在电力传输网络中，交流电(ac)电力通常被转换为直流电(dc)电力，以供经由架空线和/或海底缆线进行传输。此转换免于需要补偿由即传输线或电缆外加的ac电容负载效应，并减少了每千米线和/或电缆的成本，且因此当需要远距离传输电力时变得有成本效益。
hvdc转换器用于在ac电力与dc电力之间进行转换且此类转换器是含有一个或多个功率半导体模块的电气设备项的一个实例，但是其它电气设备项也可进行所述转换。通常，此类功率半导体模块包括一个或多个半导体开关元件，例如，呈绝缘栅双极晶体管(igbt)或链节子模块的形式，且在hvdc转换器中此类功率半导体模块是关键部件，原因是其中的半导体开关元件充当受控整流器以将ac电力转换为dc电力和将dc电力转换为ac电力。
根据本发明的一方面，提供一种功率半导体模块，包括：
外壳，至少一个半导体开关元件位于所述外壳内，所述外壳包括能够通过配合的通风口盖(ventcover)选择性地打开和关闭的通风孔(ventaperture)，
通风口盖在功率半导体模块的正常工作期间保持在打开位置中以打开通风孔并为外壳内的所述或每个半导体开关元件提供通风，和
通风口盖由于由外壳内部的爆炸事件所致的外壳内的压力增大而被推入关闭位置中以关闭通风孔并阻止爆炸气体和/或残渣经由通风孔从外壳逸出。
具有通常保持在打开位置中从而使得通风孔被打开从而为外壳内的所述或每个半导体开关元件提供通风的通风口盖允许在绝大多数时间，即，在功率半导体模块的例行工作期间，对所述或每个所述内部半导体开关元件进行最大程度的不受约束的空气冷却。
同时，一旦外壳内发生爆炸事件，那么由于这种严重事件而将通风口盖推入关闭位置中从而关闭通风孔且由此基本上防止例如等离子体的爆炸气体和/或例如半导体开关元件碎片等爆炸残渣经由通风孔逸出的选项有利地包括此类材料。
另外，关闭通风孔还提供通过其它淬灭、例如被网覆盖的通风口引导所产生的爆炸气体和残渣的机会，这一网覆盖的通风口通常情况下限制可用适当通风的量，但尽管如此却有可能减少气体的温度或永久性地保留残渣。或者，关闭通风孔可提供在优选流出方向上引导所产生的物质的选项，所述优选流出方向被形成以最小化继而发生的闪络(flashover)或附近人员受伤的风险。
优选地，通风口盖被配置成在压力增大减弱后返回到其打开位置。
例如一旦功率半导体模块的某一形式的持续工作成为可能，这种特征就实现仅在发生爆炸事件时临时关闭通风孔，而此后重新打开通风孔以恢复所述或每个半导体开关元件的通风。
视需要，通风口盖通过以下中的一个而保持在其打开位置中：
偏置构件；和
重力。
用于将通风口盖保持在其打开位置中的以上提及的选项都没有移动部分且因此能够可靠而连续地工作而只需要很少持续维护或不需要持续维护。
同时，当被正确地校准时，可临时克服所述偏置构件和重力对将通风口盖保持在其打开位置中的影响以便准许选择性关闭通风孔。
通风口盖可被配置成在压力增大减弱后保持在其关闭位置中。
此类永久性关闭，例如，直到维护工程师进行一定矫正措施为止，可有效地帮助防止在爆炸事件之后爆炸残渣从外壳掉落。
在本发明的优选实施例中，通风口盖通过以下中的一个或多个保持在其打开位置中：
一次性支撑构件；和
双动式支撑构件(double-actingsupportmember)。
优选地，一次性支撑构件中的至少一个是以下中的一个：
可折叠构件(collapsiblemember)；
脆弱构件(frangiblemember)；
易碎构件(friablemember)；和
能够相对于彼此选择性移动的一对能够相互配合的构件。
以上提及的选项中的每一个可根据需要将通风口盖可靠地保持在其打开位置中，同时适当地允许通风口盖在爆炸事件之后保持在其关闭位置中而不会对通风口盖造成进一步影响。
视需要，所述或每个双动式支撑构件是双稳态偏置构件。
这种布置根据需要将通风口盖可靠地保持在其打开位置中，同时在爆炸事件之后迅速(positively)地将通风口盖推入其关闭位置中。
在本发明的另一优选实施例中，通风孔和通风口盖中的每一个包括多个单独通风开口(ventilationopening)，当通风口盖在其打开位置中时，通风口盖中的通风开口与通风孔中的通风开口重合以界定多个通风路径，且当通风口盖在其关闭位置中时，通风口盖中的通风开口从通风孔中的通风开口移位以阻塞通风孔中的所述通风开口。
在通风孔和通风口盖中的每一个中提供多个单独通风开口有利地形成例如防止操作者手指进入的安全屏蔽层(safetybarrier)，同时在功率半导体模块的正常使用期间仍提供良好通风，即，同时通风口盖在其打开位置中。无论何时需要，即，在发生爆炸的情况下，仍可封闭通风孔以利于防止爆炸气体和残渣逸出。
在本发明的另一个优选实施例中，通风孔和通风口盖中的至少一个包括对应于所述或每个支撑构件的相应收纳部分(receivingportion)，所述或每个支撑构件在功率半导体模块的正常工作期间将通风口盖保持在其打开位置中，当通风口盖在其关闭位置中时，所述或每个收纳部分收纳并容纳对应的所述支撑构件。
这种布置有助于容纳任何此类支撑构件，而与此同时有助于确保当通风口盖在其关闭位置中时通风孔被完全封闭。
接下来参考以下附图以非限制性例子的方式对本发明的优选实施例进行简洁描述，其中，
图1示出根据本发明的第一实施例的功率半导体模块的内部部分的透视图；
图2示出根据本发明的第二实施例的从功率半导体模块的一部分的一侧的正视图；
图3(a)示出根据本发明的第三实施例的在功率半导体模块的正常工作期间功率半导体模块的一部分的透视图；且
图3(b)示出在爆炸事件之后图3(a)中所示出的功率半导体模块的部分的透视图。
根据本发明的第一实施例的功率半导体模块大体上由参考数字10指示，所述功率半导体模块的内部部分在图1中示出。
功率半导体模块10包括外壳12，半导体开关元件(未示出)连同其相关联开关电路位于所述外壳12内。在此第一实施例中，半导体开关元件是单个绝缘栅双极晶体管(igbt)。
然而，在本发明的其它实施例中，半导体开关元件可：
为另一类型的半导体开关；
包括多个串联连接的半导体开关；或
包括一个或多个串联连接的链节子模块。
此类链节子模块可包括多个半导体开关，例如，以已知半桥式或全桥式布置而与呈电容器形式的能量存储装置并联连接的igbt。在任一此类情况下，每个链节子模块可提供可变电压源，即，零电压和至少一正电压，且可在两个方向上传导电流。
返回到图1中所示出的实施例，外壳12包括能够通过配合的通风口盖16选择性打开和关闭的通风孔14，在所示出的实施例中，配合的通风口盖16也位于外壳12内。
通风口盖16采取单个平面构件的形式，所述通风口盖16大于通风孔14，所述通风口盖16在使用时位于所述通风孔14上方。然而，其它形式的通风口盖也是可能的。
通风口盖16保持在打开位置中，即，如图1中所示出通过四个一次性支撑构件18而保持在打开位置中，所述四个一次性支撑构件18中的每一个是呈可折叠支腿22形式的可折叠构件20。可使用少于或多于四个此类一次性支撑构件，以及其它类型的一次性支撑构件，例如脆弱或易碎构件。
通风口盖16包括位于其下面的四个对应收纳部分24，当通风口盖16在关闭位置(未示出)中、其中所述通风口盖16关闭通风孔14时，所述四个收纳部分24中的每一个收纳并容纳可折叠支腿22中的对应一个。
垫片或其他的密封件(未示出)可设置在通风孔14与通风口盖16之间的接口处以当通风口盖16处在其关闭位置中时形成不透流体的密封。
通风口盖16在以上提及的打开与关闭位置之间的移动由呈立式导引销28(uprightguidepin)形式的一对导引构件26引导，所述立式导引销28从外壳12延伸且与通风口盖16中的互补导引开口30配合。其它形式的导引件和/或不同数目的导引构件也是可能的。
在使用时，且在第一功率半导体模块10的正常工作期间，可折叠支腿22将通风口盖16保持在其打开位置中，如图1中所示出。这打开通风孔14且提供通风以冷却半导体开关元件，即igbt。
如果外壳12内部发生爆炸事件，例如，igbt崩溃(disintegration)，那么所产生的压力增大作用于通风口盖16的朝内的侧面32，从而产生使支腿22折叠因此所述支腿22不再能够将通风口盖16保持在其打开位置。在内部压力超出外部压力的情况下，作用于通风口盖16的所述朝内的侧面32的净力做用来将通风口盖16朝下推入其关闭位置中以由此关闭通风孔14并阻止爆炸气体和残渣经由通风孔14从外壳逸出。
可折叠支腿22的塑性变形确保通风口盖16在爆炸之后保持在其关闭位置中，例如，直到维护工程师将其移动到其打开位置中并安装替换可折叠支腿22的此类时间为止。
根据本发明的第二实施例的功率半导体模块40的一部分在图2中示意性地示出。
第二功率半导体模块40包括与第一功率半导体模块10类似的特征且这些特征共享相同的参考数字。
第二功率半导体模块40与第一功率半导体模块10的不同之处在于，通风口盖16在外壳12内通过四个双动式支撑构件42(仅示出其中两个)而保持在其打开位置中，即，如图2中实线所示出的。每个双动式支撑构件42包括呈双稳态压缩弹簧46形式的双稳态偏置构件44，但是其它形式的双动式支撑构件和双稳态偏置构件也是可能的。
在第二功率半导体模块40的正常使用期间，双动式支撑构件42，即，双稳态压缩弹簧46，将通风口盖16推入其打开位置中。因此，通风孔14被打开且为所述第二功率半导体模块40的外壳12的内部提供通风。
在外壳12内部发生爆炸且导致外壳内的内部压力增大的情况下，通风口盖16被作用于通风口盖16的朝内的侧面32的净向外力推入其关闭位置中(如图2中的虚线所示出)，所述净向外力是由于作用于通风口盖16的所述朝内的侧面32的内部压力超出作用于通风口盖16的朝外的侧面68的外部压力产生的。在通风口盖16在其关闭位置中的情况下，通风孔14被关闭且阻止爆炸气体和残渣穿过通风孔14。
通风口盖16移动到其关闭位置中会使每个双稳态压缩弹簧46穿过其偏心位置，从而使得此后每个双稳态压缩弹簧46将通风口盖16推入其关闭位置中。因此，在压力增大减弱后，即，在爆炸事件已结束时，通风口盖16保持在其关闭位置中。
此后，维护操作者可通过将通风口盖16往回移动到其打开位置中而使第二功率半导体模块40复位。这继而使每个双稳态压缩弹簧46往回穿过其偏心位置，由此每个双稳态压缩弹簧46再次将通风口盖16推入其打开位置中。
根据第三实施例的功率半导体模块大体上由参考数字60指示，且其一部分在图3(a)和3(b)中示意性地示出。
第三功率半导体模块60同样类似于第一功率半导体模块10和第二功率半导体模块40中的每一个，且相同特征共享相同参考数字。
然而，第三功率半导体模块60与第一功率半导体模块10和第二功率半导体模块40中的每一个的不同之处首先在于，第三功率半导体模块60的通风孔14和通风口盖16都包括多个单独通风开口62。
当通风口盖16在其打开位置中时，即，如图3(a)中所示出，通风口盖16中的单独通风开口62与通风孔14中的通风开口62重合，即，完全叠合，使得相应通风开口62一起界定多个通风路径64。
相反地，当通风口盖16在其关闭位置中时，即，如图3(b)中所示出，通风口盖16中的通风开口62从通风孔14中的通风开口62移位，即，不对齐，使得通风孔14中的所有通风开口62被通风口盖16的对应关闭部分阻塞。
另外，第三功率半导体模块60与本发明的其它功率半导体模块10、40的不同之处在于，通风口盖16通过四个一次性支撑构件18而保持在其打开位置中，所述四个一次性支撑构件18中的每一个实际上包括呈棘爪构型(detentformation)和对应凹陷构型(recessformation)(未示出)形式的一对能够相互配合的构件66。每个对应棘爪构型和凹陷构型彼此接合以选择性地阻止通风口盖16与外壳12之间的相对移动且由此将通风口盖16保持在其打开位置中。
在本发明的其它实施例中，能够相互配合的构件可实际上包括第一和第二构型，所述第一和第二构型一般借助于其间存在经校准的摩擦程度而相对于彼此保持静止(以便将通风口盖保持在其打开位置中)。此类其它能够相互配合的构件可以例如是第一和第二铰链叶片或者一个或多个摩擦接合的导引销和相关联导引开口。
在第三功率半导体模块60的正常使用期间，前述四组能够相互配合的构件66用以将通风口盖16在外壳12内保持在其打开位置中，如图3(a)中所示出，同时使各种通风开口62彼此对准以界定多个通风路径64，从而打开通风孔14。
如果，第三功率半导体模块60的外壳12内发生爆炸事件，那么通风口盖16将从其打开位置移开，即，使相应棘爪和凹陷构型移动到与彼此脱离接合且因此不再进一步参与来将通风口盖16保持在其打开位置中。通风口盖16因此在作用于通风口盖16的朝内的侧面32的净向外力的影响下移动到其关闭位置中，所述净向外力是由于作用于通风口盖16的所述朝内的侧面32的内部压力超出作用于通风口盖16的朝外的侧面的外部压力产生的，其中通风孔14中的各种通风开口62被通风口盖16的对应关闭部分阻塞，即，被隔绝。因此，阻止了爆炸气体和其它碎屑经由通风孔14从外壳12逸出。
本发明的另一个实施例(未示出)可包括呈第二棘爪构型和对应凹陷构型形式的第二对能够相互配合的构件，所述第二对能够相互配合的构件作用来将通风口盖16保持在关闭位置中。以此方式，第一和第二对能够相互配合的构件一起界定双动式支撑构件的部分。