电力电子电路与功率模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种电力电子电路，且特别是有关于一种电力电子电路的封装结构。
【背景技术】
[0002]各种运行的电子设备之间以电磁传导、电磁感应和电磁辐射三种方式彼此关联并相互影响，在一定的条件下会对运行的设备和人员造成干扰、影响和危害。20世纪80年代兴起的电磁相容(EMC)学科以研究和解决这一问题为宗旨。国际电工委员会(IEC)对EMC的定义是:指在不损害信号所含信息的条件下，信号和干扰能够共存。该学科主要是研究和解决干扰的产生、传播、接收、抑制机理及其相应的测量和计量技术，并在此基础上根据技术经济最合理的原则，对产生的干扰水平、抗干扰水平和抑制措施做出明确的规定，使处于同一电磁环境的设备都是相容的，同时又不向该环境中的任何实体引入不能允许的电磁扰动。随着现代电子设备在世界范围内的广泛推行，各种电子设备相互关联性也越来越大，。对此，中国、美国、欧洲及世界大多数国家都已制订出或正在制订相关标准，以限制应用于工业和民用的电子产品的EMC。所以对电子产品达到的电磁相容性的相关标准要求也提出了很高的要求。EMC的产品认证，目前主要依据的法规有FCC，CISPR，ANSI，VCCI及EN…等国际规范。这些针对电子产品的EMC标准，主要包括电磁干扰(以下简称EMI)和电磁耐受性(以下简称EMS)两部分。其中EMI主要包含:Radiated Emiss1n 一福射骚扰！ConductedEmiss1n 一传导骚扰；Harmonic —谐波电流骚扰；Flicker —电压变化与闪烁。EMS主要包含:ESD —静电抗扰度；RS —射频电磁场辐射抗扰度；CS —射频场感应的传导骚扰抗扰度；DIP -电压暂降，短时中断和电压变化抗扰度；SURGE —浪涌(冲击)抗扰度；EFT —电快速瞬变脉冲群抗扰度；PFMF —工频磁场抗扰度。另外，不同的电子产品，所对应的EMC标准也不同。如:在中国，家用电器辐射适用于EN55014，照明电器辐射适用于EN55015，其他还有针对医疗电子设备，信息技术设备等的EMC标准。在大多数电子设备中，如何减小EMI骚扰是一项很重要的设计指标，解决EMI骚扰不但会耗费较大的人力和时间，而且一旦设计定型以后很难修正。现代电力电子设备是一种由电力电子器件组成的、用以对工业电能进行变换和控制的大功率电子电路。首先，大功率电力电子电路在工作过程中会产生变化速率都非常巨大的电压和电流信号，这些迅速变化的电压和电流信号是强烈的EMI骚扰源；其次，大功率电力电子电路体积都较大，EMI骚扰较难遮罩，因此电力电子的EMI骚扰就是一项比较难解决的技术。而随着电力电子半导体器件的进步，一些新型的半导体器件已经陆续出现。新型半导体器件具有更高的工作速度，如碳化硅，氮化镓器件，这些新型器件应用于电力电子电路中将产生变化速率更高的电压、电流信号。这也将会对电力电子设备提出更高的EMI骚扰设计要求。所以快速、方便、有效地解决EMI骚扰，将成为未来电力电子设备的重要努力方向。为此需要提出新的技术解决方案，快速、方便、有效地解决电力电子EMI骚扰。
[0003]现有的降低电力电子设备EMI骚扰的方法有:EMI骚扰构成主要由三部份组成:EMI骚扰源，EMI骚扰路径，受EMI骚扰物件。电力电子设备的EMI骚扰设计，主要采用减小EMI骚扰源和改变EMI骚扰路径的方法来降低EMI骚扰。但现有技术，虽然能够有效地降低电力电子设备的EMI骚扰，但需要增加额外的成本，额外功率损耗，或者需要有经验的工程师花费较长的设计时间；而且有时候这些手段和方法也并不能完全有效。如何快速、低损耗、低成本地解决电力电子EMI骚扰，仍然是一个需要亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的一目的是在提供一种电力电子电路，以解决先前技术存在的问题。
[0005]于一实施例中，本发明所提供的一种电力电子电路包括参考地与差模回路单元。差模回路单元具有电容性元件、开关与电子器件，其中电容性元件具有第一端，开关具有第一端与该电容性元件串接，电子器件具有第一端，电子器件与电容性元件及开关串接，电容性元件与开关被封装在一功率模块内，功率模块具有一走线与至少一接地引脚连接至参考地，其中开关的第一端或电子器件的第一端仅通过该走线连接至电容性元件的第一端，且电容性元件的第一端是经由接地引脚连接至参考地。
[0006]于一实施例中，本发明所提供的一种功率模块适用于电力电子电路，电力电子电路具有参考地与差模回路单元，差模回路单元具有电容性元件、开关与电子器件，电容性元件具有第一端，开关具有第一端与电容性兀件串接，电子器件具有第一端，电子器件与电容性元件及开关串接。功率模块包括电容性元件、开关、走线以及接地引脚，接地引脚连接至参考地，其中开关的第一端或电子器件的第一端仅通过走线连接至电容性元件的第一端，且电容性元件的第一端是经由接地引脚连接至参考地。
[0007]于一实施例中，电容性元件为电容器。
[0008]于一实施例中，开关为主动开关器件或被动开关器件。
[0009]于一实施例中，电子器件为半导体器件或无源器件。
[0010]于一实施例中，电子器件被封装在功率模块的内部。
[0011]于一实施例中，电子器件是设置在功率模块的外部。
[0012]于一实施例中，电力电子电路还包括一屏蔽外壳(Shell)与一变换电路。变换电路设置在屏蔽外壳中，其中变换电路的内部设有差模回路单元，其中差模回路单元的数量为单个。
[0013]于一实施例中，变换电路为一升压电路，升压电路包括晶体管开关、二极管与输出滤波电容器彼此相连以构成差模回路单元。
[0014]于一实施例中，功率模块的接地引脚的数量为多个。
[0015]于一实施例中，电力电子电路还包括一屏蔽外壳与一变换电路。变换电路设置在屏蔽外壳中，其中变换电路的内部设有差模回路单元，其中差模回路单元的数量为多个。
[0016]于一实施例中，电力电子电路还包括一屏蔽外壳与多个变换电路。多个变换电路设置在屏蔽外壳中，其中多个变换电路中设有差模回路单元，其中差模回路单元的数量为多个。
[0017]于一实施例中，多个变换电路包括一升压电路与一反驰式电路，升压电路包括第一晶体管开关、第一二极管与一输出滤波电容器，第一晶体管开关的第一端电性连接至第一二极管的阳极，第一二极管的阴极电性连接至输出滤波电容器的第一端，输出滤波电容器的第二端电性连接至第一晶体管开关的第二端；反驰式电路包括第二晶体管开关与变压器，第二晶体管的第一端电性连接至该变压器的原边绕组的一端，变压器的原边绕组的另一端电性连接至第一二极管的阴极以及输出滤波电容器的第一端；其中，第一晶体管开关、第一二极管、输出滤波电容器与第二晶体管开关被封装在功率模块内，且输出滤波电容器的第二端以及该第二晶体管的第二端均电性连接至接地引脚。
[0018]于一实施例中，第一晶体管开关、第一二极管与输出滤波电容器构成多个差模回路单元中的一第一差模回路单元，变压器的原边绕组与第二晶体管开关与输出滤波电容器构成多个差模回路单元中的一第二差模回路单元。
[0019]于一实施例中，反驰式电路还包括第二二极管与滤波电容器，该第二二极管与该滤波电容器也被封装在该功率模块内，并且第二二极管、滤波电容器与变压器的副边绕组串联以构成多个差模回路单元中的一第三差模回路单元。
[0020]于一实施例中，第二晶体管的第二端所电性连接的接地引脚与变压器的副边绕组所连接的滤波电容器的一端之间是由一共模滤波电容器相连，共模滤波电容器被封装于功率模块中。
[0021]于一实施例中，多个变换电路包括一高功率因数校正(HPFC)电路与一 LLC谐振电路。
[0022]于一实施例中，功率模块采用单列直插式封装，功率模块的高度〈40_，功率模块的宽度<60mm，功率模块的厚度<6mm。
[0023]于一实施例中，多个变换电路包括一图腾柱功率因数校正电路(totem pole PFC)与一 LLC谐振电路。
[0024]于一实施例中，多个变换电路包括一双重升压功率因数校正(Dual Boost PFC)电路与一 LLC谐振电路。
[0025]于一实施例中，多个变换电路中任一者为全桥变换电路、半桥变换电路、降压式变换电路、高功率因数校正电路、LLC谐振电路或双重升压电路。
[0026]综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。鉴于现有的电力电子设备的布局通常会产生较大的射频骚扰，本发明的封装结构可以大幅度降低差模返回路径的阻抗及系统内部的共模阻抗，在实际应用中可以有效降低数dBuV?数十dBuV的射频骚扰强度；同时也可以大大降低射频骚扰的设计和调试时间。
[0027]以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。
【附图说明】
[0028]为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下:
[0029]图1a所示为本发明一实施例的电力电子电路的封装结构；
[0030]图1b所示为本发明另一实施例的电力电子电路的封装结构；
[0031]图2所示为本发明一实施例的一个功率模块内部含多个差模回路单元的器件；
[0032]图3所示为本发明一实施例的一个功率模块内部封装有三个及三个以上的差模回路单元；
[0033]图4所示为本发明一实施例的应用于包含隔离的变换电路的功率模块；
[0034]图5是绘示本发明一实施例的单变换电路的功率模块；
[0035]图6是依据本发明一实施例所绘示的图5中的封装模块及其与外电路的连接结构示意图；
[0036]图7是依据本发明另一实施例所绘示的图5中的封装模块及其与外电路的连接结构示意图；
[0037]图8是绘示本发明一实施例的多个变换电路的功率模块；
[0038]图9是依据本发明一实施例所绘示的图8中的封装模块及其与外电路的连接结构示意图；
[0039]图10是绘示本发明另一实施例的多个变换电路的功率模块；
[0040]图11是依据本发明一实施例所绘示的图10中的封装模块及其与外电路的连接结构示意图；
[0041]图12是依据本发明另一实施例所绘示的图10中的封装模块及其与外电路的连接结构示意图；
[0042]图13所示为本发明的另一实施例的两个串联变换电路及其射频骚扰传递示意图；
[0043]图14所示为图13中的封装模块及其与外部线路的连接结构示意图；
[0044]图15所示是一款应用与服务器电源系统的封装模块；以及