具有用于增强共源极电感的栅极线圈的逆变器开关器件制造技术

通过用于电驱动车辆的逆变器中的半桥相脚的功率模块的布局来获得共源极电感的可选增加。功率模块包括连接到正极线路、负极线路、和AC导电线路以用于承载桥接电流的一对晶体管芯片。该模块包括一对栅极驱动引脚以及一对连接相应引脚和芯片的栅极驱动线圈。栅极驱动线圈设置在正极和负极线路之间的区域中，该区域包含由电流产生的具有局部最大变化率的磁通量。线圈可以优选地包括在并入模块中的辅助印刷电路板上的迹线。栅极驱动引脚可以位于晶体管芯片的栅极侧或发射极侧。

【技术实现步骤摘要】
具有用于增强共源极电感的栅极线圈的逆变器开关器件
本专利技术大体涉及逆变桥中的功率开关器件，并且更具体地，涉及使用高开关效率的分立式功率开关器件的电动车辆的逆变器驱动系统。
技术介绍
例如混合动力电动车辆(hybridelectricvehicle，HEV)、插电式混合动力电动车辆(plug-inhybridelectricvehicle，PHEV)、电池电动车辆(batteryelectricvehicle，BEV)的电动车辆使用逆变驱动的电机提供牵引扭矩。典型的电驱动系统可以包括直流(Direct-current，DC)电源(例如电池组或燃料电池)，DC电源通过接触器开关连接到可变电压转换器(variablevoltageconverter，VVC)来调节主DC链路电容器两端的主母线电压。逆变器连接在主母线和牵引马达之间，便于将DC母线功率转换成与马达的绕组相耦合的交流(Alternatingcurrent，AC)电压以推动车辆。逆变器包括桥接有多个相脚的晶体管开关器件，例如绝缘栅双极晶体管(insulatedgatebipolartransistor，IGBT)。典型配置包括由三相脚的逆变器驱动的三相马达。电子控制器通断开关以便于将来自母线的直流电压转换成施加到马达的交流电压。为了传递正弦电流输出的近似值而以期望的速度和扭矩来驱动电动机，逆变器可以对DC链路电压进行脉宽调制。施加到IGBT栅极的脉宽调制(PulseWidthModulation，PWM)控制信号按需使栅极通断使得得到的电流与期望的电流相匹配。因为逆变器的每个相脚具有跨接在DC链路两端的一对上下开关晶体管，重要的是相脚中的两个器件不会同时导通(即打开)。通常在PWM开关信号中插入短时间间隔(称为死区时间)，在死区时间期间相脚的上下开关器件关闭以防直通。共源极电感是指由功率开关晶体管中的主功率回路(即晶体管的漏极到源极或集电极到发射极的功率输出)和栅极驱动回路(即栅极到源极或栅极到发射极)共享的电感。共源极电感同时承载器件输出电流(例如漏极到源极或集电极到发射极的电流)和栅极充/放电电流。共源极电感的输出(功率回路)部分的电流以增强(例如，加速)开关性能的方式改变栅极电压。对于开关桥而言，减少的开关时间是可取的，这是由于其伴随有在开关转换期间消耗(即丢失)的相应能量减少。电路电压、电流、和开关操作的建模可以确定共源极电感的最佳值。需求一种可以将任何识别的电感以简单的方式和低成本内置在逆变器中的方法和装置。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种半桥功率模块，包括：一对晶体管芯片，所述一对晶体管芯片连接到正极线路、负极线路、和AC导电线路以用于承载桥接电流；一对栅极驱动引脚；以及一对栅极驱动线圈，所述一对栅极驱动线圈连接相应引脚和芯片，其中所述栅极驱动线圈设置在所述正极线路和所述负极线路之间的区域中，所述区域包含由所述电流产生的具有局部最大变化率的磁通量。根据本专利技术的一个实施例，还包括辅助印刷电路板，其中所述栅极驱动线圈包括所述辅助印刷电路板上的迹线。根据本专利技术的一个实施例，其中所述栅极驱动线圈设置在所述辅助印刷电路板的相对的平坦表面上。根据本专利技术的一个实施例，还包括保持所述芯片和所述辅助印刷电路板的封装体。根据本专利技术的一个实施例，其中所述一对栅极驱动引脚包括所述晶体管芯片的栅极侧上的栅极引脚。根据本专利技术的一个实施例，其中所述栅极引脚是导通所述晶体管的导通引脚，其中所述模块还包括用于关断晶体管的一对栅极关断引脚，其中每个栅极驱动线圈具有多个匝，其中每个栅极驱动线圈在两个线圈端之间具有中间抽头，其中每个晶体管的所述导通引脚或所述关断引脚中的一个连接到所述相应栅极驱动线圈的所述中间抽头以获得第一共源极电感，并且每个晶体管的所述导通引脚或所述关断引脚中的另一个连接到所述线圈端以获得高于所述第一共源极电感的第二共源极电感。根据本专利技术的一个实施例，其中所述一对栅极驱动引脚包括所述晶体管芯片的发射极侧上的开尔文发射极引脚。根据本专利技术的一个实施例，还包括一对栅极钳位引脚，每个所述栅极钳位引脚绕过所述栅极驱动线圈连接到相应的栅极焊盘。根据本专利技术的一个实施例，其中所述栅极驱动线圈包括包含在引线框架中的导体。根据本专利技术的一个实施例，其中所述栅极驱动线圈包括沿所述区域内的线圈图形的间隔位置处的多个接合焊盘，并且其中所述栅极驱动线圈还包括将相应的接合焊盘互相连接的接合线段。根据本专利技术的一个实施例，其中所述晶体管芯片各自包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)。根据本专利技术，提供一种功率转换器，包括：具有正母线和负母线的DC链路，所述DC链路配置为接收DC电源电压；在所述母线之间连接的多个半桥功率模块，每个功率模块包括：一对晶体管芯片，所述一对晶体管芯片连接到正极线路、负极线路、和AC导电线路以用于承载桥接电流；一对栅极驱动引脚；以及一对栅极驱动线圈，所述一对栅极驱动线圈连接相应引脚和芯片，其中所述栅极驱动线圈设置在所述正极线路和所述负极线路之间的区域中，所述区域包含由所述电流产生的具有局部最大变化率的磁通量。根据本专利技术的一个实施例，其中每个功率模块还包括辅助印刷电路板，其中所述栅极驱动线圈包括所述辅助印刷电路板上的迹线。根据本专利技术的一个实施例，其中相应的所述栅极驱动线圈设置在相应的所述辅助印刷电路板的相对的平坦表面上。根据本专利技术的一个实施例，其中每个功率模块还包括保持所述相应的芯片和辅助印刷电路板的封装体。根据本专利技术的一个实施例，其中所述一对栅极驱动引脚包括所述晶体管芯片的栅极侧上的栅极引脚。根据本专利技术的一个实施例，其中所述栅极引脚是导通所述晶体管的导通引脚，其中每个模块还包括用于关断相应晶体管的一对栅极关断引脚，其中每个栅极驱动线圈具有多个匝，其中每个栅极驱动线圈在两个线圈端之间具有中间抽头，其中每个晶体管的所述导通引脚或所述关断引脚中的一个连接到所述相应栅极驱动线圈的所述中间抽头以获得第一共源极电感，并且每个晶体管的所述导通引脚或所述关断引脚中的另一个连接到所述线圈端以获得高于所述第一共源极电感的第二共源极电感。根据本专利技术的一个实施例，其中所述一对栅极驱动引脚包括所述晶体管芯片的发射极侧上的开尔文发射极引脚。根据本专利技术的一个实施例，还包括一对栅极钳位引脚，每个所述栅极钳位引脚绕过所述栅极驱动线圈连接到相应的栅极焊盘。根据本专利技术的一个实施例，其中所述栅极驱动线圈包括包含在相应的引线框架中的导体。在本专利技术的一个方面，一种半桥功率模块包括连接到正极线路、负极线路、和AC导电线路以用于承载桥接电流的一对晶体管。该模块包括一对栅极驱动引脚以及一对连接相应引脚和芯片的栅极驱动线圈。栅极驱动线圈设置在正极和负极线路之间的区域中，该区域包含由电流产生的具有局部最大变化率的磁通量。附图说明图1是示出具有受控于共源极电感的一对IGBT的逆变器相脚的等效电路的示意图；图2是具有一对IGBT和用于最小化共源极电感的电极结构的转模电源模块(transfer-moldedpowermodule，TPM)的平面图；图3是示出了与共源极电感相关的栅极回路和功率回路的图2的转模电源模块(TPM)的平面图；图4是根据本专利技术的一个实施例的转模电源模块(TPM)的平面图，其中栅极线圈增强了共源极电感；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半桥功率模块，包括：一对晶体管芯片，所述一对晶体管芯片连接到正极线路、负极线路、和AC导电线路以用于承载桥接电流；一对栅极驱动引脚；以及一对栅极驱动线圈，所述一对栅极驱动线圈连接相应引脚和芯片，其中所述栅极驱动线圈设置在所述正极线路和所述负极线路之间的区域中，所述区域包含由所述电流产生的具有局部最大变化率的磁通量。

【技术特征摘要】
2016.11.28 US 15/361,8981.一种半桥功率模块，包括：一对晶体管芯片，所述一对晶体管芯片连接到正极线路、负极线路、和AC导电线路以用于承载桥接电流；一对栅极驱动引脚；以及一对栅极驱动线圈，所述一对栅极驱动线圈连接相应引脚和芯片，其中所述栅极驱动线圈设置在所述正极线路和所述负极线路之间的区域中，所述区域包含由所述电流产生的具有局部最大变化率的磁通量。2.根据权利要求1所述的功率模块，还包括辅助印刷电路板，其中所述栅极驱动线圈包括所述辅助印刷电路板上的迹线。3.根据权利要求2所述的功率模块，其中所述栅极驱动线圈设置在所述辅助印刷电路板的相对的平坦表面上。4.根据权利要求2所述的功率模块，还包括保持所述芯片和所述辅助印刷电路板的封装体。5.根据权利要求1所述的功率模块，其中所述一对栅极驱动引脚包括所述晶体管芯片的栅极侧上的栅极引脚，其中所述栅极引脚是导通所述晶体管的导通引脚，其中所述模块还包括用于关断所述晶体管的一对栅极关断引脚，其中每个栅极驱动线圈具有多个匝，其中每个栅极驱动线圈在两个线圈端之间具有中间抽头，其中每个晶体管的所述导通引脚或所述关断引脚中的一个连接到所述相应栅极驱动线圈的所述中间抽头以获得第一共源极电感，并且每个晶体管的所述导通引脚或所述关断引脚中的另一个连接到所述线圈端以获得高于所述第一共源极电感的第二共源极电感。6.根据权利要求1所述的功率模块，其中所述一对栅极驱动引脚包括所述晶体管芯片的发射极侧上的开尔文发射极引脚。7.根据权利要求1所述的功率模块，还包括一对栅极钳位引脚，每个所述栅极钳位引脚绕过所述栅极驱动线圈连接到相应的栅极焊盘。8.根据权利要求1所述的功率模块，其中所述栅极驱动线圈包括包含在引线框架中的导体。...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐竹娴，陈清麒，迈克尔·W·德格尼尔，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US