电电阻5安装的支架52被安装在安装基座6的第一主表面S1上。
参照图3和图4，每个正汇流条4P和负汇流条4N具有大致矩形板状的形状。参照图1和图2，功率转换器1具有大致片状的绝缘构件41，上述绝缘构件41嵌接在正汇流条4P与负汇流条4N之间。换言之，正汇流条4P和负汇流条4N分别安装在绝缘构件41的相对的第一主表面和第二主表面上，以便绝缘构件41将正汇流条4P与负汇流条4N彼此电绝缘。这导致正汇流条4P、绝缘构件41和负汇流条4N具有堆栈构造。例如，可以使用绝缘纸作为绝缘构件41。
参照图1和图2，平滑电容模块3包括通用正电极30P、通用负电极30N、电容单元31、正端子32P、负端子32N、大致长方体平行管状的壳体33以及填料构件34。壳体33由例如树脂材料制成，且具有开口顶壁和底壁，上述底壁与开口顶壁相对，壳体33的底壁安装在外壳7的底壁7a的内表面上。
例如，根据第一实施例的平滑电容模块3包括三个电容单元31。每个电容单元31具有相对的第一端部和第二端部，通用正电极30P安装在电容单元31的第一端部上，而通用负电极30N安装在电容单元31的第二端部上，从而形成电容组件。
包括电容单元31的电容组件安装在壳体33中，同时填料构件34填充在壳体33中，以便电容单元31沿Y方向布置(见图1)，其中，上述电容单元31嵌接在通用正电极30P与通用负电极30N之间。
每个通用正电极30P和通用负电极30N具有：第一侧，上述第一侧面对外壳7的侧壁7c；以及第二侧，上述第二侧面对外壳7的侧壁7d。
每个正端子32P和负端子32N具有板状的杆形状。例如，根据第一实施例的电容模块3包括两个正端子32P和两个负端子32N。每个正端子32P在其长度方向上具有相对的第一端部和第二端部，且正端子32P的第一端部被接合到在填料构件34中的通用正电极30P的第一侧。类似地，每个负端子32N在其长度方向上具有相对的第一端部和第二端部，且负端子32N的第一端部接合到在填料构件34中的通用负电极30N的第一侧。
第一端部接合到通用正电极30P第一侧的每个正端子32P经由壳体33的开口顶壁从填料构件34部分地露出，每个正端子32P的露出部分包括该正端子32P的第二端部。类似地，第一端部接合到通用负电极30N第一侧的每个负端子32N经由壳体33的开口顶壁从填料构件34部分地露出，每个负端子32N的露出部分包括该负端子32N的第二端部。
每个正端子32P的露出部分构造成：
(1)在Z方向上朝向顶壁7b延伸预定长度；
(2)之后弯曲以在Y方向上朝向外壳7的侧壁7c延伸预定长度；
(3)之后弯曲以在Z方向上朝向顶壁7b延伸预定长度；
(4)之后弯曲以在Y方向上朝向外壳7的侧壁7c延伸预定长度。
也就是说，每个正端子32P的第二端部构造成安装边缘32PA，其中，正汇流条4P相应的电容连接器部49P通过螺栓69a紧固到上述安装边缘32PA(见图1至图3)。电容连接器部49P被紧固到正端子32P的各个安装边缘32PA的正汇流条4P被布置成在X方向和Y方向上延伸，以面对电容模块3。
换言之，平滑电容模块3的正端子32P牢固地支承正汇流条4P。
类似地，每个负端子32N的露出部分构造成：
(1)在Z方向上朝向顶壁7b延伸预定长度；
(2)之后弯曲以在Y方向上朝向外壳7的侧壁7c延伸预定长度；
(3)之后弯曲以在Z方向上朝向顶壁7b延伸预定长度；
(4)之后弯曲以在Y方向上朝向外壳7的侧壁7c延伸预定长度。
也就是说，每个负端子32N的第二端部构造成安装边缘32NA，其中，负汇流条4N相应的电容连接器部49N通过螺栓69b紧固到上述安装边缘32NA(见图1、图2和图4)。电容连接器部49N被紧固到负端子32N的各个安装边缘32NA的负汇流条4N被布置成在X方向和Y方向上延伸，以面对电容模块3。
换言之，平滑电容模块3的负端子32N牢固地支承负汇流条4N。
由于正汇流条4P、负汇流条4N以及放电电阻5安装于安装基座6，因此，电容模块3的正端子32P和负端子32N牢固地对包括安装基座6、正汇流条4P、负汇流条4N以及放电电阻5的组件进行支承。安装基座6也固定到外壳7。
每个半导体模块2包括半导体封装件20，上述半导体封装件20具有长方体平行管形状。半导体封装件20具有相对的顶面和底面。半导体封装件21包括：诸如IGBT之类的成对的上臂半导体元件和下臂半导体元件20；以及成对的二极管D，成对的上述二极管D被封入上述半导体封装件21内，上臂半导体元件和下臂半导体元件20串联连接，且每个二极管D反向并联连接到上臂半导体元件和下臂半导体元件20中的相应一个(见图9)。
特别地，各个第一半导体模块2a和第二半导体模块2b的上臂半导体元件和下臂半导体元件的串联电路彼此并联连接。
参照图1、图3、图4和图5，半导体模块2彼此集成以构成后述的半导体模块组件100，且在Z方向上，半导体模块组件100布置在平滑电容模块3和正汇流条4P、负汇流条4N的上方，使得每个半导体模块2的半导体封装件21的长度方向沿着Y方向布置。
每个半导体模块2还包括电源端子22，每个电源端子22具有板状的棒形状，且从半导体封装件21的底面向下延伸。电源端子22包括：正电源端子22P，上述正电源端子22P连接到正汇流条4P；负电源端子22N，上述负电源端子22N连接到负汇流条4N；以及交流电源端子22A，上述交流电源端子22A连接到第一三相交流电动机82a和第二三相交流电动机82b中的相应一个(见图9)。
每个半导体模块2还包括诸如各个半导体元件20的栅极端子之类的控制端子23，上述控制端子23从半导体模块2的半导体封装件21的顶面向上延伸。
外壳7包括各自具有矩形板状形状的第一附接壁70I1和第二附接壁70I2。第一附接壁70I1从侧壁7c、7e、7f连续延伸而位于放电电阻5的上方，第一附接壁70I1面对放电电阻5。第二附接壁70I2从侧壁7d、7e、7f连续延伸而面对第一附接壁70I1，使得沿Y方向在第一附接壁70I1与第二附接壁70I2之间设置有空间。
功率转换器1包括矩形板状的控制电路板14。控制电路板14具有第一边缘和第二边缘，且上述控制电路板14布置成第一边缘和第二边缘位于各个第一附接壁70I1和第二附接壁70I2的上方。控制电路板14的第一边缘和第二边缘通过螺栓B紧固到各个第一附接壁70I1和第二附接壁70I2。这导致控制电路板14位于半导体模块2的上方。
特别地，半导体模块2布置在外壳7中，使得半导体模块2的顶面面对设置在第一附接壁70I1与第二附接壁70I2之间的空间。
控制电路板14包括安装到该控制电路板14的控制电路。从每个半导体模块2的半导体封装件21的顶面向上延伸的控制端子23连接到控制电路板14的控制电路。也就是说，控制电路板14的控制电路对每个半导体元件20的接通断开切换操作进行控制。
参照图1至图5，功率转换器1包括冷却机构11，上述冷却机构11用于冷却半导体模块2。冷却机构11包括冷却管12和接合管13，上述接合管13用于能连通地将冷却管12连接。每个冷却管12具有大致矩形板状的形状，且在Y方向上具有比每个半导体模块在Y方向上的纵向长度长的纵向长度。参照图1和图5，半导体模块2和冷却管12沿X方向交替布置，以构成半导体模块组件100、即半导体模块堆栈100，使得两个冷却管12C1、12C2在X方向上位于半导体模块组件100的两端处。
每个冷却管12在其长度方向、即Y方向上具有相对的第一端部12a和第二端部12b。接合管13包括：第一接合管13a，上述第一接合管13a能连通地将冷却管12的第一端部12a连接；以及第二接合管13b，上述第二接合管13b能连通地将冷却管12的第二端部12b连接。冷却机构12布置成冷却管12的第一端部12a位于比冷却管12的第二端部12b更靠近放电电阻5处。
半导体模块组件100位于正汇流条4P和负汇流条4N的上方，以靠近放电电阻5。换言之，放电电阻5被侧壁7c、7f、第一附接壁70I1以及冷却结构11的冷却管12的第一端部12a包围。
具体而言，如图1所示，在Y方向上，放电电阻5夹在外壳7的侧壁7c与冷却机构11的冷却管12的第一端部12a之间。另外，第一附接壁70I1布置成在Z方向上面对放电电阻5，而在半导体模块2的堆栈方向、即X方向上，放电电阻5位于靠近外壳7的侧壁7f处(见图5)。
参照图5，功率转换器1包括导入管16和排出管17。冷却管12C2位于比冷却管12C1更靠近外壳7的侧壁7f处。冷却管12C2具有相对的第一端部和第二端部，冷却管12C2的第一端部位于比冷却管12C2的第二端部更靠近侧壁7d处。特别地，冷却管12C2与外壳7的侧壁7f直接接触。
导入管16气密地贯穿外壳7的侧壁7f，从而能连通地连接到冷却机构11的冷却管12C2的第一端部。排出管17气密地贯穿外壳7的侧壁7f，从而能连通地连接到冷却机构11的冷却管12C2的第二端部12b。当将预定的制冷剂18导入到导入管16后，制冷剂18从冷却管12的第二端部12b经由第二接合管13b流入所有冷却管12，并到达所有冷却管12的第一端部12a。之后，制冷剂18流过第一接合管13a而从排出管17排出。也就是说，重复进行将制冷剂18导入冷却管12和将制冷剂18从冷却管12排出，从而对半导体模块2进行冷却。
功率转换器1包括按压构件15，上述按压构件15位于冷却结构11的冷却管12C1与外壳7的侧壁7e的内表面之间。例如，使用板簧作为按压构件15。具体而言，按压构件15在X方向、即半导体模块2的堆栈方向上将冷却管12C1弹性按压到外壳7的相对侧壁7f，从而将半导体模块组件100牢固地紧固到外壳7，同时确保每个半导体模块2与和该半导体模块2相邻的对应成对的冷却管12之间的接触压力。
参照图3，板状的正汇流条4P具有在Y方向上相对的第一端部和第二端部，第一端部面对外壳7的侧壁7c，而第二端部面对外壳7的侧壁7d。如上所述，正汇流条4P包括电容连接器部49P，上述电容连接器部49P从上述正汇流条4P的第一端部朝向侧壁7c延伸而通过螺栓69a紧固到正端子32P的各个安装边缘32PA。
类似地，板状的负汇流条4N具有在Y方向上相对的第一端部和第二端部，第一端部面对外壳7的侧壁7c，而第二端部面对外壳7的侧壁7d。如上所述，负汇流条4N包括电容连接器部49N，上述电容连接器部49N从上述负汇流条4N的第一端部朝向侧壁7c延伸而通过螺栓69b紧固到负端子32N的各个安装边缘32NA。
特别地，电容连接器部49P和电容连接器部49N在X方向上交替布置，而绝缘构件41具有延伸部，上述延伸部局部地延伸以安装在各个电容连接器部49P上。
正汇流条4P具有在X方向上相对的第三端部和第四端部，第三端部面对外壳7的侧壁7e，而第四端部面对外壳7的侧壁7f。负汇流条4N包括电阻连接器部48N，上述电阻连接器部48N从上述负汇流条4N的第三端部朝向侧壁7e延伸以电连接到放电电阻5。
具体而言，如后所述，具有相对的第一端部510a和第二端部510b的导线51P在第一端部510a处电连接到放电电阻5，且导线51P从放电电阻5延伸而在第二端部510b处通过螺栓69c紧固到电阻连接器部48P(见图3)。这使得放电电阻5能够电连接到正汇流条4P。
参照图3，正汇流条4P还包括通孔47P，上述通孔47P形成为穿过上述正汇流条4P的第二端部。通孔47P布置成面对半导体模块2的各个正电源端子22P。也就是说，当半导体模块2的正电源端子22P配合于各个通孔47P时，正电源端子22P焊接到正汇流条4P。
参照图8，正汇流条4P的电阻连接器部48P在Z方向上的厚度比正汇流条4P在Z方向上的其余部分的厚度薄。这使得导线51P能够容易地紧固到正汇流条4P的电阻连接器部48P。
另外，正汇流条4P的电阻连接器部48P具有比正汇流条4P的其余部分的热阻更高的热阻。
这会阻碍放电电阻5产生并藉由导线51P传递的热量，经由电阻连接器部48P朝向平滑电容模块3传递。特别地，导线51P的第二端部510b形成为圆形端子。也就是说，已插入导线51P的圆形端子510b的螺栓69c被螺纹紧固到正汇流条4P的电阻连接器部48P，且还被螺纹紧固到安装基座6。
类似地，负汇流条4N具有在X方向上相对的第三端部和第四端部，第三端部面对外壳7的侧壁7e，而第四端部面对外壳7的侧壁7f。负汇流条4N包括电阻连接器部48N，上述电阻连接器部48N从上述负汇流条4N的第三端部朝向侧壁7e延伸，以电连接到放电电阻5。具体而言，如后所述，具有相对的第一端部510c和第二端部510d的导线51N在第一端部510c处被电连接到放电电阻5，且导线51N从放电电阻5延伸，以在第二端部510d处通过螺栓69d紧固到电阻连接器部48N(见图4)。这使得放电电阻5能够电连接到负汇流条4N。
参照图4，负汇流条4N还包括通孔47N，上述通孔47N形成为穿过上述负汇流条4N的第二端部。通孔47N布置成面对半导体模块2的各个负电源端子22N。也就是说，当半导体模块2的负电源端子22N配合于各个通孔47N时，负电源端子22N焊接到负汇流条4N。
与图8所示的电阻连接器部48P相同，负汇流条4N的电阻连接器部48N在Z方向上的厚度比负汇流条4N在Z方向上的其余部分的厚度薄。这使得导线51P能够容易地紧固到负汇流条4N的电阻连接器部48N。
另外，负汇流条4N的电阻连接器部48N具有比负汇流条4N的其余部分的热阻更高的热阻。
这可降低放电电阻5产生并藉由导线51N传递的热量，经由电阻连接器部48N朝向平滑电容模块3流动。特别地，导线51N的第二端部510d形成为圆形端子。也就是说，已插入导线51N的圆形端子510d的螺栓69d被螺纹紧固到负汇流条4N的电阻连接器部48N，且还被螺纹紧固到安装基座6。
参照图6，嵌入螺母68a被嵌入到安装基座6的第二主表面S2，使得嵌入螺母68a面对正汇流条4P的各个电容连接器部49P，并且嵌入螺母68b被嵌入到安装基座6的第二主表面S2，使得螺母68b面对负汇流条4N的各个电容连接器部49N。另外，嵌入螺母68c、68d被嵌入到安装基座6的第二主表面S2，使得嵌入螺母68c、68d面对汇流条4P、4N的各个电阻连接器部48P、48N。
另外，嵌入螺母68e还被嵌入到安装基座6的第二主表面S2的各个预定部分。
配合于正汇流条4P的各个电容连接器部49P的螺栓69a被螺纹紧固到各个嵌入螺母68a和安装基座6，同时，相比于安装基座6，上述螺栓69a各自的头部更靠近各个电容连接器部49P。类似地，配合于负汇流条4N的各个电容连接器部49N的螺栓69b被螺纹紧固到各个嵌入螺母68a和安装基座6，同时，相比于安装基座6，上述螺栓69b各自的头部更靠近各个电容连接器部49N。
另外，配合于导线51P的第二端部510b和正汇流条4P的电阻连接器部48P的螺栓69c被螺纹紧固到嵌入螺母68c和安装基座6，同时，相比于安装基座6，上述螺栓69c的头部更靠近电阻连接器部48P。类似地，配合于导线51N的第二端部510d和负汇流条4N的电阻连接器部48N的螺栓69d被螺纹紧固到嵌入螺母68d和安装基座6，同时，相比于安装基座6，上述螺栓69d的头部更靠近电阻连接器部48N。
如图3所示，通孔形成为穿过各个正汇流条4P和负汇流条4N，使得上述通孔与各个嵌入螺母68e对齐。配合于各个通孔的螺栓69e被螺纹紧固到各个嵌入螺母68e和安装基座6，同时，相比于安装基座6，上述螺栓69e的头部更靠近各个正汇流条4P和负汇流条4N。
参照图7，放电电阻5具有第一主表面S11和第二主表面，上述第二主表面与第一主表面S11相对，且放电电阻5具有第一端部570和第二端部580，上述第二端部580在X方向上与第一端部570相对，第二端部580比起第一端部570，更远离电阻连接器部48P、48N。
如上所述，放电电阻5在其第二主表面处安装于支座52，而支座52安装在安装基座6的第一主表面S1上。
导线51P的第一端部510a安装到第一连接部59P，上述第一连接部59P形成在放电电阻5的第一端部570的第一主表面S11上。第一连接部59P电连接到放电电阻5，使得放电电阻5经由导线51P电连接到正汇流条4P。类似地，导线51N的第一端部510c安装到第二连接部59N，上述第二连接部59N形成在放电电阻5的第二端部580的第一主表面S11上。第二连接部59N电连接到放电电阻5，使得放电电阻5经由导线51N电连接到负汇流条4N。
由于每个导线51P、51N具有足够小的直径，因此，每个导线51P、51N使得通过导线51P、51N中对应的一个导线传递的热量，能够通过相应的导线有效地逸散。
放电电阻5与正汇流条4P及负汇流条4N之间的这种连接构造，使得放电电阻5产生的热分量能够通过热传导而经由导线51P、51N逸散。
另外，由于第二端部580比起第一端部570，更远离电阻连接器部48P、48N，因此，在第二连接部59N与电阻连接器部48N之间连接的导线51N的长度比在第一连接部59P与电阻连接器部48P之间连接的导线51P的长度更长(见图4)。这使得由放电电阻5产生的热量被逸散，同时，热量通过导线51N传递时比热量通过导线51P传递时更高效。
支座52包括保持钩521，上述保持钩521从支座52的较长一侧突出，保持钩521牢固地抓持安装在支座52的第一主表面上的放电电阻5。
接着，下面描述功率转换器1如何运行。参照图1和图2，功率转换器1构造成使得成对的直流汇流条4P、4N嵌接在放电电阻5与平滑电容模块3之间。这种构造使得成对的直流汇流条4P、4N能够屏蔽即保护平滑电容模块3免受如下热分量的影响：通过热对流从放电电阻5传递的热分量；以及通过辐射从放电电阻5传递的热分量。这使得平滑电容模块的温度升高得以抑制。
特别地，功率转换器1构造成使得两个直流汇流条4P、4N布置在放电电阻5与平滑电容模块3之间，而不是在放电电阻5与平滑电容模块3之间布置单个直流汇流条。因此，两个直流汇流条4P、4N更有效地对平滑电容模块3屏蔽，以免受如下热分量的影响：通过热对流从放电电阻5传递的热分量；以及通过辐射从放电电阻5传递的热分量。
功率转换器1的放电电阻5经由成对的直流汇流条4P、4N连接到平滑电容模块3。这种构造导致通过热传导从放电电阻5传递至平滑电容模块3的热量减少。
具体而言，由于每个直流汇流条4P、4N由金属材料制成，且具有大致矩形板状的形状，每个直流汇流条4P、4N具有相对较高的热容量。为此，当放电电阻5产生的热量传递至直流汇流条4P、4N时，首先，防止每个直流汇流条4P、4N的温度升高，防止热量从直流汇流条4P、4N传递至平滑电容模块3。因而，这限制了基于从放电电阻5经由直流汇流条4P、4N向平滑电容模块3的热传导的高热量传递。
总而言之，根据第一实施例的功率转换器1的成对直流汇流条4P、4N能够：
(1)对平滑电容模块3进行屏蔽，以免受如下热量的影响：通过热对流从放电电阻5传递的热量；以及通过辐射从放电电阻5传递的热量；
(2)限制基于从放电电阻5向平滑电容模块3的热传导的高热量传递。
因此，这使得平滑电容模块3的温度升高得以有效限制。
另外，直流汇流条4P、4N布置成以在Z方向上直流汇流条4P、4N之间具有预定空间的方式彼此面对，其中，放电电阻5与平滑电容模块3布置成在上述Z方向上彼此面对。也就是说，如图9所示，从直流电源1的正端子供给并流过正汇流条4P的直流电流的方向，与经由负汇流条4N向直流电源1的负端子流动的直流电流的方向大致相反。因此，这种构造使得由流过正汇流条4P的直流电流产生的磁场与由流过负汇流条4N的直流电流产生的磁场相互抵消。因此，这能够降低各直流汇流条4P、4N的寄生电感，从而能够防止在至少一个半导体开关元件20从接通状态和断开状态中的一个状态切换成另一个状态时，因寄生电感而从功率转换器1产生的高电涌。
特别地，绝缘构件41夹在直流汇流条4P、4N之间以构成正汇流条4P、绝缘构件41和负汇流条4N的堆栈构造，正汇流条4P、绝缘构件41和负汇流条4N的堆栈构造嵌接在放电电阻5与平滑电容模块3之间。
这使得正汇流条4P、绝缘构件41和负汇流条4N的堆栈构造能够更有效地对平滑电容模块3进行屏蔽，以免受如下的影响：通过热对流从放电电阻5传递的热量；以及通过辐射从放电电阻5传递的热分量。另外，嵌接在正汇流条4P与负汇流条4N之间的绝缘构件41使得正汇流条4P与负汇流条4N尽可能彼此靠近，同时将正汇流条4P与负汇流条4N彼此电绝缘。这种构造能够进一步降低各直流汇流条4P、4N中的寄生电感，从而能够进一步防止在至少一个半导体开关元件20从接通状态和断开状态中的一个状态切换成另一个状态时，因寄生电感而从功率转换器1产生的高电涌。
根据第一实施例的功率转换器1构造成：
(1)平滑电容模块3和直流汇流条4P、4N分别设置成彼此非集成的分离部件；
(2)平滑电容模块3的正端子32P和负端子32N被紧固到各个直流汇流条4P、4N。
与平滑电容模块3和直流汇流条4P、4N彼此集成的现有的功率转换器相比，这种构造能够更有效地减少通过热对流从放电电阻5传递的热量；以及通过辐射从放电电阻5传递的热分量。
具体而言，如后所述，平滑电容模块3和直流汇流条4P、4N能够彼此集成(见图11)。这种变型的功率转换器使得平滑电容模块3的正端子32P及负端子32N与各个直流汇流条4P、4N之间的热阻更小。因而，这可以使得已从放电电阻5传递到直流汇流条4P、4N的热量容易进一步传递到正端子32P和负端子32N。
相反地，功率转换器1构造成分体地设置平滑电容模块3和直流汇流条4P、4N，平滑电容模块3的正端子32P和负端子32N被紧固到各个直流汇流条4P、4N。这种构造能够使平滑用电容模块3的各个正端子32P及负端子32N与直流汇流条4P、4N中的相应一个直流汇流条之间的界面热阻变得更高，从而能够减缓已从放电电阻5传递至直流汇流条4P、4N的热量进一步传递至正极端子32P和负极端子32N。因此，这使得平滑电容模块3的温度升高得以进一步有效限制。
如图1和图2所示，根据第一实施例的功率转换器1包括安装基座6，其中，正汇流条4P和负汇流条4N安装到上述安装基座6。安装基座6嵌接在放电电阻5与正汇流条4P及负汇流条4N之间。这种构造对平滑电容模块3进行屏蔽，以免受到如下的影响：通过热对流从放电电阻5传递的热量；以及通过辐射从放电电阻5传递的热分量，藉此，能够有效地限制平滑电容模块3的温度上升。
除了正汇流条4P和负汇流条4N安装到安装基座6之外，功率转换器1的放电电阻5也被牢固地安装到安装基座6。这种构造不需要设置供放电电阻5和正汇流条4P、负汇流条4N安装的不同安装构件。这导致构成功率转换器1的部件数量减少，从而使得功率转换器1的尺寸变得更小。
另外，金属支座52嵌接在安装基座6与放电电阻5之间，并构造成将放电电阻5安装到安装基座6。这种构造对平滑电容模块3进一步进行屏蔽，以免受到如下的影响：通过热对流从放电电阻5传递的热量；以及通过辐射从放电电阻5传递的热分量，使得能够进一步有效地限制平滑电容模块3的温度上升。
根据第一实施例的功率转换器1构造成平滑电容模块3的正端子32P和负端子32N牢固地对包括安装基座6、正汇流条4P、负汇流条4N以及放电电阻的组件进行支承。这种结构不需要设置用于对安装基座6、正汇流条4P、负汇流条4N以及放电电阻5进行支承的不同支承构件。这导致构成功率转换器1的部件数量减少，从而使得功率转换器1的尺寸变得更小。
根据第一实施例的功率转换器1包括对半导体模块2进行冷却的冷却机构11。由于直流汇流条4P、4N连接到各个半导体模块2，因此，对半导体模块2的冷却能够使每个直流汇流条4P、4N的温度降低，从而减少从直流汇流条4P、4N传递至平滑电容模块3的热量。这使得平滑电容模块3的温度升高得以更有效限制。
另外，如图1所示，冷却管12的第一端部12a布置成在Y方向上与放电电阻5相邻。另外，直流汇流条4P、4N大致将外壳7的内部空间分为第一空间7S1和第二空间7S2，在上述第一空间7S1中配置有放电电阻5，在上述第二空间7S2中配置有平滑电容模块3。冷却结构11位于第一空间7S1中。具体而言，在Z方向上，冷却管12的第一端部12a相对于平滑电容模块3更靠近放电电阻5。
这种构造使得冷却管12的第一端部12a能够有效地冷却放电电阻5，从而减少从放电电阻5传递至平滑电容模块3的热量。这使得平滑电容模块3的温度升高得以进一步有效限制。
功率转换器1包括金属的外壳7，上述外壳7收纳半导体模块组件100、平滑电容模块3、直流汇流条4、放电电阻5、安装基座6以及控制电路板14。特别地，冷却机构11的一部分与外壳7热接触。注意，“A与B热接触”的表述是指A与B直接接触，或者A与B经由具有比空气的导热率更高的导热率的介质而间接接触。
特别地，放电电阻5被外壳7的侧壁7c、7f、第一附接壁70I1以及冷却结构11的冷却管12的第一端部12a包围。这种构造能够使放电电阻5被有效地冷却。具体而言，由于外壳7与冷却结构11的冷却管12C2热接触，因此，冷却结构11对外壳7进行冷却。这使得包围放电电阻5的冷却后的外壳7和冷却结构11的冷却管12能够有效地冷却放电电阻5，从而更有效地限制平滑电容模块3的温度上升。
根据第一实施例的功率转换器1构造成导线51P将放电电阻5与正汇流条4P之间电连接，而导线51N将放电电阻5与负汇流条4N之间电连接。
这种结构使得通过每个导线51P、51N传递的热量能够从对应的导线有效地散发，从而减少从每个直流汇流条4P、4N经由导线51P、51N中相应的一个导线传递至平滑电容模块3的热量，进而有效限制热量从放电电阻5经由导线51P、51N中相应的一个导线传递至平滑电容5。因此，这限制了基于从放电电阻5经由直流汇流条4P、4N向平滑电容模块3的热传导的更高的热量传递，从而能够更有效地限制平滑电容模块3的温度上升。
放电电阻5在与重力方向相反的向上方向上位于直流汇流条4P、4N的上方，而平滑电容模块3在重力方向上位于直流汇流条4P、4N的下方。被从放电电阻5放出的热量加热的空气通常会沿与重力方向相反的向上方向流动。
也就是说，在重力方向上，将平滑电容模块3布置在直流汇流条4P、4N的下方，可防止被从放电电阻5放出的热量加热的空气朝平滑电容模块3流动，从而有效地限制平滑电容模块3的温度上升。
安装基座6固定到外壳7的构造使得由放电电阻5产生的热量能够经由安装基座6和外壳7有效地传递至外壳7的外侧。
第二实施例
以下参照图10和图11，对根据本公开第二实施例的功率转换器1A进行描述。根据第二实施例的功率转换器1A的构造和功能与根据第一实施例的功率转换器1的构造和功能的差别主要在于以下几点。因此，以下主要描述不同点。
平滑电容模块3A和正汇流条4AP及负汇流条4AN集成地形成。
平滑电容模块3A包括通用正电极30P、通用负电极30N、电容单元31、板状的正端子32AP、板状的负端子32AN、大致长方体的壳体33以及填料构件34，上述平滑电容模块3A的各个部件与平滑电容模块3相应的各个部件大致相同。
特别地，正端子32AP在其长度方向上具有相对的第一端部和第二端部，且在填料构件34中，正端子32AP的第一端部接合到通用正电极30P的第一侧。类似地，每个负端子32AN在其长度方向上具有相对的第一端部和第二端部，且在填料构件34中，负端子32AN的第一端部连接到通用负电极30N的第一侧。
第一端部接合到通用正电极30P第一侧的正端子32AP经由壳体33的开口顶壁从填料构件34局部地露出。类似地，第一端部接合到通用负电极30N的负端子32AN经由壳体33的开口顶壁从填料构件34局部地露出。
正端子32AP的露出部分包括：
(1)在Z方向上朝向顶壁7b延伸预定长度的部分32AP1；
(2)连续弯曲以在Y方向上朝向外壳7的侧壁7c延伸预定长度的部分32AP2；
(3)连续弯曲以在Z方向上朝向顶壁7b延伸预定长度的部分32AP3；
(4)连续弯曲以在Y方向上朝向侧壁7d延伸预定长度的部分32AP4，部分32AP4构成正汇流条4AP，上述正汇流条4AP在结构上和功能上与正汇流条4P相同
另外，负端子32AN的露出部分包括：
(1)在Z方向上朝向顶壁7b延伸预定长度的部分32AN1；
(2)连续弯曲以在Y方向上朝向外壳7的侧壁7c延伸预定长度的部分32AN2；
(3)连续弯曲以在Z方向上朝向顶壁7b延伸预定长度的部分32AN3；
(4)连续弯曲以在Y方向上朝向侧壁7d延伸预定长度的部分32AN4，部分32AN4构成负汇流条4AN，上述负汇流条4AN在结构上和功能上与负汇流条4N相同。
具体而言，功率转换器1A构成为平滑电容模块3A与正汇流条4AP及负汇流条4AN集成地形成。因此，这种结构导致构成功率转换器1A的部件数量减少，从而使得功率转换器1A的制造成本降低。功率转换器1A也能获得与上述功率转换器1所获得的优点相同的优点。
每个实施例中的一个元件的功能可以分配到多个元件，且多个元件具有的功能可以组合到一个元件。每个实施例的结构的至少一部分可以用与相应实施例的结构的至少一部分具有相同功能的已知结构替换。可以省略每个实施例的结构的一部分。每个实施例的结构的至少一部分可以添加到其它实施例的结构的至少一部分，或用其它实施例的结构的至少一部分来替换。
在由权利要求书使用的语言所指定的技术思想中包括的所有方面构成本发明的实施例。
虽然本文已经描述了本公开的说明性实施例，但本公开并不限于本文所描述的实施例，而是包括具有变型、省略、(例如，跨越不同实施例的方面的)组合、添加和/或本领域技术人员基于本公开内容能够领会到的改变。权利要求书中的限制基于权利要求书中所采用的语言被宽泛地理解，而不限于本说明书中或者在本申请的审查期间描述的示例，这些示例被理解为非排他性的。

Claims (25)

1.一种功率转换器，其特征在于，包括：
半导体模块，所述半导体模块内置有构成功率转换器电路的半导体元件；
平滑电容，所述平滑电容构造成对施加到所述半导体模块的直流电压进行平滑；
成对的正汇流条和负汇流条，成对的所述正汇流条和负汇流条构造成将所述半导体模块与所述平滑电容电连接，所述正汇流条与所述负汇流条布置成以在其间具有预定空间的方式彼此面对；以及
放电电阻，所述放电电阻经由所述正汇流条和所述负汇流条与所述平滑电容并联连接，并构造成使得存储在所述平滑电容中的电荷作为放电电流流过所述放电电阻，
所述正汇流条和所述负汇流条嵌接在所述放电电阻与所述平滑电容之间，
所述平滑电容包括正端子和负端子，
所述正汇流条被紧固到所述平滑电容的所述正端子，
所述负汇流条被紧固到所述平滑电容的所述负端子，
所述平滑电容的所述正端子和所述负端子构造成对所述正汇流条、所述负汇流条和所述放电电阻进行支承。
2.如权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
绝缘构件，所述绝缘构件嵌接在所述正汇流条与所述负汇流条之间。
3.如权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，
所述平滑电容设置成不与所述正汇流条及所述负汇流条集成的分离部件，
所述平滑电容包括成对的正端子和负端子，成对的所述正端子和负端子被紧固到各个所述正汇流条和所述负汇流条。
4.如权利要求2所述的功率转换器，其特征在于，
所述平滑电容设置成不与所述正汇流条及所述负汇流条集成的分离部件，
所述平滑电容包括成对的正端子和负端子，成对的所述正端子和负端子被紧固到各个所述正汇流条和所述负汇流条。
5.如权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
安装基座，所述安装基座供所述正汇流条和所述负汇流条安装，
所述安装基座嵌接在所述放电电阻与所述正汇流条及所述负汇流条之间。
6.如权利要求2所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
安装基座，所述安装基座供所述正汇流条和所述负汇流条安装，
所述安装基座嵌接在所述放电电阻与所述正汇流条及所述负汇流条之间。
7.如权利要求3所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
安装基座，所述安装基座供所述正汇流条和所述负汇流条安装，
所述安装基座嵌接在所述放电电阻与所述正汇流条及所述负汇流条之间。
8.如权利要求4所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
安装基座，所述安装基座供所述正汇流条和所述负汇流条安装，
所述安装基座嵌接在所述放电电阻与所述正汇流条及所述负汇流条之间。
9.如权利要求5所述的功率转换器，其特征在于，
所述放电电阻安装到所述安装基座。
10.如权利要求6所述的功率转换器，其特征在于，
所述放电电阻安装到所述安装基座。
11.如权利要求7所述的功率转换器，其特征在于，
所述放电电阻安装到所述安装基座。
12.如权利要求8所述的功率转换器，其特征在于，
所述放电电阻安装到所述安装基座。
13.如权利要求1至12中任一项所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
冷却机构，所述冷却机构布置成对所述半导体模块进行冷却。
14.如权利要求13所述的功率转换器，其特征在于，
每个所述正汇流条和所述负汇流条具有厚度，
所述冷却机构布置成所述冷却机构的至少一部分与所述放电电阻相邻，并且在每个所述正汇流条和所述负汇流条的厚度的方向上，所述冷却机构的至少一部分相对于所述平滑电容更靠近所述放电电阻，
所述冷却机构构造成使制冷剂流过所述冷却机构的所述至少上述一部分。
15.如权利要求1至12、14中任一项所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
金属的外壳，所述外壳收纳所述半导体模块、布置成对所述半导体模块进行冷却的冷却机构、所述放电电阻、所述平滑电容、所述正汇流条以及所述负汇流条，
所述外壳包括多个壁，
所述外壳的至少一个所述壁与所述冷却机构热接触，
所述放电电阻布置成被所述冷却机构和所述外壳的至少一个所述壁包围。
16.如权利要求13所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
金属的外壳，所述外壳收纳所述半导体模块、所述冷却机构、所述放电电阻、所述平滑电容、所述正汇流条以及所述负汇流条，
所述外壳包括多个壁，
所述外壳的至少一个所述壁与所述冷却机构热接触，
所述放电电阻布置成被所述冷却机构和所述外壳的至少一个所述壁包围。
17.如权利要求13所述的功率转换器，其特征在于，
所述正汇流条、所述负汇流条和所述放电电阻安装到安装基座以构成组件，
所述平滑电容的所述正端子和所述负端子构造成牢固地对所述正汇流条、所述负汇流条、所述放电电阻和所述安装基座的所述组件进行支承。
18.如权利要求13所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
金属的支座，所述支座嵌接在供所述正汇流条和所述负汇流条安装的安装基座与所述放电电阻之间，并构造成将所述放电电阻安装到所述安装基座。
19.如权利要求1至12、14、16至18中任一项所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
成对的导线，成对的所述导线将所述放电电阻与各个所述正汇流条及所述负汇流条电连接。
20.如权利要求13所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
成对的导线，成对的所述导线将所述放电电阻与各个所述正汇流条及所述负汇流条电连接。
21.如权利要求15所述的功率转换器，其特征在于，还包括：
成对的导线，成对的所述导线将所述放电电阻与各个所述正汇流条及所述负汇流条电连接。
22.如权利要求1至12、14、16至18、20至21中任一项所述的功率转换器，其特征在于，
在与重力方向相反的方向上，所述放电电阻位于所述正汇流条及所述负汇流条的上方，
在所述重力方向上，所述平滑电容位于所述正汇流条及所述负汇流条的下方。
23.如权利要求13所述的功率转换器，其特征在于，
在与重力方向相反的方向上，所述放电电阻位于所述正汇流条及所述负汇流条的上方，
在所述重力方向上，所述平滑电容位于所述正汇流条及所述负汇流条的下方。
24.如权利要求15所述的功率转换器，其特征在于，
在与重力方向相反的方向上，所述放电电阻位于所述正汇流条及所述负汇流条的上方，
在所述重力方向上，所述平滑电容位于所述正汇流条及所述负汇流条的下方。
25.如权利要求19所述的功率转换器，其特征在于，
在与重力方向相反的方向上，所述放电电阻位于所述正汇流条及所述负汇流条的上方，
在所述重力方向上，所述平滑电容位于所述正汇流条及所述负汇流条的下方。
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