JP2020504459A - パワーデバイスを並列接続するための低インダクタンスおよび高速スイッチングを有するハイパワー多層モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
高度に最適化された低インダクタンスパワーモジュール構造。
モジュール式、スケーラブル、およびフレキシブルなレイアウトおよびパワーフロー。
高電流スイッチポジションを形成するために均等化された並列接続するための多数のパワー半導体。
多数のパワー半導体を並列接続するために最適化されたゲートおよび検知信号構造。
温度検知および過電流保護のための検知コネクタ。
最大約1700V以上の高電圧動作に適した形成ファクタ。
1700Vの動作を超えるスケーラブルな高さ。
最適化された外部システム相互接続のための多層内部導体レイアウト。
様々な最先端の材料、付属品、絶縁体および相互接続技術を収容するように設計されたモジュール式内部構造。
高性能なシステムレベル一体化のための大幅な最適化。
並列接続が容易で、より高い電流まで直接スケールアップが簡単になること。
ハーフブリッジ、フルブリッジ、三相、および同様の配置を含む多種多様なトポロジーにおいて構成可能であること。
様々なパワー処理ニーズを満たすためのスケーラブルなシステム実装。
より高い電圧遮断。
より高い電流密度。
より高温の動作。
より高速なスイッチング。
改善された熱的性能。
より低い抵抗値(低減された導通損失)。
有用なトポロジーへのパワー半導体デバイスの電気的な相互接続を提供する。
水蒸気、振動、汚染等から影響を受けやすいデバイスを保護する。
導通およびスイッチング損失の結果としてデバイスから生じた廃熱の除去のための有効で効率的な手段をもたらす。
内部レイアウトへのロバストなパワーおよび信号電気接続によりシステムレベルの実装が容易になる。パワーおよび信号電気接続はボルトでの固定、クランプでの固定、半田付け、プラグまたはレセプタクル、および同様の実装であり得る。
業界で採用されている標準に基づき、内部誘電体封入形成ならびに外部電圧クリーページおよびクリアランス距離により電圧安全性を提供する。
パワーモジュール100の内部インダクタンスを低減する。
スイッチポジション104内の並列接続されたパワーデバイス302間の均等化された電流経路を容易にする。
スイッチポジション104にわたってパワーデバイス302間の熱を等しく分配する。
DCリンクキャパシタ102との低インダクタンスの相互接続を可能にする外部構造を有する。
高電圧(≧1700V)で高電流(数百アンペア)を安全に搬送することができる。
モジュールの低い高さ。
端子608、614へのパワーデバイス302の近接。
全機能性要素のタイトなパッキング。
導体の広い断面積。
各パワーデバイス302に対して最適に並列接続されたワイヤボンド628。
パワーデバイス302間の均一な電流分配。
下側のスイッチポジションにおいて電流方向が逆転した時の磁束相殺。
外部V+/V−バスバーにおける磁束相殺。
Claims (26)
- パワーモジュールであって、
少なくとも一つのパワー基板と、
前記少なくとも一つのパワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された第一の端子であって、第一の高位(elevation)に前記ハウジングよりも上に位置する接触面を備える前記第一の端子と、
前記第一の高位とは異なる第二の高位に前記ハウジングよりも上に位置する接触面を備える第二の端子と、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された第三の端子と、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
を備える、パワーモジュール。 - 請求項1に記載のパワーモジュールであって、
前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁されるように構成された絶縁構造をさらに備え、
前記第二の端子が前記絶縁構造に接続されてそれよりも上に配置され、前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁され、
前記絶縁構造が、前記ハウジングに位置する埋め込まれた絶縁部品、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された二次パワー基板、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された膜絶縁部品、および前記ハウジング内に位置する懸架絶縁構造のうち少なくとも一つを備える、
前記パワーモジュール。 - 電流が前記第一の端子から前記少なくとも一つのパワー基板を横切って第一の方向に流れ、インピーダンスを低減するために前記電流が前記少なくとも一つのパワー基板から前記第二の端子へと第二の方向に流れる、請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記複数のパワーデバイスのうち少なくとも一つが前記第二の端子にさらに接続され、前記少なくとも一つのパワー基板が少なくとも二つのパワー基板を備える、請求項1に記載のパワーモジュール。
- 請求項1に記載のパワーモジュールであって、
前記少なくとも一つのパワー基板に対して搭載されたゲート−ソースボードであって、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続された、前記ゲート−ソースボードと、
前記ハウジング内に配置されて前記ゲート−ソースボードに電気的に接続されたセンサであって、温度センサおよび過電流センサのうち少なくとも一つを備える前記センサと、
をさらに備える、前記パワーモジュール。 - 請求項1に記載のパワーモジュールを備えるシステムであって、
前記第一の端子に電気的に接続された第一のバスバーと、
前記第二の端子に電気的に接続された第二のバスバーと、
をさらに備え、
前記第一のバスバーおよび前記第二のバスバーが互いに上下に配置され、
電流が前記第一のバスバーから前記第一の端子へ前記少なくとも一つのパワー基板を横切って第一の方向に流れ、インピーダンスを低減するために前記電流が前記少なくとも一つのパワー基板から前記第二の端子、次いで前記第二のバスバーへ第二の方向に流れる、
前記システム。 - 前記第一のバスバーが前記第一の高位で前記第一の端子に接続するように位置し、前記第二のバスバーが前記第二の高位で前記第二の端子に接続するように位置し、前記第一のバスバーおよび前記第二のバスバーが共に積層される、請求項6に記載のシステム。
- 請求項1に記載のパワーモジュールを備えるシステムであって、
前記第三の端子に接続されるように構成された位相出力バスバーと、
前記位相出力バスバーと共に配置された電流検知部品と、
をさらに備える、前記システム。 - 請求項1に記載のパワーモジュールを備えるシステムであって、
前記パワーモジュールに一体化されるように構成されたゲートドライバモジュールであって、制御信号コネクタのうち一つまたは複数、絶縁された電源、信号絶縁体およびコンディショニングデバイス、増幅器ステージ、バルクゲート抵抗器および局所電流フィルタ、センサおよび保護部品、パワーモジュール信号コネクタ、およびクリーページ延長スロットのうち少なくとも一つを備える前記ゲートドライバモジュールをさらに備える、
前記システム。 - 請求項1に記載の複数のパワーモジュールを備えるシステムであって、前記複数のパワーモジュールがトポロジーパターンで配置され、前記トポロジーパターンが、ハーフブリッジ構成、フルブリッジ構成、共通ソース構成、共通ドレイン構成、中性点クランプ構成、および三相構成のうち少なくとも一つを形成する、前記システム。
- パワーモジュールを含むシステムであって、
少なくとも一つのパワー基板と、
前記少なくとも一つのパワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された第一の端子であって、前記ハウジングよりも上に位置する接触面を備える前記第一の端子と、
前記ハウジングよりも上に位置する接触面を備える第二の端子と、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された第三の端子と、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
前記第一の端子に電気的に接続された第一の平面バスバーと、
前記第二の端子に電気的に接続された第二の平面バスバーと、
を備え、
前記第一の平面バスバーおよび前記第二の平面バスバーが互いに上下に配置される、
パワーモジュールを含むシステム。 - 電流が前記第一の平面バスバーから前記第一の端子へ前記少なくとも一つのパワー基板を横切って第一の方向に流れ、インピーダンスを低減するために前記電流が前記少なくともパワー基板から前記第二の端子、次いで前記第二の平面バスバーへ第二の方向に流れる、請求項11に記載のパワーモジュールを備えるシステム。
- 前記第一の平面バスバーが第一の高位で前記第一の端子に接続するように位置し、前記第二の平面バスバーが第二の高位で前記第二の端子に接続するように位置し、前記第一の平面バスバーおよび前記第二の平面バスバーが共に積層される、請求項11に記載のシステム。
- 前記複数のパワーデバイスのうち少なくとも一つが前記第二の端子にさらに接続され、前記少なくとも一つのパワー基板が少なくとも二つのパワー基板を備える、請求項11に記載のシステム。
- 請求項11に記載のシステムであって、
前記少なくとも一つのパワー基板に対して搭載されたゲート−ソースボードであって、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続された、前記ゲート−ソースボードと、
前記ハウジング内に配置されて前記ゲート−ソースボードに電気的に接続されたセンサであって、温度センサおよび過電流センサのうち少なくとも一つを備える、前記センサと、
をさらに備える、前記システム。 - 請求項11に記載のシステムであって、
前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁されるように構成された絶縁構造をさらに備え、
前記第二の端子が前記絶縁構造に接続されてそれよりも上に配置され、前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁され、
前記絶縁構造が、前記ハウジングに位置する埋め込まれた絶縁部品、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された二次パワー基板、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された膜絶縁部品、および前記ハウジングに位置する懸架絶縁構造のうち少なくとも一つを備える、
前記システム。 - パワーモジュールであって、
少なくとも一つのパワー基板と、
前記少なくとも一つのパワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された第一の端子であって、前記ハウジングよりも上に位置する接触面を備える前記第一の端子と、
前記ハウジングよりも上に位置する接触面を備える第二の端子と、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された第三の端子と、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
を備え、
電流が前記第一の端子から前記少なくとも一つのパワー基板を横切って第一の方向に流れ、インピーダンスを低減するために前記電流が前記少なくとも一つのパワー基板から前記第二の端子へ第二の方向に流れる、
パワーモジュール。 - 請求項17に記載のパワーモジュールであって、
前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁されるように構成された絶縁構造をさらに備え、
前記第二の端子が前記絶縁構造に接続されてそれよりも上に配置され、前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁され、
前記絶縁構造が、前記ハウジング内に位置する埋め込まれた絶縁部品、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された二次パワー基板、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された膜絶縁部品、および前記ハウジングに位置する懸架絶縁構造のうち少なくとも一つを備える、
前記パワーモジュール。 - 請求項17に記載のパワーモジュールを備えるシステムであって、
前記第一の端子に電気的に接続された第一のバスバーと、
前記第二の端子に電気的に接続された第二のバスバーと、
をさらに備え、
前記第一のバスバーおよび前記第二のバスバーが互いに上下に配置され、
前記電流が前記第一のバスバーから前記第一の端子へ前記少なくとも一つのパワー基板を横切って前記第一の方向に流れ、インピーダンスを低減するために前記電流が前記少なくとも一つのパワー基板から前記第二の端子、次いで前記第二のバスバーへ前記第二の方向に流れる、
前記システム。 - 前記第一のバスバーが第一の高位で前記第一の端子に接続するように位置し、前記第二のバスバーが前記第一の高位とは異なる第二の高位で前記第二の端子に接続するように位置し、前記第一のバスバーおよび前記第二のバスバーが共に積層される、請求項19に記載のシステム。
- パワーモジュールを構成するためのプロセスであって、
少なくとも一つのパワー基板を設けることと、
前記少なくとも一つのパワー基板上にハウジングを設けることと、
第一の端子を前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続することと、
第一の高位に前記ハウジングよりも上に位置する接触面を有する前記第一の端子を設けることと、
前記第一の高位とは異なる第二の高位に前記ハウジングよりも上に位置する接触面を備える第二の端子を設けることと、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された第三の端子を設けることと、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスを設けることと、
を含む、パワーモジュールを構成するためのプロセス。 - 請求項21に記載のプロセスであって、
前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁されるように構成された絶縁構造を設けることをさらに含み、
前記第二の端子が前記絶縁構造に接続されてそれよりも上に配置され、前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁され、
前記絶縁構造が、前記ハウジングに位置する埋め込まれた絶縁部品、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された二次パワー基板、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された膜絶縁部品、および前記ハウジングに位置する懸架絶縁構造のうち少なくとも一つを備える、
前記プロセス。 - 電流が前記第一の端子から前記少なくとも一つのパワー基板を横切って第一の方向に流れ、インピーダンスを低減するために前記電流が前記少なくとも一つのパワー基板から前記第二の端子へ第二の方向に流れる、請求項21に記載のプロセス。
- 請求項21に記載のプロセスであって、
前記複数のパワーデバイスのうち少なくとも一つを前記第二の端子に接続することをさらに含み、
前記少なくとも一つのパワー基板が少なくとも二つのパワー基板を備える、
前記プロセス。 - 請求項21に記載のプロセスであって、
前記第一の端子に電気的に接続された第一のバスバーを設けることと、
前記第二の端子に電気的に接続された第二のバスバーを設けることと、
をさらに含み、
前記第一のバスバーおよび前記第二のバスバーが互いに上下に配置され、
電流が前記第一のバスバーから前記第一の端子へ前記少なくとも一つのパワー基板を横切って第一の方向に流れ、インピーダンスを低減するために前記電流が前記少なくとも一つのパワー基板から前記第二の端子、次いで前記第二のバスバーへ第二の方向に流れる、
前記プロセス。 - 前記第一の高位で前記第一のバスバーが前記第一の端子に接続するように位置し、前記第二の高位で前記第二のバスバーが前記第二の端子に接続するように位置し、前記第一のバスバーおよび前記第二のバスバーが共に積層される、請求項25に記載のプロセス。
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