开关模块和逆变器的制作方法

此处公开的技术涉及一种进行开关控制的开关模块和逆变器，尤其涉及一种适用于车载用途的开关模块和逆变器。

背景技术：

1、近年来，汽车电动化发展迅猛。利用从用于驱动的高电压电池供给的直流电控制逆变器以驱动马达，由此实现汽车电动化。此时，逆变器中会产生功率损耗。

2、如何减少该功率损耗是实现汽车电动化时必须解决的问题。也就是说，需要改善逆变器中使用的开关模块的效率。

3、因此，开关模块一般采用sic(碳化硅)等改良后的半导体装置。这样一来，能够提高开关控制的速度。

4、然而，如果提高开关控制的速度，则会出现以下问题：由于周期性电压变化而流过高频电流，进而产生高次谐波噪声。

5、在高次谐波噪声中，公知的有经由电气布线流向电池的电流(常模电流)、流过电气布线且流过杂散电容(寄生电容)和接地(地线)的电流(共模电流)。由于上述电流的存在，就会产生电磁噪声(常模噪声和共模噪声)。

6、上述电磁噪声会引起附近电气设备的误动作、通信干扰等。因此，为了提高开关控制的速度，必须抑制上述电磁噪声。

7、在逆变器的直流链路中，设有抑制常模噪声的平滑电容器。

8、也就是说，平滑电容器向开关模块供给蓄积的电力。这样一来，能减小从电池供给的电力的正极侧与负极侧之间的高频阻抗。流向电池的高频电流实质上流过平滑电容器。因此，通过设置平滑电容器，能够抑制常模噪声。

9、关于抑制共模噪声的技术，也已有过提案。例如，专利文献1公开了一种减小在半桥电路(串联连接两个开关元件而成的电路)中产生的共模噪声的技术。

10、在半桥电路中，两个开关元件的中点的电压变化较大。因此，在专利文献1的技术中，隔着绝缘层31与该中点部分的导电板(中点导电板15)相对的散热板(第二散热板19)与接地端子24绝缘(在引用文献1的说明中，为了方便起见，使用引用文献1的符号)。

11、这样一来，可减小从中点导电板15流出的共模电流，从而减小由该共模电流产生的共模噪声。

12、专利文献1：日本公开专利公报特开2018－195694号公报

技术实现思路

1、－发明要解决的技术问题－

2、进行开关控制时，在直流链路与各开关元件之间会产生谐振。这样一来，在各开关元件的工作电流和电压的波形中，会产生细微的振动(振铃)(参照图1的符号y1)。

3、开关控制的速度越快，振铃的振幅就越大。并且，因为振铃中包含较高的频率分量，所以振铃还是导致产生常模噪声和共模噪声的原因。

4、而且，振铃产生浪涌电压(瞬间产生的过剩电压)。如果该浪涌电压超过开关元件的耐压极限，该半导体就会损坏。这样一来，就要求各开关元件具有足够比电池电压高且具有余量的耐压性能。其结果是，开关元件不可避免地会很昂贵，而成为导致开关模块及逆变器的成本上升的原因。

5、通过逆变控制驱动马达时，电流(纹波电流)流过平滑电容器。伴随于此，平滑电容器因该纹波电流和内部电阻引起的功率损耗而发热。

6、然而，平滑电容器一般采用由多个薄膜重叠构成的薄膜电容器。因此，平滑电容器难以散热。尤其是车载逆变器中，平滑电容器较大，因此更严重。

7、因此，为了抑制平滑电容器升温以保证可靠性，只能减小其内部电阻来抑制发热。为此，必须将平滑电容器的静电容量设为必要值以上的过大的值。因此，平滑电容器也会很昂贵，成为逆变器成本上升的主要原因。

8、于是，此处公开的技术旨在实现一种开关模块，其可在维持平滑电容器所发挥的功能的状态下，使平滑电容器小型化或省略平滑电容器，从而降低逆变器的成本。并且，旨在实现一种还可以抑制共模噪声的开关模块。

9、－用于解决技术问题的技术方案－

10、此处公开的技术涉及一种开关模块，包括正极侧主线、负极侧主线、多个半桥电路以及多条输出线，且进行开关控制，所述正极侧主线和所述负极侧主线分别与电池的正极和负极相连，多个所述半桥电路在所述正极侧主线与所述负极侧主线之间具有从该正极侧主线一侧依次串联连接的上臂用开关元件和下臂用开关元件，多条所述输出线连接在各所述半桥电路中所述上臂用开关元件与所述下臂用开关元件之间。

11、所述开关模块包括正极侧导电体、负极侧导电体、输出用导电体以及电气绝缘部件，所述正极侧导电体与设在各所述上臂用开关元件的下表面上的输入侧电极紧密接触而构成所述正极侧主线，所述负极侧导电体与各所述下臂用开关元件的输出侧电极相连而构成所述负极侧主线，所述输出用导电体与设在各所述下臂用开关元件的下表面上的输入侧电极紧密接触而构成各所述输出线，所述电气绝缘部件的上表面与所述正极侧导电体、所述负极侧导电体以及各所述输出用导电体紧密接触，且所述电气绝缘部件的下表面与具有导电性的规定的散热部件紧密接触。

12、并且，所述电气绝缘部件包括正极侧导电层和负极侧导电层，所述正极侧导电层与所述正极侧导电体相连，所述负极侧导电层与所述负极侧导电体相连，各所述正极侧导电层与各所述负极侧导电层隔着电气绝缘层相对，由此在所述电气绝缘部件的内部设有夹设在所述正极侧主线与所述负极侧主线之间且能蓄积电荷的蓄电构造。

13、也就是说，根据该开关模块，因为电气绝缘部件与散热部件接触，所以电气绝缘部件能够向散热部件散热。因此，在下臂用开关元件等的设在其上的电路中，由于开关控制而产生热量时，也能够通过电气绝缘部件散热。

14、并且，在该电气绝缘部件的内部，各正极侧导电层与各负极侧导电层隔着电气绝缘层相对，由此设有夹设在正极侧主线与负极侧主线之间的蓄电构造。将开关模块设置到逆变器上时，该蓄电构造为与平滑电容器并联连接的状态。

15、也就是说，该蓄电构造能够作为平滑电容器发挥作用，因此能够代替平滑电容器。其结果是，能够在维持平滑电容器所发挥的功能的状态下，使平滑电容器小型化或省略平滑电容器。能够实现一种可降低逆变器成本的开关模块。

16、而且，因为蓄电构造设在电气绝缘部件的内部，所以容易散热。因此，不需要像薄膜电容器那样过大的静电容量，能够以小型小容量的电气绝缘部件实现。

17、而且，因为蓄电构造和各开关元件实质上是一体化构造，所以能够排除由于经由电气布线连接平滑电容器而产生的寄生电感。这样一来，能够抑制由于开关控制流过半桥电路的电流和电压波形的振铃。此外，还能够抑制浪涌电压，因此不需要开关元件具有过度的耐压性能，能够使开关模块变得廉价。

18、也可以是：所述正极侧导电层和所述负极侧导电层形成为分别以与所述电气绝缘部件的上下表面平行的状态交替延伸，该正极侧导电层和该负极侧导电层分别隔着所述电气绝缘层在所述电气绝缘部件的厚度方向上相对而构成所述蓄电构造。

19、这样，就能够将蓄电构造高效地布置到电气绝缘部件的内部。这样一来，既能够保证蓄电构造有较高的静电容量，又能够减小电气绝缘部件的厚度。其结果是，从构造的观点来看，能够提高电气绝缘部件的散热性能。

20、也可以是：所述上臂用开关元件和所述下臂用开关元件分别集中布置在所述电气绝缘部件的上表面的中央侧，所述蓄电构造设在所述电气绝缘部件的外缘部分。

21、这样，开关元件群与蓄电构造就不会上下重叠。进行开关控制时，蓄电构造和各开关元件均会发热，但能够高效地将这二者的热量传递到散热部件而进行散热。

22、也可以是：所述蓄电构造夹设在至少设有各所述下臂用开关元件的中点部位与所述散热部件之间。

23、这样，就使得没有共模电流流过，从而能够抑制产生共模噪声。也就是说，进行开关控制时，设有各下臂用开关元件的中点部位的电压周期性发生较大变化。这样一来，在现有技术中，会有共模电流流过而产生共模噪声。

24、相对于此，进行开关控制时，蓄电构造的各正极侧导电层和各负极侧导电层的电位也不会变化。这样一来，电流不会流过经由电气绝缘部件和散热部件的电流路径。共模电流几乎为零，能够基本消除共模噪声。

25、也可以是：所述蓄电构造遍及所述电气绝缘部件的整个面的范围而设。

26、这样，能够可靠地阻断经由电气绝缘部件和散热部件的电流路径。能够稳定地抑制共模噪声。而且，各正极侧导电层和各负极侧导电层的形状被简化，其形成变得简单，能够容易地制造电气绝缘部件。

27、也可以是：所述正极侧导电层和所述负极侧导电层分别包括正极侧平行层、多个正极侧正交层和负极侧平行层、多个负极侧正交层，所述正极侧平行层和所述负极侧平行层隔着所述电气绝缘层分别与所述电气绝缘部件的上表面和下表面相对着延伸，多个所述正极侧正交层和多个所述负极侧正交层形成为分别与所述正极侧平行层和所述负极侧平行层正交且与所述电气绝缘部件的一端面平行着交替延伸，所述正极侧正交层和所述负极侧正交层分别在与所述电气绝缘部件的厚度方向正交的边方向上隔着所述电气绝缘层相对而构成所述蓄电构造。

28、这是上述蓄电构造的另一形态。能够根据电气绝缘部件的规格来选择蓄电构造，因此通用性优异。

29、也可以是：所述蓄电构造夹设在至少设有各所述下臂用开关元件的中点部位与所述散热部件之间。

30、这样，如上所述能够抑制共模噪声。

31、也可以是：所述中点部位隔着所述电气绝缘层与所述正极侧平行层或所述负极侧平行层相对。

32、这样，能够容易地阻断经由电气绝缘部件和散热部件的电流路径。能够稳定地抑制共模噪声。

33、也可以是：所述蓄电构造遍及所述电气绝缘部件的整个面的范围而设。

34、这样，能够可靠地阻断经由电气绝缘部件和散热部件的电流路径。能够更稳定地抑制共模噪声。而且，各正极侧导电层和各负极侧导电层的形状被简化，其形成变得简单，能够容易地制造电气绝缘部件。

35、也可以是：所述电气绝缘部件由陶瓷材料形成，所述陶瓷材料由相对介电常数比氧化铝高的高介电常数材料和导热系数比氧化铝高的高导热材料以规定比率混合而成。

36、在该开关模块中，因为在电气绝缘部件上设有蓄电构造，所以要求电气绝缘部件具有较高的导热性和较高的静电容量。相对于此，如果像这样构成，就能够对电气绝缘部件的导热系数和介电常数这二者都进行调节。因此，能够根据电气绝缘部件的规格优化导热性和静电容量。

37、也可以是：所述高导热材料为氮化铝，所述高介电常数材料为钛酸钡。

38、钛酸钡的相对介电常数极高，氮化铝的导热系数极高。因此，能够容易地对电气绝缘部件的导热系数和介电常数这二者进行调节，而且能够使这二者都较高。

39、也可以是：所述电气绝缘部件具有第一部位和第二部位，所述第一部位由导热系数比氧化铝高的高导热材料形成，所述第二部位由相对介电常数比氧化铝高的高介电常数材料形成。

40、这样，能够在不影响高导热材料和高介电常数材料这二者的特质的情况下构成电气绝缘部件。因此，能够同时实现电气绝缘部件较高的导热性和较高的静电容量。

41、尤其是如果应用于上述另一形态的蓄电构造，则即使使用不同材料，也能够组合现有方法来进行制造，在这一点上很有利。

42、也可以是：所述高导热材料为氮化铝，所述高介电常数材料为钛酸钡。

43、这样，能够高水平地同时实现电气绝缘部件较高的导热性和较高的静电容量。

44、上述开关模块优选应用于以下逆变器，其夹设在电池与马达之间，且利用从所述电池供给的电力驱动所述马达。

45、也就是说，也可以是：所述逆变器包括上述开关模块和直流链路，所述直流链路夹设在所述正极侧主线和所述负极侧主线与所述电池之间，所述直流链路具有正极侧中继线、负极侧中继线以及平滑电容器，所述正极侧中继线夹设在所述正极侧主线与所述电池的正极侧之间，所述负极侧中继线夹设在所述负极侧主线与所述电池的负极侧之间，所述平滑电容器架设在所述正极侧中继线与所述负极侧中继线之间，所述平滑电容器的一部分由所述蓄电构造代替。

46、这样，能够使昂贵的大型平滑电容器小型化，从而能够使逆变器变得廉价。

47、也可以是：所述逆变器还包括上述开关模块和直流链路，所述直流链路夹设在所述正极侧主线和所述负极侧主线与所述电池之间，所述直流链路具有正极侧中继线和负极侧中继线，所述正极侧中继线夹设在所述正极侧主线与所述电池的正极侧之间，所述负极侧中继线夹设在所述负极侧主线与所述电池的负极侧之间，省略设在所述直流链路中的平滑电容器，而由所述蓄电构造代替。

48、这样，能够省略平滑电容器，从而能够进一步使逆变器变得廉价。

49、－发明的效果－

50、如果将此处公开的技术应用于开关模块，就能够在维持平滑电容器所发挥的功能的状态下，使平滑电容器小型化或省略平滑电容器，从而能够降低逆变器的成本。而且，还能够抑制共模噪声，提高开关控制的速度。