[發明專利]變流器設備和用于制造變流器設備的方法

有效

• 申請號: 201480028350.7
• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN105210281B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: M.紐邁斯特;M.卡斯帕;S.基夫爾;K.克里格爾;J.塞德爾;S.蓋斯勒;W.賈勞施
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H05K7/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 侯宇

本發明涉及一種用于例如逆變器或者整流器那樣的變流器設備的三維設備。為此，在支承裝置上，將所需的開關元件以及激勵電子裝置和負載端子布置為使得到尤其短的線路路徑。所有需要的組件如開關元件、控制電子裝置和負載端子被布置在共同的支承裝置上。所述支承裝置同時用作對于整個變換設備的冷卻裝置。以此實現變流器設備的尤其有效的運行。

技術領域

本發明涉及一種變流器設備和一種用于制造變流器設備的方法。

背景技術

變流器設備是電路裝置，其將直流電壓(DC)轉化為交流電壓(AC)(逆變器)和/或將交流電壓轉化為直流電壓(整流器)。逆變器例如被用在再生能源領域，以便將由光伏等所產生的直流電壓供給交流電網。此外，這樣的逆變器例如對于電池供能的應急電源來說也是必需的，其將由電池提供的直流電壓轉化為交流電壓，以便將交流電壓供應給應急電網。此外，整流器例如被用在電池或者電池組充電的情況中，此時電池是由交流電壓供能的。此外，尤其對于電動汽車甚至使用了整流器和逆變器的組合。在行駛狀態中例如由電池提供的直流電壓被轉化為受控的交流電壓，以便控制電驅動。在制動狀態期間電驅動作為發電機運行并產生交流電壓，其在通過變流器電路整流之后可以被用于電池的充電。

對于當今的變流器使用了功率模塊，對于所述功率模塊來說將功率半導體芯片平面地布置在通常由陶瓷制成的襯底上。以此用于連接所述半導體芯片的印制電路自然也是平面布置的。印制電路裝置在此被限制在兩個維度上。在所述二維裝置情況下產生了部分相當長的電路。額外地，饋線和回線部分地圍成相當大的面積。基于這兩種作用，這樣的變流器設備的漏感在運行中升高。這對功率半導體的開關特性產生了負面的影響。所使用的功率半導體、例如二極管或者IGBT(Insulated Gate Biopolar Transistor絕緣柵型雙極晶體管)在此情況中有較高的開關損耗和以此而強烈變熱。因此在這種情況中必須將冷卻循環設計的相應的大。因此，這種變流器的功率較少取決于所使用的半導體芯片，而是更多地取決對于所提供的冷卻。變流器的冷卻越好，可能的功率就越高。

因此便產生了對于具有改進的開關特性的能有效冷卻的電路裝置的需要。

發明內容

本發明按照一個方面提供了一種變流器設備，所述變流器設備具有三維的支承裝置，所述支承裝置具有垂直于空間方向的梯形橫截面；和多個開關元件，所述多個開關元件是布置在所述支承裝置的兩個相對的側上的。

本發明按照另一個方面提供了用于制造變流器設備的方法，所述方法包括如下步驟：提供三維支承裝置，所述支承裝置具有垂直于空間方向的梯形橫截面，和將多個開關元件布置在支承裝置上，其中所述多個開關元件被布置在所述支承裝置的兩個相對的側上。

本發明的想法在于，將所有對于變流器設備必需的組件如此地布置在三維支承體上，以實現所述支承體的所有外側的有效利用。對于傳統的二維裝置來說，僅能使用二維支承體的上側和下側用于容納。在此，因為對于所需冷卻來說通常必需在兩側的其中之一上安置冷卻元件，所以對于傳統的變流器設備來說僅能使用一側用于容納器件。與此相反地，基于支承體的三維設計而形成多個可用的外側，所述外側都可以被用于容納變流器設備的組件。

這個三維變流器設備的重要優點在于，按照本發明的支承裝置同時也用作冷卻元件。開關元件以此可以有效冷卻必需的控制電子裝置和輸電線。

另外的優點在于，由于按照本發明的三維裝置，控制電子裝置和功率電子裝置的端子之間的空間距離是很小的。以此，控制電子裝置和功率電子裝置之間可以實現很短的線路路徑。這導致相應小的導線電感，這又對開關特性和形成的變流器設備的開關損耗起到積極的作用。

同樣優選地是，變流器設備的承載功率的端子也可以借助很短的電流路徑來實現。尤其是，通過變流器設備的三維設計使所需的中間電路電容器可以被引導至緊鄰半導體開關元件處。