KR20040083480A

KR20040083480A - 다중 회로 보드를 지지하는 컴팩트한 유체 냉각식 파워컨버터

Info

Publication number: KR20040083480A
Application number: KR10-2004-7011121A
Authority: KR
Inventors: 라도세비치로렌스디.; 메이어안드레아스에이.; 베이호프브루스씨.; 카넨버그다니엘지.
Original assignee: 로크웰 오토메이션 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-10-02
Also published as: US6865080B2; EP1472917A1; WO2003063564A1; US20030133319A1; JP2005516570A

Abstract

지지부는 하나 이상의 파워 일렉트로닉스 회로를 수용할 수 있다. 지지부는 지지부를 통해 순환되는 유체를 통해 회로로부터 열을 제거하는데 조력할 수 있다. 지지부는, 다른 패키징 특징부와 결합되어, 파워 일렉트로닉스 회로의 작동에 의해 발생되는 간섭으로부터 그리고 두 개의 외부 EMI/RFI로부터의 차폐체를 형성할 수 있다. 개선된 단자 구조와 같이, 외부 회로 소자에 대한 회로 소자의 연결을 가능케 하고 향상시키도록 특징부가 제공될 수 있다. 플러그인 장치를 통해 또는 배면판 또는 유사한 장착 및 상호연결 구조와의 인터페이스를 통해 일렉트로닉스 회로 소자에 결합될 수 있는 모듈식 유닛이 조립될 수 있다.

Description

다중 회로 보드를 지지하는 컴팩트한 유체 냉각식 파워 컨버터 {COMPACT FLUID COOLED POWER CONVERTER SUPPORTING MULTIPLE CIRCUIT BOARDS}

파워 스위치, 트랜지스터 등의 파워 일렉트로닉스 장치에 대한 여러 가지 적용분야가 공지되어 있다. 예를 들어, 산업 분야에서는 실리콘 제어 정류기(SCR), 절연 게이트형 양극성 트랜지스터(IGBT), 전계 효과 트랜지스터(FET) 등이 부하에 파워를 공급하기 위해 사용된다. 특정 분야에서는, 예를 들어 파워 스위치 어레이들이 채용되어 직류 파워를 교류 파형으로 바꿔 부하에 적용한다. 이러한 적용예는 모터 드라이브를 포함한다. 그러나 인버터 회로 소자 및 상기 장치들을 통합하는 다른 회로 소자를 위한 많은 적용예가 존재한다. 어떠한 구성에서는 전기 자동차 적용 그리드 타이 인버터(grid tie inverter), 직류-직류 간 컨버터, 교류-교류 간 컨버터, 패키징된 파워 장치 스위치 토폴로지(topology)가 필요한 다른 여러 가지 고체 상태 전력 변환 요소들을 포함한다. 전기 자동차에서 직류 공급원은 배터리 또는 이 배터리나 다른 직접 에너지 컨버터 또는 회전 에너지 컨버터를 통합하는 파워 서플라이 시스템이 있다. 파워 일렉트로닉스 장치를 채용하여 이러한 파워를 일 이상의 전기 모터를 구동시키기 위해 교류 파형으로 변환시킨다. 모터는 자동차를 추진시키기 위해 동력 전달 요소를 구동시키게 된다. 다른 이러한 구성에는 산업 분야와는 많은 제약들이 있지만, 모든 분야에서 여러 가지 문제점들과 어려움들을 공통적으로 인식하고 있다.

파워 일렉트로닉스 장치에 요구되는 사항은 통상적으로 안정성, 출력, 크기, 무게 제한, 그리고 작동되어야 하는 환경 조건에 관한 요구 사항들을 포함한다. 크기와 무게의 제약 때문에 패키징 크기를 줄여야 할 경우, 파워 일렉트로닉스 장치, 드라이브, 그리고 작동시 발생되는 열을 충분히 제거하기 위한 장치와 관련된 제어 회로 소자를 적절하게 배치시키는데 문제점이 발생한다. 크기, 비용 및 무게가 큰 문제가 되지 않을 경우, 여러 가지 상용성 재료에 의해 얻어질 수 있는 임의의 유체를 이용하는 큰 열 싱크 및 열 확산 장치가 채용될 수 있다. 그러나 패키징 크기가 줄어들면서 좀 더 효과적이고 효율적인 기술이 필요하다. 또한, 전기적 제약 및 전자적 제약 때문에 패키지 설계에 문제점이 발생된다. 예를 들어, 회로 및 회로 레이아웃에서 인덕턴스가 감소되는 것은 공통의 목표이며, 인덕턴스를 줄이기 위한 해결책은 달성되기에 어려울 수 있다. 패키지 내외 모두를 향한 전자기 간섭으로부터 차폐되는 것은 주변 환경에 따라 중요할 수 있다. 이와 유사하게, 특정 분야에서는 외부 회로 소자와 적합하게 인터페이스 연결되고 파워 일렉트로닉스 패키지를 설치, 서비스 및 교환하기 위한 설비가 중요할 수 있다. 많은 경우 파워 일렉트로닉스 요소를 어떠한 분야에서 특정한 필요 조건에 근접하게 부합하도록 구성하고, 이렇게 함으로써 다른 방법으로는 달성될 수 없었던 비용, 크기, 성능에 대한 목적을 달성하는 것이 그동안 필요했었다. 마지막으로, 자동차 같이 특정한 환경에서 넓은 온도 범위, 진동, 충격 하중 등을 포함하여 여러 가지 어려운 작업 조건이 주어진다.

그러므로 파워 일렉트로닉스 장치를 패키징하기 위한 개선된 기술이 요구된다. 특히 작고, 견고하며 열 관리 구조에서 효율이 높고 비용면에서도 효율적인 파워를 제공하는 기술이 요구된다.

본 발명은 파워 일렉트로닉스 장치(power electronic device)와 이 장치가 모듈 및 시스템에 합체되는 것에 관련된다. 특히 모듈식 파워 컨버터에서 파워 일렉트로닉스 장치의 열 관리, 패키징 및 그 구성에 관련된다.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 도면을 참조하면 더욱 명백해 질 것이다.

도1은 본 발명의 기술의 특정한 관점을 따른 파워 일렉트로닉스 모듈에 대한 개략도이다.

도2는 열 베이스 상에 지지된 추가적인 회로 소자를 포함하는 도1의 모듈 변형에 대한 개략도이다.

도3은 열 베이스의 양 측면에 장착된 파워 일렉트로닉스 장치를 포함한 파워 일렉트로닉스 모듈의 개략도이다.

도4는 다수의 열 베이스를 포함한 파워 일렉트로닉스 모듈의 개략도이다.

도5는 자동차 드라이브를 위한 본 발명의 관점들을 따른 파워 일렉트로닉스 모듈을 예시적으로 적용한 특정 기능 회로 소자의 블록 개략도이다.

도6은 자동차 또는 산업 구성 같은 엔클로저에 채용되는 본 발명의 기술의 관점들을 따른 파워 일렉트로닉스 모듈의 개략도이다.

도7a 및 도7b는 인버터 드라이브와 컨버터 드라이브를 포함하는 본 발명의 관점을 따른 패키지 내에 지지될 수 있는 기능 회로 소자의 블록 개략도이다.

도8은 예시적인 파워 일렉트로닉스 모듈 및 그와 관련된 패키징 구성 요소에 대한 분해 사시도이다.

도9는 약간 다른 인터페이스 연결을 갖는 도8에 도시된 형태의 예시적인 패키지 모듈의 외부 인터페이스에 대한 사시도이다.

도10은 모듈 패키지의 배면 상에 추가된 인터페이스를 도시하는 도9의 패키지 모듈에 대한 사시도이다.

도11은 파워 일렉트로닉스 및 관련된 회로 소자와 구성 요소의 내부 배열을 도시하도록 하우징 커버가 제거된 도10의 패키지에 대한 사시도이다.

도12는 모듈이 베이스 하우징으로부터 제거된 도11에 도시된 것 같은 내부 파워 모듈의 사시도이다.

도13은 제어 및 구동 회로 소자가 제거된 도12의 배열에 대한 분해 사시도이다.

도14는 도13의 배열에 채용된 형태의 열 베이스, 파워 일렉트로닉스 기판 및 장치 부조립체에 대한 사시도이다.

도15a 내지 도15r은 파워 일렉트로닉스 기판 및 열 베이스로부터 열을 제거하고 장착하기 위한 예시적인 배열에 대한 개략도이다.

도16은 스위치 프레임이 베이스로부터 제거 가능한 열 베이스 상에 스위치 프레임을 제공하기 위한 한가지 배열을 도시하는 분해 사시도이다.

도17은 열 베이스와 함께 사용되는 기판과 기판 상의 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체의 예시적인 레이아웃을 도시하는 사시도이다.

도18은 기판 상에 장치의 부조립체를 형성하는 양호한 방법 및 도17에 도시된 예시적인 장치의 부조립체들 중 한 가지를 도시하는 분해 사시도이다.

도19a 및 도19b는 유입 및 유출 파워를 파워 일렉트로닉스 장치 및 그와 관련된 회로 소자에 보내기 위한 열 베이스를 채용한 예시적인 단자 스트립에 대한 사시도이다.

도20은 도19에 도시된 형태의 단자 스트립에서 단자 및 컨덕터의 양호한 레이아웃을 도시하는 개략도이다.

도21은 도20의 레이아웃을 통해 제공된 신호의 흐름을 도시하는 회로 개략도이다.

도22a 내지 도22f는 유입 파워, 유출 파워 및 냉각제가 이동할 수 있는 가능한 여러 가지 방향을 도시하는 예시적인 파워 일렉트로닉스 모듈에 대한 개략적인 사시도이다.

도23은 본 발명의 기술의 관점들을 따른 파워 일렉트로닉스 모듈에 사용되기 위한 예시적인 커넥터 인터페이스에 대한 사시도이다.

도24는 도22에 도시된 형태의 여러 가지 방향을 얻도록 설계된 다른 커넥터 인터페이스 배열의 사시도이다.

도25는 모듈 구성 요소를 장착 및 차폐하기 위해 캐니스터(canister)가 구비되는 파워 일렉트로닉스 모듈에 대한 다른 구조를 도시하는 사시도이다.

도26은 조립체를 장착한 후의 도25에 도시된 요소들에 대한 사시도이다.

도27a 내지 도27d는 본 발명에 따른 모듈에 사용하기 위한 대체 단자 및 단자 조립체 연결 배열체의 개략도이다.

도28a 내지 도28d는 본 발명에 따른 모듈에 사용하기 위한 대체 단자 및 조립체 냉각 배열체의 개략도이다.

도29a 및 도29b는 본 발명에 따른 모듈용 EMI 차폐 및 접지를 위한 대체 단자 및 플러그 구조의 개략도이다.

도30a 내지 도30c는 모듈 내의 열 제거 구조물과 인터페이스 연결하는 대체 파워 일렉트로닉스 기판 장착 배열체의 개략도이다.

도31a는 모듈에 사용하는 대체 파워, 컨트롤 낮은 인덕턴스 차폐체 및 접지 배열체의 사시도이며, 도31b는 그러한 배열체의 예시적인 기구의 개략적인 사시도이다.

도32a는 앞의 도면들에 도시된 바와 같은 모듈을 기초로 하는 대체 플러그인 모듈 배열체의 개략적인 정면도이고, 도32b는 플러그인 모듈 배열체의 예시적인 기구의 사시도이다.

도33은 그러한 모듈을 통합하는 대체 플러그인 배열체이다.

도34는 모듈로부터의 냉각제의 유동을 조절하는 유동 조절 회로 소자를 통합하는 앞의 도면들에 도시된 모듈 형태의 개략도이다.

도35a 내지 도35c는 본 기술의 태양을 채용한 컨버터 배열체용 부품의 물리적 레이아웃 및 회로의 개략도이다.

도36a 내지 도36c는 본 기술의 태양의 매트릭스 스위치 토폴로지 구현을 위한 부품의 물리적 레이아웃 및 회로의 개략도이다.

도37은 중파 용접용 파워를 공급하도록 구성된 종래 기술에 따른 회로의 개략도이다.

도38a 및 도38b는 열 지지부에 간접 전도를 통해 회로를 냉각하도록 구성된 모듈의 예시적인 구조이다.

본 발명은 상기와 같은 요구 조건을 만족시키도록 설계된 파워 일렉트로닉스 모듈을 제공한다. 상기 기술은 신규한 패키징, 열 관리, 상호 연결 및 접지 차폐 방식들을 이용하는데, 이러한 방식들은 성능을 향상시키고, 작고, 가벼우며 더 효율적인 구조를 갖는 파워 일렉트로닉스 장치 및 그 구동 회로 소자를 제공한다. 상기 기술은 산업 파워 일렉트로닉스 적용예, 자동차 적용예 등을 포함한 여러 구성에 적용될 수 있는 열 관리 및 패키징 같은 다양한 측면을 제공한다. 본 발명의 기술의 많은 실시예에서는 주요 적용 요구사항과 일치하는 많은 최적의 구성으로 재구성되도록 설계된 표준형 셀을 사용할 수 있다.

본 발명의 기술의 특징은 일반적으로 열 지지부(thermal support)를 포함하는 열 관리 시스템 주변 같은 곳에 모듈식 패키징을 제공하는 것이다. 파워 일렉트로닉스 장치가 열을 제거하기 위해 상기 지지부에 직접 장착될 수 있다. 상기 장치의 배열 및 유입 파워와 유출 파워 컨덕터의 상호 연결은 변할 수 있으며, 열을 추출하고 여러 가지 구성 요소를 장착하기 위해 열 지지부를 이용할 수 있다. 개선된 많은 파워 장치 조립체와 열 지지부에 부착하기 위한 수단들은 본 발명이 범위 내에서 수용된다.

예시적인 실시예에서, 다양한 파워 변환 회로 소자 및 드라이브 등을 포함한 다른 형태의 파워 일렉트로닉스 회로가 패키지 내에 적용될 수 있지만 모듈식 파워 컨버터를 특징으로 한다. 유입 파워 컨덕터는 유입 파워를 교류 파형 같은 소정의 출력 파워로 변환시키는 파워 일렉트로닉스 회로 소자와 인터페이스 연결된다. 유입 및 유출 파워 컨덕터 구조 및 배열로 인해 파워 및 제어 모두에 제공되는 플러그 인 연결로 엔클로저(enclosure)나 차량 장착 공간 내에 모듈을 쉽게 설치할 수 있다. 냉각제는 열 베이스(thermal base)를 통해 추가된 연결부를 거쳐 이동할 수 있다. 근접하게 열적으로 일치시켜 파워 일렉트로닉스 및 다른 전자 장치를 열 제거 표면에 바로 인접하게 장착하여 열을 효과적으로 추출하는 예시적인 냉각제 구조가 고려된다. 제어, 구동 및 파워 일렉트로닉스 회로의 위치, 위치 선정, 그리고 상호 연결로 인해 이러한 요소들을 근접하게 패키징시키는 것이 쉽다.

열 지지부일 수 있으며 원하는 곳에 외부 실드 및 클로저가 추가될 수 있는 차폐 지지부를 이용함으로써 전자기 간섭으로부터 용이하게 차폐될 수 있다. 최적의 파워 장치 온도 및 EMI 조절 수단들이 지지부의 본래 특성으로 얻어질 수 있어서, 전기 파워 스위치 요소 또는 다른 회로 소자와 긴밀히 조화롭게 작동할 뿐만 아니라 이들의 입력, 출력 및 지지부, EMI 관리와 열 관리 시스템 모두에 대한 열기계 부착과도 긴밀히 조화롭게 작동한다.

본 발명의 기술은 파워 일렉트로닉스 패키징 및 관리에 광범위한 개선점들을 제공한다. 이러한 개선점들은 패키지의 특정한 구성, 패키지 구성 요소들의 구성과 구성 요소들의 레이아웃 및 상호 관계, 이들의 인터페이스, 그리고 작동상의 상호 의존에 있다. 또한 본 발명의 기술은 EMI/RFI로부터 좀더 효율적으로 차폐할 수 있게 해준다. 또한 지지부에 일체화된 인덕턴스가 낮은 연결 수단에 의해 주파수가 높은 접지가 이루어질 수 있다. 전기적으로는 절연되지만 지지부 및 냉각제 순환 시스템과 일체화되거나 그 안에서 열 전도성으로 접촉하고 있는 일체형 버스 구조물(integrated bus structure)에 의해 연결부가 냉각될 수 있다.

현재 고려되고 있는 본 발명의 특정 실시예 이전에, 몇 가지 정의를 기술한다. 우선, 그러한 장치를 통합하는 부조립체 및 파워 장치가 본 명세서에 참조되었다. 이러한 장치는 다양한 정격 파워의 파워 일렉트로닉스 스위치(예컨대, IGBT, FET)의 범위를 포함할 수 있다. 상기 장치는 그러한 부품, 감지 및 모니터링 회로 소자, 보호 회로 소자, 필터링 회로 소자 등의 게이트 드라이버 회로 소자를 포함할 수 있다. 상기 장치는 지지 기판 및/또는 열 팽창 계수 부재와 열 전도 소자로부터 통합 및 분리되는 다양한 그룹으로 부조립체 내에 제공될 수 있다. 본 명세서에는 에너지 저장 및 제어 회로 소자도 참조되었다. 그러한 회로 소자는 관련된 파워 일렉트로닉스 장치 및 회로의 특정 구조에 따른 합성물로 변화할 수 있다. 예컨대, 이하에 설명되는 인버터 드라이브 용도에서, 에너지 저장 및 제어 회로 소자는 하나 이상의 커패시터, 커패시터/인덕터 회로 또는 네트워크를 포함할수 있다. 필터링 회로 소자는 신호 조절을 위해 포함될 수 있다. 중파 용접과 같은 다른 용도에서, 에너지 저장 및 제어 회로 소자는 하나 이상의 변압기를 포함할 수 있다. 마지막으로, 본 명세서에는 파워 장치 및 다른 회로 소자와 결합하는데 사용되는 열 지지부를 참조하였으며, 다양한 구성 및 기능이 지지에 기여할 수 있다. 예컨대, 이하에 설명되는 바와 같이 지지부는 다양한 부품으로 기계적 및 전기적인 지지를 제공할 수 있으며, 또한 이러한 부품 일부 또는 전체를 통합하여 고효율로 냉각시킨다. 또한, 지지부는 부품에 영향을 끼칠 수 있는 외부 장은 물론 작동 중에 부품에 의해 발생할 수 있는 장 모두를 EMI 및 RFI 차폐와 같은 전기 차폐 기능을 제공한다. 열 조절 부품 및 회로는 또한 지지부와 관련되거나 지지부에 통합될 수도 있다.

도면으로 돌아가서 도1을 참조하면, 예시적인 파워 일렉트로닉스 모듈(10)이 도시된다. 모듈(10)은 파워 일렉트로닉스 회로(14)가 배치된 열 지지부(12)를 포함한다. 이하에 상세히 설명되는 바와 같이, 열 지지부(12)는 회로(14)로부터 열을 흡수하는 냉각제를 순환시키는 포팅(porting)과 같은 열 관리 특성의 범위를 포함할 수 있다. 유사하게, 회로(14)는 인버터 회로 소자, 기계적, 전기적 지지, 개선된 EMI/RFI 차폐 및 고주파 접지는 물론 작동 중에 발생된 열을 흡수하기 위해 지지부(12) 상에 장착된 컨버터 회로 소자 등의 넓은 범위의 기능 회로 소자를 포함할 수 있다. 도1의 실시예에서, 모듈(10)은 일반적으로 도면 부호 16으로 표시된 제어 및 드라이버 회로 소자를 추가로 포함한다. 화살표(18)로 나타낸 파워의 유입은 회로 소자(14)에 인가되고, 파워(20)의 유출은 회로 소자로부터 (도시되지않은) 외부 기기로 순환된다. 유사하게, 도1의 개략도에서, 냉각제(22)는 제어 및 드라이버 회로 소자(16)는 물론, 파워 일렉트로닉스 회로(14)로부터 그리고 열 지지부로부터 열을 흡수하기 위해 열 지지부(12)에 인가된다. 유출된 냉각제(24)는 열 지지부에서 (도시되지 않은) 냉각 시스템에서 열을 이동시키도록 순환된다. 도1의 실시예에서, 파워 일렉트로닉스 회로(14)와 제어 및 드라이버 회로 소자(16) 모두는 열 지지부(12)의 측면(26) 상에 장착된다. 유입 및 유출 파워 모두는 열 지지부의 에지(28)에서 회로 소자로 순환된다. 마지막으로, 연결부(32)는 이하에 더욱 상세히 설명될 회로 소자의 작동 제어를 위해 제어 및 드라이버 회로 소자(16)와 파워 일렉트로닉스 회로(14) 사이에 제공된다.

도2는 부품이 열 지지부의 양측면 상에 장착된 파워 모듈(10)의 예시적인 대체 구조를 도시한다. 도2의 실시예에서, 파워 일렉트로닉스 회로(14)는 다시 열 지지부(12)의 측면(26)에 장착된다. 그러나 도2의 실시예에서, 파워 일렉트로닉스 회로의 기능을 제어하는 드라이버 회로 소자(34)는 열 지지부의 동일 측면(26)에 장착된다. 일반적으로 도면 부호 38로 표시된 에너지 저장 및 제어 회로 소자 또한 열 베이스 상에 장착된다. 드라이버 회로 소자(34)와 파워 일렉트로닉스 회로(14) 사이의 연결부(32)가 제공된 것과 유사한 제어 회로 소자와 드라이버 회로 소자 사이의 연결부(40), 파워 일렉트로닉스 회로(14)와 에너지 저장 및 제어 회로 소자(38) 사이의 연결부(42)가 제공된다. 설명될 바와 같이, 도2의 실시예에서, 열 지지부의 형상, 레이아웃 및 공간 활용은 제어 회로 소자(36) 및 에너지 저장 및 제어 회로 소자(38)가 열 지지부(12)의 저부 측면(44) 상에 장착되도록 구성된다. 따라서, 그러한 모든 부품은 열 지지부 상에 기계적 및 전기적으로 지지되고, 화살표(22, 24)로 표시된 바와 같이 냉각제 유동을 통해 냉각된다.

도3은 모듈(10)의 다른 예시적인 구조를 도시하며, 파워 일렉트로닉스 회로는 열 지지부의 양측면 상에 장착된다. 따라서, 도3에 도시된 바와 같이 열 지지부(12)는 양 파워 일렉트로닉스 회로(14)를 기계적 및 전기적으로 장착하는 역할을 하고, 이러한 회로들 사이에 제공된 필수 연결부(32)로 제어 및 드라이버 회로 소자(16)를 장착하는 역할을 한다. 제2 파워 일렉트로닉스 회로(46)와, 제2 회로 및 드라이버 회로 소자(48)는 열 지지부(12)의 대향 측면 상에 제공되기 때문에 능동 냉각을 위해 단지 열 교환기의 일측에 제공되는 것보다 현저하게 더욱 효과적인 냉각 유체의 사용이 가능하다. 따라서, 열 지지부 주위를 통과하여 유동하는 냉각제에 의해 열은 양측 파워 일렉트로닉스 회로 버스 워크, 입출력 단자, 에너지 저장 소자 및 지지 일렉트로닉스로부터 흡수될 수 있다.

도4는 모듈(10)의 다른 예시적인 구조를 도시한다. 도4의 예시적인 구조에서, 파워 일렉트로닉스 회로(14)는 제어 및 드라이버 회로 소자(16)를 따라 열 지지부(16)의 측면 상에 다시 장착된다. 에너지 저장 및 제어 회로 소자(38)는 열 지지부의 대향 측면 상에 장착된다. 이러한 대체 구조에서, 제2 열 지지부(50)는 제1 열 지지부(12)에 고정되고, 그 자체로 추가의 열 저장 및 제어 회로 소자(38)를 지지한다. 당해 분야의 숙련자에게는 명확한 바와 같이, 하나 이상의 추가 열 지지부 상에 지지된 특정 회로 소자는 시스템의 요구에 따라 변할 수 있다. 따라서, 커패시터 회로 소자, 파워 일렉트로닉스 회로 소자, 드라이버 회로 소자, 제어회로 소자, 에너지 저장 부품, 인덕터, 필터, 브레이킹 레지스터 등 또는 다른 보조 회로 소자는 추가 열 지지부 상에 제공될 수 있다. 또한, 도4의 실시예에서, 냉각제는 제2 열 지지부(50)로 분리되어 순환된다. 적층 연결부, 열 연결부 및 지지부 형상의 모듈 시스템은 열 베이스, 파워 단자 조립체는 설명된 코어 열-전기 기부를 사용하는, 더 크고 비율이 다른 파워 컨버터를 형성하도록 평행하게 직렬 조합으로 연결될 수 있다. 열 관리에 따라, 가용한 배관이 요구되지만, 냉각제는 열 지지부들 중 하나를 따라 순환하거나 열 지지부들 사이의 내부를 순환할 수 있다. 유사하게, 도4의 에너지 저장 및 제어 회로(38) 사이에서 이루어진 연결부(52)는 기능 회로 소자 사이의 연결부의 범위를 포함한다.

도1 내지 도4의 예시적인 구조는 넓은 범위의 파워 일렉트로닉스 회로를 지지하도록 구성될 수 있다. 도5 및 도6은 파워 일렉트로닉스 모듈의 예시적인 용도를 도시한다. 도5에서, 자동차 또는 다른 차량 용도와 같은 차량 드라이브(54)가 제공된다. 추가 지지부, 제어부, 피드백부 및 다른 상호 연관된 부품들의 여러 가지 어레이는 물론, 도5의 기능적 회로를 포함할 수 있는 차량 드라이브(54)는 차량을 구동시키는데 필요한 파워를 제공하는 파워 서플라이(56)를 포함할 것이다. 통상의 경우에, 파워 서플라이(56)는 하나 이상의 배터리, 발전기 또는 교류기, 연료 전지, 유틸리티 소스, 교류기, 전압 조절기들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 파워 서플라이(56)는 통상 직류의 형태로 컨덕터(58)를 지나 파워 일렉트로닉스 모둘(10)로 파워를 공급한다. 제어 회로 소자(60)는 속도 제어, 토오크 제어, 가속, 브레이킹 등을 위한 파워 일렉트로닉스 모듈의 조절 작동을 하는 제어 신호를 제공한다. 그러한 제어 신호에 기초하여, 파워 일렉트로닉스 모듈(10)은 일반적으로 도5의 도면 부호 20으로 표시된 출력 컨덕터를 따라 교류 전류 파형으로 출력된다. 그 후에, 출력 파워는 일반적으로 도면 부호 62로 표시된 차량 구동 트레인에 인가된다. 당해 분야의 숙련자에게는 명백한 바와 같이, 이러한 구동 트레인은 통상 파워 일렉트로닉스 모듈(10)에 의해 인가된 신호의 주파수 및 파워 레벨에 기초하여 회전 구동되는 하나 이상의 교류 전기 모터를 포함한다. 차량 구동 트레인은 또한 파워 전달 소자, 샤프트, 기어 트레인 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 출력 샤프트(64)를 회전 구동시키도록 구성된다. 센서 회로 소자(66)는 차량, 구동 트레인 및 파워 일렉트로닉스 모듈 전부의 작동 특성을 감지하도록 제공된다. 센서 회로 소자(66)는 통상 그러한 신호를 수집하고 이들을 속도, 토오크, 파워 레벨, 온도, 냉각제의 유동 속도 등을 조절하는 제어 회로 소자에 공급한다.

도6은 산업용 또는 자동차용 파워 일렉트로닉스 모듈(10)의 또 다른 용도를 도시한다. 산업용에서, 파워 일렉트로닉스 모듈(10)은 전기 모터, 드라이브, 밸브, 액추에이터 등과 같은 다양한 부하에 대한 파워 공급을 위해 제공된다. 일반적으로 도면 부호 68로 표시된 시스템에서, 엔클로저(70)가 베이(72)로 분리될 수 있게 제공된다. 각각의 베이 내의 다양한 부품은 제조, 재료 처리, 화학 공정 등과 같은 프로세스의 조절 작동을 위해 장착되어 연결된다. 일반적으로 도면 부호 74로 표시된 부품은 교류 전류 버스(76)를 통해 베이 내에 장착되어 파워를 수용한다. 제어 네트워크(78)는 부품(74) 및 파워 일렉트로닉스 모듈(10)의 조절 작동을 위한 제어 신호를 제공한다. 엔클로저(70)와 같은 엔클로저는 모터 제어 센터, 조립체 라인 또는 프로세스 제어 등의 다양한 산업용을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 엔클로저는 자동차, 유틸리티 차량, 수송 또는 다른 차량의 하나 이상의 구동 트레인을 구동하기 위한 차량용으로 제공될 수도 있다.

전술된 바와 같이, 다양한 회로 구성이 파워 일렉트로닉스 모듈로 설계될 수도 있다. 회로 구성은 각각의 개별 적용예의 특정 요구 조건에 따라 광범위하게 변형된다. 그러나, 특정의 예시적인 회로 구성이 지금부터 관찰되고, 양자 모두 열처리에 따라 견고하고 조밀한 패키징을 필요로 하는 파워 일렉트로닉스 장치를 포함한다. 이러한 두 개의 예시적인 회로가 도7a 및 도7b에 도시된다. 도7a에 있어서, 회로 조합체는 유입 파워 라인(18)에 대응하여, 버스(76)로부터의 교류 파워를 DC 버스에 따른 출력용의 직류 파워로 변환시키는 정류기 회로(80)를 포함한다. 인버터 회로(82)는 직류 파워를 수용하여 원하는 주파수 및 진폭에서 교류 전류 파형으로 변환시킨다. 이어서 교류 파워가 유출 컨덕터(20)를 통해 부하에 인가될 수도 있다. 필터 및 저장 회로(84)는 버스에 인가되는 파워를 원활하게 조절하도록 직류 버스에 걸쳐 커플링된다. 제어 회로(86)는 정류기 및 인버터 회로의 작동을 조정한다. 도7b의 예시에 있어서, 직류 및/또는 매트릭스 변환기(90)는 제어되는 파워의 상마다 일 세트의 AC 절환 파워 장치를 포함한다. 인버터(90)는 유입 교류 파워를 수용하여 파워 스위치(88)에 유출 파형을 공급한다. 일 세트의 AC 스위치는 고정 주파수 유입 파워(18)를 부하로의 적용을 위해 제어 주파수 유출 파워(20)로 효과적으로 변환시킨다. 도7b의 배열은 매우 상세하게 도36c에 도시된다. 도7a 및 도7b의 각각의 회로는 단지 예시적인 것이고 임의의 종류의 파워 일렉트로닉스 회로가 본 기술에 따라 모듈 내부에 합체되기 위해 적용될 수도 있다는 것을 명심해야 한다.

도8은 파워 일렉트로닉스 모듈(10)에 대한 예시적인 물리적 형태를 도시한다. 도8의 실시예에서, 회로 조립체(92)는 하우징(94) 내부에 위치 설정되고 하우징에 끼워 맞춤된 커버(96)에 의해 하우징 내부에서 둘러싸인다. 회로 조립체(92)는 상기 설명한 부품을 포함하고 설명된 특정 실시 형태로서 도2의 형태에 대체로 상응한다. 따라서, 도시된 바와 같이, 회로 조립체(92)는 파워 일렉트로닉스 회로(14)가 배치된 열 지지부(12)를 포함한다. 또한 제어 및 드라이버 회로 소자는 그러한 회로 소자의 냉각과 함께 파워 일렉트로닉스 회로의 작동을 조절하기 위해 열 지지부 상에 배치된다. 도8의 실시예에서, 특히 모듈은 차량 적용예에 대해 인버터 드라이브로서 작동하기 위해 형성된다. 입력 방향 전류 파워는 컨덕터(18)를 거쳐 수용되고 컨덕터(20)를 거쳐 삼상 파형 출력으로 변환된다.

도8의 실시예에서, 하우징(94)은 제어 신호가 하우징으로부터 전달되고 그 내부에 수용되게 설계된 제어 인터페이스(98)를 제공한다. 아래에 상세하게 설명된 바와 같이, 제어 인터페이스는 도8에 도시된 바와 같이 하우징의 바닥 측면 상에 또는 하우징 상의 다른 위치에 제공될 수도 있다. 도8에서 일반적으로 도면 부호 100으로 나타낸 파워 인터페이스는 회로 조립체로 그리고 회로 조립체로부터 파워를 전달하기 위해 제공된다. 아래에 설명된 바와 같이, 다양한 형태는 모듈(10)을 외부 회로 소자와 인터페이스 연결시키기 위해 제공되거나 본 발명에서 구상될 수 있다. 도8의 실시예에서, 예를 들면 파워 인터페이스(100)는 두개의 전류 컨덕터와 3개의 교류 컨덕터인 5개의 컨덕터가 플러그 인 배열과 같이 회로 조립체로부터 직접 인터페이스 연결된다. 제어 및 파워 인터페이스에 부가하여, 냉각제 인터페이스(102)가 아래에 매우 상세하게 설명된 바와 같이 냉각제를 수용하고 순환시키기 위해 제공된다. 본 실시예에서, 냉각제 인터페이스는 모듈로부터 그리고 모듈로 유체 채널링(channeling)하기 위한 도관을 수용하도록 적용된 튜브 또는 특수화한 끼워 맞춤부를 포함할 수도 있다. 그러나, 적절한 액체, 가스, 압축된 가스 및 임의의 다른 적당한 냉각 매체가 본 기술에서 사용될 수도 있다는 것을 알아야만 한다. 그러므로, 차량 적용예에서 물과 종래의 차량 냉각제의 조합이 사용될 수도 있지만, 다른 특성화되거나 용이하게 사용 가능한 냉각 매체가 사용될 수도 있다.

도8의 실시예에서, 하우징(94)은 모듈 회로에 의해 발생되고 모듈의 환경에 존재할 수도 있는, EMI의 실드를 제공하도록 주조된 알루미늄과 같은 금속 쉘(shell)을 형성한다. 커버(96)는 모듈의 모든 측면 상에 실드를 제공하도록 유사한 재료로 만들어진다. 아래에 설명된 바와 같이, 또한 커넥터 인터페이스는 부가적인 실드를 제공할 수도 있고 고주파 파형이 인버터 드라이브와 같은 파워 일렉트로닉스 부품에 의해 발생되는 실시예에 특히 유용하다. 적절한 곳에, 다른 형태의 하우징 및 지지부가 사용될 수도 있다. 예를 들면 충분한 EMI 실드가 제공되거나 EMI 전달이 열 지지부, 플라스틱 하우징, 도핑된 플라스틱 하우징 등으로 파워 일렉트로닉스 부품의 근접에서 충분히 감소되는 곳에서 사용될 수도 있다.

도시된 실시예에서, 하우징(94)은 회로 조립체(92)가 배치된 공동(104)을 포함한다. 컨덕터(106)는 DC 파워를 회로 조립체(92)로 전달하는 반면, 컨덕터(108)는 어플리케이션용 회로 조립체로부터 부하로 AC 파형을 전달한다. 인터페이스 판(110)은 컨덕터(106 및 108)가 연장하는 곳에 제공된다. 원하는 곳에는, 모듈 당 전류 출력에 관한 피드백을 제공하도록 두 개의 유출 파워 컨덕터(108) 주위에 정렬된 전류 센서(112)와 같은, 센서가 조립체 내부에 합체될 수도 있다. 본 기술 분야에 숙련된 사람에게는 명백한 바와 같이, 다른 형태 및 다수의 센서가 사용될 수도 있고, 하우징 내부에, 커넥터 조립체 내부에 또는 회로 조립체 자체 내부 모두에서 합체될 수 있다.

아래에 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 열 지지부(12)는 그 위에 장착된 다양한 부품에 대해 지지부를 기계적으로 그리고 전기적으로 개선하도록 설계된 다양한 특징부를 합체할 수도 있다. 임의의 이러한 특징은 열 지지부 내부에서 직접 합체될 수도 있고 또는 도8의 실시예의 경우와 같이 부가될 수도 있다. 도8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 비금속 재료로 만들어진 프레임(114) 및 열 지지부(12)에 끼워 맞춰지고, 열 지지부에 장착된 부품은 적어도 부분적으로 프레임에 의해 둘러싸인다. 프레임은 모두 컨덕터(106 및 108)를 위한 그리고 절연 또는 폿팅(potting) 매체를 수용하도록 열 지지부(12) 상에 지지된 회로 소자를 둘러싸기 위한 인터페이스로서 작용한다. 도8의 실시예에서 단자(116)는 프레임(114) 상에 형성되고, 프레임의 몰딩 중 절연 재료로부터 프레임 내부에 끼워질 수도 있다. 단자에 대한 바람직한 형태는 아래에서 더욱 상세하게 설명된다. 세퍼레이터(seperator, 118)는 서로 단자에 커플링되는 컨덕터를 절연하기 위해 단자(116)를부분적으로 둘러싼다.

모듈의 커버(96)와 하우징(94)에 대한 다른 형태는 도9 및 도10에 도시된다. 도9에 도시된 바와 같이, 하우징은 유입 파워에 대해 도9에 도시된 바와 같이 상부측면을 따라 그리고 유출 파워에 대해 에지를 따라, 다른 위치에서 파워 컨덕터를 인터페이스 연결시키기 위해 제공될 수도 있다. 따라서, 유입 파워 인터페이스(120)는 DC파워 소스로부터 컨덕터(106)에 연결부를 제공하도록 특별히 적용될 수도 있다. 유출 파워 인터페이스(122)는 부하에 대해 제어식 AC 파형을 전달하는 데 사용되는 컨덕터(108)를 위해 유사한 연결부를 제공할 수도 있다. 알 수 있는 바와 같이, 인터페이스는 하우징 자체 또는 커버 또는 그 모두에 제공될 수도 있다. 냉각제 인터페이스(102)는 도9에 도시된 바와 같이 에지를 따라, 하우징 및 커버 주위의 다양한 위치에 유사하게 제공될 수도 있다.

도10은 도9의 후방 사시도 또는 배열도이다. 도10에 도시된 바와 같이, 제어 인터페이스(98)는 하우징 및 커버 상에 다양한 위치로부터 사용 가능할 수도 있다. 도10의 실시예에서 다중 핀 커넥터(124)는 제어 케이블을 수용하기 위해 제공된다. 연결부를 위한 핀 지정은 임의의 적당한 프로토콜을 따를 수도 있고 본 실시예에서는 RS232 또는 다른 시리얼 또는 평행 데이터 전달 포트로 전달을 위해 지정된 핀을 포함할 수 있다. 한번 폐쇄되면, 하우징 및 커버는 방수부, 회로 조립체가 위치 설정된 EMI 차폐된 패키지를 형성할 수도 있다. 또한, 패키징은 어플리케이션 내부에 모듈을 플러그하기 위한 또는 그렇지 않다면 어플리케이션 내에 모듈을 지지하기 위한 임의의 적절한 핸들, 공구 형상 등을 포함할 수도 있다. 예를들면, 핸들(도시 생략)은 패키지 상에 제공되고, 핸들은 차량 또는 엔클로저 내부에서와 같이, 정합 인터페이스 내에 모듈을 간단하게 플러그하도록 사용자에 의해 파지될 수도 있다.

도11은 커버(96)가 제거된 도9 및 도10의 실시예의 임의의 내부 형태를 도시한다. 도11에 도시된 바와 같이, 모듈(10)은 회로 조립체(92)가 배치된 하우징(94)을 포함한다. 외부 환경으로부터 인터페이스 판(110)에 의해 분리된 컨덕터(108)는 파워 인터페이스(122) 내부의 연결부를 위해 유용하다. 유사한 파워 인터페이스는 도9에 도시된 바와 같이 다른 파워 컨덕터를 위해 제공될 수도 있다. 제어 인터페이스(98)는 도11의 실시예에서 하우징의 대향 측면 상에 위치 설정되고 다중 핀 연결부(124)를 지지한다.

도11의 배열에서, 일체형 플랜지(126)는 열 지지부(12) 상에 형성되고, 도8에 도시된 제거 가능한 프레임을 부분적으로 대체하는, 열 지지부의 평면으로부터 대체로 상향으로 연장한다. 일체형 플랜지는 하우징(원하는 곳에 커버와 정합함으로써) 내부에 회로 조립체(92)를 지지하거나 인터페이스 연결하도록 작용하고, 회로 소자가 장착되고 절연 또는 폿팅 매체가 배치된 공동(128)을 형성하도록, 임의의 회로 소자를 둘러싼다. 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)는 공동 내부에 제공되고, 아래에서 보다 자세하게 설명되는 바와 같이 파워 일렉트로닉스 회로(14)를 형성한다. 도시된 실시예에서, 여섯 개의 그러한 장치 부조립체 또는 절환 회로는 삼상 인버터 회로를 형성하기 위해 제공된다. 본 기술 분야에 숙련된 자에게는 명백한 바와 같이, 실시에서, 두 개 이상의 그러한 절환 회로는 각각의 장치부조립체 상에 그룹화될 수도 있고, 완전한 세트의 회로는 단일 장치 부조립체에 제공될 수도 있다. 연결 패드(132)는 장치 부조립체를 유입 및 유출 파워 컨덕터와 인터페이스 연결하기 위해 장치 부조립체(130)에 근접하여 제공된다. 도시된 실시예에서, 아래에서 상세하게 설명된 단자 스트립(134)은 열 지지부(12)의 에지에 제공되고 회로 소자가 배치되고 폿팅 매체가 위치될 수도 있는 공동을 형성하도록 일체형 플랜지(126)와 정합한다. 단자 스트립은 연결 패드(132) 뿐만 아니라, 아래에 설명된 바와 같은 단자 및 컨덕터를 포함하는 성형된 단부 특징부를 포함할 수도 있다.

하우징 내부에는 다양한 다른 특징부가 다양한 회로와 부품 사이에 상호 연결을 용이하게 할 수도 있다. 예를 들면, 도시된 실시예에서, 센서 케이블링(cabling, 136)은 전류 센서(112)로부터 신호를 수용하기 위해 제공된다. 그러한 신호는 파워 일렉트로닉스 회로 소자의 작동 조건을 모니터링하도록 하우징 주위의 케이블링(136)을 거쳐 드라이브 회로 소자(34) 또는 제어 회로 소자(36)로 루틴이 정해진다. 다른 형태의 센서 및 신호 전달 케이블링을 따라 그러한 센서의 위치는 상기 배열로 합체될 수도 있다.

도12는 하우징(94)으로부터 제거된 도11의 회로 조립체(92)를 도시한다. 또한, 도시된 실시예에서 열 지지부(12)에 파워 일렉트로닉스 회로(12)를 부분적으로 둘러싸는 일체형 플랜지(26)가 제공된다. 도시된 실시예에서, 장치 부조립체(130)용 드라이버 회로 소자(34)는 플랜지(126)에 의해 한정된 공동 내부에 또한 제공된다. 드라이버 회로 소자(34) 및 제어 회로 소자(36)는 단일 프린트된 회로 보드상에 또는 두개 이상의 보드 상에 제공될 수도 있고, 단일 측면의 보드 부품 배열 또는 양 측면 배열을 형성할 수도 있다. 양 측면 보드가 제공되는 스페이서, 스탠드오프(standoff) 또는 유사한 배열은 절연 또는 폿팅 재료가 보드와 열 지지부 사이에 제공되는 것을 보장하기 위해 제공된다.

다시 도11로 돌아가면, 원하는 밀봉을 제공하도록, 주연 에지(138)는 밀봉부, 밀봉 부품 등을 수용하기 위해 제공된 홈(140) 또는 다른 인터페이스 특징부를 갖는 하우징 및 커버 상에 제공될 수도 있다. 도11 및 도12 모두에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 회로는 위에 설명된 바와 같은 열 지지부의 상부 또는 바닥부 측면 상에 제공될 수도 있고, 본 실시예에서는, 후방 보드 지지부(142)가 열 지지부(12)의 일체형 특징부로서 제공된다. 따라서, 제어 회로 소자(36)는 후방 보드 지지부(142) 상에 지지될 수도 있고 상호 연결부(400)를 거쳐 드라이버 회로 소자와 직접 인터페이스 연결될 수도 있다. 이러한 본 배열의 특징부는 도13에 최적으로 도시되고, 이는 드라이브 회로 소자(34) 및 제어 회로 소자(36)가 센서(112)로부터 케이블링(136)을 따라 상호 연결되고 배치될 수도 있는 방식으로 도시된 열 지지부의 분해도이다. 또한 도13에 도시된 바와 같이, 하우징(144)은 센서(112)를 지지하는 설계로 합체될 수도 있다.

다양한 인터페이스 형태는 열 지지부(12) 상에 다양한 부품을 장착하기 위해 구상될 수 있다. 도13에 도시된 실시예에서, 예를 들면, 에너지 저장 및 조건 설정 회로 패키지(38)는 열 지지부(12)의 하부 측면에 직접 장착되는 하우징(146) 내에 둘러싸인다. 하우징(146) 내부의 커패시터는 아래에 보다 자세하게 설명된 바와 같은 파워 일렉트로닉스 회로 소자와 상호 연결된다. 도13에 도시된 바와 같이, 인터페이스 판(148)은 열 지지부(12)에 고정되고 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)는 인터페이스 판(148) 상에 직접 배치된다. 따라서, 본 기술 분야의 태양에 따라, 장치 부조립체는 열 지지부(12)에 나중에 고정되는 인터페이스 판(148) 상에서 처리되고 직접 형성된다. 따라서, 부품 형성 장치 부조립체(130)의 특별한 처리는 장치 부조립체 및 인터페이스 판(148)을 분리 처리함으로써 용이하게 되고, 그 후 열 지지부와 인터페이스 판을 조립한다. 또한 도13은 (예컨대, 이러한 연결이 완성될 때까지 작동을 방지하기 위해) 적절한 연결부가 모듈에 만들어졌는 지를 검출하기 위한 케이블링(136)에 커플링된 예시적인 연결 센서(113)를 도시한다.

도14에 도시된 바와 같이, 인터페이스 판(148)은 본 실시예에 열 지지부(12)와 조립된다. 다양한 고정 특징부 또는 패드가 도14에 도면 부호 150으로 나타낸 바와 같이, 열 지지부(12) 상에 제공될 수도 있다. 패드는 열 지지부가 위에서 설명된 형태의 하우징 내부에 또는 다른 기계적 구조 내부에 고정될 수도 있는 위치를 제공한다. 열 지지부 자체는 알루미늄과 같은 전도성 금속으로 만들어지는 것이 바람직하다. 지지부는 조립체, 기계 가공 또는 본 실시예에서와 같이 임의의 기계 가공 후 캐스팅에 의해 임의의 적당한 방식으로 형성될 수도 있다. 지지부는 파워 일렉트로닉스 회로(14)로부터 열을 추출하기 위해 냉각제의 순환을 용이하게 하는 특징부를 포함한다. 도14의 실시예에서, 이러한 특징부는 열 지지부 내부에 형성된 트로프(trough) 또는 채널(152)을 포함한다. 채널은 냉각제 순환을 위해 냉각제 입구(22)와 냉각제 출구(24) 사이로 연장한다. 채널은 작동 중 회로 소자로부터 충분히 열을 제거하도록 적어도 인터페이스 판(148)의 영역을 따라 연장하고, 다른 회로 소자 및 부품을 지지하는 것 등과 같이 열 지지부의 다른 부분을 통해 냉각제의 루트를 정할 수도 있다. 설명된 실시예에서, 채널(152)은 에너지 저장 및 조건 설정 회로 소자가 장착된 하부 표면 근접에서, 인터페이스 판(148) 아래로 연장한다.

특징부들은 파워 일렉트로닉스 회로로부터의 열전달을 강화하기 위해 채널(152) 내에 형성된다. 도14의 실시예에서, 전환판(154)은 채널 내의 냉각제를 전환하도록 채널 내에 고정된다. 이하 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 휜 또는 다른 냉각 특징부와 같은 추가적인 열 전달 요소가 채널 내에 위치될 수도 있으며, 인터페이스 판(148)과 일체식일 수 있거나 또는 분리될 수 있다. 도14에 도시된 바와 같이, 열 지지부(12)는 그 위에 장착된 회로 소자로부터 냉각제를 격리하는 것을 보장하기 위해 밀봉 특징부를 포함할 수 있다. 주연 채널(156)은 이 실시예에서 열 지지부(12)와 인터페이스 판(148) 사이에 끼워맞춤된 (도시되지 않은) 밀봉부를 수용하기 위해 형성된다. 밀봉부는 회로 소자로부터 냉각제를 격리시켜 인터페이스 판(148)과 지지부(12) 사이에 어느 정도의 상이한 열 팽창 및 수축을 가능하게 한다. 결국, 도시된 실시예에서는, 열 추출을 위해 채널을 통해 냉각제를 추가적으로 유도하도록 격벽(158)이 채널(152) 내에 형성된다. 본 기술 분야의 숙련자들에게 이해되는 바와 같이, 다양한 다른 구성, 충돌 표면 및 경로 형성 요소의 유동이 소정의 열 구배를 형성하고 파워 일렉트로닉스 회로(14)에 인접한 지지부 내의 난류와 층류 유동 상황 사이에 최적의 전이와 최적의 난류 패턴을 생성하도록 열 지지부로 삽입될 수 있다.

도15a 내지 도15g는 인터페이스 판(148)과 열 지지부(12)를 거친 열의 제거를 위해 고안된 특징부의 소정의 예시적 구성을 도시한다. 도15a에 도시된 바와 같이, 인터페이스 판(148)은 휜(160), 작은 열 파이프, 충돌 타깃(148), 터뷸레이터와 같은 일체식 특징부를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 판(148)은 열 지지부 자체를 구성하는 것과는 다른 재료로 이루어진다. 상기 재료는 특정 일렉트로닉스 및 일렉트로닉스 부조립체를 처리하기 위한 방법에 적용될 수 있다. 이 실시예에서, 판(148)은 알루미늄 실리콘 카바이드(AlSiC)로 이루어진다. 밀봉부(162)는 인터페이스 판(148)에 인접하여 위치되고 도14에 도시된 유형의 홈 내에 수용될 수 있다. 판(148)의 하부면(164)을 따라, 일련의 휜(160)들이 예컨대, 주조 작동 중 형성된다. 휜들은 조립 공정에서 판에 부가될 수도 있다. 또한, 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)가 이하 더 상세하게 설명되는 바와 같이 형성되는 상부 표면(166)에 판이 존재한다.

휜(160)이 판(148)으로부터 연장되는, 다양한 유형의 배치의 휜과 패턴이 제공될 수 있다. 도15b에 도시된 바와 같이, 휜들은 판의 하부 표면으로부터 연장된 핀(160)과 같이 형성될 수 있다. 다시, 핀의 소정의 형태가 예컨대, 대체로 사다리꼴인 단면을 갖는 핀으로 제공된다. 도15b의 실시예에서, 직선 매트릭스 패턴(168)은 평행 열과 행 내에 정렬되는 핀을 구비한다. 도15c에 도시된 바와 같이, 핀들의 열과 행이 서로에 대해 오프셋되도록 엇갈린 패턴(170)이 제공된다. 또한, 도15d에 도시된 바와 같이, 핀(160)은 판(148)으로부터 연장되고, 추가적인 핀 또는 다른 열 전달 특징부(170)는 판의 핀과 상호 맞물릴 수 있고 다른 판들로부터 또는 열 지지부 내에 형성된 채널(152)의 기부로부터 연장될 수 있다. 휜, 핀들 또는 다른 열 전도 연장 영역 증가는 그 중 하나와 나머지의 상부에서 조립되거나 또는 열 베이스의 대향 측부로부터 삽입될 때, 패턴이 단일 제조편에 의해 효과적으로 달성될 수 없는 최적의 배열 및 최소 형상을 형성하도록 상호 맞물리기 위해 피치 내에서 엇갈린다.

도15e는 인터페이스 판(148)이 일체식 열 전도 특징부를 포함하지 않지만, 열 소산 요소(174)가 인터페이스 판(148)과 채널(152)의 기부 사이에 조립된 다른 구성을 도시한다. 이 실시예에서, 요소(174)는 열 제거를 위해 큰 표면적을 형성하는 복수의 일반적으로 평행한 시트형 부분을 갖는 주름지거나 또는 만곡된 휜 구조를 포함할 수 있다. 또한, 많은 다른 연장 표면 증가 구성이 금속 폼(foams), 금속 매트릭스 폼, 금속 폴리머 폼 등과 같은 기계적 배열에 의해 수용될 수 있다. 도15f에 도시된 바와 같이, 또 다른 구성으로, 열 전달 특징부가 열 지지부와 조화된 추가 요소 상에 형성될 수 있다. 도15f의 예에서, 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)는 열 지지부의 양측면들 중 한 측면 상에서 한 쌍의 판에 장착된다. 이 경우, 각각의 인터페이스 판은 열 제거를 위해 채널(152)로 연장된 열 특징부를 포함한다. 2 측면식 배열이 사용되면, 채널(152)은 열 지지부를 완전히 관통하여 연장된 개구를 형성하거나 또는 서로에 대해 상호 연결된 유동 경로를 갖는 두 개의 개별 채널을 형성할 수 있다. 다르게는, 두 개의 완전히 별개의 채널이 지지부 내에 형성될 수 있다. 결국, 상술된 바와 같이, 다양한 다른 유동 경로가 도15g에일반적으로 도시된 바와 같이, 열 지지부 내에 제공될 수 있다. 따라서, 열 지지부 내의 채널, 임의의 전환판 및 격벽 등의 형태로 인해, 유동 경로(178)는 열 지지부 내에서 소정의 열 구배를 형성하도록 소정의 경로로 냉각제의 루틴을 정하도록 형성될 수 있다.

도15h 내지 도15r은 작동 중 파워 일렉트로닉스 장치로부터 열을 추출하도록 설계된 또 다른 유동 및 냉각 구성을 나타낸다. 도15h에 도시된 바와 같이, 열 지지부(12)는 유동을 안내하기 위한 개구(155)를 구비하는 전환판(154)을 포함할 수 있다. 따라서, 유동은 냉각제 입구(22) 및 냉각제 출구(24) 사이의 전환판을 통해 유도될 수 있다. 유동이 전환판에 의해 유도되고 개구를 통과하기 때문에, 도15i에 도시된 바와 같이 인터페이스 판(148)에 인접하고 열 소산 요소(174)를 통과하여 또는 그 주위로 유동하는 것이 가능하다. 도15j 및 도15k의 다른 배치에서는, 전환판(154)이 일련의 개구(155)를 다시 구비한다. 유동은 냉각제 입구(22)를 통하여 그리고 전환판 주위로 또는 전환판을 통과하여 유도되고, 복귀 채널(153)을 통해 배출된다. 도15k에 도시된 바와 같이, 배열은 채널(152)과 채널(153) 사이에 통로를 형성하고 특히, 서로로부터 이 채널들을 부분적으로 분할하기 위해 격벽(158)을 사용할 수 있다. 도15l 및 도15m에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예에서는, 냉각제 입구와 출구가 열 지지부(12)의 동일 측면 상에 제공될 수 있다. 전환판(154) 내의 개구(155)는 한 쌍의 채널(152) 사이에 배치된 열 소산 요소를 통하거나 또는 주위로의 유동을 위해 인터페이스 판(154)과 밀접하게 접촉하도록 냉각제를 상향으로 루틴을 정하기 위해 제공될 수 있다. 도15n 및 도15o에서, 전환판(154)은 유동이 전환판 위로 상승하여 열 소산 요소를 통과하거나 또는 주위로 유동하도록 인터페이스 판(148)과 내부 격벽(158) 사이에 다시 위치된다. 따라서, 유동은 열 제거를 위해 인터페이스 판에 인접하도록 다시 유도된다. 도15p 및 도15q의 대안 예에서, 개구(155)는 상술된 바와 같이, 전환판(154)에 제공되어 유동을 중심 채널(152)로부터 인터페이스 판(148)으로부터 연장된 열 소산 휜의 상향 및 주위로 유도한다. 그 후, 유동은 하향 유도되고 중심 채널(152)의 양측면 중 한 측면 상의 복귀 채널(153)로 유도된다. 결국, 도15r에 도시된 바와 같이, 전환판은 도15a 내지 도15e를 참조로 상술된 바와 유사한 구성으로 제공된다. 하지만, 이 실시예에서, 격벽(158)은 채널(152)을 형성하도록 제공된다. 따라서, 유동은 냉각제 입구(22)로부터 상향으로, 전환판 주위로 그리고 인터페이스 판(148)과 전환판(154)으로부터 각각 연장된 핀(160, 172)과 같은 열 소산 요소를 통해 유도된다. 핀에 의해 형성된 주변 경로를 통한 유동 후에, 유동은 대향 채널(152)로 하향 유도되고 냉각제 출구(24)를 통해 외부로 유도된다.

냉각제 루틴을 정하기 위해 본원에 설명된 다양한 다른 구성은 열 소산 조건, 파워 일렉트로닉스 회로 등에 따라 크게 변형 또는 변경될 수 있다. 제시된 예들은 단지 예시적인 것으로 의도되었다.

상술된 바와 같이, 인터페이스 판(148)은 열 지지부(12)의 본체로부터 개별적으로 제조될 수 있다. 또한, 열 지지부(12)는 열을 추출하고, 다양한 회로 소자와 부품을 기계적으로 장착하고, 회로 소자를 위한 전기적 기준 평면을 설정하고, 파워 일렉트로닉스 장치의 작동에 의해 발생된 잘못된 전자기적 간섭으로부터 적어도 약간 주위 회로 소자를 차폐하기에 유용한 상당한 수의 특징부들을 합체할 수 있다. 열 지지 구조물은 다수의 재료와 방식(예컨대, 폴리머, 폴리머 매트릭스 혼합물, 열경화성 재료 및 공정, 다수의 정미 형상의 사용, 분리 가공, 고정물 접합 및 유사한 공정)으로 형성될 수 있다. 열 베이스가 제공할 수 있는 다수의 일체식 특징부는 제작의 설비 시 설치에 의해 포함 또는 제외될 수 있는 셀 요소로 분할될 수 있어, 많은 파워 일렉트로닉스 설계, 기하학 및 구성이 설비 및 설계에서 구현되는 핵심 요소로부터 정렬하도록 이루어질 수 있다. 또한, 특징부는 인터페이스 판(148)을 수용하고 격리 또는 보존 재료가 증착될 수 있는 체적을 형성하기 위해 열 지지부에 상에 형성 또는 부가될 수 있다. 이 실시예에서, 열 지지부는 부분적으로 일체식인 플랜지(126)를 포함할 수 있다.(도14 참조) 다른 배열에서, 프레임(114)은 도16에 도시된 바와 같이, 소정의 장착과 격리와 보존 기능을 수행하도록 열 지지부에 부가될 수 있다. 하지만, 이 실시예에서도, 열 지지부(12)는 인터페이스 판 상에 배치된 회로 소자의 임의의 특정 처리를 허용하도록 인터페이스 판(148)으로부터 분리되어 제조될 수 있다.

도17은 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)가 장착된 예시적 인터페이스 판(148)을 도시한다. 상술된 바와 같이, 인터페이스 판은 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체가 배치된 기판을 형성하고, 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 하지만, 이 실시예에서, 판은 AlSiC로 이루어진다. 판이 제조되는 재료는 그 위에 배치된 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체를 위해 사용된 재료에 적어도 부분적으로는 열적으로 조화를 이루는 것이 바람직하다. 따라서, 상이한 열 팽창계수가 재료들 사이에서 예상되는 반면에, 이들은 유효 사용 수명동안 서로로부터 재료의 엽렬(delamination)을 방지 또는 상당히 제한하도록 재료 사이의 응력을 감소시키기 위해 충분히 낮은 수준으로 유지되는 것이 바람직하다.

예시적 일렉트로닉스 장치 부조립체가 도18에 도시된다. 상술된 바와 같이, 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)는 일렉트로닉스 장치로부터 인터페이스 판으로의 양호한 열 전달을 증진시키도록 인터페이스 판(148) 상에 직접 배치된다. 도18의 실시예에서, 접합층(180)은 각각의 장치 부조립체(130)의 위치에 상응하는 패드 위치에서 판(148) 상에 배치된다. 그 후, 기판(182)은 접합층(180) 상에 배치된다. 기판은 파워 일렉트로닉스 회로를 장착하고 회로와 외부 회로 소자를 상호 연결하기 위한 패드 위치를 포함한다. 도시된 실시예에서, 기판(182)은 일렉트로닉스 장치용 패드와 상기 장치와 인터페이싱 회로 소자 사이의 상호 연결부를 와이어 접합하기 위한 패드를 포함하는 직접 본드 구리 또는 직접 본드 알루미늄 기판이다. 세라믹 전기 절연층과 세라믹 층 아래의 금속층이 제공될 수 있지만, 도18에는 도시되지 않았다. 따라서, 직접 본드 재료(148)의 영역은 조립 전에 기판 상에 직접 형성된다. 일렉트로닉스 장치가 배치될 위치에, 추가적인 접합층(186)이 제공된다. 접합층(186)은 기판(182)과 인터페이스 판(148) 사이에 삽입된 접합층(180)과 유사할 수 있다. 필요한 경우, 센서가 도18에 도시된 실시예의 온도 센서(188)와 같이 장치 부조립체에 합체될 수 있다. 따라서, 파워 일렉트로닉스 장치는 접합층(186) 상에 배치된다. 도시된 예에서, 각 장치 부조립체(130)는 인버터 회로의 일부를 형성하여, (IGBT 조립체와 같은) 고체 스위치 조립체(190)와 플라이백 다이오드(fly-back diode) 조립체(192)를 포함한다. 다시, 스위치 조립체(190)와 다이오드 조립체(192) 사이의 상호 연결은 와이어 접합에 의해 이루어진다.

도18에 도시된 장치 부조립체 설계는 몇 가지 중대한 장점을 제공한다. 예컨대, 이러한 장치에 사용될 수도 있었던 그리스층이 인터페이스 판(148)에 장치 부조립체를 직접 접합하여 제거된다. 기판(182)에 대해 직접 본드 구리 또는 직접 본드 알루미늄의 사용하는 것은 장치의 작동 중 고전압 절연, 양호한 열 특성 및 양호한 팽창 제어를 제공한다. 다시, 양호하게는 장치 부조립체에 사용된 특정 재료의 선택은 적어도 장치 부조립체의 인접한 부품에 대해, 감소된 상이한 열 팽창 및 수축을 제공한다. 필요한 경우, 재료 선택은 응력을 추가로 감소시키기 위해 열 팽창 및 수축에 구배를 제공할 수 있다.

도19a 및 도19b는 상술된 파워 일렉트로닉스 장치에 대한 그리고 파워 일렉트로닉스 장치로부터의 채널 파워에 사용되는 단자 스트립을 위한 실시예를 도시한다. 단자 스트립은 도11 내지 도13에 도시된 유형의 열 지지부와 함께 사용되기에 특히 적합하다. 하지만, 단자 스트립의 특징부는 도16에 도시된 프레임(114)과 같이 장치 내에서 다른 유형의 구조물과 합체될 수 있다. 단자 스트립(134)은 단자 또는 상술된 컨덕터를 위한 접촉 지점으로 사용되도록 설계된 특징부를 포함한다. 또한, 스트립은 파워 일렉트로닉스 회로 소자와 에너지 저장 및 제어 회로 사이에서 연통된 전도성 요소 및 스트랩을 제공하여, 종래 장치의 DC 버스가 필요하지 않다. 따라서, 도19a에 도시된 바와 같이, 단자(116)는 (도19a에 도시도지 않은) 유출 파워 컨덕터를 위해 제공된다. 단자(116)들은 절연 세퍼레이터(118)에 의한 DC파워를 유입하기 위해 서로에 대해 그리고 컨덕터로부터 분리된다. 단자 스트립(134)의 후방측 상에, 일련의 연결 패드(132)가 후술된 바와 같이 단자 컨덕터와 일체식으로 제공된다.

도19b에 도시된 바와 같이, 단자 스트립의 연결 측부에서, 단자는 도시된 실시예의 유입 DC 파워용 컨덕터와 인터페이스 연결하도록 설계된 소자를 포함한다. 그러나, 컨버터 회로에서와 같이 유입 및 유출 AC 파워용과 같은 다른 파워 유형 및 정격이 제공되는 경우에, 이에 따라서 단자 스트립의 구조가 채택될 수 있다는 것을 유의해야 한다.

도19a 및 도19b에 도시된 단자 스트립은 성형 작동에 의한 제조에 특히 적합하여, 그 자체가 절연 재료로 제조된다. 다양한 컨덕터 및 단자 스트립의 전도성 소자는 절연 재료 내의 제 위치에 성형될 수 있어서, 이후의 설치 및 연결을 위해 재료 내에 용이하게 보유된다. 도시된 바와 같이, 도19b에서, 파워 단자 컨덕터(194)는 단자 스트립을 유출 파워 라인과 인터페이스 연결하는 리드 및 컨덕터에 연결하기 위해 단자 스트립의 절연 재료 내에 매립된다. 추가 단자(196)는 단자 스트립을 유입 파워 컨덕터에 결합시키기 위해 유사한 리드가 제공된다. 도19b에 도시된 실시예에서, 단자(196)는 이하에 설명된 바와 같이 열 지지부의 양측부에 소자를 갖는 인버터 어플리케이션에서의 유입 파워, 통상적으로는 직류 파워의 연결을 허용하는 전도성 스트랩으로서 형성된다. 특히, 에너지 저장 및 제어 회로를 필요로 하는 어플리케이션에서 전도성 경로가 파워 일렉트로닉스 장치와 커패시터 뱅크 사이에 요구될 수 있기 때문에, 도19b의 장치는 이러한 연결부가 DC 버스를요구하지 않으면서 용이하게 이루어지게 한다. 이에 따라, 장치는 조립체 내에 와류 인덕턴스의 범위(incidence)를 감소시킨다는 것을 알았다. 도19b에 도시된 실시예에서, 유사한 전도성 스트랩(198)은 이하에 충분히 설명되는 바와 같이 파워 일렉트로닉스 장치에의 연결을 더 용이하게 하기 위해 단자 스트립의 단부에 제공된다. 성형된 (또는 네트 형상의) 상호 연결부는 열 전도성이지만 전기적 절연성인 재료 또는 요소의 다양한 조합으로 만들어질 수 있다. 이들은 열 전도성 폴리머, 직접 본드 구리, 직접 본드 알루미늄, 세라믹 금속 스프레이된 시스템, 시트 전기 절연체, 유체 냉각 포트 및 통로를 갖는 폴리머 조합 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 단자 스트립(134)에서 컨덕터의 지지 구조체에 열 전도성 폴리머(그러나, 전기 절연성일 수 있음)를 사용함으로써, 컨덕터(116, 198)와 열 지지부(12) 사이의 직접 열 경로는 그들의 컨덕터 및 그들 사이의 상호 연결부를 냉각하는 것을 허용한다. 이는 컨덕터에 주요 냉각 경로를 제공하며, 그들에 연결된 임의의 구성요소 내로의 열 유동을 감소시킨다. 또한, 이는 단자 스트립에 부착된 열 저장 및 제어 회로 소자 패키지뿐만 아니라, 단자 스트립에 부착된 임의의 커넥터 회로 소자의 감소된 가열을 허용한다. 이어서, 감소된 가열은 회로 구성요소의 높은 신뢰성과, 높은 전기 정격을 촉진한다. 장치의 다른 이점은 외부 상호 연결 구성요소 및 회로 소자 상에 응력을 감소시키는 것이다.

도20에 도시된 바와 같이, 도19a 및 도19b의 단자 스트립의 장치는 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130), 에너지 저장 및 제어 회로(38) 및 장치의 단자의 상호 연결을 용이하게 한다. 특히, 도20의 장치는 6개의 장치 부조립체의 열에 배열되는 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)를 제공한다. 통상 인버터 어플리케이션에서, 2개의 이러한 장치 부조립체는 각각의 출력 위상과 합체하여서, 시뮬레이트된 AC 파형의 양 및 음 로브를 제공한다. 도시된 장치에서, DC 단부 패드(200A, 200B)로서 지칭될 수 있는 제1 단부 패드는 단자 스트립의 각 단부에 인접하여 제공된다. 각각의 단부 패드(200A, 200B)는 도19a에 도시된 단자 스트립의 단부에 인접하는 단부 패드(132)에 대응한다. 추가 패드(202A, 202B)는 유입 파워 단자(196)에 대응하는 위치에서 패드(200A, 200B)로부터 이격되어 제공된다(예를 들어, 도19b 참조). 결국, 패드(204A, 204B, 204C)는 유출 파워 단자(194)에 대응하는 위치에 제공된다. 패드(200A, 202B) 및 패드(200B, 202A)는 도20에 도시된 바와 같이 단자 스트립의 단부와 인접하여 패드를 단자(196)와 인접하는 패드에 전기적으로 결합시키도록, 도20에 도시된 바와 같이 상호 연결된다. 그 후, 이들 동일한 상호 연결된 패드는 도20에 개략적으로 도시된 바와 같이 에너지 저장 및 제어 회로 소자(38)의 고측부 및 저측부에 전기적으로 결합된다. 그 후, 장치 부조립체(130)는 와이어 접합 연결부(206)에 의해서와 같이 패드(200A, 200B, 202A, 202B, 204A, 204B, 204C)에 전기적으로 결합된다. 이 와이어 접합은 에너지 저장 및 제어 회로 소자(38)에, 그리고 유출 파워 단자(194)와 합체된 패드에 전기적으로 결합되는 패드 양자에 각각의 장치 부조립체를 효율적으로 결합시킨다는 것을 알 수 있다. 장치 부조립체를 파워 종결부에 접합하는 많은 다른 방법은 본 기술, 예를 들어, 테이프 접합, 금속 브레이드(braid) 저항 용접, 브레이징, 기계적 부착, 적층된 얇은 금속 테이프, 고유 변형 완화를 갖는 납땜되거나 브레이징된 금속스트랩, 기밀 압력 연결부를 갖는 가요성 금속 스트랩 등에서 직시될 수 있다. 그 후, 장치 부조립체의 각 쌍은 유출 파워의 각 위상에 대해 인버터 회로의 일부를 한정한다.

도21은 도20의 상호 연결 장치 및 단자를 통해 성립되는 전기 회로를 개략적으로 도시한다. 도21에 도시된 바와 같이, 제어 회로 소자(36)는 상호 연결부(40)에 의해서와 같이 통상의 인버터 드라이브 어플리케이션에서 드라이버 회로 소자(34)와 상호 연결된다. 인버터 회로 자체를 형성하는 파워 일렉트로닉스 장치로서 전술된 열 지지부의 동일 측부에 장착될 수 있는 드라이버 회로 소자(34)는 추가 와이어 접합(208)에 의해 장치 주조립체(130)와 상호 연결된다. 그 후, 각각의 장치 부조립체(130)는 도19a 및 도19b에 도시된 단자 스트립을 따라 교대 위치에 위치 설정되는 출력 단자(194)에 전기적으로 결합된다. 또한, 장치 부조립체(130)는 유입 파워 단자(196)에 전기적으로 결합되며, 회로 소자(38)는 도19b에 도시된 스트랩(98)에 의해 단자에 유사하게 결합된다. 또한, 도21에 도시된 실시예에서, 센서 회로 소자(112)는 유출 파워 라인들 중 적어도 2개와 합체된다.

전술된 바와 같이, 모듈(10)의 패키징 및 구조는 유입 파워 및 유출 파워가 인터페이스 회로 소자 및 구성요소의 배열에 따라 다양한 방식으로 루트를 정할 수 있도록 배열될 수 있다. 또한, 패키징은 냉각제에 다양한 루팅 배열을 허용할 수 있다. 도22a 내지 도22f는 이러한 루팅 옵션을 위해 예시적인 배열을 도시한다. 도22a에 도시된 바와 같이, 제1 구조(210)는 도8에 도시된 것과 일반적으로 대응한다. 즉, 유입 파워 컨덕터(18)는 유출 파워 컨덕터(20)와 함께 모듈의 에지(28)를따라 제공된다. 유입 냉각제 라인(22)은 유출 냉각제 라인(24)과 함께 에지(28)로부터 오프셋된 인접 에지를 따라 제공된다. 도22b에 도시된 다른 구조(212)에 있어서, 유입 파워 컨덕터(18) 및 유출 파워 컨덕터(20)는 에지(28)를 따라 다시 제공된다. 그러나, 냉각제는 모듈의 저부측(224)을 따라 제공되는 매니폴드(222)를 거쳐 공급되고 복귀된다. 도22c에 도시된 다른 구조(214)에 있어서, 유입 파워 컨덕터(18)는 모듈의 상부측(226)을 통해 진입한다. 유출 파워 컨덕터(20)는 에지(28)를 따라 여전히 제공되며, 냉각제 라인(22, 24)은 에지(30)를 따라 제공된다. 도22d의 다른 구조(228)에 있어서, 유입 파워 라인(18)은 유출 파워 라인(20)과 같이 에지(28)를 통해 진입한다. 그러나, 이 실시예에서, 냉각제는 라인(22)에서 나타낸 바와 같이 모듈의 에지(30)를 통해 진입하며, 라인(24)에서 대향 에지를 따라 모듈로부터 추출된다. 당해 기술 분야의 숙련자가 알 수 있는 바와 같이, 이러한 배열체는 냉각제 유동에 의해 한정되는 모듈을 통해 원하는 온도 기울기를 성립시키고, 조립체 내에 발열 소자를 위치 설정하는 데 유용할 수 있다. 도22e에 도시된 또 다른 구조(218)에 있어서, 모든 라인, 유입 파워(18), 유출 파워(20) 및 냉각제 라인(22, 24)은 에지(28)를 따라 접근된다. 따라서, 도22e의 배열체(218)는 모듈의 단면 또는 플러그 인 장착을 용이하게 할 수 있다. 다른 상호 연결의 다른 일 예에서와 같이, 도22f의 구조(220)는 모듈의 상부측을 따라 유입 파워 라인(18)을 제공한다. 유출 파워 라인(20)은 대향 저부측를 따라 제공된다. 냉각제는 도22f의 라인(22, 24)으로 나타낸 바와 같이 에지(230)와 같은 또 다른 표면을 통해 루트를 정할 수 있다.

전술된 바와 같이, 다양한 커넥터 구조는 모듈에 그리고 모듈로부터 파워 및 냉각제의 루트를 정하는 본 기술에 제공될 수 있다. 도23 및 도24는 모듈에의 플러그 인 연결부를 위한 예시적인 구조를 도시한다. 다중 연결부가 모듈의 일면에 제공되는 도23에 도시된 바와 같이, 게이지형 커넥터가 이용될 수 있다. 따라서, 도23에 도시된 연결 인터페이스(232)는 모듈(10)로부터 연장하는 복수개의 컨덕터를 포함할 수 있다. 도23에서, 커넥터(106, 108)는 대체로 원형이거나 원통형인 형상을 가진다. 물론, 편평 컨덕터, 판형 컨덕터, 경사진 컨덕터 등의 다른 형태가 이용될 수 있다. 도23의 커넥터 인터페이스(232)는 정합 커넥터(236)를 정렬하고 모듈의 하우징을 넘어서 컨덕터의 차폐부를 연장하는 기능을 하는 주연 플랜지(234)에 의해 둘러싸인다. 이에 따라, 플랜지(234)는 원하는 경우에, 하우징의 금속 연장부일 수 있다. 정합 커넥터(236)는 커넥터의 후방벽을 형성하고 인터페이스 소켓(240)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 절연판(238)을 양호하게 포함한다. 정합 커넥터(236)의 하우징(242)은 절연판 및 인터페이스 소켓을 지지하며, 소켓과 리드(246) 사이의 상호연결은 커넥터 내에서 이루어진다. 주연벽(244)은 소켓 주위에 연장할 수 있어서, 소켓을 보호하고 인터페이스(232)의 플랜지(234)와 정렬하고, 일단 만들어지면 소켓 및 연결부에 차폐부를 연장한다.

그 후, 연결부는 화살표(248)로 표시된 바와 같이 정합 커넥터(236)를 인터페이스(232) 내에 간단히 플러그 접속함으로써 모듈에 만들어진다. 당해 기술 분야의 숙련자가 알 수 있는 바와 같이, 다양한 로킹 특성, 고정 특성, 스트랩, 체결구 등은 커넥터가 완전히 고정되어 설치되는 것을 보장하도록 제공될 수 있다. 또한, 센서 또는 스위치 조립체(도시되지 않음)는 연결이 적절히 완료되는지 여부를 감지하도록 커넥터 인터페이스(232) 또는 정합 커넥터(236)에 제공될 수 있다. 이 장치로부터의 피드백 신호는 적절한 상호 연결부가 이루어질 때까지 모듈로의 파워 인가를 방지하거나 제한하도록 제어기에 의해 이용될 수 있다.

컨덕터에 하나 이상의 진입 위치를 적용하는 구조에 있어서, 다중 커넥터는 도24에 도시된 바와 같이 제공될 수 있다. 도24의 배열체는 모듈의 상부면을 따라 2개의 유입 파워 컨덕터(106)와, 도22f에 도시된 바와 같이 저부면을 따라 3개의 유출 파워 컨덕터(108)를 제공한다. 도24에 도시된 바와 같이, 리드(246)로부터 유입 파워 컨덕터와의 제1 연결부는 유입 파워 연결 인터페이스(250)에서 만들어진다. 도시된 실시예에서 유입 파워 커넥터(254)는 이전의 일 예에서와 같이 주연 플랜지(244)를 포함할 수 있으며, 절연판(238)이 리드와 인터페이스 소켓 사이의 연결을 보호한다. 그 후, 커넥터(254)는 유입 파워 커넥터 인터페이스(250) 내로 간단하게 플러그 접속된다. 출력 파워 연결부는 출력 파워 커넥터 인터페이스(252)에 의해 유사한 방식으로 만들어진다. 유사하게, 인터페이스는 주연 플랜지(234)에 의해 둘러싸인다. 주연 플랜지(244)에 의해 유사하게 둘러싸이고 절연판(238)을 갖는 커넥터(256)는 출력 파워 커넥터 인터페이스(252) 내로 연결된다. 다시, 차폐부가 주연 플랜지의 협동에 의해 하나의 또는 양자의 위치에서 제공될 수 있다. 또한, 고정 장치는 커넥터가 적절하게 만들어지는 것을 보장하도록 각 위치에 제공될 수 있다. 이전의 일 예에서와 같이, 센서 또는 스위치는 적절한 연결부가 모듈로의 파워 인가 전에 만들어지는 것을 보장하기 위해 커넥터 양자 내에제공될 수 있다.

전술된 바와 같이, 다양한 다른 구조는 모듈의 특정 외부 패키징뿐만 아니라 스트레이 EMI로부터의 그 차폐부에 대해 직시될 수 있다. 도25 및 도26은 드롭 인(drop-in) 설계를 기초로 하여 예시적인 다른 구조를 도시한다. 도25에 도시된 바와 같이, 인터페이스 판(258)에는 예를 들어, 인터페이스 판의 이면에 직접 만들어진 상호 연결부가 제공될 수 있다. 모듈(10)의 구조는 열 지지부(12)에 대한 제조를 포함하는 전술된 라인에 통상 후속할 수 있다. 냉각제 도관(260)은 열 지지부로 그리고 열 지지부로부터 루트를 정하기 위해 제공될 수 있다. 이 경우에, 냉각제 도관은 인터페이스 판(258)을 통해 직접 루트가 정해질 수 있다. 캐니스터형 하우징(262)(특히 도26 참조)은 모듈을 둘러싸고 지지하고 차폐하도록 인터페이스 판(258)에 연결하여 제공된다. 그 후, 인터페이스 판과의 상호 연결부는 도26에 도시된 바와 같이 게이지형 커넥터(236)에 의해 만들어질 수 있다.

도27a 내지 도27d는 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130) 내에 형성되는 회로에 단자 스트립(134)과의 접촉부를 결합시키는 예시적인 기술을 도시한다. 도27의 예시적인 실시예에서, 스탬핑되거나 유사한 접촉 부재(266)는 납땜되거나, 장치 부조립체(130)에 달리 접합되며, 단자 스트립(148)으로 연장한다. 연결 소자(166)는 장치 부조립체(130)에, 그리고 단자 스트립(134)에 납땜되거나, 용접되거나, 브레이징되거나, 레이저 또는 E-빔 용접되거나, 전도성으로 접착되어 접합되거나, 다른 방식으로 전기적으로 결합될 수 있다. 변형 완화는 전류 전송을 위해 최적 섹션을 제공하도록 스탬핑되거나, 주조되거나, 절삭되거나, 성형된 이 유형의전도성 소자 내에 형성될 수 있다. 도27b에 도시된 변경예에서, 일반적으로 도면 부호 268로 표시되는 금속 적층체, 소성 금속 테이프, 다중 테이프, 전기 브레이드, 리본 등은 장치 부조립체(130)에 형성되는 회로와 단자 스트립(134) 사이에서 유사하게 연장한다. 전기 접촉부는 파워 조립체 기밀 압력 접촉 구조물에 의해 제공될 수 있다. 원하는 경우, 이러한 테이프, 리본 또는 브레이드의 개별 소자는 저항 용접에 의해서와 같이 그 전체 길이 또는 일부를 통해 결합될 수 있다. 도27c에 도시된 다른 변경예에서, 개별 접촉 부재(270, 272)는 단자 스트립(134) 및 장치 부조립체(130)에 제공되며, 모듈의 조립 중에 서로 결합된다. 각각의 접촉 부재는 스탬핑하거나 주조하고, 장치 부조립체 및 단자 스트립에 접촉 부재를 전기적으로 그리고 기계적으로 접합하거나 달리 고정함으로써 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 결국, 도27d에 도시된 바와 같이, 장치 부조립체 자체의 열 전도층의 연장부(274)는 단자 스트립(134)에 연결하기 위해 제공될 수 있다. 예를 들면, 직접 본드 구리 또는 직접 본드 알루미늄을 이용하는 모듈에서, 컨덕터는 출력 단자로부터 단자 스트립으로 연장될 수 있다. 응력 완화는 원하는 경우에 장치 부조립체의 전도층의 선택적인 패터닝뿐만 아니라, 전술된 배열체에서와 같이 제공될 수 있다.

도28a 내지 도28d는 대체 단자 및 단자 조립체 냉각 장치를 도시한다. 전술한 바와 같이, 유입 및 유출 전류 모두는 단자 스트립(134)을 관통할 수 있다. 사용 시에, 단자 스트립의 가열이 발생할 수 있고, 도28a 내지 도28d에 도시된 장치와 같은 임의의 적절한 장치를 통해 추출될 수 있다. 도28a에서 도시된 제1 예시적 장치에서, 단자 스트립은 단자 스트립 이전에 기술된 다양한 전도성 요소를 둘러싸고 지지하는, 열 전도성이며 전기적 절연 재료로 제조될 수 있는 일 이상의 섹션(276, 278)을 포함한다. 이러한 재료의 예들은 세라믹 충전된 열가소성 물질 또는 액정 폴리머를 포함할 수 있다.

도28b에서 도시된 장치에서, 매니폴드(280)는 전술한 바와 같이 열 지지부(12) 내에 형성된 냉각제 통로와의 상호연결에 의해서와 같이, 냉각제를 수용하도록 형성된다. 매니폴드는 냉각 목적을 위해 단자 스트립으로부터 또는 단자 스트립 안으로 냉각제를 유도하는 채널(282)을 공급하는 작용을 한다. 도28c의 장치에서, 단자 및 단자 지지부(12) 사이에서 접촉하는 표면적을 추가하는 단자 연장부(284)가 제공된다. 단자 연장부(284)는 단자 스트립(134) 내에서 형성된 홈(286) 또는 대응하고 유사하게 형성된 리세스와 접속하도록 설계된다. 본 분야의 숙련자는 알 수 명백한 바와 같이, 연장부 및 리세스의 임의의 적절한 외형 및 단면이 제공될 수 있다. 유사하게, 도28d에 도시된 바와 같이, 연장부(288)는 단자 스트립(134) 내에 형성될 수 있고, 단자 지지부(12)의 일부 내에 형성된 대응 홈 또는 리세스(290)와 접속하도록 설계될 수 있다.

도29a 및 도29b는 전술한 다양한 연결부 형상에서 유용한 단자 플러그 및 연결부의 대체 형상을 나타낸다. 도29a에 도시된 바와 같이, 하우징(94)은 컨덕터(108)를 둘러싸도록 설계되는 반면, 컨덕터(108)는 커넥터가 제조되었을 때 리드 컨덕터(246)를 수납한다. 하우징(242)은 정합 커넥터(236) 상에 제공되고, 적어도 부분적으로 리드 컨덕터(246)를 둘러싼다. 전기적 절연체(292)는 컨덕터(108) 주위의 하우징(94) 내에 제공된다. 와이어 실드 및 접지부(294)는 하우징(242) 내에 제공되는 반면, 절연 부재(295)는 연결부(294) 및 리드 컨덕터(246) 사이에 제공된다. 결과적 조립체는 커넥터 및 모듈 사이의 실드의 연속성 및 EMI 실드의 제공뿐만 아니라, 모듈의 컨덕터 및 정합 커넥터의 양호한 전기적 연결을 제공한다. 도29b는 유사한 장치를 나타내지만, 전도성 리셉터클 쉘(298)이 커넥터 하우징(242)의 플랜지(244)와 접속하도록 형성된다.

도30a 내지 도30c는 전술한 형식의 모듈에서 사용되기 위한 열 교환 형태 및 대체 전원 장치 기판 장착을 도시한다. 도30a의 실시예에서, 열 에너지를 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)로부터 인터페이스 판(148)을 통해 전송하기 위해 인터페이스(300)가 제공된다. 도30b에 도시된 바와 같이, 2 이상의 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)를 공통의 열 지지부(12)에 설치하기 위해 다양한 장치가 제공될 수 있다. 예컨대, 지지부를 통해 냉각 유체를 운반하기 위한 채널(152)을 포함하는, 이러한 2 이상의 장치는 도30b에 도시되어 있다. 예시적 형태에서, 핀(160)은 인터페이스 판(148)으로부터 연장하고 채널들(152) 중 하나를 통해 유동하는 유체에 의해 냉각된다. 도30b에 도시된 형태에서, 열 소산 요소(174)는 유사하게 열을 제거하기 위해 채널 내에 배치된다. 판(148)은 납땜, 브레이징, 용접 또는 적절한 밀봉을 제공하는 접착제 및 가스켓과 같은 임의의 적절한 방법으로 부착될 수 있다. 지지부에 의해 한정되는 열 교환 베이스 모듈은 임의의 전도성 금속 또는 중합체로 제조될 수 있고, 또는 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱, 에폭시 주조 구조 등과 같은 다양한 비전도성 재료로 제조될 수 있다. 도30b에 도시된바와 같이, 인터페이스 판과 열 지지부(12) 사이의 밀봉을 향상시키기 위해 삽입 성형된 주조 플랜지(302)가 제공될 수 있다. 이러한 밀봉 플랜지는 주입, 압축, 캐스팅, 진공 캐스팅, 접착 부착 등과 같은 임의의 적절한 공정으로 제공될 수 있다. 이러한 목적을 위해 열 지지부에 제공된 구멍에 대해 밀봉하기 위한 에지, 플랜지 또는 립에서와 같이, 플랜지는 성형 중에 또는 열 베이스로의 제2 단계로서 접착될 수 있다. 도30c에 도시된 바와 같이, 특별히 부착된 인터페이스 표면(304)은 장치 부조립체 및 인터페이스 판 조립체를 수납하기 위해 제공될 수 있다. 제공된 곳에서, 핀(160) 또는 유사한 열 소산 요소는 열 지지부 내에서 특별히 제공된 개구(306)를 통해 연장할 수 있다. 다시, 밀봉 소자(162)는 열 지지부에 대해 밀봉하기 위해 인터페이스 판 주위에 제공될 수 있다.

도31a 및 도31b는 전술한 형식의 모듈에서 사용되기 위한 낮은 인덕턴스 실드 및 접지 장치를 위한 예시적 형태를 나타낸다. 도31a에 도시된 장치에서, 열 지지부(12)는 전술한 바와 같은 부분적 주연부 플랜지(126)를 포함한다. 금속 실딩을 위한 낮은 인덕턴스 경로(310, 312, 314)가 형성될 수 있는데, 경로(310)는 열 지지부에 끼워맞춤되도록 설계된 커버(308) 상에 제공된다. 접지 경로는 금속화된 중합체와 같은 임의의 적절한 금속으로 제조될 수 있거나, 기술되는 바와 같은 특별한 지점에서 중합체 재료로 성형되는 금속 또는 다른 전도성 소자를 포함할 수 있다. 경로는 캐스팅의 금속 섹션은 본질적으로 박화하고 낮은 인덕턴스를 위한 접촉 영역을 형성하여 한정될 수 있다. 또한, 경로는 고주파 파워 접지 접촉부를 제공하기 위해 특별히 형성될 수 있고, 경로는 스위치 기판에 인접한 영역으로가져올 수 있다. 고주파 케이퍼블 컨덕션 경로 사이에 연결부를 한정하는 적층식 버스 섹션(311)이 제공될 수 있다. 접착 테브(313)는 버스 및 장치 기판 사이에 연결부를 제공한다. 이러한 실드 접근을 이용하여, 전체적 모듈의 쉘 또는 하우징은 금속, (열가소성 물질을 포함하는) 플라스틱, 또는 임의의 다른 적절한 금속 또는 재료들의 조합물로 제조될 수 있다.

도31b는 도31a에 도시된 형식의 예시적 장치 내에 배치된 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)를 나타낸다. EMI 실드 판 역할을 하는 커버(308)는 도시된 실시예에서 조합된 게이트 드라이버 회로 소자 및 제어판 회로소자를 구성하는 부조립체 위에 놓인다. 기계적 연결부 및 전기적 경로는 커버를 지지부(12)에 고정하기 위해 사용되는 체결구에 의해 한정된다.

도32a, 도32b 및 도33은 배면판 형태로 수용된 장치에서 플러그-인 모듈을 위한 대체 예시 형태를 도시한다. 도32a에 도시된 바와 같이, 모듈은 열 지지부(12)를 포함하고, 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130)는 평행한 배면판 컨덕터(322)에 전기적으로 결합된 컨덕터(108)를 갖는 열 스트립(134)에 결합된다. 배면판 컨덕터는 일단 배면판에 플러그되거나 결합되면 모듈로 또는 모듈로부터 파워 루트를 정할 수 있다. 도32a에서 배면판(318)은 냉각 흐름에 연결부를 제공할 수 있다. 도32a에 도시된 실시예에서, 예컨대, 냉각제 배면판 연결 어댑터(326)는 배면판에 제공된 냉각제 공급 라인(324)을 갖는 열 지지부의 입력 및 출력 포트를 접속시키는 역할을 한다. 다음으로, 개별 모듈은 배면판에 플러그되고 보다 큰 시스템에서 독립 또는 연합 작동을 위해 연결된다. 이러한 배면판 형태를 위한 모듈러유닛의 예시적인 물리적 구현예는 도25에 도시된 장치에 기초하여 도32b에 도시되어 있다. 삽입 및 제거를 용이하게 하기 위해 패키지 상에 손잡이가 제공되는 한편, 외부 회로 소자로의 모든 필요한 상호연결을 완료하기 위해 단일 측부 상에 연결부가 제공된다. 또한, 밀봉된 냉각제 도관은 배면판의 냉각제 공급 라인에 상호 연결되도록 제공될 수 있다. 연결부는 설치 또는 제거 중에 다른 연결부 전후에서 임의의 연결부를 만들고 해제하는 것을 보장하도록 상이한 길이로 연장되거나 다른 방식으로 설계될 수 있다. 이것은 울트라-패스트 턴오프(ultra-fast turnoff) 및 울트라-패스트 "크로우바"(ultra-fast "crowbar") 기능을 포함하지만, 그것에 제한되지는 않는다.

도33에 도시된 실시예에서, 이러한 3개의 모듈이 유사한 장치에 제공되고 배면판 컨덕터(322) 및 냉각제 공급 라인(324)에 유사하게 연결된다. 그러나, 도33에 도시된 바와 같이, 냉각제가 배면판에 장착된 다양한 모듈에서 용이하게 직렬 또는 병렬 유동하도록, 모듈들(330) 사이에 유체 연결부가 제공될 수 있다.

전술한 바와 같은 형식의 모듈에서 열 제어를 향상시키기 위해, 다양한 유체 유동 제어가 도34에 도시된 바와 같이 구조에 합체될 수 있다. 유동 제어 시스템(332)은 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체(130) 주위의 다양한 지점에서 그리고 시스템 내의 다른 지점에서 국지적 온도를 탐지한다. 입력 라인(336)은 온도를 나타내는 신호를 유동 제어 회로(338)에 공급한다. 유동 제어 회로(338)는 출력 라인(342)을 통해 유동 제어 회로로 연결된 유동 제어 밸브(340)를 통해 모듈로의 냉각제 및 모듈로부터의 냉각제 유동을 제어한다. 따라서, 냉각제 유동을 최적화하고열 싸이클링에서의 변동을 최소화하여, 장치 부조립체(130) 내의 파워 일렉트로닉스 부품의 수명을 향상하도록, 모듈 내에 폐쇄 루프 온도 제어가 제공될 수 있다.

알 수 있는 바와 같이, 전술한 다양한 형태로부터 이득이 될 수 있는 광범위한 회로가 수용될 수 있다. 특히, 전술한 바와 같이, 다양한 형식의 컨버터 회로가 열 지지부 상에서 지지되고, 연결되고, 냉각되고, 차폐될 수 있다. 도35a 내지 도35c는 AC-AC 컨버터, 전력 소스 컨버터, 동시 정류기 및 유사한 토폴로지를 한정할 수 있는 예시적 형태를 도시한다. 도35a에서, 장치 부조립체(130)는 일련의 고체 상태 스위치와 하프 브릿지로 직류 전원에 결합된 다이오드를 포함한다. 개별 부조립체(130)는 도35b에 도시되고 전술한 바와 같이 열 지지부(120) 상에 장착된다. 전기적으로, 부조립체(130)는 도35c에 도시된 바와 같이, 제어된 AC 출력 신호를 생성하기 위해 회로에 연결될 수 있다.

전술한 바와 같이, 전술된 장치에 수용될 수 있는 다른 형식의 회로는 AC-AC 컨버터, 즉 도36a 내지 도36c에 도시된 형식의 매트릭스 스위치 토폴로지이다. 도시된 바와 같이, 이러한 토폴로지에서, 각각의 장치 부조립체는 교류 전력 전원에 결합된 다이오드 세트와 한 쌍의 스위치를 포함한다. 도36b는 전술한 바와 같이 열 지지부(12)에 장착된 이러한 부조립체의 3상 구현예를 도시한다. 입력 버스 및 출력 버스는 입력 및 출력 파워 신호의 루트를 정하는 부조립체에 결합된다. 도36c에 도시된 바와 같이, 3상 구현예에서, 위상(phase) 입력 및 출력은 원하는 파워 출력을 생성하기 위해 부조립체에 전기적으로 결합된다.

여기서 특정한 3상 토폴로지가 논의되었지만, 현재 기술은 단상 및 다른 장치에까지 미친다는 것을 알아야 한다. 이러한 장치는 중파 납땜 적용예를 수용할 수 있다. 이러한 적용예는 열 지지부 상에 배치된 특정한 커패시터보다 고주파 변압기를 합체할 수 있다. 지지부에서 지지되고 열적으로 서비스되는 회로 소자는 적용-특정(application-specific) 설계에서 다소간 모듈이 될 수 있다.

도37은 이러한 적용예를 위한 예시적 회로를 도시하는데, 각각의 경우는 중파 납땜 구현예이다. 본 기술 분야의 숙련자는 알 수 있는 바와 같이, 이러한 적용예에서, 회로(130)는 고체 상태의 스위치 및 다이오드 쌍을 포함한다. 회로는 변압기의 매개체에 의해 파워 소스를 통해 결합된다. 추가적 변압기가 납땜 헤드로 출력을 위해 제공된다. 전술한 예에서, 회로 및 에너지 저장과 변압 회로 소자는 모두 전술한 열 지지부 및 관련 기술에 의해 지지되고 냉각될 수 있다.

도38a 및 도38b는 냉각이 열 지지부 자체로부터 제거되는 위치에 제공될 수 있는 또 다른 구성을 나타낸다. 도38a에 도시된 바와 같이, 열 지지부(12)는 상술된 바와 같이 주연 플랜지(126) 내에서 회로 소자를 지지한다. 회로 소자는 전술된 바와 같이 열 지지부(12)의 양 측부에 장착될 수 있다. 또한, 커버(308)는 상술된 바와 같이 예컨대, EMI 실드를 제공하기 위해 제공된다. 도38a에 도시된 실시예에서, 회로 기판은 다른 회로 소자가 장착된 주 공동(primary cavity) 외측에 장착된다. 도시된 실시예에서, 회로 기판은 제어 회로 기판(36)을 포함한다. 제어 회로 기판(36)과 같은 소정의 회로 소자의 냉각 요구 조건은 다른 회로 소자의 요구 조건 보다 덜 엄격하기 때문에, 이러한 구성 요소가 열 지지부(12)로부터 멀리 장착될 수 있다. 하지만, 그럼에도 불구하고 도38a에 도시되었으며 일반적으로도면 부호 344로 나타내어진 열 파이프 유형과 같은 이러한 회로 소자에 대한 추가적인 냉각이 제공된다. 본 기술 분야의 숙련자들에게 이해되는 바와 같이, 이러한 열 파이프는 통상 냉각제 흐름의 입력 및/또는 출력과 접촉하도록 연장된 열 전도성 재료를 포함한다. 그 후, 열 파이프(344)를 따르는 열의 전도는 기판(36)상에 장착된 회로 소자로부터 열 제거를 가능하게 한다. 도38b는 동일 배열 후속 조립체를 도시한다. 적절한 점퍼(jumper) 케이블(346)이 신호와 파워를 회로 기판(36)으로부터 그리고 회로 기판으로부터 채널링하기 위해 제공될 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예가 예시적인 방법으로 여기서 상세히 기술되고 도면에서 도시되었지만, 다양한 변형예 및 개조예가 이루어 질 수 있다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정예에 제한되는 의도는 아니라는 것을 알아야 한다. 그보다는, 본 발명은 후속하는 첨부 청구항에 의해 한정되는 본 발명의 사상 및 범주 내에 있는 변형예, 등가물, 및 개조예를 모두 포함하는 것이다.

Claims

열 추출용 냉각제 흐름을 수용하여 순환시키도록 구성된 열 지지부와,

열 지지부상에 직접 고정된 적어도 2개의 파워 일렉트로닉스 회로를 포함하며,

파워 일렉트로닉스 회로는 제어된 출력 파워를 출력하기 위한 스위칭 회로, 및 스위칭 회로의 작동을 가능케 하기 위한 제2 회로를 포함하며, 파워 일렉트로닉스 회로는 작동 중 열 지지부를 통해 냉각제 흐름에 의해 적어도 부분적으로 추출된 열을 발생시키는 모듈식 파워 컨버터.
제1항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로 중 적어도 하나는 지지부에 고정된 적어도 하나의 기판에 결합되는 모듈식 파워 컨버터.
제1항에 있어서, 열 지지부는 단일편 지지부인 모듈식 파워 컨버터.
제1항에 있어서, 열 지지부는 다중편 지지부인 모듈식 파워 컨버터.
제1항에 있어서, 열 지지부는 추가의 회로 소자를 지지 및 냉각시키기 위한 적어도 하나의 연장부를 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
제1항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로는 단향성 파워 컨버터를 형성하는 모듈식 파워 컨버터.
제1항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로는 양방향성 파워 컨버터를 형성하는 모듈식 파워 컨버터.
제1항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로 중 하나는 지지부의 제1 측면에 고정되며, 파워 일렉트로닉스 회로 중 다른 하나는 제1 측면에 대향된 지지부의 제2 측면에 고정된 모듈식 파워 컨버터.
제1항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로는 지지부의 제1 측면에 고정되며, 제2 회로는 지지부의 제2 측면에 고정된 모듈식 파워 컨버터.
제9항에 있어서, 제1 측면은 제2 측면에 대향된 모듈식 파워 컨버터.
제1항에 있어서, 지지부 상에 배치된 필터링 회로 소자를 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
제1항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로에 유입 파워를 인가하고 그로부터 유출 제어 파워를 유도하기 위한 라인 및 부하 컨덕터를 더 포함하며, 라인 및 부하 컨덕터는 지지부의 제1 측면 상에 배치되는 모듈식 파워 컨버터.
제12항에 있어서, 냉각제 흐름용 입구 및 출구 포트를 더 포함하며, 입구 및 출구 포트는 제1 측면과 다른 지지부의 측면 상에 배치된 모듈식 파워 컨버터.
제13항에 있어서, 입구 및 출구 포트는 지지부의 동일 측면 상에 배치된 모듈식 파워 컨버터.
부하에 3상 제어 주파수 AC 파워 신호를 제공하기 위한 모듈식 파워 컨버터이며,

냉각제 흐름을 수용하여 순환시키도록 구성된 열 지지부와,

제어 회로와,

열 지지부에 의해 지지되고 제어 회로로부터 제어 신호를 수신하도록 제어 회로에 결합된 드라이버 회로와,

제어 주파수 출력 파워를 출력하기 위한 드라이브 신호를 수신하도록 드라이버 회로에 결합된 파워 컨버터 회로로서, 인버터 회로가 드라이브 신호에 기초하여 AC 파워 신호에 입력 파워를 컨버팅하기 위해 기판에 결합된 복수의 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체를 포함하는 상기 파워 컨버터 회로와,

파워 컨버터 회로에 결합된 커패시터 회로를 포함하며,

적어도 인버터 회로의 기판은 열 지지부상에 지지되며, 파워 컨버터 회로의작동 중 파워일렉트로닉스 장치 부조립체로부터 열을 추출하는 모듈식 파워 컨버터.
제15항에 있어서, 파워 컨버터 회로는 DC 입력 파워를 수용하도록 구성된 모듈식 파워 컨버터.
제15항에 있어서, 파워 컨버터는 AC 입력 파워를 수용하도록 구성된 모듈식 파워 컨버터.
제15항에 있어서, 장치 부조립체는 단일 기판에 결합된 모듈식 파워 컨버터.
제15항에 있어서, 장치 부조립체는 복수의 기판에 결합된 모듈식 파워 컨버터.
제19항에 있어서, 기판은 지지부의 상이한 측면들 상에 배치된 모듈식 파워 컨버터.
제20항에 있어서, 상이한 측면들은 서로 상호 대향된 모듈식 파워 컨버터.
제15항에 있어서, 지지부는 회로 중 적어도 2개를 냉각시키는 모듈식 파워컨버터.
제22항에 있어서, 지지부는 커패시터 회로를 냉각시키는 모듈식 파워 컨버터.
제23항에 있어서, 커패시터 회로는 기판이 지지되는 측면에 대향된 지지부의 측면 상에 지지되는 모듈식 파워 컨버터.
부하에 3상 제어 주파수 AC 파워 신호를 제공하는 모듈식 파워 컨버터이며,

제1 및 제2 측면을 포함하고, 냉각제 흐름을 수용하여 순환시키도록 구성된 열 지지부와,

제어 주파수 출력 파워를 출력하고, 적어도 하나의 기판에 결합된 복수의 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체를 포함하는 파워 컨버터 회로와,

컨버터 회로에 결합된 에너지 저장 회로를 포함하며,

컨버터 회로의 기판은 열 지지부의 제1 측면 상에 지지되고, 에너지 저장 회로는 열 지지부의 제2 측면 상에 지지되어, 냉각제 흐름이 파워 컨버터 회로의 작동 중 기판 및 에너지 저장 회로로부터 열을 추출하는 모듈식 파워 컨버터.
제25항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로는 기판에 결합된 모듈식 파워 컨버터.
제25항에 있어서, 열 지지부는 단일편 지지부인 모듈식 파워 컨버터.
제25항에 있어서, 열 지지부는 다중편 지지부인 모듈식 파워 컨버터.
제25항에 있어서, 열 지지부는 회로 소자를 지지 및 냉각시키기 위한 적어도 하나의 연장부를 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
제25항에 있어서, 장치 부조립체는 단일 기판에 결합된 모듈식 파워 컨버터.
제25항에 있어서, 장치 부조립체는 복수의 기판에 결합된 모듈식 파워 컨버터.
제25항에 있어서, 기판 중 적어도 하나는 제1 측면과 다른 지지부의 측면 상에 배치된 모듈식 파워 컨버터.
부하에 3상 제어 주파수 AC 파워 신호를 제공하는 모듈식 파워 컨버터이며,

제1 및 제2 측면을 포함하고, 냉각제 흐름을 수용하여 순환시키도록 구성된 열 지지부와,

제어 주파수 출력 파워를 출력하고, 적어도 하나의 제1 기판에 고정된 복수의 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체를 포함하는 제1 파워 컨버터 회로와,

제어 주파수 출력 파워를 출력하고, 제2 기판에 고정된 복수의 파워 일렉트로닉스 장치 부조립체를 포함하는 제2 파워 컨버터 회로를 포함하며,

상기 적어도 하나의 제1 기판은 열 지지부의 제1 측면 상에 지지되고, 상기 적어도 하나의 제2 기판은 열 지지부의 제2 측면 상에 지지되며, 이로써 냉각제 흐름이 컨버터의 작동 중 제1 및 제2 기판으로부터 열을 추출하는 모듈식 파워 컨버터.
제33항에 있어서, 장치 부조립체는 자체의 각 기판에 결합되는 모듈식 파워 컨버터.
제33항에 있어서, 제1 및 제2 컨버터 회로 중 적어도 하나에 결합되고, 작동 중 열 지지부에 의해 냉각되는 에너지 저장 회로를 더 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
제33항에 있어서, 에너지 저장 회로는 제1 및 제2 컨버터 회로 모두에 결합되는 모듈식 파워 컨버터.
제33항에 있어서, 각 컨버터 회로의 장치 부조립체는 단일의 기판에 결합되는 모듈식 파워 컨버터.
제33항에 있어서, 각 컨버터 회로의 장치 부조립체는 복수의 기판에 결합되는 모듈식 파워 컨버터.
제33항에 있어서, 제2 측면은 제1 측면에 대해 상호 대향된 모듈식 파워 컨버터.
유입 파워를 제어 유출 파워로 컨버팅하도록 구성된 고체 상태 스위치를 포함하는 제어 파워 일렉트로닉스 회로와,

고체 상태 스위치의 작동을 제어하기 위해 파워 일렉트로닉스 회로에 결합된 드라이버 회로와,

파워 일렉트로닉스 회로 및 드라이버 회로가 직접 고정되어 있으며, 냉각 유체용 입구 및 출구 포트와, 냉각 유체 유동을 파워 일렉트로닉스 회로 및 드라이버 회로에 인접하게 유도하여 그로부터 열을 제거하는 내부 유체 도관을 포함하는 유체 냉각 지지부를 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
제40항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로는 인버터를 형성하는 모듈식 파워 컨버터.
제40항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로는 매트릭스 컨버터를 형성하는 모듈식 파워 컨버터.
제40항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로는 지지부의 제1 측면에 고정되며, 드라이버 회로는 지지부의 제2 측면에 고정되는 모듈식 파워 컨버터.
제43항에 있어서, 제1 측면은 제2 측면에 대향되는 모듈식 파워 컨버터.
제40항에 있어서, 고체 상태 스위치의 제1 세트를 포함하는 파워 일렉트로닉스 회로의 제1 부분은 지지부의 제1 측면에 고정되며, 고체 상태 스위치의 제2 세트를 포함하는 파워 일렉트로닉스 회로의 제2 부분은 제1 측면에 대향되는 지지부의 제2 측면에 고정되는 모듈식 파워 컨버터.
제40항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로에 유입 파워를 인가하고 그로부터 유출 제어 파워를 유도하기 위한 라인 및 부하 컨덕터를 더 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
제46항에 있어서, 라인 및 부하 컨덕터는 지지부의 동일 측면 상에 배치되는 모듈식 파워 컨버터.
제47항에 있어서, 입구 및 출구 포트는 지지부의 상이한 측면에 배치되는 모듈식 파워 컨버터.
제48항에 있어서, 입구 및 출구 포트는 지지부의 동일 측면 상에 배치되는 모듈식 파워 컨버터.
유입 파워를 제어 유출 파워로 컨버팅하도록 구성된 고체 상태 스위치를 포함하는 제어 파워 일렉트로닉스 회로와,

고체 상태 스위치의 작동을 위해 파워 일렉트로닉스 회로에 결합된 적어도 하나의 추가의 회로와,

파워 일렉트로닉스 회로 및 적어도 하나의 추가의 회로가 직접 고정되어 있는 유체 냉각 지지부로서, 냉각 유체용 입구 및 출구 포트와, 냉각 유체 유동을 파워 일렉트로닉스 회로 및 적어도 하나의 추가의 회로에 인접하게 유도하여 그로부터 열을 제거하는 내부 유체 도관을 포함하며, 파워 일렉트로닉스 회로의 적어도 일 부분은 지지부의 제1 측면에 고정되고 적어도 하나의 추가의 회로의 적어도 일 부분은 제1 측면에 대향하는 지지부의 제2 측면에 고정되는 유체 냉각 지지부를 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
제50항에 있어서, 적어도 하나의 추가의 회로는 고체 상태 스위치의 스위칭을 제어하기 위한 드라이버 회로를 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
제50항에 있어서, 적어도 하나의 추가의 회로는 커패시터 회로를 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
제50항에 있어서, 적어도 하나의 추가의 회로는 에너지 저장 회로를 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
제50항에 있어서, 파워 일렉트로닉스 회로에 결합되고, 고체 상태 스위치의 작동용 제어 신호를 발생시키도록 구성되며, 작동 중 지지부에 의해 냉각되는 제어 회로를 더 포함하는 모듈식 파워 컨버터.
유입 파워를 제어 유출 파워로 컨버팅하도록 구성된 고체 상태 스위치를 포함하는 복수의 파워 일렉트로닉스 회로와,

파워 일렉트로닉스 회로가 직접 고정되어 있고, 냉각 유체용 입구 및 출구 포트와, 냉각 유체 유동을 파워 일렉트로닉스 회로에 인접하게 유도하여 그로부터 열을 제거하는 내부 유체 도관을 포함하는 유체 냉각 지지부를 포함하며,

복수의 파워 일렉트로닉스 회로는 지지부의 복수의 측면에 고정되는 모듈식 파워 컨버터.
제55항에 있어서, 복수의 측면은 상호 대향된 측면인 모듈식 파워 컨버터.