[发明专利]转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有逆变器臂的至少两个彼此串联连接的子模块的转换器，用于将施加在两个输入接线端之间的输入电压转换为具有预定幅值和频率的交流电压，用于控制单相或者多相负载。

背景技术

具有多电平特性的现代的模块化转换器拓扑由相同地构造的功能单元构成，这些功能单元称为子模块并且作为半桥或者全桥子模块构造。其彼此串联连接，以提供逆变器相。多个半桥子模块的串联连接占用许多结构空间。这使得转换器的成本高。

在低压范围内，常见由通常基于电路板的、具有分立的功率半导体开关元件的子模块构建模块化拓扑。由于使用电路板，由于电路板有限的电流承载能力以及与功率半导体开关元件直接安装在载体上(所谓的直接铜键合(Direct Copper Bonding(DCB)))的功率模块相比更差的冷却条件而产生其它问题。在连接线缆以及连接线缆和电路板之间的接触位置处产生明显的电流热损耗，必须将其消散。

分立的功率半导体开关元件和线缆的螺丝或者夹具接触部之间的电连接经由铜迹线在电路载体上实现。为了能够保证所需要的电流承载能力，使用昂贵的大电流电路载体。其作为厚铜板或插入了铜型材的板是已知的。

基于电路板的转换器中的散热直接在主接线端(通常为功率半导体开关元件的漏极或者集电极接线端)处进行。为此，直接将功率半导体开关元件的大面积的连接接触部按压在散热体上。为了在连接接触部和散热体之间避免电连接，在这两个表面之间布置绝缘体。

通过使用较大的线缆截面和较大的接触部，可以使连接线缆中以及接触位置处的电流热损耗最小化并且消散。然而，这又导致安装和连接技术非常大并且非常重。

转换器的基于电路板的实现相对于基于DCB的转换器仍然经常是优选的，因为这种转换器具有更好的电气性能。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种结构和/或功能得到改善的转换器。

上述技术问题通过根据本发明的转换器来解决。还给出有利构造。

提出了一种转换器，用于将施加在两个输入接线端之间的输入电压转换为具有预定幅值和频率的交流电压，用于控制单相或者多相负载，具有逆变器臂的至少两个彼此串联连接的子模块，其中，每个子模块包括以下部件：电路载体；至少两个可控的开关元件，其在电路载体上彼此电连接；第一子模块接线端；第二子模块接线端。至少两个子模块的可控的开关元件的第一主接线端热连接到散热体的冷却面。至少两个半桥子模块中的第一子模块的第二子模块接线端与至少两个子模块中的第二子模块的第一子模块接线端连接。

转换器的特征在于，散热体包括多个散热体部分，其中，散热体部分彼此电绝缘，并且第一子模块的第二子模块接线端与第二子模块的第一子模块接线端之间的电连接经由散热体的相应地相关联的散热体部分实现。换句话说，这意味着，至少一部分电流从第一子模块的第二子模块接线端经由散热体部分流向第二子模块的第一子模块接线端，由此散热体部分用于传导电流。

由此使得能够提供基于电路板构建子模块的转换器。由此能够提供子模块以及整个转换器良好的电气性能。同时，通过将子模块接线端连接到相关联的散热体部分，能够实现对在半导体开关元件中在运行中产生的热的极好的散热。特别是，这种构造使得能够直接对电接触部进行冷却，因为在第一主接线端和散热体部分之间不设置妨碍散热的材料，例如进行电绝缘的绝缘层。

通过仅经由两个开关元件的第一主接线端接触子模块，可以非常紧凑地构造子模块的串联电路。特别是使固定开销最小。

另一个优点在于，与传统的子模块相比，在子模块的电路载体上出现的电流流动减小，因为电流直接经由开关元件的第一主接线端被分接。由此得到电路载体的有利的较小的热应力。

根据一个适宜的构造，开关元件的第一主接线端是整个表面附着到相关联的散热体部分上的平面接触部。由此，不仅仅确保大的电流承载能力。相反，还可以经由第一主接线端进行在开关元件中产生的热向散热体的散热体部分的方向的热传递。此外，使制造变得简单，因为第一主接线端可以以简单的方式与散热体部分连接。应当注意，在此可以使用在市场上常见的分立的功率半导体开关元件作为子模块的开关元件。

根据另一个适宜的构造，开关元件的第一主接线端力配合地和/或材料配合地与相关联的散热体部分连接。由此确保相邻的子模块的开关元件的第一主接线端之间的良好的电流承载能力。同时保证到散热体部分的良好的热传递。