CN107112898B - 母线和功率电子装置及制造引线端连接器的方法 - Google Patents

母线和功率电子装置及制造引线端连接器的方法 Download PDF

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Abstract

用于功率电子***的电流整形相臂母线包括：第一引线端连接器；第二引线端连接器，其与第一引线端连接器绝缘；以及第三引线端连接器，其与第一及第二引线端连接器绝缘。引线端连接器中的至少一个是电流整形引线端连接器，其包括具有用于电连接的多个预定义位置的一个或多个层，所述多个预定义位置包括一个或多个第一位置和多个第二位置，并且，包括在其一个或多个层内或在其一个或多个层之间的一个或多个间隙，以在其一个或多个第一位置和其多个第二位置之间提供大体上平衡的导电通路。

Description

母线和功率电子装置及制造引线端连接器的方法
技术领域
本发明的实施例大致涉及功率电子设备，例如，开关装置。具体的实施例涉及功率电子装置，在该功率电子装置中，多个开关装置封装在一起。
背景技术
列车典型地以通过机车而推动或拉动的许多车厢为特征。机车具有与轨道接合的牵引轮。在现代的设计中，电动轮马达驱动牵引轮。经由来自容纳于机车内的一个或多个发动机驱动的发电机的配电而给电动轮马达供电。牵引轮和轮马达能够可逆地配置，从而还充当用于使机车减速的制动器。
类似地，在采矿工业中，大型非公路用车辆(“OHV”)通常采用用于推进或阻碍车辆的电动轮。具体地，OHV典型地包括与交流发电机、主牵引逆变器以及容纳于车辆的后轮胎内的一对轮驱动组件联合的大马力柴油发动机。柴油发动机直接地与交流发电机相关联，使得柴油发动机驱动交流发电机。交流发电机给主牵引逆变器供电，其中，半导体功率开关对交流发电机输出电流进行换向，以给两个轮驱动组件的电驱动马达提供电功率。
在机车应用和OHV应用两者中，固态功率变换器用于将来自发电机或交流发电机的高压电流提供给轮马达。这种功率变换器包括使电压逐步降低的感应线圈和对电流进行换向的半导体功率开关。虽然上述的应用为典型的，但将意识到，能够在许多其他环境下使用功率变换器。
通常，通过经由对应的门极驱动单元而将两个不同的门极电压电平交替地施加至单独的半导体功率开关，从而完成功率变换器的运行。示范性的半导体功率开关包括IGBT和BIGT。然而，半导体功率开关受制于循环热应力。更具体地，当由门极电压驱动时，各功率开关以相对较小的跨越开关的电压降沿正向传导相当大的电流。尽管跨越正向偏压的功率开关的电压相对较低，还是发生电阻加热。如将意识到的，当去除门极电压时，各半导体停止传导(除了泄漏电流之外)。因而，在适当的热设计的情况下，未通过门极电压而驱动的功率开关应当向环境温度冷却。
虽然耐久性是半导体设计中的考虑因素，但电气设计约束条件要求由具有不同的热性质(具体地，不同的热膨胀系数)的材料制作半导体功率开关的各种层。结果，随着时间的推移，热应力可能潜在地引起分层、引线端脱粘或疲劳开裂。热应力还可能引起电化学失效，诸如，形成电流丝和形成柯肯德尔空洞。
通过在限定成尽管有持续的开/关循环但还是使温度波动最小化的设计范围内维持加热/冷却循环，可使热应力效应为更可预见的，并且可减轻热应力效应。例如，可以关于散热装置或冷却剂管道而专门地封装半导体功率开关，使得安装于散热装置上的所有的功率开关都处于大致共同的温度。这种开关一般被称为“等温开关”。
然而，等温开关的结构配置可能在电路平衡方面带来挑战。例如，开关电连接点分成多个引线端，以允许高电流。于是，引线端连接器用于提供多个引线端的共同的电连接。典型地，引线端连接器包括夹于绝缘层之间的导电层。引线端连接器最经常地通过螺钉而连接到多个引线端，但是可以使用其他紧固方法。虽然这种封装布置往往向等温开关提供运行益处，但这些布置可能在保持电路“电平衡”使得属于同一电点的所有的电引线端都出现相同的电流流动且因此经历相同的功率损耗方面带来挑战。电失衡的***(属于同一电点的电引线端不经历相同的电流流动和不经历相同的功率损耗的那些***)可能在电路中显示不理想的电行为，因为，开关装置将位于远离设计而预见的运行点的不同的运行点处且失衡。
鉴于上文，如下的方案可以是理想的：使功率变换器中的半导体开关的电参数和热参数两者都优化，以便控制电阻且将杂散电感值保持得尽可能低。
发明内容
本发明的实施例涉及母线(例如，用于功率电子设备***的电流整形相臂母线)，该母线包括第一引线端连接器、与第一引线端连接器绝缘的第二引线端连接器以及与第一及第二引线端连接器绝缘的第三引线端连接器。引线端连接器中的至少一个是包括具有用于电连接(例如，用于晶体管或其他半导体开关的电连接)的多个预定义位置的一个或多个层的电流整形引线端连接器。多个预定义位置包括一个或多个第一位置和多个第二位置。电流整形引线端连接器还包括在其一个或多个层内或其一个或多个层之间的一个或多个间隙，以在其一个或多个第一位置和其多个第二位置之间提供大体上平衡的导电通路。
在实施例中，功率电子装置包括：散热装置，其具有冷却剂入口和冷却剂出口；和第一及第二开关封装件，各封装件具有电源引线端和负载引线端。第一及第二开关封装件的电源引线端与冷却剂入口以第一热距离大体上热等距，并且，第一及第二开关封装件的负载引线端与冷却剂入口以比第一热距离更小的第二热距离大体上热等距。功率电子装置还包括连接第一及第二开关封装件的负载引线端的至少一个电流整形引线端连接器。电流整形引线端连接器包括具有用于电连接的多个预定义位置的一个或多个层。多个预定义位置包括一个或多个第一位置和多个第二位置。电流整形引线端连接器还包括在其一个或多个层内或其一个或多个层之间的一个或多个间隙，以在其一个或多个第一位置和其多个第二位置之间提供大体上平衡的导电通路。
本发明的方面提供制造电流整形引线端连接器的方法，该方法包括：形成至少一个导电板；在至少一个导电板上，形成包括至少一个第一位置和多个第二位置的多个预定义位置；以及在导电板中或围绕导电板，形成至少一个间隙，该间隙构造成在至少一个第一位置和多个第二位置之间施加大体上平衡的电通路。
附图说明
通过参考附图而阅读非限制性的实施例的下文的描述，从而将更清楚地理解本发明，其中，在下文中：
图1和图2是用于牵引应用的功率变换器的示意图。
图3以平面图示出根据本发明的一个方面的安装于散热装置上的功率变换器的相臂。
图4以透视图示出包括用于连接到图3中所示出的相臂的三个引线端连接器的母线。
图5以平面图示出根据本发明的实施例的负载引线端连接器。
图6示出在开发本发明的实施例中使用的矩阵。
图7以透视图示出根据本发明的第一实施例的母线。
图8以透视图示出根据本发明的第二实施例的母线。
图9以透视图示出根据本发明的第三实施例的母线。
图10以透视图示出根据本发明的第四实施例的母线。
图11以透视图示出根据本发明的第五实施例的母线。
图12以透视图示出根据本发明的第六实施例的母线。
图13以透视图示出根据本发明的第七实施例的母线。
图14以透视图示出根据本发明的第八实施例的母线。
具体实施方式
将在下文中具体地参考本发明的示范性的实施例，在附图中，图示这些实施例的示例。在任何可能的情况下，遍及附图中使用的相同的参考字符指相同或相似的零件，而不重复描述。虽然关于牵引功率变换器而描述本发明的示范性的实施例，但本发明的实施例通常还可应用于在与DC电源的极一起对输出进行换向的任何***中使用。
图1示意性地示出用于牵引应用的功率变换器10。功率变换器10包括多个相臂20，相臂20连接在DC链路30与多个相绕组40之间，相绕组40可以是例如牵引马达或变压器的绕组。各相臂20包括一对“开关封装件”(功率电子装置)60a、60b，一个开关封装件是从DC链路30的高压总线30a连接到相绕组40中的一个的引线端的高电位开关封装件60a，而另一个开关封装件是从同一相绕组40的同一引线端连接到DC链路30的低电位总线30b的低电位开关封装件60b。因而，各相绕组40连接在包括四个开关封装件60的两个相臂20之间。在运行中，开关封装件20与DC链路总线30a、30b一起对相绕组40进行换向，以便于通过相绕组而产生交流电流。
如图2中示意性地示出的，开关封装件60a、60b分别包括开关元件70a、70b(例如，MOSFET、IGBT、BJT、SiC晶体管或其他半导体晶体管或其他半导体开关)和逆行或自由轮元件80a、80b(例如，与开关元件反并联连接的二极管)。在某些实施例中，开关元件和自由轮元件能够组合成单个半导体结构，例如，BIGT。如图2中所示出的，经由门极引线71a、71b而从控制器(未示出)给各开关元件70a、70b供给门极电压。如将意识到的，在如图所示的IGBT中，门极引线71a、71b处的门极电压的施加能够使得电流从集电极引线端72a、72b流过开关元件而到达发射极引线端73a、73b。高电位开关元件70a具有电源引线端(例如，(多个)集电极引线端72a)，这些电源引线端通过第一电源引线端连接器90a而连接到DC链路高压总线30a，并且，高电位开关元件70a具有负载引线端(例如，(多个)发射极引线端73a)，这些负载引线端通过负载引线端连接器100而连接到相绕组40的(多个)引线端，且连接到低电位开关元件70b的负载引线端(集电极引线端72b)。低电位开关元件70b具有电源引线端(发射极引线端73b)，这些电源引线端通过第二电源引线端连接器90b而连接到DC链路低压总线30b。共同地，引线端连接器形成相臂母线，该相臂母线将相臂20的开关元件60a、60b连接到DC链路30a、30b，且连接到相绕组40。电源引线端连接器90a、90b和负载引线端连接器100彼此绝缘。例如，母线可以是包括带有中间绝缘层的多个导电层的层压板组件。
如上文所提到的，在功率变换器10的正常运行的期间，对各相臂20的开关元件70a、70b进行控制，以与相应的负载引线端连接器100一起对DC链路高总线30a和低总线30b进行换向，并且，若干个相臂20的换向的时间被确定，以在若干个负载引线端连接器100之间连接的相绕组40内建立交变电流。开关元件70a、70b往往具有热电各向异性，即，并非所有的(多个)集电极引线端72a、72b和(多个)发射极引线端73a、73b都暴露于彼此相同的温度环境。在开关元件引线端之间缺乏各向同性这一情况可能导致开关元件内的不均匀的电状态，这转而有损于开关性能。例如，相臂20的换向的期间的某些瞬变能够感生从DC链路高压总线30a通过开关元件70a、70b和引线端连接器而到达DC链路低压总线30b的瞬时电流。该瞬时电流强加了引线端连接器内的电阻、电感和电容损耗。
本发明的某些方面涉及将高电位开关封装件60a和低电位开关封装件60b布置于散热装置110上，如图3中所示。在图3中，开关封装件布置成使得所有的负载引线端，即，连接到马达或其他负载40的引线端，诸如，发射极引线端73aA、73aB、73aC和集电极引线端72b1、72b2、72b3，与冷却剂入口侧112相邻，在这里，冷却剂流能够将负载引线端维持于第一个大体上相同的相引线端温度下。电源引线端，即，连接到DC总线的引线端，诸如，集电极引线端72aD、72aE、72aF和发射极引线端73b4、73b5、73b6与具有出口114的冷却剂出口侧相邻，在这里，冷却剂流能够将电源引线端维持于比相引线端温度稍高的第二个大体上相同的总线引线端温度下。
参考图4，在实施例中，相臂母线400包括与中间绝缘层(未示出)一起叠置在绝缘基底(未示出)上的导电板。绝缘层典型地由具有高电介质击穿电压的材料制作，该材料可在市场上买到，便宜，易于使用粘合剂来粘合，耐磨损和意外刮伤，不因温度和UV辐射而恶化，且从而实现长的使用寿命。所选择的示范性的材料包括：薄膜聚酯(例如，迈拉(mylar)、泰德拉(tedlar)、卡普顿(kapton))、多孔硅泡沫以及孔型聚氨酯泡沫。各绝缘层的适当的厚度取决于***参数，诸如，例如，绝缘电压等级、预期的运行温度以及理想的局部放电水平。例如，典型的绝缘层可以结合大约300-500μm的绝缘材料。导电板提供DC+电源引线端连接器90a、DC-电源引线端连接器90b以及负载引线端连接器100。各导电板可以在形状上为完整的矩形，并且，在结构上为连续的，具有最低限度的特征，以许可通过(多个)绝缘层且/或通过其他板而电连接且/或机械连接到下面的半导体功率开关。例如，DC-电源引线端连接器90b具有带有用于连接到DC低压总线30b的预定义位置(例如，孔)124、125、126的突片92b，而在其另一边处，具有分别用于连接到发射极引线端73b4、73b5、73b6的预定义位置(例如，孔)4、5、6。DC+电源引线端连接器90a具有带有用于连接到DC高压总线30a的预定义位置(例如，孔)120D、120E、120F的突片92a，而在其另一边处，具有用于连接到集电极引线端72aD、72aE、72aF的预定义位置(例如，孔)D、E、F。同时，负载引线端连接器100具有用于分别连接到发射极引线端73aA、73aB、73aC的第一组多个预定义位置(例如，孔)A、B、C，并且，具有用于分别连接到集电极引线端72b1、72b2、72b3的第二组多个预定义位置(例如，孔)1、2、3。各个板还具有用于接近其他板的预定义位置的更大空隙孔122。如应当意识到的，重新申明，通过中间绝缘层使引线端连接器100、DC-电源引线端连接器90b以及DC+电源引线端连接器90a彼此电绝缘，使得虽然(例如)突片92a和突片92b在图4中示出为邻接的，但彼此未电连接。
关于材料使用，如图4中所示出的相臂母线400可能是效率低的。例如，电流通常不流动于负载引线端连接器100的在突片92a、92b与孔122之间的部分中，也不流动于电源引线端连接器的越过孔120而远离突片92a、92b的部分中。就电流出现于这些“死”板区域中这点而言，该电流更可能是通过相邻的板中的电子流而感生的涡流。相臂母线400还可能相对地在电气上效率低。例如，在换向瞬变的期间，瞬时电流主要地流动于四个内部引线端1、6、C、D之间，少量流动于紧接着的内部引线端2、5、B、E之间，且可忽略不计地流动于四个外部引线端3、4、A、F之间。不均匀的电流分布由于电感损耗和电阻损耗而造成不均匀的加热，这转而使各种导电通路之间的电阻的差异扩大，以致在最内部的引线端之间可能出现电流拥挤。
因此，本发明的实施例试图通过改变电源引线端连接器90a、90b和负载引线端连接器100的形状，以便在其相应的引线端(负载引线端连接器100的1、2、3、A、B、C；DC-电源引线端连接器90b的4、5、6、124、125、126；DC+电源引线端连接器90a的D、E、F、120D、120E、120F)之间，使阻抗平衡，且使互感优化，而减少材料浪费。参考图5-14，本发明的其他方面涉及修改电源引线端连接器和负载引线端连接器的形状，以便于给母线在所选择的多对引线端之间提供离散或大体上离散的电流路径。例如，在某些实施例中，母线(例如，相臂母线)包括各组开关引线端处的偶数数量的叠片。起因于观察到电流顺着最低阻抗路径前进且根据路径的布局而影响杂散电感行为，使用成对的叠片。如果由于导电几何结构而导致相反地引导相邻的电流，则有利的互感有助于抵消总体杂散磁场且降低电感损耗。
在实施例中，对于连接到同一电压源的所有的引线端，各引线端可以在相同阻抗(电阻和电感的作用的总和，包括如接近度之类的AC效应)的电流路径中连接。通常，本发明的实施例有利地规定，使开关引线端大体上电负载平衡且热负载平衡，即，所有的开关引线端都经历大体上相同的电流流动和大体上相同的热环境，且因此，表现出大体上相同的功率损耗。
因此，根据本发明的实施例的母线(例如，相臂母线)能够减轻在设计电流注入瞬变条件下由瞬时电流造成的损耗，从而降低开关热损耗。另外，通过使在引线端之间的电流大体上平衡，可以改进开关响应时间和均匀性，即，消除或大体上消除开关引线端之间的电流环。
因而，根据本发明的方面，电源引线端连接器和负载引线端连接器的“智能”成形确保，在设计换向瞬变的期间，相臂母线内的瞬时电流在对应的引线端之间大体上平衡，并且，瞬时电流被引导，以致于使负互感最大化，即，使杂散磁场最小化。另外，通过在开关的各引线端处建立大体上相同的电和/或热条件来改进开关响应。
在这点上，图5示出示范性的引线端连接器500，引线端连接器500包括在本示例中由窗口502和狭槽504形成的“间隙”。如本文中所使用的，“间隙”指呈现比周围结构显著地更高的电阻的单独或组合的例如窗、狭槽、层分离部、减少材料厚度的区域或其他结构。“显著地更高的电阻”意指导电率差异足够大，以致于全部或大体上全部的电流都避开间隙结构。
参考图5，引线端连接器500标注有与其各种引线端和那些引线端之间的导电通路对应的记号，而图6示出根据图5中所示出的记号而标记的引线端之间的互阻和互感的矩阵。记号A、B、C与引线端连接器500上的多个第一预定义位置对应，而记号1、2、3与引线端连接器500上的多个第二预定义位置对应。窗口502和狭槽504使第一预定义位置与第二预定义位置分离，并且，约束多个预定义位置之间的电流流动，使得预定义位置中的各个与其他预定义位置中的各个大体上电平衡。
如本文中所使用的，术语“大体上”、“大致”以及“大约”指示相对于适合于实现构件或组件的功能目的的理想的期望的情形可合理地实现的制造和组装公差内的情形。“大体上平衡”或“大体上电平衡”具体地指共同的引线端之间的多个导电路径之间的电值和/或热值依然在+或-10％差异内的情形。另一方面，“平衡”意指+或-3％差异的更窄范围。
具体地参照本文中所使用的热差异，安装于散热装置上的功率电子装置的一组引线端可以被描述为彼此与冷却剂“大体上热等距”，其中，在运行的期间，全部这组引线端相对于冷却剂入口温度具有大约相同的温度差(+或-10％)。此外，在全部这组引线端相对于冷却剂入口温度具有相同的温度差(+或-3％)的情况下，这组引线端可以被描述为与冷却剂“热等距”。另一方面，在引线端中的各个显示出与各个其他引线端大体上相同的热功耗(+或-10％)的实施例中，引线端可以被描述为彼此“大体上热平衡”，并且，在引线端中的各个显示出与各个其他引线端相同的热功耗(+或-3％)的实施例中，引线端可以被描述为彼此“热平衡”。
类似地，在引线端中的各个传送与各个其他引线端大体上(+或-10％)相同的电流的实施例中，引线端可以被描述为大体上电平衡，或在引线端中的各个传送与各个其他引线端相同的电流(+或-3％)的情况下，引线端可以被描述为电平衡。
通过在多个引线端之间限定电流通路，从而能够将电阻和电感电路参数控制成提供跨越引线端之间的引线端连接器的电平衡的方便值。在实施例中，尤其是，在换向瞬变的期间，确定电流路径的形状，以便使开关装置引线端电热平衡。
将理解到，本发明的方面涉及阻抗匹配和运行功耗，以便可以参考运行参数的具体的设计范围，将引线端或导电通路的具体布置描述为平衡或大体上平衡。类似地，可以参考运行参数的同一具体的设计范围，将电引线端的具体布置描述为与参考物质(例如，冷却剂)或位置热等距或大体上热等距。
例如，在使一对功率电子装置中的一个经历比这对功率电子装置中的另一个显著地更高的占空比的某些运行参数下，于是，可能需要散热装置上的那些功率电子装置的特定的布局，以便致使高占空比的装置和低占空比的装置的总线引线端与散热装置中的冷却剂热等距。
现在，转向图6中所描绘的矩阵，鉴于诸如开关频率、脉冲持续时间、门极电压缓变率以及板尺寸的参数，基于设计换向瞬变，计算电阻和电感的值。某些参数标示为固定的参数(例如，开关频率、脉冲持续时间)，而其他参数(例如，通/断电流和/或电压斜度、板尺寸、板中的窗口的存在与否)可以标示为变化的参数。虽然在稳态运行的期间，趋肤效应并非关注点，但对于高频瞬变，可以考虑趋肤效应。
为了收敛于可接受的一组设计待选对象(一组待选对象，其中，各待选对象在预定义位置之间提供大体上电热平衡)，使电阻矩阵和电感矩阵规范化，并且，反复地变更变化的参数，以获得多个待选对象配置。在实施例中，针对各待选对象配置，计算欧几里德范数。例如，针对电感的矩阵，根据如下的公式而计算范数：
||ΔL||p＝(∑|ΔLij|p)1/p。
然后，将具有最低欧几里德范数的待选对象矩阵选择为最接近于平衡的情况。能够使用例如遗传算法来使该设计方法自动化并迭代，以便获得“电流整形”引线端连接器，在该引线端连接器中，确定一个或多个间隙的形状，以获得大体上平衡的电热条件。
图7图示母线的实施例，该母线包括负载引线端连接器700，负载引线端连接器700与电源引线端连接器90a、90b重叠，其中，提供电源引线端连接器90a、90b，用于连接到DC链路。负载引线端连接器700是由翼层702、706和夹于翼层之间的中心层704组成的电流整形引线端连接器。左侧或上部翼层702包括如图3中所示出的用于连接到引线端73aA和72b1的孔A和1。中心层704包括如图3中所示出的用于连接到引线端73aB和72b2的孔B和2。下部或右侧翼层706包括如图3中所示出的用于连接到引线端73aC和72b3的孔C和3。三个层702、704、706提供多对引线端A、B、C、1、2、3之间的离散的导电通路，使得各通路具有与其他通路大体上相等的阻抗。假定跨越成对的引线端中的各个引线端的电压瞬变大体上完全相同，则大体上相等的电流将沿着三个离散的导电通路流过引线端A、B、C或1、2、3中的各个。
在这层意义上，三个层702、704、706可以说是在一个或多个预定义的第一位置A、B、C和多个预定义的第二位置1、2、3之间提供离散且大体上平衡的导电通路。负载引线端连接器700的全部三个层重叠而形成伸出的突片708，突片708包括用于将负载引线(未示出)连接到绕组或其他负载(未在该图中示出)的预定义的负载位置。这种伸出的突片可以设置于负载引线端连接器上的各个位置处，并且，虽然未明确地示出，但可以在如本文中的各个图中所示出的母线的各实施例中，提供这种伸出的突片。另一方面，某些实施例可以具有不利用伸出的突片就直接地连接在负载引线端连接器的平面处的负载引线。
在换向瞬变的期间，由通过上部翼层702的瞬时电流感生的磁场部分地撤消由通过中心层704和下部翼层706的瞬时电流感生的磁场。针对各对引线端的离散的层的设置(全部三个离散的层都具有大体上相等的长度的导电路径)始终在负载引线端连接器700内增强导电且降低电阻损耗。三个层702、704、706共同地提供六个引线端A、B、C、1、2、3中的大体上平衡的导电路径。
根据一个方面，翼层和/或中心层可以为大致伸长的U形，该层包括导电片材(例如，金属片材)，该片材具有带有第一端和第二端的主要部分、在第一端处从主要部分突出的第一突片或翼以及从第二端突出的第二突片或翼。第一突片和第二突片包括用于附接一个或多个装置的相应的位置(例如，孔)。突片沿共同的方向突出，使得在突片上的位置(例如，孔)之间的直线上，存在如下的区域：不存在片材的导电材料，或至少存在间隙，使得无电流或大体上无电流可能在各位置(例如，孔)之间直接地沿直线流动。
图8图示母线的第二实施例，该母线包括与电源引线端连接器810a、810b组合的负载引线端连接器800。负载引线端连接器800不与电源引线端连接器810a、810b重叠。负载引线端连接器800包括中心开口或窗口802，狭槽804从中心开口或窗802延伸至相位板的边缘。窗口802和狭槽804将一个或多个预定义的第一位置(孔)A、B、C(用于与高电位开关封装件发射极引线端73a连接)与多个预定义的第二位置1、2、3(用于与低电位开关封装件集电极引线端72b连接)隔开。
布置窗口802和狭槽804，以使如在图6中示出的矩阵方程所描述的互阻和互感优化。具体地，为了提供第一位置A、B、C和第二位置1、2、3之间的大体上平衡的导电路径，使得大体上相等的第一电流流过第一位置A、B、C中的各个，并且，大体上相等的第二电流流过第二位置1、2、3中的各个。
将意识到，虽然示出相等数量的第一位置和第二位置(且因此，大体上相等的第一电流的幅值与大体上相等的第二电流的幅值大体上相等)，但在其他实施例中，第一位置的数量可能与第二位置的数量不同。换句话说，可能存在比第二位置更少或更多的第一位置。在这种其他实施例(未示出)中，本发明的方面规定，能够调整板的形状，从而提供一个或多个第一位置中的各个处的大体上相等的第一电流和一个或多个第二位置中的各个处的大体上相等的第二电流。
仍然参考图8，电源引线端连接器810a、810b包括L形狭槽812a、812b、814a、814b，这些L形狭槽分别限定从开关引线端连接器(第一位置)D、E、F或4、5、6中的各个至突片孔(第二位置)120D、120E、120F或124、125、126中的对应的一个的大体上离散且大体上平衡的导电路径。例如，L形狭槽814a使以下的两个大体上离散的导电路径分离：从电源引线端连接器810a上的第一位置中的一个(孔F)至突片92a上的第二位置中的一个(孔120F)的路径；和从电源引线端连接器810a上的第一位置中的另一个(孔E)至突片92a上的第二位置中的另一个(孔120E)的另一个路径。这两个大体上离散的导电路径与从第一位置中的另一个(孔D)至第二位置中的另一个(孔120D)的由狭槽816a限定的第三个大体上离散的导电路径大体上平衡。因而，大体上相等的第一电流流过第一位置D、E、F，并且，大体上相等的第二电流流过第二位置120D、120E、120F。(如应当意识到的，各L形狭槽是形成于连接器810a、810b的片材中的间隙，该间隙包括具有第一端和第二端的第一伸长间隙部分和具有第一端和第二端的第二伸长间隙部分，第二伸长间隙部分的第一端位于第一伸长间隙部分的第二端处，且与其垂直地取向。伸长间隙部分可具有不同的长度。)
同样地，两个电源引线端连接器810a、810b是彼此的匹配倒置物，换句话说，能够将板810a翻转而成为板810b。两个板与中间绝缘层相邻而叠置。对于如以下所描述和图示的若干个其他实施例，同样如此。因此，在这种实施例中，两个电源引线端连接器上的离散的导电路径通常在其重叠的部分处反平行，例如，在换向瞬变的期间，从板810b上的孔6至突片92b上的孔126的电流通常沿与从板810a上的孔D至突片92a上的孔120D的电流相反的方向流动。典型地，这些反平行的电流大体上相等，使得其互感抵消。
电源引线端连接器810a、810b和负载引线端连接器800可以附着于共同的下面的平面绝缘体或其他支撑件，然而，为了使图示清楚起见，未在图8中示出这种支撑件。
图9示出母线的第三实施例，该母线包括如图5中所示出的类似的负载引线端连接器500，负载引线端连接器500与具有偏移的突片912a、912b的电源引线端连接器910a、910b组合。负载引线端连接器500包括中心窗口502和开口狭槽504，中心窗口502和开口狭槽504一起构成多个预定义的第一位置A、B、C和多个预定义的第二位置1、2、3之间的大体上平衡的导电通路。电源引线端连接器910a、910b包括L形狭槽914a、916a等，这些L形狭槽限定多对引线端连接孔(第一位置D、E、F或4、5、6和第二位置120D、120E、120F或124、125、126)之间的大体上离散的导电路径。例如，L形狭槽916a限定从电源引线端连接器910a上的孔(第一位置)D至偏移的突片912a上的孔(第二位置)120D的大体上离散的导电路径。
如在图8中，L形狭槽914a、916a等限定通常在其重叠的部分处反平行的两个板910a、910b上的离散的导电路径。偏移的突片912a、912b增强跨越板910a、910b的重叠的电流路径的相反状态。因此，在本实施例和类似的实施例中，电源引线端连接器布置成使得这些电源引线端连接器中的一个连接器中的导电通路中的电流所感生的磁场被这些电源引线端连接器中的另一个连接器中的对应的导电通路中的电流所感生的磁场大体上抵消(例如，降低至小于本来的磁场的大约10％)。
图10示出母线的第四实施例，该母线包括与电源引线端连接器1000a、1000b组合的如图8中所示出的同一负载引线端连接器800，电源引线端连接器1000a、1000b具有中心突片92a、92b和V形狭槽1002a、1002b、1004a、1004b。V形狭槽1002a、1002b、1004a、1004b限定多对第一位置和第二位置(引线端连接孔)之间的大体上离散的导电路径，例如，V狭槽1002b限定从电源引线端连接器1000b上的孔4至突片92b上的孔124的路径。离散的电流路径通常在其重叠的部分处正交，例如，在换向瞬变的期间，从板1000b上的孔5至突片92b上的孔125的电流与从板1000a上的孔E至突片92a上的孔120E的电流大致正交地流动。
图11示出母线的第五实施例，该母线包括负载引线端连接器1100，负载引线端连接器1100包括具有翼1102a、1102b的有窗口的桥板，该有窗口的桥板叠置于有窗口的岛1103a、1103b上。翼1102a、1102b经由桥1104而连接。因而，该桥致使叠置的翼1102a、1102b中的电流与岛1103a、1103b中的电流大体上相反地流动，使得在叠置的层中，存在反向导电通路。负载引线端连接器1100与一对电源引线端连接器1110a、1110b组合而使用，电源引线端连接器1110a、1110b具有偏移的突片1112a、1112b，在这些电源引线端连接器中，不进行任何种类的开槽。参照桥板，通过穿通绝缘层(未示出)的途径或热点1105a、1105b、1106a、1106b而将各翼1102a或1102b连接到其下面的岛1103a或1103b。热点1105a、1105b、1106a、1106b可以具有不同的尺寸，并且，与各翼1102a、1102b中的窗口1107a、1107b和各岛1103a、1103b中的窗口1108a、1108b协作，以便建立穿过岛及其叠置桥翼的大体上相等的电阻的大体上反平行的电流路径(反向导电通路)。例如，从孔A至孔1的电流路径(穿过岛1103a、热点1105a、1106a、桥翼1102a、桥1104、桥翼1102b、热点1106b、1105b以及岛1103b)显示出与从孔2至孔B的电流路径(穿过相同的部分)大体上相同的电阻和电感。同时，在换向瞬变的期间，偏移的突片1112a、1112b足以建立穿过电源引线端连接器1110a、1110b的大致正交的瞬时电流路径。
在图12中示出母线的第六实施例，其中，负载引线端连接器1100与电源引线端连接器1200a、1200b组合，电源引线端连接器1200a、1200b结合偏移的突片1202a、1202b与W形狭槽1204a、1204b、1206a、1206b。W形狭槽1204a、1204b、1206a、1206b限定离散的导电路径，使得叠置路径从在孔F、E、D、6、5、4(未在图12中编号，但具有与图9中相同的布置)附近大体上正交变更成在突片孔126、125、124、120F、120E、120D附近大体上反平行。
图13示出母线的第七实施例，在该母线中，负载引线端连接器1300使用有窗口的桥板1102a、1102b来连接无窗口的岛1303a、1303b。大体上如图12中所示出的，负载引线端连接器1300与电源引线端连接器1200a、1200b组合，电源引线端连接器1200a、1200b具有偏移的突片1202a、1202b和W形狭槽1204、1206。
图14示出母线的第八实施例，其中，电源引线端连接器1200a、1200b与负载引线端连接器1400组合，负载引线端连接器1400使用双窗口的桥翼1402a、1402b和桥1404来连接无窗口的岛1303a、1303b。在这种情况下，在桥翼1402a、1402b中形成的窗口1407a、1407b、1408a、1408b约束桥翼内的瞬时电流，从而在下面的岛1303a、1303b中感生大体上反平行的电流路径。
因而，本发明的实施例提供用于功率电子设备***的电流整形相臂母线，该电流整形相臂母线包括：第一引线端连接器；第二引线端连接器，其与第一引线端连接器绝缘；以及第三引线端连接器，其与第一及第二引线端连接器绝缘。引线端连接器中的至少一个是包括具有用于电连接的多个预定义位置的一个或多个层的电流整形引线端连接器。多个预定义位置包括一个或多个第一位置和多个第二位置。电流整形引线端连接器还包括在其一个或多个层内或其一个或多个层之间的一个或多个间隙，以在其一个或多个第一位置和其多个第二位置之间提供大体上平衡的导电通路。在某些实施例中，引线端连接器中的至少两个是配置成在其相应的第一位置和第二位置之间提供大体上平衡的导电通路的电流整形引线端连接器。例如，引线端连接器中的两个可以是彼此的匹配倒置物。在两个引线端连接器为匹配倒置物的情况下，这两个引线端连接器可以与中间绝缘层相邻地被叠置。在某些实施例中，引线端连接器布置成使得由至少两个引线端连接器中的一个连接器中的导电通路中的电流感生的磁场被由至少两个引线端连接器中的另一个连接器中的对应的导电通路中的电流感生的磁场大体上抵消。在某些实施例中，电流整形引线端连接器包括偶数数量的层，这些层被叠置，以提供反向导电通路。例如，电流整形引线端连接器包括叠置在岛层上且与岛层大体上绝缘的桥层，桥层具有通过中心桥而导电联结的侧向翼，岛层具有在岛层内未导电联结的侧向岛，岛层的各侧向岛包括至少一个第一位置或至少一个第二位置，并且，通过至少一个热点而导电联结到桥层的叠置侧向翼，在岛和翼中形成间隙，以限定从一个或多个第一位置中的各个至第二位置中的对应的一个的大体上离散的导电通路，大体上离散的导电通路中的各个包括中心桥，并且，大体上离散的导电通路中的各个包括桥层中的部分，其以反平行的方式叠置于该同一导电通路的在岛层中的部分上。在某些实施例中，电流整形引线端连接器包括至少一个窗口。在某些实施例中，电流整形引线端连接器包括一个或多个第一位置和多个第二位置之间的大体上离散的导电通路。在某些实施例中，间隙中的至少一个是减少材料厚度的区域。
其他实施例提供功率电子装置，该功率电子装置具有：散热装置，其具有冷却剂入口和冷却剂出口；第一及第二开关封装件，各封装件具有电源引线端和负载引线端，第一及第二开关封装件的电源引线端与冷却剂入口以第一热距离大体上热等距，并且，第一及第二开关封装件的负载引线端与冷却剂入口以比第一热距离更小的第二热距离大体上热等距；以及至少一个电流整形引线端连接器，其连接第一及第二开关封装件的负载引线端，电流整形引线端连接器包括具有用于电连接的多个预定义位置的一个或多个层，所述多个预定义位置包括一个或多个第一位置和多个第二位置，并且，包括在其一个或多个层内或其一个或多个层之间的一个或多个间隙，以在其一个或多个第一位置和其多个第二位置之间提供大体上平衡的导电通路。在某些实施例中，间隙中的至少一个是减少材料厚度的区域。在某些实施例中，至少一个电流整形引线端连接器包括偶数数量的层，这些层被叠置，以提供反向导电通路。例如，至少一个电流整形引线端连接器包括叠置在岛层上且与岛层绝缘的桥层，桥层具有通过中心桥而导电联结的侧向翼，岛层具有在岛层内未导电联结的侧向岛，岛层的各侧向岛包括至少一个第一位置或至少一个第二位置，并且，通过至少一个热点而导电联结到桥层的叠置侧向翼，在岛和翼中，形成间隙，以限定从一个或多个第一位置中的各个至第二位置中的对应的一个的大体上离散的导电通路，大体上离散的导电通路中的各个包括中心桥，并且，大体上离散的导电通路中的各个包括桥层中的部分，其以反平行的方式叠置于该同一导电通路的在岛层中的一部分上。桥层的各翼和/或岛层的各岛可以包括至少一个窗口。在某些实施例中，至少一个电流整形引线端连接器包括一个或多个第一位置和多个第二位置之间的大体上离散的导电通路。在一些实施例中，至少一个电流整形引线端连接器具有沿着由第一开关封装件的负载引线端限定的第一线大体上对齐的第一位置，并且，具有大体上沿着与第二开关封装件的负载引线端连接的相同的线对齐的第二位置，第一位置的数量与第二位置相等，并且，至少一个电流整形引线端连接器包括限定连接多对第一位置和第二位置的大体上离散的导电路径的间隙。在一些实施例中，功率电子装置还包括分别连接到第一开关封装件的电源引线端和第二开关封装件的电源引线端的第二电流整形引线端连接器和第三电流整形引线端连接器，并且，第二电流整形引线端连接器和第三电流整形引线端连接器是彼此的匹配倒置物。在这种实施例中，第二电流整形引线端连接器和第三电流整形引线端连接器可以布置成使得由引线端连接器中的一个连接器中的导电通路中的电流感生的磁场被由引线端连接器中的另一个连接器中的对应的导电通路中的电流感生的磁场大体上抵消。
本发明的方面提供制造电流整形引线端连接器的方法，该方法包括：形成至少一个导电板；在至少一个导电板上，形成包括至少一个第一位置和多个第二位置的多个预定义位置；以及在导电板中或围绕导电板，形成至少一个间隙，该间隙构造成在至少一个第一位置和多个第二位置之间施加大体上平衡的电通路。
将理解到，上文的描述旨在为说明性的，而不是限制性的。例如，可以将上述的实施例(和/或其方面)彼此组合使用。另外，在不背离本发明的范围的情况下，可以作出许多变型，以使具体的情形或材料适应于本发明的教导。虽然本文中所描述的材料的尺寸和类型旨在定义本发明的参数，但它们并不是作为限制性的实施例，而是示范性的实施例。在回顾上文的描述之后，许多其他实施例将对本领域技术人员显而易见。在所附条款中，术语“包括”和“在其中”用作相应的术语“包含”和“其中”的简明语言等效物。此外，在以下的条款中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“顶部”等之类的术语只不过用作标签，而不旨在将数字或位置要求强加于其对象。而且，以下的条款的限制不写成部件加功能的格式，并且，不旨在基于35U.S.C.§122的第六段而解释，除非这种条款限制明确地使用后面是无另外的结构的功能的陈述的短语“用于……的部件”且直到如此为止。
本书面描述使用示例来公开本发明的若干个实施例，包括最佳模式，并且，还允许本领域普通技术人员实践本发明的实施例，包括制造并使用任何装置或***和执行任何合并的方法。
如本文中所使用的，以单数叙述且跟在单词“一”或“一种”后面的元件或步骤应当被理解为不排除多个元件或步骤，除非明确地陈述这种排除。而且，本发明的对“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除同样地结合有所叙述的特征的另外的实施例的存在。此外，除非明确地相反地陈述，否则“包含”、“包括”或“具有”拥有特定的性质的一个元件或多个元件的实施例可以包括不具有该性质的另外的这种元件。
由于在不背离本文中所涉及的本发明的实质和范围的情况下，可以在上述的主题中作出某些改变，因而旨在上文的描述或在附图中示出的所有的主题应当只不过被解释为图示本文中的本发明概念的示例，而不应当被解释为限制本发明。

Claims (21)

1.一种母线，包括：
多个引线端连接器，其包括：
第一引线端连接器；
第二引线端连接器，其与所述第一引线端连接器绝缘；以及
第三引线端连接器，其与所述第一引线端连接器和所述第二引线端连接器绝缘；
其中，所述引线端连接器中的至少一个是包括下者的电流整形引线端连接器：具有用于电连接的多个预定义位置的一个或多个层，所述多个预定义位置包括一个或多个第一位置和多个第二位置；和在所述一个或多个层内或所述一个或多个层之间的一个或多个间隙，其用以在所述一个或多个第一位置和所述多个第二位置之间提供平衡的导电通路。
2.根据权利要求1所述的母线，其特征在于，所述引线端连接器中的至少两个是配置成在其相应的第一位置和第二位置之间提供平衡的导电通路的电流整形引线端连接器。
3.根据权利要求2所述的母线，其特征在于，所述引线端连接器中的所述至少两个中的两个是彼此的匹配倒置物。
4.根据权利要求3所述的母线，其特征在于，为匹配倒置物的所述两个引线端连接器与中间绝缘层相邻而被叠置。
5.根据权利要求2所述的母线，其特征在于，所述引线端连接器布置成使得由所述至少两个引线端连接器中的一个连接器中的导电通路中的电流感生的磁场被由所述至少两个引线端连接器中的另一个连接器中的对应的导电通路中的电流感生的磁场抵消。
6.根据权利要求1所述的母线，其特征在于，所述电流整形引线端连接器包括偶数数量的层，这些层被叠置，以提供反向导电通路。
7.根据权利要求6所述的母线，其特征在于：
所述电流整形引线端连接器包括叠置在岛层上且与岛层绝缘的桥层，
所述桥层具有通过中心桥而导电联结的侧向翼，
所述岛层具有在所述岛层内未导电联结的侧向岛，
所述岛层的各侧向岛包括至少一个第一位置或至少一个第二位置，并且，通过至少一个热点而导电联结到所述桥层的叠置侧向翼，
在所述岛和翼中，形成间隙，以限定从所述一个或多个第一位置中的各个至所述第二位置中的对应的一个的离散的导电通路，
所述离散的导电通路中的各个包括所述中心桥，并且，
所述离散的导电通路中的各个包括在所述桥层中的一部分，其反平行地叠置在同一导电通路在所述岛层中的一部分上。
8.根据权利要求1所述的母线，其特征在于，所述电流整形引线端连接器包括至少一个窗口。
9.根据权利要求1所述的母线，其特征在于，所述电流整形引线端连接器包括在所述一个或多个第一位置和所述多个第二位置之间的离散的导电通路。
10.根据权利要求1所述的母线，其特征在于，所述间隙中的至少一个是减少材料厚度的区域。
11.一种功率电子装置，包括：
散热装置，其具有冷却剂入口和冷却剂出口；
第一及第二开关封装件，各封装件具有电源引线端和负载引线端，所述第一及第二开关封装件的所述电源引线端与所述冷却剂入口以第一热距离热等距，并且，所述第一及第二开关封装件的所述负载引线端与所述冷却剂入口以比所述第一热距离更小的第二热距离热等距；以及
至少一个第一电流整形引线端连接器，其连接所述第一及第二开关封装件的所述负载引线端，所述电流整形引线端连接器包括具有用于电连接件的多个预定义位置的一个或多个层，所述多个预定义位置包括一个或多个第一位置和多个第二位置，并且，包括在其一个或多个层内或其一个或多个层之间的一个或多个间隙，以在其一个或多个第一位置和其多个第二位置之间提供平衡的导电通路。
12.根据权利要求11所述的功率电子装置，其特征在于，所述间隙中的至少一个是减少材料厚度的区域。
13.根据权利要求11所述的功率电子装置，其特征在于，所述至少一个第一电流整形引线端连接器包括偶数数量的层，这些层被叠置，以提供反向导电通路。
14.根据权利要求13所述的功率电子装置，其特征在于：
所述至少一个第一电流整形引线端连接器包括叠置在岛层上且与岛层绝缘的桥层，
所述桥层具有通过中心桥而导电联结的侧向翼，
所述岛层具有在所述岛层内未导电联结的侧向岛，
所述岛层的各侧向岛包括至少一个第一位置或至少一个第二位置，并且，通过至少一个热点而导电联结到所述桥层的叠置侧向翼，
在所述岛和翼中，形成间隙，以限定从所述一个或多个第一位置中的各个至所述第二位置中的对应的一个的离散的导电通路，
所述离散的导电通路中的各个包括所述中心桥，并且，
所述离散的导电通路中的各个包括在所述桥层中的一部分，其反平行地叠置在同一导电通路的在所述岛层中的一部分上。
15.根据权利要求14所述的功率电子装置，其特征在于，所述桥层的各翼包括至少一个窗口。
16.根据权利要求14所述的功率电子装置，其特征在于，所述岛层的各岛包括至少一个窗口。
17.根据权利要求11所述的功率电子装置，其特征在于，所述至少一个第一电流整形引线端连接器包括在所述一个或多个第一位置和所述多个第二位置之间的离散的导电通路。
18.根据权利要求11所述的功率电子装置，其特征在于，所述至少一个第一电流整形引线端连接器具有沿着由所述第一开关封装件的所述负载引线端限定的第一线对齐的第一位置，并且，具有沿着与所述第二开关封装件的所述负载引线端连接的相同线对齐的第二位置，所述第一位置的数量与所述第二位置的数量相等，并且，所述至少一个第一电流整形引线端连接器包括限定连接成对的所述第一位置和所述第二位置的离散的导电路径的间隙。
19.根据权利要求11所述的功率电子装置，其特征在于，还包括：
第二和第三电流整形引线端连接器，其分别连接到所述第一开关封装件的所述电源引线端和所述第二开关封装件的所述电源引线端，其中，所述第二和第三电流整形引线端连接器是彼此的匹配倒置物。
20.根据权利要求19所述的功率电子装置，其特征在于，所述第二和第三电流整形引线端连接器布置成使得由所述第二和第三电流整形引线端连接器中的一个连接器中的导电通路中的电流感生的磁场被由所述第二和第三电流整形引线端连接器中的另一个连接器中的对应的导电通路中的电流感生的磁场抵消。
21.一种制造电流整形引线端连接器的方法，包括：
形成至少一个导电板；
在所述至少一个导电板上，形成多个预定义位置，其包括至少一个第一位置和多个第二位置；以及
在所述导电板中或围绕所述导电板，形成至少一个间隙，所述至少一个间隙构造成在所述至少一个第一位置和所述多个第二位置之间施加平衡的电通路。
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