CN117157757A - 集成功率模块 - Google Patents

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Abstract

功率模块包括功率衬底、多个功率半导体晶粒和多个连接器引脚。功率衬底包括多个导电迹线。功率半导体晶粒安装在功率衬底上并且电耦接到导电迹线。每一个连接器引脚中电耦接到导电迹线中的一个不同的导电迹线，并且被配置为进行互连，使得功率半导体晶粒提供有源前端和切换功率转换器。通过提供功率半导体晶粒，使得功率半导体晶粒可以进行互连以在同一功率模块中形成有源前端和切换功率转换器，功率模块可以使用有源前端和切换功率转换器来提供明显更紧凑的功率转换器系统。

Description

集成功率模块
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年2月18日提交的美国专利申请第17/178435号的优先权。
技术领域
本公开涉及功率转换器系统，并且特别涉及用于功率转换器系统的功率模块。
背景技术
功率转换器系统用于转换或调节输入功率信号，以提供期望的输出功率信号。典型的功率转换器系统包括多个彼此电耦接的功率模块，以提供期望的拓扑结构，其中每个功率模块包括在外壳中的功率衬底上的多个功率半导体晶粒(die)。通常，功率模块具有设定数量的功率半导体晶粒，该功率半导体晶粒以(诸如全桥配置、半桥配置等)标准配置设置。根据给定功率转换器系统的拓扑结构，该系统可能需要大量的功率模块。这可能导致大型和复杂的功率转换器系统，这对于给定的应用来说可能是不期望的。
发明内容
在一个实施方式中，功率模块包括功率衬底、多个功率半导体晶粒和多个连接器引脚。功率衬底包括多个导电迹线。功率半导体晶粒安装在功率衬底上并且电耦接到导电迹线。连接器引脚中的每一个电耦接到导电迹线中的不同的导电迹线，并且被配置为进行互连，使得功率半导体晶粒提供有源前端和切换功率转换器。通过提供功率半导体晶粒，使得功率半导体晶粒可以进行互连以在同一功率模块中形成有源前端和切换功率转换器，功率模块可以使用有源前端和切换功率转换器来提供明显更紧凑的功率转换器系统。
在一个实施方式中，导电迹线和连接器引脚被布置为使得在功率模块的正常操作期间经历大于50V的电压电势的几个连接器引脚之间的距离是在功率模块的正常操作期间经历小于50V的电压电势的几个连接器引脚之间的距离的至少两倍大。通过以这种方式布置导电迹线和连接器引脚，可以提高功率模块的可靠性，同时保持较小的占地面积和漏电感(leakage inductance)。
在一个实施方式中，功率转换器系统包括初级功率模块、次级功率模块、以及电耦接在初级功率模块和次级功率模块之间的变压器。初级功率模块包括多个初级功率晶体管半导体晶粒，这些初级功率晶体管半导体晶粒可以进行互连，以提供有源前端和切换功率转换器。次级功率模块包括多个次级功率晶体管半导体晶粒，这些次级功率晶体管半导体晶粒可以进行互连，以提供次级切换功率转换器。通过提供初级功率模块，使得初级功率模块可以提供有源前端和切换功率转换器，并且使用变压器分离初级切换功率转换器和次级切换功率转换器，提供了具有减小的占地面积和复杂性的、高度可适配和隔离的功率转换器系统。
在另一个方面，前述任何方面和/或如本文所述的各单独方面和特征，可以单独地或一起组合以获得附加优点。如本文所公开的各特征和元件中的任何一个可以与一个或多个其它所公开的特征和元件组合，除非本文另有相反指示。
本领域技术人员在阅读以下与附图相关联的优选实施方式的详细描述后，将理解本公开的范围并实现其附加方面。
附图说明
结合在本说明书中并形成本说明书一部分的附图说明了本公开的几个方面，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是示出了根据本公开的一个实施方式的功率模块的拓扑结构的示意图。
图2示出了根据本公开的一个实施方式的用于功率模块的功率衬底的俯视图。
图3示出了根据本公开的一个实施方式的功率模块的俯视图。
图4是示出了根据本公开的一个实施方式的功率转换器系统的拓扑结构的示意图。
图5是示出了根据本公开的一个实施方式的功率转换器系统的拓扑结构的示意图。
具体实施方式
下文阐述的实施方式代表使本领域技术人员能够实践这些实施方式的必要信息，并且示出了实践这些实施方式的最佳模式。在参照附图阅读以下描述后，本领域技术人员将理解本公开的概念，并将认识到本文未特别提出的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
应当理解，尽管术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些元件不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以称为第二元件，并且类似地，第二元件可以称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。
应当理解，当例如层、区域或衬底等元件称为在另一元件“上(on)”或延伸到另一元件“上(onto)”时，可以直接在其他元件上或直接延伸到其他元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接”在另一元件“上”或“直接”延伸到另一元件“上”时，不存在中间元件。同样，应该理解，当诸如层、区域或衬底等元件称为在另一元件“上方(over)”或在另一元件“上方(over)”延伸时，可以直接在其他元件上方或直接在其他元件上方延伸，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接”在另一元件“上方”或直接在另一元件“上方”延伸时，不存在中间元件。还应理解，当一个元件称为“连接(connected)”或“耦接(coupled)”到其他元件时，可以直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。
例如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“竖直”等相关术语在本文中可以用来描述图中所示的一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系。应当理解，这些术语和上面讨论的那些术语旨在包括除了附图中描绘的方位之外的设备的不同方位。
此处使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不旨在限制本公开。如本文所使用的，除非上下文明确另外指示，否则单数形式“一”、“一个”、“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解的是，当在本文使用时，术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包括(include)”和/或“包括(including)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应理解的是，本文使用的术语应当被解释为具有与它们在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文明确定义，否则不会被解释为理想化或过于正式的含义。
本文描述的实施方式是参考本公开的实施方式的示意图来描述的。因此，层和元件的实际尺寸可以是不同的，并且由于例如制造技术和/或公差而造成图示的形状发生变化，也是可以预期的。例如，被示出或描述为正方形或矩形的区域可以具有圆形或弯曲的特征，而被显示为直线的区域可能具有一些不规则性。因此，图中所示的区域是示意性的，并且它们的形状不旨在示出设备的区域的精确形状，并且不旨在限制本公开的范围。此外，为了说明目的，结构或区域的尺寸可以相对于其他结构或区域被夸大，并且因此，这些结构或区域被提供来说明本主题的一般结构，可以按比例绘制，也可以不按比例绘制。附图之间的共同的元件可以在本文中使用共同的元件编号来显示，并且随后可以不重复描述。
图1示出了根据本公开的一个实施方式的功率模块10。功率模块10包括多个功率晶体管Q(分别标记为Q1至Q10)、多个功率二极管SD(分别标记成SD1和SD2)和温度传感器TS。第一功率晶体管Q1包括栅极触点G1、漏极触点D1、源极触点S1和开尔文(Kelvin)连接器K1。第二功率晶体管Q2包括栅极触点G2、电耦接到第一功率晶体管Q1的源极触点S1的漏极触点D2、源极触点S2和开尔文连接器K2。第三功率晶体管Q3包括栅极触点G3、漏极触点D3、源极触点S3和开尔文连接器K3。第四功率晶体管Q4包括栅极触点G4、电耦接到第三功率晶体管Q3的源极触点S3的漏极触点D4、源极触点S4和开尔文连接器K4。第五功率晶体管Q5包括栅极触点G5、漏极触点D5、源极触点S5和开尔文连接器K5。第六功率晶体管Q6包括栅极触点G6、电耦接到第五功率晶体管Q5的源极触点S5的漏极触点D6、源极触点S6和开尔文连接器K6。第一功率二极管D1包括阳极触点A1和阴极触点C1。第二功率二极管D2包括阳极触点A2和电耦接到第一功率二极管D1的阳极触点A1的阴极触点C2。第七功率晶体管Q7包括栅极触点G7、漏极触点D7、源极触点S7和开尔文连接器K7。第八功率晶体管Q8包括栅极触点G8、电耦接到第七功率晶体管Q7的源极触点S7的漏极触点D8、源极触点S8和开尔文连接器K8。第九功率晶体管Q9包括栅极触点G9、漏极触点D9、源极触点S9和开尔文连接器K9。第十功率晶体管Q10包括栅极触点G10、电耦接到第九功率晶体管Q9的源极触点S9的漏极触点D10、源极触点S10和开尔文连接器K10。温度传感器TS包括第一温度传感器触点TS1和第二温度传感器触点TS2。
功率晶体管Q、功率二极管D和温度传感器TS中的每一个的触点被断开，以分离电耦接到每一个触点的连接器引脚12，电耦接的功率模块10的部件之间存在连接点的情况除外，在这种情况下仅提供单个连接器引脚12。
图2示出了根据本公开的一个实施方式的功率模块10的功率衬底14的俯视图。如图所示，功率衬底14包括彼此之间被电隔离的多个导电迹线16。功率晶体管Q和功率二极管D各自经由安装在功率衬底14上的一个或多个功率半导体晶粒18提供。虽然未显示，但是功率晶体管Q和功率二极管D中的每一个可以包括被并联耦接的单个半导体晶粒或多个半导体晶粒。在图2中，每个功率晶体管Q是经由单个功率半导体晶粒18提供的，并且每个功率二极管D是经由两个可以被并联耦接的功率半导体晶粒18提供的(例如，以提供期望的导通电流)。虽然未显示，但是引线键合将功率半导体晶粒18顶部上的触点垫电耦接到导电迹线16中的不同导电迹线，这些导电迹线又电耦接到连接器引脚12。
图3示出了包括外壳20的功率模块10的俯视图。功率衬底14在外壳20内部，使得连接器引脚12从功率衬底14垂直延伸并穿过外壳20中的一个或多个开口，连接器引脚12在此可用于电连接到功率转换器系统。功率模块10的占地面积由外壳20的长度L和宽度W(L×W)限定。在各个实施方式中，功率模块20的占地面积小于100cm2。在各个实施方式中，功率模块20的占地面积可以小于80cm2、小于70cm2、小于60cm2、小于50cm2、小于40cm2、小于30cm2和小于20cm2。功率模块20的占地面积将取决于额定功率，并因此取决于具体应用。
值得注意的是，功率晶体管Q和功率二极管D可以经由连接器引脚12进行互连，以在单个功率模块中提供有源前端和切换功率转换器。具体而言，第一至第六功率晶体管(Q1至Q6)、第一功率二极管D1和第二功率二极管D2可以进行互连，以提供有源前端，而第七至第十功率晶体管(Q7至Q10)可以进行互连，以提供全桥切换功率转换器。为了说明这一点，图4是示出了功率转换器系统22的示意图，该系统包括功率模块10(可称为初级功率模块)和次级功率模块24。值得注意的是，为了避免混淆附图，图中未显示开尔文连接。如图所示，功率模块10的连接器引脚(图4中未显示)进行互连以提供有源前端，有源前端包括第一到第六功率晶体管(Q1至Q6)、第一功率二极管D1和第二功率二极管D2。连接器引脚同样进行互连以提供全桥切换功率转换器，全桥切换功率转换器包括第七到第十功率晶体管(Q7至Q10)。为此，第一功率晶体管Q1、第三功率晶体管Q3、第五功率晶体管Q5、第七功率晶体管Q7和第九功率晶体管Q9中的每一个的漏极触点D与第一功率二极管D1的阴极触点CAP1电耦接，以形成第一耦接节点28A。第二功率晶体管Q2、第四功率晶体管Q4、第六功率晶体管Q6、第八功率晶体管Q8和第十功率晶体管Q10中的每一个的源极触点S与第二功率二极管D2的阳极触点A2电耦接，以形成第二耦接节点28B。第一电容器CAP1耦接在第一耦接节点28A和第二耦接节点28B之间。第一功率晶体管Q1的源极触点S1和第二功率晶体管Q2的漏极触点D2相耦接的点，被显示为第三耦接节点28C。第三功率晶体管Q3的源极触点S3和第四功率晶体管Q4的漏极触点D4相耦接的点，被显示为第四耦接节点28D。第五功率晶体管Q5的源极触点S5和第六功率晶体管Q6的漏极触点D6相耦接的点，被显示为第五耦接节点28E。第一功率二极管D1的阳极触点A1和第二功率二极管D2的阴极触点C2相耦接的点，被显示为第六耦接节点28F。第七功率晶体管Q7的源极触点S7和第八功率晶体管Q8的漏极触点D8相耦接的点，被显示为第七耦接节点28G。第九功率晶体管Q9的源极触点S9和第十功率晶体管Q10的漏极触点D10相耦接的点，被显示为第八耦接节点28H。变压器T包括耦接在第七耦接节点28G和第八耦接节点28H之间的初级绕组WP。
次级功率模块24包括第十一功率晶体管Q11、第十二功率晶体管Q12、第十三功率晶体管Q13和第十四功率晶体管Q14。第十一功率晶体管Q11包括栅极触点G11、耦接到第一附加耦接节点30A的漏极触点D11和源极触点S11。虽然未显示，但是次级功率模块24中的每个功率晶体管Q可以包括开尔文连接，类似于图1中所示的功率模块10中的功率晶体管Q。第十二功率晶体管Q12包括栅极触点G12、耦接到第二附加耦接节点30B的源极触点S12和耦接到第十一功率晶体管的源极触点S11的漏极触点D12，被显示为第三附加耦接节点30C。第十三功率晶体管Q13包括栅极触点G13、耦接到第一附加耦接节点30A的漏极触点D13和源极触点S13。第十四功率晶体管Q14包括栅极触点G14、耦接到第十三功率晶体管Q13的源极触点S13的漏极触点D14(被显示为第四附加耦接节点30D)和耦接到第二附加耦接节点30B的源极触点S14。变压器T的次级绕组WS耦接在第三附加耦接节点30C和第四附加耦接节点30D之间。第二电容器CAP2耦接在第一附加耦接节点30A和第二附加耦接节点30B之间。
在操作中，AC电源(诸如电网)电耦接到功率模块10，并且负载可以电耦接到次级功率模块24。具体而言，在第三耦接节点28C处经由第一电感器L1提供第一相位AC信号，在第四耦接节点28D处经由第二电感器L2提供第二相位AC信号，在第五耦接节点28E处经由第三电感器L3提供第三相位AC信号，并且在第六耦接节点28F处提供中性信号。负载(未显示)耦接在第一附加耦接节点30A和第二附加耦接节点30B之间。切换控制电路32耦接到功率晶体管Q中的每一个的栅极触点G。切换控制电路向电源晶体管Q中的每一个提供控制信号，使得第一到第六功率晶体管(Q1至Q6)与第一功率二极管D1和第二功率二极管D2共同用作有源前端。具体地，第一到第六功率晶体管(Q1至Q6)相对于输入的AC功率信号以给定模式进行切换，以将输入的AC信号转换为DC信号，同时向AC电源呈现作为电阻负载。本领域技术人员将理解，使用有源前端而不是简单的整流器，提高了功率因数并减少了谐波。切换控制电路32向第七到第十功率晶体管Q7至Q10提供控制信号，使得其作为全桥切换功率转换器操作。因此，从有源前端提供的DC信号被转换回高频(例如，10kHz至10MHz)AC信号。这使得信号可以经由变压器T耦接到次级功率模块24。经由有源前端将来自AC电源(例如电网)的低频(例如60Hz)AC信号转换为DC信号，并且随后转换为高频AC信号，可以提高性能并减小变压器尺寸。在次级功率模块24处，切换控制电路32向第十一到第十四功率晶体管Q11至Q14提供控制信号，使得其作为附加的全桥切换功率转换器操作，以便将高频AC信号转换为DC输出信号，该DC输出信号被传递到负载。
图5显示了根据本公开的附加实施方式的功率转换器系统22。图5中所示的功率转换器系统22与图4中所示的类似，除了用功率二极管D代替了次级功率模块24的功率晶体管Q。具体地，第三功率二极管D3包括耦接到第一附加耦接节点30A的阳极触点A3和阴极触点C3。第四功率二极管D4包括耦接到第二附加耦接节点30B的阳极触点A4和耦接到第三功率二极管D3的阳极触点A3的阴极触点C4，被显示为第三附加耦接节点30C。第五功率二极管D5包括耦接到第一附加耦接节点30A的阳极触点A5和阴极触点C5。第六功率二极管D4包括耦接到第二附加耦接节点30B的阳极触点A6和耦接到第五功率二极管D5的阳极触点A5的阴极触点C6，被显示为第四附加耦接节点30D。
图5中所示的功率转换器系统22的操作方式与上文关于图4所讨论的基本相同，除了功率二极管在没有来自切换控制电路32的控制信号的情况下操作。虽然图4中所示的功率转换器系统22可以双向操作，使得来自负载的DC信号可以转换为AC信号，但是图5中所示的功率转换器系统22是单向的。通常，次级功率模块24可以被替换为任何现成的功率转换器，以满足给定的一组应用要求。
功率转换器系统22可以例如用作电动或混合动力车辆的车载电池充电器。因此，来自电网的AC电力被转换成适于为电池充电的DC信号。在功率模块10中提供有源前端和切换功率转换器以及在次级功率模块24中提供附加的切换功率转换器实现了这一任务，同时以平衡性能和安全性的方式经由变压器T提供必要的电流隔离。具体地，功率模块10和次级功率模块24之间的拓扑结构的划分非常重要，因为它提供了电流隔离，以确保车辆底盘永远不会耦接到电网，并且能够减少该解决方案的总体占地面积。如果将功率模块10和次级功率模块24组合成单个模块，则鉴于隔离的间隙和爬电要求，这种模块将需要非常大的占地面积。因此，功率模块10和次级功率模块24中的部件的划分能够实现尺寸和安全性之间的平衡。
除了将三相AC信号转换成DC信号之外，功率转换器系统22还可以通过仅操作有源前端中的功率晶体管对中的一个，或者通过并联操作功率晶体管对，来操作以将单相AC信号转换为DC信号。此外，通过改变功率晶体管和提供给功率晶体管的控制信号之间的连接，功率模块10可以执行DC到DC的转换和AC到AC的转换。因此，功率模块10为多种应用提供了高度可适配的、紧凑的和可靠的平台。此外，功率模块10的切换功率转换器部分中的功率晶体管Q可以作为半桥切换功率转换器来操作(通过仅操作四个功率晶体管Q中的两个或者通过并联操作功率晶体管Q对)。通常，功率模块10的功率晶体管Q和功率二极管D可以被配置为任何数量的有用配置，所有这些在本文中都进行了设想。
本公开关注隔离中的功率模块10，设想包括有源前端和切换功率转换器两者的单个功率模块。在将有源前端和切换功率转换器组合为单个功率模块时，必须考虑两个相反的设计标准。首先，安全性要求规定了功率模块中电流路径之间的最小间隙和爬电距离。这些安全性要求通常倾向于在经历显著电压差的点之间具有更大的空间，以避免短路和/或电弧。其次，性能要求规定了漏电感要求，其中期望更小的漏电感。漏电感至少部分由功率模块中的零件之间的距离确定，其中零件之间的距离越小，导致的漏电感越小。因此，设计者在设计功率模块时，必须平衡安全性和性能。在使用功率模块的情况下，布局和设计选择能够在这些问题之间实现理想的折衷。
上文讨论了实现这种期望的折衷的第一设计选择。具体地，选择在单个功率模块中包括哪些零件，同时仍然能够在整个功率转换器系统中保持期望的隔离。通过选择在单个模块中提供有源前端和切换功率转换器，而不是附加的零件，可以获得这样的平衡。
除以上所述之外，功率模块10的布局使得对于经历大于50V的电压差的连接器引脚12而言，连接器引脚12之间的距离是不经历这种电压差的连接引脚12之间的距离的至少两倍大。换句话说，连接器引脚12中的每一个的间距等于两个相邻连接器引脚12中心之间的距离。经历大于50V的电压差的连接器引脚12可以具有引脚间距的至少两倍的距离。这如图2和图3所示，其中，例如，耦接到第一功率晶体管Q1的栅极触点G1的连接器引脚12距耦接到漏极触点D1的连接器引脚12的距离至少是距耦接到开尔文连接器K1的连接器引脚12的距离的两倍。在图3中，第九功率晶体管Q9的栅极触点G9和第九功率晶体管Q9的开尔文连接器K9之间的间距被示出为P。第二功率晶体管Q2的栅极触点G2与第一功率晶体管Q1的源极触点S1和第二功率晶体管Q2的漏极触点D2之间的距离至少为2P。通过这种方式对功率模块10布局，在满足或超过间隙和爬电要求的同时实现了漏电感(通过最小化部件之间的距离)之间的期望的平衡。值得注意的是，无需经历大于50V的电压差的每对连接器引脚都与其他引脚分离(与不经历大于50V的电压差的连接器引脚相比)至少两倍大的距离。相反，在一些实施方式中，连接器引脚之间的电压差被用作指南，以确定哪些连接器引脚比其他连接器引脚分离得更多，但并不是严格的设计要求。
例如，间隙和爬电要求可由诸如IPC-2221、IPC-9592B、UL-610010-1和IEC-60950-1等标准规定。在各个实施方式中，功率模块10的外壳20可以具有小于80cm2的占地面积，同时仍然满足任何要求的标准。在一些实施方式中，功率晶体管Q中的每一个和功率二极管D1中的每一个的阻断电压大于650V，并且额定电流大于5A。因此，功率模块10提供了一种高度紧凑并且还通用且高性能的模块。
可以设想，前述任何方面和/或如本文所述的各单独方面和特征，可以组合以获得附加优点。如本文所公开的各实施方式中的任何一个可以与一个或多个其它所公开的实施方式组合，除非本文另有相反指示。
本领域技术人员将认识到对本公开的优选实施方式的改进和修改。所有这样的改进和修改都被认为在本文公开的概念和随后的权利要求的范围内。

Claims (22)

1.一种功率模块，包括：
功率衬底，包括多个导电迹线；
多个功率半导体晶粒，所述功率半导体晶粒安装在所述功率衬底上并且电耦接到所述多个导电迹线；以及
多个连接器引脚，每个连接器引脚电耦接到所述多个导电迹线中的一个不同的导电迹线，其中，所述多个连接器引脚被配置为进行互连，使得所述多个功率半导体晶粒提供有源前端和切换功率转换器。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其中，所述有源前端被配置为将AC信号转换为DC信号。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其中，所述多个连接器引脚被配置为以第一配置进行互连，使得所述有源前端能够将单相AC信号转换为DC信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率模块，其中，所述多个连接器引脚被配置为以第二配置进行互连，使得所述有源前端能够将三相AC信号转换为DC信号。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率模块，其中，所述切换功率转换器被配置为将DC信号转换为AC信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块，其中，所述多个连接器引脚被配置为以第三配置进行互连，使得所述切换功率转换器是全桥切换功率转换器。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块，其中，所述多个连接器引脚被配置为以第四配置进行互连，使得所述切换功率转换器是半桥功率转换器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的功率模块，其中，所述多个导电迹线和所述多个连接器引脚被布置为使得在所述功率模块的正常操作期间经历大于50V的电压电势的几个所述连接器引脚之间的距离是在所述功率模块的正常操作期间经历小于50V的电压电势的几个所述连接器引脚之间的距离的至少两倍大。
9.根据权利要求8所述的功率模块，其中：
所述功率模块包括外壳，所述功率衬底设置在所述外壳中；
所述外壳的占地面积小于80cm2；并且
所述多个导电迹线和所述多个连接器引脚设置为使得所述功率模块满足或超过爬电和间隙标准。
10.根据权利要求9所述的功率模块，其中：
所述有源前端包括六个功率晶体管半导体晶粒和两个功率二极管半导体晶粒；并且
所述切换功率转换器包括四个功率晶体管半导体晶粒。
11.根据权利要求10所述的功率模块，其中：
每一个所述功率晶体管半导体晶粒和每一个所述功率二极管半导体晶粒的阻断电压至少为650V；并且
每一个所述功率晶体管半导体晶粒和每一个所述功率二极管半导体晶粒的额定电流至少为5A。
12.根据权利要求6所述的功率模块，其中：
所述有源前端被配置为双向操作，使得在第一方向上所述有源前端被配置为将AC信号转换为DC信号，并且在第二方向上所述有源前端被配置为将DC信号转换为AC信号；并且
所述切换功率转换器被配置为双向操作，使得在第一方向上所述切换功率转换器被配置为将DC信号转换为AC信号，并且在第二方向上所述有源前端被配置为将AC信号转换为DC信号。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的功率模块，还包括：
所述功率模块包括外壳，所述功率衬底设置在所述外壳中；
所述外壳的占地面积小于80cm2；并且
所述多个导电迹线和所述多个连接器引脚设置为使得所述功率模块满足或超过爬电和间隙IEC标准。
14.根据权利要求13所述的功率模块，其中：
所述有源前端包括六个功率晶体管半导体晶粒和两个功率二极管半导体晶粒；并且
所述切换功率转换器包括四个功率晶体管半导体晶粒。
15.根据权利要求14所述的功率模块，其中：
每一个所述功率晶体管半导体晶粒和每一个所述功率二极管半导体晶粒的阻断电压至少为650V；并且
每一个所述功率晶体管半导体晶粒和每一个所述功率二极管半导体晶粒的额定电流至少为5A。
16.根据权利要求15所述的功率模块，其中，所述多个导电迹线和所述多个连接器引脚被布置为使得在所述功率模块的正常操作期间经历大于50V的电压电势的几个所述连接器引脚之间的距离是在所述功率模块的正常操作期间经历小于50V的电压电势的几个所述连接器引脚之间的距离的至少两倍大。
17.根据权利要求16所述的功率模块，其中：
多个功率晶体管半导体晶粒中的每一个包括栅极、漏极、源极和开尔文连接；并且
多个功率晶体管半导体晶粒中的每一个的所述栅极、所述漏极、所述源极和所述开尔文连接被耦接到所述多个连接器引脚中的不同的连接器引脚。
18.根据权利要求1至9中任一项所述的功率模块，还包括：
所述多个功率半导体晶粒包括多个功率晶体管半导体晶粒，每一个功率晶体管半导体晶粒包括栅极、漏极、源极和开尔文连接；以及
所述多个功率晶体管半导体晶粒中的每一个的所述栅极、所述漏极、所述源极和所述开尔文连接被耦接到所述多个连接器引脚中的不同的连接器引脚。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的功率模块，其中，所述多个功率半导体晶粒包括碳化硅半导体晶粒。
20.一种功率转换器系统，包括：
初级功率模块，包括多个初级功率晶体管半导体晶粒，所述多个初级功率晶体管半导体晶粒被配置为进行互连，以提供有源前端和初级切换功率转换器；
次级功率模块，包括多个次级功率晶体管晶粒，所述多个次级功率晶体管晶粒被配置为进行互连，以提供次级切换功率转换器；以及
变压器，耦接在所述初级功率模块和所述次级功率模块之间。
21.根据权利要求20所述的功率转换器系统，其中，所述初级功率模块包括：
外壳；
在所述外壳内部的功率衬底，所述功率衬底包括多个导电迹线；
多个功率半导体晶粒，所述功率半导体晶粒安装在所述功率衬底上并且电耦接到所述多个导电迹线；以及
多个连接器引脚，每个连接器引脚耦接到所述多个导电迹线中的一个不同的导电迹线，其中：
所述多个连接器引脚被配置为进行互连，使得所述多个功率半导体晶粒提供所述有源前端和所述初级切换功率转换器；
所述外壳的占地面积小于80cm2；以及
所述多个导电迹线和所述多个连接器引脚设置为使得所述功率模块满足或超过爬电和间隙标准。
22.一种功率模块，包括：
外壳；
在所述外壳内部的功率衬底，所述功率衬底包括多个导电迹线；
多个功率半导体晶粒，所述功率半导体晶粒安装在所述功率衬底上并且电耦接到所述多个导电迹线；以及
多个连接器引脚，每个连接器引脚耦接到所述多个导电迹线中的一个不同的导电迹线，其中，所述多个导电迹线和所述多个连接器引脚被布置为使得在初级功率模块的正常操作期间经历大于50V的电压电势的几个所述连接器引脚之间的距离是在所述初级功率模块的正常操作期间经历小于50V的电压电势的几个所述连接器引脚之间的距离的至少两倍大。
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