功率模块组件的制作方法

专利名称：功率模块组件的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及功率变换器，并且更特别地，涉及一种用于车辆功率变换器的功 率模块组件。
背景技术：
电动车辆和混合动力电动车辆通常使用输送直流电(DC)的高压电源(例如，电池 组或燃料电池)以驱动车辆的电动机、电力牵引系统(ETS)和其它车辆系统。ETS通常处在 变速电动机驱动(VMD)模块的控制下，所述模块通常包括至少一个功率变换器系统，所述 功率变换器系统被设计为用于将DC电源的输入信号转换为与电机和其它各种电气部件相 容的交流电(AC)输出信号。这样的功率变换器系统通常包括集成栅双极晶体管(IGBT)和 电容器模块，其通过在变换器中分配电流的双极汇流排(busbar)和/或电缆组件相互连接。IGBT模块通常包括多个用于将DC输入信号转换为AC输出信号的独立的功率模 块。因为附随的电子部件(例如，AC和DC电缆、汇流排组件)和其它的分立和集成的部件 (例如，功率二极管和独立的IGBT)常常具有固有的电容和/或电感，因此这样的循环可能 产生杂散AC电流(或“共模”电流)。共模电流可能产生通常所不期望的电磁干扰(EMI) 辐射，该电磁干扰辐射能够对其它邻近的基于射频的电子系统(例如，无线电接收机、蜂窝 式电话等)的性能造成不利的影响。因为EMI发射通常随共模电流从地到其正的或负的汇 流排源(busbar source)所行进的距离而增加，因此许多车辆上的功率变换器在接地的变 换器底座内都包括有连接在汇流排和/或电缆与底座之间的滤波电容器，所述滤波电容器 为这种电流提供了从地到电源的缩短且低阻抗的路径。但是，以这种方式构造的滤波电容器存在多个缺点。电容器滤波器远离功率模块 和IGBT装置放置，而多数共模电流都是源于所述功率模块和IGBT装置的。结果，“回路区 域”或由地路径上的这些电流所环绕的区域可能足以产生相当高水平的EMI辐射。这种情 况在功率变换器底座和DC电源具有可感知的分离的车辆中可能被增强。此外，在电容器电 极和汇流排/底座表面之间获得可靠的连接可能是特别具有挑战性的，并且通常大大增加 制造/组装成本和复杂性。因此，希望提供一种具有减小的EMI辐射的功率模块组件。此外，还希望这样的组 件容易制造。此外，结合附图以及前面的技术领域和背景技术，由随后的详细描述和所附权 利要求书，本发明的其它令人期望的特征和特性将变得显而易见。

发明内容
根据各个实施例，提供了一种适于配置在车辆功率变换器内的功率模块组件，其中，该功率变换器具有接地底座。功率模块组件包括被电耦接至底座的导电基层、布置在导 电基层上的绝缘层、布置在绝缘层上的第一导电节点、和布置在绝缘层上的第二导电节点， 其中第一导电节点和第二导电节点彼此电绝缘。功率模块组件还包括第一电容器，该第 一电容器具有被电连接至导电基层的第一电极和被电连接至第一导电节点的第二电极；以 及，进一步包括第二电容器，该第二电容器具有被电连接至导电基层的第一电极和被电连 接至第二导电节点的第二电极。本发明还提供下面的解决方案。方案1 一种适于配置在车辆功率变换器内的功率模块组件，所述功率变换器具 有接地底座，所述功率模块组件包括电耦接至所述底座的导电基层；布置在所述导电基层上的绝缘层；布置在所述绝缘层上的第一导电节点；布置在所述绝缘层上的第二导电节点，所述第一导电节点和所述第二导电节点彼 此电绝缘；第一电容器，所述第一电容器具有电连接至所述导电基层的第一电极，并且还具 有电连接至所述第一导电节点的第二电极；和第二电容器，所述第二电容器具有电连接至所述导电基层的第一电极，并且还具 有电连接至所述第二导电节点的第二电极。方案2 根据方案1所述的组件，还包括第三电容器，所述第三电容器具有电连接 至所述导电基层的第一电极，并且还具有连接至所述第一导电节点的第二电极。方案3 根据方案2所述的组件，还包括第四电容器，所述第四电容器具有电连接 至所述导电基层的第一电极，并且还具有电连接至所述第二导电节点的第二电极。方案4 根据方案1所述的组件，其中，所述绝缘层还包括从其中穿过的开口，并且 所述第一电容器的第一电极和所述导电基层通过所述开口被电连接在一起。方案5 根据方案4所述的组件，还包括位于所述开口中的电绝缘套管，所述套管 构造成使所述第一电容器的第一电极与所述第一导电节点电绝缘。方案6 根据方案1所述的组件，其中，所述绝缘层还包括侧表面，并且其中所述第 一电容器的第一电极和所述导电基层跨越所述侧表面被电连接在一起。方案7 根据方案1所述的组件，其中，所述第一电容器具有从大约IOOpF到大约 IyF的电容。方案8 根据方案7所述的组件，其中，所述第一电容器具有从大约IOOnF到大约 0. 5yF的电容。方案9 一种适于配置在车辆中并被构造为电耦接至具有第一端子和第二端子的 DC电源的功率变换器组件，所述组件具有接地底座，所述组件包括功率模块，所述功率模块包括电耦接至所述底座的第一导电层；布置在所述第一导电层上的电绝缘层；布置在所述电绝缘层上并被电耦接至所述DC电源的第一端子的第二导电层；和布置在所述电绝缘层上并被电耦接至所述DC电源的第二端子的第三导电层，所述第二导电层和所述第三导电层彼此电绝缘；第一电容器，所述第一电容器具有电连接至所述第一导电层的第一电极，并且还 具有电连接至所述第二导电层的第二电极；和第二电容器，所述第二电容器具有被电连接至所述第一导电层的第一电极，并且 还具有被电连接至所述第三导电层的第二电极。方案10 根据方案9所述的组件，还包括第三电容器，所述第三电容器具有电连接 至所述第一导电层的第一电极，并且还具有电连接至所述第二导电层的第二电极。方案11 根据方案10所述的组件，还包括第四电容器，所述第四电容器具有电连 接至所述第一导电层的第一电极，并且还具有电连接至所述第三导电层的第二电极。方案12 根据方案9所述的组件，其中，所述电绝缘层还包括从其中穿过的开口， 并且所述第一电容器的第一端子穿过所述开口连接至所述第一导电层。方案13 根据方案9所述的组件，其中，所述电绝缘层具有侧表面，并且其中所述 第一电容器的第一端子跨越所述侧表面连接至所述第一导电层。方案14 一种适于配置在车辆中的功率变换器系统，所述车辆具有电接地的框 架，所述组件包括DC电源组件，所述DC电源组件包括壳体，所述壳体布置在所述车辆中，并包括被电耦接至所述框架的导电构件；DC电源，所述DC电源布置在所述壳体中并具有第一端子和第二端子；第一电容器，所述第一电容器布置在所述壳体中，并且具有电耦接至所述导电构 件的第一电极以及电耦接至所述第一端子的第二电极；和 第二电容器，所述第二电容器布置在所述壳体中，并且具有电耦接至所述导电构 件的第一电极以及电耦接至所述第二端子的第二电极。方案15 根据方案14所述的组件，还包括第三电容器，所述第三电容器布置在所述壳体中，并具有电耦接至所述导电构件 的第一电极以及电耦接至所述第一端子的第二电极；和第四电容器，所述第四电容器布置在所述壳体中，并具有电耦接至所述导电构件 的第一电极以及电耦接至所述第二端子的第二电极。方案16 根据方案14所述的组件，还包括功率变换器，所述功率变换器具有电耦 接至所述框架的底座，并且具有布置在所述底座中的功率模块，所述功率模块包括电耦接至所述底座的第一导电层；布置在所述第一导电层上的电绝缘层；布置在所述电绝缘层上，并且电耦接至所述DC电源的第一端子的第二导电层；布置在所述电绝缘层上，并且电耦接至所述DC电源的第二端子的第三导电层，所 述第二导电层和所述第三导电层彼此电绝缘；第三电容器，所述第三电容器具有电连接至所述第一导电层的第一电极，并且还 具有电连接至所述第二导电层的第二电极；和第四电容器，所述第四电容器具有电连接至所述第一导电层的第一电极，并且还 具有电连接至所述第三导电层的第二电极。方案17 根据方案16所述的组件，还包括
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第五电容器，所述第五电容器具有电连接至所述第一导电层的第一电极，并且还 具有电连接至所述第二导电层的第二电极；和第六电容器，所述第六电容器具有电连接至所述第一导电层的第一电极，并且还 具有电连接至所述第三导电层的第二电极。方案18 根据方案17所述的组件，还包括第七电容器，所述第七电容器布置在所述壳体中，并具有电耦接至所述导电构件 的第一电极以及电耦接至所述第一端子的第二电极；和第八电容器，所述第八电容器布置在所述壳体中，并具有电耦接至所述导电构件 的第一电极以及电耦接至所述第二端子的第二电极。方案19 根据方案16所述的组件，其中，所述电绝缘层还包括侧表面，并且所述第 三电容器的第一电极跨越所述侧表面电连接至所述第一导电层。方案20 根据方案16所述的组件，其中，所述电绝缘层还包括从其中穿过的开口， 并且所述第三电容器的第一电极穿过所述开口电连接至所述第一导电层。


将在下文中结合附图描述本发明，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并 且图1是示例性车辆的示意图，其中根据示例性实施例示出了功率变换器和DC电源 与车辆的各种子部件集成的方式；图2是图1中所描绘的具有根据示例性实施例的功率模块组件的功率变换器的示 意图；图3是图2中所描绘的示例性功率模块组件的剖视图，其中根据示例性实施例示 出了滤波电容器被集成在其中的方式；图4是图2中所描绘的示例性功率模块的剖视图，其中根据另一个示例性实施例 示出了滤波电容器被集成在其中的方式；和图5是图1中所描绘的可配置在车辆中且包括功率变换器和DC直流电源组件的 车辆功率变换器系统的示意图，其中具有根据进一步的示例性实施例的滤波电容器。
具体实施例方式这里描述的本发明的各种实施例提供了用于通过对来自车辆功率变换器系统的 共模电流进行滤波从而抑制EMI辐射的组件。包括至少一对电容器的这些组件可以被集成 在功率变换器内的功率模块中，或者可以被集成到布置在车辆内任意便利位置中的DC电 源组件中。基于功率模块的集成包括连接在地和功率模块的正DC节点之间的第一电容器， 以及连接在地和功率模块的负DC节点之间的第二电容器。DC电源式集成包括耦接在车辆 的地和正DC电源电极(或端子)之间的第一电容器，以及耦接在地和负DC电源端子之间 的第二电容器。在任一构造中，电容器均为共模电流提供了从地到其来源处的更近且低阻 抗的路径，从而减小了回路区域(loop area)，并因此抑制了 EMI辐射。图1是根据本发明的一个示例性实施例的示例性车辆10的示意图。车辆10包括 底盘12、车身14、四个车轮16、和电子控制系统(或电子控制单元(ECU))18。车身14被布置在底盘12上并且基本上包围车辆10的其它部件。车身14和底盘12可以共同形成框架。 每个车轮16在车身14的相应角部附近被旋转地耦接至底盘12。车辆10可以是多种不同类型的汽车中的任一种，例如轿车、货车、卡车或运动型 多用途车辆(SUV)，并且可以是两轮驱动的(2WD)(即，后轮驱动或前轮驱动)、四轮驱动的 (4WD)、或全轮驱动的(AWD)。车辆10也可以结合有各种不同类型的发动机(或致动器)中 的任一种或其组合，所述发动机例如为以汽油或柴油作为燃料的燃烧发动机、“灵活燃料车 辆”(FFV)发动机(即，使用汽油和乙醇的混合物)、以气体化合物(或混合物)(例如，氢和 /或天然气)作为燃料的发动机、或燃料电池、燃烧发动机/电动机式的混合动力发动机、和 电动机。在图1中示出的示例性实施例中，车辆10是混合动力车辆，其进一步包括致动器 组件(或动力系)20、电池(或DC电源)组件22、电池电量状态(SOC)系统24、功率变换器 组件26、和散热器28。电池组件22可以位于车辆10的任意适当的区域中，例如位于车辆 的后部，并采用电缆和/或汇流排电耦接至包括功率变换器组件26在内的多个电气部件。 致动器组件20适当地包括内燃机30和电机/发电机(或电动机)系统(或组件)32。在 一个实施例中，电池组件22包括锂离子(Li-ion)电池，该锂离子电池包括任意数量的电池 单元，正如通常使用的那样。ECU 18也可以包括被构造成控制各种车辆功能的变速电动机 驱动模块34，所述功能包括但不限于电机扭矩和速度。功率变换器组件26包括电容器和IGBT模块(未示出)以及被构造成在这些电子 部件和其它相关联的电子部件(例如，DC电源组件22)之间为电流流动提供路径的其它导 电元件。这些导电元件可以包括与导电电缆结合使用的一个或多个汇流排。这样的汇流排 组件可以根据期望被构造成紧凑地装配在电容器和IGBT模块组件之间，从而缩短这些部 件之间的电流路径，以使总的系统电感最小化。图2是示出了功率变换器组件26中的所选部件的示意图，其中功率变换器组件26 包括用于在根据第一示例性实施例的车辆10(图1)内使用的功率模块。图3是图2中所 描绘的示例性功率模块组件的剖视示意图，其中根据示例性实施例示出了滤波电容器被集 成在其中的方式。参照图2，功率变换器组件26包括壳体(或底座)40、IGBT模块44、和适 当的电流分配装置，例如汇流排48。底座40为包含在功率变换器组件26中的电子部件提 供封闭的环境保护。底座40本身可以由导电材料制成，并被接地至车辆底盘12(图1)，以 提供用于被容纳的电气部件的接地源(ground source)，或者底座40也可以包含适用于该 目的的一个或多个接地的导电构件。IGBT模块44可以包含任意数量的独立的功率模块，并 且在图2中示出的实例中，包含三个这样的功率模块52-54。汇流排48以常规的方式被构 造成从DC电源组件22中的电池50接收双极性DC输入信号(图1)，并向模块52-54中每 一个的对应输入节点分配正的和负的DC信号。因为模块52-54在功能和构造上相似，所以为了简洁目的，将仅对第一模块52进 行详细的描述。第一模块52分别包括正的DC输入节点58和负的DC输入节点62，每个节 点均通过汇流排48被电耦接至电池50的正端子和负端子。第一模块52在其外表面包括 第一导电层66和第二导电层70，这些层彼此电绝缘并分别电耦接至正的输入节点58和负 的输入节点62。导电层66和70可以由任意适当的导电材料制成，例如铜或其合金。导电 层66和70中的每一个可以具有任意数量的功率装置，所述功率装置包括至少一个独立的IGBT和一个电连接至其上的功率二极管。例如，第一导电层66具有第一 IGBT 74和第一功 率二极管78，而第二导电层70具有第二 IGBT 82和第二功率二极管86。参照图3，第一功 率模块52还具有接地的导电基层90，导电基层90通过插入的绝缘层110从而与第一导电 层66和第二导电层70绝缘。在一个实施例中，导电基层90包括被构造成在底座40内便 于机械耦接和电接地的至少一个接地突出部(tab)94。第一模块52还包括被构造成从模块 52向适当的AC系统传送单相AC输出信号的AC输出节点96。第一功率模块52包括第一电容器98，第一电容器98具有电连接至第一导电层66 的第一电极118、和通过与导电基层90的电连接从而与地电连通(接地)的第二电极122。 在一个实施例中，第二电极122通过到突出部94的电连接接地。再次参照图2，第一模块 52还包括具有两个电极的第二电容器102 第一电极通过到第二导电层70的连接从而与负 的DC输入节点62电连通，第二电极电连接至导电基层90 (图3)。通过电连接至第二突出 部106 (如所示)，可以以先前关于第一电容器98描述的方式实现接地。第二功率模块53 和第三功率模块54还可以包括与电容器98和102相似的电容器对，其中独立的电容器被 连接在每个模块的正节点和负节点与地之间。具有适当的电容的平衡电容器107可以在任 意适当的位置处并且以任意适当的方式耦接在正的和负的DC电源导体之间，例如，以来自 DC电源组件22的电缆连接方式。平衡电容器107通过抑制正的DC和/或负的DC之间的 电压振荡从而提高了总的系统性能。第一电容器98和第二电容器102可以具有任意适当的电容额定值，其可取决于包 括了相关IGBT的开关频率的多种因素。在一个实施例中，电容器98和102具有从大约100 皮法(pF)到大约1微法(μ F)的电容。在另一个实施例中，电容器98和102具有从大约 100纳法(riF)到大约0. 5微法(μ F)的电容。在操作期间，DC电源组件22提供DC输入信号，该DC输入信号通过汇流排48被 分别分配到正的DC输入节点58和负的DC输入节点62。DC信号通过模块52的功率装置 和其它相关电子部件被转换成通过输出节点96传送的可切换(SWitchable)的单相AC信 号。第一电容器98和第二电容器102提供从地到正的和负的功率模块输入节点的低阻抗 路径，以便用于由这样的电压循环所产生的共模电流。电容器到功率模块输入节点的直接 连接减小了用于这样的共模电流的回路区域，因此抑制了 EMI辐射。再参照图3，功率模块52包括导电基层90、第一导电层66、和介于它们之间的绝缘 层110。导电层被常规地结合至绝缘层110的相对面。导电层66和90可以由适当的导电 材料(例如，铜及其合金)制成。绝缘层110可以由适当的牢固且电绝缘的层(例如，通常 用于电路板衬底类型的环氧树脂)制成。第一 IGBT 74和第一功率二极管78中的每一个 均以常规的方式(例如，焊接)被电连接至第一导电层66的外表面112。在一个实施例中， 导电基层90包括耦接至其的突出部94。在另一个实施例中，突出部94由导电基层90整体 地形成。如这里使用的，术语“整体地联接”或“整体地形成”的意思是第一元件(例如，突 出部94)以连续的方式从第二元件(例如，导电基层90)延伸或过渡，而不是作为具有可清 楚地区分的边界的两个分开的元件。因此，在该实施例中，突出部94是导电基层90的延伸 部，并且因此是其的一体部分。突出部94具有被构造成采用适当的紧固件(未示出)从而 便于连接至底座40(图2)内的接地结构的开口 114。第一电容器98包括电连接至第一导 电层66的第一电极118和电连接至导电基层90的第二电极122。电容器电极到导电层的连接可以常规的方式完成，例如通过焊接来完成。第二电极122被构造为不接触第一导电 层66，从而不会与第一导电层66电短路。在一个实施例中，绝缘层110具有侧表面126，并 且第二电极122跨越侧表面126连接至导电基层90。在另一个实施例中，第二电极122连 接至突出部94。虽然图3示出了第一电容器98跨越侧表面126连接在第一导电层66和导 电基层90之间，但应当认识到，第二电容器102(图2)也可以相似地跨越侧表面126连接 在第二导电层70和导电基层90之间。在操作期间，DC信号以之前所描述的方式被传送至第一导电层66和第二导电层 70 (图2)，并且采用包括了第一 IGBT 74和第一功率二极管78的功率装置将其转换为单相 AC输出信号。第一电容器98提供了从第一导电层66至导电基层90的低阻抗接地路径，以 便用于当这样的输出信号被通断地循环时所产生的共模电流。因为将这些电流从更迂回和 更长的路径分流至地，因此所产生的相关的EMI辐射显著地减少。图4是根据另一个示例性实施例的功率模块130的剖视图。功率模块130包括导 电基层134、第一导电层138、绝缘层142、IGBT 144、和功率二极管148，这些元件以与之前 参照图3中示出的功率模块52所描述的相同的元件相似的方式加以布置。第一导电层138 可以耦接至正的或负的DC输入源节点。电容器152具有通过开口 160并贯穿导电层134 和138以及绝缘层142从而与导电基层134连接的第一电极156。电容器152具有电连接 至第一导电层138的第二电极164。在一个实施例中，开口 160具有沿其内表面排列的非导 电套管168，从而防止第一电极156与第一导电层138短路。套管168可以是任意适当的绝 缘材料(例如，陶瓷)，理想情形中其具有的热膨胀系数与被选择用于导电层134和138的 材料的热膨胀系数相似。在操作期间，如前面描述的那样，共模电流可能由与功率模块130相关联的装置 产生。电容器152为这种电流提供了位于第一导电层138和地之间、以及位于导电基层134 和地之间的低阻抗路径，由此减小了相关的EMI辐射。图5是根据另一个示例性实施例的示意图，其中描述了功率变换器系统180的被 选元件，功率变换器系统180包括电耦接至DC电池组件188的功率变换器184。DC电池组 件188包括壳体(或底座)196和布置在其中的DC电池192，DC电池192相应具有正端子 200和负端子204，并分别被耦接至功率变换器184中的正的DC输入节点206和负的DC输 入节点207。壳体196可以由任意适当的材料(包括被接地至车辆地212的导电材料)制 成，并被用作容纳在壳体196内的电气部件的接地源。如果壳体196不是由导电材料制成， 那么壳体196还可以包含适用于该目的并且与地212电连通的至少一个接地的导电构件。 DC电池组件188和功率变换器184之间的电耦接包括双极电缆组件208，其可以包括适当 的屏蔽物。本领域的技术人员将认识到，DC电池组件188可以被布置成距离功率变换器184 任意适当的距离(包括位于车辆的基本相对的端部)，并可以包含用于将DC电池192电耦 接至变换器184的额外部件，例如，一个或多个汇流排。DC电池组件188包括布置在壳体196中的第一电容器210，其具有耦接至正端子 200的第一电极，并具有耦接至车辆地212的第二电极。组件188还包括布置在壳体196中 的第二电容器214，其具有耦接至负端子204的第一电极，并具有耦接至地212的第二电极。 如果使用了电缆组件208或汇流排(未示出)中的一个的话，那么电容器的电极至电池端 子的耦接可以通过耦接至电缆组件208或汇流排从而常规地完成。在另一个实施例中，第二对电容器以与第一电容器210和第二电容器214并联的形式耦接在电池端子200、204中 的每一个与地212之间。也就是说，第三电容器218具有耦接至正端子200的第一电极和耦 接至车辆地212的第二电极。第四电容器219被相似地耦接在负端子204和地212之间。功率变换器184包括IGBT模块222和汇流排216，IGBT模块222可以具有任意数 量的独立的功率模块，IGBT模块222和汇流排216都容纳在被电耦接至车辆地212的底座 220中。在图5描述的实例中，IGBT模块222包括三个功率模块224-226，每一个功率模块 都具有耦接至正的DC输入节点206的正的DC输入节点、耦接至负的DC输入节点207的负 的DC输入节点、和耦接至车辆地212的地节点。例如，功率模块正的DC输入节点230-232 中的每一个均被电耦接至正的DC输入节点206，功率模块负的DC输入节点233-235中的每 一个均被电耦接至负的DC输入节点207，并且功率模块的接地节点236-238中的每一个均 被电耦接至车辆地212。每一个功率模块的正的和负的输入节点中的每一个均包括至少一 个IGBT/功率二极管对，正如通常使用的那样。每个功率模块的DC输入节点均包括电连接 在该节点和每个功率模块底部上的地节点之间的电容器。例如，电容器240-242中的每一 个具有分别被连接至正的DC输入节点230-232的第一电极，并且其每一个还具有分别被连 接至地节点236-238的第二电极。相似地，电容器244-246中的每一个具有分别被连接至 负的DC输入节点233-235的第一电极，并且其每一个还具有分别被连接至地节点236-238 的第二电极。在另一个实施例中，第一功率模块224具有并联于电容器240和244连接的第二 对电容器。这样的构造可以被用于减小电容器的内部阻抗和电感，由此进一步减小EMI辐 射。也就是说，第一并联电容器248具有连接至正的DC输入节点230的第一电极，并具有 连接至地节点236的第二电极，因此与第一电容器240并联连接。相似地，第二并联电容器 250具有连接至负的DC输入节点233的第一电极，并具有连接至地节点236的第二电极，因 此与第二电容器244并联连接。虽然来自上述每个电容器的一个电极被描述为连接至地节 点，但是应当理解的是，这些接地的电极被连接至相关功率模块上的导电基层，或被连接至 接地突出部，该接地突出部如先前所描述并示出的那样(例如，在图3中)被电耦接至该导 电基层。由于之前参照平衡电容器107所讨论的原因，所以适当的平衡电容器252可以被 耦接在正的和负的DC电源导体之间，例如，被耦接在电缆组件208(如所示)的正线和负线 之间，或者被耦接在汇流排216的正节点和负节点之间。在操作期间，DC电池192提供了通过电缆组件208传导至汇流排216的DC输入信 号。汇流排216将该DC信号相应分配到功率模块224-226的正的DC输入节点230-232和负 的DC输入节点233-235。这些功率模块中的每一个均提供了被引向适当AC系统(例如，电 动机254)的单相AC输出信号。由功率模块产生的共模电流通过电容器240-242 (如果使用 的话，还通过电容器248)从正的功率输入模块节点分流至地，并且通过电容器244-246 (如 果使用的话，还通过电容器250)从负的功率模块输入节点分流至地。相似地，DC电池组件 188中产生的共模电流通过电容器210 (如果使用的话，还有电容器218)从正的DC电缆/ 节点分流至地，并且通过电容器214(如果使用的话，还通过电容器219)从负的DC电缆/ 节点分流至地。根据DC电池组件188和/或功率模块224-226中的任一个的需要，可以将 额外的电容器对与第一电容器对并联连接。因此，本文所描述的本发明的各种实施例提供了类型为适用于集成到车辆功率变换器系统中并且具有减小的EMI辐射的功率模块和DC电源组件。功率模块包括直接连接 在模块的地节点和正的DC模块输入节点之间的第一电容器，和连接在模块的地节点和负 的DC模块输入节点之间的第二电容器。与功率模块的这种集成减少了将电容器连接至其 它功率变换器部件(例如，连接到电缆或汇流排组件)的需要，因此简化了 IGBT模块的组 装。该集成还减少了对被容纳在变换器底座中的额外的、更大的电容器的需要，因此在空间 上更有效并且重量更轻。DC电源组件包括耦接在车辆地和正的DC电源端子之间的第一电 容器，和耦接在地和负的DC电源端子之间的第二电容器。通过使电容器集成得更靠近DC电 源组件或功率模块中的共模电流源，使得电流回路区域显著地减小，因此，相关的EMI辐射 也被同样地减小。此外，当在变换器底座外和在DC电源组件内使用时，电容器保持远离热 源从而防止由此导致的升高的温度。对于任一种应用，额外的电容器可以并联于第一组电 容器而添加，以获得提高的总体性能。虽然已经以在功率变换器组件中的使用作为背景对 前述实施例中的某一些进行了描述，但是应该理解的是，本发明可以被应用于包括IGBT模 块的其它系统，例如，电动机驱动器，AC-AC转换器、AC-DC转换器等等。前面的描述涉及被“连接”或“耦接”在一起的元件、节点或特征。如这里使用的那 样，除非明确地相反说明，否则“连接”意指一个元件/节点/特征在机械的、逻辑的、电的或 其它适当的意义上被直接联接(或直接连通)至另一个元件、节点或其它特征。同样地，除 非明确地相反说明，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征在机械的、逻辑的、电的或其它 适当的意义上被直接或间接联接(或直接或间接连通)至另一个元件/节点/特征。术语 “示例性”是在“实例”的意义上而不是在“模型”的意义上被使用的。此外，尽管附图可以 描述元件布置的实例，但是在本发明的实际实施例中可以存在额外介入的元件、装置、特征 或部件。而且，尽管在前面的描述中，某些元件可以附有例如“第一”和“第二”等的描述词， 但是应当理解的是，下面的权利要求可以包含以与这些元件在权利要求中被介绍的顺序一 致的不同方式来使用这样的描述词。尽管在前面的详细描述中提供了至少一个示例性的实施例，但是应当理解的是， 存在有多种变型。还应当理解的是，该示例性实施例或多个示例性实施例都仅仅是实例，且 并不意图以任意方式限制本发明的范围、应用、或构造。相反，前面的详细描述将为本领域 的技术人员提供用于实施该示例性实施例或多个示例性实施例的方便的路线图。应当理解 的是，在不背离如所附权利要求书及其法律等同物中所陈述的本发明范围的情况下，可以 在元件的功能和布置中实现各种改变。
权利要求
一种适于配置在车辆功率变换器内的功率模块组件，所述功率变换器具有接地底座，所述功率模块组件包括电耦接至所述底座的导电基层；布置在所述导电基层上的绝缘层；布置在所述绝缘层上的第一导电节点；布置在所述绝缘层上的第二导电节点，所述第一导电节点和所述第二导电节点彼此电绝缘；第一电容器，所述第一电容器具有电连接至所述导电基层的第一电极，并且还具有电连接至所述第一导电节点的第二电极；和第二电容器，所述第二电容器具有电连接至所述导电基层的第一电极，并且还具有电连接至所述第二导电节点的第二电极。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，进一步包括第三电容器，所述第三电容 器具有电连接至所述导电基层的第一电极，并且还具有连接至所述第一导电节点的第二电 极。
3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，进一步包括第四电容器，所述第四电容器 具有电连接至所述导电基层的第一电极，并且还具有电连接至所述第二导电节点的第二电 极。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述绝缘层还包括从其中穿过的开口，并 且所述第一电容器的第一电极和所述导电基层通过所述开口被电连接在一起。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，进一步包括位于所述开口中的电绝缘套 管，所述套管构造成使所述第一电容器的第一电极与所述第一导电节点电绝缘。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述绝缘层还包括侧表面，并且其中，所 述第一电容器的第一电极和所述导电基层跨越所述侧表面被电连接在一起。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一电容器具有从大约IOOpF到大约 IyF的电容。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述第一电容器具有从大约IOOnF到大约 0. 5yF的电容。
9.一种适于配置在车辆中并被构造为电耦接至具有第一端子和第二端子的DC电源的 功率变换器组件，所述组件具有接地底座，所述组件包括功率模块，所述功率模块包括 电耦接至所述底座的第一导电层； 布置在所述第一导电层上的电绝缘层；布置在所述电绝缘层上并被电耦接至所述DC电源的第一端子的第二导电层；和 布置在所述电绝缘层上并被电耦接至所述DC电源的第二端子的第三导电层，所述第 二导电层和所述第三导电层彼此电绝缘；第一电容器，所述第一电容器具有电连接至所述第一导电层的第一电极，并且还具有 电连接至所述第二导电层的第二电极；和第二电容器，所述第二电容器具有电连接至所述第一导电层的第一电极，并且还具有 电连接至所述第三导电层的第二电极。
10. 一种适于配置在车辆中的功率变换器系统，所述车辆具有电接地的框架，所述组件 包括DC电源组件，所述DC电源组件包括壳体，所述壳体布置在所述车辆中，并且包括电耦接至所述框架的导电构件； DC电源，所述DC电源布置在所述壳体内并具有第一端子和第二端子； 第一电容器，所述第一电容器布置在所述壳体中，并且具有电耦接至所述导电构件的 第一电极以及电耦接至所述第一端子的第二电极；和第二电容器，所述第二电容器布置在所述壳体中，并且具有电耦接至所述导电构件的 第一电极以及电耦接至所述第二端子的第二电极。
全文摘要
本发明涉及功率模块组件。具体地，提供了一种适于配置在车辆功率变换器中的功率模块组件，其中功率变换器具有接地的底座。功率模块组件包括被电耦接至底座的导电基层、布置在导电基层上的绝缘层、布置在绝缘层上的第一导电节点、和布置在绝缘层上的第二导电节点，其中第一导电节点和第二导电节点彼此电绝缘。功率模块组件还包括第一电容器，该第一电容器具有被电连接至导电基层的第一电极和被电连接至第一导电节点的第二电极；以及，进一步包括第二电容器，该第二电容器具有被电连接至导电基层的第一电极和被电连接至第二导电节点的第二电极。
文档编号H02M7/48GK101902141SQ201010151670
公开日2010年12月1日 申请日期2010年2月26日 优先权日2009年4月29日
发明者J·B·坎贝尔, S·纽森 申请人:通用汽车环球科技运作公司