【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種半橋開關組件。
技術介紹
1、半橋開關組件實際上可以用在變流器中，例如作為逆變器或換流器用于在直流電壓和交流電壓之間相互轉換。實際上，這種半橋開關組件可以應用在(機動)車輛中的電源模塊中，以轉換直流電壓整車電源和可使用多相交流電壓運行的電機之間的電壓。
2、這種半橋開關組件對于每個相分別具有一個半橋，所述半橋分別具有一個高側開關和一個低側開關。單個分立半導體開關元件可用作高側開關或低側開關，例如fet、mosfet、i?gbt等單個的晶體管。此外，每個相還可以分別與多個半橋并聯連接，所述半橋并聯均具有一個第一分立半導體開關元件和一個第二分立半導體開關元件，其中，這些并聯連接的半橋的第一半導體開關元件形成高側開關，并且這些并聯連接的半橋的第二半導體開關元件形成低側開關。
3、通過半橋的這種并聯連接方式，可以實現功率的高可擴展性、以及高功率或電流強度。然而，這通常會導致高直流母線電感，并因此產生換向回路高總電感。而且在高電流和高開關頻率下，通常難以充分冷卻這種半橋開關組件，以使溫度被保持在所需值。
4、因此，需要提供一種改進的具有單個半橋的并聯電路的半橋開關組件。
技術實現思路
1、在這種背景下，一種具有權利要求1的特征的半橋開關組件被提出。一些有益的實施例是從屬權利要求的主題以及以下描述的主題。
2、半橋開關組件具有并聯連接的多個半橋，其中，每個半橋分別具有第一半導體開關元件和第二半導體開關元件。因此，半橋開關組件具有
3、半橋開關組件具有多個半橋單元或半橋模塊，其中，每個半橋單元分別具有第一半導體開關元件中的一個、第二半導體開關元件中的一個和載體元件。各第一半導體開關元件和各第二半導體開關元件布置在各載體元件上。因此，尤其為并聯連接的半橋中的每個分別設置有一個半橋單元。半橋的多個第一半導體開關元件和第二半導體開關元件分別成對地安裝在半橋單元中的一個上。實際上，載體元件可以片狀地或平面地構造，并且兩個半導體開關元件可以布置在該片狀載體元件的同一側上。
4、此外，半橋開關組件具有冷卻體，實際上，該冷卻體能夠被流體冷卻，例如，所述冷卻體可以具有用于相應的冷卻流體的入口和出口。冷卻流體可包括油、水、空氣等。多個半橋單元與冷卻體熱接觸，尤其是與冷卻體的第一側熱接觸。實際上，載體元件可以被分別布置在以其背離各半導體開關元件一側的冷卻體上
5、此外，半橋開關組件具有第一母線、尤其是正母線(“b+母線”)，第二母線、尤其是輸出相母線，以及第三母線、尤其是負母線(“b-母線”)。多個半橋單元的單個第一半導體開關元件的各第一接頭(尤其是各漏極接頭)與第一母線或正母線電連接。多個半橋單元的單個第一半導體開關元件的各第二接頭(尤其是各源極接頭)和多個半橋單元的單個第二半導體開關元件的單個第一接頭(尤其是各漏極接頭)與第二母線或輸出相母線電連接。多個半橋單元的單個第二半導體開關元件的各一個第二接頭、尤其是各一個源極接頭與第三或負母線電連接。單個母線可以布置或裝配在冷卻體上或相對于冷卻體布置或裝配，尤其是要使得單個母線的各主延伸平面分別平行于或垂直于冷卻體的主延伸平面的方向。
6、每個半橋單元在裝配或布置在半橋開關組件中之前作為單獨的器件存在或者在裝配之前在結構上被分開。因此，半橋單元可以被預制，然后，僅需要與其它部件組裝在一起以形成半橋開關組件。這極大地簡化了生產過程。因此，相應的開關單元是模塊化構件，所述模塊化構件能夠在結構上以簡單、靈活和可擴展的方式相互組合，以便制造例如用于逆變器相的半橋電路。相應的冷卻體被設置和布置不僅用于機械固定而且也用于冷卻單個半橋單元，從而冷卻單個半導體開關元件。實際上，單個半橋單元的各載體元件可以分別由導熱良好的材料或者由具有低熱阻的材料制成(例如由銅制成)，以便能夠良好地導出安裝在載體元件上的各半導體開關元件產生的熱量并且能夠有效地將熱量傳導到冷卻體上。
7、本專利技術提供一種半橋開關組件，所述半橋開關組件具有小的或者盡可能小的直流母線電感、小的或者盡可能小的換向回路電感、以及小的或者盡可能小的熱阻抗，所述半橋開關組件能夠被有效地冷卻。
8、通過將半橋分別與分立的開關元件并聯連接，尤其可以實現功率的高可擴展性。半導體開關元件或者半橋的數量可以相應地以實現所需的功率或者所需的電流的方式選擇。此外，通過使用分立的開關元件，可以將電路的總成本保持得低。
9、傳統上，使用并聯、分立半導體開關元件經常會導致高寄生電感，實際上，寬帶隙半導體元件(英語：“wide-bandgap?semiconductors”，wbg)，諸如sic或gan，的高開關速度下，這種高寄生電感可能是關鍵的。這種寄生電感可以在根據本專利技術的開關組件中被最小化或至少被減小。
10、母線以有益的方式彼此靠近地布置，由此可以降低感應電阻或者將感應電阻保持的盡可能小。因此，尤其能夠實現低直流母線電感和換向回路的低總電感。由于在開關元件的線路或接頭與母線之間的短距離，換向回路可以被優化。實際上，母線可以是具有極低電感的層壓母線，這使得半橋能夠以極高的速度開關。
11、通過布置冷卻體，能夠有效地冷卻母線。此外，通過將半導體開關元件布置在冷卻體上可以實現低熱阻抗，并且由開關元件釋放的熱量可以有效地運送到冷卻體。尤其是，開關元件的結溫可以在高電流和高開關頻率下被保持在所需值。
12、根據一種實施例，半橋開關組件還具有至少一個粘附層，至少一個粘附層分別布置在冷卻體和單個半橋單元之間。實際上，可以為每個半橋單元分別設有自身的粘附層，或者也可以為半橋單元中的多個或全部設有共用的粘附層。借助這個(這些)粘附層，單個半橋單元可以與冷卻體粘合牢固地連接或粘接。替代地或附加地，根據一種實施例，半橋開關組件具有至少一個夾緊元件，所述夾緊元件將半橋單元中的每一個分別壓靠到冷卻體上。實際上，可以為單個半橋單元分別設置自身的夾緊元件，其中，所述夾緊元件例實際上將壓力施加到各半橋單元的兩個半導體開關元件上。此外，實際上也可以為多個或所有半橋單元設置共用的夾緊元件。借助這些夾緊元件，單個半橋單元可以以強制鎖定的方式地與冷卻體連接，尤其是以可再次輕松拆卸的方式連接。根據一種實施例，每個半橋單元的各載體元件分別由陶瓷材料制成，例如氧化鋁(al2o3)、氮化鋁(aln)或氮化硅(si3n4)。實際上，與塑料等材料相比，這種由陶瓷材料制成的載體元件在暴露于交變電場時更加堅固耐用、使用壽命更長。通過高開關頻率和高邊沿陡度，尤其是使用快速開關的半導體可能對對載體元件造成負荷。相應載體元件的材料分別是在本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種半橋開關組件(1、200、300)，所述半橋開關組件具有多個并聯連接的半橋(5)，其中每個半橋(5)分別具有第一半導體開關元件(11、110)和第二半導體開關元件(21、120)，所述半橋開關組件包括：
2.根據權利要求1所述的半橋開關組件(1、200、300)，還包括：至少一個粘附層(181)，所述粘附層分別布置在所述冷卻體(180)和單個半橋單元(100)之間，和/或，還包括：至少一個夾緊元件(182)，所述夾緊元件分別將所述半橋單元(100)中的至少一個壓靠到所述冷卻體(180)上。
3.根據權利要求1或2所述的半橋開關組件(1、200、300)，其中，每個半橋單元(100)的各載體元件(106)均由陶瓷材料制成。
4.根據權利要求3所述的半橋開關組件(1、200、300)，其中，每個半橋單元(100)的各載體元件(106)的上側的第一區段(107)分別被金屬化，其中各第一半導體開關元件(11、110)和各第二半導體開關元件(21、120)安置在所述第一區段上。
5.根據權利要求4所述的半橋開關組件(1、200、300
6.根據前述權利要求中任一項所述的半橋開關組件，還包括：至少一個電容器單元(50、250、350)，每個所述電容器單元均包括：至少一個電容器元件，其中，所述至少一個電容器單元(50、250、350)被布置在所述冷卻體(180)背離所述多個半橋單元(100)的一側上。
7.根據前述權利要求中任一項所述的半橋開關組件(1、300)，還包括：電路板(360)，其中，至少一個凹槽(366、368)設置在電路板(360)中或電路板(360)的單個或多個層(365、367)中，以用于均勻地分配通過電路板(360)和通過單個第一半導體開關元件(110)和單個第二半導體開關元件(120)的電流。
8.根據前述權利要求中任一項所述的半橋開關組件(1、200)，還包括：共用的電路板(260)，其中第一母線(230)、第二母線(270)和第三母線(240)分別構造為共用的電路板(260)的單個部件，其中共用的電路板(260)相對于冷卻體(180)的布置方式為，使得共用的電路板(260)的主延伸平面分別垂直于或至少基本上垂直于單個半橋單元(100)的各主延伸平面的方向。
9.根據權利要求8所述的半橋開關組件(1、200)，還包括：至少一個電冷卻體絕緣層(290)，通過所述電冷卻體絕緣層使所述冷卻體(180)和所述共用的電路板(260)彼此電絕緣。
10.根據權利要求1至7中任一項所述的半橋開關組件(1、300)，其中，所述第一母線(330)、所述第二母線(370)和所述第三母線(340)分別片狀地構造并且相對于所述冷卻體(180)的布置方式為，使得所述第一母線(330)、所述第二母線(370)和所述第三母線(340)的各主延伸平面分別平行于或者至少基本平行于單個半橋單元(100)的各主延伸平面的方向。
11.根據權利要求10所述的半橋開關組件(1、300)，其中，所述第一母線(330)、所述第二母線(370)和所述第三母線(340)中的一個、多個或全部布置在所述冷卻體(180)背離所述多個半橋單元(100)的一側上，尤其布置在所述至少一個電容器單元(350)背離所述冷卻體(180)的一側上，和/或其中，所述第一母線(330)、所述第二母線(370)和所述第三母線(340)中的一個、多個或全部布置在所述多個半橋單元(100)背離所述冷卻體(180)的一側上。
12.根據權利要求11所述的半橋開關組件(1、300)，其中，所述第一母線(330)和所述第三母線(340)彼此平行地布置在所述冷卻體(180)背離所述多個半橋單元(100)的一側上，尤其是布置在所述至少一個電容器單元(350)背離所述冷卻體(180)的一側上，其中，所述第二母線(370)布置在所述多個半橋單元(100)背離所述冷卻體(180)的一側上。
13.根據權利要求10至12中任一項所述的半橋開關組件(1、300)，還包括：電路板(360)，其中，所述電路板(360)相對于所述冷卻體(180)的布置方式為，使得所述電路板(360)的主延伸平面分別垂直于或至少基本上垂直于單個半橋單元(100)的各主延伸平面的方向。
14.根據權利要求13所述的半橋開關組件(1、300)，其中，所述第一母線(330)、所述第二母...
【技術特征摘要】
1.一種半橋開關組件(1、200、300)，所述半橋開關組件具有多個并聯連接的半橋(5)，其中每個半橋(5)分別具有第一半導體開關元件(11、110)和第二半導體開關元件(21、120)，所述半橋開關組件包括：
2.根據權利要求1所述的半橋開關組件(1、200、300)，還包括：至少一個粘附層(181)，所述粘附層分別布置在所述冷卻體(180)和單個半橋單元(100)之間，和/或，還包括：至少一個夾緊元件(182)，所述夾緊元件分別將所述半橋單元(100)中的至少一個壓靠到所述冷卻體(180)上。
3.根據權利要求1或2所述的半橋開關組件(1、200、300)，其中，每個半橋單元(100)的各載體元件(106)均由陶瓷材料制成。
4.根據權利要求3所述的半橋開關組件(1、200、300)，其中，每個半橋單元(100)的各載體元件(106)的上側的第一區段(107)分別被金屬化，其中各第一半導體開關元件(11、110)和各第二半導體開關元件(21、120)安置在所述第一區段上。
5.根據權利要求4所述的半橋開關組件(1、200、300)，其中，每個半橋單元(100)的各載體元件(106)的上側的第二區段(108)沒有被金屬化，其中各第一半導體開關元件(11、110)和各第二半導體開關元件(21、120)不安置在所述第二區段上。
6.根據前述權利要求中任一項所述的半橋開關組件，還包括：至少一個電容器單元(50、250、350)，每個所述電容器單元均包括：至少一個電容器元件，其中，所述至少一個電容器單元(50、250、350)被布置在所述冷卻體(180)背離所述多個半橋單元(100)的一側上。
7.根據前述權利要求中任一項所述的半橋開關組件(1、300)，還包括：電路板(360)，其中，至少一個凹槽(366、368)設置在電路板(360)中或電路板(360)的單個或多個層(365、367)中，以用于均勻地分配通過電路板(360)和通過單個第一半導體開關元件(110)和單個第二半導體開關元件(120)的電流。
8.根據前述權利要求中任一項所述的半橋開關組件(1、200)，還包括：共用的電路板(260)，其中第一母線(230)、第二母線(270)和第三母線(240)分別構造為共用的電路板(260)的單個部件，其中共用的電路板(260)相對于冷卻體(180)的布置方式為，使得共用的電路板(260)的主延伸平面分別垂直于或至少基本上垂直于單...
【專利技術屬性】
技術研發人員：妮瑪·薩達特，侯賽因·阿貝迪尼，恩里克·菲蓋拉，埃里克·佩特曼，安德烈亞斯·溫特爾，托馬斯·凱澤爾，本杰明·卡爾，馬庫斯·杰茨，維奈·庫馬爾·克里什納帕，沃爾特·昆齊，
申請(專利權)人：SEG汽車德國有限公司，
類型：發明
國別省市：
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