一种功率模块，包括集成有至少一个功率开关支路的电子板(EB)、电容器(CE)和至少三条直流供电母线(B1、B2、B3)，在该功率模块中，电子板安装在第一母线(B1)和第二母线(B2)之间，并且电容器安装在第二母线(B2)和第三母线(B3)之间，并且电子板、电容器和母线包括允许电子板和电容器的“压装”型安装的电接触面。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率开关模块和集成有该功率开关模块的电力电子装置相关申请的交叉引用本专利技术要求于2018年2月27日提交的申请号为1851690的法国专利申请的优先权，其内容(文本、附图和权利要求)通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及电力电子领域。更特别地，本专利技术涉及功率开关模块和集成有这种模块的电力电子装置。
技术介绍
诸如换流器和功率转换器的电力电子装置在如运输、工业、照明、供暖等的许多行业经常出现。伴随期望的向可再生和产生更少CO2排放的能源的能量转变，电力电子技术需要被进一步推广并应适应增长的经济和技术限制。目前在电力电子装置领域的研究和发展尤其集中在降低成本、提高功率密度以更紧凑、提高可靠性、减少寄生元件和电磁辐射、以及所消耗能量的热传递。施加于电力电子装置的不同限制促成了具有称为“功率模块”的基础功率开关模块的开关桥的模块化架构，基础功率开关模块各自对应该桥的开关电桥支路。因此，例如，可以通过装配多个功率模块来获得六相开关桥、三相开关桥、或者包括任意数量相位和电极的开关桥。针对功率模块，提出了具有功率芯片的双面冷却的3D架构，并且该3D架构对于提高电力电子装置的紧凑性具有一定的益处。寻求增加的紧凑性需要能够将有源元件和无源元件的温度保持在临界值之下，以达到热平衡并确保可靠性。在最接近元件处提取耗散能量是所期望的。应当优化由元件构成的热源和由散热装置构成的散热器之间的热路径。因此，性能良好的冷却装置是必不可少的。如现有的硅碳化物(SiC)和镓氮化物(GaN)、以及不久以后的钻石的新的功率半导体的可用性以及这些新的功率半导体的合理使用推动功率模块的紧凑性的提高。这些新的功率半导体允许有利于减小焦耳损失的更大的电流密度、更高的开关频率和更高的电压。然而，由于更大的电压增大了击穿的风险，并且不利于不同电势的元件之间的距离的减小，因此需要找到解决方案。为了在寻求紧凑性和满足不同的设计限制之间达到可能的最好折衷，减少寄生电阻元件、寄生电感元件和寄生电容元件是必要的。功率母线中的寄生电感不利于更高的开关频率。更高的开关频率有利于紧凑性，但是增大了开关损耗以及由元件消耗的电力。为了保护电路以防止潜在的破坏性过压、提高对电磁辐射的控制、减少生成的热量以及提高开关速度，寄生电感的减少是必需的。为了提高可靠性，尤其是在热循环剧烈的应用中提高可靠性，使用称为“压装(press-pack)”的技术。在“压装”技术中，通过使元件保持就位和接触的机械压力或紧固装置来确保电接触。“压装”技术允许使功率模块本身变得模块化，并且使功率模块的子模块变得可测试和可替换。由此导致进一步标准化和生产成本的降低。此外，由于装置的可拆卸性，“压装”技术还具有方便修理该装置的益处。几何外形是圆柱形圆片或圆柱形饼状的电力电子装置具有很大的益处。这种圆柱形饼状的几何外形尤其有利于在转动电机的圆柱形定子的延伸部上将电子功率转换器集成至该转动电机的后部。因此，转换器的功率模块需要在几何上被包含在相邻的圆柱形扇区中。由于转换器的直流供电总线的滤波电容器的尺寸，将这种电容器安装到转动电机的后部通常会出现困难。在现有技术中，已知的是，通过多个平行安装的圆柱形电容器来实施该滤波电容器，以便有利于集成到转动电机的后部。现在看来期望的是，提出一种具有新架构的功率模块，该功率模块有助于制造具有圆柱形饼状外观的紧凑性提高的电力电子装置，从而允许在满足上述设计限制的情况下获得最好的折衷，并且该功率模块适合于新的SiC和GaN功率半导体，以及3D技术和“压装”。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术涉及一种功率模块，该功率模块包括集成有至少一个功率开关支路的电子板、电容器和至少三条直流供电母线，在该功率模块中，电子板安装在第一母线和第二母线之间，并且电容器安装在第二母线和第三母线之间，并且电子板、电容器和母线包括允许电子板和电容器的所谓“压装”型安装的电接触面。根据特定特征，功率模块具有容纳在具有确定角度的圆柱形扇区中的外部形状，并且电接触面基本垂直于该圆柱形扇区的径向对称平面。根据另一特定特征，电容器是多层陶瓷类型。根据另一特定特征，电子板是所谓的“SiP”类型，并且包括控制装置和至少一个第一等级电容滤波电容器。根据另一特定特征，第一等级电容滤波电容器是多层陶瓷类型的电容器。根据另一特定特征，第一母线包括具有多个散热片的圆弧形外表面。根据另一特定特征，在三条母线中，至少第一母线包括两个相对于径向对称平面对称倾斜的接合面。根据另一特定特征，三条母线中的至少一条包括至少一个用于具有载热和/或耐火和/或电绝缘功能的液体通过和/或填充的通道。根据另一特定特征，至少一个功率开关支路包括至少一个GaN、SiC、MOSFET或IGBT类型的晶体管。根据另一特定特征，三条直流供电母线由铜或铝制成。根据另一方面，本专利技术还涉及一种电力电子装置，该电力电子装置包括如上简述的多个功率模块，该多个功率模块设置成圆形，并且通过它们的第一、第二和第三母线电接触。根据特定特征，电力电子装置包括填充有液体和/或电气、机械和/或电子元件的中间容积，该液体具有载热和/或耐火和/或电绝缘功能。附图说明通过参照附图阅读以下对本专利技术的多个特定实施例的详细描述，本专利技术的其他优点和特征将更清楚地显现，在附图中：图1是根据本专利技术的功率模块的特定实施例的电气原理示意图；图2是根据本专利技术的功率模块的外部透视图；图3是根据本专利技术的功率模块的剖视图；并且图4是根据本专利技术的包括多个功率模块的电力电子装置的特定实施例的外部透视图。具体实施方式在图1中，示出了根据本专利技术的功率模块的特定实施例1的电气原理示意图。功率模块1是“SiP”(代指英语“SysteminPackage(封装内系统)”)类型并包括开关电桥支路BM，控制器μC以及滤波电容装置CI和CE与开关电桥支路BM关联。开关电桥支路BM在这里包括两个氮化镓(GaN)类型的晶体管THS和TLS。当然，也可以使用诸如MOSFET或IGBT晶体管的其他类型的电子功率开关。晶体管THS和TLS形成在英语里称为“HighSide(高侧)”和“LowSide(低侧)”的上部部分和下部部分，并且分别以正电压+DC和负电压-DC连接在直流供电总线之间。如图1中可见，晶体管THS和TLS的漏极D和源极S分别与+DC总线和-DC总线连接。晶体管THS和TLS的源极S和漏极D相应地连接在一起，并且形成功率模块1的开关功率输出OUT。控制器μC通过晶体管THS和TLS的栅极G控制晶体管THS和TLS的开关，并且可以执行取决于应用的其他功能，例如故障检测。滤波电容装置包括在+DC和-DC总线之间连接的第一电容器CI和第二电容器CE。电容器CI和CE分别形成第一等级电容滤波装置和第二等级电容滤波装置。开关电桥支路BM、控制器μC和电容CI包括在同一SiP型电子板EB中。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功率模块(1)，包括集成有至少一个功率开关支路(BM)的电子板(EB)、电容器(C
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180227 FR 18516901.一种功率模块(1)，包括集成有至少一个功率开关支路(BM)的电子板(EB)、电容器(CE)和至少三条直流供电母线(B1、B2、B3)，其中，所述电子板(EB)安装在第一母线(B1)和第二母线(B2)之间，并且所述电容器(CE)安装在所述第二母线(B2)和第三母线(B3)之间，并且所述电子板(EB)、电容器(CE)和母线(B1、B2、B3)包括允许所述电子板(EB)和电容器(CE)的所谓“压装”型安装的电接触面(F3、F5、F6、F7)。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，具有容纳在具有确定角度(α)的圆柱形扇区(SC)中的外部形状，并且所述电接触面(F3、F5、F6、F7)基本垂直于所述圆柱形扇区(SC)的径向对称平面(PS)。
3.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述电容器(CE)是多层陶瓷类型。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率模块，其特征在于，所述电子板(EB)是所谓的“SiP”类型，并且包括控制装置(μC)和至少一个第一等级电容滤波电容器(CI)。
5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述第一等级电容滤波电容器(CI)是多层陶瓷类型的电容器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德保德·基尔，
申请(专利权)人：维迪科研究所，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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