FR3066354A1 - Module de puissance pour dispositif de conversion de puissance, dispositif de conversion de puissance et appareil de machine electrique tournante a unite de commande integree - Google Patents

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Masaki Kato
Yosuke Uno
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Abstract

Selon l'invention, pour un élément de commutation de bras H (3HS) et un élément de commutation de bras L (3LS), qui forment au moins une phase d'un circuit de conversion de puissance, une propriété de rayonnement de chaleur de l'élément de commutation de bras H est améliorée en comparaison à l'élément de commutation de bras L, et un chemin de câblage est monté en forme de boucle. En outre, une diode de détection de température est montée uniquement dans l'élément de commutation de bras L. Ainsi, une augmentation de taille d'un module de puissance peut être minimisée tout en réduisant des pertes des éléments de commutation eux-mêmes. En conséquence, on peut proposer un module de puissance (100) et un dispositif de conversion de puissance (200) de petite taille, de poids léger, de faible coût, et à haute puissance.

Description

MODULE DE PUISSANCE POUR DISPOSITIF DE CONVERSION DE
PUISSANCE, DISPOSITIF DE CONVERSION DE PUISSANCE ET APPAREIL DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE À UNITÉ DE
COMMANDE INTÉGRÉE
Contexte de l'invention 1. Domaine de l'invention
La présente invention concerne un module de puissance pour un dispositif de conversion de puissance, dans lequel une puce à semi-conducteur de puissance pour commutation est montée sur une grille de connexion et scellée par moulage, un dispositif de conversion de puissance, et un appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée. 2. Description de l'art connexe
Un dispositif de conversion de puissance comporte des éléments de commutation montés à l'intérieur de celui-ci, dont chacun est une puce à semi-conducteur de puissance commutable, et comporte un circuit de conversion de puissance formé à l'intérieur, qui est formé en combinant une pluralité de modules de puissance montés sur un puits de chaleur. Le dispositif de conversion de puissance allume et éteint les éléments de commutation pour commander la puissance électrique lorsqu'un signal est transmis depuis une carte de commande, qui est montée à l'intérieur du dispositif de conversion de puissance en plus du circuit de conversion de puissance, vers le circuit de conversion de puissance. Le dispositif de conversion de puissance comprend un condensateur de lissage configuré pour absorber une fluctuation de tension qui se produit pendant la commutation, et le bruit. De surcroît, le circuit de conversion de puissance transfère la puissance électrique à/depuis une alimentation électrique, les modules de puissance, et le condensateur de lissage par le biais d'une barre omnibus formée d'une plaque de métal connectant l'alimentation électrique, les modules de puissance et le condensateur de lissage en fonctionnement. Le module de puissance est obtenu en montant les éléments de commutation sur une grille de connexion, qui est en forme de motif de câblage, connectant des plots d'électrode de surface supérieure des éléments de commutation avec un organe de câblage, et scellant les éléments de commutation, la grille de connexion et l'organe de câblage avec une résine de moulage.
Les éléments de commutation montés sur le module de puissance génèrent de la chaleur et leur température augmente lorsqu'ils sont alimentés en courant électrique. Les éléments de commutation ont une température admissible prescrite, et il faut commander le courant électrique à leur fournir de façon à ne pas excéder la température admissible. En d'autres termes, lorsqu'une sortie d'un dispositif à semi-conducteur de puissance doit être poussée à la limite, le dispositif à semi-conducteur de puissance fonctionne à la puissance maximale dans une plage dans laquelle les éléments de commutation, lorsqu'ils sont alimentés avec la puissance électrique, présentent la température admissible ou une température inférieure.
Les façons d'améliorer la puissance maximale dans la plage dans laquelle les éléments de commutation présentent la température admissible ou une température inférieure comprennent, entre autres : la réduction de pertes de génération de chaleur générées dans les éléments de commutation lors d'une entrée avec la même puissance électrique ; la réduction de résistances thermiques, qui sont des indices de capacité de rayonnement de la chaleur pour des quantités de chaleur générées dans les éléments de commutation ; et la surveillance de températures des éléments de commutation pour autoriser une limite supérieure de la puissance électrique d'entrée jusqu'à immédiatement avant que les températures n'atteignent la température admissible.
Pour répondre à de telles demandes, il a été proposé divers dispositifs à semi-conducteur de puissance.
Par exemple, dans la demande de brevet japonais ouverte à l'inspection publique n° 2016-59094, un module de puissance est divulgué. Ce module de puissance forme un chemin de câblage en forme de boucle, qui est formé d'organes de câblage et d'éléments à semi-conducteur, qui sont agencés pour être intercalés entre des conducteurs. Dans ce module de puissance, avec le chemin de câblage ayant une forme de boucle, une inductance parasite, qui affecte la fluctuation de tension générée lorsque des éléments de commutation sont allumés et éteints, peut être réduite. Par conséquent, il est énoncé qu'une perte de commutation, qui est une perte générée lorsque les éléments de commutation sont allumés et éteints, peut être réduite. De surcroît, divers modes de formation du chemin de câblage en forme de boucle sont divulgués.
Toutefois, le module de puissance divulgué dans la demande de brevet japonais ouverte à l'inspection publique n° 2016-59094 décrite ci-dessus n'a pas la fonction de surveillance d'une température d'une puce, et donc il existe un besoin d'ajuster une puissance électrique pour obtenir la température admissible ou une température inférieure suivant des augmentations de température des éléments de commutation qui ont été instaurées à l'avance. Dès lors, les éléments de commutation ont des variations de résistance électrique, de vitesse de commutation, et d'autres de ces caractéristiques, et ont donc des variations de pertes de génération de chaleur générées dans les éléments de commutation même avec une puissance électrique identique. En conséquence, afin que les éléments de commutation aient la température admissible ou une température inférieure dans tous les produits, il faut déterminer la puissance électrique d'après des caractéristiques d'un élément de commutation qui génère la perte maximale lors d'une entrée avec la même puissance électrique. En d'autres termes, des éléments de commutation ayant des caractéristiques moyennes, qui constituent la majeure partie, sont entrés avec uniquement une puissance électrique qui est bien dans la température admissible en tant qu'entrée de puissance électrique au moment d'une sortie maximale.
Lorsqu'une fonction de surveillance de températures des éléments de commutation est simplement ajoutée au module de puissance divulgué dans la demande de brevet japonais ouverte à l'inspection publique n° 2016-59094 décrite ci-dessus, des aires de montage pour des éléments configurés pour surveiller les températures, le réglage de câblages pour extraire des signaux concernant les températures surveillées, et autres de ces cas, conduisent à une taille accrue du module de puissance. De surcroît, dans le module de puissance divulgué dans la demande de brevet japonais ouverte à l'inspection publique n° 2016-59094 décrite ci-dessus, on rencontre le problème suivant lorsqu'un procédé de refroidissement du puits de chaleur est de type refroidi par air. Spécifiquement, trois phases formant un circuit triphasé sont formées d'un conducteur de cathode ou d'anode, et de ce fait, les chaleurs générées dans les éléments à semi-conducteur interfèrent les unes avec les autres par le biais de la barre omnibus pour augmenter davantage la température. En outre, une barre omnibus de sortie, à laquelle sont connectés les éléments à semi-conducteur, et une barre omnibus d'anode ou de cathode sont directement connectées l'une à l'autre, et de ce fait, l'élément de bras H et l'élément de bras L transfèrent la chaleur générée ainsi l'un à l'autre pour moyenner la chaleur. En conséquence, se pose le problème que l'élément à semi-conducteur ayant la température la plus haute est déterminé au hasard en tant que bras H ou bras L en raison des variations de caractéristiques des éléments eux-mêmes. Résumé de l'invention
La présente invention a été réalisée afin de résoudre les problèmes susmentionnés dans l'art connexe, et a donc pour objet de proposer un module de puissance pour un dispositif de conversion de puissance, qui a une petite taille et un rendement élevé, et qui minimise une augmentation de taille du module de puissance provoquée par le montage d'une fonction de détection de température tout en réduisant des pertes d'éléments de commutation eux-mêmes, un dispositif de conversion de puissance, et un appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée.
Selon des modes de réalisation de la présente invention, est proposé un module de puissance et similaire comprenant : un groupe d'éléments de commutation correspondant à au moins une phase d'un circuit de conversion de puissance, le groupe d'éléments de commutation comprenant un élément de commutation de bras H, et un élément de commutation de bras L comprenant un capteur de température ; un détecteur de courant configuré pour détecter un courant électrique du circuit de conversion de puissance ; une grille de connexion, qui est en forme de motif de câblage pour connecter électriquement le groupe d'éléments de commutation et le détecteur de courant de façon à former un circuit correspondant à l'au moins une phase ; un groupe de conducteurs internes, qui connecte une électrode de surface supérieure de chacun de l'élément de commutation de bras H et de l'élément de commutation de bras L du groupe d'éléments de commutation à la grille de connexion ; et un organe de moulage configuré pour sceller solidairement le groupe d'éléments de commutation, le détecteur de courant, la grille de connexion et le groupe de conducteurs internes de sorte que la grille de connexion soit partiellement exposée, la grille de connexion comprenant un conducteur à potentiel positif et un conducteur à potentiel négatif, qui sont partiellement exposés depuis la même surface de l'organe de moulage, l'élément de commutation de bras L étant connecté à un extérieur via un conducteur interne et le conducteur à potentiel négatif, l'élément de commutation de bras H étant connecté à l'extérieur uniquement via le conducteur à potentiel positif, dans lequel un chemin d'alimentation en courant depuis le conducteur à potentiel positif au conducteur à potentiel négatif est agencé en forme de boucle.
Selon la présente invention, peuvent être proposés le module de puissance pour un dispositif de conversion de puissance, qui a une petite taille et un rendement élevé, et qui minimise une augmentation de taille du module de puissance provoquée par le montage d'une fonction de détection de température tout en réduisant des pertes d'éléments de commutation eux-mêmes, le dispositif de conversion de puissance, et l'appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée.
Brève description des dessins
La figure 1 est une vue schématique en perspective pour illustrer un exemple de la structure interne d'un module de puissance pour un dispositif de conversion de puissance selon un premier mode de réalisation de la présente invention tel qu'il est vu à travers une résine de moulage.
La figure 2 est une vue schématique en section prise le long de la ligne à trait mixte à un point A-A' de la figure 1.
La figure 3 est un diagramme schématique de circuit d'un cas où un dispositif de conversion de puissance comprenant un module de puissance pour un dispositif de conversion de puissance selon la présente invention est connecté à une machine électrique tournante à titre d'exemple.
La figure 4 est une vue schématique en plan pour illustrer un exemple de la structure interne d'un module de puissance pour un dispositif de conversion de puissance selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention tel qu'il est vu à travers une résine de moulage.
La figure 5 est une vue de côté du module de puissance de la figure 4.
La figure 6 est une vue schématique extérieure pour illustrer un exemple de la structure d'une partie d'un dispositif de conversion de puissance selon un troisième mode de réalisation de la présente invention dans lequel une pluralité de modules de puissance est prévue.
Description des modes de réalisation
Selon la présente invention, pour un élément de commutation de bras H et un élément de commutation de bras L, qui forment au moins une phase d'un circuit de conversion de puissance, une propriété de rayonnement de chaleur de l'élément de commutation de bras H est améliorée en comparaison à celle de l'élément de commutation de bras L, et un chemin de câblage est monté en forme de boucle.
En outre, une diode de détection de température pour détecter une température est montée uniquement dans l'élément de commutation de bras L.
Par suite, une augmentation de taille d'un module de puissance provoquée par le montage d'une fonction de détection de température peut être minimisée tout en réduisant des pertes des éléments de commutation eux-mêmes. En conséquence, on peut proposer un module de puissance et un dispositif de conversion de puissance de petite taille, de poids léger, de faible coût, et à haute puissance.
Le dispositif de conversion de puissance selon la présente invention est configuré de sorte que, lorsque de la chaleur générée dans les éléments de commutation de bras H et de bras L est transférée dans une direction d'une barre omnibus externe en plus d'une direction d'un puits de chaleur, une résistance thermique depuis l'élément de commutation de bras H au côté barre omnibus externe est rendue plus petite qu'une résistance thermique depuis l'élément de commutation de bras L au côté barre omnibus externe, avec la conséquence qu'une quantité de chaleur conduite de l'élément de commutation de bras H au côté barre omnibus peut être rendue plus grande que celle du côté bras L.
En conséquence, la chaleur générée dans l'élément de commutation de bras H est transférée à l'extérieur de l'élément de commutation plus efficacement que du côté bras L, et de ce fait, une température de l'élément de commutation de bras H est gardée inférieure à une température de l'élément de commutation de bras L comprenant la diode de détection de température. Par suite, par la simple détection de la température uniquement de l'élément de commutation de bras L et la commande de l'élément de commutation de bras L, l'élément de commutation de bras H est gardé à une température admissible ou une température inférieure.
Par suite, en empêchant l'augmentation en taille du module de puissance provoquée par le montage de la fonction de détection de température, et en permettant à la fonction de détection de température de fixer la puissance électrique d'entrée aussi près que possible pour atteindre la température admissible ou une température inférieure même pour un élément de commutation ayant des caractéristiques normales, il est possible de peut réaliser un module de puissance et un dispositif de conversion de puissance à haute puissance. De surcroît, sans avoir besoin d'augmenter une taille d'un refroidisseur ou des aires des éléments de commutation pour obtenir le module de puissance et le dispositif de conversion de puissance à haute puissance, sont proposés un module de puissance et un dispositif de conversion de puissance de petite taille, de poids léger et de faible coût.
Maintenant, un module de puissance pour un dispositif de conversion de puissance, un dispositif de conversion de puissance, et un appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée selon chacun des modes de réalisation de la présente invention vont être décrits en référence aux dessins. Dans chacun des modes de réalisation, des portions identiques ou correspondantes sont désignées par les mêmes symboles de référence, et une redite de leur description est omise.
Premier mode de réalisation
La figure 1 est une vue schématique en perspective pour illustrer un exemple de la structure interne d'un module de puissance pour un dispositif de conversion de puissance selon un premier mode de réalisation de la présente invention tel qu'il est vu à travers une résine de moulage. La figure 2 est une vue schématique en section prise le long de la ligne à trait mixte, à un point, A-A' de la figure 1.
Un module de puissance 100 comprend : une grille de connexion 1 (IP, IN, 1A1 et 1A2 ) , qui est réalisée d'un métal, et est en forme de motif de câblage ; un élément de commutation de bras H 3HS et un élément de commutation de bras L 3LS, qui sont connectés sur la grille de connexion 1 ; une résistance de détection de courant 4, qui est connectée sur la grille de connexion 1 ; un conducteur interne de bras H 2H et un conducteur interne de bras L 2L, qui connectent des électrodes de surface supérieure de l'élément de commutation de bras H 3HS et de l'élément de commutation de bras L 3LS à des parties de la grille de connexion 1, respectivement ; et une résine de moulage 6 pour sceller, avec une résine, une partie de la grille de connexion 1, l'élément de commutation de bras H 3HS et l'élément de commutation de bras L 3LS, le conducteur interne de bras H 2H et le conducteur interne de bras L 2L, et la résistance de détection de courant 4.
Comme l'illustre un exemple sur la figure 3, qui sera décrit ultérieurement, le module de puissance 100 comporte un circuit, qui est formé d'un bras H et d'un bras L et correspond à au moins une phase du circuit de conversion de puissance. En outre, comme l'illustre un exemple sur la figure 6 qui sera décrit ultérieurement, un dispositif de conversion de puissance est formé en connectant une pluralité des modules de puissance 100, dont chacun renferme un circuit de conversion de puissance correspondant à l'au moins une phase, les uns aux autres via des barres omnibus.
Dans ce qui suit, la structure du module de puissance est décrite, en particulier en référence à la figure 1, à la figure 2, à la figure 4 et à la figure 5, mais une barre omnibus à potentiel positif 1PB, une barre omnibus à potentiel négatif INB, et une barre omnibus à potentiel alternatif 1A2B extérieure au module de puissance 100 sont, en réalité, des barres omnibus sur le côté d'un dispositif de conversion de puissance 200 illustré sur la figure 6.
La grille de connexion 1 est formée d'au moins un conducteur à potentiel positif IP, d'un premier conducteur à potentiel alternatif 1A1, d'un deuxième conducteur à potentiel alternatif 1A2, et d'un conducteur à potentiel négatif IN, et des portions du conducteur à potentiel positif IP et du conducteur à potentiel négatif IN qui sont exposées à partir de la résine de moulage 6 dépassent de la même surface de la résine de moulage 6. De plus, l'élément de commutation de bras H 3HS est monté sur le conducteur à potentiel positif IP, et l'élément de commutation de bras L 3LS est monté sur le premier conducteur à potentiel alternatif 1A1. En outre, l'élément de commutation de bras L 3LS comprend par exemple, une diode de détection de température TDD pour détecter une température. Les barres omnibus comprennent la barre omnibus à potentiel positif 1PB, la barre omnibus à potentiel négatif INB, et la barre omnibus à potentiel alternatif 1A2B. L'élément de commutation de bras L 3LS est connecté à la barre omnibus à potentiel négatif INB via le conducteur interne de bras L 2L et le conducteur à potentiel négatif IN. Les premier et deuxième conducteurs à potentiel alternatif 1A1 et 1A2 sont connectés l'un à l'autre avec la résistance de détection de courant 4. L'élément de commutation de bras H 3HS est connecté à la barre omnibus à potentiel positif 1PB uniquement via le conducteur à potentiel positif IP. Le conducteur à potentiel positif IP, le conducteur à potentiel négatif IN, le premier conducteur à potentiel alternatif 1A1, et le deuxième conducteur à potentiel alternatif 1A2 sur une surface du module de puissance 100 qui fait face à une surface portante d'un puits de chaleur 7 ont des surfaces exposées depuis la résine de moulage 6 tel qu'indiqué par une ligne en gras A sur la figure 2. Les surfaces exposées et le puits de chaleur 7 sont connectés solidairement l'un à l'autre avec un adhésif isolant 5 servant d'organe isolant contenant une charge isolante.
En dessous des barres omnibus, comme illustré par la figure 2, un organe de fixation de barre omnibus 8 est prévu entre les barres omnibus et le puits de chaleur 7.
Avec la structure susmentionnée, lorsque les chaleurs générées dans les éléments de commutation de bras H et de bras L 3HS et 3LS sont transférées dans la direction des barres omnibus en plus de la direction du puits de chaleur 7, une résistance thermique depuis l'élément de commutation de bras H 3HS à la barre omnibus à potentiel positif 1PB est plus petite qu'une résistance la chaleur depuis l'élément de commutation de bras L 3LS à la barre omnibus à potentiel négatif INB. De cette manière, une quantité de chaleur conduite de l'élément de commutation de bras H 3HS aux barres omnibus est rendue plus grande que celle de l'élément de commutation de bras L 3LS pour garder une augmentation de température de l'élément de commutation de bras H 3HS inférieure à celle de l'élément de commutation de bras L 3LS. Par suite, une température de l'élément de commutation de bras H 3HS est gardée inférieure à celle de l'élément de commutation de bras L 3LS comprenant la diode de détection de température TDD pour détecter la température. En conséquence, par la simple détection de la température uniquement de l'élément de commutation de bras L 3LS, la température de l'élément de commutation de bras H 3HS est susceptible d'être amenée à la température admissible ou une température inférieure.
Comme illustré par la figure 2, sur la surface du module de puissance 100 qui fait face à la surface portante, à savoir une surface supérieure du puits de chaleur 7, chacun des conducteurs (IP, IN, 1A1 et 1A2 ) est partiellement exposé au côté du puits de chaleur 7 comme indiqué par la ligne en gras A, et cette surface est fixée dans un état d'isolation électrique vis-à-vis du puits de chaleur 7 avec l'adhésif isolant 5. En conséquence, une épaisseur et similaire de l'adhésif isolant 5 sont choisies à l'avance pour être dans une plage dans laquelle un endommagement, par exemple, une fissuration de l'adhésif isolant 5 n'affecte pas une résistance thermique. De cette manière, la résistance thermique n'est pas significativement changée avec une dégradation dans le temps. Par exemple, la situation suivante est susceptible d'être évitée : lorsque le module de puissance 100 et le puits de chaleur 7 sont connectés l'un à l'autre avec un organe qui ne se solidifie pas, par exemple, une graisse de rayonnement thermique, il apparaît le besoin de tenir le module de puissance 100, et il se produit un phénomène de pompage de la graisse de rayonnement thermique, dans lequel la graisse de rayonnement thermique est progressivement poussée hors d'une surface de contact avec une réduction de la pression de tenue due à une dégradation au cours du temps ou à une déformation à la chaleur du module de puissance, réduisant ainsi la résistance thermique de la surface de contact. De cette manière, il est possible d'éviter un état dans lequel l'élément de commutation de bras L 3LS a une température qui est inférieure à celle de l'élément de commutation de bras H 3HS, qui se produit lorsque la résistance thermique entre l'élément de commutation de bras H 3HS et le puits de chaleur 7 est dégradée, et lorsque la résistance thermique entre l'élément de commutation de bras L 3LS et le puits de chaleur 7 n'est pas dégradée.
Sur la figure 2, est illustré un état après fixation du module de puissance 100 et du puits de chaleur 7 avec l'adhésif isolant 5. Dans un état avant fixation avec l'adhésif isolant 5, des portions indiquées par la ligne en gras A sont des surfaces formées des conducteurs exposés à l'extérieur.
La figure 3 est un diagramme schématique de circuit d'un cas où le dispositif de conversion de puissance comprenant le module de puissance pour un dispositif de conversion de puissance selon la présente invention est connecté à une machine électrique tournante à titre d'exemple. Un circuit de conversion de puissance 200C du dispositif de conversion de puissance comprenant le module de puissance 100 est configuré pour réaliser une conversion de puissance sur la puissance électrique fournie depuis une alimentation électrique PS via un condensateur P-N CPN, par exemple, pour alimenter une machine électrique tournante RA, qui est formée d'un moteur-générateur ou similaire, pour entraîner ainsi la machine électrique tournante RA. En outre, le circuit de conversion de puissance 200C est configuré pour réaliser une conversion de puissance sur la puissance électrique générée dans la machine électrique tournante RA pour être stockée dans l'alimentation électrique PS, par exemple.
Le module de puissance 100 forme une ou plusieurs phases du circuit de conversion de puissance, qui est formé au moins de l'élément de commutation de bras H 3HS et de l'élément de commutation de bras L 3LS. Ici, un cas du circuit de conversion de puissance correspondant aux trois phases est illustré. L'élément de commutation de bras H 3HS est monté sur le conducteur à potentiel positif IP, qui est formé de la grille de connexion 1, et l'élément de commutation de bras L 3LS est monté sur le premier conducteur à potentiel alternatif 1A1, qui est formé de la grille de connexion 1. Dans une portion périphérique externe de la résine de moulage 6, le conducteur à potentiel positif IP, le conducteur à potentiel négatif IN, et le deuxième conducteur à potentiel alternatif 1A2 sont exposés, et le conducteur à potentiel positif IP et le conducteur à potentiel négatif IN sont exposés depuis le même côté de la résine de moulage 6. Le conducteur à potentiel positif IP, le conducteur à potentiel négatif IN, et le deuxième conducteur à potentiel alternatif 1A2 sont connectés à la barre omnibus à potentiel positif 1PB, à la barre omnibus à potentiel négatif INB, et à la barre omnibus à potentiel alternatif 1A2B, respectivement. De surcroît, alors que l'élément de commutation de bras L 3LS est connecté à la barre omnibus à potentiel négatif INB via le conducteur interne de bras L 2L et le conducteur à potentiel négatif IN, l'élément de commutation de bras H 3HS est connecté à la barre omnibus à potentiel positif 1PB uniquement via le conducteur à potentiel positif IP. Par suite, la résistance thermique depuis l'élément de commutation de bras H 3HS à la barre omnibus à potentiel positif 1PB est plus petite que la résistance thermique depuis l'élément de commutation de bras L 3LS à la barre omnibus à potentiel négatif INB. De cette manière, il est possible de rendre la quantité de chaleur conduite de l'élément de commutation de bras H 3HS aux barres omnibus plus grande que celle de l'élément de commutation de bras L 3LS, et de garder l'augmentation de température de l'élément de commutation de bras H 3HS inférieure à celle de l'élément de commutation de bras L 3LS.
La grille de connexion 1 est obtenue en formant une plaque d'alliage contenant du cuivre ou de l'aluminium comme matériau de base sous la forme du motif de câblage. Après que les éléments de commutation (3HS et 3LS), un organe conducteur, les conducteurs internes (2H et 2L) , un câblage de connexion des fils, la résistance de détection de courant (4), et assimilés sont montés et scellés pour être couverts par la résine de moulage 6 sur un côté de la grille de connexion 1, la grille de connexion 1 est enlevée par portions qui sont inutiles pour un câblage électrique. Par suite, la grille de connexion 1 est divisée pour former le conducteur à potentiel positif IP, le premier conducteur à potentiel alternatif 1A1, le deuxième conducteur à potentiel alternatif 1A2, et le conducteur à potentiel négatif IN.
Un traitement de la grille de connexion 1 La forme de motif de câblage est réalisé sur un matériau de plaque à l'aide d'une gravure et d'un travail à la presse. Une grille de connexion 1 ayant une surface sur laquelle un métal en tant que matériau de base est exposé peut être utilisée, mais une grille de connexion 1 sur laquelle un placage est réalisé partiellement peut également être utilisée.
Chacun des éléments de commutation (3HS et 3LS) comprend une électrode de surface supérieure de puce et une électrode de surface inférieure de puce sur une surface supérieure et une surface dorsale de ceux-ci, respectivement. Dans le premier mode de réalisation, des transistors à effet de champ à métal-oxyde semi-conducteur (MOSFET) sont décrits comme exemple des éléments de commutation (3HS et 3LS), mais la présente invention peut également s'appliquer à des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT). Chacun des MOSFET et des IGBT est un élément commutable, et comprend une portion de grille et une électrode de grille sur une surface supérieure de puce séparément de l'électrode de surface supérieure de puce. L'électrode de grille est électriquement connectée à une borne de grille (non représentée), qui est formée d'une partie de la grille de connexion 1, avec une connexion des fils. Comme éléments de commutation (3HS et 3LS), des éléments de commutation formés en utilisant non seulement Si, mais également SiC, SiN, GaN, GaAs, ou assimilés comme matériau peut être utilisé. En outre, les conducteurs internes (2H et 2L) et d'autres de ces organes de câblage sont utilisés, l'électrode de surface supérieure de chacun des éléments de commutation (3HS et 3LS) a des spécifications qui permettent un soudage, telle qu'une couche plaquée de Ni, pour un collage avec une souduresoudure et d'autres de ces organes conducteurs.
Lorsque les conducteurs internes (2H et 2L) sont utilisés comme des organes de câblage sur puce pour les éléments de commutation (3HS et 3LS), l'organe conducteur est agencé entre l'électrode de surface supérieure de puce et les conducteurs internes (2H et 2L) , entre les conducteurs internes (2H et 2L) et la grille de connexion 1, et entre l'électrode de surface inférieure de puce et la grille de connexion 1. De surcroît, dans le premier mode de réalisation, le module de puissance 100 comprend la résistance de détection de courant 4. Dès lors, l'organe conducteur est agencé entre la résistance de détection de courant 4 et la grille de connexion 1, connectant ainsi électriquement et mécaniquement la résistance de détection de courant 4 et la grille de connexion 1 l'une à l'autre. Dans le premier mode de réalisation, une soudure est décrite comme un organe de collage. Lorsqu'une soudure est utilisée, la soudure parmi les éléments de commutation (3HS et 3LS), les conducteurs internes (2H et 2L), la résistance de détection de courant 4, et la grille de connexion 1 peut être collée dans un traitement thermique avec un appareil de refusion ou similaire, et l'on peut augmenter la productivité. De surcroît, dans un cas où une distorsion résultant de changements de température des dispositifs à semi-conducteur de puissance, tels que les MOSFET et les IGBT, ou similaires se produit pendant l'utilisation, et une différence de durabilité apparaît selon la portion de collage de soudure, et dans d'autres de ces cas, une soudure ayant différentes compositions peut être utilisée pour différentes portions. De surcroît, dans le premier mode de réalisation, à titre d'exemple, une soudure a été décrite comme l'organe conducteur, mais une pâte de résine conductrice ou une pâte de frittage peut être utilisée. L'organe de câblage connecte les électrodes de surface supérieure de puce et la grille de connexion 1 les unes aux autres. Dans le premier mode de réalisation, a été décrit le module de puissance 100 dans lequel les électrodes de surface supérieure et inférieure de puce sont électriquement et mécaniquement connectées au conducteur à potentiel positif, au conducteur à potentiel négatif et au premier conducteur à potentiel alternatif (IP, IN et 1A1 ) à l'aide des conducteurs internes (2H et 2L) obtenus par traitement de pièces individuelles d'une plaque de métal ayant des formes d'organe de câblage. Toutefois, ces composants peuvent être connectés avec une connexion par fil ou une connexion par ruban, qui est formée de cuivre, d'aluminium, d'un matériau plaqué constitué de cuivre et d'aluminium, ou d'autres de ces matériaux. Les conducteurs internes (2H et 2L) sont agencés pour être en contact avec la résine de moulage 6 à l'exception de portions à connecter à des électrodes via l'organe conducteur. De surcroît, les conducteurs internes (2H et 2L) sont agencés pour être encapsulés dans la résine de moulage 6, et ne comportent pas de portions pour supporter les conducteurs internes (2H et 2L) depuis l'extérieur pendant la fabrication. Des portions de corps des conducteurs internes (2H et 2L) connectant des portions à connecter via l'organe conducteur sont déformées dans une direction de séparation de la grille de connexion plus que des portions à connecter. De cette manière, on empêche un court-circuit entre la grille de connexion 1 et les conducteurs internes (2H et 2L) . Des aires en coupe des portions de corps des conducteurs internes (2H et 2L) sont déterminées d'après des quantités de courant électrique à fournir. Dans la présente invention, un dispositif à semi-conducteur de puissance configuré pour supporter plusieurs ampères à environ plusieurs centaines d'ampères comprenant un courant électrique appliqué instantanément est supposé.
La résistance de détection de courant 4 est formée de portions constituées d'un alliage contenant du cuivre en tant que matériau de base, et d'un élément de résistance en métal, et les portions contenant du cuivre en tant que matériau de base sont connectées aux deux extrémités de l'élément de résistance en métal. Les portions contenant du cuivre en tant que matériau de base, qui servent des deux portions d'extrémité de la résistance de détection de courant 4, et des électrodes formées de la grille de connexion 1 sont connectées les unes aux autres via l'organe conducteur. Dans la structure de la présente invention, la résistance de détection de courant 4 est agencée pour être à cheval entre le premier conducteur à potentiel alternatif 1A1 et le deuxième conducteur à potentiel alternatif 1A2. En conséquence, la résistance thermique depuis l'élément de commutation de bras L 3LS à la barre omnibus à potentiel alternatif 1A2B est plus grande que la résistance thermique depuis l'élément de commutation de bras H 3HS à la barre omnibus à potentiel positif 1PB. Dans le premier mode de réalisation, en plus d'un chemin depuis l'élément de commutation de bras L 3LS à la barre omnibus à potentiel négatif INB, un chemin depuis l'élément de commutation de bras L 3LS à la barre omnibus à potentiel alternatif 1A2B est inclus. Toutefois, une résistance thermique combinée du chemin depuis l'élément de commutation de bras L 3LS à la barre omnibus à potentiel négatif INB et le chemin depuis l'élément de commutation de bras L 3LS à la barre omnibus à potentiel alternatif 1A2B ne devient jamais plus petite que la résistance thermique depuis l'élément de commutation de bras H 3HS à la barre omnibus à potentiel positif 1PB. La résistance de détection de courant 4 décrite dans le premier mode de réalisation est une résistance de shunt.
La résine de moulage 6 est agencée pour y couvrir au moins une partie de la grille de connexion 1, les éléments de commutation (3HS et 3LS), l'organe conducteur, l'organe de câblage et la résistance de détection de courant 4. La résine de moulage 6 est agencée par moulage par transfert après que divers composants sont montés sur la grille de connexion 1. La résine de moulage 6 contient une charge isolante, et transfère la chaleur générée dans les dispositifs à semi-conducteur de puissance vers l'extérieur par conduction de chaleur. Après que la résine de moulage 6 est agencée, des portions inutiles de la grille de connexion 1 sont découpées, et des portions de la grille de connexion 1 s'étendant depuis la résine de moulage 6 sont cintrées, pour former ainsi le module de puissance 100.
De surcroît, dans le module de puissance 100, le conducteur à potentiel positif IP et le conducteur à potentiel négatif IN sont exposés depuis le côté de la résine de moulage 6. De cette manière, un chemin depuis le conducteur à potentiel positif IP sur un côté entrée de puissance au conducteur à potentiel négatif IN sur un côté sortie de puissance est agencé en forme de boucle dans lequel le conducteur à potentiel positif IP et le conducteur à potentiel négatif IN sont toujours côte à côte. De cette manière, une inductance parasite du chemin formé des conducteurs (IP, IN, 1A1 et 1A2 ) ayant les potentiels respectifs, des conducteurs internes (2H et 2L), et des éléments de commutation (3HS et 3LS) peut être gardée à une petite valeur. Lorsque l'inductance parasite est réduite, une fluctuation de tension qui se produit lorsque les éléments de commutation (3HS et 3LS) sont allumés et éteints peut être réduite, et une vitesse de commutation des éléments de commutation (3HS et 3LS) peut être fixée à une vitesse plus élevée. Par suite, une perte de commutation, qui est une perte générée lorsque les éléments de commutation (3HS et 3LS) sont allumés et éteints, peut être réduite.
La grille de connexion 1 a une épaisseur de 0,4 mm ou plus. Lorsque la grille de connexion 1 de 0,4 mm ou plus est utilisée, un transfert de chaleur à la première portion de masse thermique est réalisé efficacement, et l'on peut obtenir l'effet de réduction d'augmentations de température transitoires des dispositifs à semi-conducteur de puissance formés des éléments de commutation (3HS et 3LS). L'organe de câblage pour connecter le haut des dispositifs à semi-conducteur de puissance et les électrodes respectives les uns aux autres sont des conducteurs internes en métal (2H et 2L), et chacun des conducteurs internes (2H et 2L) a une épaisseur de 0,5 mm ou plus dans une portion la plus fine de ceux-ci. Les capacités calorifiques des conducteurs internes (2H et 2L) garantissent la masse thermique sur les éléments de commutation. De surcroît, avec la portion la plus fine de 0,5 mm ou plus, l'effet de réduction des augmentations de température transitoires des éléments de commutation (3HS et 3LS) peut être obtenu, et la rigidité des conducteurs internes (2H et 2L) peut être garantie de façon à empêcher une défaillance due à une déformation des conducteurs internes (2H et 2L) eux-mêmes. En outre, avec tous les organes de câblage connectant le haut des éléments de commutation (3HS, 3LS, etc.) et les électrodes respectives les uns aux autres, qui sont les conducteurs internes (2H et 2L) , une différence de température entre les dispositifs à semi-conducteur de puissance peut être réduite.
De surcroît, il est possible d'adopter la structure dans laquelle le conducteur interne 2H connecté à l'élément de commutation 3HS sur le conducteur à potentiel positif IP et le conducteur interne 2L connecté à l'élément de commutation 3LS sur le premier conducteur à potentiel alternatif 1A1 ont des épaisseurs différentes au moins dans les portions les plus fines. De cette manière, la différence d'augmentation de température entre l'élément de commutation 3HS sur le conducteur à potentiel positif IP et l'élément de commutation 3LS sur le premier conducteur à potentiel alternatif 1A1 peut être réduite. Il est possible d'empêcher d'imposer des contraintes de performance sur le module de puissance 100 dues à une augmentation de différence de température entre les éléments de commutation de bras H et de bras L 3HS et 3LS.
Deuxième mode de réalisation
La figure 4 est une vue schématique en plan pour illustrer un exemple de la structure interne d'un module de puissance pour un dispositif de conversion de puissance selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention tel qu'on le voit à travers la résine de moulage. En outre, la figure 5 est une vue de côté du module de puissance de la figure 4. Dans une vue en section du module de puissance, la structure de base est similaire à celle de la figure 2 dans le premier mode de réalisation susmentionné avec uniquement une légère différence dans le câblage des conducteurs et des conducteurs internes.
Le module de puissance 100 comprend : une grille de connexion 1 (IP, IN, 1A1, 1A2 et 1PE), qui est constituée d'un métal, et est en forme de motif de câblage ; l'élément de commutation de bras H 3HS et l'élément de commutation de bras L 3LS, qui sont connectés sur la grille de connexion 1 ; la résistance de détection de courant 4, qui est connecté sur la grille de connexion 1 ; le conducteur interne de bras H 2H et le conducteur interne de bras L 2L, qui connectent les électrodes de surface supérieure de l'élément de commutation de bras H 3HS et de l'élément de commutation de bras L 3LS à des parties de la grille de connexion 1, respectivement ; et la résine de moulage 6 pour sceller, avec une résine, une partie de la grille de connexion 1, l'élément de commutation de bras H 3HS et l'élément de commutation de bras L 3LS, le conducteur interne de bras H 2H et le conducteur interne de bras L 2L, et la résistance de détection de courant 4.
Le module de puissance 100 renferme un circuit, qui est formé d'un bras H et d'un bras L et correspond à au moins une phase du circuit de conversion de puissance. En outre, comme l'illustre un exemple de la figure 6 qui sera décrite ultérieurement, un dispositif de conversion de puissance est formé en connectant une pluralité des modules de puissance 100, dont chacun renferme le circuit de conversion de puissance correspondant à l'au moins une phase, les uns aux autres via des barres omnibus.
Seul l'élément de commutation de bras L 3LS comprend la diode de détection de température TDD pour détecter la température. Le conducteur à potentiel positif IP et le conducteur à potentiel négatif IN de la pluralité de conducteurs formés de la grille de connexion 1 sont exposés depuis la même surface de la résine de moulage 6 vers l'extérieur de la résine de moulage 6. L'élément de commutation de bras L 3LS est connecté à la barre omnibus à potentiel négatif INB via le conducteur interne de bras L 2L et le conducteur à potentiel négatif IN, et l'élément de commutation de bras H 3HS est connecté à la barre omnibus à potentiel positif 1PB uniquement via le conducteur à potentiel positif IP. De cette manière, un chemin d'alimentation en courant depuis le conducteur à potentiel positif IP au conducteur à potentiel négatif IN est agencé en forme de boucle.
En outre, le conducteur à potentiel positif IP et le conducteur interne de bras L 2L sont agencés de manière chevauchante de façon à au moins partiellement se faire face. Avec cette structure, une aire de la grille de connexion 1 configurée pour transférer, au puits de chaleur 7, la chaleur générée dans l'élément de commutation de bras H 3HS, qui doit être dans un état ayant une température qui est inférieure à celle de l'élément de commutation de bras L 3LS, peut être augmentée sans augmenter des dimensions extérieures d'un module. Une propriété de rayonnement de chaleur de l'élément de commutation de bras H 3HS au puits de chaleur 7 peut être améliorée.
Sur la figure 4, le conducteur à potentiel positif IP comporte une portion de conducteur 1PE pour augmenter une aire de rayonnement de chaleur. La portion de conducteur 1PE pour augmenter l'aire de rayonnement de chaleur est agencée de manière chevauchante de façon à au moins partiellement faire face au conducteur interne de bras L 2L, mais est située dans une plage à l'intérieur de la résine de moulage 6.
De surcroît, le conducteur à potentiel positif IP et le conducteur interne de bras L 2L, qui font partie du chemin d'alimentation en courant depuis le conducteur à potentiel positif IP au conducteur à potentiel négatif IN, qui est agencé en forme de boucle, sont agencés à des positions extrêmement proches l'une de l'autre. Par suite, une inductance parasite du module de puissance 100 est réduite, et la perte de commutation peut être réduite. En outre, le conducteur à potentiel positif IP et le conducteur interne de bras L 2L sont agencés de manière chevauchante, avec la conséquence que le bruit au moment où le courant électrique est fourni est réduit, et il n'y a pas d'effet sur des signaux électriques issus de capteurs et de circuits électriques environnants. En conséquence, il n'y a pas besoin de prévoir de surcroît un écran anti-bruit pour empêcher les effets du bruit sur les signaux électriques, avec la conséquence que l'on peut empêcher des augmentations de coût, de la taille d'un produit sur lequel est monté le dispositif de conversion de puissance, et assimilés.
De surcroît, la barre omnibus à potentiel positif 1PB et la barre omnibus à potentiel négatif INB sont formées du même matériau, et la barre omnibus à potentiel positif 1PB est formée pour avoir une épaisseur qui est plus grande que celle de la barre omnibus à potentiel négatif INB. Une épaisseur de la barre omnibus à potentiel positif 1PB, qui est une barre omnibus de borne positive, peut être augmentée pour augmenter une capacité calorifique, qui est exprimée par (densité) x (chaleur spécifique) x (volume). En outre, un gradient d'augmentation de température dû à la génération de chaleur dans l'élément de commutation de bras H 3HS peut être fixé plus petit que celui du bras L pour garder la température du bras H inférieure à celle du bras L.
Troisième mode de réalisation
La figure 6 est une vue schématique extérieure pour illustrer un exemple de la structure d'une partie d'un dispositif de conversion de puissance selon un troisième mode de réalisation de la présente invention dans lequel une pluralité de modules de puissance 100 sont prévus. Chacun d'une pluralité des modules de puissance 100 a la structure décrite dans les premier ou deuxième modes de réalisation mentionnés ci-dessus. Sur la figure 6, on illustre un cas où le dispositif de conversion de puissance 200 comprend la pluralité de modules de puissance 100, mais le dispositif de conversion de puissance 200 peut comprendre au moins un module de puissance 100.
Dans le dispositif de conversion de puissance 200, chacune de la barre omnibus à potentiel positif 1PB et de la barre omnibus à potentiel négatif INB est formée circonférentiellement autour d'un centre 0 d'un boîtier 201 avec une pluralité de bornes de connexion dirigées vers l'extérieur. En outre, la pluralité de modules de puissance 100 sont agencés circonférentiellement pour entourer la barre omnibus à potentiel positif 1PB et la barre omnibus à potentiel négatif INB depuis l'extérieur. En outre, dans chacun des modules de puissance 100, le conducteur à potentiel positif IP du conducteur et la barre omnibus à potentiel positif 1PB depuis le côté dispositif de conversion de puissance 200, et le conducteur à potentiel négatif IN et la barre omnibus à potentiel négatif INB depuis le côté dispositif de conversion de puissance 200 sont connectés et fixés pour se faire face en étant cintrés au niveau d'extrémités distales comme l'illustrent la figure 1, la figure 2, la figure 4 et la figure 5. Au-delà des portions cintrées, la barre omnibus à potentiel positif 1PB et la barre omnibus à potentiel négatif INB sur le côté dispositif de conversion de puissance 200 sont agencées dans un état chevauchant pour se faire face.
De surcroît, à la place du puits de chaleur 7 pour chacun des modules de puissance 100 dans les premier et deuxième modes de réalisation susmentionnés, on propose un puits de chaleur 70 sur lequel la pluralité des modules de puissance 100, la barre omnibus à potentiel positif 1PB, la barre omnibus à potentiel négatif INB, et le condensateur P-N CPN sont tous montés.
Par suite, lorsque la pluralité de modules de puissance 100 sont connectés pour former le circuit de conversion de puissance, les modules de puissance 100 sont agencés radialement sur le puits de chaleur 70 ayant une forme circulaire dans une vue depuis une surface sur laquelle les modules de puissance 100 sont montés, et les modules de puissance 100 respectifs et les éléments de commutation (3HS ou 3LS) des bras H ou des bras L à l'intérieur des modules de puissance 100 respectifs sont situés à des positions symétriques ponctuelles par rapport au point central 0 du puits de chaleur 70. De cette manière, des variations de température parmi les modules de puissance 100 sont réduites, et il n'y a pas besoin de réduire le rendement en considération des variations de façon à garder tous les éléments de commutation (3HS et 3LS) à la température admissible ou une température inférieure, avec la conséquence que l'on peut empêcher la réduction de rendement. De surcroît, la barre omnibus à potentiel positif 1PB et la barre omnibus à potentiel négatif INB sont agencées aux positions extrêmement proches l'une de l'autre sur le côté dispositif de conversion de puissance 200, avec la conséquence qu'une inductance parasite depuis l'alimentation électrique PS aux modules de puissance 100 est réduite, et que la perte de commutation peut être réduite. En outre, la barre omnibus à potentiel positif 1PB et la barre omnibus à potentiel négatif INB sont agencées de manière chevauchante, avec la conséquence que le bruit au moment où le courant électrique est fourni est réduit, et qu'il n'y a pas d'effet sur les signaux électriques issus des capteurs et des circuits électriques environnants. En conséquence, il n'y a pas besoin de prévoir de surcroît l'écran anti-bruit pour empêcher les effets du bruit sur les signaux électriques, avec la conséquence que l'on peut empêcher les augmentations de coût, de la taille du produit sur lequel est monté le dispositif de conversion de puissance, et similaires.
De surcroît, sur un côté circonférentiel interne de la barre omnibus à potentiel positif 1PB et la barre omnibus à potentiel négatif INB sur le côté dispositif de conversion de puissance 200, qui sont agencées circonférentiellement, le condensateur P-N CPN connecté à la barre omnibus à potentiel positif 1PB et à la barre omnibus à potentiel négatif INB est inclus. De cette manière, le condensateur P-N CPN peut être agencé à proximité extrême des conducteurs à potentiel positif IP et des conducteurs à potentiel négatif IN des modules de puissance 100, avec la conséquence qu'une inductance depuis le condensateur P-N CPN aux éléments de commutation (3HS et 3LS) peut être réduite. De surcroît, la puissance électrique provoquant la fluctuation de tension au moment de la commutation est efficacement absorbée dans le condensateur P-N CPN, et la fluctuation de tension est réduite à un bas niveau. Par suite, le temps de commutation peut être fixé court, et la perte de commutation peut être réduite, avec la conséquence que la chaleur générée dans les éléments de commutation (3HS et 3LS) est réduite.
De surcroît, le dispositif de conversion de puissance 200 est intégré avec la machine électrique tournante RA, qui est formée du moteur-générateur ou similaire, pour former un appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée, qui est capable de fonctionner comme un générateur et un moteur. Avec l'appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée formé du dispositif de conversion de puissance ayant la structure susmentionnée, un appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée, qui est capable de surveiller les températures des éléments de commutation (3HS et 3LS) en surveillant le rendement de la diode de détection de température TDD ménagée dans l'élément de commutation de bras L 3LS, est obtenu, et les éléments de commutation (3HS et 3LS) peuvent fournir en entrée ou en sortie la puissance électrique à une valeur maximale de la température admissible. En conséquence, on peut éliminer le besoin de garantir une marge pour la température surveillée qui est requise pour assurer le fonctionnement du circuit de conversion de puissance. Par suite, on peut réaliser un fonctionnement en générateur ou en moteur qui n'est pas restreint en termes de performance en raison des températures des éléments de commutation (3HS et 3LS) . En outre, on n'a pas besoin d'augmenter les tailles du refroidisseur et des modules de puissance pour assurer le fonctionnement du circuit de conversion de puissance, et on peut proposer un appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée ayant une petite taille et un poids faible.
De surcroît, le puits de chaleur 70, y compris le puits de chaleur 7 dans les premier et deuxième modes de réalisation, est d'un type refroidi par air utilisant de l'air ambiant comme réfrigérant, qui ne requiert aucune structure externe additionnelle, par opposition à un type refroidi par eau, et a, de ce fait, un faible coût.
De surcroît, dans le dispositif de conversion de puissance 200 de la figure 6, les modules de puissance 100, la barre omnibus à potentiel positif 1PB, la barre omnibus à potentiel négatif INB, le condensateur P-N CPN, et d'autres de ces composants sont ménagés sur un large puits de chaleur 70.
Toutefois, un puits de chaleur individuel 7 peut être prévu pour chacun des modules de puissance 100 comme dans les premier et deuxième modes de réalisation susmentionnés.
De surcroît, un organe de moulage constitué de la résine de moulage 6 n'est pas limité à une résine mais peut être un organe de moulage constitué d'un autre matériau.
La diode de détection de température TDD comprise dans l'élément de commutation de bras L 3LS peut être un capteur de température d'un autre type.
La résistance de détection de courant 4, qui est configurée pour détecter le courant électrique circulant à travers le circuit de conversion de puissance, à savoir la grille de connexion 1 de chacun des modules de puissance 100, peut être un détecteur de courant d'un autre type.
De surcroît, l'appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée selon la présente invention est formé du condensateur P-N CPN, du circuit de conversion de puissance (200C) comprenant les modules de puissance 100, et de la machine électrique tournante RA de la figure 3 qui sont formés de manière intégrée.
Comme décrit ci-dessus, selon la présente invention, on propose un module de puissance comprenant : un groupe d'éléments de commutation (3HS et 3LS) correspondant à au moins une phase d'un circuit de conversion de puissance, le groupe d'éléments de commutation comprenant un élément de commutation de bras H (3HS), et un élément de commutation de bras L (3LS) comprenant un capteur de température (TDD) ; un détecteur de courant (4) configuré pour détecter un courant électrique du circuit de conversion de puissance ; une grille de connexion (IP, IN, 1A1 et 1A2 ) , qui est en forme d'un motif de câblage pour connecter électriquement le groupe d'éléments de commutation et le détecteur de courant (4) de façon à former un circuit correspondant à l'au moins une phase ; un groupe de conducteurs internes (2H et 2L) , qui connectent une électrode de surface supérieure de chacun de l'élément de commutation de bras H (3HS) et de l'élément de commutation de bras L (3LS) du groupe d'éléments de commutation à la grille de connexion (IP, IN, 1A1 et 1A2) ; et un organe de moulage (6) configuré pour sceller solidairement le groupe d'éléments de commutation, le détecteur de courant, la grille de connexion et le groupe de conducteurs internes pour que la grille de connexion soit partiellement exposée, la grille de connexion (IP, IN, 1A1 et 1A2) comprenant un conducteur à potentiel positif (IP) et un conducteur à potentiel négatif (IN), qui sont partiellement exposés depuis la même surface de l'organe de moulage (6), l'élément de commutation de bras L (3LS) étant connecté à un extérieur via un conducteur interne (2L) et le conducteur à potentiel négatif (IN), l'élément de commutation de bras H (3HS) étant connecté à l'extérieur uniquement via le conducteur à potentiel positif (IP), dans lequel un chemin d'alimentation en courant depuis le conducteur à potentiel positif (IP) au conducteur à potentiel négatif (IN) est agencé en forme de boucle.
Ainsi, la chaleur générée dans les éléments de commutation de bras H et de bras L est transférée vers l'extérieur via la grille de connexion en plus de la direction du puits de chaleur.
La résistance thermique depuis l'élément de commutation de bras H jusqu'à l'extérieur via le conducteur à potentiel positif est fixée inférieure à la résistance thermique depuis l'élément de commutation de bras L jusqu'à l'extérieur, avec la conséquence que la quantité de chaleur conduite de l'élément de commutation de bras H à l'extérieur peut être fixée plus grande que sur le côté bras L pour que l'augmentation de température de l'élément de commutation de bras H soit inférieure à celle sur le côté bras L. Par suite, la température de l'élément de commutation de bras H est gardée inférieure à la température de l'élément de commutation de bras L comprenant la diode de détection de température pour détecter la température, et de ce fait, l'on peut empêcher une augmentation de température excessive de l'élément du côté bras H par simple détection de la température uniquement de l'élément de détection de bras L.
En outre, le module de puissance (100) est connecté fixement sur un puits de chaleur (7) avec un adhésif isolant contenant une charge isolante, et le conducteur à potentiel positif (IP) et le conducteur à potentiel négatif (IN) sont exposés sur le côté adhésif isolant dans une partie d'une surface du module de puissance faisant face au puits de chaleur.
Par suite, on élimine le besoin concernant le mécanisme visant à tenir le module.
La chaleur générée dans les éléments de commutation est transférée vers le puits de chaleur avec l'adhésif isolant contenant la charge isolante.
En outre, le puits de chaleur (7) est d'un type refroidi par air utilisant de l'air ambiant comme réfrigérant.
Par suite, aucune structure externe additionnelle n'est requise contrairement au type refroidi par eau, par exemple, et le coût est réduit.
En outre, un conducteur interne de bras L (2L) du groupe de conducteurs internes (2H et 2L), qui connecte l'élément de commutation de bras L (3LS), et le conducteur à potentiel positif (IP) sont agencés de manière chevauchante de façon à se faire face au moins partiellement.
Par suite, la propriété de rayonnement de chaleur depuis l'élément de commutation de bras H au puits de chaleur est améliorée sans augmenter les dimensions extérieures du module.
Avec le conducteur à potentiel positif et le conducteur interne de bras L, qui font partie du chemin d'alimentation en courant depuis le conducteur à potentiel positif au conducteur à potentiel négatif, qui est agencé en forme de boucle, agencés à des positions extrêmement proches l'une de l'autre, une inductance parasite des modules de puissance est réduite, et la perte de commutation peut être réduite.
Avec le conducteur à potentiel positif et le conducteur interne de bras L agencés de manière chevauchante, le bruit au moment où le courant électrique est fourni est réduit, et il n'y a pas d'effet sur les signaux électriques issus des capteurs et des circuits électriques environnants. En conséquence, il n'y a pas besoin de prévoir de surcroît l'écran anti-bruit pour empêcher les effets du bruit sur les signaux électriques, avec la conséquence que l'on peut empêcher les augmentations de coût, de la taille du produit sur lequel est monté le dispositif de conversion de puissance, et similaires.
En outre, selon la présente invention, il est proposé un dispositif de conversion de puissance, comprenant : au moins un module de puissance (100) sans puits de chaleur ; une barre omnibus à potentiel positif (1PB), qui est connectée au conducteur à potentiel positif (IP) du module de puissance (100) ; et une barre omnibus à potentiel négatif (INB), qui est connectée au conducteur à potentiel négatif (IN), la barre omnibus à potentiel positif (1PB) et la barre omnibus à potentiel négatif (INB) étant formées du même matériau, la barre omnibus à potentiel positif (1PB) ayant une épaisseur qui est plus grande qu'une épaisseur de la barre omnibus à potentiel négatif (INB).
Par suite, l'épaisseur de la barre omnibus de borne positive peut être augmentée pour augmenter la capacité calorifique, qui est exprimée comme (densité) x (chaleur spécifique) x (volume), et le gradient d'augmentation de température dû à la génération de chaleur dans l'élément de commutation de bras H peut être fixé plus petit que celui du côté bras L pour garder la température du bras H inférieure à celle du bras L.
En outre, chacune de la barre omnibus à potentiel positif (1PB) et de la barre omnibus à potentiel négatif (INB) est agencée circonférentiellement, et l'au moins un module de puissance (100) est agencé circonférentiellement à l'extérieur de la barre omnibus à potentiel positif (1PB) et de la barre omnibus à potentiel négatif (INB) de façon à entourer la barre omnibus à potentiel positif et la barre omnibus à potentiel négatif, et la barre omnibus à potentiel positif (1PB) et la barre omnibus à potentiel négatif (INB) sont agencées dans un état chevauchant de façon à se faire face, et chacune d'une portion de connexion entre le conducteur à potentiel positif (IP) du module de puissance (100) et la barre omnibus à potentiel positif (1PB), et d'une portion de connexion entre le conducteur à potentiel négatif (IN) du module de puissance (100) et la barre omnibus à potentiel négatif (INB) est connectée de manière cintrée.
En outre, le dispositif de conversion de puissance comprend en outre un puits de chaleur (70), sur lequel l'au moins un module de puissance (100), la barre omnibus à potentiel positif (1PB) et la barre omnibus à potentiel négatif (INB) sont tous montés.
Par suite, lorsque la pluralité de modules sont connectés pour former le circuit de conversion de puissance, on empêche une réduction de rendement due aux variations de température parmi les modules.
Avec la barre omnibus à potentiel positif et la barre omnibus à potentiel négatif situées à des positions extrêmement proches l'une de l'autre, l'inductance parasite depuis l'alimentation électrique aux modules de puissance est réduite, et la perte de commutation peut être réduite.
Avec la barre omnibus à potentiel positif et la barre omnibus à potentiel négatif agencées de manière chevauchante, le bruit au moment où le courant électrique est fourni est réduit, et il n'y a pas d'effet sur les signaux électriques issus des capteurs ou des circuits électriques environnants. En conséquence, il n'y a pas besoin de prévoir de surcroît l'écran anti-bruit pour empêcher les effets du bruit sur les signaux électriques, avec la conséquence que l'on peut empêcher les augmentations de coût, de la taille du produit sur lequel est monté le dispositif de conversion de puissance, et similaires.
En outre, le dispositif de conversion de puissance comprend en outre un condensateur P-N (CPN) sur un côté circonférentiel interne de la barre omnibus à potentiel positif (1PB) et la barre omnibus à potentiel négatif (INB), qui sont agencées circonférentiellement, le condensateur P-N étant connecté à la barre omnibus à potentiel positif (1PB) et à la barre omnibus à potentiel négatif (INB).
De cette manière, le condensateur peut être agencé près du conducteur à potentiel positif et du conducteur à potentiel négatif du module, avec la conséquence que l'inductance depuis le condensateur aux éléments de commutation peut être réduite. Par suite, une surtension transitoire au moment de la commutation est réduite, et le temps de commutation peut être fixé court. En conséquence, la perte de commutation peut être réduite, et la génération de chaleur dans les éléments de commutation est réduite.
En outre, selon la présente invention, il est proposé un appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée comprenant le dispositif de conversion de puissance (200), et une machine électrique tournante RA de manière intégrée.
Par suite, dans l'appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée, qui est capable de surveiller la température de l'élément de commutation, l'élément de commutation surveillé a toujours la plus haute température, et de ce fait, il n'y a pas besoin de fixer la marge pour la température surveillée qui est requise pour assurer le fonctionnement du circuit de conversion de puissance. Par suite, la performance de sortie du générateur ou du moteur n'est pas limitée. De surcroît, il n'est pas nécessaire d'augmenter les tailles du refroidisseur et des modules de puissance pour assurer le fonctionnement du circuit de conversion de puissance, et l'on peut proposer l'appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée ayant une petite taille et un poids faible.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Module de puissance (100), comprenant : un groupe d'éléments de commutation correspondant à au moins une phase d'un circuit de conversion de puissance, le groupe d'éléments de commutation comprenant un élément de commutation de bras H (3HS), et un élément de commutation de bras L (3LS) comprenant un capteur de température ; un détecteur de courant configuré pour détecter un courant électrique du circuit de conversion de puissance ; une grille de connexion (1), qui est en forme de motif de câblage pour connecter électriquement le groupe d'éléments de commutation et le détecteur de courant de façon à former un circuit correspondant à l'au moins une phase ; un groupe de conducteurs internes, qui connecte une électrode de surface supérieure de chacun de l'élément de commutation de bras H et de l'élément de commutation de bras L du groupe d'éléments de commutation à la grille de connexion ; et un organe de moulage (6) configuré pour sceller solidairement le groupe d'éléments de commutation, le détecteur de courant, la grille de connexion et le groupe de conducteurs internes de sorte que la grille de connexion soit partiellement exposée, la grille de connexion (1) comprenant un conducteur à potentiel positif (IP) et un conducteur à potentiel négatif (IN), qui sont partiellement exposés depuis la même surface de l'organe de moulage, l'élément de commutation de bras L étant connecté à un extérieur via un conducteur interne (2L) et le conducteur à potentiel négatif (IN), l'élément de commutation de bras H étant connecté à l'extérieur uniquement via le conducteur à potentiel positif (IP), dans lequel un chemin d'alimentation en courant depuis le conducteur à potentiel positif au conducteur à potentiel négatif est agencé en forme de boucle.
  2. 2. Module de puissance (100) selon la revendication 1, dans lequel le module de puissance est connecté solidairement sur un puits de chaleur avec un adhésif isolant contenant une charge isolante, et le conducteur à potentiel positif et le conducteur à potentiel négatif sont exposés sur le côté d'adhésif isolant dans une partie d'une surface du module de puissance faisant face au puits de chaleur.
  3. 3. Module de puissance (100) selon la revendication 2, dans lequel le puits de chaleur est d'un type refroidi par air utilisant de l'air ambiant comme réfrigérant.
  4. 4. Module de puissance (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel un conducteur interne de bras L du groupe de conducteurs internes, qui connecte l'élément de commutation de bras L, et le conducteur à potentiel positif sont agencés de manière chevauchante de façon à au moins partiellement se faire face.
  5. 5. Dispositif de conversion de puissance (200), comprenant : au moins un module de puissance (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 sans puits de chaleur ; une barre omnibus à potentiel positif (1PB), qui est connectée au conducteur à potentiel positif du module de puissance ; et une barre omnibus à potentiel négatif (INB), qui est connectée au conducteur à potentiel négatif, la barre omnibus à potentiel positif (1PB) et la barre omnibus à potentiel négatif (INB) étant réalisées dans le même matériau, la barre omnibus à potentiel positif présentant une épaisseur qui est plus grande qu'une épaisseur de la barre omnibus à potentiel négatif.
  6. 6. Dispositif de conversion de puissance (200) selon la revendication 5, dans lequel chacune de la barre omnibus à potentiel positif et de la barre omnibus à potentiel négatif est agencée circonférentiellement, et l'au moins un module de puissance est agencé circonférentiellement à l'extérieur de la barre omnibus à potentiel positif et de la barre omnibus à potentiel négatif de façon à entourer la barre omnibus à potentiel positif et la barre omnibus à potentiel négatif, et dans lequel la barre omnibus à potentiel positif et la barre omnibus à potentiel négatif sont agencées dans un état chevauchant de façon à se faire face, et chacune d'une portion de connexion entre le conducteur à potentiel positif du module de puissance et la barre omnibus à potentiel positif, et d'une portion de connexion entre le conducteur à potentiel négatif du module de puissance et la barre omnibus à potentiel négatif est connectée de manière cintrée.
  7. 7. Dispositif de conversion de puissance (200) selon la revendication 5 ou 6, comprenant en outre un puits de chaleur (7 ; 70), sur lequel l'au moins un module de puissance, la barre omnibus à potentiel positif et la barre omnibus à potentiel négatif sont tous montés.
  8. 8. Dispositif de conversion de puissance (200) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, comprenant, en outre, un condensateur P-N (CPN) sur un côté circonférentiel interne de la barre omnibus à potentiel positif et la barre omnibus à potentiel négatif, qui sont agencées circonférentiellement, le condensateur P-N étant connecté à la barre omnibus à potentiel positif et à la barre omnibus à potentiel négatif.
  9. 9. Appareil de machine électrique tournante à unité de commande intégrée, comprenant le dispositif de conversion de puissance de l'une quelconque des revendications 5 à 8, et une machine électrique tournante de manière intégrée.
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