CN218633720U - 三相逆变器功率模块和三相逆变器功率设备 - Google Patents

三相逆变器功率模块和三相逆变器功率设备 Download PDF

Info

Publication number
CN218633720U
CN218633720U CN202220752965.6U CN202220752965U CN218633720U CN 218633720 U CN218633720 U CN 218633720U CN 202220752965 U CN202220752965 U CN 202220752965U CN 218633720 U CN218633720 U CN 218633720U
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase inverter
inverter power
power module
terminals
terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202220752965.6U
Other languages
English (en)
Inventor
S·哈特曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Energy Co ltd
Original Assignee
Hitachi Energy Switzerland AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Energy Switzerland AG filed Critical Hitachi Energy Switzerland AG
Application granted granted Critical
Publication of CN218633720U publication Critical patent/CN218633720U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601—Structure
    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

指明了一种三相逆变器功率模块(40)，所述三相逆变器功率模块包括至少两个分离的六件装子模块(28、29、30)，其中：‑每个六件装子模块(28、29、30)包括每相至少一个半桥子单元；‑每个半桥子单元包括内部正直流DC端子、内部负DC端子和内部交流AC端子；以及‑所述分离的六件装子模块(28、29、30)相对于彼此是并联电耦接的。

Description

三相逆变器功率模块和三相逆变器功率设备
技术领域
本公开涉及三相逆变器功率模块和三相逆变器功率设备。
背景技术
低损耗和低成本对于机动车辆和/或其他应用中的三相逆变器功率模块而言越来越重要。电损耗是需要通过电费来支付或例如通过在电动车辆中使用更大的电池的成本。电损耗和成本处于权衡关系。为了获得具有更低电损耗的更好的功率电子设备可能会花费更多的钱。
用于降低电损耗的一种方法可以是更快地切换三相逆变器。然而，当更快地切换时，由换相回路电感产生更高的过电压，因此导致过电压。因此，根据本实用新型，需要降低三相逆变器的直流DC电压，以便提供在三相逆变器的开关的阻断能力范围内的足够的安全性。此外，在这方面，应该考虑电绝缘的能力。在较低的DC电压下，可能会降低三相逆变器和/或整个系统的性能。
实用新型内容
本公开的实施例通过一种具有改善性能和降低电损耗的三相逆变器功率模块以及具有这种三相逆变器功率模块的三相逆变器功率设备来全部地或部分地解决了上述去电。
本公开的示例性实施例通过本公开的三相逆变器功率模块和三相逆变器功率设备解决了上述缺点。其他示例性实施例从以下描述中而变得明显。
第一方面涉及一种三相逆变器功率模块。
此处及下文中的术语“功率”例如是指适用于处理大于100V和/或大于10A的电压和电流的三相逆变器功率模块和三相逆变器功率设备。例如，功率可以指电压、和/或电流、和/或电压与电流的乘积。电压和/或电流可以示例性地是这种功率模块的负载电压和/或负载电流、输入电压和/或输入电流、或输出电压和/或输出电流。
例如，三相逆变器功率模块可以被用于机动车辆应用，诸如电动车辆、混合动力车辆、摩托车、公共汽车、卡车、越野工程车辆和充电站。此外，三相逆变器功率模块也可以适用于其他应用。
关于以下描述，被包括在另一模块中的模块可以被表示为该模块的子模块或子单元。例如，这样的子模块不是单独的模块。相应地，被包括在另一模块中的模块的端子可以被表示为连接件和/或内部连接件和/或内部端子。相应地，该另一模块的端子可以被表示为外部端子。
根据第一方面的实施例，根据第一方面的三相逆变器功率模块包括至少两个分离的六件装(six-pack)子模块。
根据实施例，每个六件装子模块包括每相至少一个半桥子单元。
根据实施例，每个半桥子单元包括内部正直流DC端子、内部负DC端子和内部交流AC端子。该内部AC端子也可以被表示为输出端子。
根据实施例，所述分离的六件装子模块相对于彼此是并联电耦接的。
关于包括一个或多个六件装子模块的三相逆变器功率模块的术语“包括/包含”是指电学的和功能性的定义。因此，在三相逆变器功率模块中所包括的六件装子模块不是单独的模块，而是也可以被表示为该三相逆变器功率模块的相应的子模块或子单元。
关于包括一个或多个半桥模块或子单元的六件装子模块的术语“包括/包含”是指电学的和功能性的定义。因此，相应的六件装子模块中所包括的半桥模块或子单元不是单独的模块，而是也可以被表示为该相应的六件装子模块的相应的子模块或子单元。
例如，半桥子单元可以被分配在分离的基板上。
通过使分离的六件装子模块彼此并联电耦接，使同一相的所有半桥子单元彼此并联电耦接。
因此，多个并联的六件装子模块被集成到单个模块中。可以通过使用分离的半桥子单元来形成常规的六件装模块。例如，常规的半桥子模块可以包括串联电耦接的半导体芯片，从而形成高侧设备和低侧设备。在这种情况下，每个高侧和每个低侧可以存在多个并联的半导体芯片。然而，根据第一方面及其实施例，三相逆变器功率模块的半桥子单元的各个开关的并联的半导体芯片均匀地分布在功率模块内。以此方式，在一个或多个半桥的换相(commutation)期间的电流斜率也均匀分布到所有半桥子单元的内部正DC端子和内部负DC端子的所有对。因此，与常规的三相逆变器相比，该三相逆变器功率模块的换相回路电感可以降低高达20％。
根据三相逆变器功率模块的至少一个实施例，该三相逆变器功率模块包括一个或多个外部正DC端子。所述一个或多个外部正DC端子与所有分离的半桥子单元的相应的内部正DC端子电耦接。该三相逆变器功率模块还包括一个或多个外部负DC端子。所述一个或多个外部负DC端子与所有分离的半桥子单元的相应的内部负DC端子电耦接。
例如，三相逆变器功率模块的一个或多个外部正DC端子通过正DC汇流条与所有分离的半桥子单元的内部正DC端子电耦接。
例如，三相逆变器功率模块的一个或多个外部负DC端子通过负DC汇流条与所有分离的半桥子单元的内部负DC端子电耦接。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述三相逆变器功率模块包括每相至少一个外部AC端子，所述至少一个外部AC端子与相应相的所有分离的半桥子单元的相应的内部AC端子电耦接。
例如，三相逆变器功率模块的每一相的一个或多个外部AC端子通过AC汇流条与所有分离的半桥子单元的相应相的内部AC端子电耦接。例如，三相逆变器功率模块包括三个AC汇流条，即每相一个AC汇流条。
根据实施例，所述三相逆变器功率模块包括每相至少两个外部AC端子。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述三相逆变器功率模块包括至少两个外部正DC端子。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述三相逆变器功率模块包括至少两个外部负DC端子。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述三相逆变器功率模块包括至少k个外部正DC端子和k+1个外部负DC端子，其中k为整数并且k>＝1。
以此方式，可以以对称结构设置该三相逆变器功率模块。端子的这种对称结构布置或一种同轴布置减少了包括相应端子的端子设定的杂散电感。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述三相逆变器功率模块包括至少j个外部负DC端子和j+1个外部正DC端子，其中j为整数并且j>＝1。
以此方式，可以以对称结构设置该三相逆变器功率模块。端子的这种对称结构布置或一种同轴布置减少了包括相应端子的端子设定的杂散电感。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述外部正DC端子和所述外部负DC端子设置在所述三相逆变器功率模块的第一横向侧。所述外部AC端子设置在所述三相逆变器功率模块的第二横向侧。
第一横向侧不同于第二横向侧。例如，第二横向侧与第一横向侧相对。
以此方式，三相逆变器功率模块包括DC侧和AC侧，所述DC侧和AC侧彼此不同，即所述DC侧和AC侧可以是相对的。因此，示例性地，可以简化向相应的外部端子提供连接的过程，并且对于该三相逆变器功率模块的用户而言可以最小化布线工作量。
根据三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述三相逆变器功率模块包括至少三个分离的六件装子模块。
因此，可以在三个分离的六件装子模块之间平均分享负载。因此，与常规的三相逆变器相比，该三相逆变器功率模块的换相回路电感可以减少到三分之一。
这是由于贡献于换相回路电感的端子电感减少到三分之一。杂散电感的减少仅在如果三个半桥子单元没有同时进行换相的情况下有效。这必须通过控制算法来确保。在低电感设定中，端子电感典型地贡献总电感的30％。如果这可以减少到10％，则总电感将从100％减少到80％。因此，可以实现换相回路的总电感20％的减少。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，每个半桥子单元包括被形成为开关的两个半导体芯片。所述三相逆变器功率模块包括(外部)控制端子，所述控制端子被配置以获取用于控制所述半桥子单元的所述开关的信号。
被形成为每个半桥子单元的开关的两个半导体芯片可以形成高侧设备和低侧设备。设备可以包括一个或多个半导体芯片。一个或多个半导体芯片可以形成开关。
每个半桥子单元的两个半导体芯片可以是并联的。因此，可以改善并联的半导体芯片的电流分享和/或电流分布。例如，仍然可以通过使用多个并联的半导体芯片来实现每个半桥子单元的每一侧。
所述三相逆变器功率模块可以包括一个或多个控制端子，例如每个开关有一个控制端子。例如，每个开关对应于相应的半桥子单元的同一相和同一侧，即高侧或低侧。
每个半导体芯片例如由二极管和/或开关中的至少一种形成。半导体芯片示例性地为晶体管、压敏电阻、绝缘栅极双极晶体管(简称为IGBT)、或金属氧化物半导体场效应晶体管(简称为MOSFET)、或金属绝缘体半导体场效应晶体管(简称为MISFET)、或任何其他任意功率半导体设备，即氮化镓HEMT等。例如，对于碳化硅MOSFET，不需要二极管。
例如，一个或多个控制端子可以被用于控制相应的开关的栅极端子。另外，一个或多个控制端子可以具有探测器的功能，或可以被用于控制相应的开关的另外的端子，即辅助发射极、和/或辅助源极、和/或辅助集电极、和/或辅助漏极。一个或多个控制端子的控制功能可以取决于所使用的半导体芯片的类型。
例如，三相逆变器功率模块被布置成使得所有并联的芯片到一个最近的外部正DC端子和/或到一个最近的外部负DC端子具有相似和/或相同的路径长度。例如，所有并联的芯片到所有外部正DC端子和到所有外部负DC端子具有相同的路径长度。例如，所有并联的芯片到所有外部AC端子(即，到所有输出端子)具有相同的路径长度。
关于路径长度的术语“相同”可以是用于切换的均匀化的目的。然而，路径长度可以是相对地相同，因为完全相同的路径长度在生产中可能是无法实现的。
以此方式，例如，如果每个半导体芯片是IGBT，则在相应的一个开关和/或多个开关的接通期间，相同的感应电压降施加到并联的芯片的所有源极电势。例如，换相回路电感可以在切换期间引起过电压。因此，对于快速切换而言需要减小的换相回路电感。在相同的或至少相似的路径长度的情况下，过电压可以是相似的。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述三相逆变器功率模块包括多层印刷电路板PCB。多层PCB包括两层或更多层。此外，多层PCB电连接至控制端子。
或者，所述三相逆变器功率模块可以包括连接到一个或多个控制端子的用于互连的不同装置。
例如，多层PCB电连接到一个或多个控制端子。
例如，如果开关是IGBT和/或MOSFET，则多层PCB可以包括控制端子和/或辅助端子以用于相应IGBT的相应栅极和/或发射极和/或集电极、和/或用于相应MOSFET的相应漏极和/或源极。
例如，多层PCB可以被设置成使得该多层PCB上的导体迹线可以具有低且均匀化的电感。这可以通过如下方式来实现：当设计多层PCB时，并行地路由用于半桥子单元的开关的栅极连接件、和/或用于半桥子单元的开关的栅极端子、和/或用于半桥子单元的开关的辅助发射极、层的交替等。这种层的交替、和/或栅极连接件和辅助发射极连接件的交换，可以被用于减小或增强换相回路电感。因此，它可以特别地应用于调整和 /或均匀化。例如，当在多层PCB上定位导体迹线时，可以关于导体迹线相对于彼此的定位来进行电感的调整或均匀化，从而导致均匀的切换，示例性地，在多个栅极的情况下，通过分别将相应的栅极连接件相对于相应的辅助发射极连接件布置和/或路由。例如，栅极连接件(即栅极导体迹线)也应该具有相同的路径长度。例如，多层PCB可以包括用于半桥子单元的开关的栅极电阻器。通过使用栅极连接件(即栅极导体迹线)和辅助发射极连接件的并行路由，可以降低电感。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，控制端子设置在所述三相逆变器功率模块的第三横向侧。
例如，第三横向侧可以是第一横向侧或第二横向侧。
或者，例如，第三横向侧垂直于第一横向侧和第二横向侧。
因此，示例性地，可以简化向相应的外部端子提供连接的过程，并且对于三相逆变器功率模块的用户而言可以最小化布线工作量。例如，模块的内部布线可能比较困难，但对于用户而言外部布线可能更容易。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述三相逆变器功率模块包括至少两个并联基板。每个基板包括相应的六件装子模块的所有三个相。相应的基板的三个相是并联布置的。
例如，所述三相逆变器功率模块包括用于每个六件装模块的一个基板。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述三相逆变器功率模块包括至少两组芯片。每组芯片包括相应的六件装子模块的所有三个相。相应组芯片的三个相是并联布置的。
根据所述三相逆变器功率模块的至少一个实施例，所述三相逆变器功率模块包括公共的壳体。
例如，壳体包围基板。壳体可以包括一个或多个负载端子和/或栅极信号端子和/或附加的控制端子。
第二方面涉及一种三相逆变器功率设备。根据第二方面的实施例，所述三相逆变器功率设备包括至少一个本文以上所描述的三相逆变器功率模块。因此，结合三相逆变器功率模块所公开的所有特征也结合该功率半导体设备而被公开，并且反之亦然。
根据第一方面和该第一方面的实施例的解决方案是将多个并联的六件装集成到一个模块中，即三相逆变器功率。电并联的六件装子模块被集成到这一个模块中，每个六件装子模块包括三个并联的半桥子子模块或子单元。它们在模块中是彼此分离的。然而，这些六件装子模块和半桥子子模块或子单元不是单独的模块。此外，它们在功能上被包括在三相逆变器功率模块中。
附图说明
下面将参考在所附附图中图示出的示例性实施例来更详细地解释本公开的主题。
图1示意性地示出了常规的半桥模块的电路图。
图2示意性地示出了由三个单独的半桥模块构成的常规的三相逆变器。
图3示意性地示出了常规的六件装模块。
图4示意性地示出了另一常规的三相逆变器。
图5和图6各自示意性地示出了根据示例性实施例的三相逆变器功率模块。
图7示意性地示出了示例性实施例的三相逆变器功率模块40的布局。
具体实施方式
在附图标记的列表中以摘要形式列出在附图中所使用的附图标记及其含义。原则上，在附图中一致的部分设有相同的附图标记。应当理解，附图中所示的实施例是说明性的表示，并且不一定是按比例绘制的。
图1的常规的半桥模块1包括第一支路2和第二支路3。半桥模块1也可以被表示为相支路。第一支路2包括第一开关4、与该第一开关4反并联电耦接的第一续流二极管5、和第一开关端子6。第一支路2也可以被表示为高侧。第一开关端子6被配置用于控制第一开关4的状态。例如，第一开关端子6为第一开关4的栅极端子。第二支路3包括第二开关 7、与该第二开关7反并联电耦接的第二续流二极管8、和第二开关端子9。第二支路3也可以被表示为低侧。例如，第二开关端子9为第二开关7的栅极端子。第二开关端子9被配置用于控制第二开关7的状态。第一开关4和第二开关7是串联电耦接的。
第一开关4和第二开关7各自示例性地为晶体管、绝缘栅极双极晶体管(简称为IGBT)、或金属氧化物半导体场效应晶体管(简称为MOSFET)、或金属绝缘体半导体场效应晶体管(简称为MISFET)、或其他类型的切换设备。在正常的操作状态期间，第一开关4和第二开关7均不是同时导通的、或第一开关4和第二开关7中的一个但不是两个是同时导通的。
取决于第一开关4和/或第二开关7的类型，可以省略第一续流二极管5和/或第二续流二极管8。
此外，半桥模块1包括正直流DC端子10、负DC端子11和交流AC端子12。AC端子 12也可以被表示为相端子、和/或也可以被表示为输出端子。
例如，半桥模块1可以被用于将正DC端子10的电势或负DC端子11的电势连接到AC端子12和/或示例性地连接到与其连接的负载件。
例如，代替仅一个开关和一个续流二极管，第一支路2和/或第二支路3可以包括多于一个的开关和/或多于一个的续流二极管。以此方式，可以提高载流容量和/或电流容量。
如果半桥模块1被包括在另一模块或子模块中，则该半桥模块1可以被表示为半桥子单元1。
图2的常规的三相逆变器包括第一半桥模块13。该第一半桥模块13包括第一正DC端子14、第一负DC端子15和第一AC端子16。第一正DC端子14包括第一电感17。第一负DC端子15包括第二电感18。
常规的三相逆变器还包括第二半桥模块19。该第二半桥模块19包括第二正DC端子20、第二负DC端子21和第二AC端子22。
常规的三相逆变器还包括第三半桥模块23。该第三半桥模块23包括第三正DC端子24、第三负DC端子25和第二AC端子26。
类似于第一半桥模块13，该第二半桥模块19和第三半桥模块23包括用于它们各自相应的DC端子20、21、24、25的各自相应的电感，为了便于理解附图，这些电感没有用附图标记表示。
可以根据如关于图1所讨论的半桥模块1来构造第一半桥模块13、第二半桥模块19和第三半桥模块23。常规的三相逆变器每相使用该三个半桥模块13、19、23中的一个半桥模块，即，第一半桥模块13用于第一AC相、第二半桥模块19用于第二AC相、和第三半桥模块23用于第三AC相。
例如，当操作该常规的三相逆变器以便发生换相(commutation)时，相应相中的一个相从该相的正DC端子处的电势切换到该相的负DC端子处的电势。因此，形成了换相回路，该换相回路包括相应的半桥模块的相应的正DC端子和相应的负DC端子。因此，相应的半桥模块的电感贡献于换相回路电感。由相应的正DC端子和相应的负DC端子的杂散电感部分地提供换相回路电感。
根据图3的常规的六件装(six-pack)模块27包括第一半桥模块13、第二半桥模块19 和第三半桥模块23，如关于图2所讨论的。该六件装模块27的第一半桥模块13、第二半桥模块19和第三半桥模块23关于它们的正DC端子14、20、24和它们的负DC端子15、21、 25是并联电连接的。
关于根据图3的包括第一半桥模块13、第二半桥模块19和第三半桥模块23的六件装模块27的术语“包括/包含”是指电学的和功能性的定义。因此，根据图3，第一半桥模块13、第二半桥模块19和第三半桥模块23不是单独的模块，而是可以被表示为该六件装模块27的相应的子模块或子单元，即第一半桥子单元13、第二半桥子单元19和第三半桥子单元23。
例如，第一半桥模块13、第二半桥模块19和第三半桥模块23被包括在常规的六件装模块27的同一壳体中。
根据图4的常规的三相逆变器包括第一六件装模块28、第二六件装模块29和第三六件装模块30。
根据图4，第一六件装模块28、第二六件装模块29和第三六件装模块30是单独的模块。
六件装模块28、29、30中的每个六件装模块可以被构造成类似于关于图3所讨论的常规的六件装模块27。然而，第一六件装模块28、第二六件装模块29和第三六件装模块 30是较小的六件装模块，就关于它们的功率规格而言，它们的总额定值与三个半桥模块(诸如，第一半桥模块13、第二半桥模块19和第三半桥模块23)相同。例如，相比于根据图3的六件装模块，该六件装模块28、29、30中的每个六件装模块仅具有三分之一的电流容量。
根据图4的常规的三相逆变器包括第四正DC端子31、第四负DC端子32和第四AC端子33。
如关于图3所公开的，第一半桥模块13、第二半桥模块19和第三半桥模块23不是单独的模块，而是也可以被表示为六件装模块28、29、30的相应的子模块或子单元。因此，这些子模块的端子14、15、16、20、21、22、24、25、26也可以被表示为相应的六件装模块28、29、30的内部端子和/或内部连接件。
例如，外部第四正DC端子31连接到第一六件装模块28的第一半桥模块13的内部第一正DC端子14、第二半桥模块19的内部第二正DC端子20、和第三半桥模块23的内部第三正DC端子24。
例如，外部第四负DC端子32连接到第一六件装模块28的第一半桥模块13的内部第一负DC端子15、第二半桥模块19的内部第二负DC端子21、和第三半桥模块23的内部第三负DC端子25。
例如，外部第四AC端子33连接到第一六件装模块28的第一半桥模块13的内部第一AC端子16、第二六件装模块29的第一半桥模块13的内部第一AC端子16、和第三六件装模块30的第一半桥模块13的内部第一AC端子16。
与前述类似，根据图4的常规的三相逆变器包括外部第五正DC端子34、外部第五负DC端子35和外部第五AC端子36，这些端子各自包括相应的连接件。
例如，外部第五AC端子36连接到第一六件装模块28的第二半桥模块19的内部第二AC端子22、第二六件装模块29的第二半桥模块19的内部第二AC端子22、和第三六件装模块30的第二半桥模块19的内部第二AC端子22。
与前述类似，根据图4的常规的三相逆变器包括外部第六正DC端子37、外部第六负DC端子38和外部第六AC端子39，这些端子各自包括相应的连接件。
例如，外部第六AC端子39连接到第一六件装模块28的第三半桥模块23的内部第三AC端子26、第二六件装模块29的第三半桥模块23的内部第三AC端子26、和第三六件装模块30的第三半桥模块23的内部第三AC端子26。
第一六件装模块28、第二六件装模块29和第三六件装模块30是并联电连接的。例如，它们相对于外部AC端子33、36、39是并联电连接的。
第一六件装模块28布置在第一壳体中，第二六件装模块29布置在第二壳体中，并且第三六件装模块30布置在第三壳体中。因此，根据图4的常规的三相逆变器是通过使用三个AC汇流条52、53、54形成的，每相一个AC汇流条，即第一AC汇流条52、第二 AC汇流条53和第三AC汇流条54，该三个AC汇流条需要外部连接到所有的六件装模块 28、29、30。由此，形成根据图4的常规的三相逆变器的外部AC端子33、36、39。
对于常规的三相逆变器的用户而言，这对根据图4的常规的三相逆变器进行布线和/或连接构成了很高的工作量。
根据图5和图6的示例性实施例的三相逆变器功率模块40包括如关于图4所讨论的第一六件装模块28、第二六件装模块29和第三六件装模块30。
关于根据图5和图6的包括第一六件装模块28、第二六件装模块29和第三六件装模块30的三相逆变器功率模块40的术语“包括/包含”是指电学的和功能性的定义。因此，根据图5和图6，第一六件装模块28、第二六件装模块29和第三六件装模块30不是单独的模块，而是也可以被表示为三相逆变器功率模块40的相应的子模块，即第一六件装子模块28、第二六件装子模块29和第三六件装子模块30。
与图4相比，第一六件装子模块28、第二六件装子模块29和第三六件装子模块30一起布置在三相逆变器功率模块40中。例如，它们被布置在三相逆变器功率模块40的壳体中。
示例性地，通过正DC汇流条来连接三相逆变器功率模块40的外部正DC端子31、34、37。
示例性地，通过负DC汇流条来连接三相逆变器功率模块40的外部负DC端子32、35、38。
根据图5的示例性实施例，第一六件装子模块28、第二六件装子模块29和第三六件装子模块30是并联电连接的。例如，它们通过使用AC连接件41而相对于外部AC端子 33、36、39是并联电连接的。AC连接件41布置到三相逆变器功率模块40的外部，并且可以由根据图5的示例性实施例的三个AC汇流条52、53、54来形成该AC连接件41。
根据图6的示例性实施例的三相逆变器功率模块40还包括AC连接件41。在这种情况下，AC连接件41被包含在根据图6的示例性实施例的三相逆变器功率模块40中。例如，该AC连接件41被布置在三相逆变器功率模块40的壳体中。
示例性地，根据图6的示例性实施例的三相逆变器功率模块40还包括另一外部第一AC端子42、另一外部第二AC端子43和另一外部第三AC端子44。
例如，AC连接件41包括如关于图4所讨论的三个AC汇流条52、53、54。
例如，当操作根据图5和图6的示例性实施例的三相逆变器功率模块40使得发生单相换相时，形成换相回路。该相的换相回路包括三对正DC端子和三对负DC端子，即，对于在每个六件装子模块28、29、30中所包括的半桥子单元13、19、23中的每个半桥子单元有一对。例如，存在三对并联端子，使得端子电感从原来的端子电感(即，在常规的方案中)减少到三分之一。在这种情况下，正DC端子的杂散电感和负DC端子的杂散电感是相关的。
示例性地，第一AC相的换相涉及第一六件装子模块28的第一半桥子单元13、第二六件装子模块29的第一半桥子单元13、和第三六件装子模块30的第一半桥子单元13。示例性地，第二AC相的换相涉及第一六件装子模块28的第二半桥子单元19、第二六件装子模块29的第二半桥子单元19、和第三六件装子模块30的第二半桥子单元19。这可以分别应用于第三AC相的换相。
因此，示例性地，可以简化向相应的外部端子提供连接的过程，并且对于三相逆变器功率模块的用户而言可以最小化布线工作量。例如，模块的内部布线/互连可能更困难，然而对于用户而言外部布线可能更容易。
因此，一个相的换相回路涉及并联的三对正DC端子和负DC端子。因此，与关于图3所讨论的换相回路相对比，由于使用三个并联端子，因此贡献于换相回路电感的端子电感减少到三分之一。杂散电感的减少仅在如果该相的换相中所涉及的三个半桥子单元没有同时进行换相的情况下有效。当控制相应的半桥子单元的开关时，必须保证这一点。
例如，在低电感的设定中，端子电感(即，相应的正DC端子和相应的负DC端子的杂散电感)典型地贡献该换相回路的总电感的30％。如果端子电感可以减少到三分之一，并且由此减少到总电感的10％，则该总电感会相对地从100％减少到80％。以此方式，可以实现换相回路的总电感的20％的减少。
根据图7的示例性实施例的三相逆变器功率模块40的布局包括如关于图6所讨论的三相逆变器功率模块40。
根据该示例性实施例，三相逆变器功率模块40还包括另一外部正DC端子45。通过正DC汇流条50来连接三相逆变器功率模块40的外部正DC端子31、34、37、45。通过负DC汇流条51来连接三相逆变器功率模块40的外部负DC端子32、35、38。
三相逆变器功率模块40的外部AC端子33、42通过第一AC汇流条52连接到六件装子模块28、29、30的相应的内部AC端子。三相逆变器功率模块40的外部AC端子36、43 通过第二AC汇流条53连接到六件装子模块28、29、30的相应的内部AC端子。三相逆变器功率模块40的外部AC端子39、44通过第三AC汇流条54连接到六件装子模块28、29、 30的相应的内部AC端子。在这种情况下，三个AC汇流条52、53、54也可以被表示为三相逆变器功率模块40的内部连接件。
因此，例如，三相逆变器功率模块40包括至少j个外部负DC端子和j+1个外部正DC端子，其中j为整数且j>＝1。根据图7，j具有为三的值。以此方式，可以以对称结构来设置三相逆变器功率模块40，以用于设置不同的AC相。该对称结构有利于减少杂散电感。
或者，三相逆变器功率模块40可以包括至少k个外部正DC端子31、34、37、45和 k+1个外部负DC端子32、35、38，其中k为整数且k>＝1.
根据该示例性实施例，外部正DC端子31、34、37、45和外部负DC端子32、35、 38设置在三相逆变器功率模块40的第一横向侧上，并且外部AC端子33、36、39、42、 43、44设置在三相逆变器功率模块40的第二横向侧上，其中第二横向侧与第一横向侧相对。
根据该示例性实施例，三相逆变器功率模块40还包括多层印刷电路板(PCB)46。该多层PCB 46也可以被表示为控制信号PCB。
例如，三相逆变器功率模块40还可以包括控制端子(其在图7中未被描绘出)，该控制端子被配置以获取用于对三相逆变器功率模块40中所包括的六件装子模块的半桥的开关进行控制的信号。
根据该示例性实施例，三相逆变器功率模块40还包括第一组芯片47、第二组芯片48和第三组芯片49。第一组芯片47包括第一六件装子模块28的所有三个相，即第一组芯片47的第一相芯片55。第二组芯片48包括第二六件装子模块29的所有三个相。第三组芯片49包括第三六件装子模块30的所有三个相。各个相应组芯片的三个相是并联布置的。每组芯片可以被安装到形成子模块的基板。
示例性地，多层PCB 46包括两层或更多层，并且多层PCB 46可以电连接到控制端子。控制端子设置在三相逆变器功率模块40的第三横向侧上，诸如靠近第三组芯片 49的右侧、或者靠近第一组芯片47的左侧。或者，控制端子可以定位在三相逆变器功率模块40的任意一侧。
关于前述描述，被包括在另外模块中的模块可以被表示为该模块的子模块。例如，这样的子模块不是单独的模块。因此，被包括在另外的模块中的模块的端子可以被表示为连接件或内部连接件或内部端子。
附图标记列表
1 半桥模块
2 第一支路
3 第二支路
4 第一开关
5 第一续流二极管
6 第一开关端子
7 第二开关
8 第二续流二极管
9 第二开关端子
10 正直流(DC)端子
11 负DC端子
12 交流(AC)端子
13 第一半桥模块
14 第一正DC端子
15 第一负DC端子
16 第一AC端子
17 第一电感
18 第二电感
19 第二半桥模块
20 第二正DC端子
21 第二负DC端子
22 第二AC端子
23 第三半桥模块
24 第三正DC端子
25 第三负DC端子
26 第三AC端子
27 六件装模块
28 第一六件装模块
29 第二六件装模块
30 第三六件装模块
31 外部第四正DC端子
32 外部第四负DC端子
33 外部第四AC端子
34 外部第五正DC端子
35 外部第五负DC端子
36 外部第五AC端子
37 外部第六正DC端子
38 外部第六负DC端子
39 外部第六AC端子
40 三相逆变器功率模块
41 AC连接件
42 另一外部第一AC端子
43 另一外部第二AC端子
44 另一外部第三AC端子
45 另一外部正DC端子
46 多层印刷电路板(PCB)
47 第一组芯片
48 第二组芯片
49 第三组芯片
50 正DC汇流条
51 负DC汇流条
52 第一AC汇流条
53 第二AC汇流条
54 第三AC汇流条
55 第一相芯片。

Claims (15)

1.一种三相逆变器功率模块，所述三相逆变器功率模块包括至少两个分离的六件装子模块以及多层印刷电路板PCB，其中：
-每个六件装子模块包括每相至少一个半桥子单元；
-每个半桥子单元包括内部正直流DC端子、内部负直流DC端子和内部交流AC端子；并且
-所述分离的六件装子模块相对于彼此是并联电耦接的，并且
其中，所述多层印刷电路板PCB被设计为通过并行地路由用于所述半桥子单元的开关的栅极连接件和/或用于所述半桥子单元的开关的栅极端子和/或用于所述半桥子单元的开关的辅助发射极减小或增强换相回路电感。
2.根据权利要求1所述的三相逆变器功率模块，包括：
-一个或多个外部正直流DC端子，与所有分离的半桥子单元的相应的内部正直流DC端子电耦接；和
-一个或多个外部负直流DC端子，与所有分离的半桥子单元的相应的内部负直流DC端子电耦接。
3.根据权利要求2所述的三相逆变器功率模块，包括每相至少一个外部AC端子，所述至少一个外部AC端子与相应相的所有分离的半桥子单元的相应的内部交流AC端子电耦接。
4.根据权利要求2或3所述的三相逆变器功率模块，包括至少两个外部正直流DC端子。
5.根据权利要求2或3所述的三相逆变器功率模块，包括至少两个外部负直流DC端子。
6.根据权利要求2或3所述的三相逆变器功率模块，包括至少k个外部正直流DC端子和k+1个外部负直流DC端子，其中k为整数并且k>＝1。
7.根据权利要求2或3所述的三相逆变器功率模块，包括至少j个外部负直流DC端子和j+1个外部正直流DC端子，其中j为整数并且j>＝1。
8.根据权利要求3所述的三相逆变器功率模块，其中，所述外部正直流DC端子和所述外部负直流DC端子设置在所述三相逆变器功率模块的第一横向侧，并且所述外部AC端子设置在所述三相逆变器功率模块的第二横向侧。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的三相逆变器功率模块，包括至少三个分离的六件装子模块。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的三相逆变器功率模块，其中，每个半桥子单元包括被形成为开关的两个半导体芯片，并且所述三相逆变器功率模块包括控制端子，所述控制端子被配置为获取用于控制所述半桥子单元的所述开关的信号。
11.根据权利要求10所述的三相逆变器功率模块，包括多层印刷电路板PCB，其中，所述多层印刷电路板PCB包括两层或更多层，并且所述多层印刷电路板PCB电连接到所述控制端子。
12.根据权利要求10所述的三相逆变器功率模块，其中，所述控制端子设置在所述三相逆变器功率模块的第三横向侧。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的三相逆变器功率模块，包括至少两个并联基板，其中每个基板包括相应的六件装子模块的所有三个相，其中相应的基板的所述三个相是并联布置的。
14.根据权利要求1-3中任一项所述的三相逆变器功率模块，包括至少两组芯片，其中每组芯片包括相应的六件装子模块的所有三个相，其中相应组芯片的所述三个相是并联布置的。
15.根据权利要求1-3中任一项所述的三相逆变器功率模块，其中，所述多层印刷电路板PCB包括两层或更多层以提供层的交替和/或栅极连接件和辅助发射极连接件的交换以用于调整和/或均匀化电感。
CN202220752965.6U 2021-05-10 2022-03-31 三相逆变器功率模块和三相逆变器功率设备 Active CN218633720U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21173065.0 2021-05-10
EP21173065.0A EP4089907A1 (en) 2021-05-10 2021-05-10 Three-phase inverter power module and three-phase inverter power device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN218633720U true CN218633720U (zh) 2023-03-14

Family

ID=75887932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202220752965.6U Active CN218633720U (zh) 2021-05-10 2022-03-31 三相逆变器功率模块和三相逆变器功率设备

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4089907A1 (zh)
CN (1) CN218633720U (zh)
DE (1) DE202022101690U1 (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01122370A (ja) * 1987-11-05 1989-05-15 Mitsubishi Electric Corp トランジスタインバータ装置
JP5060073B2 (ja) * 2006-06-30 2012-10-31 株式会社東芝 電力変換装置
DE102012205725A1 (de) * 2012-04-05 2013-10-10 Robert Bosch Gmbh Leistungselektronikmodul, Verfahren zur Herstellung
JP5991255B2 (ja) * 2013-04-08 2016-09-14 株式会社デンソー 電力変換装置
EP3358738A1 (de) * 2017-02-03 2018-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Leistungshalbleiterschaltung

Also Published As

Publication number Publication date
EP4089907A1 (en) 2022-11-16
DE202022101690U1 (de) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107424986B (zh) 杂散电感低的功率模块
EP3093974B1 (en) Three-level power conversion device
US20110216561A1 (en) Low-Inductance Power Semiconductor Assembly
US20020118560A1 (en) Substrate-level DC bus design to reduce module inductance
US10164519B2 (en) Semiconductor stack for converter with snubber capacitors
US11901835B2 (en) Low inductance bus assembly and power converter apparatus including the same
JP3046276B2 (ja) 電力変換装置
Radke et al. The next generation of high power IGBT modules
Srdic et al. A low-inductance sectional busbar for snuberless operation of SiC-based EV traction inverters
US5835362A (en) Current conductor arrangement
US10284111B2 (en) Power conversion apparatus having connection conductors having inductance which inhibits ripple current
US10554123B2 (en) Power converter with a parallel flat plate conductor electrically connected with a capacitor and a power module
CN218633720U (zh) 三相逆变器功率模块和三相逆变器功率设备
US20210135598A1 (en) Power conversion device
US20230110879A1 (en) Inverter structure of an electronic module for an electric drive of a vehicle
JP2004056984A (ja) 電力変換装置
US20210211061A1 (en) Converter
JPH10285950A (ja) ３レベル電力変換装置の主回路
JP6638477B2 (ja) 半導体装置
US20200204082A1 (en) Power conversion device
CN220234496U (zh) 一种三电平功率单元结构及变频器或逆变器
US20240113637A1 (en) Commutation cell, flying capacitor module and multilevel converter
CN215835344U (zh) 用于操作带中间电路电容器的电动车辆驱动器的功率模块
CN114342241A (zh) 模块化开关单元
CN112448651A (zh) 操作车辆的电动驱动器的控制器和制造该控制器的方法

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240123

Address after: Zurich, SUI

Patentee after: Hitachi Energy Co.,Ltd.

Country or region after: Switzerland

Address before: Swiss Baden

Patentee before: Hitachi energy Switzerland AG

Country or region before: Switzerland