具有多相功率半导体模块的功率电子组件
阅读说明：本技术 具有多相功率半导体模块的功率电子组件 (Power electronic component with multiphase power semiconductor module ) 是由 A·摩尔 J·斯泰格 于 2021-04-27 设计创作，主要内容包括：本申请提出了一种功率电子组件,其具有多个单相功率半导体模块和一个多相功率半导体模块,每个单相功率半导体模块具有至少框架状的第一壳体、两个第一DC电压端子件、第一AC电压端子件、第一辅助端子件和第一开关装置,多相功率半导体模块具有至少框架状的第二壳体、两个第二DC电压端子件、至少两个第二AC电压端子件、第二辅助端子件和第二开关装置,第一和第二DC电压端子件均在其长度的一个区段中并且在端子区段上形成堆叠并且相同地设计,所有功率半导体模块沿其相应的第一纵向侧的法向矢量方向布置成行,所有功率半导体模块的第一和第二DC电压端子件布置在相同的第一窄侧上。(The application proposes a power electronic assembly having a plurality of single-phase power semiconductor modules and one multiphase power semiconductor module, each single-phase power semiconductor module having at least a frame-like first housing, two first DC voltage terminal pieces, a first AC voltage terminal piece, a first auxiliary terminal piece and a first switching device, the multiphase power semiconductor module having at least a frame-like second housing, two second DC voltage terminal pieces, at least two second AC voltage terminal pieces, a second auxiliary terminal piece and a second switching device, the first and second DC voltage terminal pieces each forming a stack in one section of their length and on the terminal section and being identically designed, all power semiconductor modules being arranged in a row in the direction of the normal vector of their respective first longitudinal side, the first and second DC voltage terminal pieces of all power semiconductor modules being arranged on the same first narrow side.)
技术领域
本发明描述了具有多个单相功率半导体模块和一多相功率半导体模块的功率电子组件，以及这种类型的多相功率半导体模块。特别地，该组件设置在部分或完全电驱动的车辆中为两个功率不同的AC耗电件供电。这例如是具有“强”和“弱”的电动马达的全轮驱动系统或具有电动马达和另一两相或多相的AC耗电件(例如，整流器)的驱动系统。
背景技术
DE 10 2017 115 883A1公开了一种子模块和具有该子模块的组件，其中，子模块包括具有基板和布置在其上的导电轨迹的开关装置。子模块具有第一和第二DC电压导电轨迹和与其电连接的第一和第二DC电压端子件以及AC电压导电轨迹和与其电连接的AC电压端子件。子模块还具有以框架方式包围开关装置的成形的绝缘体。在此，第一DC电压端子件以第一接触区段搁置在成形的绝缘体的第一接触体上，AC电压端子件以第二接触区段搁置在成形的绝缘体的第二接触体上。为此，第一夹持装置设计成以电绝缘方式延伸通过第一接触体中的第一开口且在第一DC电压端子件和对应的第一DC电压连接件之间形成导电夹持连接，第二夹持装置设计成以电绝缘方式延伸通过第二接触体中的第二开口并在AC电压端子件和对应的AC电压连接件之间形成导电夹持连接。
发明内容
基于所述现有技术，本发明的目的是提供具有多个单相功率半导体模块和一个多相功率半导体模块的功率电子组件以及这种多相功率半导体模块，其中，该组件能够为所有功率半导体模块进行简单的直流电供给并且准备为两个功率不同的AC耗电件供电。
根据本发明，该目的通过具有多个单相功率半导体模块和一个多相功率半导体模块的功率电子组件实现，其中，每个单相功率半导体模块具有至少框架状的第一壳体、两个第一DC电压端子件、第一AC电压端子件、第一辅助端子件和第一开关装置，其中，多相功率半导体模块具有至少框架状的第二壳体、两个第二DC电压端子件、至少两个第二AC电压端子件、第二辅助端子件和第二开关装置，其中，第一和第二DC电压端子件均在其长度的一个区段中并且在端子区段上形成堆叠并且相同地设计，其中，所有的功率半导体模块沿其相应的第一纵向侧的法向矢量的方向布置成行，并且其中所有功率半导体模块的第一和第二DC电压端子件布置在相同的第一窄侧上。在此，相邻功率半导体模块的第一和第二纵向侧(其在每种情况下彼此相对)可彼此接触或者彼此间隔开。
优选地，第一AC耗电件与第一AC电压端子件连接，而较低功率的第二AC耗电件与第二AC电压端子件连接。尤其在此有利的是，所有功率半导体模块的第一和第二AC电压端子件都布置在相同的第二窄侧上。
优选的是，第一和第二DC电压端子件至少在端子区段的区域中设计成相同的。因此，第一和第二功率半导体模块的DC电压端子件设计成相同的。但是尤其在该设计方案中不排除有利的是，所有的DC电压端子件以正确的极性与共同的DC电压供应件连接，这意味着，除了第一功率半导体模块以外，第二功率半导体模块也可由相同的直流电压源供电，并且几乎不需要额外的结构上的努力。
也可为有利的是，所有功率半导体模块的辅助端子件沿着相应的功率半导体模块的一个或两个纵向侧布置。
也可为优选的是，所有功率半导体模块具有布置在中央的安装开口。
尤其有利的是，所有功率半导体模块具有共同的驱动装置。在此，每个功率半导体模块至少部分地被驱动装置遮盖。因此所有功率半导体模块借助其辅助端子件与驱动装置连接。
该目的还通过多相功率半导体模块实现，所述多相功率半导体模块具有至少框架状的第二壳体、两个第二DC电压端子件、至少两个第二AC电压端子件、第二辅助端子件和第二开关装置，其中，第一和第二DC电压端子件均在其长度的一个区段中并且在端子区段上形成堆叠，第二DC电压端子件布置在第一窄侧上，第二AC电压端子件布置在第二窄侧上，其沿法向方向彼此相邻。
也可为有利的是，第二辅助端子件沿长侧布置，或者当然地，沿着两个长侧布置。
可为有利的是，第二AC电压端子件设计成金属薄膜或金属板，其具有的厚度优选为300μm至2000μm、尤其优选从500μm至1500μm。还优选的是，第一AC电压端子件也以相同的方式设计，类似于第一和第二DC电压端子件。
原则上有利的是，壳体在其第二窄侧上具有多个接触区域，用于第二AC电压端子件的对应端子区域的每个。在此还有利的是，各个接触区域和对应的AC电压端子件均具有连续的开口，其中，这些开口彼此对齐。在此还有利的是，开口设计且设置成容纳压力件的区段，所述压力件设计成将相应的AC电压端子件按压在对应的接触区域上，并且将接触区域的壳体区段按压为抵靠到冷却装置上。
除非本身或明确地排除在外，否则在根据本发明的组件中也可多次出现以单数形式提及的特征，尤其是多相功率半导体模块。
应理解的是，本发明的各种设计方案可单独地或任意组合地实现，从而实现改进。尤其前面和下面所述的和提及的特征不仅可应用在给出的组合中、而且也可应用在其他的组合中或单独使用，对此不会离开本发明的范围并且与其是否在组件中或多相功率半导体模块中公开无关。
附图说明
基于在图1至图4中示意性示出的本发明的示例性实施例的以下描述或基于其各个部件，本发明的进一步解释、有利的细节和特征将变得清楚。
图1示出了根据本发明的多相功率半导体模块的三维视图，
图2示出了根据本发明的组件的细节俯视图，
图3示出了根据本发明的组件，
图4示出了根据现有技术的单相功率半导体模块的三维视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的多相功率半导体模块的三维视图。多相功率半导体模块具有框架状的第二壳体40，所述第二壳体40具有壳罩42。在多相功率半导体模块的内部中布置有第二开关装置，该第二开关装置基本是常规设计。第二开关装置在此仅示例性地设计成三相桥接电路并且设置成由DC输入电压产生三相的AC输出电压。
为此，多相功率半导体模块在其第一窄侧406上(也参见图2)具有两个第二DC电压端子件50、52。其分别设计成由冲压弯曲技术制成的扁平状的金属体。两个第二DC电压端子件50、52在其延伸的主要区段上均形成堆叠布置，延伸入端子区段的区域中。在此，如根据图4的标准单相功率半导体模块中一样，两个向上突出的接触面相对于彼此错开。因此可以与对应的DC电压供应件形成极低电感连接(参见图3)。为了使第二DC电压端子件50、52以正确的极性与对应的DC电压供应件连接，DC电压端子件50、52和DC电压供应件以及壳体均具有连续的开口，所述开口彼此对齐。这些开口设计并适合用于容纳电绝缘螺旋连接件的一个区段。
在与第一窄侧406相对的壳体40的第二窄侧408上，沿法向方向N2彼此相邻布置有多个接触区域44(也参见图2)。在该实施例中，在每个接触区域44上都布置有第二AC电压端子件54。对于具有仅两个AC电压端子件54的开关装置，优选中间的支撑面保持自由。
壳体40的相应接触区域44以及对应的AC电压端子件54和布置在此处的第二AC电压供应件94(参见图3)均具有彼此对齐的连续的开口440、540、940(参见图3)。开口为此设置用于且适合用于容纳优选电绝缘的螺旋连接件的一个区段。
多相功率半导体模块4还具有多个第二辅助端子件56，其布置为接近两个纵向侧402、404的边缘并且在此设计成按压销端子件。
类似于根据图4的单相功率半导体模块，多相功率半导体模块4还具有布置在中央的安装开口410，安装开口设计且设置将相应的功率半导体模块以导热的方式固定在冷却装置中。
图2示出了根据本发明的组件的细节的俯视图，其尤其用于确定几何参数，而图3示出了根据本发明的具有其他部件的组件。功率半导体模块2、4中的每一个都具有基本矩形轮廓，其均具有第一窄侧和与其相对的第二窄侧206、208、406、408、包括法向矢量N1、N2的第一长侧202、402和与第一长侧相对的第二长侧204、404。在此，所有的功率半导体模块2、4具有相同的长度214、414并且优选如此处所示也具有相同的宽度212、412。
根据图3示出的本发明的功率电子组件1具有三个布置成行的单相功率半导体模块2和继续该行的多相功率半导体模块4。在此，所有第一纵向侧202、204的法向矢量N1、N2(参见图2)指向相同的方向。
每个单相功率半导体模块2(也参见图4)具有包括壳罩22的框架状的第一壳体20、两个第一DC电压端子件30、32、第一AC电压端子件34、第一辅助端子件36和第一开关装置。
根据图1的多相功率半导体模块4具有包括壳罩42的框架状的第二壳体40、两个第二DC电压端子件50、52、至少两个第二AC电压端子件54、第二辅助端子件56和第二开关装置502。
重要的是，第一和第二DC电压端子件30、32、50、52均在其长度的一个区段中并且在端子区段上形成堆叠，并且以相同的方式设计，甚至设计为相同的，由此它们可以简单地连接至相同的DC电压供应件70、72。
在此，所有功率半导体模块2、4的第一和第二DC电压端子件30、32、50、52都布置在相同的第一窄侧206、406上。
另外，为了清楚，形成堆叠的DC电压供应件70、72示出为与功率半导体模块2、4间隔开，DC电压供应件在此形成未示出的电容装置的DC电压供应线路7。DC电压供应件70、72以正确的极性与所有的DC电压端子件30、32、50、52、即连接至单相功率半导体模块2的DC电压端子件以及多相功率半导体模块4的DC电压端子件。具体而言，为了能够简单地连接所有的DC电压端子件30、32、50、52，在所有的功率半导体模块中，其至少在端子区域中设计为相同的。
当然，为了使得不同极性的元件之间电绝缘，DC电压端子件30、32、50、52以及DC电压供应件70、72具有中间绝缘层38、58、78。
此外，相应的壳体2、4和DC电压端子件30、32、50、52以及在此还有DC电压供应件70、72具有开口200、300、700，开口设计且设置用于容纳压力件的区段，压力件设计成将DC电压供应件70、72的相应堆叠按压在DC电压端子件30、32、50、52的堆叠上，并且将其按压在壳体20、40的对应的接触区域上。
单相功率半导体模块2均具有第一AC电压端子件34，其设置且设计成连接至第一AC电压供应线路，所述第一AC电压供应线路具有三个AC电压供应件84。为了清楚，这些AC电压供应件84也示出为与对应的单相功率半导体模块2间隔开，并且在此形成第一三相电动马达的端子。
多相功率半导体模块4具有三个第二AC电压端子件54，其设置且设计成与第二AC供应线路9连接，所述第二AC供应线路9具有三个AC电压供应件94。为了清楚，这些AC电压供应件94也示出为与对应的多相功率半导体模块4间隔开，并且在此形成第二三相电动马达的端子。第二三相电动马达的端子比第一三相电动马达的端子具有更低的功率。
此外，相应的壳体20、40和AC电压端子件34、54以及这里还有AC电压供应件84、94具有开口240、340、840、940，其设计且设置成容纳压力件的区段，其设计成将相应的AC电压供应件84、94按压在对应的AC电压端子件34、54上，并且将其按压在壳体20、40的对应的接触区域44上。
所有的功率半导体模块的所有的第一和第二AC电压端子件34、54布置在相应的功率半导体模块2、4的相同的第二窄侧206、406上。因此，根据本发明的组件沿着第一窄侧206、406具有所有的DC电压端子件30、32、50、52并且在第二窄侧208、408上具有所有的AC电压端子件34、54。这实现了非常有效且紧凑的设计，并且还实现了DC电压侧的非常低的电感。
每个功率半导体模块2、4还具有辅助端子件36、56，其分别沿着相应的功率半导体模块2、4的一个或两个纵向侧202、204、402、404布置。辅助端子件36、56用于导电地连接到所有功率半导体模块2、4的共同的驱动装置6。这分别部分地遮盖了所有的功率半导体模块2、4。
图4示出了根据现有技术的单相功率半导体模块2的三维视图。该单相功率半导体模块2具有框架状的第二壳体20，第二壳体具有壳罩22。在单相功率半导体模块2内部布置有第一开关装置，所述第一开关装置基本是标准设计。第一开关装置在此仅示例性地设计成单相桥接电路，并且设置成由DC输入电压产生单相的AC输出电压。
为此，单相功率半导体模块2在其第一窄侧206具有两个第一DC端子件30、32。这与根据图1的多相功率半导体模块的第一DC端子件相同。在壳体20的与第一窄侧206相对的第二窄侧208上布置有第一AC端子件34。
此外，单相功率半导体模块2具有多个第一辅助端子件36，其布置为接近第一纵向侧204的边缘并且在此设计成按压销端子件。
此外，类似于根据图1的多相功率半导体模块，单相功率半导体模块2具有布置在中央的安装开口210，其设计且设置用于以导热方式将相应功率半导体模块固定在冷却装置上。
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