[發明專利]一種三維的高電壓電路結構及緊湊型Marx發生器

有效

• 申請號: 201911062133.0
• 申請日: 2019-11-02
• 公開（公告）號: CN110993594B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 邱劍;劉克富;董偉剛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L25/07;H01L25/18;H01L23/482
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明涉及電力電子技術，尤其涉及一種三維排布的緊湊型高電壓電路結構，以及一種具有該高電壓電路結構的緊湊型Marx發生器。本發明提供的上述三維的高電壓電路結構，包括多個功率器件芯片，其中，每個所述功率器件芯片包括多個功率端，所述多個功率端的焊盤位于所述功率器件芯片的上表面和下表面。所述多個功率器件芯片之間電性連接，相鄰功率器件芯片沿上下方向分布以構成所述三維的高電壓電路結構。本發明能夠減小電路結構的空間尺寸、降低電路的生產成本，并提升電路的安全性。

技術領域

本發明涉及電力電子技術，尤其涉及一種三維排布的緊湊型高電壓電路結構，以及一種具有該高電壓電路結構的緊湊型Marx發生器。

背景技術

電力電子技術是一門新興的應用于電力領域的電子技術，通過使用電力電子器件（例如：晶閘管、GTO、IGBT等）對電能進行變換和控制。電力電子技術所變換的電力的功率可大到數百MW甚至GW，也可以小到數W甚至1W以下。和以信息處理為主的信息電子技術不同，電力電子技術主要用于大功率的電力變換。

隨著電力電子技術在生物、醫療等領域的廣泛應用，以Marx發生器為例的各種基于電力電子技術的電路結構在民用和商用上的需求逐漸增大，具有生物焊接、癌癥診療以及中草藥有效成分萃取等多種市場需求。具有多級充電-放電電路結構的Marx發生器一般級數較多，各級中用于充電-放電的固態開關管和各級之間的輸入-輸出高壓線會使得整個電路結構的空間尺寸巨大，因此不便于在民用、商用等許多需要小型化應用的場合進行推廣應用。

目前，一般會選用耐壓和通流能力較強的固態功率器件來作為充電-放電開關，從而通過減少Marx發生器的級數來減小其空間尺寸。然而，耐壓和通流能力較強的固態功率器件往往造價高昂，會大幅地提升高電壓電路結構的生產成本。而且，將過高的電壓分配于各級Marx單元也會對電路中的其他元件、線路的絕緣等級提出更高的要求，存在發熱、短路等安全隱患。

因此，為了克服現有技術存在的上述缺陷，本領域亟需一種緊湊型的高電壓電路結構，用于減小電路結構的空間尺寸、降低電路的生產成本，并提升電路的安全性。

發明內容

以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。

為了克服現有技術存在的上述缺陷，本發明提供了一種三維排布的緊湊型高電壓電路結構，以及一種具有該高電壓電路結構的緊湊型Marx發生器，用于減小電路結構的空間尺寸、降低電路的生產成本，并提升電路的安全性。

本發明提供的上述三維的高電壓電路結構，包括多個功率器件芯片，其中，每個所述功率器件芯片包括多個功率端，所述多個功率端的焊盤位于所述功率器件芯片的上表面和下表面。所述多個功率器件芯片之間電性連接，相鄰功率器件芯片沿上下方向分布以構成所述三維的高電壓電路結構。

優選地，在本發明提供的上述三維的高電壓電路結構中，設于各功率器件芯片上表面的焊盤可以與設于相鄰功率器件芯片下表面的焊盤電性連接，電流可以沿所述上下方向從一個功率器件芯片的功率端流向另一個相鄰的功率器件芯片的功率端。

優選地，在本發明提供的上述三維的高電壓電路結構中，還可以包括沿所述上下方向分布的多層電路板，所述多個功率器件芯片可以設于所述多層電路板，其中，所述電路板可以包括連接所述電路板的上表面和下表面的多個焊盤。設于各功率器件芯片下表面的焊盤可以電性連接對應電路板的上表面的焊盤，設于各功率器件芯片上表面的焊盤可以電性連接上一層電路板的下表面的焊盤，電流可以沿所述上下方向從一層電路板的功率器件芯片流向另一層相鄰電路板的功率器件芯片。

優選地，在本發明提供的上述三維的高電壓電路結構中，所述電路板的板體可以為介電材質，所述電路板的上表面的焊盤及其對應的所述電路板的下表面的焊盤，以及兩者之間的所述板體可以構成一儲能電容器。