开关电路及功率模块制造技术

本案提供一种开关电路，电连接于电源及第一控制源，且包含相互并联连接的多个开关桥臂。每一开关桥臂包含相互串联连接的第一开关及第二开关。第一开关、第二开关及电源所形成的回路被定义为功率回路，第一控制源及第一开关的第二端和第三端所形成的回路被定义为第一控制回路，第一互感形成于功率回路与第一控制回路之间。在所有第一开关中，具有越长的功率回路的第一开关具有越小的第一互感。本案还提供一种功率模块。提供一种功率模块。提供一种功率模块。

【技术实现步骤摘要】
开关电路及功率模块


[0001]本案涉及一种开关电路及功率模块，尤指一种可平衡流经各开关的动态电流的开关电路及功率模块。

技术介绍

[0002]在运输电气化及智能电网应用中，高容量及高功率密度的电力电子系统的需求持续增长。随着碳化硅(SiC)器件的近期发展，电力电子系统可同时实现高效率及高功率密度。然而，裸晶上的热机械应力将限制芯片的主动区面积，进而使单一器件的额定电流受到限制。因此，为提升电力电子系统的电流承受能力，难免需并联连接多个功率器件。
[0003]并联连接多个功率器件的主要问题在于流经各功率器件的电流不平衡。由于器件排布不对称，故并联的各功率器件的寄生电感并不相同。在开关暂态下，流经各功率器件的动态电流亦不相同。各功率器件之间的动态电流不平衡将导致栅极电压震荡、过电流及热应力不平衡等等问题，进而造成不稳定震荡和热失控，并最终使系统故障。
[0004]因此，如何发展一种可改善上述现有技术的开关电路及功率模块，实为目前迫切的需求。

技术实现思路

[0005]本案的目的在于提供一种基于共源极电感平衡流经各开关的动态电流的开关电路及功率模块。由于动态电流相平衡，故可提升开关电路及功率模块的可靠性。
[0006]为达上述目的，本案提供一种开关电路，电连接于电源及第一控制源，其中电源及第一控制源均具有第一端及第二端。开关电路包含相互并连电连接的多个开关桥臂。每一开关桥臂包含相互串联连接的第一开关及第二开关，所有开关桥臂的中点相互连接，且每一第一开关及第二开关均具有第一端、第二端及第三端。在每一开关桥臂中，第一开关的第一端电连接于电源的第一端，第一开关的第二端和第三端分别电连接于第一控制源的第二端和第一端，第二开关的第一端和第二端分别电连接于第一开关的第二端及电源的第二端。第一开关、第二开关及电源所形成的回路被定义为功率回路，第一控制源及第一开关的第二端和第三端所形成的回路被定义为第一控制回路，第一互感形成于功率回路与第一控制回路之间。在所有第一开关中，具有越长的功率回路的第一开关具有越小的第一互感。
[0007]为达上述目的，本案另提供一种功率模块，包含第一功率引脚、第二功率引脚、第一控制引脚、第二控制引脚及多个开关桥臂。第一功率引脚及第二功率引脚架构于接收功率。第一控制引脚及第二控制引脚架构于接收第一控制信号。所有开关桥臂相互并联连接，其中每一开关桥臂包含相互串联连接的第一开关及第二开关。所有开关桥臂的中点相互连接，且每一第一开关及第二开关均具有第一端、第二端及第三端。在每一开关桥臂中，第一开关的第一端、第二端和第三端分别电连接于第一功率引脚、第二控制引脚及第一控制引脚，第二开关的第一端和第二端分别电连接于第一开关的第二端及第二功率引脚。第一功率引脚、第一开关、第二开关及第二功率引脚所形成的回路被定义为功率回路，第一控制引
脚、第一开关的第二端和第三端及第二控制引脚所形成的回路被定义为第一控制回路，第一互感形成于功率回路与第一控制回路之间。在所有第一开关中，具有越长的功率回路的第一开关具有越小的第一互感。
[0008]为达上述目的，本案再提供一种开关电路，电连接于电源及第一控制源，其中电源及第一控制源均具有第一端及第二端。开关电路包含相互并联连接的多个开关桥臂。每一开关桥臂包含依次串联连接的第一开关、第一互连导体、第二开关及第二互连导体，所有开关桥臂的中点相互连接，且每一第一开关及第二开关均具有第一端、第二端及第三端。在每一开关桥臂中，第一开关的第一端和第二端分别电连接于电源的第一端及第一互连导体的第一端，第二开关的第一端和第二端分别电连接于第一互连导体的第二端及第二互连导体的第一端，第二互连导体的第二端电连接于电源的第二端，第一开关的第三端及第一互连导体的第二端分别电连接于第一控制源的第一端和第二端。第一开关、第一互连导体、第二开关、第二互连导体及电源所形成的回路被定义为功率回路。在所有第一开关中，具有越长的功率回路的第一开关电连接于具有越小电感值的第一互连导体。
[0009]为达上述目的，本案又提供一种功率模块，包含第一功率引脚、第二功率引脚、第一控制引脚、第二控制引脚及多个开关桥臂。第一功率引脚及第二功率引脚架构于接收功率。第一控制引脚及第二控制引脚架构于接收第一控制信号。所有开关桥臂相互并联连接。每一开关桥臂包含依次串联连接的第一开关、第一互连导体、第二开关及第二互连导体，所有开关桥臂的中点相互连接，且每一第一开关及第二开关均具有第一端、第二端及第三端。在每一开关桥臂中，第一开关的第一端和第二端分别电连接于第一功率引脚及第一互连导体的第一端，第二开关的第一端和第二端分别电连接于第一互连导体的第二端及第二互连导体的第一端，第二互连导体的第二端电连接于第二功率引脚，第一开关的第三端及第一互连导体的第二端分别电连接于第一控制引脚及第二控制引脚。第一功率引脚、第一开关、第一互连导体、第二开关、第二互连导体及第二功率引脚所形成的回路被定义为功率回路。在所有第一开关中，具有越长的功率回路的第一开关电连接于具有越小电感值的第一互连导体。
附图说明
[0010]图1为本案一实施例的开关电路的电路结构示意图。
[0011]图2为本案一实施例的功率模块的结构示意图。
[0012]图3例示出图2中的第二开关的功率回路及第二控制回路。
[0013]图4A示出图1的开关电路在n等于2时的电路拓扑。
[0014]图4B例示出一第二开关所对应的互感及互连导体。
[0015]图5例示出图2的功率模块10的开关。
[0016]其中，附图标记说明如下：
[0017]1：开关电路
[0018]11：电源
[0019]11a：第一端
[0020]11b：第二端
[0021]121：第一控制源
[0022]121a：第一端
[0023]121b：第二端
[0024]122：第二控制源
[0025]122a：第一端
[0026]122b：第二端
[0027]131、132、13n：第一开关
[0028]141、142、143、144、14n：第二开关
[0029]Lcs11、Lcs12、Lcs1n：第一互连导体
[0030]Lcs21、Lcs22、Lcs2n：第二互连导体
[0031]id1、id2、idn：动态电流
[0032]10：功率模块
[0033]P：第一功率引脚
[0034]N：第二功率引脚
[0035]AC：第三功率引脚
[0036]G1：第一控制引脚
[0037]S1：第二控制引脚
[0038]15：节点
[0039]G2：第三控制引脚
[0040]S2：第四控制引脚
[0041]2：基板
[0042]21：第一边
[0043]22：第二边
[0044]23：第三边
[0045]24：第四边
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关电路，电连接于一电源及一第一控制源，其中该电源及该第一控制源均具有一第一端及一第二端，该开关电路包含：多个开关桥臂，相互并联连接，其中每一该开关桥臂包含相互串联连接的一第一开关及一第二开关，该多个开关桥臂的中点相互连接，且每一该第一开关及该第二开关均具有一第一端、一第二端及一第三端，其中，在每一该开关桥臂中，该第一开关的该第一端电连接于该电源的该第一端，该第一开关的该第二端和该第三端分别电连接于该第一控制源的该第二端和该第一端，该第二开关的该第一端和该第二端分别电连接于该第一开关的该第二端及该电源的该第二端，该第一开关、该第二开关及该电源所形成的回路被定义为一功率回路，该第一控制源及该第一开关的该第二端和该第三端所形成的回路被定义为一第一控制回路，一第一互感形成于该功率回路与该第一控制回路之间，其中，在所有该第一开关中，具有越长的该功率回路的该第一开关具有越小的该第一互感。2.如权利要求1所述的开关电路，还电连接于具有一第一端及一第二端的一第二控制源，其中，在每一该开关桥臂中，该第二开关的该第二端和该第三端分别电连接于该第二控制源的该第二端和该第一端，该第二控制源及该第二开关的该第二端和该第三端所形成的回路被定义为一第二控制回路，一第二互感形成于该功率回路与该第二控制回路之间，其中，在所有该第二开关中，具有越长的该功率回路的该第二开关具有越小的该第二互感。3.如权利要求2所述的开关电路，其中该第二互感的大小取决于该功率回路与该第二控制回路之间的相对位置以及该功率回路和该第二控制回路的回路面积。4.如权利要求1所述的开关电路，其中该第一互感的大小取决于该功率回路与该第一控制回路之间的相对位置以及该功率回路和该第一控制回路的回路面积。5.一种功率模块，包含：一第一功率引脚及一第二功率引脚，架构于接收一功率；一第一控制引脚及一第二控制引脚，架构于接收一第一控制信号；以及多个开关桥臂，相互并联连接，其中每一该开关桥臂包含相互串联连接的一第一开关及一第二开关，该多个开关桥臂的中点相互连接，且每一该第一开关及该第二开关均具有一第一端、一第二端及一第三端，其中，在每一该开关桥臂中，该第一开关的该第一端、该第二端和该第三端分别电连接于该第一功率引脚、该第二控制引脚及该第一控制引脚，该第二开关的该第一端和该第二端分别电连接于该第一开关的该第二端及该第二功率引脚，该第一功率引脚、该第一开关、该第二开关及该第二功率引脚所形成的回路被定义为一功率回路，该第一控制引脚、该第一开关的该第二端和该第三端及该第二控制引脚所形成的回路被定义为一第一控制回路，一第一互感形成于该功率回路与该第一控制回路之间，其中，在所有该第一开关中，具有越长的该功率回路的该第一开关具有越小的该第一互感。6.如权利要求5所述的功率模块，还包含一基板，其中该第一功率引脚、该第二功率引脚、该第一控制引脚、该第二控制引脚以及所有该第一开关和该第二开关皆设置于该基板
上。7.如权利要求6所述的功率模块，其中该基板具有相对的一第一边及一第二边，该第一功率引脚及该第二功率引脚设置于该第一边上，该第一控制引脚及该第二控制引脚设置于该第二边上。8.如权利要求5所述的功率模块，还包含架构于接收一第二控制信号的一第三控制引脚及一第四控制引脚，其中，在每一该开关桥臂中，该第二开关的该第二端和该第三端分别电连接于该第四控制引脚及该第三控制引脚，该第三控制引脚、该第二开关的该第二端和该第三端及该第四控制引脚所形成的回路被定义为一第二控制回路，一第二互感形成于该功率回路与该第二控制回路之间，其中，在所有该第二开关中，具有越长的该功率回路的该第二开关具有越小的该第二互感。9.如权利要求8所述的功率模块，其中该第二互感的大小取决于该功率回路与该第二控制回路之间的相对位置以及该功率回路和该第二控制回路的回路面积。10.如权利要求5所述的功率模块，其中该第一互感的大小取决于该功率回路与该第一控制回路之间的相对位置以及该功率回路和该第一控制回路的回路面积。11.一种开关电路，电连接于一电源及一第一控制源，其中该电源及该第一控制源均具有一第一端及一第二端，该开关电路包含：多个开关桥臂，相互并联连接，其中每一该开关桥臂包含依次串联连接的一第一开关、一第一互连导体、一第二开关及一第二互连导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博翊，王汝锡，包彼得，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：