KR20230040954A - compact inverter system - Google Patents
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Abstract
콤팩트 인버터 시스템은 버스 바를 포함한다. 버스 바는 DC 전압 공급부의 포지티브 단자로의 연결을 위한 단자를 포함한다. 콤팩트 인버터는 또한, 열 싱크, 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 포함한다. 제1 트랜지스터는 제1 단자 및 제2 단자 ― 제1 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신됨 ―, 및 제1 트랜지스터를 제어하는 제1 게이트 단자를 갖는다. 제1 트랜지스터의 제1 단자는 버스 바에 열적으로 그리고 전기적으로 연결된다. 제2 트랜지스터는 제1 단자 및 제2 단자 ― 제2 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신됨 ―, 및 제2 트랜지스터를 제어하는 제2 게이트 단자를 갖는다. 제2 트랜지스터의 제1 단자는 열 싱크에 열적으로 그리고 전기적으로 연결된다. 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터는 버스 바와 열 싱크 사이에 포지셔닝된다. 제1 트랜지스터는 제2 트랜지스터와 버스 바 사이에 포지셔닝된다. 제2 트랜지스터는 제1 트랜지스터와 열 싱크 사이에 포지셔닝된다.A compact inverter system includes a bus bar. The bus bar includes a terminal for connection to the positive terminal of the DC voltage supply. The compact inverter also includes a heat sink, a first transistor and a second transistor. The first transistor has a first terminal and a second terminal, between which a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the first transistor is activated, and a first gate terminal that controls the first transistor. A first terminal of the first transistor is thermally and electrically coupled to the bus bar. The second transistor has a first terminal and a second terminal, between which a current is transmitted when the second transistor is activated, and a second gate terminal that controls the second transistor. A first terminal of the second transistor is thermally and electrically connected to the heat sink. A first transistor and a second transistor are positioned between the bus bar and the heat sink. A first transistor is positioned between the second transistor and the bus bar. A second transistor is positioned between the first transistor and the heat sink.
Description
[0001] 전기 모터들(예를 들어, 유도 모터들)은 산업 팬(fan)들, 펌프들, 전기 차량(vehicle)들 등에서 사용된다. 유도 모터는 교류(AC: alternating current) 전기 모터이며, 여기서, 토크(torque)를 생성하는 데 필요한 회전자에서의 전류는 고정자 권선의 자기장으로부터 전자기 유도에 의해 획득된다. 전기 차량들에서, 전기 차량을 추진시키는 샤프트에 토크가 인가된다.[0001] Electric motors (eg, induction motors) are used in industrial fans, pumps, electric vehicles, and the like. An induction motor is an alternating current (AC) electric motor in which the current in the rotor required to produce torque is obtained by electromagnetic induction from the magnetic field of the stator windings. In electric vehicles, torque is applied to a shaft that propels the electric vehicle.
[0002] 마이크로제어기들 또는 다른 데이터 프로세싱 디바이스들(예를 들어, 시스템 온 칩(system on a chip))은 전력 인버터 시스템들을 통해 전기 모터들을 제어한다. 본질적으로, 전력 인버터 시스템은 배터리, 연료 셀 또는 다른 소스로부터의 직류(DC: direct current) 전력을 AC 전력으로 변화시킨다. 전력 인버터 시스템은 AC 전력을 DC 전력으로 변화시키도록 역(reverse)으로 동작될 수 있다. 전력 인버터 시스템은 1 개, 3 개, 6 개, 9 개, 또는 그 초과의 위상들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 전력 인버터 시스템의 각각의 위상은 적어도 하나의 "로우-사이드(low-side)" 스위치에 연결된 적어도 하나의 "하이-사이드(high-side)" 스위치를 포함한다. 한 쌍의 연결된 하이-사이드 및 로우-사이드 스위치들은 "하프 브리지(half bridge)"로 불린다.[0002] Microcontrollers or other data processing devices (eg, system on a chip) control the electric motors through power inverter systems. Essentially, a power inverter system converts direct current (DC) power from a battery, fuel cell or other source into AC power. The power inverter system can be operated in reverse to change AC power to DC power. A power inverter system may include one, three, six, nine, or more phases. Typically, each phase of the power inverter system includes at least one “high-side” switch coupled to at least one “low-side” switch. A pair of connected high-side and low-side switches is called a "half bridge".
[0003] 본 개시내용은 EV들의 전기 모터들을 위해 DC 전력을 AC 전력으로 변환하기 위한 3상 전력 인버터 시스템들을 참조하여 설명될 것이며, 본 개시내용이 이에 제한되지 않아야 한다는 것이 이해된다.[0003] The present disclosure will be described with reference to three-phase power inverter systems for converting DC power to AC power for electric motors of EVs, and it is understood that the present disclosure should not be limited thereto.
[0004]
첨부 도면들을 참조함으로써, 본 기술이 더 잘 이해될 수 있고, 본 기술의 많은 목적들, 특징들 및 이점들이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백해질 수 있다.
[0005]
도 1a는 예시적인 3상 전력 인버터의 관련 컴포넌트들을 예시한다.
[0006]
도 1b는 도 1a의 3상 전력 인버터에서 이용되는 게이트 제어 신호들을 도시하는 예시적인 타이밍 다이어그램을 예시한다.
[0007]
도 2aa 및 도 2ab는 예시적인 패키징된 스위치의 등각도 및 역 등각도이다.
[0008]
도 2ba 및 도 2bb는 예시적인 패키징된 하프 브리지의 등각도 및 역 등각도이다.
[0009]
도 3aa는, 위에서 볼 때 도 2aa 및 도 2ab에 도시된 패키징된 스위치의 예의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0010]
도 3ab는, 옆에서 볼 때 도 2aa 및 도 2ab에 도시된 패키징된 스위치의 예의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0011]
도 3ac는, 뒤에서 볼 때 도 2aa 및 도 2ab에 도시된 패키징된 스위치의 예의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0012]
도 3ad는 예시적인 스위치 제어기의 관련 컴포넌트들을 예시하는 개략도이다.
[0013]
도 3ae 및 도 3af는 예시적인 스위치들의 관련 컴포넌트들을 예시하는 개략도들이다.
[0014]
도 3ag는 예시적인 게이트 구동기의 관련 컴포넌트들을 예시하는 개략도이다.
[0015]
도 3ba는, 위에서 볼 때 도시된 다른 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0016]
도 3bb는, 옆에서 볼 때 도 3ba에 도시된 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0017]
도 3bc는, 뒤에서 볼 때 도 3ba에 도시된 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0018]
도 3ca는, 옆에서 볼 때 도시된 다른 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0019]
도 3cb는, 뒤에서 볼 때 도 3ca에 도시된 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0020]
도 3da는, 옆에서 볼 때 도시된 다른 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0021]
도 3db는, 뒤에서 볼 때 도 3da에 도시된 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0022]
도 3ea는, 옆에서 볼 때 도시된 다른 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0023]
도 3eb는, 뒤에서 볼 때 도 3ea에 도시된 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0024]
도 3fa는, 옆에서 볼 때 도시된 다른 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0025]
도 3fb는, 뒤에서 볼 때 도 3fa에 도시된 예시적인 패키징된 스위치의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0026]
도 3ga는, 옆에서 볼 때 도 2ba 및 도 2bb에 도시된 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0027]
도 3gb는, 뒤에서 볼 때 도 2ba 및 도 2bb에 도시된 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0028]
도 3ha는, 옆에서 볼 때 도시된 다른 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0029]
도 3hb는, 뒤에서 볼 때 도 3ha에 도시된 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0030]
도 3ia는, 옆에서 볼 때 도시된 다른 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0031]
도 3ib는, 뒤에서 볼 때 도 3ia에 도시된 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0032]
도 3ka는, 옆에서 볼 때 도시된 다른 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0033]
도 3kb는, 뒤에서 볼 때 도 3ka에 도시된 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0034]
도 3la는, 옆에서 볼 때 도시된 다른 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0035]
도 3lb는, 뒤에서 볼 때 도 3la에 도시된 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0036]
도 3j는, 옆에서 볼 때 도시된 다른 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0037]
도 4aa는, 옆에서 볼 때 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0038]
도 4ab는 뒤에서 볼 때 도 4aa의 콤팩트 인버터 시스템의 개략도이다.
[0039]
도 4ac 내지 도 4af는 콤팩트 인버터 시스템에서 이용될 수 있는 예시적인 파이프들의 단면도들이다.
[0040]
도 4ba는, 옆에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0041]
도 4bb는 뒤에서 볼 때 도 4ba의 콤팩트 인버터 시스템의 개략도이다.
[0042]
도 4bc는 도 4ba에 도시된 콤팩트 인버터 시스템의 위상으로부터 수신되거나 이 위상으로 송신되는 예시적인 신호들을 예시한다.
[0043]
도 4ca는, 옆에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0044]
도 4da는, 옆에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0045]
도 4db는 도 4da에 도시된 콤팩트 인버터 시스템의 위상으로부터 수신되거나 이 위상으로 송신되는 예시적인 신호들을 예시한다.
[0046]
도 4e는, 위에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0047]
도 4f는, 옆에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0048]
도 4g는, 옆에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0049]
도 4h는, 옆에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0050]
도 4i는, 옆에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0051]
도 4j는, 옆에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0052]
도 4k는, 옆에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0053]
도 4l은, 옆에서 볼 때 다른 예시적인 콤팩트 인버터 시스템의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
[0054]
도 4ma 및 도 4mb는 뒤 및 옆에서 볼 때 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들을 도시하는 개략도들이다.
[0055]
도 5는 예시적인 신호 프레임 기판이 형성될 수 있게 하는 얇은 금속의 엠보싱된 시트(embossed sheet)의 등각도이다.
[0056]
도 6은 도 5에 도시된 엠보싱된 시트가 절단된 후 이 엠보싱된 시트의 역 등각도이다.
[0057]
도 7은, 몇몇 비-격리 신호 리드(non-isolated signal lead)들이 구부러진 후, 도 6에 도시된 절단된 시트의 등각도이다.
[0058]
도 8은 게이트 구동기 회로의 리드들이 자신에 연결된, 도 7의 신호 프레임 기판의 평면도이다.
[0059]
도 9a는 예시적인 다이(die) 기판의 평면도이다.
[0060]
도 9b는 도 9a에 도시된 다이 기판의 표면 상에 수용된 예시적인 스위치를 도시한다.
[0061]
도 9c는 도 9b에 도시된 구조의 부분 단면도를 도시한다.
[0062]
도 10은 도 8에 도시된 신호 프레임 기판과 정렬된, 도 9a의 다이 기판의 평면도이다.
[0063]
도 11a 및 도 11b는 예시적인 다이 클립의 등각도 및 역 등각도이다.
[0064]
도 11c 및 도 11d는 도 10의 다이 기판 및 신호 프레임 기판과 정렬될 때 도 11a 및 도 11b에 도시된 다이 클립의 평면도 및 저면도이다.
[0065]
도 11e는 옆에서 볼 때 도 11c 및 도 11d의 구조를 부분적으로 도시하는 등각도이다.
[0066]
도 11f 및 도 11g는 추가적인 컴포넌트들을 갖는, 도 11c 및 도 11d에 도시된 구조의 평면도 및 등각도이다.
[0067]
도 12a 및 도 12b는 몰딩된 플라스틱 바디(molded plastic body)를 갖는, 도 11f 및 도 11g에 도시된 구조의 등각도 및 역 등각도이다.
[0068]
도 13a 및 도 13b는 예시적인 패키징된 하프 브리지의 관련 컴포넌트들의 측면도 및 등각도이다.
[0069]
도 14a 및 도 14b는, 각각, 도 4da의 콤팩트 인버터 시스템에서 이용되는 예시적인 V+ 버스 바의 등각도 및 단면도이다.
[0070]
도 15a 및 도 15b는, 도 14a 및 도 14b의 V+ 버스 바가 예시적인 패키징된 하프 브리지들을 수용한 후 이 V+ 버스 바의 등각도 및 측면도이다.
[0071]
도 16a는 도 4da의 콤팩트 인버터 시스템에서 이용될 수 있는 예시적인 클램프(clamp)의 등각도이다.
[0072]
도 16b 및 도 16c는 도 16a에 도시된 클램프의 단면도들이다.
[0073]
도 17a 및 도 17b는 도 16a 내지 도 16c의 클램프를 갖는, 도 15a 및 도 15b B 내에 도시된 구조의 등각도 및 단면도이다.
[0074]
도 18a 내지 도 18c는 열 싱크들이 추가된, 도 17a 및 도 17b 내에 도시된 구조의 등각도, 측면도 및 단면도이다.
[0075]
도 19a 및 도 19b는 추가적인 클램프들, 하프 브리지들 및 열 싱크들을 갖는, 도 18a 내지 도 18c에 도시된 구조의 등각도 및 측면도이다.
[0076]
도 20a 내지 도 20c는, 도 4da의 콤팩트 인버터 시스템에서 이용되는 예시적인 V- 버스 바의 등각도, 평면도 및 단면도이다.
[0077]
도 20d는 디커플링 커패시터(decoupling capacitor)들의 어레이(array)들이 내부에 수용되어 있는, 도 20a 내지 도 20c에 도시된 예시적인 V- 버스 바의 측면도이다.
[0078]
도 21은 V- 버스 및 추가적인 컴포넌트들을 갖는, 도 19a 및 도 19b에 도시된 구조의 단면도이다.
[0079]
상이한 도면들에서 동일한 참조 부호들의 사용은 유사한 또는 동일한 아이템들을 표시한다.[0004] By referring to the accompanying drawings, the present technology may be better understood, and its many objects, features and advantages may become apparent to those skilled in the art.
[0005] FIG. 1A illustrates related components of an exemplary three-phase power inverter.
[0006] FIG. 1B illustrates an example timing diagram showing gate control signals used in the three-phase power inverter of FIG. 1A.
2AA and 2AB are isometric and inverse isometric views of an exemplary packaged switch.
[0008] Figures 2ba and 2bb are isometric and inverse isometric views of an exemplary packaged half bridge.
[0009] FIG. 3AA is a schematic diagram showing relevant components of the example of a packaged switch shown in FIGS. 2AA and 2AB when viewed from above.
[0010] FIG. 3ab is a schematic diagram illustrating relevant components of the example of a packaged switch shown in FIGS. 2AA and 2AB when viewed from the side.
[0011] FIG. 3Ac is a schematic diagram showing relevant components of the example of a packaged switch shown in FIGS. 2AA and 2AB when viewed from the back.
[0012] FIG. 3AD is a schematic diagram illustrating related components of an example switch controller.
[0013] FIGS. 3ae and 3af are schematic diagrams illustrating related components of example switches.
[0014] FIG. 3ag is a schematic diagram illustrating related components of an example gate driver.
[0015] FIG. 3BA is a schematic diagram illustrating related components of another exemplary packaged switch shown as viewed from above.
[0016] FIG. 3BB is a schematic diagram showing related components of the exemplary packaged switch shown in FIG. 3BA when viewed from the side.
[0017] FIG. 3BC is a schematic diagram showing related components of the exemplary packaged switch shown in FIG. 3BA when viewed from the back.
[0018] FIG. 3CA is a schematic diagram showing relevant components of another exemplary packaged switch shown as viewed from the side.
[0019] FIG. 3cb is a schematic diagram showing related components of the example packaged switch shown in FIG. 3ca when viewed from the back.
[0020] FIG. 3Da is a schematic diagram illustrating related components of another exemplary packaged switch shown as viewed from the side.
[0021] FIG. 3db is a schematic diagram showing related components of the exemplary packaged switch shown in FIG. 3da when viewed from the back.
[0022] FIG. 3ea is a schematic diagram illustrating related components of another exemplary packaged switch shown as viewed from the side.
[0023] FIG. 3EB is a schematic diagram illustrating related components of the exemplary packaged switch shown in FIG. 3EA when viewed from the back.
[0024] FIG. 3fa is a schematic diagram illustrating related components of another exemplary packaged switch shown as viewed from the side.
[0025] FIG. 3fb is a schematic diagram illustrating related components of the example packaged switch shown in FIG. 3fa when viewed from the back.
[0026] FIG. 3Ga is a schematic diagram showing related components of the example packaged half bridge shown in FIGS. 2BA and 2BB when viewed from the side.
[0027] FIG. 3GB is a schematic diagram showing related components of the example packaged half bridge shown in FIGS. 2BA and 2BB when viewed from the back.
[0028] FIG. 3HA is a schematic diagram showing related components of another exemplary packaged half bridge shown as viewed from the side.
[0029] FIG. 3HB is a schematic diagram showing related components of the exemplary packaged half bridge shown in FIG. 3HA when viewed from the back.
[0030] FIG. 3ia is a schematic diagram showing related components of another exemplary packaged half bridge shown as viewed from the side.
[0031] FIG. 3ib is a schematic diagram showing related components of the exemplary packaged half bridge shown in FIG. 3ia when viewed from the back.
[0032] FIG. 3Ka is a schematic diagram showing related components of another exemplary packaged half bridge shown as viewed from the side.
[0033] FIG. 3KB is a schematic diagram showing related components of the exemplary packaged half bridge shown in FIG. 3KA when viewed from the back.
[0034] FIG. 3LA is a schematic diagram illustrating related components of another exemplary packaged half bridge shown as viewed from the side.
[0035] FIG. 3lb is a schematic diagram showing related components of the exemplary packaged half bridge shown in FIG. 3la when viewed from the back.
[0036] FIG. 3J is a schematic diagram showing related components of another exemplary packaged half bridge shown as viewed from the side.
[0037] FIG. 4AA is a schematic diagram showing relevant components of an exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0038] Figure 4ab is a schematic diagram of the compact inverter system of Figure 4aa as viewed from the back.
[0039] Figures 4ac-4af are cross-sectional views of exemplary pipes that may be used in a compact inverter system.
[0040] FIG. 4BA is a schematic diagram showing related components of another exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0041] FIG. 4BB is a schematic diagram of the compact inverter system of FIG. 4BA when viewed from the rear.
[0042] FIG. 4BC illustrates exemplary signals received from or transmitted to the phase of the compact inverter system shown in FIG. 4BA.
[0043] FIG. 4ca is a schematic diagram showing related components of another exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0044] FIG. 4Da is a schematic diagram showing related components of another exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0045] FIG. 4db illustrates exemplary signals received from or transmitted to the phase of the compact inverter system shown in FIG. 4da.
[0046] FIG. 4E is a schematic diagram showing relevant components of another exemplary compact inverter system when viewed from above.
[0047] FIG. 4F is a schematic diagram showing related components of another exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0048] FIG. 4G is a schematic diagram showing related components of another exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0049] FIG. 4H is a schematic diagram showing related components of another exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0050] FIG. 4I is a schematic diagram showing related components of another exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0051] FIG. 4J is a schematic diagram showing related components of another exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0052] FIG. 4K is a schematic diagram showing related components of another exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0053] FIG. 4L is a schematic diagram showing relevant components of another exemplary compact inverter system when viewed from the side.
[0054] Figures 4ma and 4mb are schematic diagrams showing related components of a packaged half bridge as viewed from the back and side.
5 is an isometric view of an embossed sheet of thin metal from which an exemplary signal frame substrate may be formed.
[0056] FIG. 6 is a reverse isometric view of the embossed sheet shown in FIG. 5 after it has been cut.
[0057] FIG. 7 is an isometric view of the cut sheet shown in FIG. 6 after some non-isolated signal leads have been bent.
[0058] FIG. 8 is a plan view of the signal frame substrate of FIG. 7 with the leads of the gate driver circuit connected thereto.
[0059] FIG. 9A is a top view of an exemplary die substrate.
[0060] FIG. 9B shows an exemplary switch received on the surface of the die substrate shown in FIG. 9A.
[0061] FIG. 9C shows a partial cross-sectional view of the structure shown in FIG. 9B.
[0062] FIG. 10 is a top view of the die substrate of FIG. 9A aligned with the signal frame substrate shown in FIG. 8;
[0063] Figures 11A and 11B are isometric and inverse isometric views of an exemplary die clip.
[0064] FIGS. 11C and 11D are top and bottom views of the die clip shown in FIGS. 11A and 11B when aligned with the die substrate and signal frame substrate of FIG. 10 .
[0065] FIG. 11E is an isometric view partially showing the structure of FIGS. 11C and 11D as viewed from the side.
[0066] FIGS. 11F and 11G are top and isometric views of the structure shown in FIGS. 11C and 11D, with additional components.
[0067] FIGS. 12A and 12B are isometric and inverse isometric views of the structure shown in FIGS. 11F and 11G with a molded plastic body.
[0068] Figures 13A and 13B are side and isometric views of related components of an exemplary packaged half bridge.
[0069] FIGS. 14A and 14B are isometric and cross-sectional views, respectively, of an exemplary V+ bus bar used in the compact inverter system of FIG. 4DA.
[0070] FIGS. 15A and 15B are isometric and side views of the V+ bus bar of FIGS. 14A and 14B after it accommodates exemplary packaged half bridges.
[0071] FIG. 16A is an isometric view of an exemplary clamp that may be used in the compact inverter system of FIG. 4DA.
[0072] FIGS. 16B and 16C are cross-sectional views of the clamp shown in FIG. 16A.
[0073] FIGS. 17A and 17B are isometric and cross-sectional views of the structure shown in FIGS. 15A and 15B B, with the clamp of FIGS. 16A-16C.
[0074] FIGS. 18A-18C are isometric, side and cross-sectional views of the structure shown in FIGS. 17A and 17B with heat sinks added.
[0075] FIGS. 19A and 19B are isometric and side views of the structure shown in FIGS. 18A-18C, with additional clamps, half bridges and heat sinks.
[0076] FIGS. 20A-20C are isometric, top, and cross-sectional views of exemplary V-bus bars utilized in the compact inverter system of FIG. 4DA.
[0077] FIG. 20D is a side view of the exemplary V- bus bar shown in FIGS. 20A-20C having an array of decoupling capacitors housed therein.
[0078] FIG. 21 is a cross-sectional view of the structure shown in FIGS. 19A and 19B, with a V-bus and additional components.
[0079] Use of the same reference numbers in different drawings indicates similar or identical items.
[0080] 도 1a는 예시적인 3상 전력 인버터 시스템(이하, 인버터 시스템)(100)의 관련 컴포넌트들을 예시한다. 각각의 위상은 하프 브리지: 로우-사이드 스위치에 연결된 하이-사이드 스위치를 포함한다. 각각의 하이-사이드 스위치는 다이오드(DHx)와 병렬로 연결된 트랜지스터(THx)를 포함하고, 각각의 로우-사이드 스위치는 다이오드(DLx)와 병렬로 연결된 트랜지스터(TLx)를 포함한다. 트랜지스터들(TH1-TH3 및 TL1-TL3)은 절연-게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT: insulated-gate bipolar transistor)들의 형태를 취한다.[0080] 1A illustrates related components of an exemplary three-phase power inverter system (hereinafter inverter system) 100 . Each phase includes a half bridge: a high-side switch connected to a low-side switch. Each high-side switch includes a transistor THx connected in parallel with a diode DHx, and each low-side switch includes a transistor TLx connected in parallel with a diode DLx. Transistors TH1-TH3 and TL1-TL3 take the form of insulated-gate bipolar transistors (IGBTs).
[0081] 하이-사이드 트랜지스터들(TH1-TH3)은, 각각, 노드들(N1-N3)을 통해 로우-사이드 트랜지스터들(TL1-TL3)과 직렬로 연결되며, 노드들(N1-N3)은 결국 전기 모터의 와이어 권선(wire winding)들(Wa-Wc)의 개개의 단자들에 연결된다. TH1-TH3의 콜렉터들 및 DH1-DH3의 캐소드들은 함께 그리고 포지티브(positive) 전압(V+)(예를 들어, 50 V, 100 V, 200 V, 또는 그 초과)을 제공하는 배터리의 단자에 연결되는 한편, 트랜지스터들(TL1-TL3)의 이미터들 및 다이오드들(DL1-DL3)의 애노드들은 함께 그리고 리턴(return) 또는 네거티브(negative) 전압(V-)을 제공하는 배터리의 다른 단자에 연결된다.[0081] High-side transistors TH1-TH3 are connected in series with low-side transistors TL1-TL3 through nodes N1-N3, respectively, which nodes N1-N3 are in turn connected to the electric motor. connected to individual terminals of wire windings (Wa-Wc) of The collectors of TH1-TH3 and the cathodes of DH1-DH3 are connected together and to a terminal of a battery that provides a positive voltage (V+) (e.g., 50 V, 100 V, 200 V, or more). Meanwhile, the emitters of transistors TL1-TL3 and the anodes of diodes DL1-DL3 are connected together and to the other terminal of the battery providing a return or negative voltage (V-).
[0082]
하이-사이드 트랜지스터들(TH1-TH3) 및 로우-사이드 트랜지스터들(TL1-TL3)은, 각각, 게이트 구동기들(H101-H103 및 L101-L103)을 통해 마이크로제어기(110)에 의해 제어된다. 게이트 구동기는, 디바이스(예를 들어, 마이크로제어기)로부터 저-전력 입력 신호를 수용하고 IGBT 또는 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET: metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)와 같은 트랜지스터의 게이트를 제어하기 위한 고-전류 출력 신호를 생성하는 회로이다.[0082]
High-side transistors TH1-TH3 and low-side transistors TL1-TL3 are controlled by
[0083] 트랜지스터들의 제어는 비교적 간단하다. 하이-사이드 게이트 구동기들(H101-H103) 및 로우-사이드 게이트 구동기들(L101-L103)은 마이크로제어기(110)로부터 저-전력 구동기 제어 신호들(즉, 펄스 폭 변조 신호들(PWM-H1 내지 PWM-H3 및 PWM-L1 내지 PWM-L3))을 수신한다. 하이-사이드 게이트 구동기들(H101-H103)은, PWM-H1 내지 PWM-H3 신호들이 각각 어서트(assert)될 때, 고-전류 게이트 제어 신호들(VgH1-VgH3)을 각각 어서트함으로써, 하이-사이드 트랜지스터들(TH1-TH3)을 각각 활성화한다. 그리고 로우-사이드 게이트 구동기들(L101-L103)은, PWM-L1 내지 PWM-L3 신호들이 각각 어서트될 때, 고-전류 게이트 제어 신호들(VgL1-VgL3)을 각각 어서트함으로써, 로우-사이드 트랜지스터들(TL1-TL3)을 각각 활성화한다. 트랜지스터들(TH1-TH3 및 TL1-TL3) 각각은, 활성화될 때, 연결된 권선(W)으로 또는 연결된 권선(W)으로부터 전류를 전도한다.[0083] Control of the transistors is relatively simple. The high-side gate drivers H101-H103 and the low-side gate drivers L101-L103 receive low-power driver control signals from the microcontroller 110 (i.e., pulse width modulation signals PWM-H1 to Receives PWM-H3 and PWM-L1 to PWM-L3)). The high-side gate drivers H101-H103 assert the high-current gate control signals VgH1-VgH3, respectively, when the PWM-H1 through PWM-H3 signals are asserted, respectively, so that a high - Activate the side transistors TH1-TH3 respectively. And the low-side gate drivers L101-L103 assert the high-current gate control signals VgL1-VgL3, respectively, when the PWM-L1 to PWM-L3 signals are asserted, respectively, so that the low-side Transistors TL1 to TL3 are respectively activated. Each of the transistors TH1-TH3 and TL1-TL3, when energized, conducts current to or from the connected winding W.
[0084] 연결된 하이-사이드 및 로우-사이드 트랜지스터들의 조정된 활성화를 통해, 권선(W)에서의 전류 흐름의 방향은 연속적으로 그리고 규칙적으로 플립-플롭(flip-flop)된다(전류는 권선으로 이동한 다음, 갑자기 역전되어 다시 밖으로 흐른다). 도 1b는 게이트 제어 신호들(VgH1-VgH3 및 VgL1-VgL3)에 대한 예시적인 타이밍 다이어그램을 예시한다. 구동 샤프트(도시되지 않음)에 커플링된 모터의 회전자(도시되지 않음)의 자기장과 와이어 권선들(Wa-Wc)에서의 변화하는 전류 사이의 상호작용은 EV를 추진시키는 힘을 생성한다.[0084] Through coordinated activation of the connected high-side and low-side transistors, the direction of current flow in winding W continuously and regularly flips-flops (current moves into the winding and then It suddenly reverses and flows out again). 1B illustrates an exemplary timing diagram for gate control signals VgH1-VgH3 and VgL1-VgL3. The interaction between the changing current in the wire windings (Wa-Wc) and the magnetic field of the rotor (not shown) of the motor coupled to the drive shaft (not shown) creates a force that propels the EV.
[0085]
마이크로제어기(110)는 PWM-H1 내지 PWM-H3 및 PWM-L1 내지 PWM-L3 신호들을 통해 각각 하이-사이드 트랜지스터들(TH1-TH3) 및 로우-사이드 트랜지스터들(TL1-TL3)을 제어한다. 마이크로제어기들, 이를테면, 마이크로제어기(110)는, 중앙 프로세싱 유닛(CPU: central processing unit), CPU에 의해 실행가능한 명령들을 저장하는 메모리, 및 주변장치들, 이를테면, 타이머들, 입력/출력(I/O: input/output) 포트들 등을 포함한다. CPU는 메모리에 저장된 명령들에 따라 타이머들을 프로그램한다. 일단 프로그램되고 시작되면, 이러한 타이머들은 PWM-H1 내지 PWM-H3 및 PWM-L1 내지 PWM-L3 신호들을 자율적으로 생성할 수 있다. 게이트 구동기들(H101-H103)은 PWM-H1 내지 PWM-H3 신호들에 기반하여 VgH1-VgH3 신호들을 생성하고, 게이트 구동기들(L101-L103)은 PWM-L1 내지 PWM-L3 신호들에 기반하여 VgL1-VLH3 신호들을 생성한다. CPU는 PWM 신호들의 듀티 사이클(duty cycle) 및/또는 주기를 조정하기 위해 타이머들을 재프로그램할 수 있으며, 이는 결국 EV의 구동 샤프트의 회전 속도를 조정한다.[0085]
The
[0086] 선행 기술의 인버터 시스템들은 크고, 부피가 크며, 비싸고, 비효율적인 식이다. 예를 들어, 전기 모터에 400 kW의 피크 전력을 전달할 수 있는 선행 기술의 인버터 시스템은 11 리터를 초과하는 볼륨을 점유한다. 선행 기술의 인버터 시스템들의 많은 문제점들을 해결하는 "콤팩트 전력 인버터 시스템"(이하, 콤팩트 인버터 시스템)이 개시된다. 예를 들어, 아래의 도 20d에서 설명되는 것들과 같은 세라믹 디커플링 커패시터들을 포함하는 콤팩트 인버터 시스템은 400 kW의 피크 전력을 전달할 수 있지만, 0.25 리터 미만의 볼륨을 점유할 수 있다. 세라믹 디커플링 커패시터들 대신에 박막 디커플링 커패시터들이 사용되는 경우, 또는 세라믹 디커플링 커패시터들과 함께 박막 디커플링 커패시터들이 추가되는 경우, 콤팩트 인버터들의 사이즈가 증가할 수 있다. 궁극적으로, 개시된 콤팩트 컨버터 시스템들의 전력 밀도(전력/볼륨)는 선행 기술의 인버터 시스템들의 전력 밀도를 훨씬 초과한다.[0086] Prior art inverter systems are large, bulky, expensive, and inefficient. For example, a prior art inverter system capable of delivering 400 kW of peak power to an electric motor occupies a volume in excess of 11 liters. A "compact power inverter system" (hereinafter referred to as compact inverter system) is disclosed that solves many of the problems of prior art inverter systems. For example, a compact inverter system including ceramic decoupling capacitors, such as those described in FIG. 20D below, can deliver 400 kW of peak power, but occupy a volume of less than 0.25 liters. When thin film decoupling capacitors are used instead of ceramic decoupling capacitors, or when thin film decoupling capacitors are added together with ceramic decoupling capacitors, the size of compact inverters can be increased. Ultimately, the power density (power/volume) of the disclosed compact converter systems far exceeds that of prior art inverter systems.
패키징된 스위치 모듈들Packaged Switch Modules
[0087] "패키징된 스위치 모듈들"이 개시된다. 본 개시내용의 콤팩트 인버터 시스템들은 패키징된 스위치 모듈들을 사용하며, 패키징된 스위치 모듈들은 다양한 다른 시스템들, 이를테면, AC-DC 컨버터들, DC-DC 컨버터 시스템들, 정류기들, 광전지 변환 시스템(photo voltaic conversion system)들, 전력 충전 스테이션들 등에서 사용될 수 있다는 것이 이해된다.[0087] "Packaged switch modules" are disclosed. Compact inverter systems of the present disclosure use packaged switch modules, which can be used in a variety of other systems, such as AC-DC converters, DC-DC converter systems, rectifiers, photo voltaic conversion systems It is understood that it can be used in conversion systems, power charging stations, and the like.
[0088] 그 이름이 암시하는 바와 같이, 패키징된 스위치 모듈들은 하나 이상의 "스위치 모듈들"을 포함한다. 스위치 모듈은 "스위치" 및 "스위치 제어기"를 포함하며, 스위치 모듈이 추가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 스위치는 스위치들을 모니터링 및/또는 제어 한다(즉, 스위치들을 활성화 또는 비활성화한다). 단 하나의 스위치 모듈만을 포함하는 패키징된 스위치 모듈은 "패키징된 스위치"로 불리고, 2 개의 스위치 모듈들을 포함하는 패키징된 스위치 모듈은 "패키징된 하프 브리지"로 불린다.[0088] As the name implies, packaged switch modules contain one or more “switch modules”. A switch module includes a “switch” and a “switch controller,” and it is understood that a switch module may include additional components. A switch monitors and/or controls switches (ie, activates or deactivates switches). A packaged switch module containing only one switch module is called a "packaged switch", and a packaged switch module containing two switch modules is called a "packaged half bridge".
[0089]
패키징된 스위치들 및 패키징된 하프 브리지들은 6 개의 면(side)들; 상부, 하부, 전방, 후방, 좌측 및 우측을 갖는 입방체 형상일 수 있다. 일 실시예에서, 면들은 실질적으로 평탄하다. 도 2aa 및 도 2ab는 예시적인 패키징된 스위치(200)의 등각도 및 역 등각도이다. 도 2ba 및 도 2bb는 예시적인 패키징된 하프 브리지(250)의 등각도 및 역 등각도이다. 패키징된 스위치들 및 하프 브리지들은 작은 폼 팩터(form factor)들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 패키징된 스위치(200)는 25 x 25 x 6 mm를 측정할 수 있고, 패키징된 하프 브리지(250)는 25 x 25 x 12 mm를 측정할 수 있다. 본 개시내용에서 설명된 모든 패키징된 스위치들의 사이즈들(예를 들어, 25 x 25 x 6 mm) 및 형상들은 실질적으로 유사할 수 있다. 본 개시내용에서 설명된 모든 패키징된 하프 브리지들의 사이즈들(예를 들어, 25 x 25 x 12 mm) 및 형상들(예를 들어, 입방체)은 실질적으로 유사할 수 있다.[0089]
Packaged switches and packaged half bridges have six sides; It can be in the shape of a cube with top, bottom, front, back, left and right sides. In one embodiment, the faces are substantially planar. 2AA and 2AB are isometric and inverse isometric views of an exemplary packaged
[0090]
패키징된 스위치들 및 하프 브리지들은 고체 유리, 플라스틱 또는 세라믹 케이스들을 갖는다. 단지 설명의 목적들을 위해, 케이스들은 플라스틱(예를 들어, 에폭시 수지)인 것으로 가정된다. 도 2aa 및 도 2ab는 플라스틱 케이스(202)를 갖는 패키징된 스위치(200)를 도시하고, 도 2ba 및 도 2bb는 플라스틱 케이스(252)를 갖는 패키징된 하프 브리지(250)를 도시한다. 대부분의 실시예들에서, 플라스틱 케이스들의 표면들은 실질적으로 평탄하다.[0090]
Packaged switches and half bridges have solid glass, plastic or ceramic cases. For illustrative purposes only, it is assumed that the cases are plastic (eg, epoxy resin). 2AA and 2AB show packaged
[0091]
플라스틱 케이스들은 스위치들, 스위치 제어기들 등과 같은 컴포넌트들을 격리, 보호 및/또는 지지한다. 플라스틱 케이스들은 또한 "신호 리드들"을 지지한다. 신호 리드는, 2 개의 위치들을 전기적으로 연결하도록 설계된 금속 패드 또는 "와이어"의 길이로 구성된 전기 연결부 또는 전도체이다. 신호 리드들은 내부 컴포넌트들 사이에서(예를 들어, 스위치 제어기와 스위치 사이에서) 또는 내부 컴포넌트들(예를 들어, 스위치 제어기)과 외부 컴포넌트들(예를 들어, 마이크로제어기, 전압 조절기 등) 사이에서 신호들(예를 들어, PWM 신호들, 게이트 제어 신호들 등) 또는 전압들(예를 들어, 공급 전압들 또는 포지티브 전압들, 접지 리턴들 또는 네거티브 전압들 등)을 운반한다. 도 2aa 및 도 2ab는 예시적인 신호 리드들(204 및 206)을 예시한다. 신호 리드(204)는 저-전력 PWM 신호와 같은 신호를 내부 컴포넌트(예를 들어, 스위치 제어기)에 전달할 수 있는 한편, 신호 리드(206)는 공급 전압을 동일한 내부 컴포넌트 또는 상이한 내부 컴포넌트에 전달할 수 있다. 패키징된 하프 브리지(250)는 유사한 신호 리드들(204H, 204L, 206H 및 206L)을 갖는다.[0091]
Plastic cases isolate, protect and/or support components such as switches, switch controllers, and the like. The plastic cases also support the "signal leads". A signal lead is an electrical connector or conductor consisting of a length of metal pad or “wire” designed to electrically connect two locations. Signal leads may be routed between internal components (eg, between a switch controller and a switch) or between internal components (eg, a switch controller) and external components (eg, a microcontroller, voltage regulator, etc.) Carries signals (eg, PWM signals, gate control signals, etc.) or voltages (eg, supply voltages or positive voltages, ground returns or negative voltages, etc.). 2AA and 2AB illustrate example signal leads 204 and 206.
[0092]
도시된 실시예들에서, 신호 리드들은 실질적으로 평탄한 표면들을 갖는다. 달리 언급되지 않는 한, 신호 리드 표면들은 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지의 플라스틱 케이스 표면들과 실질적으로 동일한 높이에 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 평탄한 표면들은 플라스틱 케이스의 표면들 아래로 실질적으로 리세스(recess)될 수 있거나, 또는 평탄한 표면들은 플라스틱 케이스의 표면들 위로 실질적으로 돌출될 수 있다. 도 2aa는 패키징된 스위치(200)의 상부 표면과 실질적으로 동일한 높이에 있는 평탄한 표면들을 갖는 예시적인 신호 리드들(204 및 206)을 도시한다. 도 2ab는 또한, 패키징된 스위치(200)의 전방 표면과 실질적으로 동일한 높이에 있는 평탄한 표면들을 갖는 예시적인 신호 리드들을 도시한다. 신호 리드들은 단자들(즉, 물리적 인터페이스들)을 제공할 수 있다. 패키징된 스위치(200)의 전방에서의 신호 리드들은 신호들 또는 전압들이 수신 또는 송신되게 하는 단자들을 제공한다. 예를 들어, 신호 리드(204)는 마이크로제어기로부터 저-전력 PWM 신호와 같은 신호를 수신할 수 있는 단자를 제공하는 한편, 신호 리드(206)는 전력 관리 집적 회로(PMIC: power management integrated circuit)로부터 공급 전압을 수신하기 위한 단자를 제공한다. 대안적인 실시예에서, 상부에서의 신호 리드들은 신호들 또는 전압들을 수신 또는 송신하기 위한 단자들을 제공할 수 있다. 설명의 목적들을 위해, 패키징된 스위치들의 전방만이 신호들 및 전압들을 수신 또는 송신하기 위한 신호 리드 단자들을 제공하며, 대안적인 실시예들에서 상부의 신호 리드들이 단자들을 제공할 수 있다는 것이 이해된다. 도 2ba 및 도 2bb는, 패키징된 하프 브리지(250)의 전방, 상부 및 하부 표면들과 실질적으로 동일한 높이에 있는 유사한 신호 리드들(204 및 206)을 도시한다. 설명의 목적들을 위해, 패키징된 하프 브리지들의 전방에서의 신호 리드들(204H, 204L, 206H 및 206L)과 같은 신호 리드들만이 신호들 또는 전압들이 송신 또는 수신될 수 있게 하는 단자들을 제공하며, 대안적인 실시예들에서 상부 및 하부 표면들 상의 신호 리드들이 단자들을 제공할 수 있다는 것이 이해된다.[0092]
In the illustrated embodiments, the signal leads have substantially planar surfaces. Unless otherwise noted, the signal lead surfaces are substantially flush with the plastic case surfaces of the packaged switch or packaged half bridge. However, in other embodiments, the flat surfaces may be substantially recessed below the surfaces of the plastic case, or the flat surfaces may substantially protrude above the surfaces of the plastic case. 2AA shows exemplary signal leads 204 and 206 having planar surfaces that are substantially flush with the top surface of packaged
[0093] 스위치는 하나 이상의 전력 트랜지스터들(IGBT들, MOSFET들 등)을 포함한다. 전력 트랜지스터는 2 개의 전류 단자들(IGBT에서의 콜렉터 및 이미터, MOSFET에서의 소스 및 드레인 등) 및 제어 또는 게이트 단자를 갖는다. 스위치 내의 다수의 전력 트랜지스터들은 병렬로 연결될 수 있고, 이들의 게이트들에서 공통 신호에 의해 제어될 수 있다. 스위치는 스위치 내의 트랜지스터들의 사이즈(즉, 게이트 폭 및 길이), 타입(예를 들어, MOSFET), 반도체 재료(예를 들어, GaN) 및 수(예를 들어, 3)에 따라 고장(failure) 없이 높은 스위칭 속도들로 상당한 레벨들의 전류를 송신할 수 있다. 전력 트랜지스터는 높은 스위칭 속도들(예를 들어, Si IGBT들에 대해 최대 100 kHz, SiC MOSFET들에 대해 최대 500 kHz, GaN MOSFET들에 대해 최대 1.0 GHz 등)로 전류를 송신할 수 있다. 아래에서 설명될 바와 같이, 열 싱크들에 열적으로 연결될 때, 전력 트랜지스터들은 고장 없이 더 높은 스위칭 속도들로 더 많은 전류를 송신할 수 있다.[0093] A switch includes one or more power transistors (IGBTs, MOSFETs, etc.). A power transistor has two current terminals (collector and emitter in an IGBT, source and drain in a MOSFET, etc.) and a control or gate terminal. Multiple power transistors in a switch can be connected in parallel and controlled by a common signal at their gates. Depending on the size (i.e., gate width and length), type (e.g. MOSFET), semiconductor material (e.g. GaN) and number (e.g. 3) of the transistors in the switch, the switch may fail without failure. It can transmit significant levels of current at high switching speeds. The power transistor can transmit current at high switching speeds (eg, up to 100 kHz for Si IGBTs, up to 500 kHz for SiC MOSFETs, up to 1.0 GHz for GaN MOSFETs, etc.). As will be discussed below, when thermally coupled to heat sinks, power transistors can transmit more current at higher switching speeds without failure.
[0094] 스위치들은 "다이 기판들" 및 "다이 클립들"로 불리는 별개의 금속 전도체들 사이에 샌드위치(sandwich)된다. 더 구체적으로, 스위치 내의 각각의 트랜지스터의 제1 전류 단자(예를 들어, 콜렉터 또는 드레인) 및 제2 전류 단자(예를 들어, 이미터 또는 소스)는, 각각, 다이 기판 및 다이 클립에 연결(예를 들어, 소결, 솔더링(solder), 브레이징(braze) 등)된다. 스위치 내의 각각의 트랜지스터의 게이트는 스위치 제어기에 연결되고 이 스위치 제어기에 의해 제어된다.[0094] The switches are sandwiched between discrete metal conductors called "die substrates" and "die clips". More specifically, the first current terminal (eg, collector or drain) and the second current terminal (eg, emitter or source) of each transistor in the switch are connected to a die substrate and a die clip, respectively ( eg sintered, soldered, brazed, etc.). The gate of each transistor in the switch is connected to and controlled by the switch controller.
다이 기판 및 다이 클립 단자들Die board and die clip terminals
[0095] 다이 기판들 및 다이 클립들은 전류를 전도한다. 전류를 전도하는 것에 추가하여, 다이 기판은 열을 전도한다. 다이 기판은 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 밖으로 열을 전달하기 위한 단자를 갖는다. 동일한 다이 기판 단자는 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 안으로 또는 밖으로 전류를 송신할 수 있다. 다이 클립은 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 안으로 또는 밖으로 전류를 송신하기 위한 적어도 하나의 단자를 갖는다. 이 단자는 또한, 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 밖으로 일부 열을 전달할 수 있지만, 그 일차적인 목적은 전류를 송신하는 것이다. 일부 실시예들에서, 다이 클립은 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 밖으로 열을 전달하도록 구성된 추가적인 단자를 가질 수 있다.[0095] Die substrates and die clips conduct current. In addition to conducting current, the die substrate conducts heat. The die substrate has terminals for transferring heat out of the packaged switch or packaged half bridge. The same die board terminal can transmit current into or out of a packaged switch or packaged half-bridge. The die clip has at least one terminal for transmitting current into or out of the packaged switch or packaged half-bridge. This terminal may also transfer some heat out of the packaged switch or packaged half-bridge, but its primary purpose is to transmit current. In some embodiments, the die clip may have an additional terminal configured to transfer heat out of the packaged switch or packaged half bridge.
[0096]
다이 기판 단자는 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지의 표면을 통해 연장될 수 있다. 마찬가지로, 다이 클립 단자는 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지의 표면을 통해 연장될 수 있다. 달리 주목되지 않는 한, 다이 기판 단자들 및 다이 클립 단자들은 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지의 플라스틱 케이스 표면들과 실질적으로 동일한 높이에 있는 실질적으로 평탄한 표면들을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 이러한 평탄한 표면들은 플라스틱 케이스의 표면들 아래로 실질적으로 리세스될 수 있거나, 또는 평탄한 표면들은 플라스틱 케이스의 표면들 위로 실질적으로 돌출될 수 있다. 도 2aa는 패키징된 스위치(200)의 상부 표면과 실질적으로 동일한 높이에 있는 실질적으로 평탄한 표면을 갖는 예시적인 다이 기판 단자(230)를 도시한다. 도 2aa는 또한, 패키징된 스위치(200)의 측부 표면과 동일한 높이에 있는 실질적으로 평탄한 표면을 갖는 예시적인 다이 클립 단자(232)를 도시한다. 도 2ba 및 도 2bb는, 패키징된 하프 브리지(250)의 상부, 하부 및 측부 표면들과 동일한 높이에 있는 표면들을 갖는, 유사한 다이 기판 단자들(230H 및 230L) 및 다이 클립 단자들(232H 및 230L)을 도시한다. 다이 클립 단자는, 더 우수한 전기 연결을 가능하게 하기 위해 외부 전도체의 연장부들(예를 들어, 아래에서 더 완전히 설명되는 V- 버스 바 또는 클램프)과 정합(mate)할 수 있는 몇몇 리세스들을 포함할 수 있다.[0096]
The die substrate terminals may extend through the surface of the packaged switch or packaged half bridge. Similarly, the die clip terminals may extend through the surface of the packaged switch or packaged half bridge. Unless otherwise noted, the die substrate terminals and die clip terminals have substantially planar surfaces that are substantially flush with the plastic case surfaces of the packaged switch or packaged half bridge. However, in other embodiments, these flat surfaces may be substantially recessed below the surfaces of the plastic case, or the flat surfaces may substantially protrude above the surfaces of the plastic case. 2AA shows an exemplary
[0097]
도 2aa 및 도 2ab는 플라스틱 케이스(202)의 표면들과 실질적으로 동일한 높이에 있는 실질적으로 평탄한 표면들을 갖는 예시적인 다이 기판 단자(230) 및 다이 클립 단자(232)을 도시한다. 도 2ba 및 도 2bb는 플라스틱 케이스(252)의 표면들과 실질적으로 동일한 높이에 있는 실질적으로 평탄한 표면들을 갖는 유사한 다이 기판 단자(230) 및 다이 클립 단자(232)을 도시한다. 다이 클립 및 다이 기판 단자들은 도 2aa, 도 2ab, 도 2ba 및 도 2bb 내에 도시된 것으로 제한되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 대안적인 실시예들에서, 다이 클립 및 다이 기판 단자들은 상이한 형태들, 형상들 및 사이즈들을 취할 수 있다. 다이 클립들 및/또는 다이 기판들은, 실질적으로, 플라스틱 케이스들(202 또는 252)의 표면들을 포함하는 평행한 평면들 위에 또는 아래에 있는 평면들에 표면들을 갖는 단자들을 갖도록 구성될 수 있다.[0097]
2AA and 2AB show an exemplary
[0098]
전류는 다이 기판 단자를 통해, 패키징된 스위치 또는 하프 브리지에 진입하고 후속하여 다이 클립 단자를 통해 빠져나갈 수 있거나, 또는 전류는 패키징된 스위치 또는 하프 브리지를 통해 역방향으로 흐를 수 있지만, 역방향으로의 전류 흐름은 효율적이지 않을 수 있다. 예시하자면, 전류는 다이 기판 단자(230)를 통해, 패키징된 스위치(200)에 진입하고, 다이 기판, 활성화된 스위치, 다이 클립을 통해 흐른 다음, 다이 클립 단자(232)를 통해, 패키징된 스위치(200)를 빠져나갈 수 있다. 유사한 방식으로, 전류는 하이-사이드 다이 기판 단자(230H)를 통해, 패키징된 하프 브리지(250)에 진입하고, 하이-사이드 다이 기판, 활성화된 하이-사이드 스위치, 하이-사이드 다이 클립을 통해 흐른 다음, 하이-사이드 다이 클립 단자(232H)를 통해, 패키징된 하프 브리지(250)를 빠져나갈 수 있다. 그리고 전류는 로우-사이드 다이 기판 단자(230L)를 통해, 패키징된 하프 브리지(250)에 진입하고, 로우-사이드 다이 기판, 활성화된 로우-사이드 스위치, 로우-사이드 다이 클립을 통해 흐른 다음, 다이 로우-사이드 다이 클립 단자(232L)를 통해, 패키징된 하프 브리지(250)를 빠져나갈 수 있다.[0098]
Current can enter the packaged switch or half-bridge through the die-board terminals and subsequently exit through the die-clip terminals, or the current can flow in the reverse direction through the packaged switch or half-bridge but with current in the reverse direction. Flow may not be efficient. To illustrate, current enters the packaged
[0099] 다이 기판들 및 다이 클립들은, 이들의 구성(예를 들어, 두께, 단자 폭 및 길이, 금속 타입 등)에 따라, 이들에 연결된 스위치들로 또는 이 스위치들로부터 높은 레벨들의 전류를 송신할 수 있다. 예를 들어, 24 mm의 폭 및 11.2 mm의 길이를 갖는 단자(230)를 갖는 구리 기반 다이 기판은 400 A 이상의 전류를 송신할 수 있고, 1.6 mm의 폭 및 11.4 mm의 길이를 갖는 단자(232)를 갖는 구리 다이 클립은 400 A 이상의 전류를 송신할 수 있다.[0099] Die substrates and die clips, depending on their configuration (eg, thickness, terminal width and length, metal type, etc.), can transmit high levels of current to or from switches connected to them. . For example, a copper-based die substrate having a terminal 230 with a width of 24 mm and a length of 11.2 mm can transmit a current of 400 A or more, and a terminal 232 with a width of 1.6 mm and a length of 11.4 mm ) can transmit more than 400 A of current.
[00100] 스위치들은, 특히 스위치들이 높은 스위칭 속도로 전류를 전도할 때, 뜨거워진다. 다이 기판은, 다이 기판의 두께를 포함하는 다이 기판의 구성에 따라, 다이 기판의 다이 기판 단자를 통해, 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 밖으로 많은 양들의 열(예를 들어, 10, 20, 50, 100, 300-750 W 또는 그 초과)을 전도할 수 있다. 다이 기판은 두꺼울 수 있고(예를 들어, 0.1 mm - 6.0 mm 두께), 다이 기판이 두꺼울수록, 다이 기판은 더 많은 열 커패시턴스를 제공하며, 이는 부착된 스위치로부터의 갑작스러운 열 증가를 흡수하는 데 중요할 수 있다. 다이 기판들은, 이들의 단자들이 열 싱크들에 열적으로 연결될 때, 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들 밖으로 훨씬 더 많은 열을 전달할 수 있다. 다이 기판과 같이, 다이 클립은 두꺼울 수 있으며(예를 들어, 0.1 mm - 6.0 mm 두께), 다이 클립이 두꺼울수록, 다이 클립은 더 많은 열 커패시턴스를 제공한다. 위에서 주목된 바와 같은 일 실시예에서, 다이 클립은 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 안으로 또는 밖으로 전류를 전도하기 위한 제1 단자, 및 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 밖으로 열을 전도하기 위한 제2 단자를 가질 수 있다. 제2 단자는, 제2 단자가 열 싱크에 열적으로 연결될 때, 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 밖으로 훨씬 더 많은 열을 전달할 수 있다. 일반적으로, 한 쌍의 컴포넌트들 사이의 연결은 직접적일 수 있거나(예를 들어, 컴포넌트들의 표면들이 서로 접촉함), 또는 한 쌍의 컴포넌트들 사이의 연결은 솔더(solder), 제3 금속 컴포넌트, 솔더와 제3 금속 컴포넌트의 조합, 전도성 접착제들, 소결 재료, 이를테면, 은, 서멀 그리스(thermal grease), 와이어 본드(wire bond) 등과 같은 열적 및/또는 전기적 개재(intervening) 재료를 통해 간접적일 수 있다. 연결은 컴포넌트들 사이에서 열, 전류, 또는 둘 모두를 전도할 수 있다.[00100] Switches get hot, especially when they conduct current at high switching rates. The die substrate is subjected to a large amount of heat (e.g., 10, 20, 50, 00, , 100, 300-750 W or more). The die substrate can be thick (eg, 0.1 mm - 6.0 mm thick), and the thicker the die substrate, the more thermal capacitance the die substrate provides to absorb the sudden increase in heat from the attached switch. can be important Die substrates can transfer even more heat out of packaged switches or packaged half bridges when their terminals are thermally connected to heat sinks. Like the die substrate, the die clip can be thick (eg, 0.1 mm - 6.0 mm thick), the thicker the die clip, the more thermal capacitance the die clip provides. In one embodiment as noted above, the die clip has a first terminal for conducting current into or out of the packaged switch or packaged half bridge, and a second terminal for conducting heat out of the packaged switch or packaged half bridge. can have terminals. The second terminal can transfer even more heat out of the packaged switch or packaged half bridge when the second terminal is thermally coupled to the heat sink. In general, the connection between a pair of components can be direct (eg, the surfaces of the components are in contact with each other), or the connection between a pair of components can be solder, a third metal component, may be indirect through a combination of solder and a third metal component, conductive adhesives, sintering material such as thermal and/or electrical intervening material such as silver, thermal grease, wire bond, etc. there is. Connections can conduct heat, current, or both between components.
예시적인 패키징된 스위치들Exemplary Packaged Switches
[00101]
도 2aa를 계속 참조하면, 도 3aa, 도 3ab 및 도 3ac는 예시적인 패키징된 스위치(200)의 몇몇 관련 컴포넌트들을 도시하는, 예시적인 패키징된 스위치(200)의 개략도들이다. 도 3aa, 도 3ab 및 도 3ac는, 각각, 패키징된 스위치(200)를 위, 옆 및 뒤에서 볼 때의 특정 컴포넌트들의 상대적 포지션들을 도시한다. 패키징된 스위치(200)는 도 3aa에 도시된 바와 같은 예시적인 스위치 모듈(300)을 포함한다. 아래에서 더 완전히 설명될 바와 같이, 패키징된 하프 브리지는 한 쌍의 스위치 모듈들, 이를테면 스위치 모듈(300)을 포함할 수 있다.[00101]
With continued reference to FIG. 2AA , FIGS. 3AA , 3AB and 3AC are schematic diagrams of an exemplary packaged
[00102]
스위치 모듈(300)은, 마이크로제어기 또는 유사한 프로세서 기반 디바이스로부터 수신된 저-전력 PWM 신호 및/또는 다른 신호들에 기반하여 스위치(304)를 제어하는 스위치 제어기(302)를 포함한다. 스위치(304)는 다이 기판(312)과 다이 클립(316)에 연결되고 다이 기판(312)과 다이 클립(316) 사이에 포지셔닝되며, 이들 둘 모두는 심볼로 표현된다. 다이 기판(312) 및 다이 클립(316)은 큰 전류를 전도한다. 다이 기판(312)은, 다이 클립(316)에 의해 외부로 전달되는 열의 양과 비교할 때, 다이 기판(312)이 패키징된 스위치(200) 밖으로 비교적 더 많은 열을 전도하도록 또한 구성됨을 표시하기 위해, 도면들에서 더 두꺼운 라인으로 표현된다. 스위치 모듈(300)은 또한, 스위치(304) 근처의 온도를 감지하기 위한 온도 센서 회로(T_Sense), 및 스위치(304)에 의해 송신된 전류를 감지하기 위한 전류 센서 회로(I_sense)를 포함한다. 스위치 모듈은 도면들에 도시된 것보다 더 적은 또는 더 많은 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치 모듈(300)은 또한, 다른 실시예에서 스위치(304)의 전류 단자들에 걸친 전압을 감지하는 전압 센서 회로를 포함할 수 있다.[00102]
[00103]
도 3aa, 도 3ab 및 도 3ac는 컴포넌트들의 서로에 대한 상대적 포지셔닝을 도시한다. 도 3ab에서 알 수 있는 바와 같이, 다이 기판(312), 스위치(304) 및 다이 클립(316)은 상부(T)와 하부(B) 사이에 수직으로 적층된다. 이러한 컴포넌트들을 적층하는 것은 높이를 감소시키고, 그에 따라, 패키징된 스위치(200)의 볼륨을 감소시킨다. 스위치 제어기(302)는 패키징된 스위치(200)의 전방(F) 근처에 포지셔닝되는 한편, 스위치(304)는 패키징된 스위치(200)의 후방(Bk) 근처에 포지셔닝된다.[00103]
Figures 3aa, 3ab and 3ac show the relative positioning of components relative to each other. As can be seen in Figure 3ab, the
[00104]
예시 및 설명의 용이함을 위해, 다이 기판 단자(230)는 도면들에서 정사각형으로서 심볼로 표현된다. 뷰(view)에 따라, 다이 클립 단자(232)는 도면들에서 육각형으로서 또는 팔각형으로서 심볼로 표현된다. 예를 들어, 각각, 도 3aa 및 도 3ac의 평면도 및 배면도에서, 다이 클립 단자(232)는 육각형으로서 심볼로 표현된다. 도 3ab의 측면도에서, 다이 클립 단자(232)는 팔각형으로서 표현된다.[00104]
For ease of illustration and description, die
[00105]
다이 기판 단자(230)는 자신이 패키징된 스위치(200)의 상부 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 도 3ab 및 도 3ac에서 포지셔닝되고, 다이 클립 단자(232)는 자신이 패키징된 스위치(200)의 좌측 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 도 3aa 및 도 3ac에서 포지셔닝된다. 다이 클립 단자(232)는 전류가 자신의 좌측을 통해, 패키징된 스위치(200)에 진입하거나 패키징된 스위치(200)를 빠져나감을 표시하기 위해 도 3ab에서 센터 도트(center dot)로 드로잉된다(drawn). 도 3ba, 도 3bb 및 도 3bc는 대안적인 패키징된 스위치(201)를 도시하며, 이는 패키징된 스위치(200)와 유사하지만, 다이 클립 단자(232)는 자신이 우측 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 도 3ba 및 도 3bc에서 포지셔닝된다. 도 3bb의 다이 클립 단자(232)는, 전류가 패키징된 스위치(201)의 우측에 진입하거나 패키징된 스위치(201)의 우측으로부터 빠져나감을 표시하기 위해 센터 도트 없이 드로잉된다. 다른 실시예들에서, 다이 기판 단자들 또는 다이 클립 단자들은 의도적으로 패키징된 스위치 표면 또는 패키징된 하프 브리지 표면 아래로 리세스되거나 또는 그 위로 돌출될 수 있다는 것이 주목된다.[00105]
The
[00106]
도 3aa, 도 3ab 및 도 3ac를 계속 참조하면, 도 3ad는 게이트 구동기(306), 저항기들(R1 및 R2) 및 다이오드들(308 및 310)을 포함하는 예시적인 스위치 제어기(302)를 도시하는 개략도이다. 스위치 제어기는 도면들에 도시된 것보다 더 적은 또는 더 많은 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 도 3ad는 스위치(304)를 도시하지만, 다이 기판(312) 및 다이 클립(316)은 도시하지 않는다. 이 도면에 도시되지 않았지만, 다이오드(308)의 캐소드는 다이 기판(312)에 연결된다.[00106]
With continued reference to FIGS. 3AA, 3AB, and 3AC, FIG. 3AD shows an
[00107]
선행 기술의 인버터 시스템들은, 크고 비싼 인쇄 회로 보드(PCB: printed circuit board)들 상에 도 1a의 게이트 구동기들(H101-H103 및 L101-L103)과 같은 게이트 구동기들을 장착한다. 이러한 PCB들 상의 긴 전도성 트레이스(trace)들은 PCB들 외부에 있는 전력 트랜지스터들(예를 들어, IGBT들)과 게이트 구동기들 사이에서 신호들을 운반한다. 게이트 구동기와 트랜지스터들 사이의 긴 트레이스들은 기생 유도 및/또는 커패시턴스를 증가시키며, 이는 결국 원하지 않는 전력 소비 및 신호 지연을 증가시킨다. 더 긴 트레이스들 상에서 송신된 신호들은 잡음에 더 취약하다. 대조적으로, 게이트 구동기(306)를 포함하는 스위치 제어기(302)는 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 내부에 포함되고, 스위치(304) 근처에 포지셔닝된다. 선행 기술의 인버터 시스템들과 비교할 때, 더 짧은 전도성 라인(예를 들어, 5 mm 이하)이 게이트 구동기(306)의 제어 신호 출력과 스위치(304)의 게이트(들)를 연결한다. 더 짧은 전도성 라인은 기생 유도, 신호 지연, 잡음으로 인한 신호 저하(degradation), 및/또는 전술된 PCB들 상에 장착된 게이트 구동기들과 연관된 다른 문제들을 감소시킨다. 게이트 구동기(306)는 게이트를 구동하는 동안 더 적은 전력을 소비한다. 그리고 게이트 구동기(306)는 스위치(304)의 게이트를 더 신속하게 구동할 수 있다.[00107]
Prior art inverter systems mount gate drivers, such as gate drivers H101-H103 and L101-L103 in FIG. 1A, on large and expensive printed circuit boards (PCBs). Long conductive traces on these PCBs carry signals between the gate drivers and the power transistors (eg, IGBTs) external to the PCBs. Long traces between gate drivers and transistors increase parasitic induction and/or capacitance, which in turn increases undesirable power consumption and signal delay. Signals transmitted over longer traces are more susceptible to noise. In contrast,
[00108]
일반적으로, 스위치(304)는 IGBT, MOSFET, JFET, BJT 등과 같은 하나 이상의 트랜지스터들을 포함한다. 스위치(304)는 다이오드와 같은 추가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 스위치(304) 내의 트랜지스터들 및/또는 추가적인 컴포넌트들은 Si, SiC, GaN, GaO 등과 같은 많은 상이한 타입들의 반도체 재료들 중 임의의 하나로 제조될 수 있다. 도 3ae 및 도 3af는 예시적인 스위치들(304)을 예시하는 개략도들이다. 도 3ae에서, 스위치(304)는 다이오드(D)와 병렬로 연결된 전력 IGBT를 포함한다. 콜렉터(c) 및 다이오드 캐소드는 다이 기판(312)에 연결 또는 부착(예를 들어, 소결, 솔더링 등)되는 한편, 이미터(e) 및 다이오드 애노드는 다이 클립(316)에 연결 또는 부착(예를 들어, 소결, 솔더링 등)된다. 일부 실시예들에서, IGBT는 하나의 이미터를 갖지만, 몇몇 이미터 단자들을 가질 수 있다. 그러한 실시예들에서, 이미터 단자들 각각은 다이 클립(316)에 부착된다. 도 3af에서, 스위치(304)는 전력 MOSFET들(예를 들어, SiC MOSFET들, GaN MOSFET들, 또는 GaO와 같은 다른 반도체 재료들로 제조된 MOSFET들)을 포함하며, N1과 N2는 병렬로 커플링된다. MOSFET들(N1 및 N2)의 드레인들(d)은 다이 기판(312)에 부착(예를 들어, 소결, 솔더링 등)되는 한편, 소스들(s)은 다이 클립(316)에 부착(예를 들어, 소결, 솔더링 등)된다. 일부 실시예들에서, MOSFET은 하나의 소스를 갖지만, 몇몇 소스 단자들을 가질 수 있다. 그러한 실시예들에서, 소스 단자들 각각은 다이 클립(316)에 부착된다. 각각의 게이트(g)는 구동기(306)로부터의 고-전류 게이트 제어 신호(Vg)에 의해 제어된다. 도면들에 도시된 스위치(304) 이외의 스위치들이 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다.[00108]
Typically,
[00109]
도 3aa 및 도 3ad를 계속 참조하면, 컴포넌트들은 심볼로 도시된 신호 리드들(예를 들어, 204-208)에 연결된다. 신호 리드들은 스위치 모듈 내부의 컴포넌트들(예를 들어, 게이트 구동기(306) 및 저항기(R1))을 연결한다. 신호 리드들은 또한, 스위치 모듈 내부의 컴포넌트들(예를 들어, 게이트 구동기(306))과 스위치 모듈 외부의 컴포넌트들(예를 들어, 마이크로제어기, 전압 조절기 등)을 연결한다. 몇몇 신호 리드들은 예시의 용이함을 위해 도 3aa 및 도 3ad에 도시되지 않는다. 스위치 모듈의 일부 컴포넌트들은 추가적인 와이어들 또는 전도체들을 통해 신호 리드들에 연결될 수 있다. 예를 들어, 와이어 본딩(wire bonding) 또는 다른 타입의 연결 방법이 스위치(304)의 게이트(g)를 신호 리드에 연결하는 데 사용될 수 있으며, 신호 리드는 결국 저항기(R2)에 연결된다.[00109]
With continued reference to FIGS. 3AA and 3AD , the components are connected to signal leads shown symbolically (eg, 204-208). Signal leads connect components inside the switch module (eg,
[00110]
일부 스위치 모듈 컴포넌트들은 오리지널 장비 제조자들로부터 구매될 수 있는 패키징된 디바이스들 또는 베어(bare) 반도체 다이들의 형태를 취할 수 있다. 패키징된 디바이스들은 신호 리드들에 연결(예를 들어, 솔더링)되는 리드들을 갖는다. 베어 반도체 다이들은 신호 리드들에 와이어 본딩될 수 있는 패드들을 갖는다. 달리 주목되지 않는 한, 스위치 모듈 컴포넌트들은, 개개의 신호 리드들에 연결(예를 들어, 솔더링)될 수 있는, 리드들이 연장되어 나오는 패키징된 디바이스들의 형태를 취하는 것으로 가정된다. 예를 들어, 게이트 구동기(306)는 신호 리드들, 이를테면 신호 리드들(204 및 206)에 솔더링되는 리드들을 갖는 패키징된 집적 회로의 형태를 취할 수 있다. I_Sense 또는 I_Temp 회로는 또한, 가요성의 평탄한 케이블(flexible flat cable)(FFC, 이를테면, 플렉스(flex) PCB, 도시되지 않음)을 통해 신호 리드들에 연결된 리드들을 갖는 패키징된 집적 회로들의 형태를 취할 수 있다. FFC는, 가요성 기판 상에 형성된 평탄한 컨덕터들 또는 트레이스들을 갖는, 평탄할 뿐 아니라 가요성인 임의의 다양한 전기 케이블을 지칭한다. 저항기들(R1 및 R2) 및 다이오드들(308 및 310)은 솔더를 이용하여 신호 리드들에 연결되는 리드들을 갖는 패키징된 컴포넌트들일 수 있다.[00110]
Some switch module components can take the form of packaged devices or bare semiconductor dies that can be purchased from original equipment manufacturers. Packaged devices have leads that are connected (eg, soldered) to signal leads. Bare semiconductor dies have pads that can be wire bonded to signal leads. Unless otherwise noted, switch module components are assumed to take the form of packaged devices with leads extending from them, which can be connected (eg, soldered) to individual signal leads. For example,
[00111]
신호 리드들(예를 들어, 신호 리드들(204-208))은 "신호 프레임 기판"으로 불리는 금속 구조로 구성될 수 있으며, 그 예는 아래에서 더 완전히 설명될 것이다. 신호 리드들은 대안적인 방법들을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 강성(rigid) 기판을 생성하기 위해 액정 폴리머가 몰드 내에 주입될 수 있다. 이어서, 전도성 트레이스들이 기판 상에 패터닝되어 신호 리드들을 형성할 수 있다. 그러나, 설명의 목적들을 위해, 나머지 개시내용은 신호 프레임 기판으로부터의 신호 리드들의 구성을 가정할 것이다. 일반적으로, 신호 프레임 기판은, 반도체 패키지 어셈블리 동안 디바이스들이 부착되는 얇은 금속 프레임인 "리드 프레임"과 유사하다. 신호 프레임 기판에 있는 동안, 신호 리드들은 서로 전기적으로 격리되지 않는다. 패키징된 게이트 구동기(306)(또는 베어 반도체 다이 게이트 구동기(306))의 전도성 리드들, 다이오드(308) 및 다른 컴포넌트들이 신호 프레임 기판에 부착된 후에, 그 결합은 플라스틱으로 캡슐화된다. 플라스틱 및 신호 프레임 기판은 예를 들어, 도 2aa, 도 2ab, 도 2ba 및 도 2bb에 도시된 패키징된 스위치(200) 또는 패키징된 하프 브리지(250)를 생성하도록 트리밍(trim)될 수 있다. 더 구체적으로, 신호 프레임 기판 및 플라스틱의 부분들은 몰딩 후에 트리밍되어, 플라스틱 케이스들(예를 들어, 케이스들(202 및 252)) 및 신호 리드들(예를 들어, 204 및 206)을 산출한다. 트리밍 후에, 신호 리드들은 서로 격리되지만, 플라스틱 케이스에 의해 적소에 견고하게 유지된다. 중요하게는, 신호 프레임 기판은 스위치 모듈의 컴포넌트들의 많은 상이한 조합들, 타입들, 형상들, 배열 등을 수용하도록 설계될 수 있다.[00111]
The signal leads (eg, signal leads 204-208) may be constructed of a metal structure referred to as a "signal frame substrate", an example of which will be described more fully below. Signal leads may be fabricated using alternative methods. For example, a liquid crystal polymer may be injected into a mold to create a rigid substrate. Conductive traces may then be patterned on the substrate to form signal leads. However, for purposes of explanation, the remainder of the disclosure will assume the configuration of the signal leads from the signal frame substrate. Generally, a signal frame substrate resembles a "lead frame", a thin metal frame to which devices are attached during semiconductor package assembly. While on the signal frame substrate, the signal leads are not electrically isolated from each other. After the conductive leads,
[00112]
도 3ae 및 도 3af를 계속 참조하면, 스위치들(304)은 다이 기판들에 전기적으로 그리고 열적으로 연결된다. 일 실시예에서, 스위치(304) 내의 각각의 트랜지스터의 제1 전류 단자(예를 들어, 콜렉터, 드레인 등)는 은과 같은 고도로 전도성의 소결 재료의 층을 통해 다이 기판(312)에 대해 소결된다. 스위치(304)와 다이 기판 단자 사이에 유전체가 존재하지 않도록, 도시된 실시예들에서, 스위치(304)와 다이 기판 단자 사이에 유전체가 추가되지 않는다. 다이 기판 단자들은 외부 디바이스들로의 직접 또는 간접 연결을 위해 구성된다. 예를 들어, 다이 기판 단자(230)는 "V+ 버스 바"에 연결될 수 있고, 이는 결국 DC-DC 변환기와 같은 디바이스를 통해 간접적으로 또는 직접적으로 V+ 배터리 단자에 연결된다. 일반적으로, 버스 바는 고전류 분배에 사용되는 금속 엘리먼트이다. 버스 바 또는 버스 바의 엘리먼트들의 재료 조성(composition) 및 단면 사이즈는 안전하게 운반될 수 있는 전류의 최대량을 결정한다. V+ 버스 바는 또한, 유체(예를 들어, 공기 또는 액체, 이를테면, 물과 에틸렌 글리콜의 혼합물)가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들을 갖는 열 싱크로서 작용할 수 있다. 또는, 다이 기판 단자(230)는 AC 버스 바 또는 "위상 버스 바"에 연결될 수 있고, 이는 결국 권선(W)의 단자에 연결된다. 위상 버스 바(이하, 위상 바)는 다이 기판 단자와 맞물리는 금속 클램프를 포함할 수 있다. 전력 케이블은 금속 클램프를 권선 단자에 연결할 수 있다. 전력 케이블의 일 단부는 클램프에 연결되는 한편, 다른 단부는 권선 단자에 연결된다.[00112]
With continued reference to FIGS. 3ae and 3af , the
[00113]
도 2aa에서, 다이 기판 단자(230)는 패키징된 스위치(200)의 플라스틱 케이스의 개구를 통해 노출되는 평탄한 표면을 갖는다. 도 2ba 및 도 2bb의 패키징된 하프 브리지(250)는 유사한 다이 기판 단자들(230L 및 230H)을 갖는다. 노출된 단자(230)의 치수들(예를 들어, 폭 및 길이)은 상당한 전류 및 열을 전달하도록 구성된다. 일 실시예에서, 다이 기판 단자(230)는, 제1 전류 단자(예를 들어, 콜렉터, 드레인 등)가 부착되는 다이 기판(312)의 적어도 하나의 표면과 평행하지만, 반대로 향한다(즉, 180도).[00113]
In FIG. 2AA, the
[00114]
스위치들(304)은 다이 클립들에 전기적으로 그리고 열적으로 연결된다. 예를 들어, 스위치(304) 내의 각각의 트랜지스터의 제2 전류 단자(예를 들어, 이미터, 소스 등)는 은과 같은 고도로 전도성의 소결 재료의 층을 통해 다이 클립(316)에 대해 소결된다. 스위치(304)와 다이 클립 단자 사이에 유전체가 존재하지 않도록, 도시된 실시예들에서, 스위치(304)와 다이 클립 단자 사이에 유전체가 추가되지 않는다. 다이 클립 단자들은 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지 외부의 디바이스에 직접 또는 간접 연결되도록 구성된다. 다이 클립 단자(232)는 위에서 언급된 클램프에 연결될 수 있으며, 이는 결국 전력 케이블을 통해 권선의 단자에 연결된다. 또는 다이 클립 단자(232)는 "V- 버스 바"에 연결될 수 있고, 이는 결국 V- 배터리 단자에 연결된다. 일부 실시예들에서, V- 버스 바는 또한, 유체, 이를테면 공기가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들을 갖는 열 싱크로서 작용할 수 있다.[00114]
Switches 304 are electrically and thermally connected to the die clips. For example, the second current terminal (e.g., emitter, source, etc.) of each transistor in
[00115]
도 2aa를 계속 참조하면, 다이 클립 단자(232)는 패키징된 스위치(200)의 플라스틱 케이스의 개구를 통해 노출되는 실질적으로 평탄한 표면 영역을 갖는다. 도 2ba 및 도 2bb의 패키징된 하프 브리지(250)는 유사한 다이 클립 단자들(232L 및 232H)을 갖는다. 노출된 단자(232)의 치수들(예를 들어, 폭 및 길이)은 상당한 전류를 전달하도록 구성된다.[00115]
Still referring to FIG. 2AA , die
[00116]
스위치 모듈의 게이트 구동기들은 마이크로제어기, 개개의 마이크로제어기들, 또는 유사한 프로세서 기반 디바이스(들)로부터 신호들을 수신할 수 있다. 예를 들어, 도 3ad의 게이트 구동기 회로(306)는 도 1a를 참조하여 설명된 PWM 신호들 중 하나와 유사한 저-전력 PWM 구동기 제어 신호를 수신할 수 있다. 이외에도, 게이트 구동기(306)는 마이크로제어기 또는 다른 디바이스로부터 저-전력 Reset 신호를 수신할 수 있다. 게이트 구동기 회로(306)는, 자신이 어서트된 Reset 신호를 수신한 후에, 고-전류 게이트 제어 신호(Vg)를 어서트함으로써, 자신이 수신하는 PWM 신호의 어서션(assertion)에 대한 응답으로 스위치(304)를 선택적으로 활성화할 수 있다. 게이트 구동기(306)의 출력과 스위치(304)의 게이트 또는 게이트들 사이의 거리는 기생 인덕턴스, 기생 커패시턴스, 잡음 등으로 인한 게이트 제어 신호(Vg)에 대한 악영향들을 완화시키기 위해 감소되어야 한다. 게이트 구동기들은 또한, 마이크로제어기 또는 유사한 프로세서 기반 디바이스에 신호들을 송신할 수 있다. 예를 들어, 게이트 구동기 회로(306)는 스위치(304)를 디스에이블(disable)하고(즉, 스위치를 비활성화된(deactivated) 상태로 유지하고), 스위치(304)를 통한 과도한 전류 전도와 같은 결함(fault)이 검출될 때 Fault 신호를 어서트할 수 있다. 마이크로제어기 또는 유사한 프로세서 디바이스는 Fault 신호를 수신 및 프로세싱할 수 있다. I_sense 회로 및 Temp_sense 회로와 같은 다른 컴포넌트들은 스위치(304)를 통한 전류 흐름 및 스위치(304)의 온도를 나타내는 신호들을 송신할 수 있다. 포함되는 경우, 전압 감지 회로는, 추가된다면, 스위치(304)에 걸친 전압을 나타내는 신호를 마찬가지로 송신할 수 있다. 마이크로제어기 또는 유사한 프로세서 기반 디바이스는 이러한 다른 컴포넌트들에 의해 제공되는 신호들을 수신 및 프로세싱할 수 있다. 예를 들어, 마이크로제어기는 온도를 나타내는 신호를 제1 임계값과 비교하고, 임계 값이 초과되면 게이트 구동기 회로(306)에 제공되는 PWM 제어 신호의 주파수 또는 듀티 사이클을 변경할 수 있거나, 또는 마이크로제어기는 임계 값이 초과되면 게이트 구동기 회로(306)에 제공되는 PWM 제어 신호를 계속해서 디-어서트(de-assert)할 수 있고, 이는 결국 스위치(304)를 비활성(inactive) 상태로 유지한다.[00116]
The gate drivers of the switch module may receive signals from a microcontroller, individual microcontrollers, or similar processor-based device(s). For example, the
[00117]
도 3ag는 갈바닉 격리 회로(324)를 통해 고-전압 출력 스테이지(320)와 데이터 통신하는 저-전압 입력 스테이지(320)를 포함하는 예시적인 게이트 구동기(306)를 예시한다. 갈바닉 격리는, 2 개 이상의 회로들이 통신해야 하지만 이들의 접지들이 상이한 전위들에 있는 경우 사용된다. 갈바닉 격리 회로들은 회로들 사이의 격리를 달성하기 위해 변압기, 커패시터, 광 커플러 또는 다른 디바이스를 이용할 수 있다. 단지 설명의 목적들을 위해, 갈바닉 격리 회로(324)는 갈바닉 격리를 구현하기 위해 변압기 디바이스를 이용한다. 저-전압 입력 스테이지(322)는 제1 공급 전압(VDDI) 및 제1 접지(GI)를 수신하도록 커플링되며, PWM 및 Reset 신호들을 수신하는 로직 회로(330)를 포함한다. 고-전압 출력 스테이지(322)는 제2 공급 전압(VDDO+), 제3 공급 전압(VDDO-) 및 제2 접지(GO)를 수신하도록 커플링되며, 갈바닉 격리 회로(324)를 통해 로직 회로(330)로부터 제어 신호를 수신하는 로직 회로(332)를 포함한다. 고-전압 출력 스테이지(332)는 또한, 로직 회로(332)로부터의 출력 신호에 의해 제어되는 버퍼(340)를 포함한다. 버퍼는 격리 회로(324)의 제어 신호 출력이 어서트될 때 Vg를 어서트한다. 다른 타입들의 게이트 구동기들(306)이 고려된다.[00117]
3AG illustrates an
[00118]
도 3aa를 계속 참조하면, I_sense는 스위치(304)를 통한 전류 흐름에 비례하는 크기(magnitude)를 갖는 전압 신호(Vi)를 생성한다. I_sense는, 일반적으로 스위치(304)를 통하는 그리고 특히 다이 클립을 통하는 전류 흐름에 의해 생성되는 자기장을 측정하는 유도성 전류 센서를 포함할 수 있다. 도 3ac에 도시된 바와 같이, 예시적인 다이 클립(316)은 수평 및 수직 부분들을 포함한다. I_sense 회로는 수평 부분의 좁아진 부분(narrowed portion)(도시되지 않음)을 통한 전류 흐름을 측정할 수 있다. I_sense는 마이크로제어기에 의한 후속 사용을 위해 유도성 전류 센서의 신호 출력을 컨디셔닝한다. 유도성 센서는 트랜지스터(T)로부터 갈바닉(galvanically) 격리된다.[00118]
Still referring to FIG. 3AA , I_sense produces a voltage signal Vi having a magnitude proportional to the current flow through
[00119]
T_sense는 스위치(304) 근처의 온도에 비례하는 크기를 갖는 전압 신호(Vt)를 생성할 수 있는 서미스터(thermistor)를 포함할 수 있다. 서미스터는, 그 저항이 온도에 의존하는 타입의 저항기이고; 저항과 온도 사이의 관계는 선형이다. T_sense는 마이크로제어기에 의한 사용을 위해 서미스터의 신호 출력을 컨디셔닝한다. 서미스터는 트랜지스터(T)로부터 갈바닉 격리된다.[00119]
T_sense may include a thermistor capable of generating a voltage signal (Vt) having a magnitude proportional to the temperature near
[00120]
각각, I_sense 및 T_sense 회로들로부터의 아날로그 신호들(Vi 및 Vt)은 디지털 등가물(equivalent)들로의 후속 변환을 위해 마이크로제어기에 송신될 수 있다. 가요성의 평탄한 케이블링(예를 들어, 플렉스 PCB(도시되지 않음))의 트레이스들과 같은 전도체들은, PCB(도시되지 않음)의 트레이스들을 통해 마이크로제어기와 스위치 모듈(300)의 개개의 신호 리드 단자들 사이에서 Vi, Vt 및 Fault를 포함하는 신호들을 송신하는 데 사용될 수 있다. 마이크로제어기에 신호들을 송신하기 위해 다른 타입의 전도체들이 사용될 수 있다. 달리 주목되지 않는 한, 본 개시내용은 플렉스 PCB와 같은 가요성의 평탄한 케이블의 사용을 가정한다. 가요성의 평탄한 케이블링은 또한, 다른 신호들(예를 들어, PWM 및 Reset) 및 전압들(예를 들어, VDDI, VDDO+, GL 등)을 스위치 모듈(300)에 송신하는 데 사용될 수 있다. 마이크로제어기는 메모리에 저장된 명령들에 따라 자신이 수신하는 신호들(예를 들어, Fault, Vi 및 Vt)의 디지털 등가물들을 프로세싱할 수 있다. 마이크로제어기는 Vi 및 Vt의 디지털 등가물들에 기반하여 구동기 제어 신호들(PWM)의 듀티 사이클 및/또는 주기를 조정할 수 있다. 스위치에 걸친 전압을 모니터링하기 위한 회로를 포함하는 패키징된 전력 모듈들의 실시예들에서, 전압을 표현하는 아날로그 신호(Vv)는 메모리에 저장된 명령들에 따른 프로세싱을 위해 전압 모니터링 회로에 의해 마이크로제어기에 제공될 수 있다.[00120]
Analog signals Vi and Vt from the I_sense and T_sense circuits, respectively, can be sent to a microcontroller for subsequent conversion to digital equivalents. Conductors, such as traces of flexible flat cabling (e.g., a flex PCB (not shown)), may be routed through the traces of the PCB (not shown) to the individual signal lead terminals of the microcontroller and
[00121]
도 3ca 및 도 3cb는 대안적인 패키징된 스위치(203)의 몇몇 컴포넌트들을 도시하는, 대안적인 패키징된 스위치(203)의 개략도들이다. 도 3ca 및 도 3cb는, 각각, 패키징된 스위치(203)를 옆 및 뒤에서 볼 때의 패키징된 스위치(203)의 컴포넌트들의 상대적 포지션들을 도시한다. 패키징된 스위치(200)와 같이, 패키징된 스위치(203)는 스위치 제어기(302)에 의해 제어되는 스위치(304)를 포함한다. 스위치(304)는 다이 기판(312)과 다이 클립 단자(344)를 포함하는 다이 클립(342) 사이에 그리고 이들에 연결(예를 들어, 소결)된다. 다이 클립(342) 및 다이 클립 단자(344)가 심볼로 도시된다. 다이 기판(312)과 다이 클립(342) 둘 모두는, 이들이 상당한 전류 및 상당한 열을 전달하도록 구성됨을 표시하기 위해 두꺼운 라인들로 표현된다. 다이 클립(342) 및 다이 클립(342)의 단자(344)의 형상 및 형태는 다이 클립(316) 및 다이 클립(316)의 단자(232)와 실질적으로 상이하다. 다이 기판(312)과 다이 클립(342)은 실질적으로 동일할 수 있으며, 실질적으로 동일한 다이 기판 및 다이 클립 단자들(230 및 344)을 각각 갖는다.[00121]
3ca and 3cb are schematic diagrams of an alternative packaged
[00122]
도 3ca 및 도 3cb는 컴포넌트들의 서로에 대한 상대적 포지셔닝을 예시한다. 다이 기판(312), 스위치(304) 및 다이 클립(342)은 패키징된 스위치(203)의 상부(T)와 하부(B) 사이에 수직으로 적층된다. 스위치 제어기(302)는 패키징된 스위치(203)의 전방(F) 근처에 포지셔닝되는 한편, 스위치(304)는 후방(Bk) 근처에 포지셔닝된다. 다이 기판 단자(230)는 자신이 패키징된 스위치(205)의 상부 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 도면들에서 포지셔닝되고, 다이 클립 단자(344)는 마찬가지로, 자신이 하부 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 포지셔닝된다.[00122]
3ca and 3cb illustrate the relative positioning of components relative to each other. The
[00123]
도 3da 및 도 3db는 대안적인 패키징된 스위치(205)의 몇몇 컴포넌트들을 도시하는, 대안적인 패키징된 스위치(205)의 개략도들이다. 도 3da 및 도 3db는, 각각, 패키징된 스위치(205)를 옆 및 뒤에서 볼 때의 패키징된 스위치(205)의 컴포넌트들의 상대적 포지션들을 도시한다. 패키징된 스위치(200)와 같이, 패키징된 스위치(205)는 스위치 제어기(302)에 의해 제어되는 스위치(304)를 포함한다. 스위치(304)는 다이 기판(312)과 다이 클립 단자(232)를 포함하는 다이 클립(346) 사이에 그리고 이들에 연결(예를 들어, 소결)된다. 다이 클립(346)은 심볼로 도시된다. 다이 클립 단자(232)는 후방 표면과 동일한 높이에 있다. 다이 클립(346)은 자신이 주로 열이 아닌 전류를 송신하도록 구성됨을 표시하기 위해 얇은 선으로 표현된다. 다이 클립들(316 및 346)은 형상 및 형태가 실질적으로 상이하지만, 유사한 단자들(232)을 갖는다.[00123]
3Da and 3DB are schematic diagrams of an alternative packaged
[00124]
도 3da 및 도 3db는 컴포넌트들의 서로에 대한 상대적 포지셔닝을 예시한다. 다이 기판(312), 스위치(304) 및 다이 클립(346)은 패키징된 스위치(205)의 상부(T)와 하부(B) 사이에 수직으로 적층된다. 스위치 제어기(302)는 패키징된 스위치(205)의 전방(F) 근처에 포지셔닝되는 한편, 스위치(304)는 후방(Bk) 근처에 포지셔닝된다. 다이 기판 단자(230)는 자신이 패키징된 스위치(203)의 상부 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 도면들에서 포지셔닝되고, 다이 클립 단자(324)는 자신이 후방 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 도 3da에서 포지셔닝된다.[00124]
3da and 3db illustrate the relative positioning of components relative to each other. The
[00125]
도 3ea 및 도 3eb는 대안적인 패키징된 스위치(207)의 몇몇 컴포넌트들을 도시하는, 대안적인 패키징된 스위치(207)의 개략도들이다. 도 3ea 및 도 3eb는, 각각, 패키징된 스위치(205)를 옆 및 뒤에서 볼 때의 패키징된 스위치(205)의 컴포넌트들의 상대적 포지션들을 도시한다. 패키징된 스위치(200)와 같이, 패키징된 스위치(207)는 스위치 제어기(302)에 의해 제어되는 스위치(304)를 포함한다. 스위치(304)는 다이 기판(312)과 한 쌍의 다이 클립 단자들(232 및 344)을 포함하는 다이 클립(345) 사이에 그리고 이들에 연결(예를 들어, 소결)된다. 다이 클립(345) 및 다이 클립(345)의 단자들(232 및 344)이 심볼로 도시된다. 도시된 바와 같이, 다이 클립(345)은 제1 및 제2 부분들(348 및 350), 및 제1 및 제2 부분들로부터 직각으로(perpendicularly) 연장되는 제3 부분(354)을 포함한다. 제3 부분(354)은 자신이 주로 전류를 송신하도록 구성됨을 표시하기 위해 더 얇게 드로잉되는 한편, 제1 및 제2 부분들(348 및 350)은 이들이 또한 열을 전달하도록 구성됨을 표시하기 위해 더 두꺼운 선으로 드로잉된다. 그러나, 제2 부분(350)은, 제2 부분(350)이 전기적으로 격리된 열 싱크와 같은 전기적으로 격리된 디바이스에 연결되는 경우에만 열을 전도할 것이다. 도 3eb는 제3 부분(354)을 통해 송신되는 전류를 감지하기 위한 전류 센서 회로(I_sense)를 도시한다.[00125]
3ea and 3eb are schematic diagrams of an alternative packaged
[00126]
도 3ea 및 도 3eb는 컴포넌트들의 서로에 대한 상대적 포지셔닝을 예시한다. 다이 기판(312), 스위치(304) 및 다이 클립(345)은 패키징된 스위치(207)의 상부(T)와 하부(B) 사이에 수직으로 적층된다. 스위치 제어기(302)는 패키징된 스위치(207)의 전방(F) 근처에 포지셔닝된다. 스위치(304)는 후방(Bk) 근처에 포지셔닝된다. 다이 기판 단자(230)는 자신이 패키징된 스위치(207)의 상부 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 도면들에서 포지셔닝되고, 다이 클립 단자(232)는 자신이 좌측 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 도 3eb에서 포지셔닝되며, 그리고 다이 클립 단자(344)는, 자신이 하부 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 도면들에서 포지셔닝된다.[00126]
3ea and 3eb illustrate the relative positioning of components relative to each other. The
[00127]
도 3fa 및 도 3fb는 대안적인 패키징된 스위치(209)의 몇몇 컴포넌트들을 도시하는, 대안적인 패키징된 스위치(209)의 개략도들이다. 도 3fa 및 도 3fb는, 각각, 패키징된 스위치(209)를 옆 및 뒤에서 볼 때의 패키징된 스위치(209)의 컴포넌트들의 상대적 포지션들을 도시한다. 패키징된 스위치들(207 및 209)은 실질적으로 서로 동일하다. 그러나, 패키징된 스위치(207) 내의 다이 클립 단자(232)는 자신이 좌측 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 포지셔닝되는 한편, 도 3fb에 도시된 바와 같이, 패키징된 스위치(209) 내의 다이 클립 단자(232)는 자신이 우측 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 포지셔닝된다.[00127]
3fa and 3fb are schematic diagrams of an alternative packaged
예시적인 패키징된 하프 브리지들Exemplary Packaged Half Bridges
[00128]
패키징된 하프 브리지들은 한 쌍의 스위치 모듈들을 포함할 수 있다. 도 2ba, 도 2bb를 계속 참조하면, 도 3ga 및 도 3gb는 예시적인 패키징된 하프 브리지(250)의 몇몇 컴포넌트들을 도시하는, 예시적인 패키징된 하프 브리지(250)의 개략도들이다. 도 3ga 및 도 3gb는, 각각, 옆 및 뒤에서 볼 때의 패키징된 하프 브리지(250)의 특정 컴포넌트들의 상대적 포지션들을 도시한다. 패키징된 하프 브리지(250)는 도 3aa에 도시된 것과 같은 한 쌍의 스위치 모듈들(300)을 포함한다. 더 구체적으로, 패키징된 하프 브리지(250)는 하이-사이드 스위치 모듈(300H) 및 로우-사이드 스위치 모듈(300L)을 포함한다. 스위치 모듈들은 패키징된 하프 브리지(250) 내부에서 서로를 향하고; 하이-사이드 스위치 모듈(300H)은 플립되어 로우-사이드 스위치 모듈(300L) 아래에 포지셔닝된다. 예시의 용이함을 위해, 도 3aa에 도시된 대부분의 신호 리드들은 도 3ga 및 도 3gb로부터 생략되었다.[00128]
Packaged half bridges may include a pair of switch modules. With continued reference to FIGS. 2BA and 2BB , FIGS. 3GA and 3GB are schematic diagrams of an exemplary packaged
[00129]
도 3ga 및 도 3gb는 하프 브리지(250)의 특정 컴포넌트들의 서로에 대한 상대적 포지셔닝을 예시한다. 다이 기판들(312), 스위치들(304) 및 다이 클립들(316)은 상부(T)와 하부(B) 사이에 적층된다. 스위치 제어기들(302)은 마찬가지로 상부(T)와 하부(B) 사이에 적층된다. 스위치 제어기들(302)은 패키징된 하프 브리지(250)의 전방(F) 근처에 포지셔닝되는 한편, 스위치들(304)은 후방(Bk) 근처에 포지셔닝된다. 다이 기판 단자들(230L 및 230H)은, 각각, 패키징된 하프 브리지(250)의 상부(T) 및 하부(B) 상의 플라스틱 케이스를 통해 액세스가능하고, 다이 클립 단자들(232L 및 232H)은, 각각, 패키징된 하프 브리지(250)의 우측 및 좌측 표면들 상의 플라스틱 케이스를 통해 액세스가능하다. 다이 기판 단자들(230L 및 230H)은, 각각, 이들이 상부(T) 및 하부(B) 표면들과 동일한 높이임을 표시하도록 도면들에서 포지셔닝되고, 다이 클립 단자들(232L 및 232H)은, 각각, 이들이 우측 및 좌측 표면들과 동일한 높이임을 표시하도록 도 3gb에서 포지셔닝된다.[00129]
3ga and 3gb illustrate the relative positioning of certain components of
[00130]
하이-사이드 스위치(304H)는 하이-사이드 다이 기판(312H)에 연결되며, 하이-사이드 다이 기판(312H)은 패키징된 하프 브리지(250) 외부의 디바이스에 연결되기 위한 단자(230H)를 갖는다. 예를 들어, 단자(230H)는 V+ 버스 바에 연결될 수 있거나, 단자(230H)는 위상 바 또는 위상 바의 컴포넌트(예를 들어, 클램프)에 연결될 수 있다. 하이-사이드 스위치(304H)는 또한 하이-사이드 다이 클립(316H)에 연결되며, 하이-사이드 다이 클립(316H)은 패키징된 하프 브리지(250) 외부의 디바이스에 연결되기 위한 단자(232H)를 갖는다. 예를 들어, 단자(232H)는 위상 바 또는 V- 버스 바에 연결될 수 있다. 로우-사이드 스위치(304L)는 로우-사이드 다이 기판(312L)에 연결되며, 로우-사이드 다이 기판(312L)은 패키징된 하프 브리지(250) 외부의 디바이스에 연결되기 위한 단자(230L)를 갖는다. 예를 들어, 로우-사이드 다이 기판 단자(230L)는, 하이-사이드 다이 클립 단자(232H)가 연결되는 동일한 위상 바에 연결될 수 있거나, 또는 로우-사이드 다이 기판 단자(230L)는 열 싱크에 연결될 수 있다. 로우-사이드 스위치(304L)는 다이 클립(316L)에 연결되며, 다이 클립(316L)은 패키징된 하프 브리지(250) 외부의 디바이스에 연결되기 위한 단자(232L)를 갖는다. 예를 들어, 단자(232L)는 V- 버스 바 또는 위상 버스 바에 연결될 수 있다.[00130]
High-
[00131]
도 3ha 및 도 3hb는 대안적인 패키징된 하프 브리지(251)의 몇몇 컴포넌트들을 도시하는, 대안적인 패키징된 하프 브리지(251)의 개략도들이다. 하프 브리지(251)는 패키징된 하프 브리지(250)와 유사하지만, 도시된 바와 같이 다이 클립(316L)이 180도 회전된다. 도 3ha 및 도 3hb는, 각각, 옆 및 뒤에서 볼 때의 패키징된 하프 브리지(251)의 특정 컴포넌트들의 상대적 포지션들을 도시한다. 다이 클립(316)은 180도 회전을 수용하도록 약간 수정될 수 있다. 도 3hb는 이들이 좌측 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 포지셔닝된 로우-사이드 다이 클립 단자(232L) 및 하이-사이드 다이 클립 단자(232H)를 도시한다.[00131]
3ha and 3hb are schematic diagrams of an alternative packaged
[00132]
도 3ia 및 도 3ib는 또 대안적인 패키징된 하프 브리지(253)의 몇몇 컴포넌트들을 도시하는, 또 대안적인 패키징된 하프 브리지(253)의 개략도들이다. 도 3ia 및 도 3ib는, 각각, 옆 및 뒤에서 볼 때의 패키징된 하프 브리지(253)의 컴포넌트들의 상대적 포지션들을 도시한다. 패키징된 하프 브리지(253)는 패키징된 하프 브리지(250)와 유사하지만, 도시된 바와 같이 다이 클립 단자들(316) 둘 모두는 180도 회전된다. 도 3ib는, 로우-사이드 다이 클립 단자(232L)가 우측 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 포지셔닝되고, 하이-사이드 다이 클립 단자(232H)가 좌측 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 포지셔닝된 것을 도시한다.[00132]
3ia and 3ib are also schematic diagrams of an alternative packaged
[00133]
도 3ka 및 도 3kb는, 패키징된 하프 브리지(250)와 유사하지만 다이 클립들(316H 및 316L)이 스위치들(304H 및 304L)에 부착(예를 들어, 소결)된 통합된 다이 클립(315)으로 대체된 또 다른 패키징된 하프 브리지(255)의 측면도 및 배면도를 도시하는 개략도들이다. 다이 클립(315)은 다이 클립(316)의 다이 클립 단자(232)와 동일한 단자(232)를 갖는다. 다이 클립 단자(232)는, 자신이 우측 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 도 3kb에서 포지셔닝된다.[00133]
3KA and 3KB show an
[00134]
도 3la 및 도 3lb는 다른 패키징된 하프 브리지(259)의 몇몇 컴포넌트들을 도시하는, 다른 패키징된 하프 브리지(259)의 개략도들이다. 하프 브리지(259)는 패키징된 하프 브리지(250)와 유사하지만, 다이 클립들(316L 및 316H)이 다이 클립들(317L 및 317H)로 각각 대체된다. 도 3la 및 도 3lb는, 각각, 옆 및 뒤에서 볼 때의 패키징된 하프 브리지(259)의 특정 컴포넌트들의 상대적 포지션들을 도시한다. 도 3lb는, 로우-사이드 다이 클립 단자(232L) 및 하이-사이드 다이 클립 단자(232H)가 우측 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 포지셔닝된 로우-사이드 다이 클립 단자(232L) 및 하이-사이드 다이 클립 단자(232H)를 도시한다. 다이 클립들(317 및 316)은 많은 특징들이 유사하다. 예를 들어, 다이 클립(316)과 같이, 다이 클립(317)은 수평 및 수직 부분들을 포함한다. 도 3la는 다이 클립들(317)의 수직 부분들만을 도시한다. 다이 클립들(316 및 317) 사이에 적어도 하나의 실질적인 차이가 존재하고; 다이 클립(317)의 수평 부분은 반대로 향하는 다이 클립 단자들(232 및 233) 사이에서 연장 및 포지셔닝된다. 다이 클립 단자들(232 및 233) 둘 모두는 하프 브리지 패키지(259)의 플라스틱 케이스를 통해 액세스가능하다. 다이 클립 단자들(232 및 233)은 도시된 바와 같이 패키징된 하프 브리지(259)의 대향 측부 표면들과 동일한 높이에 있다. 다이 클립 단자들(232 및 233)은 형상 및 사이즈가 유사할 수 있고, 패키징된 하프 브리지(259) 안으로 또는 밖으로 고전류를 송신하도록 구성될 수 있다. [00134]
3la and 3lb are schematic diagrams of another packaged
폭width
[00135]
도 3j는 또 다른 패키징된 하프 브리지(261)의 몇몇 컴포넌트들을 도시하는, 또 다른 패키징된 하프 브리지(261)의 개략도이다. 하프 브리지(261)는 패키징된 하프 브리지(250)와 유사하지만, 다이 클립들(316L 및 316H)이 다이 클립들(319L 및 319H)로 각각 대체된다. 도 3j는 옆에서 볼 때의 패키징된 하프 브리지(261)의 특정 컴포넌트들의 상대적 포지션들을 도시한다. 도 3j는, 로우-사이드 다이 클립 단자(232L) 및 하이-사이드 다이 클립 단자(232H)가 후방 표면과 동일한 높이에 있음을 표시하도록 포지셔닝된 로우-사이드 다이 클립 단자(232L) 및 하이-사이드 다이 클립 단자(232H)를 도시한다.[00135]
3J is a schematic diagram of another packaged
예시적인 콤팩트 인버터 시스템들Exemplary Compact Inverter Systems
[00136] 콤팩트 인버터 시스템들은 선행 기술의 인버터 시스템들과 비교하여 높은 전력 밀도들을 갖는다. 예를 들어, 콤팩트 인버터 시스템들은 0.25 리터 이하의 볼륨을 점유하면서 400 kW 이상의 피크 전력을 전기 모터 또는 다른 디바이스에 전달할 수 있다. 패키징된 스위치들, 패키징된 하프 브리지들, 열 싱크들, 버스 바들 등을 하나가 다른 것의 위에 있게 배열함으로써 공간이 부분적으로 절약된다.[00136] Compact inverter systems have high power densities compared to prior art inverter systems. For example, compact inverter systems can deliver over 400 kW of peak power to an electric motor or other device while occupying a volume of less than 0.25 liters. Space is partially saved by arranging packaged switches, packaged half bridges, heat sinks, bus bars, etc. one on top of the other.
[00137]
도 4aa는 예시적인 콤팩트 인버터 시스템(400)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 인버터 시스템(400)은 도 3ga에 도시된 것과 같은 패키징된 하프 브리지들(250)을 포함한다. 예시의 용이함을 위해, 스위치 제어기들, T_Sense 회로들, I_sense 회로들 및 신호 리드들은 도시되지 않는다.[00137]
4AA is a schematic diagram showing a side view of an exemplary
[00138]
콤팩트 인버터 시스템(400)은 a-c로 지정된 3 개의 위상들을 포함한다. 위상들(a-c)은, 각각, 위상 바들(PBa-PBc)에 각각 연결되는 패키징된 하프 브리지들(250ab50c)을 포함하고, 위상 바들(PBa-PBc)은 결국 권선들(Wa-Wc)에 각각 연결된다. 콤팩트 인버터 시스템(400)에서의 위상 바들(PB) 및 아래에서 설명되는 다른 콤팩트 인버터 시스템들에서의 위상 바들(PB)은 콤팩트 인버터 설계에서의 차이들을 수용하기 위해 상이한 구성들을 가질 수 있다. 그러나, 설명의 용이함을 위해, 다양한 콤팩트 인버터 시스템 실시예들의 위상 바들의 차이들은 달리 주목되지 않는 한 논의되지 않는다.[00138]
The
[00139]
다이 기판 단자들(230Lab30Lc)은, 각각, 열 싱크들(402ad02c)에 연결된다. 열 싱크들(402ad02c)은 서로 전기적으로 격리된다. 각각의 열 싱크(402)는 전기적으로 격리된 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들(도 4aa에 도시되지 않음)을 갖는다. 다이 기판 단자들(230H)은 V+ 버스 바(404)에 연결되며, V+ 버스 바(404)는 또한, 전기적으로 격리된 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들(도 4aa에 도시되지 않음)을 갖는 열 싱크로서 작용한다. 도 4ab는 위상-a를 후방에서 본 도면이다. 이 도면은 V+ 버스 바(404) 및 열 싱크(402a)의 예시적인 채널들(40)을 도시한다. 열 전달을 향상시키기 위해, 채널들(40)은 각각, 도시된 바와 같이, 다이 기판 단자들(230)과 접촉하는 표면에 더 가깝게 포지셔닝될 수 있다.[00139]
Die substrate terminals 230Lab30Lc are connected to heat sinks 402ad02c, respectively. The heat sinks 402ad02c are electrically isolated from each other. Each
[00140]
일반적으로, 도 4aa 및 도 4ab에 도시된 것들과 같은, 개시된 콤팩트 인버터 시스템들에 이용되는 열 싱크들 및/또는 V+ 버스 바들은 채널들(40)을 포함한다. 일부 V- 버스 바들은 또한 채널들(40)을 포함할 수 있다. 채널들(40)은 도관들(예를 들어, 파이프들)을 유지하도록 구성되며, 도관들은 결국, 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 이들 자신의 채널들을 갖는다. 설명의 목적들을 위해, 모든 열 싱크들 및 V+ 버스 바들은 도관들을 포함하는 채널들(40)을 갖는 것으로 가정된다. 그리고 열 싱크들로서 또한 작용하는 모든 V- 버스 바들은 또한, 도관들을 포함하는 채널들(40)을 갖는 것으로 가정된다. 추가로, 채널들(40)은 단면이 원형이고, 도관들은 원통형 파이프들인 것으로 가정되며, 본 개시내용은 이에 제한되지 않아야 한다는 것이 이해된다. 대안적인 실시예들에서, 채널들(40)은 단면이 직사각형 또는 정사각형일 수 있다.[00140]
In general, heat sinks and/or V+ bus bars used in the disclosed compact inverter systems, such as those shown in FIGS. 4AA and 4AB, include
[00141]
도 4ac 내지 도 4af는, 각각, 예시적인 원통형 파이프들(420ad20d)의 단면도들이다. 파이프들(420a - 420d)의 외부 표면들은, 본원에서 개시된 열 싱크들, V+ 버스 바들, 또는 특정 V- 버스 바들 중 임의의 하나 이상의 원통형 채널들의 표면들과 접촉한다. 예시된 예시적인 파이프들(420ad20c) 각각은, 파이프의 외부 표면을 코팅하는 유전체 재료(예를 들어, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 나이트라이드, 실리콘 나이트라이드, 화학 기상 증착된 다이아몬드 코팅 등)의 얇은 층(예를 들어, 0.1 ― 1.0 mm)(422)을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 유전체의 얇은 층은 파이프의 내부 표면을 코팅한다. 설명의 목적들을 위해, 본 개시내용은, 얇은 층들(422)의 모든 얇은 층들이 파이프의 외부 표면에 적용되어 파이프의 외부 표면을 코팅한다고 가정한다. 이 실시예에서, 유전체 층(422)의 외부 표면은 채널들의 내부 표면과 접촉한다. 구성 동안, 파이프들은, 예를 들어 액체 질소를 사용하여 냉각될 수 있다. 파이프가 따뜻해짐에 따라, 파이프는 자신의 채널 내부에서 팽창하여, 유전체 층(422)과 채널의 원통형 벽 사이의 더 나은 접촉을 보장한다. 채널들이 내부에 포함된 열 싱크 또는 버스 바는 동시에 냉각될 수 있다. 이상적으로, 유전체 층(422)은, 있다면, 스위치(304)와 파이프 내의 유체 사이의 열 경로(thermal path)에서 유일한 유전체이어야 한다. 유전체 층이 파이프의 내벽에 적용되는 대안적인 실시예에서, 그 층은 스위치(304)와 파이프 내의 유체 사이의 열 경로에서 유일한 유전체이어야 한다.[00141]
4ac-4af are cross-sectional views of exemplary cylindrical pipes 420ad20d, respectively. The outer surfaces of
[00142]
층(422)의 유전체 재료는 0-10 kV의 강도를 가져야 한다. 유전체 층(422)은 도 4ac 내지 도 4af에서 0.2 mm인 것으로 가정된다. 유전체 층(422)의 두께 및 재료는 파이프의 열 전달에 영향을 미친다.[00142]
The dielectric material of
[00143]
아래의 표는 상이한 재료들 및 두께들의 유전체 층(422)에 대한 계산된 열 전달(W)을 포함한다. W는 k·A·(T1-T2)/d에 비례하며, 여기서, k는 열 전도도이고, A는 면적이고, T1-T2 = 70은 유전체 층에 걸친 온도 차이이고, d는 마이크로미터 단위의 두께이다. 유전체에 걸쳐 4000 볼트가 가정된다.[00143]
The table below contains the calculated heat transfer (W) for
[00144]
유전체(422)는 파이프가 내부에 포함된 버스 바 또는 열 싱크의 채널 표면과 직접 맞물린다. 각각의 파이프는 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들을 포함한다. 파이프 채널들은 도시된 바와 같이 상이한 단면 형상들을 갖는다. 파이프들(420a 및 420b)은 단일 채널을 포함하는 한편, 파이프들(420c 및 420d)은 다수의 채널들을 포함한다. 파이프(420a)는 평활한 내벽을 갖는다. 대안적인 실시예에서, 파이프(420a)는 리플링된 내벽(rifled inner wall)을 가질 수 있다. 리플링은 유체 난류 또는 분자 접촉을 생성하거나 증가시킬 목적으로 파이프의 내부 표면에 나선형 홈(helical groove)들을 기계가공하는 프로세스이다. 리플링은 종종, 리플링이 완전한 1회전(one full revolution)을 완료하는 데 걸리는 거리를 표시하는, 리플링의 트위스트 레이트(twist rate)에 의해 설명된다. 일 실시예에서, 리플링된 파이프(420a)의 내벽은, 최대 내경, 최소 내경, 동일하거나 동일하지 않은 폭을 각각 갖는 하나 이상의 리브(rib)들, 및 트위스트 레이트를 갖는다. 파이프(420b)의 채널은, 실질적으로 동일한 단면을 갖고, 센터에 위치된 원통형 서브-채널과 유체 연통하는 작은 원통형 서브-채널들의 링으로 "플라워(flower)" 형상이며, 센터에 위치된 원통형 서브-채널은 링의 원통형 서브-채널들의 단면들과 비교할 때 단면이 더 클 수 있다. 개개의 스포크 서브-채널(spoke sub-channel)은 링의 각각의 원통형 서브-채널과 센터에 위치된 원통형 서브-채널 사이의 유체 연통을 가능하게 한다. 각각의 스포크 서브-채널은 많은 단면 형상들 중 임의의 하나를 가질 수 있다. 예시된 실시예에서, 각각의 스포크 서브-채널은 단면이 실질적으로 직사각형이지만, 정사각형 또는 원형 단면들이 또한 고려된다. 파이프(420c)는, 실질적으로 유사한 치수들의 복수의 작은 원통형 채널들을 포함한다. 파이프(420d)는 파이프들(420b 및 420c)의 하이브리드이다. 유전체 층(422)은 각각의 파이프, 그리고 그에 따라 파이프의 채널, 채널들, 또는 서브-채널들 내의 유체를 전기적으로 격리시킨다. 그러나, 유전체 층(422)은 파이프 채널을 통해 유동하는 냉각 유체에 열을 전달한다. 대안적인 실시예에서, 냉각 유체와 스위치(304) 사이에 유전체(예를 들어, 층(422))가 존재하지 않는다. 그러나, 이러한 대안적인 실시예에서, 냉각 유체는 유전체이어야 한다. 버스 바 또는 열 싱크 내의 파이프들의 직경들은 서로 동일할 필요가 없다. 파이프들(420a - 420d)의 수, 포지션 및/또는 직경은 하나 이상의 변수들에 의존할 수 있다. 예를 들어, 파이프들의 수, 포지션 및/또는 직경은 파이프들이 내부에 포함된 버스 바 또는 열 싱크의 원하는 열 커패시턴스에 의존할 수 있다. 또는 파이프들의 수, 포지션 및/또는 직경은 파이프들 중 하나 이상 내의 유체와 스위치(304) 사이의 원하는 열 저항에 의존할 수 있다. 또는 수, 포지션 및/또는 직경은 원하는 열 저항에 기반하여 열 커패시턴스를 최적화하는 것에 의존할 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다.[00144]
[00145]
콤팩트 인버터 시스템들의 개략적인 도면들에 도시되지 않았지만, 모든 다이 기판 단자들(230)은 열 싱크들, V+ 버스 바들, 위상 바들, 또는 V- 버스 바들 상의 대응하는 페데스탈(pedestal)들에 연결된다. 페데스탈들은, 실질적으로 평탄한 표면들을 가질 수 있다. 더 구체적으로, 각각의 페데스탈은 다이 기판 단자에 연결되는 평탄한 표면을 가질 수 있다. 페데스탈 표면은 페데스탈 표면이 연결되는 다이 기판 단자와 사이즈 및 형상이 실질적으로 유사하다. 다이 기판 단자와 다이 기판 단자의 연결된 페데스탈 사이에서 열 및/또는 전류가 전달된다. 요구되는 것은 아니지만, 열 전도성 및/또는 전기 전도성 그리스(grease)의 얇은 층은 다이 기판 단자를 페데스탈 표면에 연결하여 이들 사이의 열 및/또는 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. 페데스탈들은, 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들의 신호 리드들과 V- 버스 바들, 열 싱크들, 위상 바들, 또는 V+ 버스 바들 사이에 에어 갭을 생성하도록 구성될 수 있다. 에어 갭들은 열 싱크들, V- 버스 바들, 위상 바들, 또는 V+ 버스 바들로부터 신호 리드들을 전기적으로 격리시킨다. 대안적인 실시예에서, 열 싱크들, V- 버스 바들, 위상 바들, 또는 V+ 버스 바들로부터의 신호 리드들의 전기적 격리를 추가로 보장하기 위해, 유전체 재료의 층이 에어 갭들에 배치될 수 있다. 콤팩트 인버터 시스템의 오작동(malfunctioning)하는 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들이 더 쉽게 교체될 수 있도록, 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들을 페데스탈들에 해제가능하게(releasably) 연결하기 위해 클램프들, 볼트들 및 다른 그러한 패스너들이 사용될 수 있다.[00145]
Although not shown in schematic diagrams of compact inverter systems, all die
[00146]
도 4aa로 돌아가면, 위상 바들(PBa - PBc)이 심볼로 도시된다. 위상 바들(PBa - PBc)은, 각각, 권선들(Wa - Wc)과 패키징된 하프 브리지들(250a - 250c) 사이에서 각각 전류를 전도한다. 위상 바들(PBa - PBc)은 하이-사이드 다이 클립 단자들(232Ha - 232Hc)에 각각 연결된 단자들을 갖고, 위상 바들(PBa - PBc)은 열 싱크들(402a - 402c)에 각각 연결된 별개의 단자들을 갖는다. 로우-사이드 다이 클립 단자들(232La ― 232c)은 V- 버스 바(401)에 연결되며, 이는 결국 V- 배터리 단자에 커플링된다. 콤팩트 인버터 시스템(400)이 개략적으로 도시되지만, 각각의 위상의 하프 브리지(250), 열 싱크(402) 및 V+ 버스 바(404)는 서로에 대한 이러한 컴포넌트들의 수직 포지셔닝을 예시하도록 측면도로 도시된다. V- 버스 바(401)는 도면에서, 패키징된 하프 브리지들(250) 뒤에 포지셔닝되고 심볼로 도시된다.[00146]
Turning to Figure 4aa, the phase bars PBa - PBc are shown symbolically. Phase bars PBa - PBc conduct current between windings Wa - Wc and packaged
[00147]
도 4aa는 시간의 순간에 인버터 시스템(400)을 통하는 전류 흐름을 표현하는 전류 심볼들을 포함한다. 더 구체적으로, 도 4aa는 위상-a의 활성화된 하이-사이드 스위치(304H)를 통한 전류 흐름을 도시하는 한편, 위상들(b 및 c)의 로우-사이드 스위치들(304L)은 활성화되고 V- 버스 바(401)를 통해 V-로 전류를 전도한다. 도면에서 모든 다른 스위치들은 비활성화된다. 중요하게는, 모든 다이 기판 단자들(230)은 V+ 버스 바 열 싱크, 열 싱크(402a), 열 싱크(402b), 또는 열 싱크(402c)에 열적으로 그리고 전기적으로 연결된다. 도시되지 않았지만, 복수의 디커플링 커패시터들이 V+ 버스 바(404)와 V- 버스 바(401) 사이에 병렬로 커플링될 수 있다.[00147]
4AA includes current symbols representing current flow through
[00148]
도 4ba는 다른 콤팩트 인버터 시스템(406)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 이 시스템의 위상들(a-c) 각각은 도 3ga에 도시된 것과 같은 패키징된 하프 브리지(250), 및 도 3ia에 도시된 것과 같은 패키징된 하프 브리지(253)를 포함한다. 예시의 용이함을 위해, 스위치 제어기들, T_Sense 회로들, I_sense 회로들 및 신호 리드들은 도시되지 않는다.[00148]
4BA is a schematic diagram showing a side view of another
[00149]
각각의 위상의 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)은 개개의 위상 바(PB)에 연결된다. 위상 바들(PBa - PBc)은, 각각, 위상들(a-c)의 패키징된 하프 브리지들과 권선들(Wa - Wc) 사이에서 전류를 각각 전도한다. 각각의 위상 바(PB)는 금속 연장부들(409-1 및 409-2)을 포함한다. 다이 기판 단자들(230L1 및 230H2)은 각각의 위상의 연장부들(409-1 및 409-2)에 각각 연결된다. 그리고 금속 열 싱크들(402-1 및 402-2)은 각각의 위상의 연장부들(409-1 및 409-2)에 각각 연결된다. 위상 바 연장부들(409)은 열적으로 그리고 전기적으로 전도성인 금속으로 형성된다. 각각의 위상의 위상 바 연장부들(409-1 및 409-2)은, 각각, 다이 기판 단자들(230L1 및 230H2)로부터의 열을 열 싱크들(402-1 및 402-2)로 각각 전도한다. 위상 바(PB)는 또한, 각각의 위상의 다이 클립 단자들(232H1 및 232L2)에 연결되는 연장부들 또는 단자들을 갖는다. 각각의 위상의 다이 기판 단자들(230H1 및 230L2)은 V+ 버스 바(415)에 연결된다. 각각의 위상의 다이 클립 단자들(232L1 및 232H2)은 V- 버스 바에 연결된다. 도시되지 않았지만, 복수의 커패시터들이 V+ 버스 바와 V- 버스 바 사이에 병렬로 커플링될 수 있다.[00149]
The packaged
[00150]
도 4bb는 위상-a를 후방에서 본 도면이다. 이 도면은, 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 V+ 버스 바(415) 및 열 싱크(402-1a, 402-2a) 내의 예시적인 채널들(40)을 도시한다. 도시된 실시예에서, 열 방산을 향상시키기 위해, 열 싱크들 내의 채널들은, 연장부들(409)과 접촉하는 표면에 더 가깝게 포지셔닝된다. 대안적인 실시예들에서, 채널들은 다른 곳에 포지셔닝될 수 있다. 도 4bb의 V+ 버스 바(415)는 도 4ab에 도시된 V+ 버스 바 열 싱크보다 더 많은 채널들을 갖는다. 콤팩트 인버터 시스템(406)이 개략적으로 도시되지만, 각각의 위상의 패키징된 하프 브리지들(250 및 253), 열 싱크들(402) 및 V+ 버스 바(415)는 서로에 대한 이러한 컴포넌트들의 수직 포지셔닝을 예시하도록 도 4ba 및 도 4bb에서 도시된다.[00150]
Figure 4bb is a rear view of phase-a. This figure shows
[00151]
도 4ca는 다른 콤팩트 인버터 시스템(411)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 콤팩트 인버터 시스템들(406 및 411)은 유사하다. 그러나, 하나의 실질적인 차이가 존재하고; 도 4ca의 각각의 위상의 위상 바(PB)는 하프 브리지 패키지들과 열 싱크들(40) 사이에 포지셔닝되는 연장부들(409-1 및 409-2)이 없다. 이 실시예에서, 각각의 위상 바(PB)는, 각각, 열 싱크들(402-1 및 402-2)을 통해 다이 기판들(230L1 및 230H1)에 연결된다.[00151]
4CA is a schematic diagram showing a side view of another
[00152]
도 4ba 및 도 4ca는 시간의 순간에 인버터 시스템(406 및 411)을 통하는 전류 흐름을 표현하는 전류 심볼들을 포함한다. 더 구체적으로, 각각의 도면은, 위상-a의 스위치들(304H1 및 304L2)이 활성화되고 V+ 버스 바(415)로부터 전류를 전도할 때의, 그리고 위상들(b 및 c)의 모든 스위치들(304L1 및 304H2)이 활성화되고 V- 버스 바를 통해 V-로 전류를 전도할 때의 전류 흐름을 도시한다. 이러한 도면에서 모든 다른 스위치들은 비활성화된다.[00152]
4ba and 4ca include current symbols representing the current flow through the
[00153]
도 4bc는 도 4ba의 위상-a에 의해 수신된 PWM 및 Reset 신호들을 도시한다. 도 4bc는 또한, 위상-a으로부터의 Fault, Vi 및 Vt 출력들을 도시한다. 위상의 각각의 패키징된 하프 브리지(250 또는 253)는 PWM 및 Reset 신호들의 별개의 세트들에 의해 제어된다. 대안적인 실시예에서, 각각, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 하이-사이드 게이트 구동기 및 로우-사이드 게이트 구동기는 마이크로제어기로부터의 제1 PWM 신호에 의해 제어될 수 있고, 각각, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 로우-사이드 게이트 구동기 및 하이-사이드 게이트 구동기는 마이크로제어기로부터의 제2 PWM 신호에 의해 제어될 수 있다.[00153]
Figure 4bc shows the PWM and Reset signals received by phase-a of Figure 4ba. 4BC also shows the Fault, Vi and Vt outputs from phase-a. Each packaged
[00154]
도 4aa, 도 4ba 및 도 4ca의 예시적인 콤팩트 인버터 시스템들의 각각의 위상은 하나의 또는 2 개의 패키징된 하프 브리지들을 갖는다. 콤팩트 인버터 시스템들은 이에 제한되지 않아야 한다. 콤팩트 인버터 시스템들은 3 개, 4 개 또는 그 초과의 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들을 갖는 위상들을 가질 수 있다. 추가 콤팩트 인버터 시스템들이 적층되어 병렬로 연결될 수 있다. 도 4da는 또 다른 콤팩트 인버터 시스템(408)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 이 실시예에서, 위상들(a-c) 각각은 4 개의 패키징된 하프 브리지들: 2 개의 패키징된 하프 브리지들(250-1 및 250-2) 및 2 개의 패키징된 하프 브리지들(253-1 및 253-2)을 포함한다. 예시의 용이함을 위해, 스위치 제어기들, T_Sense 회로들, I_sense 회로들 및 신호 리드들은 도 4da에서 도시되지 않는다.[00154]
Each phase of the exemplary compact inverter systems of FIGS. 4AA, 4BA and 4CA has one or two packaged half bridges. Compact inverter systems should not be limited to this. Compact inverter systems can have phases with three, four or more packaged switches or packaged half bridges. Additional compact inverter systems can be stacked and connected in parallel. 4DA is a schematic diagram showing a side view of another
[00155]
위상 바들(PBa - PBc)이 심볼로 도시된다. 위상 바들(PBa - PBc)은, 각각, 위상들(a-c)의 패키징된 하프 브리지들과 권선들(Wa - Wc) 사이에서 전류를 각각 전도한다. 각각의 위상 바는 금속 연장부들(411-1 및 411-2)을 포함한다. 각각의 위상의 패키징된 하프 브리지들(250)의 다이 기판 단자들(230L)은 연장부(411-1)에 연결되고, 연장부(411-1)는 결국 금속 열 싱크(419-1)에 연결된다. 그리고 패키징된 하프 브리지들(253)의 다이 기판 단자들(230H)은 연장부(411-2)에 연결되고, 연장부(411-2)는 결국 금속 열 싱크(419-2)에 연결된다. 위상 바 연장부들(411)은 열적으로 그리고 전기적으로 전도성인 금속으로 형성된다. 각각의 위상의 위상 바 연장부(411-1)는 패키징된 하프 브리지들(250)의 다이 기판 단자들(230L)로부터의 열을 열 싱크들(419-1)로 전도하고, 각각의 위상의 위상 바 연장부(411-2)는 패키징된 하프 브리지들(253)의 다이 기판 단자들(230H)로부터의 열을 열 싱크들(419-2)로 전도한다. 각각의 위상의 위상 바는 또한, 패키징된 하프 브리지들(250) 내의 다이 클립 단자들(232H) 및 패키징된 하프 브리지들(253) 내의 다이 클립 단자들(232L)에 연결되는 단자들을 포함한다. 각각의 위상의, 패키징된 하프 브리지들(250)의 다이 기판 단자들(230H) 및 패키징된 하프 브리지들(253)의 다이 기판 단자들(230L)은, 도 4ba에 도시된 V+ 버스 바의 세장형 버전인 V+ 버스 바(417)에 연결된다. 도시되지 않았지만, 복수의 커패시터들이 V+ 버스 바(417)와 V- 버스 바(407) 사이에 병렬로 커플링될 수 있다.[00155]
Phase bars PBa - PBc are shown symbolically. The phase bars PBa - PBc respectively conduct current between the packaged half bridges of phases a - c and the windings Wa - Wc respectively. Each phase bar includes metal extensions 411-1 and 411-2. The
[00156]
도시된 바와 같이, 패키징된 하프 브리지들(250, 253), V+ 버스 바(417), 연장부들(411) 및 열 싱크들(419)을 함께 해제가능하게 연결하기 위해, 스레드형 볼트(threaded bolt)들 또는 다른 그러한 패스너들이 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결 또한, 패키징된 하프 브리지들(250, 253), V+ 버스 바(417), 연장부들(411) 및 열 싱크들(419)을 함께 고정적으로 연결하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 컴포넌트들이 해제가능하게 연결되고, 결과적으로, 오작동하는 패키징된 하프 브리지들이 더 쉽게 교체될 수 있다고 가정될 것이다. 일 실시예에서, 각각의 위상 바(PB)는 연장부들(411-1 및 411-2)을 포함하는 C-형상 클램프를 포함할 수 있다. 각각의 위상의 하프 브리지들(250, 253) 및 V+ 버스 바(417)는 C-형상 클램프 및 패스너들에 의해 함께 해제가능하게 연결된다. 이 실시예에서, 다이 기판들(230)은 연장부들(411)의 표면들 또는 V+ 버스 바(417)의 표면들과 직접 접촉한다. 도 4db의 열 싱크들(419)은 도 4aa의 열 싱크들(402)의 세장형 버전들이다. 스레드형 볼트들 또는 다른 그러한 패스너들이 열 싱크들(419)을 연장부들(411)에 연결하는 데 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 금속 열 싱크들(409)의 표면들은 연장부들(411)의 표면들과 직접 접촉한다. 다른 실시예에서, 패키징된 하프 브리지들(250, 253), V+ 버스 바(417), 연장부들(411) 및 열 싱크들(419)은 함께 솔더링되거나 또는 소결될 수 있다.[00156]
As shown, to releasably connect packaged
[00157]
콤팩트 인버터 시스템(408)이 개략적으로 도시되지만, 각각의 위상의 패키징된 하프 브리지들(250 및 253), 열 싱크들(419), PB 연장부들(411) 및 V+ 버스 바(417)는 서로에 대한 이러한 컴포넌트들의 수직 및 수평 포지셔닝을 예시하도록 측면도로 도시된다.[00157]
Although the
[00158]
도 4db는 도 4da의 위상-a에 의해 수신된 PWM 및 Reset 신호들을 도시한다. 도 4db는 또한, 위상-a으로부터의 Fault, Vi 및 Vt 출력들을 도시한다. 위상의 각각의 패키징된 하프 브리지(250 또는 253)는 PWM 및 Reset 신호들의 개개의 그리고 별도의 세트들에 의해 제어된다. 대안적인 실시예에서, 패키징된 하프 브리지들(250-1 및 250-2)의 하이-사이드 게이트 구동기들 및 패키징된 하프 브리지들(253-1 및 253-2)의 로우-사이드 게이트 구동기들은 마이크로제어기로부터의 단일 하이-사이드 PWM-H 신호에 의해 제어될 수 있는 한편, 패키징된 하프 브리지들(250-1 및 250-2)의 로우-사이드 게이트 구동기들 및 패키징된 하프 브리지들(253)의 하이-사이드 게이트 구동기들은 마이크로제어기로부터의 단일 로우-사이드 PWM-L 신호에 의해 제어될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 패키징된 하프 브리지들(250-1 및 250-2)의 하이-사이드 게이트 구동기들은 제1 하이-사이드 PWM-H 신호에 의해 제어될 수 있는 한편, 패키징된 하프 브리지들(253-1 및 253-2)의 로우-사이드 게이트 구동기들은 제2 하이-사이드 PWM-H에 의해 제어되고; 그리고 패키징된 하프 브리지들(250-1 및 250-2)의 로우-사이드 게이트 구동기들은 제1 로우-사이드 PWM-L 신호에 의해 제어될 수 있는 한편, 패키징된 하프 브리지들(253-1 및 253-2)의 하이-사이드 게이트 구동기들은 제2 로우-사이드 PWM-L 신호에 의해 제어된다.[00158]
Figure 4db shows the PWM and Reset signals received by phase-a of Figure 4da. Figure 4db also shows the Fault, Vi and Vt outputs from phase-a. Each packaged
[00159]
도 4e는 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)을 포함하는 또 다른 콤팩트 인버터 시스템(430)의 평면도를 도시하는 개략도이다. 콤팩트 인버터 시스템(430)은 위상 바들(PBa-PBc)에 각각 연결된 3 개의 위상들(a-c)을 포함한다. 각각의 위상은 금속 열 싱크(403)(투명하게 도시됨)와 V+ 버스 바(405) 사이에 연결되는 패키징된 하프 브리지(250) 및 패키징된 하프 브리지(253)를 포함한다. 더 구체적으로, 각각의 위상의 다이 기판 단자들(230H(도시되지 않음) 및 230L)은, 각각, V+ 버스 바(405) 및 대응하는 열 싱크(403)에 연결된다. 각각의 위상의 위상 바(PB)는 열 싱크(403) 및 하이-사이드 다이 클립 단자들(232H)에 연결된다. 로우 사이드-다이 클립 단자들(232L)은 V- 버스 바(413)에 연결된다. 열 싱크들(403a ― 403c)은 서로 전기적으로 격리되며, 각각은 전기적으로 격리된 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들(도시되지 않음)을 갖는다. V+ 버스 바(405)는 전기적으로 격리된 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들(도시되지 않음)을 갖는 열 싱크로서 작용한다.[00159]
4E is a schematic diagram showing a top view of another
[00160]
도 4f는 도 3ha에 도시된 패키징된 하프 브리지들(251)을 사용하는 또 다른 콤팩트 인버터 시스템(410)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 인버터 시스템들(400 및 410) 사이에는 많은 유사성들이 있다. 그러나, 몇몇 차이들이 존재한다. 위상들(a-c)은, 각각, 3 개의 패키징된 하프 브리지들(251a ― 251c)을 포함한다. 로우-사이드 다이 기판 단자들(230L) 및 하이-사이드 다이 기판 단자들(230H)은, 각각, V- 버스 바(412) 및 V+ 버스 바(404)에 연결된다. V- 버스 바(412)는 또한, 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들(도 4f에 도시되지 않음)을 갖는 열 싱크로서 작용한다. 도시되지 않았지만, 복수의 디커플링 커패시터들이 V+ 버스 바와 V- 버스 바 사이에 병렬로 커플링될 수 있다. 위상 바들(PBa - PBc)은, 각각, 도시된 바와 같이 위상들(a - c)의 다이 클립 단자들(232)에 연결된다. 인버터 시스템(410)이 개략적으로 도시되지만, 각각의 위상의 하프 브리지(251), V+ 버스 바(404) 및 V- 버스 바(412)는 서로에 대한 이러한 컴포넌트들의 수직 포지셔닝을 예시하도록 측면도로 도시된다.[00160]
FIG. 4F is a schematic diagram showing a side view of another
[00161]
도 4f는 시간의 순간에 인버터 시스템(410)을 통하는 전류 흐름을 표현하는 전류 심볼들을 포함한다. 더 구체적으로, 도 4f는, 위상-a의 하이-사이드 스위치(304H)가 활성화되고 전류를 전도하는 한편, 위상들(b 및 c)의 로우-사이드 스위치들(304L)이 활성화되고 전류를 전도할 때의 인버터 시스템(410)을 통하는 전류 흐름을 도시한다. 도면에서 모든 다른 스위치들은 비활성화된다. 중요하게는, 활성화된 스위치들은 V+ 버스 바(404) 또는 V- 버스 바(412)에 열적으로 연결된다.[00161]
4F includes current symbols representing current flow through
[00162]
도 4g는 도 3ha에 도시된 것과 같은 패키징된 하프 브리지들(251)을 사용하는 또 다른 콤팩트 인버터 시스템(412)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 위상들(a-c) 각각은, 다이 클립 단자들(232)에 연결된 대응하는 위상 바(PB)를 포함한다. 각각의 위상의 다이 기판 단자들(230L1 및 230H2)은, 각각, 금속 V- 버스 바들(412-1 및 412-2)에 연결된다. V- 버스 바들(412-1 및 412-2)은 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 채널들을 포함할 수 있다. 각각의 위상의 다이 기판 단자들(230H1 및 230L2)은 V+ 버스 바(415)에 연결된다. 도시되지 않았지만, 복수의 디커플링 커패시터들이 V- 버스 바(412-1)와 V+ 버스 바(415) 사이에 병렬로 커플링될 수 있고, 복수의 디커플링 커패시터들이 V- 버스 바(412-2)와 V+ 버스 바(415) 사이에 병렬로 커플링될 수 있다. 콤팩트 인버터 시스템(412)이 개략도이지만, 각각의 위상의 하프 브리지들(251), 열 싱크/버스 바들(412) 및 열 싱크/버스 바(415)는 서로에 대한 이러한 컴포넌트들의 수직 포지셔닝을 예시하도록 측면도로 도시된다.[00162]
FIG. 4G is a schematic diagram showing a side view of another
[00163]
도 4g는 시간의 순간에 인버터 시스템(412)을 통하는 전류 흐름을 표현하는 전류 심볼들을 포함한다. 더 구체적으로, 도 4g는, 위상-a의 스위치들(304H1 및 304L2)이 활성화되고 전류를 전도하는 한편, 위상들(b 및 c)의 스위치들(304L1 및 304H2)이 활성화되고 V-로 전류를 전도할 때의 인버터 시스템(412)을 통하는 전류 흐름을 도시한다. 도면에서 모든 다른 스위치들은 비활성화된다. 중요하게는, 활성화된 스위치들은 V+ 버스 바(415), V- 버스 바(412-1), 또는 V- 버스 바(412-2)에 열적으로 그리고 전기적으로 연결된다.[00163]
4G includes current symbols representing the current flow through
[00164]
도 4h는 또 다른 콤팩트 인버터 시스템(414)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 위상들(a-c) 각각은 도 3ca에 도시된 것과 같은 4 개의 패키징된 스위치들(203)을 포함한다. 열 싱크들(418-a 내지 418-c)은, 각각, 위상 바들(PBa-PBc)에 연결되고, 위상 바들(PBa-PBc)은 결국, 각각, 권선들(Wa-Wc)에 연결된다. 열 싱크들(418-a 내지 418-c)은 서로 전기적으로 격리되며, 전기적으로 격리된 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들(도시되지 않음)을 갖는다. 각각의 위상의 다이 기판 단자들(230)은 열 싱크(418)에 연결된다. 각각의 위상의 패키징된 스위치들(203-1 및 203-2)의 다이 클립 단자들(344)은 V+ 버스 바(404)에 연결되고, 각각의 위상의 패키징된 스위치들(203-3 및 203-4)의 다이 클립 단자들(344)은 V- 버스 바(412)에 연결된다. 버스 바들(404 및 412) 각각은 냉각 유체가 유동하게 하는 하나 이상의 채널들을 포함한다. 도시되지 않았지만, 복수의 디커플링 커패시터들이 V+ 버스 바(404)와 V- 버스 바(412) 사이에 병렬로 커플링될 수 있다.[00164]
4H is a schematic diagram showing a side view of another
[00165]
콤팩트 인버터 시스템(414)이 개략적으로 도시되지만, 각각의 위상의 패키징된 스위치들(203), V+ 버스 바(404), 열 싱크들(418) 및 V- 버스 바(412)는 서로에 대한 이러한 컴포넌트들의 수직 포지셔닝을 예시하도록 측면도로 도시된다.[00165]
Although a
[00166]
도 4h는 시간의 순간에 인버터 시스템(414)을 통하는 전류 흐름을 표현하는 전류 심볼들을 포함한다. 더 구체적으로, 도 4h는, 위상-a의 스위치들(203-1 및 203-2)이 활성화되고 V+ 버스 바(404)로부터 전류를 전도하는 한편, 위상들(b 및 c)의 스위치들(203-3 및 203-4)이 활성화되고 V- 버스 바(412)를 통해 V-로 전류를 전도할 때의 인버터 시스템(414)을 통하는 전류 흐름을 도시한다.[00166]
4H includes current symbols representing the current flow through the
[00167]
도 4i는 도 3ea에 도시된 패키징된 스위치들(207) 및 도 3fa에 도시된 패키징된 스위치들(209)을 사용하는 또 다른 콤팩트 인버터 시스템(416)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 위상들(a-c) 각각은 한 쌍의 패키징된 스위치들(209) 및 한 쌍의 패키징된 스위치들(207)을 포함한다. 각각의 위상의 다이 클립 단자들(344)은 대응하는 열 싱크(418)에 연결된다. 열 싱크들(418-a 내지 418-c)은 서로 전기적으로 격리되며, 전기적으로 격리된 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들(도시되지 않음)을 갖는다. 열 싱크들(418)이 전기적으로 격리되기 때문에, 전류는 열 싱크들(418)을 통해 흐르지 않는다. 각각의 위상에서, 패키징된 스위치들(209) 내의 단자들(230)은 V+ 버스 바(404)에 연결되고, 패키징된 스위치들(207) 내의 단자들(230)은 V- 버스 바(412)에 연결된다. 위상 바들(PBa-PBc)은, 각각, 위상들(a-c)의 다이 클립 단자들(232)에 연결된다. 콤팩트 인버터 시스템(416)이 개략적으로 도시되지만, 열 싱크들(418), 패키징된 스위치들(207 및 209), V+ 버스 바(404) 및 V- 버스 바(412)는 서로에 대한 이러한 컴포넌트들의 수직 및 수평 포지셔닝을 예시하도록 측면도로 도시된다. 도시되지 않았지만, 복수의 디커플링 커패시터들이 V+ 버스 바(404)와 V- 버스 바(412) 사이에 병렬로 커플링될 수 있다.[00167]
FIG. 4I is a schematic diagram illustrating a side view of another
[00168]
도 4i는 시간의 순간에 인버터 시스템(416)을 통하는 전류 흐름을 표현하는 전류 심볼들을 포함한다. 더 구체적으로, 도 4i는 위상-b의 패키징된 스위치들(209)의 스위치들(304)이 활성화되고 전류를 전도하는 한편, 위상들(a 및 c)의 패키징된 스위치들(207)의 스위치들(304)이 활성화되고 V- 버스 바(412)를 통해 V-로 전류를 전도할 때의 인버터 시스템(416)을 통하는 전류 흐름을 도시한다.[00168]
4I includes current symbols representing current flow through
[00169] 도 4aa, 도 4ab 및 도 4ba 내지 도 4i의 인버터들 각각의 팩킹(pack)된 스위치들은 이들의 전방들(F)이 동일한 방향 라인을 향하도록 배향된다. 다시 말해서, 패키징된 스위치들의 전방들(F)은, 서로 실질적으로 평행한 개개의 평면들에 포함된다. 대안적인 실시예들에서, 도 4aa, 도 4ab 및 도 4ba 내지 도 4i의 인버터들 각각의 패키징된 스위치들은, 이들의 전방들(F)이 실질적으로 하나의 평면에 포함되고, 이들의 후방들(Bk)이 전방들이 포함된 하나의 평면과 평행한 다른 평면에 실질적으로 포함되도록, 90도 회전될 수 있다. 90도 회전되면, 패키징된 스위치들은 서로 더 가깝게 포지셔닝될 수 있으며, 이는, 패키징된 스위치들이 포함되는 인버터에 의해 점유되는 총 볼륨을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 개개의 패키징된 스위치의 전방(F)에 있는 신호 리드 단자들을 제어 인쇄 회로 보드(PCB: printed circuit board)의 개개의 단자들에 연결하기 위해, 더 짧고, 더 간단하고(예를 들어, 각진 굴곡부를 갖는 FFC와 대조적으로 직선 FFC), 더 저렴하고 그리고/또는 더 콤팩트한 FFC 또는 다른 연결 디바이스가 사용될 수 있고, 이 제어 인쇄 회로 보드(PCB: printed circuit board) 상에, 하나 이상의 마이크로제어기들 및 하나 이상의 전력 관리 집적 회로들이 아래에서 더 완전히 설명되는 바와 같이 장착된다. FFC들 또는 다른 연결 디바이스들은 패키징된 스위치와 제어 PCB 사이에서 전압들 및 신호들을 전달할 수 있다. 더 짧고 더 콤팩트한 FFC 또는 다른 연결 디바이스는 패키징된 스위치와 제어 PCB 상의 마이크로제어기 사이에서 송신되는 신호들에 대한 지연 및 다른 송신 문제들을 감소시킬 수 있다. 위상 바들(PBa ― PBc)은 패키징된 스위치들의 90도 회전을 수용하기 위해 재구성을 필요로 할 수 있다.[00169] The packed switches of each of the inverters of FIGS. 4aa, 4ab and 4ba to 4i are oriented with their front faces F facing the same direction line. In other words, the fronts F of the packaged switches are included in respective planes that are substantially parallel to each other. In alternative embodiments, the packaged switches of each of the inverters of FIGS. 4AA, 4AB and 4BA to 4I include their front faces F substantially in one plane, and their rear faces ( Bk) can be rotated 90 degrees so that it is substantially contained in another plane parallel to one plane in which the fronts are contained. When rotated 90 degrees, the packaged switches can be positioned closer together, which can reduce the total volume occupied by the inverter in which the packaged switches are included. Moreover, to connect the signal lead terminals on the front (F) of each packaged switch to the individual terminals of a control printed circuit board (PCB), shorter, simpler (e.g., A straight FFC as opposed to an FFC with angled bends), cheaper and/or more compact FFCs or other connection devices may be used, on which control printed circuit boards (PCBs), one or more microcontrollers s and one or more power management integrated circuits are mounted as described more fully below. FFCs or other connection devices can carry voltages and signals between the packaged switch and the control PCB. A shorter and more compact FFC or other connection device can reduce delay and other transmission problems for signals transmitted between the packaged switch and the microcontroller on the control PCB. The phase bars (PBa - PBc) may require reconfiguration to accommodate the 90 degree rotation of the packaged switches.
[00170]
예시하자면, 도 4j는 콤팩트 인버터 시스템(423)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 도 4aa에 도시된 콤팩트 인버터 시스템(423)과 콤팩트 인버터 시스템(400) 사이에는 유사성들이 존재한다. 그러나, 적어도 하나의 실질적인 차이가 존재하고; 패키징된 하프 브리지들(250)은, 패키징된 하프 브리지들(250)의 후방들(Bk) 및 전방들(F)이 인버터 시스템(423)의 개개의 측부들로부터 바깥쪽을 향하도록 90도 회전된다. 다시 말해서, 후방들(Bk)은 실질적으로 하나의 평면에 포함되고, 전방들(F)은 후방들(Bk)이 포함된 하나의 평면과 평행한 다른 평면에 실질적으로 포함된다. 이러한 구성에서, 패키징된 하프 브리지들(250)은 서로 더 가깝게 포지셔닝될 수 있으며, 이는 인버터(400)와 비교할 때 인버터(423)에 의해 점유되는 총 볼륨을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 개개의 패키징된 하프 브리지(250)의 전방(F)에 있는 신호 리드 단자들을 제어 PCB의 개개의 단자들에 연결하기 위해, 더 짧고, 더 단순하고, 더 저렴하고 그리고/또는 더 콤팩트한 FFC 또는 다른 연결 디바이스가 사용될 수 있다.[00170]
To illustrate, FIG. 4J is a schematic diagram showing a side view of
[00171]
도 4k는 또 다른 콤팩트 인버터 시스템(425)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 도 4ba에 도시된 콤팩트 인버터 시스템(406)과 콤팩트 인버터 시스템(425) 사이에는 유사성들이 존재한다. 적어도 하나의 실질적인 차이가 존재하고; 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)은, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 후방들(Bk) 및 전방들(F)이 인버터 시스템(423)의 개개의 측부들로부터 바깥쪽을 향하도록 90도 회전된다.[00171]
4K is a schematic diagram showing a side view of another
[00172]
도 4l은 또 다른 콤팩트 인버터 시스템(426)의 측면도를 도시하는 개략도이다. 도 4f에 도시된 콤팩트 인버터 시스템(410)과 콤팩트 인버터 시스템(426) 사이에는 유사성들이 존재한다. 적어도 2 개의 실질적인 차이가 존재하고; 패키징된 하프 브리지들(251)은 패키징된 하프 브리지들(250)로 대체되고, 패키징된 하프 브리지들(250)은 패키징된 하프 브리지들(250)의 후방들(Bk) 및 전방들(F)이 인버터 시스템(426)의 개개의 측부들로부터 바깥쪽을 향하도록 90도 회전된다.[00172]
4L is a schematic diagram showing a side view of another
[00173]
도 4ma는, 각각, 열 싱크들(427 및 428) 사이에 연결된 패키징된 하프 브리지(250)의 배면도를 도시하는 개략도이다. 설명의 목적들을 위해, 열 싱크들(427 및 428)은 도시된 바와 같이 배터리의 V+ 및 V- 단자들에 연결되며, 결과적으로, 열 싱크들(427 및 428)은 또한, V- 및 V+ 버스 바들(427 및 428)로 지칭될 것이다. 예시의 용이함을 위해, 패키징된 하프 브리지(250)의 스위치 제어기들, T_Sense 회로들, I_sense 회로들 및 신호 리드들은 도시되지 않는다.[00173]
4ma is a schematic diagram showing a rear view of a packaged
[00174]
다이 기판 단자들(230L 및 230H)은, 각각, V- 및 V+ 버스 바들(427 및 428)에 연결된다. 각각의 버스 바는 전기적으로 격리된 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는 하나 이상의 채널들을 갖는다. 도 4mb는 도 4ma에 도시된 시스템을 옆에서 본 도면이다. 이 도면은, 각각, V- 및 V+ 버스 바들(427 및 428)의 예시적인 채널들(40)을 도시한다. 열 전달을 향상시키기 위해, 채널들은 각각, 도시된 바와 같이, 다이 기판 단자들(230)과 접촉하는 표면에 더 가깝게 포지셔닝될 수 있다. 채널들(40)은, 도 4ac 내지 도 4af에 도시된 파이프들 중 임의의 하나와 같지만 길이가 더 짧은 파이프들을 유지하도록 구성된다. 각각의 파이프는 냉각 유체가 유동할 수 있게 하는, 그 자신의 채널 또는 채널들을 갖는다.[00174]
[00175]
개략도에 도시되지 않았지만, 다이 기판 단자들(230)은 V+ 및 V- 버스 바들, 위상 바들, 또는 버스 바들 상의 대응하는 페데스탈들에 연결된다. 페데스탈들은, 실질적으로 평탄한 표면들을 가질 수 있다. 더 구체적으로, 각각의 페데스탈은 다이 기판 단자에 연결되는 평탄한 표면을 가질 수 있다. 페데스탈 표면은 페데스탈 표면이 연결되는 다이 기판 단자와 사이즈 및 형상이 실질적으로 유사할 수 있다. 다이 기판 단자와 다이 기판 단자의 연결된 페데스탈 사이에서 열 및/또는 전류가 전달된다. 요구되는 것은 아니지만, 열 전도성 및/또는 전기 전도성 그리스의 얇은 층은 다이 기판 단자를 페데스탈 표면에 연결하여 이들 사이의 열 및/또는 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. 페데스탈들은 패키징된 하프 브리지(250)의 신호 리드들과 버스 바들(427 및 428) 사이에 에어 갭을 생성하도록 구성될 수 있다. 에어 갭들은 버스 바들로부터 신호 리드들을 전기적으로 격리시킨다.[00175]
Although not shown in the schematic diagram, the
[00176]
도 4mb에 도시된 시스템이 개략적으로 도시되지만, 하프 브리지(250), V- 버스 바(427) 및 V+ 버스 바(428)는 서로에 대한 이러한 컴포넌트들의 수직 포지셔닝을 예시하도록 측면도로 도시된다.[00176]
Although the system shown in FIG. 4MB is shown schematically,
예시적인 패키징된 스위치(200)Exemplary
예시적인 신호 프레임 기판Exemplary Signal Frame Substrates
[00177]
패키징된 스위치들은 스위치 모듈들을 포함하며, 이는 결국 다이 클립들과 다이 기판들 사이에 연결된 스위치들, 게이트 구동기들 등과 같은 컴포넌트들을 포함한다. 예시적인 패키징된 스위치(200)는 도 3aa에 도시된 스위치 모듈(300)을 포함한다.[00177]
Packaged switches include switch modules, which in turn include components such as switches, gate drivers, etc. connected between die clips and die substrates. An exemplary packaged
[00178]
조립 동안, 스위치 모듈 컴포넌트들, 이를테면 게이트 구동기들이 신호 프레임 기판에 부착(본딩, 솔더링 등)된다. 도 5는 예시적인 신호 프레임 기판이 형성될 수 있게 하는 얇은(예를 들어, 0.1 mma.0 mm) 금속(예를 들어, 구리)의 엠보싱된 시트(500)의 등각도이다. 단지 설명의 목적들을 위해, 엠보싱된 시트(500)는 0.25 mm 두께인 구리 시트로 형성된다. 엠보싱된 시트(500)는 암형 금속 다이와 카운터 수형 금속 다이 사이에서 평탄한 금속 시트를 가압함으로써 생성된다. 엠보싱은 비-격리 신호 리드들을 생성한다. 도 6은 엠보싱된 시트(500)가 절단된 후의 엠보싱된 시트(500)의 역 등각도이다. 도 6은 비-격리 신호 리드들(204, 206, 604 및 608)을 더 명확하게 도시한다. 도 6의 신호 리드들(204, 206, 604 및 608)과 같은 신호 리드들은 엠보싱되지 않은 부분(610)을 통해 이들이 연결되기 때문에 비-격리된다. 비-격리 신호 리드들은, "네거티브 층"으로 또한 지칭되는 엠보싱되지 않은 부분(610)을 포함하는 평면과 평행한 평면에 포함된다. 궁극적으로, 네거티브 층(610)은 위에서 언급된 트리밍 프로세스에 의해 제거될 것이며, 이는 신호 리드들을 서로 전기적으로 격리시킨다.[00178]
During assembly, switch module components, such as gate drivers, are attached (bonded, soldered, etc.) to the signal frame substrate. 5 is an isometric view of an
[00179]
도 7에 도시된 신호 프레임 기판(700)을 생성하기 위해, 몇몇 비-격리 신호 리드들이 구부러질 수 있다. 신호 프레임 기판(700)은 정렬 애퍼처(aperture)들(701)을 갖는 프레이밍(framing)을 포함한다. 애퍼처들은 도 3aa에 도시된 스위치 모듈(300)의 구성 동안 신호 프레임 기판들, 다이 기판들, 다이 클립들을 정렬하는 것을 보조한다.[00179]
To create the
[00180]
도 3aa 및 도 3ad를 계속 참조하면, 도 8은, 게이트 구동기 회로(306)의 리드들(802)이 개개의 비-격리 신호 리드들에 연결(예를 들어, 솔더 본딩)된 후의 신호 프레임 기판(700)의 평면도이다. 신호 프레임 기판(700)은 스위치 모듈(300)의 추가적인 컴포넌트들(예를 들어, 도 3ad의 저항기들(R1 및 R2) 및 다이오드들(308 및 310))을 수용할 수 있다. 예시의 용이함을 위해, 추가적인 컴포넌트들은 도 8에 도시되지 않는다.[00180]
With continued reference to FIGS. 3AA and 3AD , FIG. 8 shows the signal frame substrate after
예시적인 다이 기판들 및 다이 클립들Exemplary Die Substrates and Die Clips
[00181]
도 3ab 및 도 3ac에서 볼 수 있는 바와 같이, 스위치 모듈(300)은 스위치(304)를 포함하며, 스위치(304)는 다이 기판(312)과 다이 클립(316) 사이에 샌드위치된다. 다이 기판들 및 다이 클립들은 펀치 프레스 머신(punch press machine) 또는 유사한 툴을 사용하여 구리와 같은 금속의 별개의 얇은 시트들로 형성될 수 있다. 도 9a는 구리의 얇은 시트(예를 들어, 0.1 mm ― 6.0 mm)로 형성된 예시적인 다이 기판(312)의 등각도이다. 특정 타입들의 스위치들(MOSFET 기반 스위치들)은 다른 타입들의 스위치들(예를 들어, IGBT 기반 스위치들)보다 더 빠르게 가열된다. 다이 기판의 두께는, 스위치들이 가열되는 레이트들의 차이들을 수용하기 위해 스위치의 타입에 의존할 수 있다. 일 실시예에서, SiC MOSFET들을 이용하는 스위치들에 대해 1.6 mm 두께의 다이 기판이 사용될 수 있는 한편, IGBT들을 이용하는 스위치들에 대해 4.0 mm 두께의 다이 기판이 사용될 수 있다. 다이 기판(312)은 아래에서 더 완전히 설명될 바와 같이 개개의 신호 프레임 기판 애퍼처들(701)과의 정렬을 위해 구성된 애퍼처들(901)을 포함하는 프레임들 사이에 연결된다. 다이 기판(312)은 반대로 향하는 평탄한 표면들을 갖는다. 스위치가 하나의 표면 상에 장착될 수 있는 한편, 반대로 향하는 표면은 다이 기판 단자(230)를 형성한다.[00181]
As can be seen in FIGS. 3A and 3AC , the
[00182]
도 9b는 표면(902)에 대해 소결된 스위치(304)(즉, 도 3ae의 IGBT 및 다이오드(D))를 갖는 다이 기판(312)을 도시한다. 단지 설명의 목적들을 위해, 모든 스위치들이 다이 기판들 및 다이 클립들에 대해 소결되는 것으로 가정될 것이다. 스위치는, 스위치가 다이 기판에 대해 소결되기 전에 또는 그 후에 다이 클립에 대해 소결될 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다. 설명의 목적들을 위해, 스위치들이 다이 기판들에 대해 소결된 후에, 다이 클립들 및 스위치들은 함께 소결된다.[00182]
FIG. 9B shows
[00183] 소결은 소결 재료를 액화점까지 용융시키지 않으면서 열 및/또는 압력의 인가에 의해 고체 매스(solid mass)를 형성하는 프로세스이다. 스위치가 다이 기판 또는 다이 클립에 대해 소결되기 전에, 소결 재료(예를 들어, 은)의 얇은 층이 다이 기판 또는 다이 클립의 표면에 적용된다. 대안적으로, 소결 재료의 얇은 층이 스위치가 다이 기판 또는 다이 클립에 대해 소결되기 전에 스위치의 표면에 적용된다. 소결 프로세스 동안, 소결 재료 내의 원자들은 소결될 아이템들의 경계들을 가로질러 확산되어, 소결될 아이템들을 함께 융합시키고 하나의 고체 조각을 생성한다. 소결 온도는 소결 재료의 용융점에 도달할 필요가 없고, 소결은 함께 소결될 아이템들(예를 들어, 다이 기판 및 IGBT의 콜렉터 단자)의 용융점에 도달할 필요도 없다. 그리고 결과적으로, 소결은, 솔더링과 달리, 아이템들(예를 들어, 스위치와 다이 기판) 사이의 열 및 전기 전도도에 악영향을 미칠 수 있는 기포들 또는 다른 공극들을 생성하지 않는다. 다시 말해서, 소결은 스위치와 스위치의 다이 기판 및/또는 다이 클립 사이의 더 나은 열적 및 전기적 연결을 제공할 수 있다. 다이 기판들 또는 다이 기판들에 스위치들을 부착하는 다른 방법들이 이용될 수 있지만, 소결은, 특히 솔더 본딩과 비교할 때, 소결이 기계적으로 더 강한 본드를 생성하기 때문에 바람직하다. 강한 본드는 그것이 극한 환경의 응력(예를 들어, 열적 및 기계적 응력)을 겪을 때 특히 중요하다. 예를 들어, 본드는 움직이는 전기 차량들의 도로 진동들에 의해 야기되는 심각한 기계적 응력을 겪을 수 있다. 더욱이, 소결 재료의 용융점은 솔더링, 브레이징(brazing), 에폭시 본딩, 소결, 또는 패키징된 스위치 또는 패키징된 하프 브리지의 구성에서 사용되는 다른 프로세스들에서 사용되는 온도보다 더 높기 때문에, 그러한 프로세스들은 스위치와 다이 기판 사이의 또는 스위치와 다이 클립 사이의 소결된 연결을 방해하지 않을 것이다.[00183] Sintering is the process of forming a solid mass by application of heat and/or pressure without melting the sintered material to its liquefaction point. Before the switch is sintered to the die substrate or die clip, a thin layer of sintering material (eg silver) is applied to the surface of the die substrate or die clip. Alternatively, a thin layer of sintering material is applied to the surface of the switch before the switch is sintered to the die substrate or die clip. During the sintering process, atoms in the sintering material diffuse across the boundaries of the items to be sintered, fusing the items to be sintered together and creating one solid piece. The sintering temperature need not reach the melting point of the sintering material, nor does sintering need to reach the melting point of the items to be sintered together (eg, the die substrate and the collector terminal of the IGBT). And as a result, sintering, unlike soldering, does not create bubbles or other voids that can adversely affect thermal and electrical conductivities between items (eg, a switch and a die substrate). In other words, sintering may provide a better thermal and electrical connection between the switch and its die substrate and/or die clip. Although other methods of attaching switches to die substrates or die substrates may be used, sintering is preferred because it creates a mechanically stronger bond, especially when compared to solder bonding. A strong bond is particularly important when it is subjected to the stresses of extreme environments (eg, thermal and mechanical stress). For example, the bond may be subjected to severe mechanical stress caused by road vibrations of moving electric vehicles. Moreover, since the melting point of the sintered material is higher than the temperature used in soldering, brazing, epoxy bonding, sintering, or other processes used in the construction of a packaged switch or packaged half bridge, such processes are It will not interfere with the sintered connection between the die substrates or between the switch and the die clip.
[00184]
도 9b로 돌아가면, 다이오드(D)는 애노드 단자(904)를 포함한다. 반대로 향하는 캐소드 단자(도시되지 않음)는 소결 재료의 얇은 층을 통해 다이 기판 표면(902)에 대해 소결된다. 도시된 실시예에서, IGBT(905)는 하나의 이미터를 갖지만, 몇몇 이미터 단자들(906)을 갖는다. IGBT는 또한 게이트 단자(912)를 포함한다. 반대로 향하는 콜렉터 단자(들)(도시되지 않음)는 소결 재료의 얇은 층을 통해 다이 기판 표면(902)에 대해 소결된다. 도 9c는 도 9b의 라인(A-A)을 따라 취해진 다이 기판 표면(902) 및 IGBT(905)의 확대된 단면도를 도시한다. 소결 재료(920)의 얇은 층은 IGBT(905)의 콜렉터 단자와 다이 기판 표면(902) 사이에 포지셔닝되어 이들에 통합된다. 도 9b에 도시된 애노드 단자(904) 및 이미터 단자들(906)은 다이 클립에 연결(예를 들어, 소결)되도록 구성된다. 게이트(912)는 신호 프레임 기판(700)의 비-격리 신호-리드로의 연결을 위해 구성되며, 이는 결국 게이트 구동기(306)의 출력에 커플링된다. 연결 타입은 게이트(912)의 특성들에 의존할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄, 또는 베이스 알루미늄(base aluminum)(예를 들어, Al/Cu(0.5%)/Si(1%))과의 복합물로 형성된 게이트들은 신속하게 산화될 수 있다. 산화는 솔더 본드의 사용을 불가능하게 할 수 있다. 게이트(912)가 알루미늄 또는 베이스 알루미늄과의 복합물로 형성되는 경우, 연결은 와이어 본드를 필요로 할 수 있으며, 와이어 본드의 일 단부는 게이트(912)에 연결된다. 게이트(912)가 은, 구리 또는 금, 또는 이러한 금속들과의 복합물로 형성되는 경우, 게이트(912)로의 솔더 본드 연결이 사용될 수 있다.[00184]
Returning to FIG. 9B , diode D includes an
[00185]
다이 기판(312)은 신호 프레임 기판(700)에 연결될 수 있다. 도 10은 도 8에 도시된 신호 프레임 기판(700)과 정렬된 다이 기판(312)의 평면도이다. 애퍼처들(901)이 애퍼처들(701)과 정렬됨에 따라, 다이 기판(312)은 신호 프레임 기판(700)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 다이 기판(312)의 측벽은 구부러진 신호 리드(604)에 솔더링될 수 있다. 이러한 연결은 다이오드(308)(도 3ae 참조)와 IGBT(905)의 콜렉터(c) 사이에 전기 경로를 생성한다. 게이트(912)는 신호 리드를 통해 게이트 구동기(306)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 신호 프레임 기판(700)의 신호 리드에 게이트(912)를 연결하기 위해 와이어 본드 및/또는 다른 전도체(예를 들어, 평탄한 가요성 케이블)가 추가될 수 있으며, 신호 프레임 기판(700)의 신호 리드는 결국 게이트 구동기(306)의 출력 리드에 또한 연결된다.[00185]
The
[00186]
도 11a 및 도 11b는 얇은(예를 들어, 0.1 mm - 4.0 mm) 구리 시트로 형성된 예시적인 다이 클립(316)의 등각도 및 역 등각도이다. 다이 클립(316)은 정렬 애퍼처들(1101)을 포함하는 프레임들 사이에 연결된다. 다이 클립(316)은 펀치 프레스 또는 유사한 툴을 사용하여 형성될 수 있는 페데스탈들(1104)을 포함한다. 일 실시예에서, 페데스탈들(1104)의 생성에 의해 남아 있는 리세스들(1102)은 열적으로 그리고 전기적으로 전도성인 재료로 채워질 수 있다. 다이 클립(316)은 다이 클립 단자(232)를 형성하는 표면을 포함한다. 추가 다이 클립(316)은 리세스들(1102)과 단자(232) 사이에 포지셔닝된 좁아진 부분(1108)을 포함한다. I_Sense 회로는, 스위치(304)가 다이 클립(316)에 연결될 때 스위치(304)로의 또는 스위치(304)로부터의 전류 흐름을 측정하기 위해 좁아진 부분(1108) 위에 포지셔닝될 수 있다.[00186]
11A and 11B are isometric and inverse isometric views of an
[00187]
도 10, 도 11a 및 도 11b를 계속 참조하면, 페데스탈들(1104)의 단부 표면들은 개개의 이미터 단자들(906) 및 애노드 단자(904)에 대해 소결될 수 있다. 페데스탈들(1104)의 단부 표면들은, 이미터 단자들(906)의 표면들과 실질적으로 유사하지만 이미터 단자들(906)의 표면들보다는 약간 더 작은 형상 및 사이즈로 평탄해야 한다. 이는, 페데스탈들(1104)이 이미터 단자들(906)에 의해 점유된 영역들 외부에서 IGBT(905)와 접촉하지 않고 가능하게는 IGBT(905)를 손상시키지 않는 것을 보장한다. 페데스탈들(1104)의 단부 표면들의 사이즈 및 형상은 또한, 페데스탈(1104)과 이미터 단자(906) 사이의 좁아진 지점 연결을 통하는 집중된 전류 흐름으로 인해 원하지 않는 핫 스폿(hot spot)들이 생성될 가능성을 감소시킨다. 함께 소결될 때, 페데스탈들은 IGBT(905)와 다이 클립(316) 사이에 에어 갭을 생성한다. 교류가 다이 클립을 통해 흐를 때, 교류는 IGBT(905)의 동작에 악영향을 미칠 수 있는 전자기장을 생성한다. 에어 갭은 IGBT(905)의 동작에 대한 전자기적인 악영향들을 감소시킨다.[00187]
With continued reference to FIGS. 10 , 11A and 11B , the end surfaces of the
[00188]
도 11c 및 도 11d는 정렬된 다이 클립(316), 다이 기판(312) 및 신호 프레임 기판(700)의 평면도 및 저면도를 도시한다. 더 구체적으로, 애퍼처들(1101)은 개개의 다이 기판 애퍼처들(901) 및 신호 프레임 기판 애퍼처들(701)과 정렬된다. 정렬된 동안, 다이 클립(316)의 페데스탈들(1104)의 단부 표면들은 스위치의 개개의 단자들(예를 들어, IGBT(905)의 이미터 단자들(906) 및 다이오드(904)의 애노드 단자(904))에 대해 소결될 수 있다. 도 11e는 페데스탈들(1104)의 단부들에 대해 소결된 이미터 단자들(906) 및 애노드(904)를 도시하는 부분 등각도이다. 이외에도, 다이 클립(316)은 신호 프레임 기판(700)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 다이 클립(312)의 측부 표면은 신호 리드(608)에 솔더링될 수 있다.[00188]
11C and 11D show top and bottom views of the
[00189]
도 3aa의 T_Sense 회로 및 I_Sense 회로는 도 11c에 도시된 부분적으로 구성된 스위치 모듈(300)에 추가될 수 있다. FFC는 신호 프레임 기판의 신호 리드들에 T_Sense 회로 및 I_Sense 회로를 연결하기 위해 사용될 수 있다. FFC는 또한, 신호 리드를 통해 게이트 구동기(306)의 출력을 스위치의 게이트에 연결하는 데 사용될 수 있다. 도 11f는 FFC(1116) 상에 장착된 패키징된 I_sense 회로(1112) 및 패키징된 T_sense 회로(1114)를 갖는 부분적으로 구성된 스위치 모듈(300)을 도시한다. FFC(1116)의 하나의 부분은 게이트(912) 위에 포지셔닝된다. I_sense 회로(1112)는 FFC(1116)의 다른 부분 상에 포지셔닝되며, 이는 결국 다이 클립(312)의 좁아진 섹션(1108) 위에 포지셔닝된다. 도 11g는 도 11f에 도시된 스위치 모듈(300)의 등각도이다.[00189]
The T_Sense circuit and I_Sense circuit of FIG. 3AA can be added to the partially configured
[00190]
FFC(1116)는 제1 단자와 제2 단자 사이에서 연장되는 전도성 트레이스들을 포함한다. 제1 트레이스 단자들은, 각각, 신호 프레임 기판(700)의 구부러진 신호 리드들에 솔더링될 수 있다. 제2 트레이스 단자들은 패키징된 I_Sense 회로(1112) 및 패키징된 T_sense 회로(1114)의 개개의 리드들에 솔더링될 수 있다. 각각, I_Sense 회로(1112) 및 T_sense 회로(1114)로부터 출력 아날로그 신호들(Vi 및 Vt)을 송신하는 것 이외에도, FFC(1116)는 이러한 컴포넌트들에 공급 및 접지 전압들을 제공할 수 있다.[00190]
The
[00191]
FFC(1116)는 적어도 하나의 트레이스를 포함하며, 이 트레이스의 제2 단자는 IGBT(905)의 게이트(912)에 솔더링된다. 이 FFC 트레이스는 게이트 구동기(306)와 게이트(912) 사이에서 게이트 제어 신호(Vg)를 송신할 수 있다. 도시된 실시예는 게이트(912)가 솔더 본딩과 호환가능하다고 가정하고, 결과적으로 게이트(912)는 FFC(1116)의 하나 이상의 트레이스들에 솔더링된다. 대안적인 실시예에서, 게이트(912)는 FFC(1116)의 트레이스 단자에 와이어 본딩되며, 이는 게이트(912)까지 연장되지만 게이트(912)를 덮지는 않는다. 게이트 구동기(306)에 또한 연결되는 신호 리드에 게이트(912)를 연결하기 위한 다른 방법들이 고려된다.[00191]
[00192]
도 11f에 도시된 스위치 모듈(300)은 몰드에 배치될 수 있다. 이어서, 액체 플라스틱(예를 들어, 에폭시 수지)이 몰드에 부어졌다(poured). 일단 경화되면, 액체 플라스틱은 플라스틱 바디를 형성한다. 스위치 모듈(300) 및 경화된 플라스틱 바디는 몰드로부터 제거되고 트리밍된다. 도 12a는 몰드로부터의 제거 후의 몰딩된 플라스틱 바디(1200)를 갖는 스위치 모듈(300)의 등각도이다. 대안적인 실시예에서, 플라스틱 바디를 생성하기 위해 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)이 사용될 수 있다. 어느 하나의 실시예에서, 신호 리드들(204 및 206)을 포함하는, 신호 프레임 기판(700)의 구부러진 신호 리드들은 몰딩된 플라스틱 바디(1200)의 전방을 통해 노출된다. 도 12a는 또한, 몰딩된 플라스틱 바디(1200)의 측부를 통해 노출된 다이 클립 단자(232)를 도시한다. 도 12b는 신호 프레임 기판(700)의 네거티브 층(610)을 도시하는 역 등각도이다. 몰딩된 플라스틱 바디(1200)의 일부 및 네거티브 층(610)은 많은 상이한 트리밍 툴들 또는 기법들(예를 들어, 그라인딩) 중 임의의 하나를 사용하여 트리밍될 수 있다. 다이 기판 단자(230)는 노출되고, 신호 리드들은 트리밍 프로세스에 의해 격리된다. 도 2aa 및 도 2ab는 트리밍 프로세스 후의 패키징된 스위치를 도시한다.[00192]
The
예시적인 패키징된 하프 브리지(250)Exemplary Packaged
[00193]
도 11f에 도시된 것과 같은 스위치 모듈들은 예시적인 패키징된 하프 브리지(250)를 생성하도록 적층될 수 있다. 도 13a 및 도 13b는 도 11f에 도시된 2 개의 스위치 모듈들(300)의 측면도 및 등각도이다. 더 구체적으로, 도 13a 및 도 13b는 하이-사이드 스위치 모듈(300H) 및 로우-사이드 스위치 모듈(300L)을 도시한다. 스위치 모듈(300H)은 플립되고 몰드(도시되지 않음) 내부에서 스위치 모듈(300L) 위에 포지셔닝된다. 애퍼처들(701, 901 및 1101)을 갖는 프레임들은 예시의 용이함을 위해 도 13a 및 도 13b에 도시되지 않는다. 그러나, 이러한 애퍼처들은 반대로 향하는 스위치 모듈들(300H 및 300L)이 몰드 내부에 포지셔닝되어 있는 동안 이들을 정렬하는 데 사용될 수 있다. 액체 플라스틱이 몰드에 부어지고 경화되어 플라스틱 바디를 형성할 수 있다. 반대로 향하는 스위치 모듈들(300H 및 300L) 및 경화된 플라스틱 바디가 몰드로부터 제거되고 트리밍된다. 플라스틱 바디의 부분들, 및 네거티브 층들(610L 및 610H)은 많은 상이한 트리밍 툴들 또는 기법들 중 임의의 하나를 사용하여 제거될 수 있다. 다이 기판 단자들(230H 및 230L)은 노출되고, 신호 리드들은 트리밍 프로세스에 의해 격리된다. 다이 기판 단자들(230H 및 230L)은 트리밍되는 플라스틱 바디의 양에 따라 상부 및 하부의 플라스틱 표면으로부터 돌출될 수 있다. 도 2ba 및 도 2bb는 트리밍 프로세스 후의 패키징된 하프 브리지를 도시한다.[00193]
Switch modules such as those shown in FIG. 11F can be stacked to create an exemplary packaged
예시적인 콤팩트 인버터 시스템(408)Exemplary
[00194]
콤팩트 인버터 시스템들은 수직으로 적층된 컴포넌트들을 포함한다. 예를 들어, 도 4da는 하나가 다른 하나의 위에 있게 적층되는 패키징된 하프 브리지들(250 및 253), 열 싱크들(419), 위상 바 연장부들(411) 및 V+ 버스 바(417)를 포함하는 콤팩트 인버터 시스템(408)을 도시한다.[00194]
Compact inverter systems include vertically stacked components. For example, FIG. 4DA includes packaged
[00195]
도 14a 및 도 14b는, 각각, 구리와 같은 금속으로 형성될 수 있는 예시적인 V+ 버스 바(417)의 등각도 및 단면도이다. V+ 버스 바(417)는 패키징된 하프 브리지들과 배터리 사이에서 전류를 전도한다. 도시되지 않았지만, 금속 케이블은 배터리의 V+ 단자를 V+ 버스 바(417)의 하나 이상의 단자 구조들에 연결할 수 있다. 버스 바(417)에 공급되는 DC 전압을 증가 또는 감소시키기 위해 배터리와 V+ 버스 바(417) 사이에 DC-DC 컨버터가 연결될 수 있다. 단면도 14b에 도시된 폭(W) 및 높이(H)는 실시예에 따라 변할 수 있다. 예시된 실시예에서, H=16 mm이고, W=29 mm이다.[00195]
14A and 14B are isometric and cross-sectional views, respectively, of an exemplary
[00196]
V+ 버스 바(417)의 반대로 향하는 표면들 상의 페데스탈들은 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)을 수용한다. 도 14a 및 도 14b는, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 다이 기판 단자들(230)과 맞물리기 위한 실질적으로 평탄한 표면들(1405)을 갖는 예시적인 페데스탈들(1402)을 도시한다. 각각의 페데스탈(1402)은, 패키징된 하프 브리지(250 또는 253)의 좌측 및 우측과 맞물릴 수 있는 반대로 향하는 짧은 정지 벽들(1403) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 정지 벽들(1403)은, 패키징된 하프 브리지들(250 또는 253)이 페데스탈들(1402)에 의해 수용될 때, 패키징된 하프 브리지들(250 또는 253)의 측방향 이동을 억제한다. 예시된 실시예에서, 페데스탈 표면들(1405)은 정지 벽들(1403) 사이에서 완전히 연장된다. 대안적인 실시예에서, 페데스탈들(1402)은, 페데스탈들이 패키징된 하프 브리지들의 플라스틱 케이스 표면들과 동일한 높이에 있거나 또는 그 아래로 리세스된 다이 기판 단자들과 맞물릴 수 있도록, 다이 기판 단자들(230)과 유사하지만 다이 기판 단자들(230)보다 더 작게 형상화된 평탄한 표면들을 가질 수 있다. 예시적인 인버터 시스템(408)을 설명하는 목적들을 위해, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)은 이들의 플라스틱 케이스 표면들로부터 약간 돌출되는 다이 기판 단자들(230)을 갖는 것으로 가정된다. 더욱이, 다이 기판 단자들(230)은 페데스탈 표면들(1405)에 직접 연결되는 것으로 가정되며, 다른 실시예들에서, 다이 기판 단자들(230)은 열적으로 그리고 전기적으로 전도성인 재료, 이를테면, 솔더 또는 그리스를 통해 페데스탈 표면들(1405)에 간접 연결될 수 있다는 것이 이해된다. 다이 기판 단자들(230)이 페데스탈들(1402)의 표면들(1405)에 의해 수용될 때, 패키징된 하프 브리지들의 신호 리드들(예를 들어, 도 2ba의 신호 리드들 참조)과 V+ 버스 바(417) 사이에 에어 갭들이 생성된다.[00196]
Pedestals on opposite facing surfaces of
[00197]
도 14b를 참조하면, V+ 버스 바(417)는 도 4ac에 도시된 파이프들(420a)을 수용하는 채널들을 포함한다. 각각, 도 4ad 내지 도 4af에 도시된 파이프들(420bd20d)을 포함하는 다른 파이프들이 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다. 앞서 주목된 바와 같이, 각각의 파이프(420a)의 외부 원통형 표면은 알루미늄 옥사이드와 같은 유전체 재료의 얇은 층(422)으로 코팅된다. 유전체 층(422)은 파이프(420a) 내의 유체를 V+ 버스 바(417)로부터 전기적으로 절연시킨다. 유전체 층(422)은 유체와 V+ 버스 바(417) 사이에서 상당한 열을 전도한다.[00197]
Referring to FIG. 14B,
[00198]
도 4da 및 도 14a를 계속 참조하면, 도 15a는 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)과 함께 V+ 버스 바(417)의 등각도이다. 이 도면에 도시되지 않았지만, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 다이 기판들(230H 및 230L)은, 각각, V+ 버스 바(417)의 대향 측들의 개개의 페데스탈들(1402)의 표면들(1405)과 직접 접촉한다. 도 15b는, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 신호 리드들(예를 들어, 도 2ba의 신호 리드들 참조)과 V+ 버스 바(417) 사이의 작은 에어 갭들을 드러내는 측면도이다. 부분적인 에어 갭들은, 각각, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 하부 및 상부 표면들 상의 신호 리드들 및 V+ 버스 바(417)를 분리한다. 도 15b의 측면도에 도시된 길이(L)는 실시예에 따라 변할 수 있다. 예시된 실시예에서, L=200 mm이다.[00198]
Still referring to FIGS. 4DA and 14A , FIG. 15A is an isometric view of
[00199]
도 4da를 계속 참조하면, 인버터 시스템(408)의 위상 바들(PBa ― PBc)은, 각각, 위상들(a-c)의 패키징된 하프 브리지들과 각각 권선들(Wa ― Wc) 사이에서 전류를 전도한다. 각각의 위상 바는, 각각, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 각각 다이 기판 단자들(230L 및 230H)과 각각 열 싱크들(419-1 및 419-2) 사이에 연결된 금속 연장부들(411-1 및 411-2)을 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 위상 바(PB)는 C-형상 클램프 및 금속 케이블을 포함할 수 있다. 클램프는 금속 연장부들(411-1 및 411-2) 및 단자 구조를 포함한다 케이블의 일 단부는 단자 구조에 연결되는 한편, 케이블의 다른 단부는 와이어 권선에 연결된다.[00199]
With continued reference to FIG. 4Da, the phase bars PBa - PBc of
[00200]
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 예시적인 C-형상 클램프(1604)의 등각도 및 단면도이다. 연장부들(411-1 및 411-2)은 도 16a에 도시된 바와 같이 공통 베이스(1602)로부터 연장된다. 각각의 연장부(411)는 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 대응하는 다이 기판 단자들(230L 및 230H)과 각각 맞물리도록 구성된 표면들(1607)을 갖는 한 쌍의 페데스탈들(1606)을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 페데스탈들(1606)은, 페데스탈 표면들이 패키징된 하프 브리지들의 플라스틱 표면들과 동일한 높이에 있거나 또는 그 아래로 약간 리세스된 다이 기판 단자들과 맞물릴 수 있도록, 다이 기판 단자들과 유사하지만 다이 기판 단자들보다 더 작게 형상화된 평탄한 표면들(1607)을 가질 수 있다. 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 신호 리드들(예를 들어, 도 2ba의 신호 리드들 참조)과 클램프(1604) 사이에 그리고 다이 기판 단자들(230)이 페데스탈들(1606)의 표면들(1607)에 의해 수용될 때 에어 갭들이 생성된다.[00200]
16A, 16B and 16C are isometric and cross-sectional views of an exemplary C-shaped
[00201]
도 16a를 계속 참조하면, 클램프(1604)는 또한, 패스너들(1611)(예를 들어, 스레드형 볼트들)에 의해 베이스(1602)에 기계적으로 연결되는 금속 단자 구조(1610)를 포함한다. 패스너들(1611)은 베이스(1602)와 단자 구조(1610) 사이의 전기 연결을 고정시킨다. 단자 구조(1610)는 전술된 금속 케이블의 일 단부를 수용하도록 구성된 채널(1612)을 포함한다. 패스너들(1614)은 단자 구조(1610)의 애퍼처들을 통해 연장되고, 채널(1612)의 벽에 대해 케이블을 가압하여 이들 사이에 전기 연결을 보장하도록 구성된다.[00201]
With continued reference to FIG. 16A ,
[00202]
도 16b를 참조하면, 클램프(1604)는, 베이스(1602)에 연결되고 베이스(1602)로부터 연장되는 단자들(1615)을 포함한다. 단자들은, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 다이 클립 단자들(232H 및 232L)과 각각 맞물리고 이들 사이에 전기 연결을 설정할 수 있는 실질적으로 평탄한 단부 표면들(1619)을 갖는다. 클램프(1604)는 단자들(1615)을 통해, 클램프(1604)가 부착된 케이블과 패키징된 하프 브리지들(250 및 253) 사이에서 상당한 전류를 전도한다.[00202]
Referring to FIG. 16B ,
[00203]
클램프(1604)는 연장부들(411)의 측방향 단부들에 패스너들(예를 들어, 스레드형 볼트들)(1620)을 포함한다. 이러한 패스너들은 연장부들(411)의 애퍼처들을 통해 연장되고, 클램프(1604)를 유전체 블록(도시되지 않음)에 고정시키도록 구성된다. 조여진 패스너들(1620)과 연장부들(411)의 단부들 사이에 포지셔닝된 유전체 블록으로, 클램프는 클램프(1604) 및 V+ 버스 바(417)의 페데스탈 표면들(1405 및 1607)에 대해 다이 기판 단자들(230)을 각각 가압한다.[00203]
[00204]
도 17a는 클램프(1604)의 연장부들(411-1 및 411-2) 사이에 포지셔닝된 패키징된 하프 브리지(250-2), V+ 버스 바(417) 및 패키징된 하프 브리지(253-2)를 도시한다. 이 도면에 도시되지 않았지만, 패키징된 하프 브리지(250)의 다이 기판 단자들(230L 및 230H)은, 각각, 클램프(1604) 및 V+ 버스 바(417)의 개개의 페데스탈 표면들(1607 및 1405)에 해제가능하게 연결되고, 패키징된 하프 브리지(253)의 다이 기판 단자들(230L 및 230H)은, 각각, V+ 버스 바(417) 및 클램프(1604)의 페데스탈 표면들(1405 및 1607)의 개개의 표면들에 해제가능하게 연결된다. 전술된 유전체 블록(도시되지 않음)과 맞물리는 패스너들(1620)로, 클램프(1604)는 다이 기판 단자들 및 페데스탈 표면들을 서로 단단히 접촉하게 유지한다. 도 17b는 도 17a에 도시된 어셈블리의 단면도이다. 이 도면에 명확하게 도시되지는 않았지만, 단자들(1615)의 단부 표면들(1619)은 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)의 개개의 다이 클립 단자들(232H 및 232L)과 맞물린다.[00204]
17A shows packaged half bridge 250-2,
[00205]
도 4da는, 각각의 위상의 연장부들(411-1 및 411-2)에 각각 연결된 열 싱크들(419-1 및 419-2)을 도시한다. 도 4da를 계속 참조하면, 도 18a-도 18c는 각각, 예시적인 열 싱크들(419-1 및 419-2)이 자신에게 추가된, 도 17a 및 도 17b에 도시된 조립체의 등각도, 측면도 및 단면도를 도시한다. 열 싱크들(419-1 및 419-2)은 이 실시예에서 실질적으로 유사하다. 이러한 열 싱크들 각각은 파이프들(420a)과 같은 파이프들을 수용하는 채널들을 갖는다. 열 싱크들(419-1 및 419-2)은 클램프(1604)에 해제가능하게 연결된다. 더 구체적으로, 패스너들(예를 들어, 스레드형 볼트들, 도시되지 않음)은 애퍼처들을 통해 연장되고, 열 싱크들(419-1 및 419-2)을 클램프(1604)에 고정시킨다. 열 싱크들(419-1 및 419-2) 및 클램프(1604)의 표면들은 이러한 패스너들에 의해 단단한 연결로 유지된다. 연결은, 각각, 클램프(1604)의 연장부들(411-1 및 411-2)을 통해, 각각, 패키징된 하프 브리지들(250-2 및 253-2)로부터 열 싱크들(419-1 및 419-2)로의 열 전달을 가능하게 한다. 다른 실시예에서, 열 싱크들(419-1 및 419-2)과 클램프 연장부들(411-1 및 411-2) 사이에 각각 솔더, 소결 또는 열 그리스가 사용된다.[00205]
4Da shows heat sinks 419-1 and 419-2 respectively connected to extensions 411-1 and 411-2 of each phase. With continued reference to FIG. 4DA , FIGS. 18A-18C are isometric, side, and side views of the assembly shown in FIGS. 17A and 17B , respectively, with exemplary heat sinks 419-1 and 419-2 added thereto. show a cross section Heat sinks 419-1 and 419-2 are substantially similar in this embodiment. Each of these heat sinks has channels that receive pipes, such as
[00206]
도 19a 및 도 19b는 추가적인 클램프들(1604), 열 싱크들(419) 및 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)을 갖는, 도 18a-도 18c의 구조의 등각도 및 측면도를 도시한다. 열 싱크들(419-1a 내지 419-1c, 및 419-2a 내지 419-2c)은 서로 유사하다. 마찬가지로, 클램프들(1604a ― 1604c)은 서로 그리고 도 16a ― 도 16c에 도시된 것과 유사하다. 열 싱크들(419-1a 내지 419-1c)에 의해 수용되는 파이프들(420a)은 이들을 통해 유체를 이동시킨다. 열 싱크들(419-1a 내지 419-1c)에 의해 수용되는 파이프들(420a)은 이들을 통해 유체를 이동시킨다. 열 싱크들(419-1a 내지 419-1c)은 전기적 격리를 유지하기 위해 서로 분리된다. 마찬가지로, 싱크들(419-2a 내지 419-2c)은 전기적 격리를 유지하기 위해 서로 분리된다. 그러나, 열 싱크들(419-1a 내지 419-1c)은 공통 파이프들(420a) 내의 유체에 의해 함께 열적으로 연결된다. 마찬가지로, 열 싱크들(419-2a 내지 419-2c)은 공통 파이프들(420a) 내의 유체에 의해 함께 열적으로 연결된다.[00206]
19A and 19B show isometric and side views of the structure of FIGS. 18A-18C with
[00207]
도 4da는 V- 버스 바(407)를 도시한다. 패키징된 브리지들(250)의 다이 클립 단자들(232L) 및 패키징된 하프 브리지들(253)의 다이 클립 단자들(232H)은 V- 버스 바(407)에 연결된다. 도 4da를 계속 참조하면, 도 20a, 도 20b 및 도 20c는 구리와 같은 금속으로 형성된 예시적인 V- 버스 바(407)의 등각도, 평면도 및 단면도를 도시한다. 패스너들(예를 들어, 스레드형 볼트들)(1616)은 단자 구조들(1630)을 베이스(1618)의 단부들에 기계적으로 연결한다. 패스너들은 단자 구조들(1630)과 베이스(1618) 사이의 전기 연결을 유지한다. 단자 구조들(1630)은 금속 케이블들(도시되지 않음)의 단부들을 수용하도록 구성된 채널들(1617)을 갖는다. 이러한 금속 케이블들의 다른 단부들은 V- 배터리 단자(도시되지 않음)에 직접 또는 간접 연결될 수 있다. 패스너들(1622)(예를 들어, 스레드형 볼트들)은 단자 구조(1630)의 애퍼처들을 통해 연장되고, 채널(1617)의 벽과 맞물리고 채널(1617)의 벽에 대해 수용된 금속 케이블의 단부를 가압하도록 구성된다. 패스너들(1622)은 금속 케이블과 V- 버스 바(407) 사이의 전기 연결을 보장한다. 개구들(1634)은 디커플링 커패시터들의 X x Y 어레이가 상부에 각각 장착된 PCB들을 수용하도록 구성된다. 도 20d는 개구들(1634)에 수용된 PCB들(1636)을 갖는 V- 버스 바(407)의 측면도이다. 각각의 PCB(1636)는 커패시터들(1638)의 3 × 13 어레이를 포함한다. 묘사된 실시예에서, 세라믹 커패시터들은 PCB들(1636) 상에 장착된다. 다른 실시예들에서, 박막 또는 전해 커패시터들이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 커패시터 타입들의 조합이 사용될 수 있다. 세라믹 커패시터들은 박막 커패시터들보다 작고, 세라믹 커패시터들의 사용은, 세라믹 커패시터들이 예시적인 콤팩트 인버터 시스템(408)에 의해 점유되는 전체 볼륨을 감소시킬 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 각각의 디커플링 커패시터(1638)는 한 쌍의 리드들을 갖는 패키지에 포함될 수 있으며, 그 리드들 중 하나는 V- 버스 바(407)에 연결되는 한편, 다른 하나는 V+ 버스 바(417)에 연결된다. PCB들(1636)의 트레이스들은 V- 버스 바(407) 및 V+ 버스 바(417)로의 연결들을 가능하게 한다. 세라믹 커패시터(1638)는 고장날 수 있고, 세라믹 커패시터(1638)의 단자들 사이에 단락을 생성할 수 있으며, 이는 결국, V- 버스 바(407)와 V+ 버스 바(417) 사이에 단락을 생성한다. 세라믹 커패시터들(1638)을 갖는 PCB(1636)는 하나 이상의 융합된 또는 융합가능한 링크들을 포함해야 하며, 이들 각각은 세라믹 커패시터가 고장나면 V- 버스 바(407)와 V+ 버스 바(417) 사이의 전류 흐름을 중단시키도록 포지셔닝된다. 디커플링 커패시터들(1638)의 어레이들은 78 μF 이상의 집합적 디커플링 커패시턴스(collective decoupling capacitance)를 제공할 수 있고, 다른 콤팩트 인버터 시스템 실시예들에서는 더 적거나 더 많은 디커플링 커패시턴스가 사용될 수 있다는 것이 이해된다.[00207]
4da shows the V-
[00208]
디커플링 커패시터들(1638)은 패키징된 하프 브리지들(250 및 253) 내의 스위치들(예를 들어, IGBT들)(304)의 전류 단자들에서 전압 스파이크(spike)들, 리플 전류(ripple current)들 또는 다른 원하지 않는 AC 전압 컴포넌트들을 감소시킨다. 배터리 또는 다른 전압 소스의 단자들과 스위치들 사이에 연결된 전도체들은 기생 인덕턴스를 갖거나, 스위치들과 전기 모터의 권선들 사이의 전도체들은 기생 인덕턴스를 갖는다. 좁고 긴 전도체들은 더 짧고 더 넓은 전도체들보다 더 많은 기생 인덕턴스를 갖는다. 기생 인덕턴스는 또한, 전도체에 의해 운반되는 전류의 증가에 따라 증가한다. 기생 인덕턴스는 스위치들(304)에 몇몇 위험들을 제공한다. 예를 들어, 스위치들(304)을 턴 오프시키는 프로세스에서, 전류의 급격한 감소로 인해 스위치들의 전류 단자들에서 전압 스파이크들이 발생할 것이다. 이러한 전압 스파이크는 스위치와 배터리 사이에서 전도체의 기생 인덕턴스에 저장된 에너지의 방출로 인한 것이다. 스위치(304)는 자신의 정상 동작 범위 밖에 있는 전압 스파이크를 겪을 수 있다. 따라서, 더 높은 전압 레벨을 갖는 스위치를 사용할 필요가 있을 수 있지만, 더 높은 전압 레벨을 갖는 스위치가 덜 효율적이고 더 비쌀 수 있다. 개구들(1634)에 PCB들(1636)을 포지셔닝하는 것은, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253) 내의 스위치들의 전류 단자들에 가깝게(예를 들어, 1 cm 이하) 디커플링 커패시터들(1638)을 배치한다. 이는, 전도성 라인의 기생 유도에 의해 방출된 전류의 더 많은 부분이 디커플링 커패시터들(1638)에 의해 수신 및 저장되는 것을 보장하며, 이는 결국 스위치의 단자에서 전압 스파이크를 감소시킨다. 스위치들(304)에 대한 디커플링 커패시터들(1638)의 근접성의 결과로서, 더 작고 더 효율적인 스위치들(304)이 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)에서 이용될 수 있다.[00208]
[00209]
도 20b 및 도 20c에 도시된 바와 같이, V- 버스 바(407)는, 베이스(1618)에 연결되고 베이스(1618)로부터 연장되는 단자들(1640)을 갖는다. 단자들(1640-L)은 패키징된 하프 브리지들(250)의 다이 클립 단자들(232L)과 맞물리기 위한 평탄한 단부 표면들, 및 패키징된 하프 브리지들(253)의 다이 클립 단자들(232H)과 맞물리기 위한 단자들(1640-H)을 갖는다. V- 버스 바(407)와 V+ 버스 바는 서로 전기적으로 격리되어야 한다. 도 21은 V- 버스 바(407)가 자신에게 추가된, 도 19에 도시된 어셈블리의 단면도이다. 클램프(1604a)의 연장부들(411)과 V- 버스 바(407) 사이에 에어 갭이 존재하여 이들 사이의 전기적 격리를 보장한다. 이 도면에서 보이지 않지만, 단자들(1640)의 단부 표면들은, 각각, 대응하는 다이 클립 단자들(232L 및 232H)에 해제가능하게 연결된다.[00209]
As shown in FIGS. 20B and 20C , V-
[00210] 콤팩트 인버터 시스템은 하나 이상의 제어 PCB들을 포함할 수 있거나, 또는 하나 이상의 제어 PCB들에 연결될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 패키징된 전력 관리 집적 회로(PMIC; power management integrated circuit)들, 하나 이상의 마이크로제어기들 등과 같은 컴포넌트들이 제어 PCB들 상에 장착(예를 들어, 솔더링)될 수 있다. PMIC들은 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들의 컴포넌트들(예를 들어, 게이트 구동기들)에 대한 안정적인 공급 전압들을 제공하는 전압 조절기들을 포함한다. 마이크로제어기는 하나 이상의 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들에 제어 신호들(예를 들어, PWM 신호들)을 제공한다. 마이크로제어기는 또한, 하나 이상의 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들로부터 신호들(예를 들어, 결함 신호들)을 수신한다. 제어 PCB는 개개의 FFC들을 통해 콤팩트 인버터 시스템의 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들에 연결될 수 있다. FFC들은 제어 PCB와 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들 사이에서 전압들 및 신호들을 전달한다.[00210] A compact inverter system may include one or more control PCBs, or may be connected to one or more control PCBs. For example, components such as one or more packaged power management integrated circuits (PMICs), one or more microcontrollers, etc., may be mounted (eg, soldered) onto the control PCBs. PMICs include voltage regulators that provide stable supply voltages to packaged switches or components of packaged half-bridges (eg, gate drivers). A microcontroller provides control signals (eg, PWM signals) to one or more packaged switches or packaged half bridges. The microcontroller also receives signals (eg, fault signals) from one or more packaged switches or packaged half bridges. The control PCB can be connected to the packaged switches or packaged half-bridges of the compact inverter system via individual FFCs. FFCs carry voltages and signals between the control PCB and packaged switches or packaged half bridges.
[00211]
제어 PCB는 몇몇 인터페이스들을 가질 수 있으며, 이들 각각은 대응하는 FFC의 개개의 제1 인터페이스로의 연결을 위해 구성된다. FFC들의 제2 인터페이스들은 개개의 패키징된 스위치들 또는 패키징된 하프 브리지들로의 연결을 위해 구성된다. 일 실시예에서, FFC들의 제2 인터페이스들은 개개의 패키징된 하프 브리지들 또는 패키징된 스위치들의 신호 리드들의 단자들에 연결된다. 도 21은 PMIC들(1652)이 상부에 장착된 예시적인 제어 PCB(1650)를 도시한다. 이 도면에 도시되지는 않았지만, 패키징된 하프 브리지들(250 및 253)을 제어하기 위한 하나 이상의 마이크로제어기들이 PCB(1650) 상에 장착될 수 있다.[00211]
The control PCB may have several interfaces, each configured for connection to a respective first interface of a corresponding FFC. The second interfaces of the FFCs are configured for connection to individual packaged switches or packaged half bridges. In one embodiment, the second interfaces of the FFCs are connected to terminals of signal leads of individual packaged half bridges or packaged switches. 21 shows an
[00212] 많은 방법들 및 장치들이 개시된다. 예를 들어, 제1 디바이스를 포함하는 제1 장치가 개시되며, 제1 디바이스는 결국, 제1 케이스; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제1 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제1 트랜지스터 ― 제1 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제1 트랜지스터는 제1 트랜지스터를 제어하는 제1 제어 단자를 포함하고, 제1 단자는 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 및 제2 표면을 노출시키는, 제1 케이스를 관통하는 제1 개구를 포함한다. 제1 디바이스는, 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제2 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제2 트랜지스터 ― 제2 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제2 트랜지스터는 제2 트랜지스터를 제어하기 위한 제2 제어 단자를 포함하고, 제2 트랜지스터의 제1 단자는 제2 금속 컴포넌트의 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 및 제2 금속 구조의 제2 표면을 노출시키도록 제1 케이스를 관통하는 제2 개구를 더 포함할 수 있다. 제1 디바이스는 추가적으로, 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제1 금속 엘리먼트 ― 제1 트랜지스터의 제2 단자는 제1 금속 엘리먼트의 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제2 금속 엘리먼트 ― 제2 트랜지스터의 제2 단자는 제2 금속 엘리먼트의 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 제1 금속 엘리먼트의 제2 표면을 노출시키도록 제1 케이스를 관통하는 제3 개구; 및 제2 금속 엘리먼트의 제2 표면을 노출시키도록 제1 케이스를 관통하는 제4 개구를 포함할 수 있다. 제1 장치는 제2 디바이스를 더 포함할 수 있고, 제2 디바이스는 결국, 제2 케이스; 반대로 향하는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제3 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제3 트랜지스터 ― 제3 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제3 트랜지스터는 제3 트랜지스터를 제어하는 제3 제어 단자를 포함하고, 제3 트랜지스터들의 제1 단자는 제3 금속 구조의 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 제3 금속 구조의 제2 표면을 노출시키는, 제2 케이스를 관통하는 제1 개구; 반대로 향하는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제4 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제4 트랜지스터 ― 제4 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제4 트랜지스터는 제4 트랜지스터를 제어하기 위한 제4 제어 단자를 포함하고, 제4 트랜지스터의 제1 단자는 제4 금속 구조의 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 제4 금속 구조의 제2 표면을 노출시키도록 제2 케이스를 관통하는 제2 개구; 및 제1 금속 구조의 제2 표면에 직접 연결되고 제3 금속 구조의 제2 표면에 직접 연결되는 제1 버스 바를 포함하며, 제1 버스 바는 유체가 유동할 수 있게 하는 채널을 포함한다. 제2 디바이스는 또한, 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제3 금속 엘리먼트 ― 제3 트랜지스터의 제2 단자는 제3 금속 엘리먼트의 제1 표면에 대해 연결됨 ―; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제4 금속 엘리먼트 ― 제4 트랜지스터의 제2 단자는 제4 금속 엘리먼트의 제1 표면에 연결됨 ―; 제3 금속 엘리먼트의 제2 표면을 노출시키도록 제2 케이스를 관통하는 제3 개구; 및 제4 금속 엘리먼트의 제2 표면을 노출시키도록 제2 케이스를 관통하는 제4 개구를 포함할 수 있다.[00212] A number of methods and apparatus are disclosed. For example, a first apparatus is disclosed that includes a first device, which in turn includes a first case; a first metal structure comprising a first surface and a second surface; A first transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein when the first transistor is activated, a current is transmitted between the first terminal and the second terminal, the first transistor having a first control terminal that controls the first transistor. wherein the first terminal is sintered to the first surface; and a first opening through the first casing exposing the second surface. The first device includes a second metal structure including a first surface and a second surface; a second transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the second transistor is activated, and the second transistor is a second control terminal for controlling the second transistor wherein the first terminal of the second transistor is sintered to the first surface of the second metal component; and a second opening penetrating the first case to expose a second surface of the second metal structure. The first device further includes a first metal element comprising a first surface and a second surface, the second terminal of the first transistor being sintered to the first surface of the first metal element; a second metal element comprising a first surface and a second surface, the second terminal of the second transistor being sintered to the first surface of the second metal element; a third opening penetrating the first case to expose a second surface of the first metal element; and a fourth opening penetrating the first case to expose the second surface of the second metal element. The first apparatus may further include a second device, which in turn may include a second case; a third metal structure comprising opposing first and second surfaces; a third transistor including a first terminal and a second terminal - when the third transistor is activated, current is transmitted between the first terminal and the second terminal, and the third transistor provides a third control terminal for controlling the third transistor. wherein the first terminals of the third transistors are sintered to the first surface of the third metal structure; a first opening through the second case exposing a second surface of the third metal structure; a fourth metal structure comprising opposing first and second surfaces; a fourth transistor including a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the fourth transistor is activated, and the fourth transistor is a fourth control terminal for controlling the fourth transistor; wherein the first terminal of the fourth transistor is sintered to the first surface of the fourth metal structure; a second opening penetrating the second case to expose a second surface of the fourth metal structure; and a first bus bar directly connected to the second surface of the first metal structure and directly connected to the second surface of the third metal structure, wherein the first bus bar includes a channel through which a fluid can flow. The second device may also include a third metal element including a first surface and a second surface, the second terminal of the third transistor being connected to the first surface of the third metal element; a fourth metal element including a first surface and a second surface, the second terminal of the fourth transistor being connected to the first surface of the fourth metal element; a third opening penetrating the second case to expose a second surface of the third metal element; and a fourth opening penetrating the second case to expose the second surface of the fourth metal element.
[00213] 제1 디바이스를 포함하는 제2 장치가 개시되며, 제1 디바이스는 결국 제1 디바이스를 포함하며, 제1 디바이스는, 제1 케이스; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제1 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제1 트랜지스터 ― 제1 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제1 트랜지스터는 제1 트랜지스터를 제어하는 제1 제어 단자를 포함하고, 제1 단자는 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 제2 표면을 노출시키는, 제1 케이스를 관통하는 제1 개구; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제2 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제2 트랜지스터 - 제2 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제2 트랜지스터는 제2 트랜지스터를 제어하기 위한 제2 제어 단자를 포함하고, 제2 트랜지스터의 제1 단자는 제2 금속 컴포넌트의 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 및 제2 금속 구조의 제2 표면을 노출시키도록 제1 케이스를 관통하는 제2 개구를 포함한다. 제2 장치는, 제1 금속 구조의 제2 표면에 연결된 제1 버스 바 ― 제1 버스 바는 유체가 유동할 수 있게 하는 채널을 포함함 ―; 제2 금속 구조의 제2 표면에 연결된 열 싱크 ― 열 싱크는 유체가 유동할 수 있게 하는 채널을 포함함 ―; 제1 버스 바를 제1 버스 바의 채널을 통해 유동하는 유체로부터 전기적으로 절연시키는 제1 유전체 층; 및 금속성 열 싱크를 금속성 열 싱크의 채널을 통해 유동하는 유체로부터 전기적으로 절연시키는 제2 유전체 층을 더 포함할 수 있다. 제2 장치는 열 싱크에 전기적으로 연결된 다른 버스 바를 더 포함할 수 있다.[00213] A second apparatus is disclosed that includes a first device, which in turn includes a first device, the first device comprising: a first case; a first metal structure comprising a first surface and a second surface; A first transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein when the first transistor is activated, a current is transmitted between the first terminal and the second terminal, the first transistor having a first control terminal that controls the first transistor. wherein the first terminal is sintered to the first surface; a first opening through the first case exposing a second surface; a second metal structure comprising a first surface and a second surface; a second transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the second transistor is activated, and the second transistor is a second control terminal for controlling the second transistor wherein the first terminal of the second transistor is sintered to the first surface of the second metal component; and a second opening penetrating the first case to expose a second surface of the second metal structure. The second device includes: a first bus bar connected to a second surface of the first metal structure, the first bus bar including channels through which fluid may flow; a heat sink coupled to the second surface of the second metal structure, the heat sink including channels through which fluid may flow; a first dielectric layer that electrically insulates the first bus bar from fluid flowing through the channel of the first bus bar; and a second dielectric layer electrically insulating the metallic heat sink from fluid flowing through a channel of the metallic heat sink. The second device may further include another bus bar electrically connected to the heat sink.
[00214] 제1 디바이스를 포함하는 제3 장치가 개시되며, 제1 디바이스는 결국 제1 디바이스를 포함하며, 제1 디바이스는, 제1 케이스; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제1 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제1 트랜지스터 ― 제1 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제1 트랜지스터는 제1 트랜지스터를 제어하는 제1 제어 단자를 포함하고, 제1 단자는 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 제2 표면을 노출시키는, 제1 케이스를 관통하는 제1 개구; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제2 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제2 트랜지스터 ― 제2 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제2 트랜지스터는 제2 트랜지스터를 제어하기 위한 제2 제어 단자를 포함하고, 제2 트랜지스터의 제1 단자는 제2 금속 컴포넌트의 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 제2 금속 구조의 제2 표면을 노출시키도록 제1 케이스를 관통하는 제2 개구; 제1 트랜지스터를 제어하기 위한 제1 회로; 및 제2 트랜지스터를 제어하기 위한 제2 회로를 포함한다.[00214] A third apparatus is disclosed that includes a first device, which in turn includes a first device, the first device comprising: a first case; a first metal structure comprising a first surface and a second surface; A first transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein when the first transistor is activated, a current is transmitted between the first terminal and the second terminal, the first transistor having a first control terminal that controls the first transistor. wherein the first terminal is sintered to the first surface; a first opening through the first case exposing a second surface; a second metal structure comprising a first surface and a second surface; a second transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the second transistor is activated, and the second transistor is a second control terminal for controlling the second transistor wherein the first terminal of the second transistor is sintered to the first surface of the second metal component; a second opening penetrating the first case to expose a second surface of the second metal structure; a first circuit for controlling the first transistor; and a second circuit for controlling the second transistor.
[00215] 제1 디바이스를 포함하는 제4 장치가 개시되며, 제1 디바이스는 결국 제1 디바이스를 포함하며, 제1 디바이스는, 제1 케이스; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제1 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제1 트랜지스터 ― 제1 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제1 트랜지스터는 제1 트랜지스터를 제어하는 제1 제어 단자를 포함하고, 제1 단자는 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 제2 표면을 노출시키는, 제1 케이스를 관통하는 제1 개구; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제1 금속 엘리먼트 ― 제2 단자는 제1 금속 엘리먼트의 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 및 제1 금속 엘리먼트의 제2 표면을 노출시키도록 제1 케이스를 관통하는 제2 개구를 포함한다.[00215] A fourth apparatus is disclosed that includes a first device, which in turn includes a first device, the first device comprising: a first case; a first metal structure comprising a first surface and a second surface; A first transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein when the first transistor is activated, a current is transmitted between the first terminal and the second terminal, the first transistor having a first control terminal that controls the first transistor. wherein the first terminal is sintered to the first surface; a first opening through the first case exposing a second surface; a first metal element comprising a first surface and a second surface, the second terminal being sintered to the first surface of the first metal element; and a second opening penetrating the first case to expose a second surface of the first metal element.
[00216] 제1 디바이스를 포함하는 제5 장치가 개시되며, 제1 디바이스는 결국 제1 디바이스를 포함하며, 제1 디바이스는, 제1 케이스; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제1 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제1 트랜지스터 ― 제1 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제1 트랜지스터는 제1 트랜지스터를 제어하는 제1 제어 단자를 포함하고, 제1 단자는 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 제2 표면을 노출시키는, 제1 케이스를 관통하는 제1 개구를 포함하며; 제5 장치는, 제1 금속 구조의 제2 표면에 열적으로 그리고 전기적으로 연결된 제1 버스 바를 더 포함하며, 제1 버스 바는 유체가 유동할 수 있게 하는 채널을 포함한다. 제5 장치는, 제1 버스 바로부터 유체를 전기적으로 절연시키는 유전체 층을 더 포함할 수 있다.[00216] A fifth apparatus is disclosed that includes a first device, which in turn includes a first device, the first device comprising: a first case; a first metal structure comprising a first surface and a second surface; A first transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein when the first transistor is activated, a current is transmitted between the first terminal and the second terminal, the first transistor having a first control terminal that controls the first transistor. wherein the first terminal is sintered to the first surface; a first opening through the first case exposing a second surface; The fifth device further includes a first bus bar thermally and electrically connected to the second surface of the first metal structure, the first bus bar including a channel through which a fluid can flow. The fifth device may further include a dielectric layer electrically insulating the fluid from the first bus bar.
[00217] 제1 디바이스를 포함하는 제6 장치가 개시되며, 제1 디바이스는 결국 제1 디바이스를 포함하며, 제1 디바이스는, 제1 케이스; 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 제1 금속 구조; 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제1 트랜지스터 ― 제1 트랜지스터가 활성화될 때 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 제1 트랜지스터는 제1 트랜지스터를 제어하는 제1 제어 단자를 포함하고, 제1 단자는 제1 표면에 대해 소결됨 ―; 제2 표면을 노출시키는, 제1 케이스를 관통하는 제1 개구; 및 제1 트랜지스터를 제어하기 위한 제1 회로를 포함한다.[00217] A sixth apparatus is disclosed that includes a first device, which in turn includes a first device, the first device comprising: a first case; a first metal structure comprising a first surface and a second surface; A first transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein when the first transistor is activated, a current is transmitted between the first terminal and the second terminal, the first transistor having a first control terminal that controls the first transistor. wherein the first terminal is sintered to the first surface; a first opening through the first case exposing a second surface; and a first circuit for controlling the first transistor.
[00218] 본 발명이 몇몇 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 본원에서 제시되는 특정 형태들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 그에 반해서, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 합리적으로 포함될 수 있는 그러한 대안들, 수정들 및 등가물들을 커버하는 것으로 의도된다.[00218] Although the invention has been described in connection with several embodiments, it is not intended that the invention be limited to the specific forms presented herein. On the contrary, it is intended to cover such alternatives, modifications and equivalents as may reasonably be included within the scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (20)
버스 바(bus bar) ― 상기 버스 바는 DC 전압 공급부의 포지티브(positive) 단자로의 연결을 위한 단자를 포함함 ―;
제1 열 싱크;
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제1 트랜지스터 ― 상기 제1 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제1 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터를 제어하는 제1 게이트 단자를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터의 제1 단자는 상기 버스 바에 열적으로 그리고 전기적으로 연결됨 ―;
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제2 트랜지스터 ― 상기 제2 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터를 제어하는 제2 게이트 단자를 포함하고, 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제1 열 싱크에 열적으로 그리고 전기적으로 연결됨 ―
를 포함하며,
상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터는 상기 버스 바와 상기 제1 열 싱크 사이에 포지셔닝되고;
상기 제1 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터와 상기 버스 바 사이에 포지셔닝되고; 그리고
상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터와 상기 제1 열 싱크 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.As a power inverter,
a bus bar, the bus bar comprising terminals for connection to the positive terminal of the DC voltage supply;
a first heat sink;
a first transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the first transistor is activated, the first transistor controlling the first transistor a first gate terminal, wherein a first terminal of the first transistor is thermally and electrically connected to the bus bar;
a second transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the second transistor is activated, the second transistor controlling the second transistor a second gate terminal, wherein the first terminal of the second transistor is thermally and electrically connected to the first heat sink;
Including,
the first transistor and the second transistor are positioned between the bus bar and the first heat sink;
the first transistor is positioned between the second transistor and the bus bar; and
the second transistor is positioned between the first transistor and the first heat sink;
power inverter.
제2 열 싱크;
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제3 트랜지스터 ― 상기 제3 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제3 트랜지스터는 상기 제3 트랜지스터를 제어하는 제3 게이트 단자를 포함하고, 상기 제3 트랜지스터의 제1 단자는 상기 버스 바에 열적으로 그리고 전기적으로 연결됨 ―;
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제4 트랜지스터 ― 상기 제4 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제4 트랜지스터는 상기 제4 트랜지스터를 제어하는 제4 게이트 단자를 포함하고, 상기 제4 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제2 열 싱크에 열적으로 그리고 전기적으로 연결됨 ―
를 더 포함하며,
상기 제3 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터는 상기 버스 바와 상기 제2 열 싱크 사이에 포지셔닝되고;
상기 제3 트랜지스터는 상기 제4 트랜지스터와 상기 버스 바 사이에 포지셔닝되고; 그리고
상기 제4 트랜지스터는 상기 제3 트랜지스터와 상기 제2 열 싱크 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.According to claim 1,
a second heat sink;
a third transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the third transistor is activated, the third transistor controlling the third transistor a third gate terminal, wherein a first terminal of the third transistor is thermally and electrically connected to the bus bar;
a fourth transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the fourth transistor is activated, the fourth transistor controlling the fourth transistor a fourth gate terminal, wherein a first terminal of the fourth transistor is thermally and electrically coupled to the second heat sink;
Including more,
the third transistor and the fourth transistor are positioned between the bus bar and the second heat sink;
the third transistor is positioned between the fourth transistor and the bus bar; and
the fourth transistor is positioned between the third transistor and the second heat sink;
power inverter.
상기 제1 트랜지스터의 제1 단자는 상기 버스 바와 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자 사이에 포지셔닝되고;
상기 제2 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제1 열 싱크와 상기 제2 트랜지스터의 제2 단자 사이에 포지셔닝되고;
상기 제1 트랜지스터의 제2 단자는 상기 제2 트랜지스터의 제2 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제1 단자 사이에 포지셔닝되고;
상기 제2 트랜지스터의 제2 단자는 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자와 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자 사이에 포지셔닝되고;
상기 제3 트랜지스터의 제1 단자는 상기 버스 바와 상기 제3 트랜지스터의 제2 단자 사이에 포지셔닝되고;
상기 제4 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제2 열 싱크와 상기 제4 트랜지스터의 제2 단자 사이에 포지셔닝되고;
상기 제3 트랜지스터의 제2 단자는 상기 제4 트랜지스터의 제2 단자와 상기 제3 트랜지스터의 제1 단자 사이에 포지셔닝되고;
상기 제4 트랜지스터의 제2 단자는 상기 제3 트랜지스터의 제2 단자와 상기 제4 트랜지스터의 제1 단자 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.According to claim 2,
the first terminal of the first transistor is positioned between the bus bar and the second terminal of the first transistor;
the first terminal of the second transistor is positioned between the first heat sink and the second terminal of the second transistor;
the second terminal of the first transistor is positioned between the second terminal of the second transistor and the first terminal of the first transistor;
the second terminal of the second transistor is positioned between the second terminal of the first transistor and the first terminal of the second transistor;
the first terminal of the third transistor is positioned between the bus bar and the second terminal of the third transistor;
the first terminal of the fourth transistor is positioned between the second heat sink and the second terminal of the fourth transistor;
the second terminal of the third transistor is positioned between the second terminal of the fourth transistor and the first terminal of the third transistor;
The second terminal of the fourth transistor is positioned between the second terminal of the third transistor and the first terminal of the fourth transistor.
power inverter.
상기 제1 트랜지스터의 제2 단자 및 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자에 연결된 제2 버스 바;
DC 공급 전압의 네거티브(negative) 단자로의 연결을 위한 단자를 포함하는 제3 버스 바
를 더 포함하며,
상기 제3 버스 바는 상기 제2 트랜지스터의 제2 단자에 연결되는,
전력 인버터.According to claim 1,
a second bus bar connected to the second terminal of the first transistor and the first terminal of the second transistor;
A third bus bar comprising a terminal for connection to the negative terminal of the DC supply voltage
Including more,
The third bus bar is connected to the second terminal of the second transistor,
power inverter.
버스 바 ― 상기 버스 바는 유체가 유동할 수 있게 하는 원통형 채널을 포함함 ―;
상기 버스 바로부터의 상기 유체를 전기적으로 절연시키는 유전체;
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제1 트랜지스터 ― 상기 제1 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제1 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터를 제어하는 제1 게이트 단자를 포함함 ―
를 포함하며,
상기 제1 단자는 상기 버스 바에 열적으로 그리고 전기적으로 연결되는,
전력 인버터.As a power inverter,
a bus bar, the bus bar comprising a cylindrical channel through which fluid may flow;
a dielectric that electrically insulates the fluid from the bus bar;
a first transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the first transistor is activated, the first transistor controlling the first transistor including a first gate terminal -
Including,
wherein the first terminal is thermally and electrically connected to the bus bar;
power inverter.
상기 원통형 채널에 포지셔닝되고 상기 원통형 채널의 단부들 사이에서 상기 유체를 전달하도록 구성된 도관을 더 포함하며,
상기 유전체는 상기 도관의 외부 표면과 상기 버스 바 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.According to claim 5,
a conduit positioned in the cylindrical channel and configured to convey the fluid between ends of the cylindrical channel;
wherein the dielectric is positioned between the outer surface of the conduit and the bus bar;
power inverter.
상기 원통형 채널은 벽을 포함하고, 상기 유전체는 상기 벽과 접촉하는,
전력 인버터.According to claim 6,
wherein the cylindrical channel comprises a wall and the dielectric is in contact with the wall;
power inverter.
상기 유체가 유동할 수 있게 하는 제1 채널을 포함하는 제1 열 싱크;
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제2 트랜지스터 - 상기 제2 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터를 제어하는 제2 게이트 단자를 포함함 ―
를 더 포함하며,
상기 제2 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제1 열 싱크에 열적으로 그리고 전기적으로 연결되는,
전력 인버터.According to claim 5,
a first heat sink including a first channel through which the fluid can flow;
A second transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the second transistor is activated, the second transistor controlling the second transistor with a second gate terminal -
Including more,
a first terminal of the second transistor is thermally and electrically connected to the first heat sink;
power inverter.
상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터는 상기 버스 바와 상기 제1 열 싱크 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.According to claim 8,
The first transistor and the second transistor are positioned between the bus bar and the first heat sink.
power inverter.
상기 제1 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터와 상기 버스 바 사이에 포지셔닝되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터와 상기 제1 열 싱크 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.According to claim 9,
wherein the first transistor is positioned between the second transistor and the bus bar, and the second transistor is positioned between the first transistor and the first heat sink.
power inverter.
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제3 트랜지스터 ― 상기 제3 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제3 트랜지스터는 상기 제3 트랜지스터를 제어하는 제3 게이트 단자를 포함함 ―;
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제4 트랜지스터 ― 상기 제4 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제4 트랜지스터는 상기 제4 트랜지스터를 제어하는 제4 게이트 단자를 포함함 ―;
상기 유체가 유동할 수 있게 하는 제2 채널을 포함하는 제2 열 싱크
를 더 포함하며,
상기 제3 트랜지스터의 제1 단자는 상기 버스 바에 열적으로 그리고 전기적으로 연결되고;
상기 제4 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제2 열 싱크에 열적으로 그리고 전기적으로 연결되는,
전력 인버터.According to claim 9,
a third transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the third transistor is activated, the third transistor controlling the third transistor including a third gate terminal;
a fourth transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the fourth transistor is activated, the fourth transistor controlling the fourth transistor including a fourth gate terminal;
A second heat sink comprising a second channel through which the fluid can flow
Including more,
a first terminal of the third transistor is thermally and electrically coupled to the bus bar;
a first terminal of the fourth transistor is thermally and electrically connected to the second heat sink;
power inverter.
상기 제1 트랜지스터, 상기 제2 트랜지스터, 상기 제3 트랜지스터, 상기 제4 트랜지스터 및 상기 버스 바는 상기 제1 열 싱크와 상기 제2 열 싱크 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.According to claim 11,
wherein the first transistor, the second transistor, the third transistor, the fourth transistor and the bus bar are positioned between the first heat sink and the second heat sink.
power inverter.
상기 제1 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터와 상기 버스 바 사이에 포지셔닝되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터와 상기 제1 열 싱크 사이에 포지셔닝되며,
상기 제3 트랜지스터는 상기 제4 트랜지스터와 상기 버스 바 사이에 포지셔닝되고, 상기 제4 트랜지스터는 상기 제3 트랜지스터와 상기 제2 열 싱크 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.According to claim 9,
the first transistor is positioned between the second transistor and the bus bar, and the second transistor is positioned between the first transistor and the first heat sink;
wherein the third transistor is positioned between the fourth transistor and the bus bar, and the fourth transistor is positioned between the third transistor and the second heat sink.
power inverter.
버스 바 ― 상기 버스 바는 채널을 포함함 ―;
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제1 트랜지스터 ― 상기 제1 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제1 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터를 제어하는 제1 게이트 단자를 포함하고, 상기 제1 단자는 상기 버스 바에 열적으로 그리고 전기적으로 연결됨 ―;
상기 채널에 포지셔닝되고 상기 채널의 단부들 사이에서 유체를 전달하도록 구성된 도관
을 포함하는,
전력 인버터.As a power inverter,
a bus bar, wherein the bus bar includes a channel;
a first transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the first transistor is activated, the first transistor controlling the first transistor a first gate terminal, the first terminal being thermally and electrically connected to the bus bar;
A conduit positioned in the channel and configured to convey fluid between ends of the channel.
including,
power inverter.
상기 유체가 유동할 수 있게 하는 제1 채널을 포함하는 제1 열 싱크;
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제2 트랜지스터 ― 상기 제2 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터를 제어하는 제2 게이트 단자를 포함하고, 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제1 열 싱크에 열적으로 그리고 전기적으로 연결됨 ―
를 더 포함하는,
전력 인버터.According to claim 14,
a first heat sink including a first channel through which the fluid can flow;
a second transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the second transistor is activated, the second transistor controlling the second transistor a second gate terminal, wherein the first terminal of the second transistor is thermally and electrically connected to the first heat sink;
Including more,
power inverter.
상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터는 상기 버스 바와 상기 제1 열 싱크 사이에 포지셔닝되고;
상기 제1 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터와 상기 버스 바 사이에 포지셔닝되고; 그리고
상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터와 상기 제1 열 싱크 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.According to claim 15,
the first transistor and the second transistor are positioned between the bus bar and the first heat sink;
the first transistor is positioned between the second transistor and the bus bar; and
the second transistor is positioned between the first transistor and the first heat sink;
power inverter.
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제3 트랜지스터 ― 상기 제3 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제3 트랜지스터는 상기 제3 트랜지스터를 제어하는 제3 게이트 단자를 포함함 ―;
제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 제4 트랜지스터 ― 상기 제4 트랜지스터가 활성화될 때 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전류가 송신되고, 상기 제4 트랜지스터는 상기 제4 트랜지스터를 제어하는 제4 게이트 단자를 포함함 ―;
상기 유체가 유동할 수 있게 하는 제2 채널을 포함하는 제2 열 싱크
를 더 포함하며,
상기 제3 트랜지스터의 제1 단자는 상기 버스 바에 열적으로 그리고 전기적으로 연결되고;
상기 제4 트랜지스터의 제1 단자는 상기 제2 열 싱크에 열적으로 그리고 전기적으로 연결되는,
전력 인버터.According to claim 15,
a third transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the third transistor is activated, the third transistor controlling the third transistor including a third gate terminal;
a fourth transistor comprising a first terminal and a second terminal, wherein a current is transmitted between the first terminal and the second terminal when the fourth transistor is activated, the fourth transistor controlling the fourth transistor including a fourth gate terminal;
A second heat sink comprising a second channel through which the fluid can flow
Including more,
a first terminal of the third transistor is thermally and electrically coupled to the bus bar;
a first terminal of the fourth transistor is thermally and electrically connected to the second heat sink;
power inverter.
상기 제1 트랜지스터, 상기 제2 트랜지스터, 상기 제3 트랜지스터, 상기 제4 트랜지스터 및 상기 버스 바는 상기 제1 열 싱크와 상기 제2 열 싱크 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.According to claim 17,
wherein the first transistor, the second transistor, the third transistor, the fourth transistor and the bus bar are positioned between the first heat sink and the second heat sink.
power inverter.
상기 제1 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터와 상기 버스 바 사이에 포지셔닝되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터와 상기 제1 열 싱크 사이에 포지셔닝되며,
상기 제3 트랜지스터는 상기 제4 트랜지스터와 상기 버스 바 사이에 포지셔닝되고, 상기 제4 트랜지스터는 상기 제3 트랜지스터와 상기 제2 열 싱크 사이에 포지셔닝되는,
전력 인버터.According to claim 18,
the first transistor is positioned between the second transistor and the bus bar, and the second transistor is positioned between the first transistor and the first heat sink;
wherein the third transistor is positioned between the fourth transistor and the bus bar, and the fourth transistor is positioned between the third transistor and the second heat sink.
power inverter.
상기 제1 트랜지스터의 제2 단자에 연결된 제2 버스 바;
상기 제2 트랜지스터의 제2 단자에 연결된 제3 버스 바
를 더 포함하는,
전력 인버터.According to claim 16,
a second bus bar connected to the second terminal of the first transistor;
A third bus bar connected to the second terminal of the second transistor
Including more,
power inverter.
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