功率半导体电路制造技术

技术编号:22107816 阅读:51 留言:0更新日期:2019-09-14 05:22
一种功率半导体电路,其具有:‑两个直流电压接头,‑至少一个半桥,半桥连接在直流电压接头之间,其中,半桥包括两个串联连接的开关单元,其中,每个开关单元包括一个功率半导体开关或者多个并联连接的功率半导体开关,‑用于每个半桥的交流电压接头,‑用于每个开关单元的栅极驱动电路,‑与半桥并联的换向电容器,‑模块控制器,‑用于确定到交流电压接头的电流的测量装置,其中,在共同的电路板上构造半桥、换向电容器和栅极驱动电路。

Power Semiconductor Circuit

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体电路
本专利技术涉及一种功率半导体电路,其具有两个直流电压接头和连接在直流电压接头之间的至少一个半桥,其中,半桥包括两个开关单元,其中,每个开关单元包括一个功率半导体开关或者多个并联的功率半导体开关。
技术介绍
大功率变流器需要特殊的半导体开关,即例如具有足够大的电流承载能力和反向电压的晶体管,以便能够利用尽可能少的数量的半导体开关来开关千瓦以上的范围内的电功率。这些半导体开关通常组成所谓的功率半导体模块。在功率半导体模块中,半导体开关并排布置在共同的导热载体上。各个半导体开关经由接合线与接头连接,功率半导体模块经由接头与外围设备连接。为了运行这样的功率半导体模块,例如必须连接如下电路板,在该电路板上为每个半导体开关提供用于开关半导体开关的栅极驱动电路。此外,功率半导体模块必须安装在散热体上,以散发在所描述的载体中累积的来自功率半导体模块的热。由于紧凑的块状的结构形式以及栅极驱动电路的外部连接的必要性,难以将功率半导体模块与给定的功率和结构空间数据匹配。但是由于现代变换器技术的大量的应用可能性,根据应用情况产生了对功率和结构空间数据的不同的要求。但是相反,仅存在选择有限的可获得的功率半导体模块。因此,在数量有限的可使用的功率半导体模块中,选择并且使用近似匹配的功率半导体模块。如果对于应用不存在匹配的功率半导体模块,则必须使用非最佳的尺寸过大的功率半导体模块,这是不期望地成本昂贵的解决方案。此外,在具有更大的功率的电力电子执行机构中,利用并联连接的半导体芯片来构造开关。为了实现芯片的几乎同步的开关,这些芯片在几何上彼此紧密地布置,并且在结构上组成特殊的模块。这些模块的行为向外近似地像大功率的芯片一样。然而,这些模块的差异非常大,并且集成度低。因此,现在,每一个电力电子执行机构关于电力电子子部件都是具有非常低的再利用价值的独特的部件。这导致开发时间长并且维护开销高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是,给出一种减小开头提到的缺点的功率半导体电路。上述技术问题通过独立权利要求的主题来解决。本专利技术的有利的扩展通过从属权利要求的特征给出。根据本专利技术的功率半导体电路包括:两个直流电压接头;连接在直流电压接头之间的至少一个半桥,其中,半桥包括两个串联连接的开关单元,其中,每个开关单元包括一个功率半导体开关或者多个并联连接的功率半导体开关;用于每个半桥的交流电压接头;用于每个开关单元的栅极驱动电路;与半桥并联的换向电容器;模块控制器;以及用于确定到交流电压接头的电流的测量装置。在此,至少将半桥、换向电容器和栅极驱动电路构造在共同的均匀的电路载体、例如IMS基板(InsulatedMetalSubstrate,绝缘金属基板)、FR4电路板或DCB陶瓷(DirectCopperBond,直接铜接合)上。由此,有利地实现可以比已知的功率半导体模块更普遍地使用的功率半导体电路。该功率半导体电路可以单独使用或者结合其它相同种类的功率半导体电路使用。以结合的方式,例如提供的功率增大。因此,例如可以由多个根据本专利技术的功率半导体电路构造变换器。在此,栅极驱动电路有利地已经是功率半导体电路的一部分,由此开关路径缩短,因此寄生电感减小。通过模块控制器,模块控制器使用测量装置来确定电流,功率半导体电路在运行中有利地比已知的功率半导体模块更自给自足。根据本专利技术的装置的有利的设计方案从权利要求1的从属权利要求中得知。在此,根据权利要求1的实施方式可以与从属权利要求中的一个的特征组合,或者优选也可以与多个从属权利要求中的特征组合。因此,还可以附加地为电力转换器设置以下特征:-功率半导体电路可以构造为,其包括恰好一个半桥。然后,该功率半导体电路被设计为用于单相运行,并且可以经由半桥将施加在直流电压接头处的直流电压转换为通过PWM调制的交流电压,并且在交流电压接头处输出。可以利用这种功率半导体电路来实现多相的整体结构,例如通过将三个功率半导体电路与直流电压接头并联连接,并且将功率半导体电路的交流电压接头用作三相输出电压的三个相。有利地,具有恰好一个半桥的功率半导体电路的结构是纤薄的,并且在更复杂的整体电路的构造以及最小的结构空间(例如在仅构造单相的整体电路时)方面,允许最大的灵活性。即使包括恰好一个半桥,半桥也可以在半桥的两个开关单元中分别包括一个功率半导体开关,或者分别包括多个功率半导体开关的并联电路。-功率半导体电路可以构造为,其包括恰好两个半桥。这些半桥可以并联连接。由此,在功率半导体电路中得到全桥。全桥例如可以在构造DC/DC转换器时使用,但是也可以用于其它电气转换器。-功率半导体电路可以构造为,其包括恰好三个半桥。这些半桥可以并联连接。在此,半桥又布置在共同的电路板上。然后,该功率半导体电路被设计为用于三相运行,并且可以经由半桥将施加在直流电压接头处的直流电压转换为通过PWM调制的三相交流电压,并且在三个交流电压接头处输出。有利地,与单相功率半导体电路相比,对于三相整体电路,具有恰好三个半桥的功率半导体电路的结构在结构空间方面得到优化,由此使得三相整体电路能够具有更小的体积。同时,简化了开关单元的控制,因为模块控制器可以在没有向外的通信的情况下确定三相输出电压的脉冲宽度调制的相位。-换向电容器可以具有最大10μF的电容。由此,可以使用相对小的电容器。换向电容器的目的是与功率半导体电路的一个或多个半桥一起提供和构造换向单元。因此,可以在例如作为变换器的整体电路中,选择最佳的电容器来构造中间电路;此外,通过构造一个或多个功率半导体电路,由于电流路径短,在开关过程中保证具有低寄生电容的最佳换向。在此,换向电容器的最大电容与所使用的功率半导体开关的最大运行电压、即阻断能力耦合。-功率半导体电路可以具有用于测量换向电容器的电压的装置,其中,该装置适宜地一起集成在共同的电路板上。通过测量电压,向模块控制器提供另一个输入值,该另一个输入值可以用于控制功率半导体电路。由此,模块控制器更自给自足并且更灵活,并且例如可以更好地对错误的运行情况、例如缺失或者过高的输入电压做出反应。-功率半导体电路可以包括用于测量温度的装置,该装置适宜地一起集成在共同的电路板上。用于测量温度的装置例如可以包括NTC测量电阻、例如KTY或者铂测量元件,例如Pt100-或Pt1000-测量传感器。有利地,由此使得能够识别功率半导体电路或者功率半导体电路的周围环境的错误状态。由此,模块控制器更自给自足,并且例如在出现过高的温度负荷时,可以减小或者避免对功率半导体开关的损害。此外,例如通过对运行时间期间的温度负荷求和,并且根据合计的温度负荷推断出功率半导体开关的剩余寿命,模块控制器可以确定并且输出寿命估计。有利的是,将用于测量温度的装置布置在半桥的紧邻的周围,特别是布置在半桥的开关单元之间,从而可以快速地直接测量功率半导体开关的热输入。-功率半导体电路可以在一个或者所有半桥的中点与相关联的交流电压接头之间具有去耦电感。由此实现使得能够并联连接多个功率半导体电路。去耦电感的大小与控制的抖动(Jitter)、中间电路电压、负载电流以及允许的动态电流不对称有关。例如,如果抖动为50ns,中间电路电压为480V,负载电流为35A,不对称为5%,则20μH的去耦电感是适宜的。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种功率半导体电路(100,200,300,400),其具有:‑两个直流电压接头(102a,102b),‑至少一个半桥,所述半桥连接在所述直流电压接头(102a,102b)之间,其中,所述半桥包括两个串联连接的开关单元(104a,104b,301a,301b,302a,302b),其中,每个开关单元包括一个功率半导体开关(104a,104b,301a,301b,302a,302b)或者多个并联连接的功率半导体开关(104a,104b,401a,401b,402a,402b),‑用于所述半桥中的每一个的交流电压接头(106),‑用于所述开关单元中的每一个的栅极驱动电路(105a,105b,303a,303b,304a,304b),‑与所述半桥并联的换向电容器(103,203a,203b),‑模块控制器(107),‑用于确定到所述交流电压接头的电流的测量装置(113),其中,所述半桥、所述换向电容器(103,203a,,203b)和所述栅极驱动电路(105a,105b,303a,303b,304a,304b)布置在共同的均匀的电路载体(101)上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.03 EP 17154499.21.一种功率半导体电路(100,200,300,400),其具有:-两个直流电压接头(102a,102b),-至少一个半桥,所述半桥连接在所述直流电压接头(102a,102b)之间,其中,所述半桥包括两个串联连接的开关单元(104a,104b,301a,301b,302a,302b),其中,每个开关单元包括一个功率半导体开关(104a,104b,301a,301b,302a,302b)或者多个并联连接的功率半导体开关(104a,104b,401a,401b,402a,402b),-用于所述半桥中的每一个的交流电压接头(106),-用于所述开关单元中的每一个的栅极驱动电路(105a,105b,303a,303b,304a,304b),-与所述半桥并联的换向电容器(103,203a,203b),-模块控制器(107),-用于确定到所述交流电压接头的电流的测量装置(113),其中,所述半桥、所述换向电容器(103,203a,,203b)和所述栅极驱动电路(105a,105b,303a,303b,304a,304b)布置在共同的均匀的电路载体(101)上。2.根据权利要求1所述的功率半导体电路(100,200,300,400),其具有恰好一个半桥。3.根据权利要求1所述的功率半导体电路(100,200,300,400),其具有恰好两个并联连接的半桥。4.根据权利要求1所述的功率半导体电路(100,200,300,400),其具有恰好三个半桥。5.根据上述权利要求中任一项所述的功率半导体电路(100,200,300,400),其中,所述换向电容器(103,203a,203b)具有最大10b器的电容。6.根据上述权利要求中任一项所述的功率半导体电路(100,200,300,400...

【专利技术属性】
技术研发人员:A多纳特G海涅曼F伊巴赫F伊姆里赫T琼沃思R洛尔兹L纳米斯洛J韦道尔
申请(专利权)人:西门子股份公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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