用于功率电子器件的支撑结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于功率电子器件的机械支撑结构，并且涉及一种包括多个这些支撑结构的支撑结构布置。
【背景技术】
[0002]当功率电子器件模块或PEBB(功率电子器件构件块)集成到例如转换器这样的系统中时，它们通常被拧紧以支撑在作为支撑结构的金属箱中并手动地连接到电力线、冷却系统和信号线。在大多数转换器中，功率电子器件模块包括连接点，在该连接点处，所述功率电子器件模块直接或通过电气线路连接到地电位。
[0003]当功率电子器件模块要被使用为使得这种到地电位的连接不是有利的(例如通常为多级转换器的情形)，并且要设有到不同于地电位的电位的连接时，功率电子器件模块可配备外壳，其由绝缘材料或场匀化元件组成，其在离箱以及其它周围构件足够大的距离处通过绝缘物安装在箱内。在这种情况下，箱通常为地电位。
[0004]在大多数水冷式功率电子转换器中，用于冷却剂的主系统管处于地电位，并且处于不同电位的热沉通过绝缘管(例如橡胶或塑料)连接至主系统管。当热沉处于不同的电位时，电流通常流过冷却水。
[0005]当它们暴露于这种电解电流中相对较长的时间时，冷却剂回路中的一些构件开始腐蚀。在某些经验性的研究中，已经对于不同的金属材料限定了安全级别，在所述安全级别下的腐蚀率是足够低的，以便确保在产品的使用寿命期间不会发生问题。用于减少电解电流和实现这些安全级别的典型措施包括去离子水和修改绝缘管的几何形状。
[0006]去离子水具有非常低水平的电导率，其可选地与乙二醇混合，从而防止凝固。还可监测水的电导率，并且电导率可通过从液体连续地除去离子而保持较低。
[0007]此外，可增加绝缘管的长度和/或可减少所述绝缘管的直径，以便增加水回路的这些截面中的阻力，并从而将电解电流降低至相对应的安全级别。
[0008]然而，在某些情况下，对应地改变绝缘管的几何形状是不方便或不可能的。例如，在某些电压水平下，需要增加管长度，使得压力将下降很大。另外，可用的安装空间可限制管的长度。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是将功率电子器件模块与其周围区域以简单的方式电隔离。
[0010]这个目的通过独立的权利要求的主题实现。本发明进一步的实施例可从从属权利要求和以下描述中得出。
[0011 ]本发明的一个方面涉及一种用于功率电子器件的支撑结构。在这种情况下，功率电子器件可被理解为设计用于处理高于1000V的电压和/或高于1A的电流的电子元件(例如半导体、电容器、电阻器、线圈等)。
[0012]根据本发明的一个实施例，支撑结构包括用于插入至少一个功率电子器件模块的支架，以及围绕支架的导电的外部几何形状，该外部几何形状具有圆化的转角和边缘，其具有比预定的最小半径更大的曲率半径。
[0013]为了增加用于部分放电和闪络的起始电压，没有尖锐的边缘和转角向外突出，尤其在与处于不同电位的其它构件相对的点处。所有转角和边缘的最小半径可选择为与电子器件模块的所需系统电压对应。
[0014]一个或多个功率电子器件模块可机械地固定至支撑结构，并且该一个或多个功率电子器件模块可相对于部分放电和闪络而隔离。此外，支撑结构可向冷却剂线路和/或信号电缆提供接口。
[0015]支撑结构至少部分地由导电材料设计成，并且具有使支撑结构外部的电场强度均匀化的外部几何形状。因此，支撑结构或所述支撑结构的外部几何形状构成对于包含在所述支撑结构的内部的功率电子器件模块的电屏蔽。
[0016]支撑结构和容纳在支撑结构中的功率电子器件模块可共同形成机械稳定的组件，从中可构建相对较大的模块化功率电子器件，例如转换器。
[0017]支撑结构不需要完全围绕功率电子器件模块和包含或容纳在所述支撑结构中的可选地额外的电子元件。所述支撑结构可具有开口，例如，通过该开口可将用于功率电子器件模块的模块插件插入到支撑结构中。支撑结构还可被认为是用于包含的构件的外壳、架或框架。
[0018]根据本发明的一个实施例，支撑结构的外部几何形状是立方形的。例如，支撑结构可具有可堆叠的盒或可堆叠的外壳。外部几何形状可设计为使得多个支撑结构可彼此相邻和/或彼此相叠地堆叠。
[0019]根据本发明的一个实施例，支撑结构还包括支撑框架，支撑框架包括彼此连接的管，管尤其由导电材料(例如金属)构成并且形成支撑结构的转角和边缘。管可为例如金属管。管可具有圆形截面，其尤其具有比上述最小半径更大的半径。然而，其它截面形状也是可能的。
[0020]这些管(例如标准尺寸的管)可用作主结构。支撑结构的外部尺寸可通过延长和缩短管容易地调整。转角和边缘的最小半径可通过选择特定的管径来限定。这样，可以简单的方式创建具有圆角和边缘的支撑结构，并且功率电子器件模块被屏蔽在该支撑结构中。
[0021]根据本发明的一个实施例，支撑框架包括两个具有圆角的矩形管环，该管环相对于彼此平行设置，并通过相对于管环正交延伸的管连接。可连接管以形成立方形的支撑框架。
[0022]根据本发明的一个实施例，支撑结构进一步包括至少一个侧面板，其特别地由导电材料(例如金属)构成，并且提供外部几何形状的平坦外表面。侧面板可为金属片或片状金属面板。侧面板可固定在支撑框架的管之间。应该理解，在立方形外部几何形状的情况下，侧面板或多个侧面板可固定到上面、下面、正面、背面等。
[0023]侧面板为支撑结构的侧表面提供电屏蔽。支撑结构的刚度可通过侧面板来增加。此外，用于控制空气流过支撑结构的开口可设置在侧面板中。
[0024]侧面板可具有带圆角的矩形基本形状，其中圆角具有比最小半径更大的半径。
[0025]任何所需几何形状的元件(例如增强件和/或轨道)可在支撑框架的管和侧面板内(即，在外部几何形状内)用作进一步的支撑元件。
[0026]根据本发明的一个实施例，至少一个侧面板设置在支撑结构的支撑框架的管之间。侧面板可容纳在支撑框架的侧表面中。
[0027]根据本发明的一个实施例，至少两个功率电子器件模块可一个接着一个地插入到支撑结构中的支架中。作为示例，两个功率电子器件模块可通过支撑结构共同形成用于模块化转换器的转换器单元。第一功率电子器件模块可包括用于单元电容器的电容器组。第二功率电子器件模块可包括半-桥联电路或全-桥联电路，其连接到电容器组并可在对应的激励下对所述电容器组充电和放电。
[0028]根据本发明的一个实施例，支撑结构还包括至少两个滑动轨道，其设置在支架中，并且至少一个功率电子器件模块可插入到支架中。一个或多个功率电子器件模块可在该一个或多个功率电子器件模块插入到支撑结构中时通过滑动轨道引导和定向。滑动轨道可将功率电子器件模块固定在支撑结构中。此外，滑动轨道可增加支撑结构的机械强度和/或刚度。
[0029]根据本发明的一个实施例，支撑结构还包括多个绝缘体，其安装至外部几何形状。支撑结构可通过所述绝缘体固定至周围结构或进一步的支撑结构。绝缘体可固定至例如上面和/或下面。然而，还可能使绝缘体固定至支撑结构的侧面。
[0030]本发明的另一方面涉及一种用于模块化转换器的支撑结构布置。在这种情况下，模块化转换器可为具有多个转换器单元的模块化多级转换器，该多个转换器单元是串联连接的，并且可各自具有连接至其的单元电容器的半-桥联电路或全-桥联电路。
[0031]根据本发明的一个实施例，支撑结构布置包括例如上面和下面所述的多个支撑结构。在这种情况下，支撑结构可设置成排(例如竖直或水平)。绝缘体可设置在支撑结构之间，支撑结构通过所述绝缘体彼此连接。这样，支撑结构可全部处于其自身的电位。
[0032]根据本发明的一个实施例，支撑结构设置成多个排，其一个在另一个上堆叠。作为示例，在各种情况下，两个支撑结构可一个在另一个上堆叠。这里还可能使绝缘体设置在两个支撑结构之间。
[0033]根据本发明的一个实施例，支撑结构布置还包括冷却剂管，其由绝缘材料组成，用于为支撑结构中的功率电子器件模块提供冷却液体。冷却剂管可在支撑结构的外部几何形状内沿着排引导，例如穿过支撑结构的底座。所有冷却剂管可由绝缘材料(例如塑料、橡胶、聚丙稀等)制造。
[0034]冷却回路中的许多或所有构件可设置在由支撑结构提供的电屏蔽内，以便限制围绕该构件的区域中的电场，并减少在冷却回路的水和电介质固体的外部影响。
[0035]冷却剂例如可为冷却水。例如，水冷构件通过流过它们的水直接冷却(例如电阻器和电容器的情形)，或者它们连接至热沉(例如在电阻器和半导体中)。
[0036]大体上，支撑结构布置将具有冷却剂供给管和冷却剂排出管，其平行延伸并在支撑结构的外部几何形状内沿着排引导。
[0037]根据本发明的一个实施例，冷却剂管(供给和/或排出)在支撑结构中的轨道下方引导。因此，功率电子器件模块可通过冷却剂管推开。
[0038]根据本发明的一个实施例，支撑结构布置还包括在支撑结构的外部几