具有至少两个功率半导体模块的功率转换器的制作方法

本发明涉及一种功率转换器，其具有至少两个尤其相同的功率半导体模块。本发明还涉及一种用于制造具有至少两个尤其相同的功率半导体模块的功率转换器的方法。

背景技术：

1、在这种功率转换器中的功率半导体模块例如并联连接，以便获得更大的负载电流。功率转换器例如能被理解为整流器、功率逆变器、变换器或直流电压转换器。尤其在功率半导体模块并联的情况下，寄生的电感和电阻能导致功率半导体模块之间的不均匀的尤其不对称的电流分布，其例如激励振荡并且因此能产生附加的功耗和/或噪声辐射。噪声辐射能影响功率转换器的其他元件并且引起功率半导体模块的自发破坏。此外，这种不对称的电流分布能导致各个功率半导体模块被不同地加载并且各个模块的使用寿命降低。

技术实现思路

1、在此背景下，本发明的目的在于提出一种功率转换器，其与现有技术相比具有更高的可靠性。

2、根据本发明，该目的通过一种具有至少两个尤其相同的功率半导体模块的功率转换器来实现，功率半导体模块各自具有至少一个功率半导体和多个功率触点，功率半导体与相应的功率半导体模块的功率触点导电地连接，功率触点为了功率半导体模块的并联而分别通过外部电路导电地相连，功率半导体通过至少一个附加的连接器导电地相互连接，至少一个附加的连接器具有与外部电路相比更小的寄生电感和/或更小的串联电阻。

3、此外，该目的根据本发明通过一种用于制造具有至少两个尤其相同的功率半导体模块的功率转换器的方法来实现，功率半导体模块各自具有至少一个功率半导体和多个功率触点，功率半导体与相应的功率半导体模块的功率触点导电地连接，功率触点为了功率半导体模块的并联而分别通过外部电路导电地相连，功率半导体通过至少一个附加的连接器导电地相互连接，至少一个附加的连接器具有与外部电路相比更小的寄生电感和/或更小的串联电阻。

4、关于功率转换器的在下面说明的优点和优选设计方案能够相应转用至制造方法。

5、本发明基于的考虑是，通过改善并联的功率半导体模块之间的电流分布的对称性来提高功率转换器的可靠性。功率半导体模块各自具有至少一个功率半导体和多个功率触点，功率半导体与相应的功率半导体模块的功率触点导电地连接。例如，功率半导体分别实施为晶体管，尤其实施为绝缘栅双极型晶体管(igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、场效应晶体管、晶闸管或者其他半导体。例如，至少一个晶体管配有二极管、尤其是反并联二极管。例如，分别与至少一个igbt的集电极和/或发射极连接的功率触点为了功率半导体模块的并联而分别通过外部电路导电地连接。例如，外部电路包括铜轨和/或电缆、尤其是用于并联功率半导体模块的绝缘铜电缆。

6、此外，功率半导体通过至少一个附加的连接器导电地相互连接，至少一个附加的连接器具有与外部电路相比更小的寄生电感和/或更小的串联电阻。经由至少一个附加的连接器，并联的模块直接相互连接，从而能够实现平衡电流的流动。这些平衡电流防止并联连接的振荡并且在功率电流分布中提供更好的对称性。至少一个附加的连接器例如包括多个尤其平行延伸的导体，这些导体建立功率半导体模块之间的直接连接。导体例如由铜或铜合金制成。尤其通过直接连接，至少一个连接器的导体与外部电路的相对长的铜轨和/或电缆相比更短地实施，以使至少一个连接器具有与外部电路相比更小的电感和/或更小的串联电阻。通过功率电流分布中更好的对称性提高了功率转换器的可靠性。

7、另一个实施方式提出，至少一个附加的连接器具有与外部电路相比更小的载流能力。尤其因为标称电流仅以短时间流过至少一个附加的连接器，所以该标称电流的规格可以设计成具有较小的载流能力并且因此更紧凑和更便宜。

8、另一个实施方式提出，功率半导体模块各自具有壳体，壳体包括相应的功率触点，至少一个连接器布置成延伸穿过壳体。壳体例如由塑料制成，至少一个连接器例如借助于密封的壳体贯穿部延伸穿过壳体并且因此确保遵循电气间隙和爬电距离。经由壳体贯穿部的减小的距离可以实现至少一个连接器的较小的电感。

9、另一个实施方式提出，至少一个连接器具有集成到相应的壳体中的多个连接元件，连接元件通过至少一个单独的接触元件导电地连接。例如相同地实施的连接元件例如借助于尤其密封的壳体贯穿部集成到壳体中。单独的接触元件简单且便宜地生成连接元件之间的导电连接。

10、另一个实施方式提出，连接元件与接触元件能拆卸地连接。例如借助于榫槽连接生成能拆卸的连接。通过这种能拆卸的连接，例如在故障情况下使功率半导体模块的更换变得更容易。

11、另一个实施方式提出，连接元件通过插入式连接与接触元件连接。这种插入式连接例如实施为插头与插座的连接，其中，连接元件例如具有插座并且接触元件具有相关联的插头。这种类型的尤其能拆卸的插入式连接是简单、便宜且可靠的。

12、另一个实施方式提出，连接器包括集成到第一壳体中的第一插接元件和集成到第二壳体中并且与第一插接元件不同的第二插接元件，第一插接元件和第二插接元件通过插入式连接尤其能拆卸地导电连接。插接元件例如通过插头与插座的连接能拆卸地相互连接。通过这种连接技术可以非常简单地将多个功率半导体模块相互连接。

13、另一个实施方式提出，连接器包括多个平行延伸的导体。经由平行延伸的导体形成电容，该电容至少部分地补偿导体的寄生电感。导体之间的电容的规格例如可以通过导体的间距和叠加被灵活地设计。

14、另一个实施方式提出，经由平行延伸的导体形成滤波器、尤其是rc滤波器，滤波器的极限频率位于mhz范围内。rc滤波器的电容尤其由并联延伸的导体形成并且rc滤波器的电阻由导体的串联电阻形成。构造的低通滤波器的极限频率尤其高于功率转换器的运行频率，以通过rc滤波器的滤波效果抑制较高的频率，这对功率转换器的振荡表现有积极影响。

15、另一个实施方式提出，连接器包括至少一个滤波器元件。这种滤波器元件例如是分立构造的元件，尤其是电阻、电容器或rc组件。经由这种滤波器元件能够以节省空间的方式实现较小的极限频率，从而使功率半导体模块之间的振荡以节省空间的方式衰减。

16、另一个实施方式提出，至少一个附加的连接器包括正温度系数热敏电阻。正温度系数热敏电阻例如包含铂和/或resistherm(nife30)。经由这种电阻随温度升高而增加的正温度系数热敏电阻，平衡电流能够主要在瞬态事件的情况下流动。此外，至少一个附加的连接器被保护以防过载。

17、下面借助在附图中示出的实施例来更详细地描述和解释本发明。

技术特征：

1.一种功率转换器(2)，具有至少两个尤其相同的功率半导体模块(4，6)，

2.根据权利要求1所述的功率转换器(2)，

3.根据权利要求1或2中任一项所述的功率转换器(2)，

4.根据权利要求3所述的功率转换器(2)，

5.根据权利要求4所述的功率转换器(2)，

6.根据权利要求4或5中任一项所述的功率转换器(2)，其中，连接元件(58)通过插入式连接与接触元件(60)连接。

7.根据权利要求3所述的功率转换器(2)，

8.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器(2)，其中，连接器(36)包括多个平行延伸的导体(38，40)。

9.根据权利要求8所述的功率转换器(2)，

10.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器(2)，

11.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换器(2)，

12.一种用于制造功率转换器(2)的方法，所述功率转换器具有至少两个尤其相同的功率半导体模块(4，6)，

13.根据权利要求12所述的方法，

14.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，

15.根据权利要求13所述的方法，

技术总结
本发明涉及一种具有至少两个尤其相同的功率半导体模块(4，6)的功率转换器(2)。为了实现与现有技术相比更高的可靠性而提出，功率半导体模块(4，6)各自具有至少一个功率半导体(10，12)和多个功率触点(18，20，22，24，46，48)，功率半导体(10，12)与相应的功率半导体模块(4，6)的功率触点(18，20，22，24，46，48)导电地连接，功率触点(18，20，22，24，46，48)为了功率半导体模块(4，6)的并联而分别通过外部电路(32，34，54)导电地相连，功率半导体(10，12)通过至少一个附加的连接器(36)导电地相互连接，至少一个附加的连接器(36)具有与外部电路(32，34，54)相比更小的寄生电感和/或更小的串联电阻。

技术研发人员：费利克斯·蔡斯,菲利普·克奈斯尔,延斯·施门格
受保护的技术使用者：西门子股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15