一种电极连接点成列布置的三电平功率模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电极连接点成列布置的三电平功率模块，包括排成一行的多个绝缘基板，其中一半数量的绝缘基板为下半桥绝缘基板，另一半数量的绝缘基板为上半桥绝缘基板；下半桥绝缘基板上设有负电极连接点和中间电极连接点，负电极连接点与中间电极连接点成列布置，上半桥绝缘基板上设有正电极连接点和中间电极连接点，正电极连接点与中间电极连接点成列布置。本发明通过优化绝缘基板上芯片位置布局，使得正电极连接点与中间电极连接点、负电极连接点与中间电极连接点均成列布置，上半桥单元、上半桥续流单元、下半桥单元、下半桥续流单元采用分区连接及门极引出方式，减小了寄生参数和模块损耗，有效缩短了功率开关芯片门极引线的长度，提高了工作的可靠性。
【专利说明】
一种电极连接点成列布置的三电平功率模块
技术领域
[0001]本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种电极连接点成列布置的三电平功率模块。
【背景技术】
[0002]功率模块是电力电子器件如金属氧化物半导体(功率MOS管)、绝缘栅型场效应晶体管(IGBT)、快恢复二极管(FRD)按一定的功能组合封装成的电力开关模块，其主要用于电动汽车、光伏发电、风力发电、工业变频等各种场合下的功率转换。
[0003]现有技术中的功率模块的正负电极寄生参数往往较大、模块损耗较大。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的是提供一种寄生参数小、模块损耗小且门极引线较短的电极连接点成列布置的三电平功率模块。
[0005]技术方案:为达到此目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]本发明所述的电极连接点成列布置的三电平功率模块，包括排成一行的多个绝缘基板，其中一半数量的绝缘基板为下半桥绝缘基板，另一半数量的绝缘基板为上半桥绝缘基板;下半桥绝缘基板上设有负电极连接点和中间电极连接点，负电极连接点与中间电极连接点成列布置，上半桥绝缘基板上设有正电极连接点和中间电极连接点，正电极连接点与中间电极连接点成列布置。
[0007]进一步，所述下半桥绝缘基板上还设有下半桥单元和下半桥续流单元，下半桥单元的发射极或源极连接负电极连接点，下半桥单元导通时，电流通过下半桥单元进行流通，下半桥单元关断时，电流通过下半桥续流单元进行流通;上半桥绝缘基板上还设有上半桥单元和上半桥续流单元，上半桥单元的集电极或漏极连接正电极连接点，上半桥单元导通时，电流通过上半桥单元进行流通，上半桥单元关断时，电流通过上半桥续流单元进行流通。
[0008]进一步，所述下半桥单元包括IGBT管Ql和二极管Dl，二极管Dl反向并联在IGBT管Ql两端，IGBT管Ql的发射极连接下半桥绝缘基板上的负电极连接点，IGBT管Ql的集电极连接下半桥绝缘基板上的输出电极连接点；下半桥续流单元包括IGBT管Q2、二极管D2和二极管D3，IGBT管Q2的集电极连接IGBT管Ql的集电极，二极管D2反向并联在IGBT管Q2两端，IGBT管Q2的发射极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接下半桥绝缘基板上的中间电极连接点。
[0009]进一步，所述下半桥单元包括功率MOS管QlI和二极管Dll，二极管DlI反向并联在功率MOS管Ql I两端，功率MOS管Ql I的源极连接下半桥绝缘基板上的负电极连接点，功率MOS管Ql I的漏极连接下半桥绝缘基板上的输出电极连接点；下半桥续流单元包括功率MOS管Q21、二极管D21和二极管D31，功率MOS管Q21的漏极连接功率MOS管Qll的漏极，二极管D21反向并联在功率MOS管Q21两端，功率MOS管Q21的源极连接二极管D31的正极，二极管D31的负极连接下半桥绝缘基板上的中间电极连接点。
[0010]进一步，所述上半桥单元包括IGBT管Q3和二极管D4，二极管D4反向并联在IGBT管Q3两端，IGBT管Q3的集电极连接上半桥绝缘基板上的正电极连接点，IGBT管Q3的发射极连接上半桥绝缘基板上的输出电极连接点；上半桥续流单元包括IGBT管Q4、二极管D5和二极管D6，IGBT管Q4的发射极连接IGBT管Q3的发射极，二极管D5反向并联在IGBT管Q4两端，IGBT管Q4的集电极连接二极管D6的负极，二极管D6的正极连接上半桥绝缘基板上的中间电极连接点。
[0011]进一步，所述上半桥单元包括功率MOS管Q31和二极管D41，二极管D41反向并联在功率MOS管Q31两端，功率MOS管Q31的漏极连接上半桥绝缘基板上的正电极连接点，功率MOS管Q31的源极连接上半桥绝缘基板上的输出电极连接点；上半桥续流单元包括功率MOS管Q41、二极管D51和二极管D61，功率MOS管Q41的源极连接功率MOS管Q31的源极，二极管D51反向并联在功率MOS管Q41两端，功率MOS管Q41的漏极连接二极管D61的负极，二极管D61的正极连接上半桥绝缘基板上的中间电极连接点。
[0012]进一步，所有下半桥单元共用一块下半桥门极绝缘基板，用于连接所有下半桥单元的门极;所有下半桥续流单元共用一块下半桥续流门极绝缘基板，用于连接所有下半桥续流单元的门极。
[0013]进一步，所述每个下半桥绝缘基板上，中间电极连接点与下半桥续流门极绝缘基板之间的距离小于负电极连接点与下半桥续流门极绝缘基板之间的距离，负电极连接点与下半桥门极绝缘基板之间的距离小于中间电极连接点与下半桥门极绝缘基板之间的距离。
[0014]进一步，所有上半桥单元共用一块上半桥门极绝缘基板，用于连接所有上半桥单元的门极;所有上半桥续流单元共用一块上半桥续流门极绝缘基板，用于连接所有上半桥续流单元的门极。
[0015]进一步，所述每个上半桥绝缘基板上，中间电极连接点与上半桥续流门极绝缘基板之间的距离小于正电极连接点与上半桥续流门极绝缘基板之间的距离，正电极连接点与上半桥门极绝缘基板之间的距离小于中间电极连接点与上半桥门极绝缘基板之间的距离。
[0016]有益效果:本发明通过优化绝缘基板上芯片位置布局，使得正电极连接点与中间电极连接点、负电极连接点与中间电极连接点均成列布置，上半桥单元、上半桥续流单元、下半桥单元、下半桥续流单元采用分区连接及门极引出方式，减小了寄生参数和模块损耗，有效缩短了功率开关芯片门极引线的长度，即缩小了门极回路的面积，提高了工作的可靠性。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的三电平功率模块的立体图；
[0018]图2是本发明的三电平功率模块的俯视图；
[0019]图3是本发明采用IGBT管的三电平功率模块中的部分电路图；
[0020 ]图4是本发明采用功率MOS管的三电平功率模块中的部分电路图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的阐述。
[0022]本发明公开了一种电极连接点成列布置的三电平功率模块，如图1所示，包括排成一行的六个绝缘基板，其中左边三个绝缘基板为下半桥绝缘基板，分别为第一下半桥绝缘基板1、第二下半桥绝缘基板2和第三下半桥绝缘基板3，右边三个绝缘基板为上半桥绝缘基板，分别为第一上半桥绝缘基板4、第二上半桥绝缘基板5和第三上半桥绝缘基板6。
[0023]如图2所示，第一下半桥绝缘基板1、第二下半桥绝缘基板2、第三下半桥绝缘基板
3、第一上半桥绝缘基板4、第二上半桥绝缘基板5和第三上半桥绝缘基板6的右半区域内分别设有成列布置的第一负电极连接点15和第一下半桥中间电极连接点16、第二负电极连接点25和第二下半桥中间电极连接点26、第三负电极连接点35和第三下半桥中间电极连接点36、第一正电极连接点45和第一上半桥中间电极连接点46、第二正电极连接点55和第二上半桥中间电极连接点56，以及第三正电极连接点65和第三上半桥中间电极连接点66。
[0024]下半桥绝缘基板上设有下半桥单元和下半桥续流单元，下面以第一下半桥绝缘基板I为例加以介绍:第一下半桥绝缘基板I上设有第一下半桥单元17和第一下半桥续流单元18，第一下半桥单元17的发射极或源极连接第一负电极连接点15，第一下半桥单元17导通时，电流通过第一下半桥单元17进行流通，第一下半桥单元17关断时，电流通过第一下半桥续流单元18进行流通。所有下半桥单元共用一块下半桥门极绝缘基板213，用于连接所有下半桥单元的门极;所有下半桥续流单元共用一块下半桥续流门极绝缘基板321，用于连接所有下半桥续流单元的门极。每个下半桥绝缘基板上，中间电极连接点与下半桥续流门极绝缘基板321之间的距离小于负电极连接点与下半桥续流门极绝缘基板321之间的距离，负电极连接点与下半桥门极绝缘基板213之间的距离小于中间电极连接点下半桥门极绝缘基板213之间的距离。
[0025]上半桥绝缘基板上设有上半桥单元和上半桥续流单元，下面以第一上半桥绝缘基板4为例加以介绍:第一上半桥绝缘基板4上设有第一上半桥单元47和第一上半桥续流单元48，第一上半桥单元47的发射极或源极连接第一正电极连接点45，第一上半桥单元47导通时，电流通过第一上半桥单元47进行流通，第一上半桥单元47关断时，电流通过第一上半桥续流单元48进行流通。所有上半桥单元共用一块上半桥门极绝缘基板546，用于连接所有上半桥单元的门极;所有上半桥续流单元共用一块上半桥续流门极绝缘基板654，用于连接所有上半桥续流单元的门极。每个上半桥绝缘基板上，中间电极连接点与上半桥续流门极绝缘基板654之间的距离小于正电极连接点与上半桥续流门极绝缘基板654之间的距离，正电极连接点上半桥门极绝缘基板546之间的距离小于中间电极连接点与上半桥门极绝缘基板546之间的距离。
[0026]此外，第二下半桥绝缘基板2上方设有平行的第一大臂和第二大臂，第一大臂左侧引出第一小臂，第一小臂连接第一负电极连接点15，第二大臂左侧引出第二小臂，第二小臂连接第一下半桥中间电极连接点16;第三下半桥绝缘基板3上方设有平行的第三大臂和第四大臂，第三大臂左侧和右侧各引出一个第三小臂，左侧的第三小臂连接第二负电极连接点25，右侧的第三小臂连接第三负电极连接点35，第四大臂左侧和右侧各引出一个第四小臂，左侧的第四小臂连接第二下半桥中间电极连接点26，右侧的第四小臂连接第三下半桥中间电极连接点36。其中，第一大臂和第三大臂统称为负电极大臂，第一小臂和第三小臂统称为负电极小臂，第二大臂和第四大臂统称为下半桥中间电极大臂，第二小臂和第四小臂统称为下半桥中间电极小臂。第二上半桥绝缘基板5上方设有平行的第五大臂和第六大臂，第五大臂左侧和右侧各引出一个第五小臂，左侧的第五小臂连接第一正电极连接点45，右侧的第五小臂连接第二正电极连接点55，第六大臂左侧和右侧各引出一个第六小臂，左侧的第六小臂连接第一上半桥中间电极连接点46，右侧的第六小臂连接第二上半桥中间电极连接点56;第三上半桥绝缘基板6上方设有平行的第七大臂和第八大臂，第七大臂右侧引出第七小臂，第七小臂连接第三正电极连接点65，第八大臂右侧引出第八小臂，第八小臂连接第三上半桥中间电极连接点66。其中，第五大臂和第七大臂统称为正电极大臂，第五小臂和第七小臂统称为正电极小臂，第六大臂和第八大臂统称为上半桥中间电极大臂，第六小臂和第八小臂统称为上半桥中间电极小臂。
[0027]第三下半桥绝缘基板3的右上方设有负电极引出部7，负电极引出部7向左折弯并通过负电极主体部71连接第一大臂和第三大臂，负电极引出部7右侧设有下半桥中间电极引出部8，下半桥中间电极引出部8向右折弯并通过下半桥中间电极主体部81连接第二大臂和第四大臂。第一上半桥绝缘基板4的右上方设有正电极引出部9，正电极引出部9向左折弯并向左、右分别延伸出第一正电极主体部91和第二正电极主体部92，第一正电极主体部91连接第五大臂，第二正电极主体部92连接第七大臂。正电极引出部9右侧设有上半桥中间电极引出部10，上半桥中间电极引出部10向右折弯并向左、右分别延伸出第一上半桥中间电极主体部82和第二上半桥中间电极主体部83，第一上半桥中间电极主体部82连接第六大臂，第二上半桥中间电极主体部83连接第八大臂。由此可见，所有电极主体部组成了一个“几字”的形状，如图1所示。
[0028]本发明采用IGBT管时，以第一下半桥绝缘基板I和第一上半桥绝缘基板4为例，部分电路如图3所示。第一下半桥单元17包括IGBT管Ql和二极管Dl，二极管Dl反向并联在IGBT管Ql两端，IGBT管Ql的发射极连接第一下半桥绝缘基板上I的第一负电极连接点15，IGBT管Ql的集电极连接第一下半桥绝缘基板I上的输出电极连接点；第一下半桥续流单元18包括IGBT管Q2、二极管D2和二极管D3，IGBT管Q2的集电极连接IGBT管Ql的集电极，二极管D2反向并联在IGBT管Q2两端，IGBT管Q2的发射极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接第一下半桥绝缘基板I上的第一下半桥中间电极连接点16。第一上半桥单元47包括IGBT管Q3和二极管D4，二极管D4反向并联在IGBT管Q3两端，IGBT管Q3的集电极连接第一上半桥绝缘基板4上的第一正电极连接点45，IGBT管Q3的发射极连接第一上半桥绝缘基板4上的输出电极连接点；第一上半桥续流单元48包括IGBT管Q4、二极管D5和二极管D6，IGBT管Q4的发射极连接IGBT管Q3的发射极，二极管D5反向并联在IGBT管Q4两端，IGBT管Q4的集电极连接二极管D6的负极，二极管D6的正极连接第一上半桥绝缘基板4上的第一上半桥中间电极连接点46。
[0029]本发明采用功率MOS管时，以第一下半桥绝缘基板I和第一上半桥绝缘基板4为例，部分电路如图4所示。第一下半桥单元17包括功率MOS管Qll和二极管Dll，二极管Dll反向并联在功率MOS管Ql I两端，功率MOS管Ql I的源极连接第一下半桥绝缘基板I上的第一负电极连接点15，功率MOS管Ql I的漏极连接第一下半桥绝缘基板I上的输出电极连接点；第一下半桥续流单元18包括功率MOS管Q21、二极管D21和二极管D31，功率MOS管Q21的漏极连接功率MOS管Ql I的漏极，二极管D21反向并联在功率MOS管Q21两端，功率MOS管Q21的源极连接二极管D31的正极，二极管D31的负极连接第一下半桥绝缘基板I上的第一下半桥中间电极连接点16。第一上半桥单元47包括功率MOS管Q31和二极管D41，二极管D41反向并联在功率MOS管Q31两端，功率MOS管Q31的漏极连接第一上半桥绝缘基板4上的第一正电极连接点45，功率MOS管Q31的源极连接第一上半桥绝缘基板4上的输出电极连接点；第一上半桥续流单元48包括功率MOS管Q41、二极管D51和二极管D61，功率MOS管Q41的源极连接功率MOS管Q31的源极，二极管D51反向并联在功率MOS管Q41两端，功率MOS管Q41的漏极连接二极管D61的负极，二极管D61的正极连接第一上半桥绝缘基板4上的第一上半桥中间电极连接点46。
【主权项】
1.一种电极连接点成列布置的三电平功率模块，其特征在于:包括排成一行的多个绝缘基板，其中一半数量的绝缘基板为下半桥绝缘基板，另一半数量的绝缘基板为上半桥绝缘基板;下半桥绝缘基板上设有负电极连接点和中间电极连接点，负电极连接点与中间电极连接点成列布置，上半桥绝缘基板上设有正电极连接点和中间电极连接点，正电极连接点与中间电极连接点成列布置。2.根据权利要求1所述的电极连接点成列布置的三电平功率模块，其特征在于:所述下半桥绝缘基板上还设有下半桥单元和下半桥续流单元，下半桥单元的发射极或源极连接负电极连接点，下半桥单元导通时，电流通过下半桥单元进行流通，下半桥单元关断时，电流通过下半桥续流单元进行流通;上半桥绝缘基板上还设有上半桥单元和上半桥续流单元，上半桥单元的集电极或漏极连接正电极连接点，上半桥单元导通时，电流通过上半桥单元进行流通，上半桥单元关断时，电流通过上半桥续流单元进行流通。3.根据权利要求2所述的电极连接点成列布置的三电平功率模块，其特征在于:所述下半桥单元包括IGBT管Ql和二极管Dl，二极管Dl反向并联在IGBT管Ql两端，IGBT管Ql的发射极连接下半桥绝缘基板上的负电极连接点，IGBT管Ql的集电极连接下半桥绝缘基板上的输出电极连接点；下半桥续流单元包括IGBT管Q2、二极管D2和二极管D3，IGBT管Q2的集电极连接IGBT管Ql的集电极，二极管D2反向并联在IGBT管Q2两端，IGBT管Q2的发射极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接下半桥绝缘基板上的中间电极连接点。4.根据权利要求2所述的电极连接点成列布置的三电平功率模块，其特征在于:所述下半桥单元包括功率MOS管QlI和二极管Dll，二极管DlI反向并联在功率MOS管QlI两端，功率MOS管Ql I的源极连接下半桥绝缘基板上的负电极连接点，功率MOS管Ql I的漏极连接下半桥绝缘基板上的输出电极连接点；下半桥续流单元包括功率MOS管Q21、二极管D21和二极管D31，功率MOS管Q21的漏极连接功率MOS管Ql I的漏极，二极管D21反向并联在功率MOS管Q21两端，功率MOS管Q21的源极连接二极管D31的正极，二极管D31的负极连接下半桥绝缘基板上的中间电极连接点。5.根据权利要求2所述的电极连接点成列布置的三电平功率模块，其特征在于:所述上半桥单元包括IGBT管Q3和二极管D4，二极管D4反向并联在IGBT管Q3两端，IGBT管Q3的集电极连接上半桥绝缘基板上的正电极连接点，IGBT管Q3的发射极连接上半桥绝缘基板上的输出电极连接点；上半桥续流单元包括IGBT管Q4、二极管D5和二极管D6，IGBT管Q4的发射极连接IGBT管Q3的发射极，二极管D5反向并联在IGBT管Q4两端，IGBT管Q4的集电极连接二极管D6的负极，二极管D6的正极连接上半桥绝缘基板上的中间电极连接点。6.根据权利要求2所述的电极连接点成列布置的三电平功率模块，其特征在于:所述上半桥单元包括功率MOS管Q31和二极管D41，二极管D41反向并联在功率MOS管Q31两端，功率MOS管Q31的漏极连接上半桥绝缘基板上的正电极连接点，功率MOS管Q31的源极连接上半桥绝缘基板上的输出电极连接点；上半桥续流单元包括功率MOS管Q41、二极管D51和二极管D61，功率MOS管Q41的源极连接功率MOS管Q31的源极，二极管D51反向并联在功率MOS管Q41两端，功率MOS管Q41的漏极连接二极管D61的负极，二极管D61的正极连接上半桥绝缘基板上的中间电极连接点。7.根据权利要求2所述的电极连接点成列布置的三电平功率模块，其特征在于:所有下半桥单元共用一块下半桥门极绝缘基板(213)，用于连接所有下半桥单元的门极;所有下半桥续流单元共用一块下半桥续流门极绝缘基板(321)，用于连接所有下半桥续流单元的门极。8.根据权利要求7所述的电极连接点成列布置的三电平功率模块，其特征在于:所述每个下半桥绝缘基板上，中间电极连接点与下半桥续流门极绝缘基板(321)之间的距离小于负电极连接点与下半桥续流门极绝缘基板(321)之间的距离，负电极连接点与下半桥门极绝缘基板(213)之间的距离小于中间电极连接点与下半桥门极绝缘基板(213)之间的距离。9.根据权利要求2所述的电极连接点成列布置的三电平功率模块，其特征在于:所有上半桥单元共用一块上半桥门极绝缘基板(546)，用于连接所有上半桥单元的门极;所有上半桥续流单元共用一块上半桥续流门极绝缘基板(654)，用于连接所有上半桥续流单元的门极。10.根据权利要求9所述的电极连接点成列布置的三电平功率模块，其特征在于:所述每个上半桥绝缘基板上，中间电极连接点与上半桥续流门极绝缘基板(654)之间的距离小于正电极连接点与上半桥续流门极绝缘基板(654)之间的距离，正电极连接点与上半桥门极绝缘基板(546)之间的距离小于中间电极连接点与上半桥门极绝缘基板(546)之间的距离。
【文档编号】H02M7/00GK105827122SQ201610284605
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】徐文辉, 王玉林, 滕鹤松
【申请人】扬州国扬电子有限公司