CN117012740A - 模块化功率覆盖装置和方法 - Google Patents

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D·L·格兰姆斯
R·A·埃丁斯
李承益
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Abstract

模块化POL组件可以被布置成限定半桥转换器拓扑，并且可以与其他模块化POL功率组件耦合以基于期望的功率输出来限定全桥或三相AC转换器拓扑。组装的POL组件可以安装在公共电绝缘衬底上，以限定POL功率转换装置以提供所述期望的功率输出。

Description

模块化功率覆盖装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2022年5月6日提交的美国专利申请NO.17/738498号的权益，所述专利申请通过引用全部并入本文。
技术领域
本公开一般涉及电子功率转换器装置和方法，并且更具体地说涉及模块化功率覆盖(power over lay)装置备和配置这样的装置的方法。
背景技术
对功率电子装置管理高功率密度的不断增长的需求导致了功率电子模块或功率模块的发展。功率模块是通常包括若干功率组件的组合件，例如互连以执行功率转换功能的功率半导体装置。功率模块用于功率转换设备，例如工业马达驱动、不间断电源和逆变器。功率模块为一组功率半导体组件提供封装或物理容纳。功率半导体(或“管芯”)通常焊接或烧结在功率电子衬底上，所述衬底支撑功率半导体，在需要的情况下提供电接触和热接触以及电绝缘。
最近，功率模块越来越多地采用功率覆盖(POL)模块型封装和互连系统。这样的POL模块使用多层传导和绝缘材料来支撑功率半导体装置，提供半导体装置和外部电路之间的电互连，并管理正常操作期间产生的热量。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述本描述(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：
图1图示常规半桥转换器电路的示意图。
图2图示根据本文所述的各个方面的第一POL组件的一组等距视图。
图3A图示根据本文所述的各个方面的模块化POL装置的等距视图。
图3B图示根据本文所述的各个方面的另一模块化POL装置的等距视图；
图4图示常规半桥转换器电路的示意图。
图5图示根据本文所述的各个方面的另一模块化POL装置的透视图。
图6图示常规三相桥转换器电路的示意图。
图7图示根据本文所描述的各个方面的又一模块化POL装置的示意图。
图8图示根据本文所述的各个方面配置模块化POL装置的方法流程图。
具体实施方式
如本文所使用，术语“集合”或元素的“集合”可以是任何数量的元件，包括仅一个。如本文所使用，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数参考对象，除非上下文另有明确规定。
所有方向参考(例如，径向、轴向、上、下、向上、向下、左、右、横向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、内侧、外侧)仅用于识别目的，以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是对其位置、取向或使用。连接参考(例如，附接、耦合、连接和接合)应被广泛理解，并且可以包括元件集合之间的中间构件和元件之间的相对运动，除非另有指示。因此，连接参考不一定推断出两个元件直接连接并且彼此处于固定关系。
如本文所使用，术语“半导体装置”是指执行特定功能的半导体组件、装置、管芯或芯片，例如功率晶体管、功率二极管或模拟放大器，作为非限制性示例。典型的半导体装置包括输入/输出(I/O)互连，在本文中称为接触部或接触垫，其用于将半导体装置连接到外部电路系统并且电耦合到半导体装置内的内部元件。本文所述的半导体装置可以是功率半导体装置，其用作功率电子电路中的电可控开关或转换器，例如比如开关模式功率供应装置。半导体装置的非限制性示例包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结晶体管(BJT)、集成栅极换向晶闸管(IGCT)、栅极关断(GTO)晶闸管、可控硅整流器(SCR)、二极管或其他装置或装置的组合，其包括诸如硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和砷化镓(GaAs)之类的材料。作为非限制性示例，半导体装置也可以是数字逻辑装置，例如微处理器、微控制器、存储器装置、视频处理器或专用集成电路(ASIC)。
应该理解，为了便于描述和理解，附图不一定按比例绘制，并且可以示意性地描绘。例如，相对于附图中描绘的其他元件，附图中的某些元件可以比图示的更大或更小。尽管以下公开的POL模块的各个方面在图中示出并描述为包括半导体装置、互连布线和电子封装端子的特定布置，理解的是，也可以实现备选的布置和配置，并且因此方面不限于其具体图示的装置及其布置。也就是说，本文所描述的方面还应被理解为包括电子封装，该电子封装可以包括附加的电子组件，并且可以附加地或备选地包括一个或多个备选装置类型的半导体装置，包括声学装置、微波装置、毫米装置、RF通信装置和微机电(MEMS)装置。
设想的是，如本文公开的POL组件和模块化装置的方面可以包括半导体装置模块或功率模块，其为限定拓扑的一个或多个半导体装置提供互连和物理支持或容纳。本文描述的方面还可以包括一个或多个电阻器、电容器、电感器、滤波器、开关和类似装置及其组合。如本文所使用，术语“电组件”和“电子组件”可以理解为包括上述各种类型的半导体装置中的任何，以及电阻器、电容器、电感器、滤波器和类似的无源装置以及能量存储装置。
POL封装和互连装置或模块为包括功率半导体装置的功率组件提供物理封装。这些功率半导体或管芯通常焊接或烧结在功率电子衬底上，所述功率电子衬底支撑功率半导体，并提供电接触和热接触以及电绝缘，从而实现比分立功率组件更高的功率密度。
常规POL组件架构的一个显著特征是平面铜互连结构。代替常规引线接合，典型POL互连布置中的装置通过穿过绝缘聚酰亚胺粘合层形成的通孔直接连接到装置连接焊盘，其中无源元件(例如电阻器、电容器和电感器)根据需要安装或构建。
常规POL装置制造工艺通常始于通过粘合剂将一个或多个功率半导体装置放置在电介质层上。然后将金属互连(例如，铜互连)电镀到电介质层上，以通过电介质层限定的通孔形成与功率半导体装置的直接金属连接。金属互连提供来往于功率半导体装置的输入/输出(I/O)系统的形成。然后使用用于电连接性和热连接性的焊接互连将POL组件焊接到绝缘金属衬底(例如，直接结合铜(DBC)衬底)。然后使用电介质有机材料填充电介质层和陶瓷衬底之间的半导体装置周围的间隙，以形成POL组件。
常规绝缘金属衬底通常由三层组成，即金属顶层和金属底层，中间夹有陶瓷绝缘层。绝缘金属衬底的绝缘层使金属顶层与金属底层电绝缘。金属层被直接结合或钎焊到陶瓷层。金属绝缘衬底通常可以焊接在基板的相反侧(例如底侧)。在许多情况下，基板由铜形成，并使用焊料附接到金属绝缘衬底的底部金属层。基板通常进一步安装到常规散热器。由于POL组件的导热性和刚性，常规金属绝缘衬底通常用于POL组件中以支撑半导体装置，同时提供电互连结构。基板的刚性为POL组件提供额外的结构支撑。金属绝缘衬底的绝缘层部分还可以提供装置与散热器或机箱之间的电隔离。
常规POL组件通常用于电功率转换器，例如AC驱动和柔性AC传输系统。功率转换器是将输入电压波形转换为指定输出电压波形的功率供应装置或功率处理电路。与功率转换器相关联的控制器通过选择性地控制其中使用的开关的传导周期来管理其操作。由功率转换器所采用的开关通常是半导体开关装置(例如MOSFET、IGBT等)。
与控制器相结合，通常采用驱动电路(例如，栅极驱动电路)来响应于来自控制器的命令信号(例如，脉宽调制(PWM)信号)来选择性地向每个半导体开关的控制端子(例如，栅极端子)提供驱动信号，以控制其操作。
现在将详细参考方面，其一个或多个示例在附图中图示。每个示例是通过对各方面的解释而不是对各方面进行限制来提供的。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以在本公开中进行各种修改和变化。例如，作为一个方面的一部分图示或描述的特征可以与另一个方面一起使用，以产生又一个方面。因此，本公开旨在涵盖在所附权利要求及其等同物的范围内的这样的修改和变化。
尽管本文使用各种开关装置(例如MOSFET或IGBT或其组合)描述和描绘各种非限制性方面，但其他方面不受此限制。其他非限制性方面可以包括任何期望的开关装置，其可以响应于电信号在低电阻状态和高电阻状态之间切换状态。例如，在各个方面中的开关装置可以包括但不限于任何期望类型的开关元件，包括例如晶体管、栅极换向晶闸管、场效应晶体管(FET)、IGBT、MOSFET、栅极关断晶闸管、静态感应晶体管、静态感应晶闸管及其组合。
如本文将更详细地描述的，非限制性方面可以被布置成限定半桥功率转换器拓扑。图1描绘用于参考的常规半桥功率转换器拓扑的电气示意图。如将领会，图1的示意图图示一组半导体开关装置24，其被描绘为一对互补的n沟道MOSFET开关装置，其被布置成形成常规半桥转换器电路25。所述一对半导体开关装置24可以包括第一半导体开关装置24a和第二半导体开关装置24-b。第一半导体开关装置24a可以包括第一源极端子S1、第一栅极端子G1和第一漏极端子D1。同样地，第二半导体开关装置24b可以包括第二源极端子S2、第二栅极端子G2和第二漏极端子D2。
如所示，第一半导体开关装置24a的第一源极端子S1电耦合到第二半导体开关装置24的第二漏极端子D2，以限定输出中性或单相AC输出节点或端子S1/D2。在操作中，可以向第二源极端子S2提供正的DC电压(+V)，并且可以向第一漏极端子D1提供负的DC电压。相应的第一和第二半导体开关装置24a、24b的栅极端子G1、G2可以通信地耦合到栅极驱动器装置或电路(未示出)，其被配置成以预定频率在传导状态和非传导状态之间操作第一和第二半导体开关装置24a、24b以由此相对于输出中性或单相AC输出端子S1/D2提供正弦波形输出或AC电压。
图2图示根据非限制性方面的第一POL组件10的非限制性的方面。例如，第一POL组件10可以包括POL子组合件9，所述POL子组合件9具有在等距视图17中示出的顶部13和在自下而上的等距视图19中示出的底部22。换句话说，等距视图17和19从不同的角度示出相同的POL子组合件9。第一POL组件10可以还包括导电衬底8，如等距视图12中所示。如将在本文中更详细地描述的，POL子组合件9的底部22可以耦合到导电衬底8以形成第一POL组件10。以这种方式，底部22被夹在顶部13和导电衬底8之间。
顶部13可包括顶部导电层14(例如，金属化层)，其设置在电绝缘或非传导电介质层21的第一侧(例如，顶侧)21a上。顶部传导层14可以包括设置在其上的一组传导迹线16。电介质层21可以包括与第一侧21a相反的第二侧(例如，底侧)21b。电介质层21可以限定从第一侧21a延伸到第二侧21b的穿过其中的一组孔隙20。在方面中，顶部传导层14可以延伸穿过孔隙20以限定穿过电介质层21的一组通孔20a。在非限制性方面中，一个或多个导电元件(例如传导垫片44(例如，铜垫片))可以设置在顶部传导层14上。底部22可以包括设置在第二侧21b上的一组电装置23。
如所示，第一POL组件10可以限定布置在电介质层21上并限定第一平面覆盖区的一组电装置23的基本平面布置。顶部传导层14可以与所述一组电装置23电耦合。例如，在一些方面中，顶部传导层14可以通过穿过电介质层21限定的一组通孔20a与一组电装置23电连接。附加地或者备选地，在一些方面中，顶部传导层14可以通过一组通孔20a或者一组传导垫片44或者二者的方式电耦合到导电衬底8。
一组电装置23可以包括一组半导体开关装置24。例如，在一些非限制性方面中，半导体开关装置24可以包括碳化硅开关装置。作为一个非限制性示例，所述一组半导体开关装置24可以包括MOSFET型开关。将领会，在这样的方面中，半导体开关装置24中的每个可以包括相应的栅极端子(“G”)、源极端子(“S”)和漏极(“D”)端子(未示出，见图1)。在非限制性方面中，半导体开关装置24可以包括第一侧27(例如，顶侧)和相对的第二侧，例如，底侧(在图2中不可见)。在非限制性方面中，半导体开关装置24的栅极端子G和漏极端子D可以设置在相应半导体开关装置的相反侧上。例如，在非限制性方面中，源极端子S和栅极端子G可以设置在半导体开关装置24的第一侧27上，并且漏极端子D可以设置在相应半导体开关装置的相反的第二侧上。
在一些方面中，一组电装置23可以还包括一组整流组件26。例如，在一些非限制性方面中，整流组件26可以包括二极管。在其他非限制性方面中，整流组件可以包括附加的半导体开关装置24、二极管或其组合。所述一组电装置23可以还包括电耦合到半导体开关装置24的一组栅极驱动器装置28(例如，MOSFET栅极驱动器装置)，其被配置成例如通过以已知方式向其提供栅极驱动信号(未示出)来选择性地操作半导体开关装置的相应的栅极。
在一些方面中，第一POL组件10的顶部传导层14可以与一组半导体开关装置24电连接。例如，在一些方面中，第一POL组件10的顶部传导层14可以通过穿过电介质层21的传导通孔20a与一组半导体开关装置24电耦合(例如，到源极端子S和栅极端子g)。
在非限制性方面中，导电衬底8可以包括绝缘金属衬底，例如DBC衬底。导电衬底8可以限定第一表面8a(例如，顶部表面)和相反的第二表面8b(例如，底部表面)。导电衬底的第一表面8a和第二表面8b可以由导电材料(例如，铜)形成。电绝缘层(未示出)可以设置在导电衬底8的第一和第二表面8a、8b之间，以使第一表面8a与第二表面8b电绝缘。第一表面8a可以电耦合(例如，焊接)到一组半导体开关装置24。例如，在非限制性方面中，第一表面8a可以电耦合到半导体开关装置24中的一个或多个半导体开关装置24的相应的漏极端子D。在非限制性方面中，导电衬底8的第一表面8a可以经由传导垫片44或通孔20a或两者电耦合到顶部传导层14。导电衬底8可以被布置成支撑半导体开关装置24，同时提供电互连结构。
例如，图3A描绘第一POL组件10的另一个非限制性方面的透视图，其中为了清楚起见省略一组半导体开关装置24和其他部件。在非限制性方面中，POL子组合件9可以耦合到导电衬底8并且被布置成限定第一半桥功率转换器拓扑。例如，第一半导体开关装置24a的第一源极端子S1可以电耦合到第二半导体开关装置24的第二漏极端子D2，以在传导衬底8的外部限定输出中性或单相AC输出节点或端子S1/D2。AC输出端子(为了清楚起见省略)可以耦合到传导衬底8的外部的单相AC输出节点或端子S1/D2。
参考图3B，示出半桥模块化POL装置300的非限制性方面的透视图。在非限制性方面中，半桥模块化POL装置300可以限定半桥功率转换器。在非限制性方面中，第一POL组件10可以被布置成限定第一半桥POL组件301。半桥模块化POL装置300可包括可支撑地安装或组装到电绝缘或非传导基板325或瓦片(tile)上的第一半桥POL组件301(包括第一POL组件10)。在非限制性方面中，电绝缘基板325既可以是电绝缘的，也可以是热绝缘的。在其他非限制性方面中，电绝缘基板325可以是电绝缘的和导热的。此外，第一半桥POL组件301的非限制性方面可以还包括第一DC输入节点309和第二DC输入节点310。第一DC输入节点309可以包括第一DC输入端子311。第二DC输入节点310可以包括第二DC输入端子312。第一DC输入端子311可以被布置成接收具有第一极性的第一DC电压(V+)，并且第二DC输入端子312可以被布置成接收具有第二极性的第二DC电压(V-)。第一半桥POL组件301可以还包括从其延伸的AC输出端子315(例如单相AC输出端子)。如可以看出，第一半导体开关装置24a的第一源极端子S1和第二半导体开关装置24的第二漏极端子D2的位置可备选地被限定在顶部传导层14上与图3A中所示的位置不同的位置。
如本文将更详细描述的，在非限制性方面中，半桥模块化POL装置300可以被选择和布置成限定模块化组件，该模块化组件可以限定“半桥构建块”或模块化半桥电路元件，其可以在各种布置中与其它半桥模块化POL装置300选择性和有利组合以便模块化构建期望电路。第一半桥POL组件301的选择可以基于预定的AC功率输出转换需求。
在第一半桥POL组件301的非限制性方面中，图2中所描绘的第一POL组件10的一组电装置23可以电耦合并布置成限定半桥功率转换器电气拓扑。例如，在非限制性方面中，第一POL组件10的一组电装置23可以被布置成限定图1中所图示的半桥功率转换器电路25。第一POL组件10的一组半导体开关装置24可以响应于通过一组传导迹线16从一组栅极驱动器装置28(图2)递送的栅极信号而选择性地操作。将领会，虽然图2的半桥功率转换器电路25被描述为包括一对半导体开关装置24，但是各方面不限于此，并且第一半桥POL组件301的非限制性方面可以包括被布置成限定半桥功率转换器电气拓扑的任何期望数量的半导体开关装置。
再次参考图3B，在非限制性方面中，导电衬底8的传导第一表面8a(见图2)或顶部传导层14或两者都可以与至少一个半导体开关装置24(如图2所示)的相应的漏极端电耦合。在这个意义上，导电衬底8的第一表面8a或顶部传导层14或两者可以被布置成限定第一半桥POL组件301的第一漏极端子D1。此外，第一POL组件10的顶部传导层14或导电衬底8的第一表面8a或两者可以与至少一个半导体开关装置24的相应的源极端子电耦合，以限定用于第一POL组件10的第一源极端子S1。因此，顶部传导层14或导电衬底8的第一表面8a或两者可以限定用于第一半桥POL组件301的第一源极端子S1。在非限制性方面中，第一DC输入端子311可以电耦合到第一漏极端子D1，并且第二DC输入端子312可以电耦合至第二源极端子S2。
在第一半桥POL组件301的非限制性方面中，第一半导体开关装置24a的源极端子S1可以电短路到第二半导体开关装置24的第二漏极端子D2。在非限制性方面中，传导垫片44中的一个或多个可以设置成顶部传导层14和导电衬底8电通信以便从而提供从第一半导体开关装置24a的第一源极端子S1到第二半导体开关装置24的第二漏极端子D2的直接低阻抗传导路径(即短路)(见图1)。因此，在这样的方面中，第一半导体开关装置24a的第一源极端子S1可以短路到第二半导体开关装置24的第二漏极端子D2，以便从而在顶部传导层14上形成或限定第一半桥POL组件301的第一AC输出端子315。如所示，第一半导体开关装置24a的第一源极端子S1电耦合到第二半导体开关装置24的第二漏极端子D2，以在顶部传导层14上限定输出中性或单相AC输出节点或端子S1/D2。其他方面不受此限制，并且单相AC输出节点或端子S1/D2可备选地被限定在导电衬底8上。
第一DC输入端子311、第二DC输入端子312和第一AC输出端子315可以由传导材料(例如，铜)形成，并且通常向外延伸并远离第一半桥POL组件301(或其平面顶表面)。第一DC输入端子311、第二DC输入端子312和第一AC输出端子315中的每个可以被配置成或适于例如接收机械螺旋型接口，以用于与相应的输入或输出导体(未示出)传导连接。
继续图3B，在非限制性方面中，包括电绝缘材料(例如，绝缘片)的非传导或第一电绝缘层313可以设置在第一DC输入端子311和第二DC输入端子312之间，以防止第一DC输入端311和第二DC输入端312之间的传导接触，同时允许第一DC输入端子311和第二DC输入端子312彼此不传导地邻接，例如，以用于增加强度或刚度。例如，在非限制性方面中，第一电绝缘层313可以包括设置在第一DC输入端子311、第二DC输入端子312或两者上的非传导粉末涂层。传导表面部分317可以布置在第一AC输出端子315的连接器部分之上，而非传导表面部分319可以布置在第二AC输出端子的另一部分之上。非传导表面部分319可以使第一AC输出端子315与近侧传导部分绝缘。在非限制性方面中，盖(未示出)可以可选地附接到电绝缘基板325，以至少部分地包围半桥模块化POL装置300。
第一半桥POL组件301还示出为具有引脚分配组合件346，其与对应的第一和第二栅极端子G1、G2电耦合，并进一步电耦合到一组栅极驱动器装置28(见图2)。在该非限制性示例中，引脚分配组合件346通常向上延伸并远离第一半桥POL组件301(或其平面顶表面)。然而，其他方面不限于此，并且引脚分配组合件346可以可选地在任何期望的方向上延伸，而不脱离本文公开的范围。
第一半桥POL组件301安装或可支撑地接收在电绝缘基板325上，以形成半桥模块化POL装置300。每个第一半桥POL组件301因此可以限定模块化组合件，其可以可选地用作构建块元件，其可以选择性地与一个或多个附加的第一半桥POL组件301组合以限定安装在公共电绝缘基板325上的期望电路拓扑。以这种方式，如本文所描述的方面可以通过半桥POL组件301的选择性组合来实现完全可配置的功率转换器模块，例如全桥转换器电路。
图4描绘用于参考的常规全桥转换器电路43的电气示意图。如将领会，全桥转换器电路包括两对互补的半导体开关装置24，其被描绘为n沟道MOSFET装置。两对半导体开关装置24可以包括第一半导体开关装置24a、第二半导体开关装置24-b、第三半导体开关装置24.c和第四半导体开关装置24d。四个半导体开关装置24a、24b、24c、24d中的每个都可以包括相应的源极端子S、栅极端子G和漏极端子D。
如所示，第一半导体开关装置24a的第一源极端子S1电耦合到第二半导体开关装置24的第二漏极端子D2，以限定第一AC输出端子45(S1/D2)。另外，第三半导体开关装置24c的第一源极端子S1电耦合到第四半导体开关装置24的第二漏极端子D2，以限定第二AC输出端子46(S1/D2)。第一导线47可以被布置成电耦合第一半导体开关装置24a的第一漏极端子D1和第三半导体开关装置24的第一漏极端子D1。第二导线48可以电耦合第二半导体开关装置24b的第二源极端子S2和第四半导体开关装置24的第二源极端子S2。
在操作中，可以将正DC电压(+V)提供给第二半导体开关装置24b的第二源极端子S2和第四半导体开关装置24的第二源极端子S2。负DC电压(-V)可以被提供给第一半导体开关装置24a的第一漏极端子D1和第三半导体开关装置24的第一漏极端子D1。四个半导体开关装置24a、24b、24c、24d的相应的栅极端子G1、G2可以电耦合到一个或多个栅极驱动器装置或电路(未示出)，其被配置成以预定频率在传导状态和非传导状态之间操作相应的半导体开关装置24a、24b、24c、24d，以便从而提供跨第一AC输出端子45和第二AC输出端子46的正弦或AC波形输出。
图5描绘全桥模块化POL装置400的非限制性方面。在非限制性方面中，全桥模块化POL装置400可以限定全桥功率转换器电路。全桥模块化POL装置400可以包括两个第一半桥POL组件301，其被选择和布置成协作地限定安装在公共电绝缘基板425上的全桥POL模块401。例如，在非限制性方面中，可以组装包括第一半桥POL组件301a和第二半桥POL组件301b的一对第一半桥POL组件301，并且然后可以将所述一对半桥POL组件301彼此电耦合以协作地限定全桥POL模块401。全桥POL模块401可以组装到公共电绝缘基板425上，以限定全桥模块化POL装置400。所述一对半桥POL组件301的选择可以基于预定的AC功率输出转换需求。
将领会，虽然图5描绘限定全桥POL模块401的第一和第二半桥POL组件301a、301b被设置在单个或单一(uni tary)公共电绝缘基板425上，但其他方面不限于此。设想的是，在其他非限制性方面中，电绝缘公共基板425可以包括一组电绝缘基板段(未示出)，其被布置成选择性地耦合在一起以形成或限定公共电绝缘基板425。
全桥POL模块401的非限制性方面可以包括第一DC输入节点409和第二DC输入节点410。第一DC输入节点409可以被布置成接收具有第一极性的第一DC电压(V-)，并且第二DC输入节点410可以被布置成接收具有第二极性的第二DC电压(V+)。第一DC输入节点409可以包括第一DC输入端子411。第二DC输入节点410可以包括第二DC输入端子412。例如，全桥POL模块401的第一DC输入端子411可以包括彼此电耦合的第一和第二半桥POL组件301a、301b的相应的第一DC输入端子311(如图3B中所描绘)。同样，在非限制性方面中，全桥POL模块401的第二DC输入端子412可以包括彼此电耦合的第一和第二半桥POL组件301a、301b的相应的第二DC输入端子312(如图3B中所描绘)。另外，全桥POL模块401的非限制性方面可以还包括从其延伸的第一AC输出端子415和第二AC输出端子416。在非限制性方面中，第一AC输出端子415可以对应于第一半桥POL组件301a的第一AC输出端子315(图3B中所描绘)，并且第二AC输出端子416可以对应于第二半桥POL组件301b的第一AC输入端子315(图3B中所描绘)。
在非限制性方面中，并额外参考图1和4，形成全桥POL模块401的第一和第二半桥POL组件301a、301b的第二DC输入端子412可以电耦合到相应的第一半桥POL组件301a的第二半导体开关装置24b的第二源极端子S2。在非限制性方面中，相应的第二DC输入端子412可以还电耦合到第二半桥POL组件301b的第四半导体开关装置24d的第二源极端子S2，以限定全桥POL模块401的第二DC输入端子412。
在非限制性方面中，全桥POL模块401的第一和第二半桥POL组件301a、301b可以包括电耦合到第一和第二半桥POL组件301a、301的相应的漏极端子D1的相应的第一DC输入端子411。第一传导构件477可以设置在相应的第一DC输入端子411之间并且电耦合到相应的第一DC输入端子411中的每个，以协作地限定全桥POL模块401的第一DC输入端子411。例如，第一传导构件477可以在第一端477a处电耦合到第一半桥POL组件301a的第一DC输入端子411，并且在第二端477b处电耦合到第二半桥POL组件301b的相应的第一DC输入端311。以这种方式，第一传导构件477和第一和第二半桥POL组件301a、301b的相应的第一DC输入端子411电耦合在一起以作为节点，以限定第一DC输入端子411。
在非限制性方面中，全桥POL模块401的第一和第二半桥POL组件301a、301b可以包括相应的第二DC输入端子312，其电耦合到第一和第二半桥POL组件301a、301的相应的第二源极端子S2。第二传导构件478可以设置在相应的第二DC输入端子312之间并且电耦合到相应的第二DC输入端子312中的每个，以协作地限定全桥POL模块401的第二DC输入端子412。例如，第二传导构件478可以在第一端478a处电耦合到第一半桥POL组件301a的第二DC输入端子312，并且在第二端478b处电耦合到第一半桥POL组件301a的第一半导体开关装置24d的第二源极端子S2。以这种方式，第二传导构件478和第一和第二半桥POL组件301a、301b的相应的第二DC输入端子312电耦合在一起以作为节点，以限定第二DC输入端子412。
DC输入端子410中的每个DC输入端子410可以被配置成或适用于例如接收机械螺旋型接口，以用于与相应的输入导体(未示出)传导连接。包括电绝缘材料(例如绝缘片)的非传导或第二电绝缘层413可以设置在第一DC输入端子411和第二DC输入端子412之间以防止第一和第二DC输入端子411、412之间的传导接触，同时允许第一和第二DC输入端子411、412彼此非传导地邻接，例如，以用于增加强度或刚度。在非限制性方面中，第二电绝缘层413可以包括设置在第一DC输入端子411、第二DC输入端子412或两者上的非传导粉末涂层。在还有其他非限制性方面中，第二电绝缘层413可以包括第一DC输入端子411和第二DC输入端子412之间的气隙或空间。
第一和第二AC输出端子415、416中的每个都可以被配置或适用于例如接收用于与相应的输入导体(未示出)传导连接的机械螺旋型接口。传导表面446可以布置在第一AC输出端子415和第二AC输出端子416的连接器部分之上，而非传导表面448可以布置于第一AC输出端415和第二AC输出端子416的另一部分之上。例如，非传导表面448可以使第一和第二AC输出端子415、416与近侧传导部分绝缘。盖(未示出)可以附接到基板425以至少部分地包围全桥模块化POL装置400。
以类似的方式，在非限制性方面中，可以模块化地布置三个第一半桥POL组件301，以协作地限定三相桥功率转换器装置。例如，图6描绘用于参考的常规三相桥功率转换器电路63的电气示意图。如将领会，三相桥功率转换器电路63包括三对互补的半导体开关装置24，其被描绘为n沟道MOSFET装置。三对半导体开关装置24可以分别包括第一半导体开关装置24a、第二半导体开关装置24b、第三半导体开关装置24c、第四半导体开关装置24d、第五半导体开关装置24e。六个半导体开关装置24a、24b、24c、24d、24e、24f中的每个都可以包括相应的源极端子S、栅极端子G和漏极端子D。
如图6所示，第一半导体开关装置24a的第一源极端子S1电耦合到第二半导体开关装置24的第二漏极端子D2，以限定第一AC输出端子45(S1/D2)。第三半导体开关装置24c的第一源极端子S1电耦合到第四半导体开关装置24的第二漏极端子D2，以限定第二AC输出端子46(S1/D2)。第一导线47可以被布置成电耦合第一半导体开关装置24a的第一漏极端子D1和第三半导体开关装置24c的第一漏极端子D1。第二导线48可以电耦合第二半导体开关装置24b的第二源极端子S2和第四半导体开关装置24d的第二源极端子S2。另外，对于三相桥转换器电路63，第五半导体开关装置24e的第一源极端子S1电耦合到第六半导体开关装置24f的第二漏极端子D2，以限定第三AC输出端子49(S1/D2)。第三导线67可以被布置成电耦合第三半导体开关装置24c的第一漏极端子D1和第五半导体开关装置24e的第一漏极端子D1。第四导线68可以电耦合第四半导体开关装置24d的第二源极端子S2和第六半导体开关装置24f的第二源极端子S2。
在操作中，可以将正DC电压(+V)提供给第二半导体开关装置24b的第二源极端子S2、以及第四半导体开关装置24d的第二源极端子S2和第六半导体开关装置24f的第二源极端子S2。负DC电压(-V)可以被提供给第一半导体开关装置24a的第一漏极端子D1和第三半导体开关装置24c24d的第一漏极端子D1以及第五半导体开关装置24e的第二源极端子S2。六个半导体开关装置24a、24b、24c、24d、24e、24f的相应的栅极端子G1、G2可以通信地耦合到一个或多个栅极驱动器装置或电路(未示出)，其被配置成以预定频率在传导状态和非传导状态之间操作半导体开关装置24a、24b、24c、24d、24e、24f，以便从而提供跨第一AC输出端子45、第二AC输出端子46和第三AC输出端子49的正弦波形或三相AC输出。
图7描绘三相桥式模块化POL装置700的非限制性方面。在非限制性方面中，三相桥模块化POL装置700可以包括全桥功率转换器电路。三相桥模块化POL装置700可以包括三个半桥POL组件301(参见图3B)，其被选择和布置成协作地限定三相桥POL模块701。三相桥POL模块701可以安装在公共电绝缘基板725上，以形成三相桥模块化POL装置700。例如，在非限制性方面中，包括第一半桥POL组件301a、第二半桥POL组件301b和第三半桥POL组件301c的三个第一半桥POL组合件可以被组装并彼此电耦合，以协作地限定三相桥POL模块701。三相桥POL模块701可以组装到公共电绝缘基板725上，以限定三相桥模块化POL装置700。第一半桥POL组件301a、第二半桥POL组件301b和第三半桥POL组件301c的选择可以基于预定的AC功率输出转换需求。
将领会，虽然图7将限定三相桥POL模块701的第一、第二和第三半桥POL组件301a、301b、301c描绘为设置在单个或单一公共电绝缘基板725上，但其他方面不限于此。在其他非限制性方面中，公共电绝缘基板725可以包括一组绝缘基板段(未示出)，其被布置成选择性地耦合在一起以形成或限定公共电绝缘底板725。
三相桥POL模块701的非限制性方面可以包括从其延伸的一组DC输入端子710。所述一组DC输入端子710可以包括第一DC输入端子711和第二DC输入端子712。例如，三相桥POL模块701的第一DC输入端子711可以包括彼此电耦合的第一、第二和第三半桥POL组件301a、301b、301c的相应的第一DC输入端311(图3B中所描绘)。同样，在非限制性方面中，三相桥POL模块701的第二DC输入端子712可以包括彼此电耦合的第一、第二和第三半桥POL组件301a、301b、301c的相应的第二DC输入端子312(如图3B所描绘)。另外，三相桥POL模块701的非限制性方面可以还包括从其延伸的第一AC输出端子715、第二AC输出端子716和第三AC输出端子717。在非限制性方面中，第一AC输出端子715可以对应于第一半桥POL部件301a的第一AC输出端子315，而第二AC输出端子716可以对应第二半桥POL组件301b的第一AC输入端子315，并且第三AC输出端子717可以对应于第三半桥POL组件301c的第一AC输出端子315。
在非限制性方面中，三相桥POL模块701的第一、第二和第三半桥POL组件301a、301b、301c可以包括电耦合到第一、第二半桥POL组件301a、301b和301c的相应的漏极端子D1的相应的第一DC输入端子711。第一传导构件477可以设置在第一和第二半桥POL组件301a、301b的相应的第一DC输入端子711之间并电耦合到第一和第二半桥POL组件301a、302b的相应的第一DC输入端711，301c以协作地限定三相桥POL模块701的第一DC输入端子711。以这种方式，第一传导构件477和第三传导构件479以及第一、第二和第三半桥POL组件301a、301b、301c的相应的第一DC输入端子311电耦合在一起以作为节点，以限定第一DC输入端711。
在非限制性方面中，三相桥POL模块701的第一、第二和第三半桥POL组件301a、301b、301c可以包括电耦合到第一、第二半桥POL组件301a、301b和301c的相应的第二源极端子S2的相应的第二DC输入端子312。第二传导构件478可以设置在第一和第二半桥POL组件301a、301b的相应的第二DC输入端子312之间并电耦合到它们，并且第四传导构件480可以设置在第二和第三半桥POL组件301b、301c的相应的第二DC输入端子312a之间并电耦合到它们，以协作地限定三相桥POL模块701的第二DC输入端子712。以这种方式，第二传导构件478和第四传导构件480以及第二半桥POL组件301b和第三半桥POL组件301c的相应的第二DC输入端子312电耦合在一起以作为节点，以限定第二DC输入端子712。
每个DC输入端子710可以被配置成或适用于例如接收用于与相应输入导体(未示出)传导连接的机械螺旋型接口。包括电绝缘材料(例如绝缘片)的非传导或第三电绝缘层713可以设置在第一DC输入端子711和第二DC输入端子712之间以防止第一和第二DC输入端子711、712之间的传导接触，同时允许第一和第二DC输入端子711、712彼此不导电地邻接。在非限制性方面中，非传导层可以包括设置在第一DC输入端子711、第二DC输入端子712或两者上的非传导粉末涂层。在还有其他非限制性方面中，第三电绝缘层713可以包括第一DC输入端子711和第二DC输入端子712之间的气隙或空间。
例如，第一、第二和第三AC输出端子715、716、717中的每个都可以被配置成或适用于接收相应的机械螺旋型接口，以用于与相应的输入导体(未示出)传导连接。可将相应的传导表面746布置在第一、第二和第三AC输出端子715、716、717的连接器部分之上，并将相应的非传导表面748布置在第二、第三AC输入端子715、716、717的另一部分之上。相应的非传导表面748可以例如使第一、第二和第三AC输出端子715、716、717与近侧传导部分绝缘。盖(未示出)可以附接到公共电绝缘基板725，以至少部分地包围全桥模块化POL装置400。
图8图示配置模块化POL装置(例如，图3B的半桥模块化POL装置300)的方法800的非限制性示例。在步骤810处，方法800可以通过确定AC功率输出转换需求来开始。例如，AC功率输出需求可以是要供应给负载的期望的或预定的电功率信号。将领会，用于各种非限制性方面的特定AC功率输出需求可以是预定义的电负载。AC功率输出需求可以基于DC电信号到AC电信号的转换。方法800可以通过基于AC功率输出转换需求来选择具有第一配置的一组第一模块化POL组件301来继续步骤820，所述第一配置包括：具有第一侧21a和相反的第二侧21b的电介质层21；设置在电介质层第一侧21a上的顶部传导层14；一组半导体开关装置24，每个半导体开关装置具有包括相应的源极端子的第一侧27和包括相应的漏极端子的相反第二侧，所述一组半导体开关装置24设置在电介质层的第二侧21b上并且被布置成限定第一半桥转换器电路，顶部传导层14通过电介质层21电连接到每个相应的源极端子；具有面向电介质层21的第二侧21b的第一表面8a以及相对的第二表面8b的导电衬底8，所述第一侧电耦合到所述一组半导体开关装置24的每个相应的漏极端子；电耦合到半导体开关装置24中的第一个半导体开关装置24的相应的源极端子的第一DC输入端子311；电耦合到半导体开关装置24中的第二个半导体开关装置24的相应的漏极端子的第二DC输入端子312；第一AC输出端子315，其电耦合到半导体开关装置24中的第一个半导体开关装置24的相应的漏极端子和半导体开关装置24中的第二个半导体开关装置24的源极端子；以及电绝缘基板325，其面向并耦合到传导衬底8的第二表面8b。
在步骤830处，方法800可以通过将每个选择的第一模块化POL组件301的相应第一DC输入端子311、312电耦合在一起，以及将每个选择的第一模块化POL组件301相应的第二DC输入端子电耦合在一起，以限定全桥转换器电路和三相桥转换器电路中的一个来继续。
方法800还可以包括在步骤840处将选择的一组第一模块化POL组件安装到公共电绝缘基板325上。
所描绘的序列仅用于说明目的，并不意味着以任何方式限制方法800，因为理解的是，该方法的各部分可以以不同的逻辑顺序进行，可以包括额外的或介入的部分，或者该方法的所述部分可以分为多个部分，或者在不偏离所描述的方法的情况下可以省略该方法的所描述的部分。
在尚未描述的范围内，可以根据需要将各种方面的不同特征和结构相互结合使用。没有在所有方面中图示一个特征并不意味着不包括该特征，而是为了描述的简洁而这样做。因此，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，无论新方面是否被明确描述。本文所描述的特征的所有组合或排列都被本公开覆盖。
本文公开的方面提供一种半桥POL模块，其组装在直接结合铜衬底上以形成半桥配置的构建块。这种布置有利地提供具有低电感和小形状因子的POL结构，以用于快速开关和高功率密度。另外，本文所公开的方面使得模块化“构建块”布置能够实现低电感POL模块，该低电感POL模块通过简单地改变POL瓦片的数量而容易地配置。在本公开中，使用相同的半桥构建块来启用至少三种类型的POL模块，即，半桥模块、全桥模块和三相模块。在上述方面中可以实现的一个优点是，与先前的这样的POL模块相比，上述方面具有减少的制造成本和时间。
在尚未描述的范围内，可以根据需要将各个方面的不同特征和结构彼此组合使用。不能在所有方面中图示一个特征并不意味着不能将其解释为不能，而是为了描述的简洁而这样做。因此，不同方面的各种特征可以根据需要进行混合和匹配，以形成新的方面，无论新的方面是否被明确描述。本文所描述的特征的组合或排列被本公开覆盖。
本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本公开的方面，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本公开的方面，包含制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。在前述描述中或在附图中公开的特征单独和以其任何组合都可以是用于以其不同形式实现本公开的材料。
本公开的各种特征、方面和优点也可以体现在本公开的方面的任何排列中，包括但不限于如列举的方面中定义的以下技术方案：
1.一种模块化功率覆盖(POL)装置，包括：第一POL组件，包括：具有第一侧和相反的第二侧的第一电介质层；第一传导层，其设置在所述第一电介质层的第一侧上；一组第一半导体开关装置，每个第一半导体开关装置都包括相应的源极端子、漏极端子和栅极端子，所述一组第一半导体开关装置设置在所述第一电介质层的第二侧上并且被布置成协作地限定第一半桥转换器电路，所述第一传导层通过所述第一电介质层电耦合到每个相应的源极端子；第一导电衬底，其具有面向所述一组第一半导体开关装置的第一侧和相反的第二侧，所述第一侧电耦合到所述一组第一半导体开关装置的每个相应的栅极端子；第一DC输入节点，其包括电耦合到所述第一半导体开关装置中的第一个第一半导体开关装置的相应的漏极端子的第一DC输入端子；第二DC输入节点，其包括电耦合到所述第一半导体开关装置中的第二个第一半导体开关装置的相应的源极端子的第二DC输入端子；第一AC输出端子，其电耦合到所述第一半导体开关装置中的所述第一个第一半导体开关装置的相应的源极端子和所述第一半导体开关装置中的所述第二个第一半导体开关装置的漏极端子；以及电绝缘基板，其面向并耦合到所述导电衬底的第二侧。
2.根据前述条款所述的模块化POL装置，其中，所述第一AC输出端子设置在所述第一传导层上并与其耦合。
3.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，其中，所述第一DC输入端子和第二DC输入端子设置在所述第一传导层上。
4.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，还包括设置在所述第一DC输入端子和所述第二DC输入端子之间的第一电绝缘层。
5.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，还包括：耦合到所述电绝缘基板的第二POL组件，所述第二POL组件包括：具有第一侧和相反的第二侧的第二电介质层；第二传导层，其设置在所述第二电介质层的第一侧上；一组第二半导体开关装置，每个第二半导体开关装置都具有相应的源极端子、漏极端子和栅极端子，所述一组第二半导体开关装置设置在所述第二电介质层的第二侧上并且被布置成协作地限定第二半桥转换器电路，所述第二传导层通过第二电介质层电耦合到每个相应的源极端子；第二导电衬底，其具有面向所述一组第二半导体开关装置的第一侧和相反的第二侧，所述第一侧电耦合到所述一组第二半导体开关装置的每个相应的栅极端子；第三DC输入端子，其耦合到所述第二半导体开关装置中的第一个第二半导体开关装置的相应的漏极端子；第四DC输入端子，其耦合到所述第二半导体开关装置中的第二个第二半导体开关装置的相应的源极端子；以及第二AC输出端子，其电耦合到所述第二半导体开关装置中的所述第一个第二半导体开关装置的相应的漏极端子和所述第二半导体开关装置中的所述第二个第二半导体开关装置的源极端子；其中所述第二POL组件电耦合到第一POL组件以协作地限定全桥转换器电路。
6.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，其中，所述第一POL组件的所述第一DC输入端子通过第一传导构件电耦合到所述第二POL组件中的所述第三DC输入端子，以限定所述第一DC输入节点。
7.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，其中，所述第一POL组件的所述第二DC输入端子通过第二传导构件耦合到所述第二POL组件的所述第四DC输入端子，以限定所述第二DC输入节点。
8.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，其中，所述第二AC输出端子设置在所述第二传导层上。
9.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，其中，所述第二POL组件的所述第三DC输入端子和所述第二POL组件的所述第四DC输入端子设置在所述第四传导层上。
10.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，还包括第二电绝缘层，其设置在所述第二POL组件的所述第三DC输入端子和所述第二POL组件的所述第一DC输入端子之间。
11.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，还包括：耦合到所述电绝缘基板的第三POL组件，所述第三POL组件包括：具有第一侧和相反的第二侧的第三电介质层；第三传导层，其设置在所述第一电介质层的第一侧上；一组第三半导体开关装置，每个第三半导体开关装置都具有相应的源极端子、漏极端子和栅极端子，所述一组第三半导体开关装置设置在所述第二电介质层的第二侧上并且被布置成协作地限定第三半桥转换器电路，所述第三传导层通过所述第三电介质层电耦合到每个相应的源极端子；第三导电衬底，其具有面向所述一组第三半导体开关装置的第一侧和相反的第二侧，所述第一侧电耦合到所述一组第三半导体开关装置中的每个相应的栅极端子；第五DC输入端子，其耦合到所述第三半导体开关装置中的第一个第三半导体开关装置的相应的漏极端子；第六DC输入端子，其耦合到所述第三半导体开关装置中的第二个第三半导体开关装置的相应的源极端子；第三AC输出端子，其电耦合到所述第三半导体开关装置中的所述第一个第三半导体开关装置的相应的漏极端子和所述第三半导体开关装置中的所述第二个第三半导体开关装置的源极端子；并且其中所述第三POL组件电耦合到所述第二POL组件以协作地限定三相桥转换器电路。
12.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，其中，所述第三POL组件的所述第五DC输入端子电耦合到所述第二POL组件的所述第一DC输入端子。
13.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，其中，所述第三POL组件的所述第六DC输入端子耦合到所述第二POL组件的所述第四DC输入端子。
14.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，其中，所述第三AC输出端子设置在所述第三传导层上。
15.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，其中，所述第三POL组件的所述第五DC输入端子和所述第三POL组件的所述第六DC输入端子设置在所述第三传导层上。
16.根据任何前述条款所述的模块化POL装置，还包括第三电绝缘层，其设置在所述第三POL组件的所述第五DC输入端子和所述第三POL组件的第六DC输入端子之间。
17.一种配置模块化POL装置的方法，包括：选择具有第一配置的一组第一模块化POL组件，所述第一配置包括：具有第一侧和相反的第二侧的第一电介质层；第一传导层，其设置在所述第一电介质层的第一侧上；一组第一半导体开关装置，每个第一半导体开关装置都具有相应的源极端子、漏极端子和栅极端子，所述一组第一半导体开关装置设置在第一电介质层的第二侧上并且被布置成协作地限定第一半桥转换器电路，所述第一传导层通过所述第一电介质层电耦合到每个相应的源极端子；第一导电衬底，其具有面向所述一组第一半导体开关装置的第一侧和相反的第二侧，所述第一侧电耦合到所述一组第一半导体开关装置的每个相应的栅极端子；第一DC输入端子，其电耦合到所述第一半导体开关装置中的第一个第一半导体开关装置的相应的源极端子；第二DC输入端子，其电耦合到所述第一半导体开关装置中的第二个第一半导体开关装置的相应的漏极端子；以及第一AC输出端子，其电耦合到所述第一半导体开关装置中的所述第一个第一半导体开关装置的相应的漏极端子和所述第一半导体开关装置中的所述第二个第一半导体开关装置的源极端子；将所述一组第一模块化POL组件的相应的第一DC输入端子电耦合在一起以限定第一DC输入节点，并且将所述一组第一模块化POL组件的所述相应的第二DC输入端子电气耦合在一起，以限定第二DC输入节点；以及将所述一组第一模块化POL组件安装到电绝缘的公共基板上。
18.根据任何前述条款所述的方法，其中，经由至少一个第一导电构件将所述一组第一模块化POL组件的相应的第一DC输入端子电耦合在一起。
19.根据任何前述条款所述的方法，其中，经由至少一个第二导电构件将所述一组第一模块化POL组件的相应的第二DC输入端子电耦合在一起。
20.根据任何前述条款所述的方法，还包括确定AC功率输出转换需求，其中选择所述一组第一模块化POL组件是基于所述AC功率输出变换需求的。

Claims (10)

1.一种模块化功率覆盖(POL)装置，包括：
第一POL组件，包括：
第一电介质层，其具有第一侧和相反的第二侧；
第一传导层，其设置在所述第一电介质层的第一侧上；
一组第一半导体开关装置，每个第一半导体开关装置都包括相应的源极端子、漏极端子和栅极端子，所述一组第一半导体开关装置设置在所述第一电介质层的第二侧上并且被布置成协作地限定第一半桥转换器电路，所述第一传导层通过所述第一电介质层电耦合到每个相应的源极端子；
第一导电衬底，其具有面向所述一组第一半导体开关装置的第一侧和相反的第二侧，所述第一侧电耦合到所述一组第一半导体开关装置的每个相应的栅极端子；
第一DC输入节点，其包括电耦合到所述第一半导体开关装置中的第一个第一半导体开关装置的相应的漏极端子的第一DC输入端子；
第二DC输入节点，其包括电耦合到所述第一半导体开关装置中的第二个第一半导体开关装置的相应的源极端子的第二DC输入端子；
第一AC输出端子，其电耦合到所述第一半导体开关装置中的所述第一个第一半导体开关装置的相应的源极端子和所述第一半导体开关装置中的所述第二个第一半导体开关装置的漏极端子；和
电绝缘基板，其面向并耦合到所述导电衬底的第二侧。
2.根据权利要求1所述的模块化POL装置，其中，所述第一AC输出端子设置在所述第一传导层上并与其耦合。
3.根据权利要求1所述的模块化POL装置，其中，所述第一DC输入端子和第二DC输入端子设置在所述第一传导层上。
4.根据权利要求3所述的模块化POL装置，还包括设置在所述第一DC输入端子和第二DC输入端子之间的第一电绝缘层。
5.根据权利要求1所述的模块化POL装置，还包括：
第二POL组件，其耦合到所述电绝缘基板，所述第二POL组件包括：
第二电介质层，其具有第一侧和相反的第二侧；
第二传导层，其设置在所述第二电介质层的第一侧上；
一组第二半导体开关装置，每个第二半导体开关装置都具有相应的源极端子、漏极端子和栅极端子，所述一组第二半导体开关装置设置在所述第二电介质层的第二侧上并且被布置成协作地限定第二半桥转换器电路，所述第二传导层通过所述第二电介质层电耦合到每个相应的源极端子；
第二导电衬底，其具有面向所述一组第二半导体开关装置的第一侧和相反的第二侧，所述第一侧电耦合到所述一组第二半导体开关装置的每个相应的栅极端子；
第三DC输入端子，其耦合到所述第二半导体开关装置中的第一个第二半导体开关装置的相应的漏极端子；
第四DC输入端子，其耦合到所述第二半导体开关装置中的第二个第二半导体开关装置的相应的源极端子；和
第二AC输出端子，其电耦合到所述第二半导体开关装置中的所述第一个第二半导体开关装置的相应的漏极端子和所述第二半导体开关装置中的所述第二个第二半导体开关装置的源极端子；
其中所述第二POL组件电耦合到第一POL组件以协作地限定全桥转换器电路。
6.根据权利要求5所述的模块化POL装置，其中，所述第一POL组件的所述第一DC输入端子通过第一传导构件电耦合到所述第二POL组件的所述第三DC输入端子，以限定所述第一DC输入节点。
7.根据权利要求6所述的模块化POL装置，其中，所述第一POL组件的所述第二DC输入端子通过第二传导构件耦合到所述第二POL组件的所述第四DC输入端子，以限定所述第二DC输入节点。
8.根据权利要求5所述的模块化POL装置，其中，所述第二AC输出端子设置在所述第二传导层上。
9.根据权利要求5所述的模块化POL装置，其中，所述第二POL组件的所述第三DC输入端子和所述第二POL组件的所述第四DC输入端子设置在所述第二传导层上。
10.根据权利要求9所述的模块化POL装置，还包括设置在所述第二POL组件的所述第三DC输入端子和所述第二POL组件的第四DC输入端子之间的第二电绝缘层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7292451B2 (en) * 2003-12-17 2007-11-06 Siemens Vdo Automotive Corporation Architecture for power modules such as power inverters
US7289329B2 (en) * 2004-06-04 2007-10-30 Siemens Vdo Automotive Corporation Integration of planar transformer and/or planar inductor with power switches in power converter
JP5825843B2 (ja) 2011-05-19 2015-12-02 株式会社日立製作所 半導体ユニット及び電力変換装置
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