[发明专利]功率切换模块、集成该功率切换模块的转换器及制造方法

说明书

一种功率切换模块，其包括第一分总成和第二分总成，该第一分总成和第二分总成彼此叠置以形成堆叠并分别包括形成桥臂的第一电子功率开关和第二电子功率开关。该模块包括中间金属板(LW7)以及第一金属端板和第二金属端板(LW2、LW12)，该第一金属端板和第二金属端板形成该堆叠的上端和下端。根据本发明，该模块还包括第一接线终端金属杆、第二接线终端金属杆和第三接线终端金属杆(1、2、3)，该第一接线终端金属杆、第二接线终端金属杆和第三接线终端金属杆在堆叠中延伸并穿过该堆叠的上端和下端中的至少一个，第一接线终端金属杆、第二接线终端金属杆和第三接线终端金属杆分别与第一金属端板和第二金属端板以及中间金属板电连接。

相关申请的交叉引用

本发明要求于2016年12月12日提交的申请号为1662331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。

技术领域

本发明一般涉及电力电子技术领域。更特别地，本发明涉及功率切换模块和集成有这些模块的功率转换器。本发明还涉及一种制造功率切换模块的方法。

背景技术

朝向可再生且产生较低CO₂排放的能源进行的期望的能量转变将电力电子技术和能量转换置于当前技术挑战的核心。例如运输、工业、照明、供暖等的几乎所有活动领域都存在能源转换上的需求。

在运输领域中，受到非常严格的污染排放物排放标准的汽车工业正在经历车辆电气化的真正技术变化。面对在该大规模生产工业中普遍存在的对重量、体积和成本的严格限制的车辆电气化需要转换器中的技术进步。此外，电动车辆或电动模式下的混合动力车辆对足够的里程自主性的需求强烈推动朝向运行电压的增加，以减少由与电流相关的焦耳效应带来的损失，或者推向通过并联构件而允许增加低电压电流的制造技术。必要的技术必须通过增加截止频率和减少寄生电感来允许增加转换器的紧凑性。

在转换器中，特别是在耐压、截止频率、最大可接受功率密度、温度、可靠性以及可用新材料的集成之间必须达成折衷方案。

因为更大的击穿风险通常需要增加具有不同极性的构件之间的距离，所以较高的电压与转换器的紧凑性相互对立。较高的切换频率有利于紧凑性，但增加了切换损耗和由构件消耗的功率，并且需要显着减少寄生电感因素和寄生电容因素。构件可接受的最大功率密度限制了切换电流的幅度，以便将结温保持在临界值以下。高性能冷却装置是必要的，以保持转换器的热平衡并尽可能接近构件提取耗散的能量。这些高性能冷却装置对于更高的紧凑性和可靠性至关重要。

应用于转换器的各种约束已经将设计者指向在基本功率切换模块的组合的基础上的模块化架构。

图1a和图1b中示出了基本功率切换模块的两个示例。如图1a和图1b所示，这些基本模块由晶体管切换桥臂或半桥形成。桥臂通常包括在英文中分别称为“下侧”和“上侧”的上部晶体管和下部晶体管，以及相关的二极管。图1a示出了第一桥臂BM的示意图，第一桥臂BM由MOSFET晶体管MT_HS和MT_LS以及分别与晶体管相关联的二极管MD_HS和MD_LS形成。图1b示出了第二桥臂BI的示意图，第二桥臂BI由IGBT晶体管IT_HS和IT_LS以及其相关联的二极管ID_HS和ID_LS形成。

这些基本功率切换模块可以组合以形成完整的切换桥或并联组合以传递期望的电流。

此外，已知的是，堆叠电路分总成以实现3D架构。因此，专利申请EP1411551A1提出了一种功率模块，其包括中间连接板、顶部电极板和底部电极板、以及电子切换构件，电子切换构件夹在中间连接板与顶部及底部电极板之间。通过专利申请DE102014010373A1了解到一种电子模块，其具有第一印刷电路板和第二印刷电路板，该第一印刷电路板和第二印刷电路板是叠加的且各自包括电子构件。使用一种烧结方法以使板连接在一起。