具有混合电路装置的机电模块的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1所述的机电模块。

背景技术：

已知所谓的混合开关装置，其不但具有机械开关而且具有半导体开关。例如从wo2015/028634a1中已知这种开关装置。这种开关装置与纯机械的开关装置有很大的不同，在实践中，这导致对机电结构的完全不同的要求。

在混合开关装置中，通过开关装置的电流沉积通常会串联多个机械触点对。这通常会导致更高的电阻和更高的自发热。同时，功率半导体是中央组件，其对于切断通过混合开关装置的电流至关重要。但是，较高的环境温度会缩短半导体开关的使用寿命。半导体开关的故障意味着只能通过与半导体开关并联设置的旁路继电器来切断电流，该旁路继电器并非为此目的而设计，并且未为其配备灭弧装置。当试图切断高电流(例如在典型的低压安装环境中的短路电流)时，在没有正常工作的半导体开关的情况下，旁路继电器会爆炸。

此外，开关装置内的不同温度水平会损害混合开关装置的功能。

还已经表明，实际的机电结构对混合电路装置的功能性具有相当大的影响，特别是其安全地切断数千安培的短路电流的能力。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种开头所述类型的机电模块，利用该机电模块可以避免所提及的混合开关装置的缺点，并且可以在长时间内确保电气保护。

根据本发明，这通过权利要求1的特征来实现。

借此，可以长期确保电气保护。借此，在第一半导体电路装置发生故障的情况下，可以安全地保护环境免受机械开关被破坏的后果。由于与金属板的联结，可以在机电模块内实现平衡的温度。金属板暴露于外部的表面很容易将热量散发到周围环境。通过总体所讨论的措施，能够实际创建出耐用且可靠的混合电路装置。

从属权利要求涉及本发明的其他有利的改进方案。

特此明确引用专利权利要求的措词，由此，权利要求在此通过引用被插入说明书中，并被认为是逐字复制的。

附图说明

参照附图更详细地描述本发明，在附图中仅以示例的方式示出了优选实施方式。在附图中：

图1示出了所讨论的混合电路装置的实施方式的电路图；

图2以轴测图示出了不具有壳体的所讨论的机电模块；

图3以平面图示出了根据图2的机电模块；以及

图4以轴测图示出了根据图2的具有封闭壳体的机电模块。

具体实施方式

图1示出了混合电路装置2的电路图，该混合电路装置2尤其被设置为混合保护开关的一部分，尤其是低压保护开关装置的一部分。以下描述的特定电路结构仅是示例，其中也可以提供不同类型的混合电路装置，尤其是在这些混合电路装置适合作为保护开关的主断续器时。

所讨论的混合电路装置2具有至少一个断续器3，其中也可以设置其他的断续器。可以规定，用于外导体的断续器与用于中性导体的断续器不同地进行设计和/或操作。

第一机械开关4布置在第一断续器3中，在所讨论的电路布局中可以将其称为旁路开关8。就电路而言，第一半导体电路装置5与第一开关4并联布置，其包括功率半导体开关元件，例如igbt。根据特别优选的实施方式，另外还有一个第二半导体电路装置15也与旁路开关8并联连接，该第二半导体电路装置15同样具有相应的功率半导体开关元件。优选规定，该第二半导体电路装置15的电流方向与第一半导体电路装置5的电流方向相反。

压敏电阻25与该开关装置并联布置。

混合电路装置2分配有电子控制单元26，但是该电子控制单元26布置在所讨论的机电模块1的外部。其用于控制机械和电气开关。电子控制单元26优选布置在外壳11的外部。

混合电路装置2具有至少一个电流测量装置的分流器19。图中所示的实施方式具有三个分流器19。

混合电路装置2优选还具有第二机械开关13，在所讨论的实施方式中，该第二机械开关13在成功切断电路之后用于电隔离。

混合电路装置2也可以被完全不同地设计，其中电流的实际断开过程完全在没有机械开关的情况下进行，于是省去了旁路开关8。在这种所谓的固态断路器中，第一机械开关4承担电隔离的功能，根据图1，该功能由第二机械开关13实现。

此外，混合电路装置2优选还具有第三半导体电路装置16，该第三半导体电路装置16总体上被构造为mosfet21，并且与第一机械开关4串联并与第一半导体电路装置5并联。该第三半导体电路装置16使得旁路开关8的触点能够无电弧地断开，但是在根据图1的构思中不是绝对必要的。

图2至图4分别示出了具有混合电路装置2的机电模块1的不同视图，如上所述，该混合电路装置2在任何情况下均具有至少一个具有第一机械开关4和第一半导体电路装置5的断续器3。此外，相应的附图示出了可选的第二半导体电路布置15。混合电路布置2布置在陶瓷基板7(例如al2o3或aln)的第一表面6上。陶瓷基板7也可以仅是较大的部件载体的一部分。

陶瓷基板7的与第一表面7相反的第二表面连接至金属板10，尤其是铜板、铝板或银板。特别优选地规定，金属板10在背对陶瓷基板7的表面上与散热器连接。

优选规定，陶瓷基体7的基本上整个表面都与金属板10相连接。进一步规定，陶瓷基板7基本上直接与金属板10相连接，其中，在它们之间可以布置导热膏或类似物。此外还可以规定，金属板10是散热器的一部分。

外壳11固定在金属板10上，该外壳11包围陶瓷基板7和混合电路装置2，其中，金属板10和外壳11从而形成机电模块1的壳体12。外壳11优选由电绝缘塑料形成。优选将外壳11拧紧到金属板10上。

壳体12内的间隙至少局部地填充有浇注料，其中，尤其规定这些间隙填充有silgel，但也可以填充其他浇注料，例如基于环氧树脂的浇注料。还优选提供真空浇注。

如在引言部分中已经提到的那样，组件的实际布置以及机电结构的设计对于混合电路布置2的实际功能是重要的。在这方面，下面描述的措施被证明是非常有利的。

优选规定，第一机械开关4(其优选被设计为旁路开关8)布置在陶瓷基板7上的陶瓷基板7的中心区域中。这使得能够将其他组件布置在该中央组件周围。已经证明这是重要的也是有利的，因为由此可以使线路长度保持较短，并且最重要的是，由此各个电路部件的环路电感可以保持非常短。此时尤其是沿着陶瓷基板7的对称轴的区域被指定为中心。

如果混合电路装置2还具有第二机械开关13，则优选规定，如在图3中可以看到的那样，该第二机械开关13与第一机械开关4被布置在一条线上。

一个或多个开关4、8、13优选不直接布置在陶瓷基板7上。此时优选规定，在陶瓷基体7上布置有预定数量的导电的固定块14，尤其是金属块，优选铜块，并且第一机械开关4和/或第二机械开关13固定在所述固定块14上。此外，连接端子22、23、24被布置或固定到这种固定块14上。

连接端子22、23、24优选沿着一排布置，这使得能够容易地并联连接多个相同类型的机电模块1。

这种固定块14使得能够可靠地安装开关4、8、13和连接端子22、23、24。这尤其使得能够使作为精密开关的旁路开关8准确地定位。通过固定在固定块14上可以防止(例如当通过钎焊进行固定时)旁路开关8过热并且因此受到影响。此外，还可以防止其扭曲变形。特别优选地规定，第一机械开关4和/或第二机械开关13被拧到固定块14上。

如图1所示，优选地总体上由igbt和串联阻断二极管形成的第一半导体电路装置5和第二半导体电路装置15并联连接，并且如图2和图3所示，优选对称地布置在第一机械开关4的两侧。

第三半导体电路装置16优选布置在第一开关4与第二开关13之间。第三半导体电路装置16总体上由mosfet21构成。线路17是mosfet21的控制连接。

已证明特别有利的是，第三半导体电路装置16的mosfet21被设计为保险丝18。可以这样理解，即，至少一个mosfet21承担保险丝的功能，并在相应的过载情况下被破坏，从而中断相关线路。由此可以进一步提高机电模块1的安全性，而无需为此附加部件。

此外，优选规定，混合电路装置2具有电流测量装置的至少一个分流器19，并且所述至少一个分流器19被设计为混合电路装置2的导轨，尤其总体上是银。由此在这方面可以省去单独的组件。

机电模块1还具有至少一个温度传感器27，该温度传感器27优选被布置成在空间上邻近所述至少一个分流器19。

所述至少一个分流器19也可以用于能量测量。除了常规的温度监控之外，温度传感器27还允许对分流器19进行校准。在第一或第二机械开关4、13的区域中优选布置另外的温度传感器28、29，以进一步监控机械开关4、13的区域中的温度。

机电模块1还具有预定的多个控制连接20，用于将混合电路装置2连接至电子控制单元。

特别优选地规定，将低压保护开关装置的功率模块布置在所讨论的机电模块1中。