并联式电力模块、电力装置及电力系统的制作方法

本实用新型是有关于一种电力模块，特别是指一种并联式电力模块、电力装置及电力系统。

背景技术：

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)可应用于电动车之马达驱动器、变频冷气、变频冰箱，甚至是大功率输出音响放大器的音源驱动元件，其特点在于输出功率大时可快速做切换动作。例如，电动车之马达驱动器的作动方式，是由直流端子输入高压电源，通过IGBT模块转换成三相电源输出，进而提供马达动力来源。然而当欲加大其可输出的功率时，将受限于单一个既有规格的IGBT模块可输出的最大电流值，无法满足市场的需求，且现有的IGBT模块因封装模块化，制程繁复造成生产成本提高，且因其为三相桥式组合，是直接输出三相的交流电流，当其中一相的部分损坏时无法直接对其进行维修或更换，必须更换整个模块，维修性低。因此，现有的IGBT模块尚有许多待改进的地方。

技术实现要素：

因此，本实用新型之其中一目的，即在提供一种并联式电力模块，其具有可扩充性并可降低生产成本，有效达到低热阻抗，避免热源分布不均。

本实用新型之其中另一目的，即在提供一种具有该并联式电力模块的电力装置，其结构强度稳定度高，增加产品可靠度。

本实用新型之其中再一目的，即在提供一种具有该并联式电力模块的电力系统，其组装及维护上更为简单，可降低更换零件的相关成本。

本实用新型并联式电力模块包含一晶体管单元，包括两个彼此相间隔的晶体管排，每一晶体管排具有多个在一第一方向上彼此相间隔排列的晶体管，该两晶体管排沿着一垂直于该第一方向的第二方向相间隔排列，其中每一晶体管排的各该晶体管彼此并联；一基板，供该晶体管单元设置，该基板包括一导接面，及两个位于相反侧且分别沿该第一方向延伸的侧边，所述晶体管电连接于该导接面，各该侧边的长度对应各该晶体管排的所述晶体管的数量增减；两个输入汇流条，电连接于该基板的该导接面，各该输入汇流条位于对应的该晶体管排与对应的该侧边之间，各该输入汇流条沿该第一方向延伸且其长度对应各该晶体管排的所述晶体管的数量增减；及一输出汇流条，电连接于该基板的该导接面且位于所述晶体管排之间，该输出汇流条沿该第一方向延伸且其长度对应各该晶体管排的所述晶体管的数量增减。

在一些实施态样中，每一输入汇流条具有一在该第一方向上延伸且与对应的该晶体管排平行的第一延伸段、一在一第三方向上延伸且连接该第一延伸段一端的第二延伸段，及一连接该第二延伸段一端且在该第一方向延伸的第三延伸段，该第三方向分别垂直于该第一方向与该第二方向，该第一延伸段及该第三延伸段位于该第二延伸段的同一侧。

在一些实施态样中，该输出汇流条具有一在该第一方向上延伸且与对应的该晶体管排平行的第一延伸段、一在一第三方向上延伸且连接该第一延伸段一端的第二延伸段，及一连接该第二延伸段一端且在该第一方向延伸的第三延伸段，该第三方向分别垂直于该第一方向与该第二方向，该第一延伸段及该第三延伸段位于该第二延伸段的同一侧。

在一些实施态样中，每一输入汇流条的该第一延伸段及该第三延伸段彼此平行相对，该第二延伸段分别与该第一延伸段及该第三延伸段垂直。

在一些实施态样中，该输出汇流条的该第一延伸段及该第三延伸段彼此平行相对，该第二延伸段分别与该第一延伸段及该第三延伸段垂直。

在一些实施态样中，每一输入汇流条的该第二延伸段具有两个分别连接该第一延伸段与该第三延伸段的导圆角部。

在一些实施态样中，该输出汇流条的该第二延伸段具有两个分别连接该第一延伸段与该第三延伸段的导圆角部。

在一些实施态样中，各该晶体管排的每两个相邻的该晶体管沿该第一方向的间距在3mm～4mm之间。

在一些实施态样中，所述晶体管沿该第二方向的间距在27mm～33mm之间。

本实用新型电力装置包含一散热单元；一并联式电力模块，设置于该散热单元；一支架，设置于该散热单元并覆盖该并联式电力模块；一直流电源，设置于该支架并电连接该并联式电力模块的该两输入汇流条；及一驱动单元，设置于该支架并电连接该并联式电力模块的该基板，用以驱动该并联式电力模块作动。

本实用新型电力系统包含三个电力装置及一总电力输出单元，分别电连接所述电力装置的该并联式电力模块的该输出汇流条，用以输出所述电力装置的三相电流。

本实用新型至少具有以下功效：

(1)并联式电力模块因可自由配置晶体管单元的每一晶体管排的晶体管的数量，进而设计相对应的基板、输入汇流条及输出汇流条的尺寸，通过优化设计来达到最大功率密度，具有扩充性。

(2)并联式电力模块仅需三组铜排(两个输入汇流条、一组交流铜排)，即可有效传导大电流，相较于市面模块的打线接合、焊接铜线、弹簧接点…等设计，制程简单、可靠度高且可降低结构成本。

(3)电力装置的结构紧密，搭配散热单元、支架及驱动单元的组装配置可使并联式电力模块有效发挥功率，且借由散热单元的设置以及并联式电力模块的基板的铜箔、输入汇流条及输出汇流条的设置，其散热效果佳，系统结构强度稳定高，增加产品可靠度。

(4)电力系统为半桥式组合，共需三个电力装置并联成U/V/W三相输出，相较于市面上现有的IGBT模块无法针对单一相的更换及维修问题，这样的设计可任意更换任一组电力装置，组装及维护上更为简单，降低更换零件的相关成本。

附图说明

图1是本实用新型电力装置的一实施例的一立体图；

图2是该实施例的一立体分解图；

图3是该实施例之一散热单元的一立体图；

图4是该实施例之该散热单元的一立体分解图；

图5是该实施例之该散热单元的一基座的一俯视图；

图6是该实施例之该散热单元的一散热件的一立体图；

图7是该实施例之一并联式电力模块的一立体图；

图8是该实施例之该并联式电力模块的一部分俯视图，其中省略了一输出汇流条的一输出段；

图9是由图8的A处得出的一前视放大示意图；

图10是本实用新型电力系统的一实施例的一立体图；及

图11该实施例的一部分前视图，其中一水路分流总成的一前板被省略。

具体实施方式

参阅图1与图2，本实用新型电力装置之一实施例，包含一散热单元1、一并联式电力模块10、一支架2、一直流电源3及一驱动单元4。其中，本实用新型电力装置适用于将直流电源3所提供的直流电流转换成三相交流电流的其中一相，三相分别为U/V/W。因此例如应用于电动车时，需具备三个电力装置，搭配一总电力输出单元(图未示)，分别电连接所述电力装置，以组成一电力系统，用以输出所述电力装置的三相电流至电动车的马达(图未示)，即每一电力装置负责输出交流电流的其中一相。而总电力输出单元(图未示)在本实施例是使用铜排，用以传输电流。

参阅图3至图5，散热单元1包括一沿一第一方向D1延伸的基座11、一设置于该基座11的散热件12及一防水环13。基座11具有一散热面111、一连接该散热面111的进出面112、四个分别形成于两侧边的凸耳113、两个开设于该进出面112且沿该第一方向D1延伸的穿孔114、一凹陷形成于该散热面111呈U型的水槽115、一凹陷形成于该散热面111且形状大小与该散热件12相对应的凹槽116及一形成于散热面111且围绕该水槽115的沟槽117。所述穿孔114分别连通该水槽115，该水槽115连通该凹槽116。散热件12可为一铜板或是铝板等导热性佳的金属，在本实施例是使用铝板，其形成有多个沿第二方向延伸的鳍片121(见图6)，散热件12覆盖该水槽115并容置于该凹槽116，所述鳍片121对应容置于水槽115内，散热件12与凹槽116的形状相互配合，并通过多个螺丝锁附定位。防水环13一般是采用橡胶材质的O型环，嵌设于该沟槽117内与该散热件12抵接，达到防水密接的效果。散热单元1在使用时，是将冷却水自其中一个穿孔114流进水槽115，接触散热件12后将热量带走后由另一个穿孔114排出，达到散热的效果，而防水环13的设置可有效防止使用时水流自基座11与散热件12的缝隙渗漏出来。

参阅图7至图9，并联式电力模块10包含一晶体管单元6、一基板5、两个输入汇流条7及一输出汇流条8。晶体管单元6包括两个彼此相间隔的晶体管排61，每一晶体管排61具有六个在第一方向D1上彼此相间隔排列的晶体管611，该两晶体管排61沿着一垂直于该第一方向D1的第二方向D2相间隔排列，其中每一晶体管排61的各该晶体管611彼此并联。两个晶体管排61彼此交替使用，当其中一晶体管排61作动时，另一晶体管排61便停止作动。其中，晶体管611在本实施例是采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，但不以此为限，且晶体管611的数量可视使用者的需求增减，若欲提高电力模块的输出功率，即可增加每一晶体管排61的晶体管611的数量。两个晶体管排61之间的间距a2较佳是控制在27mm～33mm之间，在本实施例中，间距a2设成29.8mm为最佳，而每一晶体管排61的所述晶体管611之间的间距a1较佳是控制在3mm～4mm之间，因间距a1的大小会影响晶体管611的散热效果，若间距a1太小则散热效果不佳，间距a1太大的话晶体管排61所占用的空间将增加，使整个并联式电力模块10的体积增加，将连带增加了制造成本。在本实施例中，间距a1设成3.4mm为最佳。

基板5是供该晶体管单元6设置，其设置于散热单元1的基座11上，包括一板体51、一披覆设置于板体51的第一铜箔层52、一披覆设置于第一铜箔层52的导热绝缘层53及三个设置于导热绝缘层53的第二铜箔层54。板体51具有一第一面511、两个位于相反侧且分别沿该第一方向D1延伸的侧边512及一位于第一面511相反侧的第二面513。各该侧边512的长度对应各该晶体管排61的所述晶体管611的数量增减。第一铜箔层52是设置于板体51的第一面511上，第一铜箔层52及导热绝缘层53面积大致与板体51相同，第二铜箔层54则是呈矩形，且其面积小于板体51的面积。借由在板体51及导热绝缘层53之间设置第一铜箔层52，可有效提升基板5的散热效果。导热绝缘层53是披覆于第一铜箔层52上，其主要的功用是提供电力保护，防止并联式电力模块10发生短路现象，并将热量传递至板体51。所述第二铜箔层54是间隔地沿第二方向D2排列设置于导热绝缘层53上，每一第二铜箔层54具有一导接面541。所述第二铜箔层54可以帮助晶体管单元6散热，其长度面积是对应各该晶体管排61的所述晶体管611的数量增减，其可给予晶体管单元6适当的接触面积及传导路径，而其中位于两个晶体管排61之间的第二铜箔层54上设置有电路布局。每一晶体管排61电连接于对应的两个第二铜箔层54的导接面541上。

两个输入汇流条7电连接于该基板5的第二铜箔层54的导接面541，各该输入汇流条7位于对应的该晶体管排61与对应的该侧边512之间，各该输入汇流条7沿该第一方向D1延伸且其长度对应各该晶体管排61的所述晶体管611的数量增减。每一输入汇流条7具有一在该第一方向D1上延伸且与对应的该晶体管排61平行的第一延伸段71、一在一第三方向D3上延伸且连接该第一延伸段71一端的第二延伸段72、一连接该第二延伸段72一端且在该第一方向D1延伸的第三延伸段73，及一设置于第一延伸段71及第三延伸段73之间的螺母74。该第三方向D3分别垂直于该第一方向D1与该第二方向D2，该第一延伸段71及该第三延伸段73位于该第二延伸段72的同一侧。第一延伸段71及该第三延伸段73彼此平行相对，该第二延伸段72分别与该第一延伸段71及该第三延伸段73垂直。第二延伸段72具有两个分别连接该第一延伸段71与该第三延伸段73的导圆角部721，其可避免铜排因折角产生积热现象，可降低电流回路的杂散电感。螺母74则是用于提供螺丝在第一延伸段71与第三延伸段73之间锁附固定。其中，输入汇流条7采两段折弯90度的设计，可有效利用配置的空间。

输出汇流条8电连接于该基板5的第二铜箔层54的该导接面541且位于所述晶体管排61之间，该输出汇流条8与所述输入汇流条7相间隔，该输出汇流条8沿该第一方向D1延伸且其长度对应各该晶体管排61的所述晶体管611的数量增减。输出汇流条8具有一在该第一方向D1上延伸且与对应的该晶体管排61平行的第一延伸段81、一在第三方向D3上延伸且连接该第一延伸段81一端的第二延伸段82、一连接该第二延伸段82一端且在该第一方向D1延伸的第三延伸段83、一输出段84及一设置于第一延伸段81及第三延伸段83之间的螺母85。该第一延伸段81及该第三延伸段83位于该第二延伸段82的同一侧，第二延伸段82具有两个分别连接该第一延伸段82与该第三延伸段83的导圆角部821，其可避免铜排因折角产生积热现象，可降低电流回路的杂散电感。输出段84是借由螺丝锁附于第三延伸段83。螺母85则是用于提供螺丝在第一延伸段81与第三延伸段83之间锁附固定。其中，输出汇流条8与输入汇流条7相同采两段折弯90度的设计，可有效利用配置的空间。

参阅图1、图2及图7，支架2整体大致呈长方形，包括一第一边21、一与第一边21平行的第二边22、两个在第一边21及第二边22之间的侧边23、一承载部24及两个支撑板部25。承载部24为靠近第一边21略微凹陷的长方型区块，供直流电源3设置，直流电源3是采用薄膜电容，薄膜电容因无极性，绝缘阻抗很高，有着频率特性优异(频率响应宽广)，而且介质损失较小的优点，因此一般都是采用薄膜电容作为直流电源3。每一支撑板部25两端分别连接第二边22及承载部24，两个支撑板部25是用以供驱动单元4设置。第二边22形成有三个凸块221，借由螺丝穿设该三个凸块221锁附固定于散热单元1的散热件12，而两个侧边23还分别形成两个与散热单元1的基座11的所述凸耳113相对应的凸块231，凸块231与凸耳113借由螺丝锁附固定，使得支架2能稳固地设置于散热单元1上。

支架2还具有两个位置分别对应并联式电力模块10的两个输入汇流条7的输入镂空区26及一位置对应并联式电力模块10的输出汇流条8的输出镂空区27。两个输入镂空区26是分别用以提供两个输入汇流条7与直流电源3的两个直流汇流条31锁附的空间，所述直流汇流条31大致呈「S」型，配合凹陷的承载部24而具有一段高低落差，用以使直流电源3电连接并联式电力模块10。输出镂空区27是用以提供输出汇流条8的第三延伸段83及输出段84锁附的空间。此外，支架2除了与散热单元1锁附连接外，其也通过螺丝锁附于并联式电力模块10的两个输入汇流条7及输出汇流条8，且支架2的两个支撑板部25与晶体管单元6的两个晶体管排61之间，即每一个晶体管611上皆设置有一个弹性支撑件9，其可为弹簧、弹性垫块等，弹性支撑件9两端分别抵接支撑板部25及晶体管611，搭配支架2可起到使各晶体管611更为稳固地设置于基板5上，防止因外力撞击或震动而对并联式电力模块10产生影响。

驱动单元4用于提供驱动晶体管单元6所需要的讯号，即为晶体管单元6的作动开关。驱动单元4包括两个驱动电路板41、六个转换器42及八个连接器43。两个驱动电路板41分别设置于支架2的所述支撑板部25上，每一驱动电路板41上设置有三个转换器42及四个连接器43，连接器43两端分别与驱动电路板41及并联式电力模块10的基板5的第二铜箔层54对接，用以传输讯号至晶体管单元6。其中，转换器42及连接器43的数量不以六和八为限，在其它实施例中也可以视晶体管611的数量增减。

参阅图1、图2及图7，以下针对本实用新型电力系统的组装及使用做介绍：首先将并联式电力模块10锁附于散热单元1的散热件12上，在将支架2锁附于散热单元1的基座11以及并联式电力模块10的输入汇流条7及输出汇流条8，再将直流电源3固定设置于支架2的承载部24，并且以螺丝将所述直流汇流条31分别锁附于所述输入汇流条7，使直流电源3电连接并联式电力模块10，再来将驱动单元4设置于支架2的支撑板部25，使驱动单元4的连接器43与并联式电力模块10的基板5的第二铜箔层54对接，便完成一个电力装置的组装。再参阅图10及图11，最后，将三个电力装置借由八根位置分别对应各电力装置的凸块231与凸耳113的接合柱30组装固定，再将一水路分流总成20与各个电力模块的散热单元1的基座11的两个穿孔114接合。水路分流总成20包括一前板201及一后板202，前板201与后板202是借由多个螺丝锁付固定，前板201具有一总进水口201a及一与总进水口201a分隔的总出水口201b，后板202是借由多个螺丝锁付固定于各电力装置的散热单元1的基座11的进出面112，其形成有一进水分流槽202a及一出水分流槽202b，进水分流槽202a大致成E字形，其分别连通并接合三组电力装置中两个穿孔114中的其中一者以及前板201的总进水口201a，出水分流槽202b大致成E字形，其分别连通并接合三组电力装置中两个穿孔114中的其中另一者以及前板201的总出水口201b。使用时将冷却水由总进水口201a注入，水流将流经三个电力装置的散热单元1最后由总出水口201b排出，如此即可使各电力装置的散热单元1发挥散热功效。再将三个电力装置以总电力输出单元(图未示)接合，即可输出三相电流至马达(图未示)。其中总电力输出单元具体为具有三条分支的汇流铜排结构，大略呈「E」字形，其分别电连接所述电力装置的并联式电力模块10的输出汇流条8的输出段84，以将各电力装置输出的交流电流之一相汇整为三相交流电流对外输出，而总电力输出单元的态样并不以此为限，在其它实施态样中也可以为电缆线。而电力装置本身的电流流向大致是从直流电源3经由直流汇流条31及输入汇流条7进入基板5，再经由晶体管单元6转换为交流电流的其中一相，最后经由输出汇流条8输出。

综上所述，本实用新型电力系统、电力装置及并联式电力模块具有以下功效：

(1)并联式电力模块因可自由配置晶体管单元的每一晶体管排的晶体管的数量，进而设计相对应的基板、输入汇流条及输出汇流条的尺寸，通过优化设计来达到最大功率密度，具有扩充性。

(2)并联式电力模块仅需三组铜排(两个输入汇流条、一组交流铜排)，即可有效传导大电流，相较于市面模块的打线接合、焊接铜线、弹簧接点…等设计，制程简单、可靠度高且可降低结构成本。

(3)电力装置的结构紧密，搭配散热单元、支架及驱动单元的组装配置可使并联式电力模块有效发挥功率，且借由散热单元的设置以及并联式电力模块的基板的铜箔、输入汇流条及输出汇流条的设置，其散热效果佳，系统结构强度稳定高，增加产品可靠度。

(4)电力系统为半桥式组合，共需三个电力装置并联成U/V/W三相输出，相较于市面上现有的IGBT模块无法针对单一相的更换及维修问题，这样的设计可任意更换任一组电力装置，组装及维护上更为简单，降低更换零件的相关成本，故确实能达成本实用新型之目的。

以上所述，仅为本实用新型之实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，凡是依本实用新型权利要求书及说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖之范围内。