CN116780913A - 用于车辆的逆变器模块 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于车辆的逆变器模块。一种功率模块，包括：第一基板层，第一基板层设置在第一平面上；第二基板层，第二基板层设置在与第一平面平行的第二平面上；第一电导体和第二电导体，第一电导体和第二电导体被配置为分别电连接到第一和第二直流(DC)参考电位，并且在平行于第一平面和第二平面的第三平面上从功率模块向外延伸；第三电导体、第四电导体和第五电导体，第三电导体、第四电导体和第五电导体被配置为分别电连接到第一、第二和第三交流(AC)参考电位，并且在平行于第一平面、第二平面和第三平面的第四平面上从功率模块向外延伸；以及多个开关管芯，分别设置在第一基板层与第二基板层之间。

Description

用于车辆的逆变器模块
技术领域
本公开涉及车辆的马达控制系统和方法，并且更具体地涉及用于车辆的马达的逆变器模块。
背景技术
在此部分中提供的信息是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。在此部分中描述的程度上，当前署名的发明人的著作以及在提交时可能不构成现有技术的描述的各方面，既不明示地也不暗示地被认为是本公开的现有技术。
有些类型的车辆仅包括产生推进扭矩的内燃发动机。电动车辆可以不包括内燃发动机，并且可以依靠一个或多个电动马达用于推进。
混合动力车辆包括内燃发动机和一个或多个电动马达。一些类型的混合动力车辆利用电动马达和内燃发动机，以致力于实现比仅使用内燃发动机更高的燃料效率。某些类型的混合动力车辆利用电动马达和内燃发动机来实现比内燃本身所能实现的更大的扭矩输出。
混合动力车辆的一些示例类型包括并联混合动力车辆、串联混合动力车辆和其他类型的混合动力车辆。在并联混合动力车辆中，电动马达与发动机并联工作，以将发动机的功率和续航能力优势与电动马达的效率和再生制动优势组合起来。在串联混合动力车辆中，发动机驱动发电机为电动马达发电，并且电动马达驱动变速器。这允许电动马达承担发动机的一些功率责任，这可能允许使用更小的和可能更高效的发动机。
发明内容
在一个特征中，一种功率模块包括：第一基板层，第一基板层设置在第一平面上；第二基板层，第二基板层设置在与第一平面平行的第二平面上；第一电导体和第二电导体，第一电导体和第二电导体被配置为分别电连接到第一和第二直流(DC)参考电位，并且在平行于第一平面和第二平面的第三平面上从功率模块向外延伸；第三电导体、第四电导体和第五电导体，第三电导体、第四电导体和第五电导体被配置为分别电连接到第一、第二和第三交流(AC)参考电位，并且在平行于第一平面、第二平面和第三平面的第四平面上从功率模块向外延伸；以及多个开关管芯，多个开关管芯分别设置在第一基板层与第二基板层之间。
在进一步的特征中，开关的所有源极和栅极端子被设置在第一平面上，并且开关的所有漏极端子被设置在第二平面上。
在进一步的特征中，电容器设置在第一基板层与第二基板层之间，并且电连接在第一电导体与第二电导体之间。
在进一步的特征中，开关包括碳化硅开关。
在进一步的特征中，开关连接成桥拓扑。
在进一步的特征中，开关包括双向开关。
在进一步的特征中，第一基板层包括：第一铜层、第二铜层以及夹在第一铜层与第二铜层之间的第一陶瓷层。
在进一步的特征中，第二基板层包括：第三铜层、第四铜层以及夹在第三铜层与第四铜层之间的第二陶瓷层。
在进一步的特征中，第一陶瓷层包括氮化硅。
在进一步的特征中，导电管芯附连材料设置在开关的源极端子与第一基板层之间，导电管芯附连材料设置在开关的栅极端子与第一基板层之间，以及导电管芯附连材料设置在开关的漏极端子与第二基板层之间。
在进一步的特征中，导电管芯附连材料包括银。
在一个特征中，一种马达系统包括：功率模块；电池；以及电动马达，其中第一电导体和第二电导体被配置成电连接到电池，并且其中第三电导体、第四电导体和第五电导体被配置成电连接到电动马达的第一连接部、第二连接部和第三连接部。
在一个特征中，车辆包括：马达系统，其中电动马达被配置成推进车辆。
在进一步的特征中，第一电导体和第二电导体的部分设置在第一基板层与第二基板层之间。
在进一步的特征中，第三电导体、第四电导体和第五电导体的部分设置在第一基板层与第二基板层之间。
在进一步的特征中：第一电导体和第二电导体从功率模块的第一横向侧向外延伸；并且第三电导体、第四电导体和第五电导体从功率模块的第二横向侧向外延伸，第二横向侧与第一横向侧相对。
在进一步的特征中，引脚从功率模块向外延伸，并电连接到开关的栅极端子、源极端子和漏极端子。
在进一步的特征中，导电迹线位于第一基板层与第二基板层之间，其将引脚与开关的栅极端子、源极端子和漏极端子电连接。
在进一步的特征中，间隔件设置在第一基板层与第二基板层之间。
在一个特征中，一种功率模块包括：第一基板层，第一基板层设置在第一平面上；第二基板层，第二基板层设置在与第一平面平行的第二平面上；第一电导体和第二电导体，第一电导体和第二电导体被配置为分别电连接到第一和第二直流(DC)参考电位，并且在平行于第一平面和第二平面的第三平面上从功率模块向外延伸；第三电导体、第四电导体和第五电导体，第三电导体、第四电导体和第五电导体被配置为分别电连接到第一、第二和第三交流(AC)参考电位，并且在平行于第一平面、第二平面和第三平面的第四平面上从功率模块向外延伸；以及电容器，电容器设置在第一基板层与第二基板层之间并且电连接在第一电导体与第二电导体之间。
本申请可以包括以下技术方案。
方案1. 一种功率模块，包括：
第一基板层，所述第一基板层设置在第一平面上；
第二基板层，所述第二基板层设置在与所述第一平面平行的第二平面上；
第一电导体和第二电导体，第一电导体和第二电导体被配置为分别电连接到第一直流(DC)参考电位和第二直流(DC)参考电位，并且在平行于第一平面和第二平面的第三平面上从所述功率模块向外延伸；
第三电导体、第四电导体和第五电导体，第三电导体、第四电导体和第五电导体被配置为分别电连接到第一交流(AC)参考电位、第二交流(AC)参考电位和第三交流(AC)参考电位，并且在平行于第一平面、第二平面和第三平面的第四平面上从所述功率模块向外延伸；和
多个开关管芯，所述多个开关管芯分别设置在第一基板层与第二基板层之间。
方案2. 根据方案1所述的功率模块，其中所述开关的所有源极端子和栅极端子被设置在所述第一平面上，并且所述开关的所有漏极端子被设置在所述第二平面上。
方案3. 根据方案1所述的功率模块，还包括电容器，所述电容器设置在第一基板层与第二基板层之间并电连接在第一电导体与第二电导体之间。
方案4. 根据方案1所述的功率模块，其中所述开关包括碳化硅开关。
方案5. 根据方案1所述的功率模块，其中所述开关连接成桥拓扑。
方案6. 根据方案1所述的功率模块，其中所述开关包括双向开关。
方案7. 根据方案1所述的功率模块，其中所述第一基板层包括：
第一铜层；
第二铜层；以及
第一陶瓷层，所述第一陶瓷层夹在所述第一铜层与所述第二铜层之间。
方案8. 根据方案7所述的功率模块，其中所述第二基板层包括：
第三铜层；
第四铜层；以及
第二陶瓷层，所述第二陶瓷层夹在所述第三铜层与所述第四铜层之间。
方案9. 根据方案1所述的功率模块，其中所述第一陶瓷层包括氮化硅。
方案10. 根据方案1所述的功率模块，还包括设置在所述开关的源极端子与所述第一基板层之间的导电管芯附连材料、设置在所述开关的栅极端子与所述第一基板层之间的导电管芯附连材料、以及设置在所述开关的漏极端子与所述第二基板层之间的导电管芯附连材料。
方案11. 根据方案1所述的功率模块，其中所述导电管芯附连材料包括银。
方案12. 一种马达系统，包括：
根据方案1所述的功率模块；
电池；以及
电动马达，
其中，第一电导体和第二电导体被配置成电连接到所述电池，以及
其中，第三电导体、第四电导体和第五电导体被配置成电连接到所述电动马达的第一连接部、第二连接部和第三连接部。
方案13. 一种车辆，包括：
根据方案12所述的马达系统，
其中，所述电动马达被配置成推进所述车辆。
方案14. 根据方案1所述的功率模块，其中第一电导体和第二电导体的部分设置在第一基板层与第二基板层之间。
方案15. 根据方案14所述的功率模块，其中第三电导体、第四电导体和第五电导体的部分设置在第一基板层与第二基板层之间。
方案16. 根据方案1所述的功率模块，其中：
第一电导体和第二电导体从所述功率模块的第一横向侧向外延伸；以及
第三电导体、第四电导体和第五电导体从所述功率模块的第二横向侧向外延伸，所述第二横向侧与所述第一横向侧相对。
方案17. 根据方案1所述的功率模块，还包括从所述功率模块向外延伸并电连接到所述开关的栅极端子、源极端子和漏极端子的引脚。
方案18. 根据方案17所述的功率模块，还包括在第一基板层与第二基板层之间的导电迹线，所述导电迹线将所述引脚与所述开关的栅极端子、源极端子和漏极端子电连接。
方案19. 根据方案1所述的功率模块，还包括设置在第一基板层与第二基板层之间的间隔件。
方案20. 一种功率模块，包括：
第一基板层，所述第一基板层设置在第一平面上；
第二基板层，所述第二基板层设置在与所述第一平面平行的第二平面上；
第一电导体和第二电导体，第一电导体和第二电导体被配置为分别电连接到第一直流(DC)参考电位和第二直流(DC)参考电位，并且在平行于第一平面和第二平面的第三平面上从所述功率模块向外延伸；
第三电导体、第四电导体和第五电导体，第三电导体、第四电导体和第五电导体被配置为分别电连接到第一交流(AC)参考电位、第二交流(AC)参考电位和第三交流(AC)参考电位，并且在平行于第一平面、第二平面和第三平面的第四平面上从所述功率模块向外延伸；以及
电容器，所述电容器设置在第一基板层与第二基板层之间，并且电连接在第一电导体与第二电导体之间。
从详细描述、权利要求和附图中，本公开的另外的应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本公开将从详细描述和附图得到更充分的理解，其中：
图1是示例车辆系统的功能框图；
图2是示例推进控制系统的功能框图;
图3是包括功率控制系统的示例实施方式的示意图；
图4A和图4B包括功率模块的示例实施方式的示意图；
图5和图6是示例功率模块的透视图；
图7和图8包括示例功率模块的顶视图和底视图；
图9是示例功率模块的剖视图；
图10包括示出穿过功率模块的示例电流路径的顶视图和底视图；以及
图11包括示例功率模块的顶视图和底视图。
在附图中，附图标记可以被重复使用来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
一种车辆的功率模块包括开关，开关调节(a)从电池到电动马达的电流和(b)从电动马达到电池的电流。直流(DC)总线电容器可以连接在功率模块与电池之间。脉宽调制(PWM)信号可用于控制支路（leg）的切换。
本申请涉及一种功率模块(例如，逆变器模块或包括双向开关)，其包括设置在直接结合铜(DBC)层(例如，Cu/Al2O3/Cu)之间的开关。虽然本文将讨论DBC层，但是本申请也适用于设置在两个基板例如DBA(Al/Al2O3/Al、AMB(Cu/Si3N4/Cu)等之间的开关。
通过其使功率流到功率模块和从功率模块流出的导体是平面的并平行于DBC层。所有开关的栅极连接部和源极连接部位于一个DBC层的一侧，并且所有开关的漏极连接部位于DBC层中的另一个DBC层的一侧。功率模块还可以包括（多个）DC总线电容器。经由DBC层，功率模块因此具有双侧冷却，这降低了功率模块的热阻。包括（多个）直流总线电容器的功率模块降低了功率模块的换向回路电感和功率模块的换向回路电阻。
现在参考图1，展示了示例车辆系统的功能框图。虽然示出并将描述用于混合动力车辆的车辆系统，但本公开也适用于不包括内燃发动机的电动车辆（包括纯电动车辆）、燃料电池车辆、自主车辆、半自主车辆、非自主车辆和其他类型的车辆。此外，虽然提供了车辆的示例，但本申请也适用于非车辆实施方式。
发动机102可以燃烧空气/燃料混合物以生成驱动扭矩。发动机控制模块(ECM)114控制发动机102。例如，ECM 114可以控制例如节气门阀、一个或多个火花塞、一个或多个燃料喷射器、阀致动器、凸轮轴相位器、废气再循环(EGR)阀、一个或多个增压设备以及其他合适的发动机致动器等发动机致动器的致动。在一些类型的车辆(例如，电动车辆)中，发动机102可以省略。
发动机102可以输出扭矩到变速器195。变速器控制模块(TCM) 194控制变速器195的操作。例如，TCM 194可以控制变速器195和一个或多个扭矩传递设备(例如，变矩器、一个或多个离合器等)内的档位选择。
车辆系统包括一个或多个电动马达，例如电动马达198。电动马达在给定时间可以充当发电机或马达。当充当发电机时，电动马达将机械能转换为电能。电能可以例如用于对电池199充电。当充当马达时，电动马达生成扭矩，该扭矩可以例如用于车辆推进。虽然提供了一个电动马达的示例，但是车辆可以包括多于一个电动马达。
马达控制模块196控制从电池199到电动马达198以及从电动马达198到电池199的功率流。马达控制模块196将来自电池199的电功率施加到电动马达198，以使电动马达198输出正扭矩，例如用于车辆推进。电池199可以包括例如一个或多个电池和/或电池组。
电动马达198可以例如将扭矩输出到变速器195的输入轴或变速器195的输出轴。离合器200可以接合以将电动马达198耦合到变速器195，以及脱离以将电动马达198与变速器195解耦。可以在离合器200的输出部与变速器195的输入部之间实施一个或多个齿轮传动设备，以提供电动马达198的旋转与变速器195的输入部的旋转之间的预定比率。
马达控制模块196还可选择性地将车辆的机械能转换为电能。更具体地，当电动马达198由变速器195驱动并且马达控制模块196不从电池199向电动马达198施加功率时，电动马达198经由反电动势产生和输出功率。马达控制模块196可经由电动马达198输出的功率对电池199充电。
现在参考图2，展示了示例推进控制系统的功能框图。驾驶员扭矩模块204基于驾驶员输入212确定驾驶员扭矩请求208。驾驶员输入212可以包括例如加速器踏板位置(APP)、制动踏板位置(BPP)、巡航控制输入和/或自主输入。在各种实施方式中，巡航控制输入可以由自适应巡航控制系统提供，该自适应巡航控制系统试图在车辆与车辆路径中的物体之间保持至少预定距离。自主输入可以由自主驾驶系统提供，自主驾驶系统控制车辆从一个位置到另一个位置的移动同时避开物体和其他车辆。驾驶员扭矩模块204可以使用一个或多个查找表或方程式来确定驾驶员扭矩请求208，查找表或方程式将驾驶员输入与驾驶员扭矩请求相关联。可以分别使用一个或多个APP传感器和BPP传感器来测量APP和BPP。
驾驶员扭矩请求208可以是轮轴扭矩请求。轮轴扭矩（包括轮轴扭矩请求）是指车轮处的扭矩。如下文进一步讨论的，推进扭矩（包括推进扭矩请求）与轮轴扭矩不同之处在于推进扭矩可以指变速器输入轴处的扭矩。
轮轴扭矩仲裁模块216在驾驶员扭矩请求208与其他轮轴扭矩请求220之间进行仲裁。轮轴扭矩（车轮处的扭矩）可以由各种源（包括发动机102和/或一个或多个电动马达，例如电动马达198）产生。其他轮轴扭矩请求220的示例包括但不限于，当检测到正车轮打滑时牵引力控制系统请求的扭矩减小、抵消负车轮打滑的扭矩增大请求、减小轮轴扭矩以确保轮轴扭矩不超过当车辆停止时制动器保持车辆的能力的制动管理请求、以及减小轮轴扭矩以防止车辆超过预定速度的车辆超速扭矩请求。轮轴扭矩仲裁模块216基于所接收的轮轴扭矩请求208和220之间的仲裁结果输出一个或多个轮轴扭矩请求224。
在混合动力车辆中，混合动力模块228可以确定一个或多个轮轴扭矩请求224中的多少轮轴扭矩请求应该由发动机102产生，以及一个或多个轮轴扭矩请求224中的多少轮轴扭矩请求应该由电动马达198产生。为了简单起见，将继续电动马达198的示例，但是可以使用多个电动马达。混合动力模块228将一个或多个发动机扭矩请求232输出到推进扭矩仲裁模块236。发动机扭矩请求232指示发动机102的请求扭矩输出。
混合动力模块228还向马达控制模块196输出马达扭矩请求234。马达扭矩请求234指示电动马达198的请求扭矩输出（正的或负的）。在省略发动机102（例如，电动车辆）或发动机102没有连接以输出用于车辆的推进扭矩的车辆中，轮轴扭矩仲裁模块216可以输出一个轮轴扭矩请求，并且马达扭矩请求234可以等于该轮轴扭矩请求。
在电动车辆的示例中，可以省略ECM 114，并且可以在马达控制模块196内实施驾驶员扭矩模块204和轮轴扭矩仲裁模块216。在电动车辆中，驾驶员扭矩模块204可以将驾驶员扭矩请求208输入到马达控制模块196，并且可以省略与控制发动机致动器有关的部件。
推进扭矩仲裁模块236将发动机扭矩请求232从轮轴扭矩域（车轮处的扭矩）转换为推进扭矩域（例如，变速器的输入轴处的扭矩）。推进扭矩仲裁模块236将转换后的扭矩请求与其他推进扭矩请求240进行仲裁。其他推进扭矩请求240的示例包括但不限于为发动机超速保护请求的扭矩减小和为防止失速请求的扭矩增大。推进扭矩仲裁模块236可以作为仲裁的结果输出一个或多个推进扭矩请求244。
致动器控制模块248基于推进扭矩请求244控制发动机102的致动器252。例如，基于推进扭矩请求244，致动器控制模块248可以控制节气门阀的开度、火花塞提供的火花的正时、燃料喷射器喷射的燃料的正时和量、汽缸致动/停用、进气阀和排气阀定相、一个或多个增压设备（例如，涡轮增压器、增压器等）的输出、EGR阀的开度、和/或一个或多个其他发动机致动器。在各种实施方式中，推进扭矩请求244可在致动器控制模块248使用之前被调整或修改，例如以产生扭矩储备。
马达控制模块196基于马达扭矩请求234控制逆变器模块的开关的切换，如下文进一步讨论的。逆变模块将直流(DC)功率转换为交流(AC)功率。逆变器模块将AC功率施加到电动马达198。逆变器模块的切换控制电动马达198的扭矩。逆变器模块还将电动马达198产生的功率转换为DC功率，并输出用于电池199的DC功率，例如，以对电池199充电。
逆变器模块包括多个开关，例如三个开关支路。马达控制模块切换开关以向电动马达198施加交流(AC)功率以驱动电动马达198。例如，逆变器模块可产生n相AC功率，并将n相AC功率施加到电动马达198的(例如，a、b和c，或u、v和w) n个定子绕组。在各种实施方式中，n等于3。经由流过定子绕组的电流产生的磁通量驱动电动马达198的转子。转子连接到电动马达198的输出轴并驱动输出轴旋转。电动马达198的输出轴连接到车辆的一个或多个车轮。在图4A和图4B中提供了逆变器模块的示例。
在各种实施方式中，逆变器模块可包括一个或多个滤波器（例如电容器）。一个或多个滤波器例如可被实施为过滤流向电池199和来自电池199的功率流。
图3是包括功率控制系统的示例实施方式的示意图。如上文所讨论的，电池199还可以指电池组或包括电池组。如本文所讨论的，在各种实施方式中，电容器可以包括在逆变器中。
高（正，DC+)侧304和低（负，DC-）侧308分别连接到电池199的正端子和负端子。一个或多个电容器，例如电容器312，在高侧304与低侧308之间与电池199并联连接。（多个）电容器稳定DC总线，并向逆变器模块提供低阻抗电压源，因为电池199可能具有较高的阻抗。如下面进一步讨论的，（多个）电容器312可以在逆变器模块316内实施。逆变器模块316是一种功率模块。
逆变器模块316包括三个支路，一个支路连接到电动马达198的每一相。逆变器模块316控制流向电动马达198的支路/相的电流。逆变器模块316将来自高侧304和低侧308的DC功率转换为三相AC功率，并将AC功率输出到电动马达198。
图4A包括逆变器模块的示例实施方式的示意图。逆变器模块316包括三个支路。一个支路连接到电动马达198的每一相。
第一支路512包括第一开关516和第二开关520。开关516和520各自包括第一端子、第二端子和控制端子。开关516和520中的每一个可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)，例如金属氧化物半导体FET(MOSFET)，或另一适当类型的开关。在IGBT和FET的示例中，控制端子被称为栅极。
第一开关516的第一端子连接到高侧304。第一开关516的第二端子连接到节点504。第二开关520的第二端子可以连接到低侧308。节点504连接到第一开关516的第二端子、第二开关520的第一端子和电动马达198的第一相（例如a）。
第一支路512可包括分别反并联连接到开关516和520的第一二极管524和第二二极管528。换句话说，第一二极管524的阳极可以连接到第一开关516的第二端子，并且第一二极管524的阴极可以连接到第一开关516的第一端子。第二二极管528的阳极可以连接到第二开关520的第二端子，并且第二二极管528的阴极可以连接到第二开关520的第一端子。二极管524和528形成用于将来自电动马达198的功率转换为电池199的功率的三相整流器的一相。然而，二极管524和528可以省略，例如如果开关516、540、556、520、544和560是MOSFET（具有内置二极管）。如果与IGBT的功率模块一起包括，则可以包括二极管524和528。
逆变器模块316还包括第二支路532和第三支路536。第二支路532和第三支路536可以（电路方面）与第一支路512相似或相同。换句话说，第二支路532和第三支路536可以各自包括相应的类似于开关516和520以及二极管524和528的开关和二极管，以与第一支路512相同的方式连接。例如，第二支路532包括开关540和544以及反并联二极管548和552。节点542连接到开关544的第一端子和电动马达198的第二定子绕组（例如，b)。第三支路536包括开关556和560，以及反并联二极管564和568。节点570连接到开关560的第一端子和电动马达198的第三定子绕组（例如，c)。与二极管524和528一样，二极管548、552、564和568可以省略。
逆变器模块316的开关的控制端子连接到来自马达控制模块196的开关信号576。马达控制模块196产生开关信号576，使得支路的高侧开关接通，而该支路的低侧开关断开，反之亦然。马达控制模块196使用脉宽调制(PWM)控制生成开关信号576。
低侧开关520、544和560的栅极的开关信号可以反向，使得施加到低侧开关520、544和560的开关信号与施加到高侧开关516、540和556的栅极的控制信号的极性相反。
图4B是包括三个固态双向开关支路的功率模块的示例示意图。支路并联连接，或者可以是独立的。虽然提供了三个开关支路的示例，但是双向开关可以包括更多或更少数量的支路。例如，可以提供三个开关支路，使得进出电池的大约三分之一的电流流经每个支路。一般说来，固态双向开关可以包括N个开关支路，其中N是大于或等于1的整数。流经支路中每一个的电流可以近似等于1/N。每个开关和反并联二极管可以在一个或多个并联管芯中实施。如下面进一步讨论地实施这些管芯。每个支路包括如图所示连接的两个开关（例如，一个p型和一个n型）和反并联二极管。
图5是提供三相全桥拓扑的图4A的逆变器模块316的示例实施方式的透视图。图6是透过模制化合物602观看的逆变器模块316的另一透视图。图7包括逆变器模块316的顶视图704和逆变器模块316的底视图708。图8包括透过模制化合物602观看的逆变器模块316的顶视图804和透过模制化合物602观看的逆变器模块316的底视图708。图9是沿着图8的线812截取的逆变器模块316的剖视图。
参考图6-9，逆变器模块316包括DC导体604和608，DC导体604和608被配置成连接到电池199。仅作为示例，（两个）DC导体604可以被配置为连接到电池199的正参考电位（例如，304)，并且DC导体608可以被配置为连接到电池199的负参考电位（例如，308)。逆变器模块316还包括AC导体612、616和620，其被配置成分别连接到电动马达198的相，例如504、542和570。DC和AC导体可以包括孔，导电线可以穿过该孔延伸以连接到电池199和马达198。
逆变器模块316还包括分别连接到第一支路、第二支路和第三支路的开关的源极端子、栅极端子和漏极端子的引脚624、628和632。引脚经由内部导电迹线（在DBC层之间）连接到开关的端子，如下文进一步讨论的。
如图9所示，逆变器模块316包括第一直接结合铜(DBC)基板（层）904和第二DBC基板（层）908。第一DBC基板904和第二DBC基板908是平面的。第一DBC基板904包括第一平面铜层912、第二平面铜层916和夹在第一平面铜层912与第二平面铜层916之间的陶瓷层920。第二DBC基板908包括第一平面铜层924、第二平面铜层928和夹在第一平面铜层912与第二平面铜层916之间的陶瓷层930。第一DBC基板904和第二DBC基板908设置在模制化合物602内。陶瓷层920和930可以是例如氮化硅(Si3N4)、氮化铝（AlN）或其他合适的陶瓷。
逆变器模块316包括用于支路/相中的每一个的每个开关的并联管芯和并联互连器（例如，604、608、612、616、620、624、628和632）。导体604、608、612、616、620、624、628和632在平行于第一DBC基板904和第二DBC基板908的平面的一个或多个平面上从逆变器模块316的侧部向外延伸。第一DBC基板904和第二DBC基板908的平面也平行。
此外，所有管芯的栅极和源极连接部位于同一DBC基板上，而所有管芯的漏极连接部位于另一DBC基板上。这允许大的连续铜面积用于漏极连接部和自逆变器模块316两侧的热传递。电容器设置在连接器604与608之间，例如由图8中的816所示的。包括电容器816的逆变器模块316增加用于低电感的场抵消。电容器816相对于连接器604和608的对称间距提供对称性并改善逆变器模块316的性能。
支路的开关在管芯932中实施，例如包括硅和/或碳化硅（SiC）。管芯附连材料936（例如，银或另一合适的导电材料）将管芯的源极和栅极连接部电连接到第二DBC基板908。管芯附连材料940（例如，银或另一合适的导电材料）将管芯的漏极连接部电连接到第一DBC基板904。间隔件944还设置在第一DBC基板904与第二DBC基板908之间。间隔件944可以包括例如铜（Cu）和/或钼（Mo），如图6和8所示，电容器816设置在两个不同支路的两个开关的管芯之间。图10示出了穿过支路之一的高侧开关的示例电流路径1004。
图11示出了图4B的功率模块的透视图。图11包括透过模制化合物602观看的双向开关的顶视图1104和双向开关的底视图1104。双向开关如图9所示实施，并且具有与上面讨论的具有三相全桥拓扑的逆变器模块316相同的形状因子。
本文讨论的功率模块由于具有大约0.6×其他类型的功率模块的热阻，因此与具有类似功率额定值的其他类型的功率模块相比具有更好的热传递。与其他类型的功率模块相比，本文讨论的功率模块还具有更低的换向回路寄生电感和更低的换向回路电阻。
先前的描述本质上仅仅是说明性的，而决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实施。因此，虽然本公开包括特定的示例，但是本公开的真实范围不应该被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后，其他修改将变得显而易见。应当理解，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。此外，尽管这些实施例中的每个实施例在上面被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在其他实施例中的任何实施例中实施和/或与其他实施例中的任何实施例的特征组合，即使该组合没有被明确描述。换句话说，所描述的实施例不是互斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍然在本公开的范围内。
元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接的”、“接合的”、“耦合的”、“相邻的”、“紧挨着的”、“在...的顶部上”、“在...上方”、“在...下方”和“设置在”。除非明确描述为“直接”，否则当在上述公开中描述第一元件与第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一元件与第二元件之间不存在任何其他中间元件的直接关系，但是也可以是在第一元件与第二元件之间存在一个或多个中间元件(空间上或功能上)的间接关系。如本文所用的，短语“A、B和C中的至少一个”应该被解释为表示使用非排他性逻辑“或”来表示逻辑(A或B或C)，并且不应该被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在附图中，箭头头部所指的箭头方向通常表示图示感兴趣的信息流(例如数据或指令)。例如，当元件A与元件B交换各种信息，但是从元件A传送到元件B的信息与图示相关时，箭头可以从元件A指向元件B。这个单向箭头并不暗示着没有其他信息从元件B传送到元件A。此外，对于从元件A传送到元件B的信息，元件B可以向元件A发送对信息的请求或收到确认。
在本申请中，包括下面的定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可以指、是其一部分或包括：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或组)；提供所描述功能的其他合适的硬件部件；或上述的一些或全部的组合，例如在片上系统中。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、互联网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在另一示例中，服务器(也已知为远程或云)模块可以代表客户端模块完成一些功能。
如上文所使用的，术语“代码”可以包括软件、固件和/或微码，并且可以指程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”涵盖执行来自多个模块的一些或全部代码的单个处理器电路。术语“组处理器电路”涵盖与附加的处理器电路组合来执行来自一个或多个模块的一些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用涵盖离散管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个内芯、单个处理器电路的多个线程或者上述的组合。术语“共享存储器电路”涵盖存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语“组处理器电路”涵盖与附加的存储器组合来存储来自一个或多个模块的一些或全部代码的存储器电路。
术语“存储器电路”是术语计算机可读介质的子集。如本文所用的，术语“计算机可读介质”不涵盖通过介质(例如载波)传播的暂时电信号或电磁信号；因此，术语“计算机可读介质”可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如CD、DVD或蓝光光盘)。
本申请中描述的装置和方法可以部分或全部由专用计算机实施，该专用计算机通过配置通用计算机来执行体现在计算机程序中的一个或多个特定功能而创建。上面描述的功能框、流程图部件和其他元件用作软件规范，其可以通过熟练的技术人员或程序员的日常工作翻译成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性、有形的计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)要被解析的描述性文本，例如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON (JavaScript Object Notation)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码，等等。仅作为示例，源代码可以使用包括下列在内的语言的语法编写：C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5(超文本标记语言第5版)、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®。

Claims (10)

1.一种功率模块，包括：
第一基板层，所述第一基板层设置在第一平面上；
第二基板层，所述第二基板层设置在与所述第一平面平行的第二平面上；
第一电导体和第二电导体，第一电导体和第二电导体被配置为分别电连接到第一直流(DC)参考电位和第二直流(DC)参考电位，并且在平行于第一平面和第二平面的第三平面上从所述功率模块向外延伸；
第三电导体、第四电导体和第五电导体，第三电导体、第四电导体和第五电导体被配置为分别电连接到第一交流(AC)参考电位、第二交流(AC)参考电位和第三交流(AC)参考电位，并且在平行于第一平面、第二平面和第三平面的第四平面上从所述功率模块向外延伸；和
多个开关管芯，所述多个开关管芯分别设置在第一基板层与第二基板层之间。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其中所述开关的所有源极端子和栅极端子被设置在所述第一平面上，并且所述开关的所有漏极端子被设置在所述第二平面上。
3.根据权利要求1所述的功率模块，还包括电容器，所述电容器设置在第一基板层与第二基板层之间并电连接在第一电导体与第二电导体之间。
4.根据权利要求1所述的功率模块，其中所述开关包括碳化硅开关。
5.根据权利要求1所述的功率模块，其中所述开关连接成桥拓扑。
6.根据权利要求1所述的功率模块，其中所述开关包括双向开关。
7.根据权利要求1所述的功率模块，其中所述第一基板层包括：
第一铜层；
第二铜层；以及
第一陶瓷层，所述第一陶瓷层夹在所述第一铜层与所述第二铜层之间。
8.一种马达系统，包括：
根据权利要求1所述的功率模块；
电池；以及
电动马达，
其中，第一电导体和第二电导体被配置成电连接到所述电池，以及
其中，第三电导体、第四电导体和第五电导体被配置成电连接到所述电动马达的第一连接部、第二连接部和第三连接部。
9.一种车辆，包括：
根据权利要求12所述的马达系统，
其中，所述电动马达被配置成推进所述车辆。
10.一种功率模块，包括：
第一基板层，所述第一基板层设置在第一平面上；
第二基板层，所述第二基板层设置在与所述第一平面平行的第二平面上；
第一电导体和第二电导体，第一电导体和第二电导体被配置为分别电连接到第一直流(DC)参考电位和第二直流(DC)参考电位，并且在平行于第一平面和第二平面的第三平面上从所述功率模块向外延伸；
第三电导体、第四电导体和第五电导体，第三电导体、第四电导体和第五电导体被配置为分别电连接到第一交流(AC)参考电位、第二交流(AC)参考电位和第三交流(AC)参考电位，并且在平行于第一平面、第二平面和第三平面的第四平面上从所述功率模块向外延伸；以及
电容器，所述电容器设置在第一基板层与第二基板层之间，并且电连接在第一电导体与第二电导体之间。
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