[发明专利]电源系统及其中的功率模块以及制作功率模块的方法

说明书

技术领域

本发明内容是有关于一种功率模块，且特别是有关于一种应用在电源变换器的功率模块。

背景技术

高效率和高功率密度一直是业界对电源变换器的要求。高效率意味着减少能耗，有利于节能减排以保护环境，并减少使用成本。高功率密度则意味着体积小、重量轻，有利于减少运输成本和空间需求，从而减少建设成本，同时高功率密度也意味着材料使用量的减少，进一步有利于节能减排以保护环境。因此，在电源领域中，对高效率、高功率密度的追求将永不停息。

电源变换器由于用途不同，其种类较多。由转换电能类型来分，其可分为：非隔离型AC/DC电源变换器，例如：由一个应用于功率因数校正（power factorcorrection，PFC）电路的AC/DC电源变换器所组成；非隔离型DC/DC电源变换器；隔离型DC/DC电源变换器；隔离型AC/DC电源变换器，例如：由一个PFC电路以及一个或者多个DC/DC电源变换器所组成；其它如DC/AC电源变换器、AC/AC电源变换器…等等。由于需要转换的电能性质和转换的级数不同，各种变换器容易达成的功率密度和效率也不尽相同。以隔离型AC/DC电源变换器为例，目前业界普遍的功率密度为15w/inch³，效率为92%左右，而非隔离型AC/DC电源变换器、隔离型DC/DC电源变换器和DC/AC电源变换器的效率和功率密度则会更高。

如前所述，电源变换器的高效率意味着低能耗，例如效率为90%时，其转换能耗约为整个电源变换器总输入能量的10%，而效率91%的电源变换器，其转换能耗则降低为总输入能量的9%。换言之，效率每提升一个点，其能耗就较90%效率的电源变换器降低10%，极为可观。事实上，电源变换器效率提升的作法常常以0.5%甚至0.1%的量级进行。

由于电源变换器中通常设置有集成的功率模块，且功率模块中的器件通过焊线（bonding wire）、导线架（lead frame）…等作连接，导致电路中有许多寄生电感。然而，前述电路中的寄生电感不仅使功率模块内同一桥臂中串联的两器件相互协助钳位的能力下降，从而会于器件进行关断操作时产生电压突波（spike）或尖峰，不只影响功率模块的可靠性，更产生了许多电磁干扰，更有甚者，当寄生电感愈大时，器件进行关断操作时所产生的电压突波就愈大，导致器件损坏。

发明内容

本发明内容是关于一种电源系统、功率模块以及制作功率模块的方法，借此减少操作时所产生的电磁干扰，并改善器件进行关断操作时产生电压突波的问题。

本发明内容的一方面是关于一种功率模块，其包含一桥式电路，其中桥式电路包含一第一桥臂以及一第二桥臂。第一桥臂具有一第一端点、一第二端点及一第三端点，其中所述第一桥臂包含一第一半导体器件及一第二半导体器件，所述第一半导体器件与所述第二半导体器件电性连接于所述第一桥臂的所述第三端点。第二桥臂具有一第一端点、一第二端点及一第三端点，其中所述第二桥臂包含一第三半导体器件及一第四半导体器件，所述第三半导体器件与所述第四半导体器件电性连接于所述第二桥臂的所述第三端点。其中第一桥臂与第二桥臂并联相接，且第一桥臂与第二桥臂的电路位置基本上彼此对称，以减少第一、第二、第三及第四半导体器件操作时所产生的电压突波。

在本发明一实施例中，功率模块还包含至少一电容桥臂，其并联相接于所述第一桥臂和所述第二桥臂。

在本发明一实施例中，其中电容桥臂相对于所述第一桥臂和相对于所述第二桥臂的电路位置基本上对称，以减少所述第一桥臂和所述第二桥臂操作时所产生的电压突波之间的差异。

在本发明一实施例中，其中电容桥臂包括一电容器，所述电容器并联相接于所述第一桥臂和所述第二桥臂，并配置于相对所述第一桥臂和所述第二桥臂的中间电路位置。

在本发明一实施例中，其中所述电容桥臂包括两电容器，所述两电容器分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂并联相接，并配合所述第一桥臂和所述第二桥臂配置于基本上对称的电路位置。

在本发明一实施例中，其中所述电容桥臂包括一第一电容器、一第二电容器及一第三电容器，所述第一、第二及第三电容器并联相接于所述第一桥臂和所述第二桥臂，所述第一电容器配置于相对所述第一桥臂和所述第二桥臂的中间电路位置，所述第二及第三电容器配合所述第一桥臂和所述第二桥臂配置于基本上对称的电路位置。

在本发明一实施例中，其中所述第一桥臂与所述电容桥臂形成一第一回路，所述第二桥臂与所述电容桥臂形成一第二回路，且所述第一回路及/或所述第二回路中的电感值小于一第一预定值。