CN111699555A - 具有多个功率模块的功率电子电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有多个相互连接的功率模块(14)的功率电子电路。功率模块具有功率电子元器件和多个与功率电子元器件连接的电容器，它们被固定在基板(12)的两个侧面上。根据本发明规定，电容器在此在多个平面中相叠地布置，并且以该方式形成紧凑的功率模块(14)，功率模块可以共同固定在基本电路载体(39)上。由此形成模块化的结构，该模块化的结构有利地可以容易地匹配于不同的应用情况。此外，根据本发明的有利的设计方案可以规定，附加的承载构件(62、63、65)补充功率电子电路，其中有利地，在承载构件上可以实现附加的功能、如驱动电路(49)、传感器(25d)或冷却功能。优选地，承载构件(62、63、65)与多个功率模块(14)连接。

Description

具有多个功率模块的功率电子电路
本发明涉及一种具有多个相互连接的功率模块的功率电子电路。功率模块分别具有至少一个功率电子元器件。多个并联连接的并且与至少一个功率电子元器件电连接的电容器实施为功率模块的另外的部件。
功率电子电路通常匹配于附属的给定的应用情况。这些应用情况相互不同，由此，在设计功率电子电路时并且在其制造时付出了巨大的耗费。个体化的应用情况尤其阻碍了功率模块的制造的自动化。电容器的使用尤其产生更高的安装费用，因为仅可以通过多个电容器的并联连接实现所需的电容值，其中，这些电容器都必须集成在功率电子电路中。
本发明所要解决的技术问题在于改进功率电子电路，使得在设计时或在制造时、尤其在单独制造功率模块时或在很少的件数时可以利用减少的耗费产生功率电子电路。
根据本发明，该技术问题利用开头说明的电子电路解决，其方法是将功率模块构造为，使得功率电子元器件安装在基板的一侧。电容器在多个平面中彼此相叠地安装在基板的另一侧。此外，所述基板在功率电子元器件朝前的情况下彼此并排地固定在基本电路载体的安装侧上。
功率电子元器件优选实施为裸芯片。该裸芯片可以例如通过烧结连接直接与基板直接接触，烧结连接也确保了电接触。基板优选可以由陶瓷制成。陶瓷不传导电流，从而同时确保了电绝缘。因此，可以通过导电涂层在基板上的结构化来实现电子电路。由此例如提供用于接触功率电子元器件的接触面。
功率模块的根据本发明的构造具有以下优点，即这些功率模块可以以比较小的耗费在设计时和在安装在基本电路载体上时组合为各种不同的配置，以便实现具有不同的要求的功率电子电路。基本电路载体例如在此可以构造为导体板，其中，电路可以设置在用于与所使用的功率模块接触的表面上。但基本电路载体例如也可以由壳体部件等构成，其中，壳体随后同时用作用于构造功率电子电路的承载体。
由于电容器在多个平面中彼此相叠地布置在基板的另一侧，所以有利地可以实现电容器与功率电子元器件之间的非常短的电连接路径。在此，电容器优选可以并联连接，从而可以以比较廉价的构件实现电容器装置的比较高的电容量。在此，寄生电感的形成有利地可以保持为比较小。
例如可以通过堆叠电容器实现电容器在多个平面中的布置。电容器具有电容器电极，利用电容器电极可以使电容器保持在适当的保持设备中。其他的可能性是，电容器安装在电路载体上并且使电路载体相互堆叠，从而安装在电路载体上的电容器在多个平面中彼此相叠。电路载体在此用作中间电路载体(为此随后还将进一步讨论)。
根据本发明的有利的设计方案规定，功率模块布置在一排中。这种均匀的布置具有以下优点，即有利地简化了这样的电子电路的设计。一方面例如可以快速计算出，如何可以最佳地利用可用的结构空间。此外，功率模块的均匀的布置促进了，也可以均匀地冷却功率模块。最后，可以有利地缩短各个模块之间的电连接路径。
根据本发明的另一设计方案规定，功率模块以二维阵列布置在多个相邻的排中。成排布置的之前提到的优点以相同的方式适用于该布置。这意味着，一方面可以实现各个模块之间的短的连接路径。此外，功率模块以阵列的均匀布置促进了对可用的结构空间的最佳的空间利用。
本发明的另一设计方案规定，设置了用于附加功能的承载构件，承载构件至少与功率模块的一部分机械连接。因此，构件理解为本发明的意义下的承载构件，其承载对附加功能负责的元器件，或自身实现该附加功能。承载构件与功率模块的一部分或所有功率模块的机械连接导致的是，可以将附加功能分配给特定的或所有功率模块。例如可以通过电接触进行分配。在该情况下，承载构件本身同样实施为附加电路载体。在本发明的意义下，“功率模块的一部分”也可以意味着“一个功率模块”或“多个、即至少两个功率模块”。
本发明的又一另外的设计方案规定，承载构件固定在功率模块的背离基本电路载体的侧面上。换言之，承载构件与基本电路载体对置。这意味着，功率模块位于基本电路载体与承载构件之间。通过其将功率模块安装在基本电路载体上的侧面与根据本发明的该设计方案在其上放置承载构件的侧面对置。
承载构件可以在该几何配置中有利地提供比较大的表面，在该表面上可以设置附加功能。附加功能尤其可以由附加的电子元器件构成，其中，承载构件在该情况下实施为电路载体。载体构件尤其可以在功率模块与承载构件之间的连接平面中具有和基本电路载体在功率模块与基本电路载体之间的连接平面中具有的尺寸相同的尺寸。可用于附加功能的表面因此是比较大的。
有利地，最后描述的承载构件也可以由中间电路载体构成。中间电路载体被如下限定：在中间电路载体的背离功率电子元器件的侧面上安装多个并联连接的并且与至少一个功率电子元器件电连接的电容器。换言之可能的是，借助中间电路载体，不仅在基板上、而且也在位于基板上方的中间电路载体上安装和电接触对于特定的功率电子元器件来说需要的电容器。由此有利地可以产生机械稳定的构件连接和电气可靠的接触。中间电路载体此外可以用于提供附加功能，其中尤其能够实现附加功能的电接触。
有利地，当然可以在中间电路载体的电容器上固定至少一个用于附加功能的另外的承载构件。该另外的承载构件可以本身是另外的中间电路载体，另外的电容器在该另外的中间电路载体的背离功率电子元器件的一侧安装在该另外的中间电路载体上。另外的电容器随后如已经描述的那样并联连接并且与至少一个功率电子元器件电连接。在本发明的意义下，安置附加的电容器因此也理解为附加功能。(除了电容器以外或备选地)其他的附加功能当然也可以设置在另外的承载构件上。另外的附加功能例如可以是用于位于其下方的功率电子元器件的驱动电路。
根据本发明的另一设计方案，备选的可能性是，承载构件沿相邻的功率模块延伸并且固定在相应的通过相邻的功率模块形成的侧面上。本发明的意义下的侧面应理解为那些关于安装在基本电路载体上的功率模块在侧面延伸的表面。基本电路载体因此产生参考面，并且所述侧面可以说延伸远离该基本电路载体，优选当功率模块具有基本上长方体形的外形时以90°的角度延伸远离该基本电路载体。
利用最后提到的承载构件，并排位于一列中的相邻的功率模块可以相互连接。这具有以下优点，即实现机械稳定。此外，与针对每个单个模块使用个体化的承载构件相比，明显减小了安装费用。由此可以利用比较小的安装费用产生功能、例如冷却。尤其在由冷却介质、尤其冷却液体、如冷却水流过的主动的冷却器的情况下，明显减小了安装费用，因为总体上要连接更少的用于冷却剂的接头。这也改进了在冷却器的可能泄漏方面的可靠性。
如已经提到的那样，作为一种附加功能，承载构件可以承载电路。在该情况下，承载构件根据本发明的有利的设计方案实施为附加电路载体。电路可以满足不同的技术问题。电路例如可以是用于功率电子电路和/或至少一部分功率模块的驱动电路。用于相应的功率模块的功率电子电路的驱动电路控制至少一个功率电子元器件，从而所述功率电子元器件满足其设置的功能。用于功率电子电路的至少一部分功率模块、优选功率电子电路的所有功率模块的驱动电路可以用于实现功率电子电路的运行制度。在该运行制度中，根据运行状态可以接通或切断功率模块，以便例如确保全负载或部分负载运行。在此，在部分负载运行期间有利地可以节约能量，并且因此改进功率电子电路的效率。
有利地，另一可能性是，作为一种附加功能，承载构件具有至少一个传感器元件。该传感器元件尤其可以是温度传感器和/或湿度传感器和/或电流传感器和/或加速度传感器。
例如使用温度传感器，由此可以监控功率模块的运行温度。这例如能够实现按时的切断，以便防止功率模块的过载或损坏。但温度传感器也可以用于确定功率电子电路的环境温度，并且例如确定预计的冷却行为。湿度传感器可以用于监控用于功率电子电路的运行条件。在湿度过高的情况下，在能够实现运行或进一步运行之前，必须对功率电子电路进行干燥。例如在低的外部温度的情况下由于形成露水可以产生过高的湿度。其他的可能性是，水冷却装置变为不密封的。
电流传感器用于监控功率电子电路的运行状态。各个功率模块中的电流负载例如可以相互比较。电流测量例如也可以对于运行功率模块的驱动电路来说是需要的(为此随后还将进一步讨论)。
有利地，传感器元件也可以构造为加速度传感器。有利地，加速度传感器能够实现确定功率电子电路的机械应力。例如可以记录一些事件，在进行维护之前，这些事件排除了功率电子电路的进一步运行，例如因为功率电子电路在移动应用中已下降。但加速度传感器也可以用于例如确定振动。根据振动的频率和强度，例如可以输出用于功率电子电路的灵活的维护间隔。
根据本发明的另一设计方案规定，作为一种附加功能，承载构件具有机械加固结构、尤其肋。肋有利地适用于，利用简单的方式实现功率电子电路的更高的机械负载性。如已经描述的那样，在本发明的优选的实施方式中，承载构件使多个功率模块相互连接，其中，机械加固结构减小了功率模块彼此间的相对运动并且因此有助于加固功率电子电路。可以以比较小的生产和安装费用实现该加固效果。
特别有利的是以下功率电子电路，在该功率电子电路中，每个功率模块具有两个实施为开关元件的功率电子元器件。这种功率模块可以被接触，其方法是每个功率模块的功率电子元器件形成半桥。在此，两个功率电子元器件的各一个电极合并在一起。半桥有利地实施有用于外部接头的接触可能性。此外，优选的功率电子电路的功率电子元器件在三个组中相互连接。该连接构造为，使得每个组被分配给三相交流电的一个相，其中，每个组可以被加载以直流电。通过功率电子元器件的相应的组的半桥截取三相交流电的相应的相。相应通过相应的功率电子元器件的仍然空闲的电极来引导直流电(为此随后还将进一步讨论)。
随后根据附图描述本发明的另外的细节。相同的或相应的附图元件分别设有相同的附图标记，并且仅在各个附图之间出现的差异方面进行多次阐述。
随后阐述的实施例是本发明的优选的实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的部件分别成为本发明的各个被视为彼此独立的特征，这些特征分别也彼此独立地对本发明进行扩展，并且因此也单独地或以与所示的组合不同的组合被视为本发明的组成部分。此外，也可以通过本发明的另外的已经描述的特征补充所描述的实施方式。其中：
图1以三维图局部剖开地示出了功率模块，所述功率模块例如可以安装在根据本发明的功率电子电路的实施例中；
图2局部剖开地示出了根据图1的细节II；
图3以示意性的俯视图示出了根据本发明的功率电子电路的实施例，所述功率电子电路具有多个可根据图1或类似地构建的功率模块；
图4示意性示出了用于在根据图3的功率电子电路中接触根据图1的功率模块的电路图；
图5以三维图局部剖开地示出了用于电容器结构的其他的实施例，正如所述电容器结构可以使用在根据图1的功率模块中那样；
图6以侧视图局部剖开地示出了根据本发明的具有安置在侧面的承载构件的功率模块的实施例；
图7以侧视图示出了根据本发明的具有作为承载构件的中间电路载体的功率电子电路的实施例。
根据图1的功率模块11具有基板12，电容器结构14根据表面安装的方法安装在基板的可见的上侧13。电容器结构具有八个电容器15，然而在图1中仅示出了七个(缺少布置在右上方的电容器；为此随后还将进一步讨论)。电容器15分别具有第一电容器电极16和第二电容器电极17，其中，第一电容器电极16与第一电极18，并且第二电容器电极17与第二电极19通过未详细示出的焊接连接或其他的材料或形状配合的连接来电接触。第一电极18和第二电极19此外分别具有接触结构20，接触结构利用其下侧在第一电极上形成第一连接面，并且在第二电极上形成第二连接面(因为面对上侧13的原因，所以在图1中不能看到)。利用共同构造出电容器结构14的安装侧的第一连接面和第二连接面，电容器结构借助未详细示出的焊接连接或其他的电连接21(参见图2)安装到基板12的上侧。
第一电极18和第二电极19共同构造出用于电容器15的保持结构。因为电容器15利用其第一接触电极16和其第二接触电极17与第一电极18和第二电极19的侧壁22连接，所以尽管第一电极18和第二电极19没有直接相互连接，但还是形成自承载的电容器结构14。电容器结构11通过安装在基板12上获得附加的稳定性。此外，电路载体24作为附加的建造结构固定在第一电极18和第二电极19的容纳结构23上，其中，电路载体24建立第一电极18与第二电极19之间的连接，并且因此稳定了保持结构。
在第一电极18(在图1中没有看到)和第二电极19的侧壁22中冲压出窗口28。窗口开启了将凸舌29弯曲到保持结构的内部空间中的可能性，凸舌使电容器15的定位变得容易，并且此外增大了电接触面。因为去除了位于右上方的在侧壁22后方的电容器，所以可以在那里示出凸舌29。在其他的窗口中，凸舌被第二电容器电极17覆盖。
传感器元件25a固定在电路载体24上，其中，传感器元件例如是温度传感器、湿度传感器、气体传感器或加速度传感器。通过电路载体24上的印制导线26使传感器元件25a与例如形式为集成电路27的评估电路连接。集成电路27可以评估传感器信号，并且以未详细示出的方式(例如通过未示出的线路连接或无线接口、即通过无线电或红外线)提供传感器信号用以进行进一步处理。
电路载体24理解为本发明的意义中的附加电路载体。在根据图1的实施例中，附加的功能是承载功能部件(集成电路24、传感器元件25a)。如图1所示的那样，电路载体24可以具有功率模块11的大小。在该情况下，每个功率模块可以设有单独的电路载体24。但也可能的是，制造具有更大的表面的电路载体24，从而该电路载体跨越多个功率模块(在图1中未示出，但参见图6和图7)。
作为另外的建造结构，肋30作为加固结构建立在侧壁22的侧边缘上。这些肋可以通过使侧壁22的侧边缘弯曲产生。因此可以廉价地作为冲压格栅(引线框架)通过冲压和随后的弯曲产生第一电极18和第二电极19。也可以通过弯曲分别建立容纳结构23和接触结构20。
在图2中示出了如何可以将根据图1的电容器装置14与实施为晶体管的功率电子元器件31接触。为了该目的，接触结构20通过焊接连接21与接触垫32a接触，其中，接触垫32a通过金属化通孔33a与功率电子元器件31的源电极34接触。源电极34此外通过印制导线35与间隔件36连接，间隔件具有和功率电子元器件31相同的高度。
功率电子元器件31的漏电极37通过接触面38a，并且间隔件36通过接触面38b与基本电路载体39连接。基本电路载体39提供底板，由多个根据图1的功率模块构成的整个电子电路安装在该底板上(参见图3)。
根据图2的功率电子元器件是晶体管。为了可以开关该晶体管，此外需要栅电极40。为了可以控制栅电极，在基板12中设置了金属化通孔33b，该金属化通孔从接触垫32b引导至接触垫32c。源电极34、栅电极40、漏电极37和间隔件36上的接合层41例如构造为烧结连接。
图3示出了如何可以将多个功率模块11在根据图2的基本电路载体39上组合为功率电子电路42。五个功率模块11分别配置为一排43，其中设置了总共六排。如从图2看到的那样，仅示出了基板12的左侧，其中，右侧具有另外的功率电子元器件31(如在图6中示出的那样)。这意味着，晶体管作为功率电子元器件同样安装在根据图2的基板的未示出的侧面上。由此产生在图3中为每个功率模块11实现的并且在图4中作为电路图示意性示出的接触可能性。
图4示出了作为根据图1的整个电容器结构的替代的电容器15。这用于简化图示，其中备选地，也可以使用多个并联连接的电容器。仅示意性示出根据图4的电容器15和电容器结构14。这同样适用于基板12和安装在其上的通过第一晶体管44和第二晶体管45构造的功率电子元器件。第一晶体管44利用其源电极连接至也被称为高侧的正极46，而第二晶体管45利用其漏电极连接至也被称为低侧的负极47。第一晶体管44的漏电极与第二晶体管45的源电极连接，其中，由此形成具有相触点48的半桥64。
为了控制功率模块11，电容器结构14设有驱动电路49，驱动电路根据图5例如可以安置在电容器结构14的上侧50。
仅示意性示出根据图4的驱动电路，以便在原理上描述该驱动电路的功能。驱动电路具有控制器功能C和传感器功能S。通过作为通向第一晶体管44和第二晶体管45的栅电极的接口的接触线路51确保控制器功能。因此，驱动电路可以作为开关控制两个晶体管。通过传感器功能S提供针对该功能所需的信息。通过信号线路52确保传感器功能，利用所述信号线路可以截取在电容器15的前方和后方以及半桥64中的相触点48的前方和后方的电流。
电容器15与正极46和负极47连接，并且因此满足平滑功能，平滑功能对于根据图3的功率电子电路42的多相运行来说是需要的。
如在图3中可看到的那样，模块化地构建根据图3的功率电子电路42。借助通过根据图4的功率模块11实现的电路，可以分别在三个组中共同使用所述功率模块，以便从在共同的正极46p和共同的负极47m上存在的直流电压产生三相交流电压，三相交流电压可以在共同的相触点48a、48b、48c上被截取。待开关的最大电流的水平确定了每个相必须使用多少个功率模块11。根据图3，每个相各使用十个功率模块11。
如可看到的那样，正极46p和负极47m的电极53m、53p构造为梳子状，从而相应通过形成正极46p的电极53p可以接触每个功率模块11的每个第一晶体管44，并且通过形成负极53m的电极53m可以接触(或称为触点接通)每个功率模块11的每个第二晶体管45。相触点48a、48b、48c分别与U形的电极54a、54b、54c连接，所述电极分别在功率模块11的中间区域中不仅接触第一电容器44，而且还接触第二电容器45，并且以该方式经由半桥(图4中的64)接触各十个功率模块11的三个组中的相应一个组。因此，为每个功率模块11实现根据图4的电路，其中，功率模块11的每个组并联连接。
在根据图5的电容器装置14中使用第一电极18和第二电极19，以便以针对图1所述的方式接触电容器15。根据图5，五个电容器15相叠地布置，并且各两个电容器并排布置。与图1中有所不同地，电容器结构14具有电绝缘材料55。根据图5，电绝缘材料55由塑料构成，其中，第一电极18和第二电极19被注入材料55中，使得可以实现与电容器15的接触(所谓的安装注塑)。
在图5中仅局部示出了材料55。通过材料55形成的壳体结构是在很大程度上裂开的，其中，仅利用点划线示出了通过材料55形成的轮廓55a。因此，可以在图5中看到在材料内部示出的结构。所述结构除了第一电极18和第二电极19以及电容器15以外还包括导电路径56，导电路径通过金属导体形成并且使上侧50与电容器装置14的安装侧电连接。导电路径在安装侧构造出接触结构57，如果在基板上存在相应的接触垫，那么接触结构可以在该基板(参见图1中的12)上被接触。
根据图4的驱动电路49可以布置在上侧50。为了使驱动电路可以控制布置在根据图2的基板上的功率电子元器件31，可以使用导电路径56。为了该目的，在上侧15设置了印制导线58和接触垫59，其中，接触垫59与导电路径56电连接。
通过电极19形成的侧壁附加地用于安置作为建造结构的冷却设备60，其中，冷却设备60由具有肋61的被动的铝冷却器构成。备选地(未示出)，也可以使用具有冷却通道的主动的冷却器，该冷却通道具有用于优选液态的冷却介质的入口和出口。
通过材料55形成的壳体结构理解为本发明的意义下的承载构件。作为一种功能，壳体结构例如承载驱动电路49。冷却设备60也理解为本发明的意义下的承载构件。冷却设备可以直接固定在电极19上，以便确保尽可能直接的热传导。备选地，壳体结构的材料55也可以在电极19的区域中存在，以便确保绝缘。在该情况下，冷却设备60作为承载构件固定在通过材料55形成的承载构件上。如在图5中示出的那样，此外，冷却设备60仅固定在图5所示的电容器结构14上。但也可能的是，冷却设备60沿肋的方向是更长的，从而相邻的(未示出的)电容器结构也可以与冷却设备接触(参见图6)。
根据图6示出了基本电路载体39，在基本电路载体上存在多个功率模块，所述功率模块分别由基板12和电容器结构14(其在图6中未详细示出)构成。如从图6看到的那样，功率模块在一排中平行于附图平面地布置。在所示的功率模块的后方可以存在另外的功率模块，它们构成了位于附图平面后方的相邻的排。就此而言，根据图6的结构也可以实施为与图3类似的矩阵布置。
根据意义，这也适用于图7。在此，功率模块同样布置在基本电路载体39上，并且在一排中平行于附图平面。在图7中不可见的另外的功率模块可以位于所述功率模块的后方，其中产生与图3类似的矩阵结构。
在图6中，附加电路载体63用作承载构件，驱动电路49安装在附加电路载体上。附加电路载体63因此具有未详细示出的印制导线，印制导线能够实现驱动电路49与功率元器件(在图6中未示出)的电接触。如在图5中示出的那样，可以例如以导体路径56实现这一点。附加电路载体63在此在电容器结构14的所示的排上延伸，并且如果电容器结构布置为与图3类似的矩阵(未详细示出)，那么附加电路载体此外也可以在位于后方的电容器结构上延伸。特别有利地，附加电路载体63沿附图平面的方向并且与该方向垂直的伸展可以刚好对应于基本电路载体39的尺寸。
另外的承载构件可以安装在电容器结构14的侧壁22上。承载构件同样由附加电路载体65构成，振动传感器25d和用于控制的集成电路27例如可以安装在附加电路载体上。附加电路载体65固定在属于图6所示的功率模块的所有电容器结构14的相应一个侧壁22上。侧壁面对观察者，并且可以通过附加电路载体65后方的部分裂开的图示被识别。
在功率模块的背对观察者的侧面上布置了冷却设备65，其形式为液体冷却器。冷却设备具有接头64，通过接头可以输入或导出冷却流体。冷却设备65同样在图6所示的整排功率模块上延伸，从而可以共同冷却这些功率模块。
备选地或附加地，以自身已知的方式，另外的冷却设备66可以设置在基本电路载体69的与功率模块对置的侧面上。另外的冷却设备也实施为液体冷却器，并且因此具有接头64。备选地(未示出)，也可以使用被动的肋片散热器等。
根据图7示出了一种结构，在该结构中除了基本电路载体39以外还使用两个中间电路载体67，所述中间电路载体因此承担附加电路载体的功能。作为另外的承载构件，附加电路载体68在上方设置在电容器上，在所述附加电路载体上如针对图6所描述的那样安装了驱动电路49。该另外的承载构件向上封闭整个结构组件。
在第一备选方案中，中间电路载体67用于安装电容器15。由于基本电路载体39承载基板12，并且基板本身分别承载两个电容器15，并且在两个中间电路载体67的每个上同样安装了两个电容器15，所以基板12和中间电路载体67的电容器针对每个功率模块分别形成六个相叠和并排的电容器，这些电容器相应共同产生电容器结构。各个不同的平面的电容器15在此分别通过中间电路载体67中的一个彼此分离，其中，通过中间电路载体67也可以实现电容器的电气并联。基片39、中间电路载体67和优选可构造为附加电路载体68(参见针对图6中的附加电路载体63所提及的内容)的附加的承载构件可以分别具有相同的面积，并且因此对齐地相叠地布置。
根据按照图6的第二备选方案也可能的是，中间电路载体67具有开口，电容器结构刚好嵌入开口中。这些电容器结构例如根据图1实施，从而它们产生安装在基本电路载体39上的独立的结构单元。中间电路载体67可以利用其开口移动到电容器结构上方，其中，产生通过第一备选方案提供的根据图7的相同侧视图。中间电路载体例如可以被冲压，以便产生开口，电容器结构被移动通过所述开口。

Claims (15)

1.一种具有多个相互连接的功率模块(14)的功率电子电路(42)，其中，所述功率模块(11)
·分别具有至少一个功率电子元器件(31)、尤其晶体管，
·具有多个并联连接的并且与至少一个功率电子元器件(31)电连接的电容器(15)，
其特征在于，所述功率模块(11)构造为，使得
·所述功率电子元器件(31)安装在基板(12)的一侧，
·所述电容器(15)在多个平面中彼此相叠地安装在基板(12)的另一侧，其中，所述基板(12)在功率电子元器件(31)朝前的情况下彼此并排地固定在基本电路载体(39)的安装侧上。
2.根据权利要求1所述的功率电子电路(42)，其特征在于，在所述基本电路载体(39)的安装侧上构造了电路(42)，通过所述电路来电接触功率模块(11)的功率电子元器件(31)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子电路(42)，其特征在于，所述功率模块(11)布置在一排(43)中。
4.根据权利要求1或2所述的功率电子电路(42)，其特征在于，所述功率模块(11)以二维阵列布置在多个相邻的排(43)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子电路(42)，其特征在于，设置了用于附加功能的承载构件(24、62、63、65、66、67、68)，所述承载构件至少与功率模块(11)的一部分机械连接。
6.根据权利要求5所述的功率电子电路(42)，其特征在于，所述承载构件固定在功率模块(11)的背离基本电路载体(39)的侧面上。
7.根据权利要求6所述的功率电子电路(42)，其特征在于，所述承载构件由中间电路载体(67)构成，并且在中间电路载体的背离功率电子元器件(31)的侧面上具有多个并联连接的并且与至少一个功率电子元器件电连接的电容器(15)。
8.根据权利要求7所述的功率电子电路(42)，其特征在于，在中间电路载体的电容器(15)上固定了用于附加功能的另外的承载构件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子电路(42)，其特征在于，所述承载构件沿相邻的功率模块(11)延伸，并且固定在相应的通过相邻的功率模块形成的侧面上。
10.根据权利要求1至6或8至9中任一项所述的功率电子电路(42)，其特征在于，所述承载构件由冷却设备(60、62)构成。
11.根据权利要求1至6或8至10中任一项所述的功率电子电路(42)，其特征在于，所述承载构件由带有电路(27、29)的附加电路载体(24、63、65、68)构成。
12.根据权利要求11所述的功率电子电路(42)，其特征在于，用于功率电子电路(42)和/或用于至少一部分的功率模块(11)的驱动电路(49)至少作为电路被布置在附加电路载体(24、63、65、68)上。
13.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子电路(42)，其特征在于，作为附加功能，所述承载构件具有至少一个传感器元件(25a、25b、25c)、尤其温度传感器和/或湿度传感器和/或电流传感器和/或加速度传感器。
14.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子电路(42)，其特征在于，作为附加功能，所述承载构件具有机械加固结构、尤其肋(30)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子电路(42)，其特征在于，
·每个功率模块(11)具有两个实施为开关元件的功率电子元器件(31)，
·每个功率模块(11)的功率电子元器件(31)形成半桥(48)，
·所述功率电子元器件(31)在三个组中相互连接，使得每个组被分配给三相交流电的一个相，其中，每个组能够被加载以直流电。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4216495A1 (de) * 2022-01-20 2023-07-26 GIRA Giersiepen GmbH & Co. KG Elektroinstallationsgerät zur steuerung eines elektrischen verbrauchers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5297006A (en) * 1991-08-13 1994-03-22 Fujitsu Limited Three-dimensional multi-chip module
JP2008294338A (ja) * 2007-05-28 2008-12-04 Yamaha Motor Co Ltd パワーモジュールおよびそれを備えた輸送機器
JP2009111288A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Sanyo Electric Co Ltd 回路装置
US20090140400A1 (en) * 2007-12-03 2009-06-04 E.I. Du Pont De Nemours And Company Method of Mid-Frequency Decoupling
CN206117523U (zh) * 2016-08-31 2017-04-19 浙江海得新能源有限公司 一种功率模块模组

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9107692U1 (zh) * 1991-06-21 1991-08-14 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De
DE4232763C2 (de) * 1992-09-25 1995-12-14 Aeg Westinghouse Transport Aufbau eines Wechselrichters, insbesondere eines 3-Punkt-Wechselrichters
WO1998004029A1 (en) * 1996-07-22 1998-01-29 Hydro-Quebec Low stray interconnection inductance power converting module for converting a dc voltage into an ac voltage, and a method therefor
US6954368B1 (en) 1996-07-22 2005-10-11 HYDRO-QUéBEC Low stray interconnection inductance power converting molecule for converting a DC voltage into an AC voltage, and a method therefor
US6297960B1 (en) 1998-06-30 2001-10-02 Micron Technology, Inc. Heat sink with alignment and retaining features
JP2002260959A (ja) 2001-03-01 2002-09-13 Nec Corp 積層コンデンサとその製造方法およびこのコンデンサを用いた半導体装置、電子回路基板
US6852439B2 (en) * 2001-05-15 2005-02-08 Hydrogenics Corporation Apparatus for and method of forming seals in fuel cells and fuel cell stacks
CN1284243C (zh) 2002-02-14 2006-11-08 松下电器产业株式会社 半导体器件及其制造方法
JP5113319B2 (ja) * 2004-10-29 2013-01-09 富士重工業株式会社 蓄電体セルのパッケージ構造
US7521788B2 (en) 2004-11-15 2009-04-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor module with conductive element between chip packages
JP4453911B2 (ja) 2004-12-27 2010-04-21 株式会社村田製作所 積層コンデンサ、デカップリングコンデンサの接続構造および配線基板
WO2007113979A1 (ja) * 2006-03-30 2007-10-11 Mitsubishi Electric Corporation 電力変換装置およびその組み立て方法
US8625253B2 (en) 2007-01-25 2014-01-07 Goudy Research, Llc Fluid cooled electrical capacitor and methods of making and using
US8134343B2 (en) * 2007-04-27 2012-03-13 Flextronics International Kft Energy storage device for starting engines of motor vehicles and other transportation systems
US8188786B2 (en) 2009-09-24 2012-05-29 International Business Machines Corporation Modularized three-dimensional capacitor array
JP2011187809A (ja) 2010-03-10 2011-09-22 Renesas Electronics Corp 半導体装置および多層配線基板
US9805872B2 (en) 2015-12-09 2017-10-31 Kemet Electronics Corporation Multiple MLCC modules
ES2372454B1 (es) 2010-07-07 2012-10-08 Trainelec,S.L. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios.
US8760847B2 (en) 2010-11-30 2014-06-24 Pratt & Whitney Canada Corp. Low inductance capacitor assembly
DE102011016017A1 (de) 2011-04-04 2012-10-04 Li-Tec Battery Gmbh Energiespeicheranordnung und Energiespeichervorrichtung
EP2579438A1 (en) 2011-10-06 2013-04-10 Siemens Aktiengesellschaft Power cell for deepwater application
US8988857B2 (en) 2011-12-13 2015-03-24 Kemet Electronics Corporation High aspect ratio stacked MLCC design
TWI529939B (zh) 2012-02-08 2016-04-11 Sony Corp High frequency semiconductor device and its manufacturing method
US8873219B2 (en) 2012-06-26 2014-10-28 Kemet Electronics Corporation Method for stacking electronic components
DE102013109093B4 (de) 2012-08-24 2022-01-20 Tdk Corp. Keramische elektronische komponente
JP5942898B2 (ja) 2013-02-28 2016-06-29 株式会社デンソー 電子部品及び電子制御装置
JP6060069B2 (ja) 2013-03-20 2017-01-11 株式会社デンソー コンデンサモジュール
CN104716128B (zh) 2013-12-16 2019-11-22 台达电子企业管理（上海）有限公司 功率模块、电源变换器以及功率模块的制造方法
DE102014101024B3 (de) 2014-01-29 2014-12-04 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitereinrichtung
DE102014220802A1 (de) 2014-10-14 2016-04-14 Robert Bosch Gmbh Elektronisches Bauelement mit einem Anschlusselement
US9439278B2 (en) 2014-12-12 2016-09-06 Deere & Company Film capacitor having a package for heat transfer
US9455674B2 (en) 2014-12-18 2016-09-27 General Electric Company Tube amplifier assembly having a power tube and a capacitor assembly
CN105006976B (zh) 2015-05-25 2018-04-10 中铁西北科学研究院有限公司 一种新型的电容变压器
US10381166B2 (en) 2016-05-25 2019-08-13 Vishay Sprague, Inc. High performance and reliability solid electrolytic tantalum capacitors and screening method
US10729051B2 (en) 2016-06-20 2020-07-28 Kemet Electronics Corporation Component stability structure
US10212838B2 (en) * 2017-01-13 2019-02-19 Cree Fayetteville, Inc. High power multilayer module having low inductance and fast switching for paralleling power devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5297006A (en) * 1991-08-13 1994-03-22 Fujitsu Limited Three-dimensional multi-chip module
JP2008294338A (ja) * 2007-05-28 2008-12-04 Yamaha Motor Co Ltd パワーモジュールおよびそれを備えた輸送機器
JP2009111288A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Sanyo Electric Co Ltd 回路装置
US20090140400A1 (en) * 2007-12-03 2009-06-04 E.I. Du Pont De Nemours And Company Method of Mid-Frequency Decoupling
CN206117523U (zh) * 2016-08-31 2017-04-19 浙江海得新能源有限公司 一种功率模块模组

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Publication number Publication date
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