专利名称：功率电子开关模块以及具有这种开关模块的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及功率电子设备领域。本实用新型涉及功率电子开关模块以及具有这种开关模块的系统。
背景技术：
现今，功率电子开关模块大量用于变频器电路或者功率电子系统。典型地，这种开关模块包括双极的开关单元，其中，所述开关单元具有两个串联的、可控的双向功率半导体开关和与功率半导体开关的串联电路并联的电容储能器电路，其中，所述功率半导体开关具有受控的单向电流导向。通常，电容储能器电路由一个或者最多两个电容储能器构成。前述开关模块例如在DE 10103031A1中进行了说明。功率半导体开关与储能器电路的前述连接众所周知地通过典型的液体冷却的汇流排实现。此外，功率半导体开关的串联电路集成在功率半导体模块中，其中，功率半导体模块通常连接在汇流排的冷却液体循环上。此外， 在CN ^)0956554Υ中以及还有在CN 201066819Y中示出了现今常见的空气冷却开关模块。 根据CN 200956554Y或者根据CN201066819Y的开关模块具有可由金属并且因此由导电材料高成本制造的壳体。此外，相应开关模块的电汇流排典型地由铜片制成。前述根据现有技术的功率电子开关模块的问题在于，制造由金属制成的壳体的成本较高并且对壳体的电绝缘和设置在开关模块的壳体内的开关单元提出高的要求。此外， 电容储能器的冷却效率较低，因为储能器未直接设置在冷却气流中。
实用新型内容因此，本实用新型的任务在于，提出一种尤其高效空气冷却的、节省空间的、结构简单的、易于维护的、稳定并且成本有利的功率电子开关模块。此外，本实用新型的任务在于，提出一种具有至少两个根据本实用新型的功率电子开关模块的系统，其可以非常简单地实现。本发明的第一方面在于一种功率电子开关模块，具有至少两个双极的、设置在所述开关模块的壳体中的开关单元，其中，每个开关单元具有两个串联的、可控的双向功率半导体开关和与所述功率半导体开关的串联电路并联的电容储能器电路，其中，所述功率半导体开关具有受控的单向电流导向，并且所述功率半导体开关的串联电路集成在功率半导体模块中，其特征在于，所述储能器电路由至少三个电容储能器构成，对于每个开关单元， 所述储能器电路与所述功率半导体开关的串联电路的并联通过高电流电路板实现，其中， 所述电容储能器设置在所述高电流电路板的一侧上，所述功率半导体模块设置在所述高电流电路板的同一侧上，所述功率半导体模块设置在冷却体上并且所述电容储能器和所述冷却体位于冷却气流可通过之处，以及所述开关模块的所述壳体具有绝缘材料。本发明的第二方面在于一种具有至少两个根据本发明第一方面所述的功率电子开关模块的系统，其特征在于，固定装置设置在所述开关模块上以固定在至少一个固定导轨上，其中，所述固定装置具有绝缘材料。本发明的第三方面在于一种具有至少两个根据本发明第一方面所述的功率电子开关模块的系统，其中所述开关模块具有通过连接所述开关单元的极形成的两个输出端子，其特征在于，所述功率电子开关模块在相应的输出端子上通过两个串联的电感彼此串联并且两个串联电感的连接点构成系统输出端。根据本实用新型的功率电子开关模块包括至少两个双极的、设置在开关模块的壳体中的开关单元，其中，每个开关单元具有两个串联的、可控的双向功率半导体开关(具有受控的单向电流导向)和与功率半导体开关的串联电路并联的电容储能器电路，并且功率半导体开关的串联电路集成在功率半导体模块中。根据本实用新型，储能器电路由至少三个电容储能器构成，由此，由于很多单个的储能器可以实现储能器电路的非常高效的冷却。因此，可以有利地提高电容储能器电路的总纹波电流承载能力，因为每个电容储能器具有更大的冷却表面。此外，对于每个开关单元，通过高电流电路板实现储能器电路与功率半导体开关的串联电路的并联，在此，电容储能器设置在高电流电路板的一侧上，功率半导体模块设置在高电流电路板的同一侧上，功率半导体模块设置在冷却体上，并且冷却气流通过(von einerkuehlluftstroemung erfasst sind)电容储能器和冷却体。由于电容储能器和功率半导体模块设置在高电流电路板的同一侧上，可以实现开关模块的特别平坦并且因此节省空间的结构。此外，通过所述设置可以借助冷却气流特别简单并且高效地仅仅以空气冷却电容储能器和用于冷却功率半导体模块的冷却体，从而可以实现功率电子开关模块的非常简单的、易于维护的、不复杂的、稳定的和最终成本有利的结构。此外，开关模块的壳体具有绝缘材料，由此可以有利地非常简单地实现壳体的以及相对于设置在壳体中的开关单元的高绝缘强度。根据本实用新型的系统具有至少两个根据本实用新型的功率电子开关模块， 其中，在开关模块上设置有固定装置(Halterimgen)用于固定在至少一个固定导轨 (Halterschiene)上，并且固定装置具有绝缘材料。通过固定装置可以在将多个开关模块固定在一个或多个固定导轨时有利地实现功能性的电绝缘。本实用新型的这些和其他任务、优点和特征由
以下结合附图对本实用新型的优选实施例的详细描述公开。
附图示出图1 根据本实用新型的功率电子开关模块的实施方式的三维示意图，图2 根据图1的根据本实用新型的功率电子开关模块的实施方式的三维示意图的分解视图，图3 具有两个根据本实用新型的功率电子开关模块的根据本实用新型的系统的实施方式，图4 具有两个根据本实用新型的功率电子开关模块的根据本实用新型的系统的另一实施方式。在附图标记列表中汇总地列出了在附图中使用的附图标记和它们的含义。基本上，在附图中相同的部分设有相同的附图标记。所述实施方式是实用新型主题的示例并且不具有任何限制作用。
具体实施方式
4[0019]图1示出根据本实用新型的功率电子开关模块1的实施方式。功率电子开关模块 1通常包括至少两个双极的、设置在开关模块1的壳体3中的开关单元2，其中，每个开关单元2具有两个串联的、可控的双向功率半导体开关(具有受控的单向电流导向)和与功率半导体开关的串联电路并联的电容储能器电路，并且功率半导体开关的串联电路集成在功率半导体模块4中。根据图1的实施方式例如具有四个双极的开关单元2。各个可控功率半导体开关尤其被构造为关断晶闸管(GT0 门极可关断晶闸管)或者被构造为具有换流控制电极的集成晶闸管(IGCT:集成门极换流晶闸管)，分别具有反向并联的二极管。但可以考虑，可控功率半导体开关例如被构造为具有额外的反向并联二极管的功率MOSFET或者具有额外的反向并联二极管的绝缘栅双极性晶体管(IGBT)。根据本实用新型，储能器电路由至少三个电容储能器5构成，由此由于很多单个的储能器5可以实现储能器电路的高效冷却。由此可以有利地提高电容储能器电路的总纹波电流承载能力。此外，对于每个开关单元2，储能器电路通过高电流电路板6与功率半导体开关的串联电路并联，其中，电容储能器5设置在高电流电路板6的一侧上并且功率半导体模块4设置在高电流电路板6的同一侧上。此外，功率半导体模块4设置在冷却体7上并且冷却气流A通过电容储能器5 和冷却体7，其中，冷却气流A在图1中由箭头表示。例如可以通过鼓风机产生这种冷却气流A。根据图1，壳体3具有用于冷却气流A的开口，其中，开口优选设置在壳体壁的朝向电容储能器5的一侧上以及壳体壁的朝向功率半导体模块4的一侧上。通过将电容储能器5 和功率半导体模块4设置在高电流电路板6的同一侧上可以实现开关模块1的特别平坦并且因此节省空间的结构。此外，通过所述设置借助冷却气流A可以特别简单并且高效地仅仅以空气冷却电容储能器5和用于冷却功率半导体模块4的冷却体7，从而可以实现功率电子开关模块1的非常简单的、易于维护的、不复杂的、稳定的和最终成本有利的结构。开关模块1的壳体3具有绝缘材料，由此可以有利地非常简单地实现壳体3的以及相对于设置在壳体3中的开关单元2的高绝缘强度。开关模块1的壳体3优选构造为多个部分，如在示出根据图1的根据本实用新型的功率电子开关模块的实施方式的三维示意图的分解视图的图2中所示。根据图2，开关模块1的壳体3具有底部31、中间部32和盖部33。由于壳体3具有多个部分，可以非常简单并且快速地制造开关模块1。根据图2，电容储能器5设置在开关模块1的壳体3的底部 31中。此外，根据图2，用于冷却功率半导体模块4的冷却体7设置在开关模块1的壳体3 的底部31中。根据图2，高电流电路板6设置在开关模块1的壳体3的盖部33中。如下已证实是有利的，即冷却气流A多数在开关模块1的壳体3的底部31中流动，因为电容储能器5以及用于冷却功率半导体模块4的冷却体7设置在那里。由此电容储能器5的冷却是特别高效的，从而可以实现电容储能器电路的总纹波电流承载能力的进一步提升。在此，自然始终确保了功率半导体模块4的所需冷却，并且因此功率半导体模块4的所需冷却非常良好。根据图2，开关模块1的壳体3的底部31和盖部33具有用于容纳开关单元2的细分件(Unterteilimgen) 11，由此可实现各开关单元2的物理分离、各开关单元2的相互电绝缘和开关单元2在壳体3中的防爆设置。开关单元在它们的极上连接使得形成两个输出端子(Ausgangsklemmen) 8，如在图 1和图2中示例性示出的那样。可以根据要求和/或应用考虑开关单元2在开关模块1中的每种连接变体。在图3中说明了具有两个根据本实用新型的功率电子开关模块1(通常具有至少两个根据本实用新型的功率电子开关模块1)的根据本实用新型的系统的实施方式，如其在上文所详细描述的那样。其中，在开关模块1上设置固定装置9用于固定在至少一个固定导轨10上，其中，固定装置9具有绝缘材料。通过固定装置9可以在将多个开关模块1 固定在一个或多个固定导轨10时有利地实现功能性的电绝缘。固定导轨10优选具有基本上C状的轮廓。在例如将开关模块1安装到开关柜(Schaltschrank)中时，将固定导轨10 安装在开关柜中并且随后将固定装置9固定在固定导轨10上。随后仅仅将相应的开关模块1推到固定装置中并且固定在上面，从而可以明显简单并且快速地安装到开关柜中。为了进一步改善电绝缘也可以考虑固定导轨10具有绝缘材料。在图4中示出了具有两个(通常具有至少两个)根据本实用新型的功率电子开关模块的根据本实用新型的系统的另一实施方式。根据图4，功率电子开关模块1在相应的输出端子8上通过两个串联的电感L1、L2彼此串联并且两个串联的电感L1、L2的连接点形成系统输出端P。因此，可以明显简单地构造以及毫无问题并且因此成本较低地实现这种系
统。[0026]附图标记列表[0027]1功率电子开关模块[0028]2开关单元[0029]3功率电子开关模块的壳体[0030]31壳体的底部[0031]32壳体的中间部[0032]33壳体的盖部[0033]4功率半导体模块[0034]5电容储能器[0035]6高电流电路板[0036]7冷却体[0037]8输出端子[0038]9固定装置[0039]10固定导轨[0040]11细分件[0041]A冷却气流[0042]P系统输出端[0043]Li、L2 电感。
权利要求1.一种功率电子开关模块，具有至少两个双极的、设置在所述开关模块(1)的壳体(3) 中的开关单元0)，其中，每个开关单元(2)具有两个串联的、可控的双向功率半导体开关和与所述功率半导体开关的串联电路并联的电容储能器电路，其中，所述功率半导体开关具有受控的单向电流导向，并且所述功率半导体开关的串联电路集成在功率半导体模块 (4)中，其特征在于，所述储能器电路由至少三个电容储能器(5)构成，对于每个开关单元O)，所述储能器电路与所述功率半导体开关的串联电路的并联通过高电流电路板(6)实现，其中，所述电容储能器( 设置在所述高电流电路板(6)的一侧上，所述功率半导体模块(4)设置在所述高电流电路板(6)的同一侧上，所述功率半导体模块(4)设置在冷却体(7)上并且所述电容储能器( 和所述冷却体(8)位于冷却气流(A) 可通过之处，以及所述开关模块(1)的所述壳体C3)具有绝缘材料。
2.根据权利要求1所述的功率电子开关模块，其特征在于，所述开关模块(1)的壳体 (3)被构造为多个部分。
3.根据权利要求2所述的功率电子开关模块，其特征在于，所述开关模块(1)的所述壳体(3)具有底部(31)、中间部(32)和盖部(33)。
4.根据权利要求3所述的功率电子开关模块，其特征在于，所述电容储能器(5)设置在所述开关模块(1)的所述壳体(3)的底部(31)中。
5.根据权利要求3或4所述的功率电子开关模块，其特征在于，所述冷却体(7)设置在所述开关模块(1)的所述壳体(3)的底部(31)中。
6.根据权利要求3或4所述的功率电子开关模块，其特征在于，所述高电流电路板(6) 设置在所述开关模块(1)的所述壳体(3)的盖部(3 中。
7.根据权利要求3或4所述的功率电子开关模块，其特征在于，所述开关模块(1)的所述壳体(3)的底部(1)是所述冷却气流(A)多数可经过之处。
8.根据权利要求3所述的功率电子开关模块，其特征在于，所述开关模块(1)的所述壳体(3)的底部(31)和盖部(33)具有用于容纳所述开关单元O)的细分件(11)。
9.根据权利要求1所述的功率电子开关模块，其特征在于，所述开关模块(1)具有通过连接所述开关单元O)的极形成的两个输出端子(8)。
10.一种具有至少两个根据权利要求1所述的功率电子开关模块的系统，其特征在于， 固定装置(9)设置在所述开关模块(1)上以固定在至少一个固定导轨(10)上，其中，所述固定装置(9)具有绝缘材料。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述固定导轨(10)具有基本上C状的轮廓。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述固定导轨(10)具有绝缘材料。
13.一种具有至少两个根据权利要求9所述的功率电子开关模块的系统，其特征在于， 所述功率电子开关模块(1)在相应的输出端子(8)上通过两个串联的电感(L1，L2)彼此串联并且两个串联电感(L1，L2)的连接点构成系统输出端(P)。
专利摘要功率电子开关模块以及具有这种开关模块的系统，功率电子开关模块具有至少两个双极的、设置在开关模块的壳体中的开关单元，每个开关单元具有两个串联的、可控的双向功率半导体开关和与功率半导体开关的串联电路并联的电容储能器电路，功率半导体开关具有受控的单向电流导向，且功率半导体开关的串联电路集成在功率半导体模块中。储能器电路由至少三个电容储能器构成，对于每个开关单元，储能器电路与功率半导体开关的串联电路的并联通过高电流电路板实现，其中，电容储能器设置在高电流电路板的一侧上，功率半导体模块设置在高电流电路板的同一侧上，所述功率半导体模块设置在冷却体上并且所述电容储能器和所述冷却体位于冷却气流可通过之处，以及所述开关模块的所述壳体具有绝缘材料。
文档编号H02M1/00GK202103560SQ20102053342
公开日2012年1月4日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者A·弗格利, M·安嫩 申请人:Abb技术有限公司