在一种用于将电连接件（１１）和半导体开关（２１）电隔离的设备（１）中，所述半导体开关（２１）具有两个开关触点（４，５）和一个控制触点（６）。所述设备（１）具有印制电路板（２），所述印制电路板上至少布置有所述半导体开关（２１）和所述电连接件（１１）。所述半导体开关（２１）的第一开关触点（４）与所述印制电路板（２）相连，而第二开关触点（５）与所述电连接件（１１）相连。根据本发明专利技术，所述设备（１）具有一个长度（Ｌ）可变的可控动作器（７１），所述动作器具有两个彼此间隔布置、又导电相连的动作器触点（７，８），所述两个动作器触点的间隔距离为所述动作器（７１）的长度（Ｌ）。所述第一动作器触点（７）紧靠在所述第二开关触点（５）上。所述第二动作器触点（８）根据所述动作器（７１）所受到的具体控制与所述电连接件（１１）接触，或者在形成隔离距离（ＴＳ）的情况下与所述电连接件电隔离。此外，本发明专利技术还涉及一种电子开关设备以及一种接触和隔离模块。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于将电连接件和半导体开关电隔离的设备。所述半 导体开关具有两个开关触点和一个控制触点。所述设备具有印制电路板 或电路载体，所述印制电路板或电路载体上至少布置有所述半导体开关 和所述电连接件。所述半导体开关的第一开关触点与所述印制电路板相 连，第二开关触点与所述电连接件相连。此外，本专利技术还涉及一种具有上述类型的设备的电子开关设备，尤其 是一种功率模块。最后，本专利技术还涉及一种安装在印制电路板上的接触和隔离模块，这 种接触和隔离模块用于对所述印制电路板上的半导体开关进行接触。
技术介绍
用于将电连接件和半导体开关电隔离的设备属于已知技术。最有名的 是(例如)接触器或转换继电器，这些设备受到相应控制时会在带电的 电连接件与相关半导体开关之间建立具有电隔离作用的隔离距离，例如气隙。上述设备之所以必要的原因是，电子开关设备(例如软启动器)即使 在断开的情况下也能将高达好几百伏的电压从带电的电连接件引到输出 端的电连接件上。虽然触摸输出端连接件时只产生较小的电流，但触摸 到这样的电流对人而言也已经是致命的了。另一问题在于，半导体开关(例如开关晶体管、晶闸管或三端双向可 控硅开关)会由于热过载而失灵。在此情况下会存在全部的输入端电压， 例如从好几百伏到几千伏的直流电压。在某些应用领域，特别是安全关键或安全相关应用领域，例如升降机 启动器，相关标准可能会规定电子开关设备的前面或后面必须连接附加 的机电开关元件，例如断开接触器。已知的电子开关设备可具有5 kW至500 kW范围内的分断能力。这类开关设备又称功率模块。它们可具有一个、两个或两个以上的半导体开关。这些半导体开关主要是IGBT晶体管、晶闸管或三端双向可控硅开 关，其中，三端双向可控硅开关自身又由两个反向并联的晶闸管构成。 三端双向可控硅开关在较低的功率范围(例如10 kW以下)内优选实施 为单个组件。在较高的功率范围(例如5 kW至500 kW)内优选实施为 两个单个的反向并联晶闸管。这类功率模块的半导体开关优选布置在印制电路板上。这种印制电路 板通常是所谓的DCB (即direct copper bonding:陶瓷基覆铜板)。DCB 是一种夹层结构，由两个铜层和一个位于两个铜层之间的陶瓷层构成。 由DCB承载的组件(尤其是功率半导体)允许达到的温度明显高于传统 印制电路板(例如环氧树脂印制电路板)所承载的组件。单个半导体幵关在这个功率范围内通常设计成板状或片状。它们优选 具有两个开关触点和一个控制触点，其中一个开关触点和控制触点布置 在半导体开关的顶侧，而另一开关触点布置在半导体开关的底侧。如果 半导体开关是IGBT，这两个开关触点就是发射极和集电极；如果半导体 开关是晶闸管，这两个开关触点就是阴极和阳极。控制触点又称控制极。半导体开关的底侧优选与印制电路板上的相应接触面焊接在一起。位 于顶侧的开关触点和控制触点通过所谓的接合线(例如铝制接合线)与 印制电路板上的相应接触面直接相连。在待通断电流处于50A左右至200A这一范围的情况下，这种接触方式是可行的。但这种接触方式的缺点 在于，接合线在短路情况下会汽化，致使开关设备发生故障。在电流较高的情况下，例如100A至500A的电流范围，采用与半导体开关顶侧接触的压紧系统。这些系统通常与印制电路板旋接。这种压 力接触的优点在于其短路特性优于接合接触的解决方案，此外还可对半 导体进行散热。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种设备和一种具有这种设备的开关设备，借助 于这二者可以解决上述问题。本专利技术的另一目的是提供一种用于安装在印制电路板上的适宜的接 触和隔离模块。这个目的通过一种具有权利要求1所述特征的设备达成。有利设计方案由从属权利要求2至9和12给出。权利要求10和13涉及的是具有本 专利技术的设备的电子开关设备。权利要求11和14给出的是所述电子开关 设备的有利设计方案。权利要求15涉及的是一种用于布置在印制电路板 上的半导体开关的接触和隔离模块。权利要求16说明的是所述接触和隔 离模块的一种有利实施方式。本专利技术的主要特征是，直接在半导体开关上借助动作器可选地将半导 体开关和相应的电连接件电隔离。根据本专利技术，所述设备具有长度可变的可控动作器。所述动作器具有 两个彼此间隔布置、又导电相连的动作器触点，这两个动作器触点的间 隔距离为动作器的长度。第一动作器触点紧靠在半导体开关的第二开关 触点上。第二动作器触点根据动作器所受到的具体控制(或者)与电连 接件接触，或者在形成隔离距离的情况下与电连接件电隔离。相比现有技术，通过这种方式可将半导体开关和相应的电连接件电隔 离。在此情况下，电连接件上存在的输入电压再也不会被半导体开关的 阻断层引向输出端电连接件。借此可有利地避免因触摸这种输出端连接 件而引发的人员伤亡事故。另一优点在于，当半导体开关发生故障时，输出端电连接件上不会存 在全部的输入电压。此外，通过电隔离还可有利地断开电负载。这样例 如就可在由电动机驱动的机器组件或系统组件造成损失之前将电动机断开。可由动作器建立的电隔离距离通常处于毫米范围内，例如lmm至3 mm。在电压较高的情况下，特别是当电压达到千伏范围时，也可采用更 大的隔离距离。这个隔离距离通常是电气间隙。作为替代方案，隔离距 离可建立在不同于空气的气体中，例如氮气或六氟化硫(SF6)。六氟化 硫是高压绝缘领域的一种常用气体。在此情况下，隔离距离可明显小于 建立在空气中的隔离距离，因为六氟化硫的击穿能力大约是空气或氮气 的三倍。所述动作器优选为电控动作器。作为替代方案，可以气动或液压方式 对其进行控制。动作器在受到相应控制时特定而言引起线性长度变化。 这种可能的长度变化又称调节行程。所述动作器例如可建立在压电作用原理上。这种动作器称为压电动作 器，可根据所施加的电压改变其长度。举例而言，压电动作器应用在柴 油机的喷油系统中。作为替代方案，所述动作器可建立在磁致伸縮作用原理上。磁致伸縮 指的是铁磁材料(例如Terfenol)与所施加磁场相关的可逆变形。其中， 铁磁材料在体积保持不变的情况下发生弹性长度变化。此外，所述动作器的调节运动还可建立在形状记忆原理上。这类动作 器又称记忆金属动作器。作为替代方案，动作器还可以是带有插入式线圈的螺线管或插入式磁 体，控制时会受到电激励。根据一种实施方式，第二开关触点和控制触点布置在半导体开关的顶 侧。第一开关触点布置在半导体开关与所述顶侧平行的底侧。这种半导体开关特定而言是一种无外壳半导体开关。这种半导体开关主要由半导 体芯片构成，即所谓的"Die"(英文的裸片)。裸片上还可存在特定而言 用于接合或接触的接触面。这种紧凑结构可以实现半导体开关与印制电 路板之间的低电阻连接，同时确保热阻较小，以便达到对半导体开关进 行冷却的目的。根据另一实施方式，所述印制电路板具有印制电路板接触面，半导体 开关的第一开关触点紧靠在这个印制电路板接触面上。借此可进一步减 小从半导体开关底侧到印制电路板的电阻和热阻。第一开关触点特定而言通过焊接连接与印制电路板接触面电气相连。 根据一种特殊实施方式，所述动作器的截面与半导体开关的截面基本 一致。借此可实现更紧凑的结构。同时还可使动作器和半导体开关之间 只存在极小本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于将电连接件（１１）和半导体开关（２１）电隔离的设备，其中，所述半导体开关（２１）具有两个开关触点（４，５）和一个控制触点（６），所述设备具有一个印制电路板（２），所述印制电路板上至少布置有所述半导体开关（２１）和所述电连接件（１１），其中所述半导体开关（２１）的第一开关触点（４）与所述印制电路板（２）相连，且所述第二开关触点（５）与所述电连接件（１１）相连， 其特征在于， 所述设备具有一个长度（Ｌ）可变的可控动作器（７１），所述动作器具有两个彼此间隔布置、 又导电相连的动作器触点（７，８），所述两个动作器触点的间隔距离为所述动作器（７１）的长度（Ｌ），其中，所述第一动作器触点（７）紧靠在所述第二开关触点（５）上，且所述第二动作器触点（８）根据所述动作器（７１）所受到的具体控制与所述电连接件（１１）接触，或者在形成隔离距离（ＴＳ）的情况下与所述电连接件电隔离。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯迈尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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