[發明專利]母線系統得到冷卻的功率轉換器模塊

有效

• 申請號: 200980149444.9
• 申請日: 2009-09-29
• 公開（公告）號: CN102246612A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 斯特凡·亨切爾;哈拉爾德·波納特
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H05K7/14
• 分類號: H05K7/14;H05K7/20;H01L23/473
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李慧

技術領域

本發明涉及一種如權利要求1的前序部分所述的功率轉換器模塊。

背景技術

一般類型的功率轉換器模塊，特別是較大功率的一般類型功率轉換器模塊可從市場上購得。這類功率轉換器模塊的功率半導體模塊(特別是可斷功率半導體模塊)通過低電感的母線系統與功率轉換器模塊的連接端子連接。為此需要將所用母線實施為平面母線并相互疊置形成母線疊組。每兩個平面母線之間都設有一個平面絕緣層。這些絕緣層突出于平面母線之外，以便滿足對空氣間隙和漏電路徑的極限值。因此，上述類型的低電感母線系統具有至少兩個母線和至少一個絕緣層。為了使功率轉換器模塊中所用的功率半導體模塊的母線系統盡可能緊湊，這個母線組經過了層壓處理。根據具體所采用的材料(特別是層壓材料)，這種母線系統的極限溫度例如為105℃。

由于市售功率半導體模塊(特別是可斷功率半導體模塊，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT))的載流能力始終在提高，因此，功率轉換器模塊的層壓式母線系統的母線中的電流密度也在增大。這會導致母線系統中的損耗以二次方速度增長，該母線系統的溫度也會上升。母線系統的極限溫度由用在絕緣層和層壓材料上的材料決定。目前，具有絕緣膜的功率轉換器模塊優選采用層壓式母線系統。在此情況下，層壓式母線系統的層壓材料決定了其極限溫度。這就意味著在應用功率轉換器時，限制其工作能力的是母線系統的相應層壓材料的最大極限溫度，而不再是功率半導體模塊。

為了解決這個問題，顯而易見的方案是增大母線系統中每個母線的截面，以及例如通過自然對流來冷卻母線系統。增大母線系統的母線截面不但會提高這種母線系統的成本，還會增加其重量。而通過自然對流來冷卻母線系統，就必須將該母線系統以能夠接觸到冷卻氣流的方式布置在功率轉換器設備中。

WO?2005/109505A1揭示一種母線系統得到冷卻的功率半導體電路。在這種功率半導體電路中，至少一個模塊焊接在一個用作正極板或負極板的板狀母線的外側。正極母線或負極母線通常實施為板狀母線組件的頂板或底板。上述模塊所在的頂部母線直接由一個冷卻裝置冷卻，這個冷卻裝置設計為空氣冷卻裝置或液體冷卻裝置。該冷卻裝置夾在該頂部母線和另一平行布置的板狀母線之間，兩母線間還設有一絕緣層。此外還設有一個同樣帶有絕緣層的底部母線。這些母線連同冷卻裝置一起形成一個極其緊湊的結構。母線組件中的各部件借助層壓處理彼此實現連接。由于這種功率半導體電路是一個逆變器，因此母線組下方設有兩個中間電路電容器，它們與頂部母線或底部母線螺旋擰緊。

DE?10?2007?003?875?A1揭示一種包括至少兩個功率半導體模塊的功率轉換器模塊，這些功率半導體模塊以導熱方式與散熱體機械連接且借助層壓式母線系統彼此電性連接。該層壓式母線系統中的至少一個母線借助至少一個電絕緣的導熱支承元件與該散熱體熱耦合。層壓式母線系統的至少一個母線通過這些支承元件與該散熱體熱耦合。導熱支承元件的數量取決于需要導散的熱量。這些支承元件同樣對層壓式母線系統的邊緣區域進行支承。借助這些導熱支承元件可對層壓式母線系統的散熱量進行限制。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種能夠以簡單手段對母線系統進行散熱且無需重裝或改裝的功率轉換器模塊。

本發明用以達成上述目的的解決方案為本案權利要求1的區別特征。

通過使功率轉換器模塊的母線系統與一冷卻劑管道導熱相連，可將該母線系統中產生的損耗功率導散。借此可以降低母線系統的溫度，從而使所用功率半導體模塊得到最大程度的利用。也就是說，本發明的功率轉換器模塊具有比市售功率轉換器模塊更強的工作能力。決定功率轉換器模塊工作能力的將仍然是所用功率半導體模塊的功率，而不再是母線系統所用的絕緣材料的最大極限溫度。

根據本發明功率轉換器模塊的一種有利實施方式，所述母線系統和所述冷卻劑管道彼此層壓在一起。它們由此形成一個各單個部件在空間上彼此相對固定的結構。這樣就能用操作任何一種市售層壓式母線系統的方法來操作這種得到冷卻的母線系統。

根據本發明功率轉換器模塊的另一有利實施方式，所述冷卻劑管道與所述功率轉換器模塊的液冷式散熱體液體連通。借此可用功率轉換器模塊的液冷式散熱體(又稱“主循環通路”)為該冷卻劑管道提供冷卻劑。其優點是所述功率轉換器模塊的連接端子可以保持原樣。

根據本發明功率轉換器模塊的另一有利實施方式，所述冷卻劑管道沿所述母線系統的表面呈蜿蜒曲折的波紋狀布置。借此可對所述功率轉換器模塊的母線系統的幾乎整個表面進行散熱。