用于將直流電壓轉(zhuǎn)換為交變電壓的設(shè)備和電氣組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及電氣組件，特別是借其可以將直流電壓轉(zhuǎn)換為交變電壓的電氣組件。
【背景技術(shù)】
[0002]存在眾多的其中使用了也稱作逆變器的這類組件應(yīng)用。例如，逆變器在露營領(lǐng)域中使用，以便于從機動交通工具或大篷車的車載網(wǎng)絡(luò)的直流電壓(例如從12V電源電壓)產(chǎn)生單相交變電壓，因為其通常用于具有220V有效電壓的交變電壓網(wǎng)絡(luò)中，以能夠也操作在移動環(huán)境中的常規(guī)裝置。
[0003]為了產(chǎn)生交變電壓，兩個高頻的電氣開關(guān)和/或功率半導(dǎo)體的負(fù)恒定電源電壓和正恒定電源電壓切換至交變電壓輸出，以便于產(chǎn)生AC輸出電壓的正和/或負(fù)半波。這些逆變器可用于單相實施方式以及兩相或三項實施方式。用作開關(guān)的單獨的功率半導(dǎo)體通常作為電氣組件被安裝在單個模塊內(nèi)，也即在母板和/或印刷電路板(PCB)上，通常具有補助功能性的額外部件，諸如并聯(lián)連接至功率半導(dǎo)體的續(xù)流二極管。
[0004]借其從直流電壓產(chǎn)生單相或多相交變電壓的用于這些電氣組件的重要的較新應(yīng)用是電氣化機動交通工具，其中使用這些組件以便于產(chǎn)生對于電動機的受控操作所需的交變電壓以驅(qū)動交通工具。如此，通常實施高電能，使得必須冷卻用于將電源電壓切換至模塊和/或電氣組件的相關(guān)交變電壓輸出端的功率半導(dǎo)體，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。這防止了由于單個部件中自身的固有功率損耗而破壞功率半導(dǎo)體。因此，為了產(chǎn)生每個相位，用于電壓轉(zhuǎn)換的模塊和/或電氣組件通常每個使用工作在高切換開關(guān)速度下的相同類型的功率半導(dǎo)體和/或半導(dǎo)體開關(guān)的配對以便于產(chǎn)生相關(guān)相位的交變電壓。由于高切換開關(guān)速度和部分大量的切換功率，這些電氣組件可以在交通工具的車載網(wǎng)絡(luò)中引起重大的干擾。這些動態(tài)干擾可以包括高達(dá)數(shù)百MHz的頻率，并且除了操作交通工具所需的功能之夕卜，也干擾了例如無線電接收、電視接收、數(shù)字無線電接收和交通工具中其他舒適功能。此夕卜，更危險的是，可以通過散布高頻干擾而干擾交通工具中諸如數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的安全相關(guān)系統(tǒng)。
[0005]因此，需要提供用于將直流電壓轉(zhuǎn)換為交變電壓的電子組件，其在圍繞它們的網(wǎng)絡(luò)和/或電源電壓網(wǎng)絡(luò)中引起較少干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一些實施例通過使用用于將直流電壓轉(zhuǎn)換為交變電壓的電氣組件而促進(jìn)這點，其包括用于分配第一 DC電源電壓的第一電源電壓區(qū)域和用于分配第二 DC電源電壓的第二電源電壓區(qū)域，以及具有連接至第一電源電壓區(qū)域的輸入端子和連接至組件的交變電壓輸出端的輸出端子的至少一個第一功率半導(dǎo)體，以及具有連接至第二電源電壓區(qū)域的輸入端子和連接至電路的交變電壓輸出端的輸出端子的第二功率半導(dǎo)體。為了提高電磁兼容性(EMC)和/或為了減小干擾的發(fā)射，第二電源電壓區(qū)域延伸在第二功率半導(dǎo)體的背離其輸入端子的側(cè)面上，以及第一電源電壓區(qū)域延伸在第一功率半導(dǎo)體的面對第一功率半導(dǎo)體的輸入電壓端子的側(cè)面上。即便其可以是充分的，為了電接觸至少第二功率半導(dǎo)體以僅引導(dǎo)與其相關(guān)聯(lián)的第二電源電壓區(qū)域直至第二功率半導(dǎo)體，如果其輸入電壓端子位于功率半導(dǎo)體的背離電源電壓區(qū)域的側(cè)面上，設(shè)置電氣組件以使得第二電源電壓區(qū)域也延伸在第二功率半導(dǎo)體的背離輸入電壓端子的側(cè)面上并且因此也在其下方延伸。這可以導(dǎo)致第二電源電壓區(qū)域也延伸在第二功率半導(dǎo)體的輸出端子與電氣組件的其他金屬區(qū)域、諸如冷卻板或類似物之間，這可以因此具有對于其他金屬物體的屏蔽效應(yīng)。這可以是特別有利的，如果輸出端子位于功率半導(dǎo)體的面對將要被屏蔽的其他部件的側(cè)面上，因為隨后在輸出端子與其他金屬部件之間的電容將特別大。與由于功率半導(dǎo)體的輸出端子處切換的電壓而發(fā)生的高頻交變協(xié)力，這可以是干擾的潛在來源，其可以散布干擾至周圍系統(tǒng)中。額外的屏蔽可以允許部分地抑制這些干擾。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一些其他實施例，第二功率半導(dǎo)體設(shè)置在額外的襯底上，為此目的其包括在直接連接至第二功率半導(dǎo)體的輸出端子的表面上的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中襯底設(shè)置在第二功率半導(dǎo)體與第二電源電壓區(qū)域之間。使用額外的襯底和/或額外的PCB使其能夠以簡單方式、甚至當(dāng)使用兩個等同的功率半導(dǎo)體時引導(dǎo)電源電壓區(qū)域在功率半導(dǎo)體之下而并未短路其輸出端。此外，使用由此接觸第二功率半導(dǎo)體的輸出端子的額外襯底，可以以成本有效以及仍然靈活的方式提供所需的功能。此外，可以由額外的襯底增大對于干擾產(chǎn)生特別關(guān)鍵的功率半導(dǎo)體的輸出端子與相鄰金屬結(jié)構(gòu)之間的距離，因此也由此減小了不可避免地由輸出端子與周圍金屬部件所形成的電容。減小該寄生電容可以進(jìn)一步有助于減小由高切換頻率產(chǎn)生的干擾。任何三維本體應(yīng)該就此而言被理解為襯底，其在本征方面上是電絕緣的；然而，在其上、在其處或者在其中可以是和/或可以設(shè)置導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和/或?qū)щ娵E線。
[0008]除了關(guān)于功率半導(dǎo)體的寄生輸出電容的機制之外，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例可以通過以相對于額外特征和/或電路部件對稱方式實施電氣組件而進(jìn)一步改進(jìn)電磁兼容性。為了促進(jìn)這點，第一和第二電源電壓區(qū)域根據(jù)本發(fā)明的一些實施例關(guān)于幾何區(qū)域而近似等同地實施。這意味著在平面內(nèi)延伸的第一電源電壓區(qū)域以及在另一平面內(nèi)延伸的第二電源電壓區(qū)域包括例如小于百分之十、優(yōu)選小于百分之五的面積差，以使得在電源電壓支路中感應(yīng)產(chǎn)生的干擾和/或切換電流對稱地表現(xiàn)和/或散布，這可以整體減小電磁干擾的發(fā)射。也即，使用合適的電路板布圖和/或合適的電氣組件布圖可以導(dǎo)致進(jìn)一步減小干擾的發(fā)射。
[0009]根據(jù)一些其他實施例，電源電壓區(qū)域在相同平面內(nèi)延伸并且相對于位于兩個區(qū)域之間的對稱軸線還對稱。中間電路和/或電源電壓區(qū)域的完全對稱實施方式可以進(jìn)一步改進(jìn)電磁兼容性。
[0010]根據(jù)一些其他實施例，兩個電源電壓區(qū)域由至少一個電容器相互耦合，從而可能對稱的感應(yīng)產(chǎn)生的電流并未僅在遠(yuǎn)場中部分地相互補償，而且還進(jìn)一步在產(chǎn)生的位置處可以發(fā)生干擾的至少部分的補償。根據(jù)一些實施例，可以由此進(jìn)一步減小干擾電磁波的發(fā)射。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，相同類型的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)在每個情形中用作功率半導(dǎo)體以使得可以避免由不同部件實施方式和/或制造方法引起的額外干擾。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一些其他實施例，電源電壓區(qū)域以低電感方式連接，也即并不包括可以導(dǎo)致發(fā)出干擾電磁場的高電感。為此目的，第一和第二電源電壓區(qū)域的接觸在每個情形中均被引導(dǎo)至作為二維接觸的外殼的邊緣，此處可以從外部接觸它們。如果二維導(dǎo)體結(jié)構(gòu)用于延伸在功率半導(dǎo)體兩側(cè)面上的接觸，則可以能夠獲得所使用的功率半導(dǎo)體和/或IGBT的額外屏蔽效應(yīng)。這意味著，根據(jù)一些實施例，在功率半導(dǎo)體的一個側(cè)面上的第二電源電壓區(qū)域可以例如拉長直至外殼的邊緣，并且在功率半導(dǎo)體的相對側(cè)面上的第一電源電壓區(qū)域可以引導(dǎo)直至外殼的邊緣，以使得功率半導(dǎo)體由兩個金屬跡線包封功率半導(dǎo)體，這可以導(dǎo)致對用于發(fā)射干擾的相關(guān)部件的進(jìn)一步屏蔽，特別是功率半導(dǎo)體的輸出端子。
[0013]根據(jù)一些實施例，陶瓷襯底位于電源電壓區(qū)域的背離其上施加了電源電壓區(qū)域的功率半導(dǎo)體的側(cè)面上，以使得一方面電源電壓區(qū)域可以用于傳輸電能，并且另一方面可以用于經(jīng)由陶瓷區(qū)域和/或陶瓷而耦合冷卻系統(tǒng)，這對于電氣組件的連續(xù)工作是必須的。
[0014]為了促進(jìn)長期穩(wěn)定操作，本發(fā)明的其他實施例可以例如包括在陶瓷襯底的背離功率半導(dǎo)體的側(cè)面上的金屬散熱器，用于確保冷卻并且因此用于以成本有效方式并在集成設(shè)計中增強電氣組件的耐久性。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一些其他實施例，電氣組件包括等同的功率半導(dǎo)體的額外配對或者兩個額外配對，其連接至電氣組件的第二交變電壓輸出端和/或至第三交變電壓輸出端，以使得借由本發(fā)明的另外實施例的方式也可以產(chǎn)生兩相或三項交變電流、和/或在其他實施例中產(chǎn)生具有任意數(shù)目相位的交變電流，而并不具有重大干擾散布至車載網(wǎng)絡(luò)中和/或周圍電氣網(wǎng)絡(luò)和/或無線電網(wǎng)絡(luò)中。
【附圖說明】
[0016]以下將參考附圖更詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0017]圖1示出了用于將直流電壓轉(zhuǎn)換為交變電壓的電氣組件的實施例；
[0018]圖2示出了傳統(tǒng)設(shè)置的剖視圖，其中功率半導(dǎo)體可以交替地安裝在根據(jù)圖1的組件中。
[0019]圖3示出了在圖2中也示出的傳統(tǒng)設(shè)置與根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的設(shè)置之間的對比；
[0020]圖4示出了電氣組件的另一實施例；
[0021]圖5示出了電氣組件的另一實施例；
[0022]圖6示出了電氣組件的另一實施例；以及
[0023]圖7示出了在機動交通工具中使用電氣組件的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]現(xiàn)在將參照其中示出了一些實施例的附圖更詳細(xì)描述各個示例性實施例。在附圖中，為了清楚可以夸大線條、層和/或區(qū)域的厚度。
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