CN110912421A - 电力覆盖架构 - Google Patents

Abstract

一种模块化电力覆盖架构，包括至少两组电力覆盖区块，其被布置成提供或满足期望的电力覆盖架构需求。电力覆盖组件可包括具有座部的基部，以接收电力覆盖区块。电力覆盖区块可包括电力切换部件，其相对于通常相对于至少两组电力覆盖区块中的每一组布置的导电表面布置。

Description

电力覆盖架构

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年9月14日提交的美国临时专利申请No.62/731,369的优先权和权益，该申请整体并入本文中。

技术领域

本公开涉及一种用于将模块化电力覆盖架构结合到电力切换系统中的方法和设备。

背景技术

电力系统管理从电源(如发电机)到电负载的电力供应。在飞行器的一个非限制性示例中，燃气涡轮发动机用于推进飞行器，并且通常提供机械动力，其最终为诸如发电机，起动机/发电机，永磁交流发电机(PMA)，燃料泵和液压泵等多种不同附件(例如，用于飞机上的除推进之外的所需功能的设备)提供动力。例如，现代飞行器需要用于航空电子设备，电动机和其他电气设备的电力。与燃气涡轮发动机联接的发电机将发动机的机械动力转换成电能，该电能通过配电系统的电气联接的节点而分布在整个飞行器中。

发明内容

在一个方面，本公开涉及一种模块化电力覆盖架构，包括：第一组电力覆盖区块，该第一组电力覆盖区块限定布置在第一基板上并限定第一平面覆盖区的电力切换部件的基本上平面的布置；第二组电力覆盖区块，该第二组电力覆盖区块限定了布置在第二基板上并限定第二平面覆盖区的电力切换部件的基本上平面的布置，第二平面覆盖区等于第一平面覆盖区；以及电力覆盖组件基部，该电力覆盖组件基部具有一组座部，该组座部的尺寸定成选择性地接收第一组电力覆盖区块的子集，第二电力覆盖区块的子集，或第一和第二电力覆盖区块的子集。选择性地接收电力覆盖区块的子集是基于满足期望电力模块特性的，并且其中电力覆盖区块的子集可进一步可替换地互换。

在另一方面，本公开涉及一种配置电力覆盖架构的方法，该方法包括：确定电力覆盖架构需求；基于电力覆盖架构需求，从至少两个电力覆盖区块配置中选择一组电力覆盖区块，其中至少两个电力覆盖区块配置中的每一个包括布置在第一基板上并限定通用平面覆盖区的电力切换部件的基本上平面的布置；以及通过具有一组座部的电力覆盖组件基部接收该组座部中的一组电力覆盖区块，使得接收的布置满足所确定的电力覆盖架构需求，该组座部的尺寸定成接收通用平面覆盖区。

附图说明

在附图中：

图1示出了根据本文描述的各个方面的电力覆盖(POL)部件的一组等距视图。

图2示出了根据本文描述的各个方面的包括图1的电力覆盖部件的POL组件的一组等距视图。

图3示出了根据本文描述的各个方面的第一POL模块组件的一组视图。

图4示出了根据本文描述的各个方面的第二POL模块组件的一组视图。

图5示出了根据本文描述的各个方面的在任何POL模块组件中使用的低应力母线连接器的一组视图。

图6示出了根据本文描述的各个方面的第三POL模块组件的第一组视图。

图7示出了根据本文描述的各个方面的第三POL模块组件的第二组视图。

图8示出了根据本文描述的各个方面的在任何POL模块组件中使用的DC输入的一组视图。

图9示出了根据本文描述的各个方面的第四POL模块组件的第一组视图。

图10示出了根据本文描述的各个方面的第四POL模块组件的第二组视图。

图11示出了根据本文描述的各个方面的第五POL模块组件的一组视图。

图12示出了根据本文描述的各个方面的第六POL模块组件的一组视图。

图13示出了根据本文描述的各个方面的第七POL模块组件的第一组视图。

图14示出了根据本文描述的各个方面的第七POL模块组件的第一组视图。

图15示出了根据本文描述的各个方面的第八POL模块组件的一组视图。

图16示出了根据本文描述的各个方面的第九POL模块组件的一组视图。

具体实施方式

本公开的所描述的方面涉及(例如，用于飞行器)电力组件或电力架构。虽然具体提到了飞机，但是电力组件或电力架构可以用在任何电力系统中。

虽然将描述“一组”各种元件，但应理解“一组”可包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。如本文所用，术语“轴向”或“轴向地”是指沿着发动机的纵向轴线或沿着设置在发动机内的部件的纵向轴线的方向。如本文所用，术语“径向”或“径向地”是指在电力接触器的中心纵向轴线，发动机外周或电力接触器的圆形或环形部件之间延伸的方向。术语“附近”或“接近地”，或者单独使用或者与术语“径向”或“径向地”一起使用，是指朝向中心柱或者是与另一个部件相比相对更靠近中心柱的部件的方向移动，另外，虽然这里可以使用诸如“电压”，“电流”和“功率”的术语，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，当描述电路或电路操作的各方面时，这些术语可以是可互换的。

所有方向参考(例如，径向，轴向，上，下，向上，向下，左，右，侧向，前，后，顶部，底部，上方，下方，竖直，水平，顺时针，逆时针)仅用于识别目的以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是关于其位置，方向或用途。连接参考(例如，附接，联接，连接和连结)将被广义地解释，并且除非另有指示，否则可包括元件集合之间的中间构件和元件之间的相对移动。因此，连接参考不一定推断出两个元件直接连接并且为彼此固定关系。在非限制性示例中，可以选择性地配置连接或断开以提供，启用，禁用等各个元件之间的电连接。非限制性示例配电总线连接或断开可以通过开关，总线连接逻辑或任何其他的配置为启用或禁用母线下游的电负载通电的连接器来启用或操作。

如这里所使用的，可控切换元件或“开关”是可以控制以在第一操作模式和第二操作模式之间进行切换的电气装置，其中第一操作模式中开关是“闭合的”，旨在将电流从开关输入传输到开关输出，第二操作模式中的开关是“断开的”，旨在防止电流在开关输入和开关输出之间传输。在非限制性示例中，连接或断开(诸如由可控切换元件启用或禁用的连接)可以选择性地配置为提供，启用，禁用等各个元件之间的电连接。

本公开可以在具有开关的任何电路环境中实现。可以包括本公开的方面的电路环境的非限制性示例可以包括飞行器动力系统架构，其能够从涡轮发动机(优选燃气涡轮发动机)的至少一个线轴产生电力，并且经由至少一个固态开关(例如固态功率控制器(SSPC)切换装置)向一组电负载输送电力。SSPC的一个非限制性示例可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，诸如基于碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)的高功率开关。可以基于它们的固态材料构造，它们在更小和更轻的形状因子中处理高电压和大功率水平的能力以及它们非常快速地执行电操作的高速切换能力来选择SiC或GaN。可以包括附加的切换装置或附加的硅基电力开关。

如这里所使用的，“系统”或“控制器模块”可以包括至少一个处理器和存储器。存储器的非限制性示例可以包括随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，闪存，或一种或多种不同类型的便携式电子存储器，例如盘，DVD，CD-ROM等，或这些类型的存储器的任何合适的组合。处理器可以被配置为运行任何合适的程序或可执行指令，其被设计为执行各种方法，功能，处理任务，计算等，以启动或实现本文描述的技术操作或操作。

示例性附图仅用于说明的目的，并且附图中反映的方向，位置，顺序和相对尺寸可以变化。

图1示出了用于电力组件或电力架构的电力覆盖(POL)部件10，12的非限制性示例。第一示例POL部件10可包括等轴视图17中示出的顶部13和上下等距视图19中示出的底部22。换句话说，视图17和19从不同的角度示出了同一个第一POL部件10。为了便于理解，顶部13还以俯视图18示出。

顶部13可包括顶部导电表面14，其具有设置在底部非导电基板21上的安装或对准孔20和一组导电迹线16。底部22可包括设置在基板21上的一组电气部件。在第一POL部件10的一个非限制性示例中，该组电气部件可包括一组固态切换装置4和一组整流部件，例如一组二极管26。该组电气部件还可以包括一组门装置28，其被适配，配置或以其他方式被选择以操作相应的一组固态切换装置24的门。该组电气部件24，26中的至少一部分可以在垂直于基板21的表面上导电性地露出。

在操作期间，可以将电流提供给顶部导电表面14，其作用或操作为第一POL部件10的源极端子。顶部导电表面14还可以与电气部件24，26的至少一部分导电连接。该组固态切换装置24可以响应于通过该组导电迹线16传送到该组门装置28的门信号而进行操作，并且可以因此将电流传送到垂直于基板21的一组固态切换装置24的底表面，其共同作用或用作第一POL组件10的漏极端子。

示出了第二POL部件12，其可以类似于第一POL部件10；因此，相同的部件将用相同的数字标识，应理解，除非另有说明，否则第一POL部件10的相同部件的描述适用于第二POL部件12。第一POL部件10和第二POL部件12之间的一个区别在于与第一POL部件10相比，第二POL部件12不包括该组二极管26，而代替地包括额外的固态切换装置24。

第一POL部件10和第二POL部件12中的每一个可以可操作地允许在电力应用中进行切换操作。传统的电流装置包含用于装置附接的多个线结合部。POL设计结构消除了线结合并实现或提供与装置的直接连接，以减少电感并减少装置切换时间。此外，POL允许电路设计进一步优化每个MOSFET或一组固态切换装置24的电感和阻抗，以便进行平衡和快速切换。

在本公开中，POL部件10，12针对多排固态切换装置24的电感和阻抗进行平衡。例如，该组固态切换装置24中的每一个可以设计成彼此的电感和阻抗在10％以内，以提供高达2MHz的最快切换时间。由于该组固态切换装置24彼此对齐，因此POL部件10，12的电流流动可以通过该组固态切换装置24的通道而更加可控或被控制。这迫使该组固态切换装置24在切换时的电力容易地从源极流到漏极。与传统的线结合的连接的模块相比，POL部件10，12上的该组固态切换装置24的这种并联连接提供了更好的电流。这种类型的POL部件10，12解决了由于电感和阻抗引起的一些问题。

在一个非限制性示例中，第一POL部件10包含一组二极管26，可以可操作地实现第一POL部件10的超高频切换(例如作为示例，比第二POL部件12更快)，而消除该组二极管26并且包含第二POL部件12的另外的固态切换装置24，可以可操作地实现更高的电流切换(例如相对于第一POL部件10的更高电力切换)。

图2示出了用于第一部件10或第二POL部件12的电子封装POL部件的非限制性示例(下文统称为“POL部件”11)。为了读者的理解，并非前面描述的POL部件10，11，12的所有方面都将在附图中重复。

在第一示例POL组件48中，POL部件11可以由具有导电表面42的第二基板40接收，导电表面42与通常远离POL部件11的非导电基板21的底侧法向地延伸的固态切换装置24的导电表面导电接触。在这个意义上，导电表面42可以用作或操作作为第一POL组件48的漏极，并且POL部件11的顶部导电表面14可以用作或操作作为第一POL组件48的源极连接。第一POL组件48还示出为具有与相应的一组端子44导电连接的引脚组件46，其进一步连接到该组门装置28。在该示例中，引脚组件46通常向上并远离第一POL组件48(或其平面顶表面)延伸。

第二示例POL组件50可以类似于第一POL组件48；因此，相同部件将用相同的数字标识，应理解，除非另有说明，否则第一POL组件48的相同部件的描述适用于第二示例POL组件50。第二POL组件50可包括第二引脚组件56，第二引脚组件56平行且远离第二POL组件50的平面顶表面延伸。

第三示例POL组件52可以类似于第一POL组件48；因此，相同部件将用相同的数字标识，应理解的是，除非另有说明，否则第一POL组件48的相同部件的描述适用于第三示例POL组件52。第三POL组件52的不同之处在于顶部导电表面14包括第一导电元件，图示为第一柱58，通常向上并远离第三POL组件52(或其平面顶表面)延伸。附加地或替代地，第三POL组件52可包括第二导电元件，图示为第二柱60，其通常向上并远离第三POL组件52的导电表面42延伸。在这个意义上，可以包括本公开的非限制性方面，其中第一柱58和第二柱60可以用作或操作作为第三POL组件52的相应源极和漏极端子的导电连接器。

第四POL组件54可以类似于第一POL组件48；因此，相同部件将用相同的数字标识，应理解，除非另有说明，否则第一POL组件48的相同部件的描述适用于第四POL组件54。第四POL组件54的不同之处在于顶部导电表面14包括第三导电元件，图示为第一连接器64，其向上并远离第四POL组件54(或其平面顶表面)延伸。另外或替代地，第四POL组件54可包括第四导电元件，图示为第二连接器66，其向上并远离第四POL组件54的导电表面42延伸。第一连接器64和第二连接器66中的每一个可以被配置或适配，例如，以接收机械螺旋型接口，用于与第四POL组件54的相应的源极和漏极端子导电连接。另外，第四POL组件54被示出为包括第一非导电层68，第一非导电层68设置在第一连接器64和第二连接器66的法向地延伸的臂段之间，以防止连接器64，66之间的导电接触，同时允许上述臂段彼此不导电地相互邻接，例如，为了相对于第四POL组件54的强度或刚度。在非限制性实例中，非导电层可包括非导电粉末涂层。在另一个非限制性示例中，替代的引脚组件62通常向上并远离第四POL组件54(或其平面顶表面)延伸，比第一POL组件48的引脚组件46延伸的更多。在另一个非限制性示例中，引脚组件62可以远离第四POL组件54延伸得比第一连接器64或第二连接器66的高度更高，以确保引脚组件62可被引脚连接器(未示出)接触。

该组POL组件48，50，52，54可包括具有基本相似的底层形状因子(例如，覆盖区或通用连接)的可替换构建块或区块，因此可为POL模块组件提供低成本的可制造性和交互式放置。通用或可重复使用的形状因子可以进一步引起更高的工艺或制造产量，并且不同的模块配置无需显著的设计变化。此外，包括一组POL组件48，50，52，54的POL模块组件可以修复，因为失效的POL可以用另一个POL区块替换，而传统的基于线结合的组件仅仅以更高的成本和费用报废。此外，尽管如图2的方面示出了不同的引脚组件46，62，但是任何描述的引脚组件都可以包括在任何POL组件中。

图3示出了第一POL模块组件70的非限制性示例，其包括组装在基部78中的一组POL组件48，50，52，54。在一个示例中，基部78可以是非导电的，并且可以具有POL组件座80，其尺寸，形状(等等)定成接收该组POL组件48，50，52，54。在另一个非限制性示例中，该组POL组件48，50，52，54可相对于基部78固定。为了理解，第一视图72示出了第一POL模块组件70的第一等距视图，第二视图74示出了第一POL模块组件70的第二等距视图，第三视图76示出了第一POL模块组件70的侧视图。为了读者的理解，并非在每个附图视图72，74，76中示出或重复第一POL模块组件70的所有图示方面。

如图所示，第一POL模块组件70可包括三相模块组件，其具有直流(DC)输入88和三相交流(AC)输出(显示为三条母线86)。基部78可以配置或适配为接收第一组三个POL组件48，50，52，54(即“下开关”82)。基部78还可以被配置或适配为接收第二组三个POL组件48，50，52，54(即“上开关”84；在图3的第一视图72中示出在母线86下方。在第一视图72中最佳地看出，DC输入88包括将第一导电层90与第二导电层92(第二导电层92位于第二非导电层94的后面，并进一步在图8中示出)分开的第二非导电层94。

在一个非限制性示例中，第一导电层90可以接收第一电压(在第三视图76中示出为“-V”或“负V”)并且第二导电层92可以接收与第一电压不同的第二电压(在第三视图76中示为“+V”或“正V”)。第一导电层90，第二导电层92和第二非导电层94中的每一个可以具有连续的第一和第二部分，其中第一部分通常远离基部78延伸，过渡到平行于基部78延伸并将上开关84与下开关86分开的第二部分。

在第三视图76中最佳地看出，该组母线86可包括非导电层98(颜色较深)，其覆盖导电开口100处露出的导体。该组母线86的非导电部分还可以在第一POL模块组件70的中心分层部分中将第一导电层90与第二导电层92分离。第一POL模块组件70的中心分层部分可以通过例如机械紧固件固定，例如螺钉接口102，安装块104或其组合。

如图所示，第一导电层90可以例如通过带状连接器96导电地连接到该组下开关82的顶部导电表面14或源极端子。该组下开关82还可以在POL组件48，50，52，54的导电表面42或漏极端子处例如通过带状连接器96与相应的一组母线86的导电开口100连接。在这个意义上，可以可控地操作该组下开关82(通过相应的引脚组件46，56)，以可控地将在第一导电层90处接收的电流传送到源极端子，并且当相应的下开关82“接通”时，将电流从源极端子传导到漏极端子，并传导到相应的母线86。

该组上开关84可包括位于顶部导电表面14或源极端子处的导电连接器，例如第一柱58，而导电表面42或漏极端子进一步例如通过带状连接器96与第二导电层92电连接。第一柱58还可以通过另一导电连接器与相应母线86的导电开口100连接，该另一导电连接器配置为与第一柱58相接，相联或以其他方式导电地接触。在所示的示例中，该组母线86可包括与导电开口100导电连接的低应力母线连接器106，这将参照图5进一步描述。在这个意义上，可以可控地操作该组上开关84(通过相应的引脚组件46，56)，以可控地将在第二导电层92处接收的电流传送到源极端子，并且当相应的上开关84“接通”时，将电流从源极端子传导到漏极端子，通过第一柱58和低应力母线连接器106传导到相应的母线86。

如所描述的，第一POL模块组件70可以通过相应组的上开关82和下开关84来操作，以可控地通过本领域技术将DC输入88转换为传送到该组母线86的三相AC输出。第一POL模块组件70的各方面可以产生具有AC输出和一对DC输入的高度紧凑的三相转换器模块。三条AC母线夹在两条DC母线之间，以使电感最小化。第一柱58和低应力母线连接器106之间的连接允许较低的应力和低阻抗。这些应力和阻抗值的减小运行该模块传送高功率密度，并且具有比传统的转换器模块低得多的损失。

图4示出了第二POL模块组件110的非限制性示例，其包括组装在基部78中的一组POL组件48，50，52，54。第二POL模块组件110可以类似于第一POL模块组件70；因此，相同部件将用相同的数字标识，应理解，除非另有说明，否则第一POL模块组件70的相同部件的描述适用于第二POL模块组件110。为了理解，第二POL模块组件110在第一等距视图112，第二俯视图114和第三侧视图116中示出。为了读者的理解，并非在图示视图112，114，116中的每一个中示出或重复第二POL模块组件110的所有图示方面。

第二POL模块组件110可包括另一组母线118，其不同于第一POL模块组件70的该组母线86。如图所示，第二POL模块组件110的该组母线118可以可选地不包括非导电涂层，并且可以通过低应力母线连接器106与该组上开关84的第一柱58连接。另外，第一导电层90和第二导电层92可以通过导电元件120彼此非导电地隔离，如第三视图116中所见的。在非限制性示例中，导电元件120可以包括非导电外层，涂层等，或者第一导电层90和第二导电层92可以与导电元件120间隔开(例如通过非导电间隔件)，以提供气隙或防止导电接触。如图所示，导电元件120可以与导电表面42或该组下开关82的漏极端子导电连接，并且可以进一步导电地连接到该组上开关82的顶部导电表面14或源极端子。在所示的示例中，导电元件120的连接可包括带状连接器96。

第二POL模块组件110的设计或配置的各方面允许或启用具有AC输出和一对DC输入的高度紧凑的三相模块。三条AC电桥母线118夹在两个DC导电层90，92之间以使电感最小化，并且分别通过带结合(通过带状连接器96)到下开关82的漏极和上开关84的源极。三条AC输出母线118可以焊接到弹簧组件(例如低应力母线连接器106)，然后插在焊接到相应POL部件11的第一柱58或销组件上，其允许低应力和低阻抗。这种设计允许模块在每个阶段提供高功率并且能够拆卸以进行修理。

图5示出了根据本公开的方面的低应力母线连接器106的一组放大视图。在第一视图122中示出了一组母线86的等距放大视图，在第二视图124中示出了第一POL模块组件70的放大侧视图，并且在第三视图126中示出了第一POL模块组件70和低应力母线连接器106的截面图。如图所示，例如在第三视图126中，低应力母线连接器106可以容纳，包含或以其他方式包括至少一个柔性导电接口，例如一组弹簧128，位于壳体129中。该组弹簧128的尺寸，形状定成或其他方式选择成可以与第一柱58压缩地或柔性地相互作用，使得在第一柱58到母线组86之间，通过弹簧组128或弹簧128的子集并且通过壳体129建立导电连接。在非限制性示例中，低应力母线连接器106可以焊接或以其他方式导电地固定到相应的母线86。虽然图5示出并描述了母线86和第一POL模块组件70，但是低应力母线连接器106的非限制性方面可以包括图4示出的该组母线118，第二POL模块组件110或组件70，86，110，118的任何组组合中。

在本公开的非限制性方面，包括低应力母线连接器106，可以防止或减小母线86，118对POL部件11或POL模块组件70，110的机械应力。例如，母线86，118可在组装，安装期间或由于操作环境影响(例如振动等)而相对于POL部件11或POL模块组件70，110受压，推挤或以其他方式移动。示例性示意性运动如箭头130所示。施加在该组母线86，118上的移动130或力被传递到该组柔性弹簧128，以保护或防止对POL部件11的应力损伤。该组弹簧128允许或使得母线86，118能够弯曲并将振动分散在下面的POL部件11之外。在另一个非限制性示例中，低应力母线连接器106可以在振动事件期间启用或允许该组母线86，118的独立移动。

图6和图7示出了第三POL模块组件132的另一个非限制性示例。第三示例POL模块组件132可以类似于第一和第二POL模块组件70，118；因此，相同部件将用相同的数字标识，应理解，除非另有说明，否则第一和第二POL模块组件70，118的相同部件的描述适用于第三示例POL模块组件132。为了理解，第三POL模块组件132在具有盖134的第一等距视图136，没有盖的第二等距视图138，第三放大等距视图140，与第三视图140相对视角的第四放大等距视图142，以及第五尺寸视图144中示出。为了读者的理解，并非在每个附图视图136，138，140，142，144中示出或重复第三POL模块组件132的所有图示方面。

第三POL模块组件132的非限制性方面可包括低电感，高功率，半桥式电力转换器模块。如第一视图136示出的，第三POL模块组件132可以包括直流(DC)输入88和单相AC输出136，其延伸至模块盖134外部。在一个非限制性示例中，盖134可以附接到基部78。如第三视图140所示，AC输出136可以包括输出136的连接器部分上的导电表面146，以及输出136的另一部分上的非导电表面148(颜色较深，如图所示)。非导电表面148可以例如使AC输出136与第一导电层90和第二导电层92绝缘，但是允许用于带状连接器96的导电开口100。如第五视图144所示，第一导电层90和第二导电层92以及AC输出136可相对于第三POL模块组件132固定，例如，通过不导电的机械紧固件(例如，螺钉接口150，安装块152或其组合)。

具有附接到第三POL模块组件132的POL部件11的带结合的低电感层叠母线(AC和DC)允许或实现组件132的更低的电感和阻抗。AC输出136或AC母线可以夹在两个DC母线90，92之间，以使电感最小化。该构建结构允许模块并联多个POL部件11以传递高功率密度，并且具有比传统电力转换器模块低得多的损耗。

图8示出了DC输入88的其他方面。第一视图154示出了DC输入88的等距视图，而第二视图156示出了DC输入88的侧视图，其中第一导电层90，第二非导电层94和第二导电层92分层组装。

DC输入88设计结构的非限制性方面提供或实现低电感。传统的母线结构经由线或带结合而附接，然后连接到端子。DC输入88连接器直接附接到POL组件11，并且由于较低的电感和较低的阻抗，允许模块70，118，132提供改进的性能。另外，DC输入88连接还通过将DC输入88“刀片”夹紧到外部母线而允许更稳健的集成技术。

图9和10示出了第四POL模块组件158，其可以是可重新配置的，以提供可选择的或可配置的开关计数，端子输入或输出，或可操作的转换器形式。第四示例POL模块组件158可以类似于第一，第二和第三POL模块组件70，110，132；因此，相同部件将用相同的数字标识，应理解，除非另有说明，否则第一，第二和第三POL模块组件70，110，132的相同部件的描述适用于第四示例POL模块组件158。为了理解，第四POL模块组件158在具有盖160的第一等距视图162，没有盖160的第二等距视图164，第三放大等距视图170，第四尺寸视图172，以及第五截面图175中示出。为了读者的理解，并非在图示视图112，114，116中的每一个中示出或重复第四POL模块组件158的所有图示方面。

如第一视图162中所示，第四POL模块组件158可包括一组终端输入和输出166，其延伸到模块盖160外部。在一个非限制性示例中，模块盖160可以附接到基部78。没有模块盖160的第二视图164示出了具有相应的第一基部58和第二基部60的一组POL部件11可以与该组终端输入和输出166相对应。第三视图170示出了如何在相应的第一或第二基部58，60处或上方接收相应的一组终端输入和输出166。根据需要，第三视图170进一步示出了该组终端输入和输出166可以包括或接收孔174处的机械连接器。

第四视图172和第五视图175示出了以导电关系在第一或第二基部58，60上接收每个相应的终端输入或输出166。在一个非限制性示例中，导电关系可以包括一组导电指状物，其确保输入或输出166与相应的基部58，60之间的导电接触。在这个意义上，第四POL模块组件158的非限制性方面可以通过根据需要选择性地配置或连接该组终端输入和输出166来允许或启用可重新配置的电力转换器模块，以利用相应组的POL部件11。

例如，与模块盖160组装在一起的第四POL模块组件158可以接收位于盖160外部的选定的一组连接器(未示出)，但是将该组终端输入和输出166互连，使得第四POL模块组件158根据需要操作。本领域技术人员将理解，例如，可以在该组终端输入和输出166处配置一组六个POL部件11，使得第四POL模块组件158操作，作为半桥，三相模块，两相模块，模块中的六个独立开关等。因此，第四POL模块组件158的非限制性方面允许或实现单个POL模块组件158中的多个可选的和可重新配置的POL或转换器配置。

在第四POL模块组件158的第一或第二基部58，60上接收的终端输入和输出166之间的互连的非限制性益处可有助于隔离POL部件11上的机械应变。该示例中的任何机械应力将被传递到终端输入和输出166与第一或第二基部58，60之间的接触，例如指状物接触，以保护POL部件11。指状物接触组件允许母线弯曲并将振动分散在下面的POL结构之外，包括允许相应连接之间的独立移动，例如在振动事件期间。

图11示出了根据本公开的方面的第五POL模块部件176。为了理解，第五POL模块组件176在具有模块盖186的第一等距视图178中，在没有模块盖186的第二等距视图180中，在第三放大侧视图182中示出。第五POL模块组件176可包括基部184，类似于先前描述的基部78，但配置成接收两个POL部件11。如图所示，第一POL部件194沿着基部184纵向地布置在第二POL部件196旁边。在所示的示例中，第一和第二POL组件194，196相对地定向(例如，“头对脚”，或者其中一组端子44相对于另一个POL组件194，196布置在相对的两端)。

远离第一POL部件194的平坦表面延伸的是第一组连接器190，示出为第一连接器191和第二连接器193。第一连接器191和第二连接器193可以被配置或适配，例如，以接收机械螺旋型接口，用于与第一POL部件194的相应的源极端子(第一连接器191)和漏极端子(第二连接器193)导电连接。另外，第一POL部件194被示出为包括非导电层192，非导电层192设置在第一连接器191和第二连接器193的法向地延伸的臂段之间，以防止连接器191，193之间的导电接触，同时允许臂段彼此不导电地相互邻接，例如，为了相对于第一POL部件194的强度或刚度。

如图所示，第一连接器191可以覆盖第一POL部件194的至少一部分，而第二连接器193可以覆盖第二POL部件196的至少一部分。同样如第三视图182所示，第一连接器191通过由一组带状连接器96连接的第一导电表面200与第一POL部件194的顶部导电表面14或源极端子电连接。第二连接器193(第三视图中未示出)通过直接接触导电表面42的第二导电表面198与第一POL部件194的导电表面42或漏极端子电连接。在一个非限制性示例中，第一导电表面200和第二导电表面198彼此绝缘，例如，通过非导电层192。在另一个非限制性示例中，导电表面198，200可以导电地层叠在一起。

如图所示，第一POL部件194的前述方面也可应用于第二POL部件194和一组第二连接器188，但是以相反的取向。为简洁起见，此处不再重复适用的方面。第五POL模块组件176的非限制性方面确保了模块组件176内的部件的高可靠性，高电流，高电压和容易组装。在这个意义上，第五POL模块组件176比传统模块允许或使模块更小并且在更小的区域中具有更大的功率密度。带状连接器96还允许第一导电表面200和第一POL部件194之间的应力减小，这允许增强的可靠性。

图12示出了根据本公开的方面的第六POL模块部件202。第六POL模块组件202可以类似于第五POL模块组件176；因此，相同部件将用相同的数字标识，应理解，除非另有说明，否则第五POL模块组件176的相同部件的描述适用于第六POL模块组件202。为了理解，第六POL模块组件176在具有模块盖210的第一等距视图204中，在没有模块盖210的第二等距视图206中，在第三放大侧视图208中示出。如图所示，第六POL模块组件202可包括一组POL部件11，图示为第一POL部件216和第二POL部件218，以类似方式对齐或定向(例如“头对头”，或其中一组端子44相对于另一个POL部件216，218布置在相同的端部)。

远离第一POL部件216的平坦表面延伸的是第一组连接器214，示出为第一连接器220和第二连接器222。第一连接器220和第二连接器222可以被配置或适配，例如，以接收机械螺旋型接口，用于与第一POL部件214的相应的源极端子(第一连接器220)和漏极端子(第二连接器222)导电连接。另外，第一POL部件216被示出为包括非导电层192，非导电层192设置在第一连接器220和第二连接器222的法向地延伸的臂段之间，以防止连接器220，222之间的导电接触，同时允许臂段彼此不导电地相互邻接，例如，为了相对于第一POL部件214的强度或刚度。另外，非导电层192可以设置在第一POL部件216的第一组连接器214和第二POL部件218的第二组连接器212的臂段之间。

如图所示，第一连接器220可以覆盖第一POL部件216的至少一部分，而第二连接器222可以覆盖第一POL部件216的至少另一部分。换句话说，第一连接器220和第二连接器222沿第一POL部件216的纵向轴线轴向间隔开。同样如第三视图208所示，第一连接器220通过一组带状连接器96与第一POL部件216的顶部导电表面14或源极端子电连接。第二连接器222通过直接接触导电表面42的第二导电表面与第一POL部件216的导电表面42或漏极端子电连接。在一个非限制性示例中，第一导电表面220和第二导电表面222彼此绝缘，例如，通过非导电层(未示出)。

如图所示，第一POL部件216的前述方面也可应用于第二POL部件218和该组第二连接器212。为简洁起见，此处不再重复适用的方面。第六POL模块组件202的非限制性方面确保了模块组件202内的部件的高可靠性，高电流，高电压和容易组装。在这个意义上，第六POL模块组件202比传统模块允许或使模块更小并且在更小的区域中具有更大的功率密度。带状连接器96还允许第一导电表面220和第一POL部件216之间的应力减小，这允许增强的可靠性。

图13和14示出了根据本公开的方面的第七POL模块组件230。第七POL模块组件230可以类似于第五和第六POL模块组件176，202；因此，相同部件将用相同的数字标识，应理解，除非另有说明，否则第五和第六POL模块组件176，202的相同部件的描述适用于第七POL模块组件230。为了便于理解，第七POL模块组件230在具有基部184的第一等距视图232中，在具有基部184的与第一等距视图232相对视角的第二等距视图234中，在集中于没有基部的第七POL模块组件230的第三放大等距视图252中，以及在与第三视图252相对视角的第四放大等距视图254中示出。如图所示，第七POL模块组件230可包括一组POL部件11，图示为第一POL部件238和第二POL部件240，以类似方式对齐或定向(例如“头对头”，或其中一组端子44相对于另一个POL部件238，240布置在相同的端部)。

第一POL部件238可包括焊接或固定附接到顶部导电表面14或源极端子的第一连接器244和焊接或固定附接到导电表面42或漏极端子的第二连接器242。第一连接器244和第二连接器242可以被配置或适配，例如，以接收机械螺旋型接口，用于与第一POL组件238的相应的源极端子和漏极端子导电连接。另外，第一POL部件238可以包括非导电层250，非导电层192设置在第一连接器244和第二连接器242的法向地延伸的臂段之间，以防止连接器244，242之间的导电接触，同时允许臂段彼此不导电地相互邻接，例如，为了相对于第一POL部件238的强度或刚度。

第二POL部件240可包括焊接或固定附接到顶部导电表面14或源极端子的第三连接器246，以及焊接或固定附接到导电表面42或漏极端子的第四连接器248。另外，第二POL部件240可包括设置在相应的第三和第四连接器246，248的法向地延伸的臂段之间的非导电层250，以防止连接器246，248之间的导电接触，同时允许臂段彼此不导电地相互邻接，例如，为了相对于第二POL部件240的强度或刚度。在一个非限制性示例中，第二POL部件240的第四连接器248可以与第一POL部件238的第一连接器244导电连接。

因此，第七POL模块组件230的方面可包括低电感半桥式电力转换器模块。如第一视图252和254中所示，第七POL模块组件230可包括直流(DC)输入242(其为V+)和246(其为V-)，以及单相AC输出244。与传统电力模块或第五和第六POL模块组件176，202相比，第七POL模块组件230还可具有减小的高度(在第一和第二视图232，234中显示为尺寸236)。电力模块内的杂散电感(stray inductance)是各种电互连元件的组合，其包括半导体芯片(die)，芯片放置在其上的基板铜，用于将芯片连接到母线的线或带结合部以及母线本身。减少杂散电感可以实现电力模块的更高性能。第七POL模块组件230的各方面通过将母线直接定位在芯片和基板上来消除所有线带结合；从而最小化芯片和外部电路之间的电通路和杂散电感。此外，第七POL模块组件230通过形成杆结构来减小增加的电感，以缩短(例如，在高度方向236上)用于外部连接的端子242，244，246的连接。这种母线结构可以减小电感，从而实现半桥式模块设计的更高性能。

虽然未示出，但是本领域技术人员可以将第七POL模块组件230的低轮廓设计方面同样地应用于第五和第六POL模块组件176，202，以减小电感或阻抗，或降低组件176，202的轮廓高度。

另外，非导电层192可以设置在第一POL部件216的第一组连接器214和第二POL部件218的第二组连接器212的臂段之间。

图15示出了第八POL模块组件260的一个非限制性示例。第八POL模块组件260可以类似于这里描述的POL模块组件；因此，相同部件将用相同的数字标识，应理解，除非另有说明，否则先前描述的POL模块组件的相同部件的描述适用于第八POL模块组件260。

如图所示，第八POL模块组件260可包括一组第二POL组件50(如图2所示)。为了理解，图15在第一等距视图202中示出了壳体266被移除的第八POL模块组件260，并且在第二侧视图264中示出了包括壳体266。

如图所示，该组第二POL组件50每个可包括具有第一导电层90和第二导电层92的DC输入88，第一导电层90和第二导电层92通过第二非导电层94与第一导电层90分离。该组第二POL组件50可以以基本相似或平行的布置布置，使得例如每个DC输入88位于壳体266的通用端，并且每个引脚组件56或一组端子44位于壳体266的通用端或相对端。如图所示，该组引脚组件56可以与用于第八POL模块组件260的通用引脚连接器268连接。

第八POL模块组件260的各方面可以描述POL“塔”模块，其显著地减小POL模块组件260的形状因子，同时保持高功率密度并允许多个输出相位。在这个意义上，POL组件50在模块组件260中堆叠，如“电力折叠”一样。这种POL折叠模块设计提供的解决方案可以在紧凑的封装中减少相对于平均值的温度偏移，可以用作较大组件的构建块。该模块还包括将几个尺寸的流体冷却能力与例如3D打印的密封框架或壳体266集成。

图16示出了另一个第九POL模块组件270，其可以类似于第八POL组件260；因此，相同部件将用相同的数字标识，应理解，除非另有说明，否则第八POL模块组件260的相同部件的描述适用于第九POL模块组件270。为了理解，第九POL模块组件270包括流体冷却系统的各方面，并且在具有冷却壳体280的第一等距视图272，示出横向冷却剂流的各方面的第二横截面视图274，以及沿壳体280的轴向方向截取的、示出用于该组第二POL组件50冷却通道的第三横截面视图276中示出。

如第一视图272所示，壳体280可包括至少一个流体冷却剂输入或输出，图示为冷却剂输出282。在第二视图272中最佳地看出，壳体280可进一步包括冷却剂输入284，并且由此在冷却剂输入284处接收的冷却剂可横向输送穿过该组第二POL组件50，冷却组件50或以其他方式从壳体280移除热量。冷却剂流用箭头286表示。如在第三视图276中所见，壳体280可包括一组横向定向的冷却剂通道288，以确保在冷却剂输入284处接收的冷却剂被输送到每个堆叠的第二POL组件50。在一个非限制性示例中，该组冷却剂通道288可以配置成将冷却剂输送到该组第二POL组件50的顶表面和底表面。

第九POL模块组件270的各方面开发了既能最小化平均组件温度又能管理影响峰值温度的热瞬态的技术。例如，开发了一种集成到实际封装中的用于高性能冷却的增材制造液体冷却式散热器。第九POL模块组件270可利用3D打印来产生表面特征的最佳布置，其使电力折叠结构内的局部冷却最大化。它还可以意识到延展3D打印部件的方法，以减少组件厚度，集成流体回路连接器，并提供结构组件的元件。它可以进一步探索电力部件和电力覆盖(作为集成封装的一部分)的完全浸入式冷却选项。

除了上图中所示的之外，本公开还涵盖了许多其他可能的方面和配置。

本文公开的方面提供一组电力覆盖组件和电力转换器模块封装。

在未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。在所有方面中未示出的那个特征并不意味着被解释为不包括在内，而是为了描述的简洁。因此，无论是否明确地描述了新方面，可以根据需要混合和匹配不同方面的各种特征，以形成本公开的新方面。本公开内容涵盖本文描述的特征的所有组合或置换。

该书面描述使用示例来公开本公开的各方面，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本公开的方面，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

本公开的各种特征，方面和优点也可以体现在本公开的各方面的任何排列中，包括但不限于在列举的方面中定义的以下技术方案：

1.一种模块化电力覆盖架构，包括：第一组电力覆盖区块，第一组电力覆盖区块限定布置在第一基板上并限定第一平面覆盖区的电力切换部件的基本上平面的布置；第二组电力覆盖区块，第二组电力覆盖区块限定布置在第二基板上并限定第二平面覆盖区的电力切换部件的基本上平面的布置，第二平面覆盖区等于第一平面覆盖区；电力覆盖组件基部，电力覆盖组件基部具有一组座部，一组座部的尺寸定成选择性地接收第一组电力覆盖区块的子集、第二电力覆盖区块的子集、或第一电力覆盖区块和第二电力覆盖区块的子集；其中，选择性地接收电力覆盖区块的子集是基于满足期望电力模块特性的，并且其中电力覆盖区块的子集能够进一步可替换地互换。

2.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中电力切换部件包括固态切换部件。

3.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中固态切换部件是碳化硅切换部件。

4.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中电力切换部件进一步包括一组整流部件。

5.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中第一组电力覆盖区块中的每一个和第二组电力覆盖区块中的每一个包括与相应电力切换部件电连接的相应区块的上导电表面。

6.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中上导电表面通常相对于第一组电力覆盖区块和第二组电力覆盖区块中的每一个来布置。

7.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中上导电表面限定用于相应的第一组电力覆盖区块和第二组电力覆盖区块的源极端子。

8.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中第一组电力覆盖区块和第二组电力覆盖区块的相应电力切换部件布置在与上导电表面相对的相应区块的下表面上，并且与相应区块的上导电表面电连接。

9.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中电力切换部件的远离相应区块的表面限定电力切换部件的漏极连接。

10.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，进一步包括下导电表面，下导电表面覆盖并且电连接于电力切换部件的每个漏极连接，从而限定电力覆盖区块的漏极连接。

11.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中上导电表面和下导电表面被配置为通过非线结合的连接直接与第一组电力覆盖区块或第二组电力覆盖区块的组合或子集连接。

12.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中与线结合的连接相比，上导电表面和下导电表面允许与第一组电力覆盖区块或第二组电力覆盖区块的组合或子集的减少电感的连接。

13.根据任何在前条项所述的模块化电力覆盖架构，其中上导电表面和下导电表面允许与第一组电力覆盖区块或第二组电力覆盖区块的组合或子集的减少电感的连接，使得第一组电力覆盖区块或第二组电力覆盖区块的组合或子集中的每一个彼此的电感和阻抗在10％内。

14.一种配置电力覆盖架构的方法，该方法包括：确定电力覆盖架构需求；基于电力覆盖架构需求，从至少两个电力覆盖区块配置中选择一组电力覆盖区块，其中至少两个电力覆盖区块配置中的每一个包括布置在基板上并限定通用平面覆盖区的电力切换部件的基本上平面的布置；以及通过具有一组座部的电力覆盖组件基部在该组座部中接收该组电力覆盖区块，使得接收的布置满足所确定的电力覆盖架构需求，该组座部的尺寸定成接收通用平面覆盖区。

15.根据任何在前条项所述的方法，其中一组电力覆盖区块中的每一个包括与相应电力切换部件电连接的相应区块的上导电表面。

16.根据任何在前条项所述的方法，其中上导电表面通常相对于一组电力覆盖区块中的每一个来布置。

17.根据任何在前条项所述的方法，其中上导电表面限定用于相应的第一组电力覆盖区块和第二组电力覆盖区块的源极端子。

18.根据任何在前条项所述的方法，其中所选择的该组电力覆盖区块的相应电力切换部件布置在与上导电表面相对的相应区块的下表面上，并且与相应区块的上导电表面电连接。

19.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括下导电表面，下导电表面覆盖并且电连接于每个电力切换部件上的漏极连接，漏极连接是远离相应区块的电力切换部件的表面，并且其中下导电表面限定电力覆盖组件的漏极连接。

20.根据任何在前条项所述的方法，其中上导电表面和下导电表面允许与选定的一组电力覆盖区块的减少电感的连接，使得所选择的该组电力覆盖区块中的每一个彼此的电感和阻抗都在10％内。

Claims (10)

1.一种模块化电力覆盖架构，其特征在于，包括：

第一组电力覆盖区块，所述第一组电力覆盖区块限定布置在第一基板上并限定第一平面覆盖区的电力切换部件的基本上平面的布置；

第二组电力覆盖区块，所述第二组电力覆盖区块限定布置在第二基板上并限定第二平面覆盖区的电力切换部件的基本上平面的布置，所述第二平面覆盖区等于所述第一平面覆盖区；和

电力覆盖组件基部，所述电力覆盖组件基部具有一组座部，所述一组座部的尺寸定成选择性地接收所述第一组电力覆盖区块的子集、所述第二电力覆盖区块的子集、或第一电力覆盖区块和第二电力覆盖区块的子集；

其中，选择性地接收电力覆盖区块的所述子集是基于满足期望电力模块特性的，并且其中电力覆盖区块的所述子集能够进一步可替换地互换。

2.根据权利要求1所述的模块化电力覆盖架构，其特征在于，其中所述电力切换部件包括固态切换部件。

3.根据权利要求2所述的模块化电力覆盖架构，其特征在于，其中所述固态切换部件是碳化硅切换部件。

4.根据权利要求2或3所述的模块化电力覆盖架构，其特征在于，其中所述电力切换部件进一步包括一组整流部件。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的模块化电力覆盖架构，其特征在于，其中所述第一组电力覆盖区块中的每一个和所述第二组电力覆盖区块中的每一个包括与相应的所述电力切换部件电连接的相应区块的上导电表面。

6.根据权利要求5所述的模块化电力覆盖架构，其特征在于，其中所述上导电表面通常相对于所述第一组电力覆盖区块和所述第二组电力覆盖区块中的每一个来布置。

7.根据权利要求5所述的模块化电力覆盖架构，其特征在于，其中所述上导电表面限定用于相应的所述第一组电力覆盖区块和所述第二组电力覆盖区块的源极端子。

8.根据权利要求5所述的模块化电力覆盖架构，其特征在于，其中所述第一组电力覆盖区块和所述第二组电力覆盖区块的相应电力切换部件布置在与所述上导电表面相对的相应区块的下表面上，并且与相应区块的所述上导电表面电连接。

9.根据权利要求8所述的模块化电力覆盖架构，其特征在于，其中所述电力切换部件的远离相应区块的表面限定所述电力切换部件的漏极连接。

10.一种配置电力覆盖架构的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定电力覆盖架构需求；

基于所述电力覆盖架构需求，从至少两个电力覆盖区块配置中选择一组电力覆盖区块，其中所述至少两个电力覆盖区块配置中的每一个包括布置在基板上并限定通用平面覆盖区的电力切换部件的基本上平面的布置；以及

通过具有一组座部的电力覆盖组件基部在所述一组座部中接收所述一组电力覆盖区块，使得接收的布置满足所确定的电力覆盖架构需求，所述一组座部的尺寸定成接收所述通用平面覆盖区。

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