CN115039523A - 电力电子装置和电力电子功能*** - Google Patents

电力电子装置和电力电子功能*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电力电子装置和电力电子功能***。电力电子装置(1)包括至少一个功率半导体(16)和控制地连接至功率半导体(16)的第一电路板(30)，其中，电力电子装置(1)还包括在功率半导体(16)与第一电路板(30)之间形成控制连接的至少一个引线框(20)，其中，功率半导体(16)以下述方式连接至引线框(20)的至少一个接触区域(21)：使得热可以从功率半导体(16)传递至引线框(20)并且可以由功率半导体(16)从引线框(20)带离，其中，电力电子装置(1)还包括壳体(40)，壳体至少界定其中容纳冷却剂流体(42)可以容纳冷却剂流体的流体贮存器(41)的一些区域的边界，其中，出于将热从相应的功率半导体(16)和/或从相应的引线框(20)传递至冷却剂流体(42)的目的，将相应的功率半导体(16)和相应的引线框(20)布置在流体贮存器(41)中。电力电子装置和电力电子功能***使得能够以热优化和能量优化的方式冷却功率半导体。

Description

电力电子装置和电力电子功能***
技术领域
本发明涉及确保以热优化和能量优化的方式冷却功率半导体的电力电子装置和电力电子功能***。
电力电子装置和电力电子功能***可以用于电力电子领域或组装和连接技术领域。
背景技术
如图1中作为示例示出的常规的电力电子装置通常包括功率模块3，该功率模块安装在冷却元件6上，冷却元件也被称为冷板，并且冷却介质7流过该冷却元件。此外，功率模块通常经由汇流条4连接至中间电路电容器5。
通常将栅极驱动器电路和控制电子装置或芯片8布置在包括电力电子装置的控制电路板2上。
在图2中以放大视图示出了常规功率模块3的结构。可以看出，此处的芯片8经由接合线9和焊料层10利用由铜-陶瓷-铜层制成的电DCB连接11连接至基体，基体也被称为基部板12。热膏13促进热从基部板12到冷却元件6并且因此到冷却介质7的传递。
参照以下文献来说明常规电力电子装置并且特别是常规电力电子装置的冷却方面的另外的配置。
US 9,560,790 B2公开了一种用于机动车辆的冷却***。该冷却***包括汽化器、布置在汽化器下游的冷凝器、布置在冷凝器下游的泵、以及布置在泵下游并且串联在汽化器上游的两相冷却单元。两相冷却单元可以从热生成装置接收热能以对工作流体进行预加热并且将经预加热的工作流体引导至汽化器。热生成装置可以为热耦合至两相冷却单元的电力电子装置。
US 9,363,930 B2公开了一种具有被配置成与冷却剂流体接触并且排放气相冷却剂的冷板的冷却***。此外，冷却***包括热交换器，该热交换器被配置成将来自冷却剂蒸气的热传递至冷却剂流体。
US 5,455,458公开了一种用于与基板一起布置在热提取基部上的壳体中的功率半导体的冷却装置。壳体内部的空间填充有在低于功率半导体的临界温度的转变温度下吸收热的相变材料，以在峰值负载期间吸收热。导线将功率半导体热耦合至相变材料。经由基部元件从半导体晶片和相变材料两者提取热。
US 2008/0266802 A1公开了一种用于对电力电子电路中的连接点例如由导线接合连接形成的连接点进行冷却的技术。在连接点处或连接点附近热耦合有相变散热器，并且在操作期间在散热器中发生连续的相变以从连接点提取热。散热器可以在比连接点大的区域上延伸，以改进较大的区域上的冷却和散热。提供的是，相变布置在芯片或要冷却的部件的下方。
WO 2014/131589 A1公开了一种具有用于在功率损失峰值处进行转换器的冷却和散热的转换器相变存储器的冷却装置。冷却装置包括具有变化的功率损耗的要被冷却的部件，其中，要冷却的部件包括转换器模块。具有冷却肋状物的冷却元件和相变存储器热耦合至冷却装置，其中，冷却元件和相变存储器经由至少一个热管彼此热连接。
然而，在所提出的特别针对冷却电力电子装置而设计的冷却装置中存在热限制，使得尽管周围有冷却剂流体但是由功率半导体生成的热无法耗散或者无法在足够短的时间内耗散，特别是在峰值负载下。
为了克服该缺点，在常规实施方式中通常实施极大地增加的热传递表面。然而，这导致了显著增加的安装空间需求，使得配备有这样的冷却装置的电力电子功能***具有低的功率密度。
另外，这样的***在其功率方面是不可扩展的。此外，该领域已知的***通常具有不需要的、所谓的寄生电感，该寄生电感可能影响由电力电子功能单元发射的信号并且/或者在切换时导致电压过冲。
发明内容
由此出发，本发明的目的是提供一种确保以热优化和能量优化的方式冷却功率半导体的电力电子装置和电力电子功能***。
该目的通过根据权利要求1所述的根据本发明的电力电子装置和根据权利要求9所述的根据本发明的电力电子功能***来实现。在从属权利要求2至8中列出了电力电子装置的有利实施方式。
另外，根据本发明提供了一种根据权利要求10所述的机动车辆，所述机动车辆包括根据本发明的至少一个电力电子装置或根据本发明的电力电子功能***。
可以以任何在技术上有用的方式对权利要求的特征进行组合，权利要求的特征包括包含本发明的附加实施方式的以下描述中的说明和附图中的特征。
本发明涉及一种电力电子装置，该电力电子装置包括至少一个功率半导体和控制地连接至功率半导体的第一电路板。
此外，该电力电子装置包括在功率半导体与第一电路板之间形成控制连接的至少一个引线框。根据本发明提供的是，功率半导体以下述方式连接至引线框的至少一个接触区域：使得热可以从功率半导体传递至引线框并且可以由功率半导体从引线框带离。在这种情况下，电力电子装置还包括壳体，该壳体至少界定其中容纳冷却剂流体/可以容纳冷却剂流体的流体贮存器的一些区域的边界。出于将热从相应的功率半导体和/或从相应的引线框传递至冷却剂流体的目的，将相应的功率半导体和相应的引线框布置在流体贮存器中。
本电力电子装置是用于实现电力电子装置的装置。
功率半导体也可以被称为芯片，并且具有切换装置的功能。有利地也被电力电子装置包括并且在一个实施方式中可以由微控制器和栅极驱动器形成的控制单元被配置成经由电路板将信号馈送至功率半导体。然后，功率半导体通过传输电信号对要控制的部件例如对电动马达或电动马达的相应相执行切换处理。
特别地，功率半导体可以借助于烧结或焊接的方式连接至引线框。在这种情况下，功率半导体可以经由所谓的芯片下侧连接至引线框。类似地，引线框与电路板之间的连接可以通过烧结或焊接来实现。
电力供应可以特别地经由连接至电路板的电池来实现，该电池经由中间电路电容器为电路板、引线框和功率半导体供应电流。
由电池提供的电流可以经由电路板和高电流接触部路由以对部件进行操作。
控制单元本身可以布置在由壳体界定的边界的空间的外部，特别地布置在电路板上并且控制地连接至电路板。
中间电路电容器也可以布置在电路板上。
所谓的引线框是以框或梳状物的形式的可焊接金属导体支承件，其被特别地设计成用于半导体芯片。除了用于与功率半导体接触的接触区域，这样的引线框包括从接触区域延伸的多个线元件，这些线元件进而被配置成用于与其他电子部件进行电接触，特别地与电路板进行电接触。
在本发明中，引线框因此实现了被认为是“散热器”即热分配器的功能。此外，热也经由电路板被功率半导体吸收并且从电路板传递至冷却剂。此外，引线框用于与电路板进行电接触，特别是经由其所谓的“漏极”连接。
电路板特别地是所谓的高电流PCB。
壳体并且因此还有贮存器中包含的冷却剂流体包围相应的功率半导体和相应的引线框。
因此，此处流体贮存器指定用于保持冷却剂流体的流体上封闭的空间。
无论关于功率半导体和引线框的数目的可能变型如何，根据本发明这些功率半导体和引线框被布置在流体贮存器中。
特别地，提供的是，冷却剂流体相对于其润湿的部件是惰性的和/或电绝缘的流体。
由电路板、引线框和至少一个功率半导体组成的单元也可以被称为半桥模块。
因此，可以利用根据本发明的电力电子装置对功率半导体进行最佳冷却，使得该功率半导体能够以相应的高电功率进行操作。
根据本发明的电力电子装置的结构具有低的寄生电感。此外，仅需要克服低电阻。另外，可以看出，不需要使用昂贵和/或重的材料例如陶瓷来构造根据本发明的电力电子装置。
在电力电子装置的开发中，提供的是：电力电子装置包括至少一个另外的功率半导体和至少一个另外的引线框，该至少一个另外的引线框在另外的功率半导体与第一电路板之间形成控制连接，其中，另外的功率半导体以下述方式连接至另外的引线框的至少一个接触区域：使得热可以从另外的功率半导体传递至另外的引线框并且可以由另外的功率半导体从另外的引线框带离，并且其中，另外的功率半导体和另外的引线框布置在第一电路板的与功率半导体和引线框相反的一侧上。
本发明不限于在电路板上布置仅一个功率半导体和引线框的事实，而是根据本发明可以将若干个功率半导体和引线框布置在电路板的两侧上。
此处还可以提供的是，另外的功率半导体在背离第一电路板的一侧处连接至另外的引线框的接触区域。
在具有仅一个功率半导体和一个引线框的实施方式中，壳体与第一电路板密封隔开。相应地，此处使用第一电路板来界定流体贮存器。出于密封的目的，在壳体与相应的电路板或电路板侧部之间可以布置额外的密封件。
被称为通孔的竖直电连接可以用于将高电流接触部连接至电路板，所述竖直电连接本身具有对高电流接触部和电路板的密封效果，使得此处不需要针对冷却剂流体进行附加密封。
通过将电路板用作流体贮存器的密封件的一部分，可以经由电路板上的通孔并且经由高电流接触部来实现功率半导体与外部的电接触。可以在通孔点处将高电流接触部焊接到电路板上。因此不需要对高电流接触部进行密封。
出于高效散热的目的，相应的引线框的线元件可以形成用于将热传递至冷却剂流体的总热传递表面Ag，该总热传递表面Ag之于相应的引线框的在其上相应的引线框与相应的功率半导体接触的连接表面Ac之间的关系产生以下比率：Ag/Ac>1。
这意味着由相应的引线框的线元件实现的总热传递面积至少与接触区域一样大。在电力电子装置的有利实施方式中，总热传递表面显著更大，即，至少是接触表面的两倍大。
该面积比确保了对由相应的功率半导体生成的热的最佳分布，并且因此确保对相应的功率半导体的最佳散热和冷却。
因此实现了所谓的最佳热扩散效果。
在有利的实施方式中提供的是：第一电路板上由相应的引线框的线元件的端部区域限定的面积至少是面向第一电路板的相应的功率半导体的面积的两倍大。
特别地，相应的引线框与相应的功率半导体附接的水平高度可以与第一电路板之间具有间隔。
由于相应的引线框的大面积的线元件可以完全被冷却剂流体接触的事实，因此这使得能够进行从相应的引线框至其周围环境或至冷却剂流体的最佳热传递。
这也可以特别地在背离第一电路板的一侧处将功率半导体紧固至引线框时实现。
特别地，可以提供的是，在功率半导体的与引线框相反的一侧上功率半导体与电路板之间形成直接的电连接。这意味着功率半导体直接电耦合至电路板并且经由引线框间接电耦合至电路板。
这特别地通过功率半导体的两个接触侧上的导电层来实现。
另外的有利实施方式提供的是，第一电路板电耦合至第二电路板，其中，在其上布置有功率半导体和引线框的第一电路板以下述方式定位：使得另外的引线框与第二电路板之间具有间隔。
出于高效散热的目的，这特别地用于确保第二引线框不被覆盖，而是可以在最大可能的程度上被冷却剂接触。
在具有至少两个功率半导体和两个引线框的实施方式中，壳体与电连接至第一电路板的第二电路板密封隔开。因此，此处使用第二电路板来界定流体贮存器。第二电路板至第一电路板的电耦合特别地经由附加的高电流接触部进行。
除了界定流体贮存器的功能，第二电路板还具有与外部接触特别是与中间电路电容器接触的功能。
另外，电力电子装置还可以包括冷凝单元，该冷凝单元被配置成对汽化的冷却剂流体进行冷却并且因此冷凝，并且进而提供该冷却剂流体以对相应的功率半导体和/或相应的引线框进行冷却。
这确保了也可以耗散来自汽化的热。冷却剂流体因此在热回路中被引导。
出于该目的，冷凝单元可以具有用于容纳冷却介质特别是用于冷却介质流动通过的容纳空间，其中，冷凝单元被配置成从汽化的冷却剂流体吸收热并且将热传递至容纳空间中的冷却介质。这创建了高性能两相冷却的封闭***。因此，在本实施方式中，电力电子装置被设计成具有热交换器功能。
此外，冷凝单元可以具有在流体贮存器的方向上形成的突起，特别地为肋状物，其中，用于容纳冷却介质的容纳空间至少在一些区域延伸到这些突起中。冷凝单元的热传递表面因此通过这些突起而显著增加，这些突起被特别地设计成呈肋状物的形式。由于容纳空间延伸到突起中的事实，存在从突起至突起中的冷却介质的最佳热传递，使得冷凝单元可以被冷却介质高效地冷却，并且汽化的冷却剂流体可以以相应的效率进行冷却并且因此可以实现对冷却剂流体的冷凝。
本发明的另一方面是一种电力电子功能***，其包括多个根据本发明的电力电子装置，其中，所述电力电子装置连接至用于不同电压相的线。特别地，电力电子功能***可以以下述方式设计：使得若干个根据本发明的电力电子装置安装在高载流导电元件上例如多层铜片上并且进行互连以形成多相电力电子***。
可以在各个电力电子装置之间实现非常低电感、低阻抗的高电流连接。
特别地，根据本发明的电力电子装置均可以耦合至AC电压的相。由于电力电子装置作为模块的可能配置，电力电子功能***可以相应地关于输出电流和输出功率容易地进行缩放。
在大面积的高载流导电元件或多层铜片上仍然可以高效地将热散发至周围环境。
此外，可以实现屏蔽以实现足够的电磁兼容性。
本发明通过一种机动车辆来补充，特别是一种可以至少部分地由电动马达驱动的机动车辆，该机动车辆包括：至少一个根据本发明的电力电子装置和/或至少一个根据本发明的电力电子功能***；以及流体地耦合至相应的电力电子装置的冷凝单元的冷却介质回路。
相应地，可以将在机动车辆中用于其他目的的冷却介质例如水-乙二醇混合物供应至根据本发明的电力电子装置，并且电力电子装置因此可以集成到机动车辆的整个冷却回路中。
附图说明
下面参照示出了优选实施方式的相关联的附图基于相关技术背景对上面描述的本发明进行详细说明。本发明不以任何方式受限于纯示意性附图，其中，应当注意的是，附图中所示的示例性实施方式不限于示出的尺寸。在附图中：
图1：示出了具有常规结构的电力电子装置，
图2：示出了根据基于图1的实施方式的芯片的电连接的区域的放大视图，
图3：以截面视图示出了根据本发明的电力电子装置，
图4：示出了根据图3所示的实施方式的高电流接触部的高电流接触部连接区域，
图5：以截面视图示出了根据本发明的电力电子装置的另外的实施方式；以及
图6：示出了具有若干个根据本发明的电力电子装置的根据本发明的电力电子功能***。
具体实施方式
为了说明现有技术，已经讨论了图1和图2。
图3示出了根据本发明的电力电子装置1的第一实施方式。
该电力电子装置包括功率半导体16，功率半导体也可以被称为芯片。芯片或功率半导体16经由其下侧17导电地连接至引线框20，该下侧在此处示出的实施方式中取向向上。可以看出，功率半导体16与引线框20之间的接触区域21显著小于由引线框20形成的总面积，使得由功率半导体16引入到引线框20中的热可以通过引线框20分布在该引线框的大的表面上。引线框20进而电连接至第一电路板30。相应地，热也从引线框20传递至第一电路板30。功率半导体16和引线框20布置在由壳体40界定的流体贮存器41内。在该流体贮存器41中存在有冷却剂流体42，并且该冷却剂流体完全包围功率半导体16和引线框20。相应地，热可以通过引线框20的大面积从功率半导体16传递至冷却剂流体42，并且相应地，功率半导体16被有效地冷却。
第一电路板30因此被设计成多功能，这是因为第一电路板用于接触功率半导体16以及用于与外部的电接触，并且同时也用于在某些区域界定流体贮存器41。
电力电子装置还包括冷凝单元100，该冷凝单元形成其中布置有冷却介质103的容纳空间101。出于扩大冷凝单元100的表面的目的，在第一电路板30的方向上设置突起102，该突起是容纳空间101的一部分并且相应地填充有冷却介质103。
如果冷却剂流体42由于温度而汽化，则其以蒸气形式到达冷凝单元100。由于通过冷却介质103将冷凝单元保持在低温下的事实，冷却剂流体蒸气42冷凝，使得液化的冷却剂流体42进而从突起102滴落并且出于再次对功率半导体16或引线框20进行冷却的目的而被馈送至到流体贮存器41。冷凝单元100的冷却介质103可以流体连接至另一回路，例如机动车辆的冷却***，使得另一回路也可以经由热交换器——此处未示出——进行冷却，并且可以为了前述冷凝目的而被馈送回来。
在此处示出的实施方式中，电力电子装置1还包括用于将电力电子装置连接至DC网络的所谓的DC支撑电容器104。
在替选的具体实施方式中，DC支撑电容器104也可以在安装电力电子装置1时经由压接安装在壳体40上。
出于对电压峰值进行衰减的目的，在第一电路板30上以导电方式布置所谓的缓冲电容器95。
在引线框20与第一电路板30之间具有间隔80。在此处示出的实施方式中，间隔80以下述方式布置：使得功率半导体16放置成其侧面背离引线框20并且因此其上侧在第一电路板30上，并且与第一电路板进行导电接触。以这样的方式，热可以直接从功率半导体16传递至第一电路板30。
在壳体70与电路板30之间布置有密封件70。通过耦合至第一电路板30的高电流接触部92传输电信号或实施电力供应。
该连接可以在图4中的放大视图中看到。
此处还可以看出，相应的高电流接触部92借助于所谓的相应通孔94导电地连接至第一电路板30。通孔94还确保在冷却剂流体42穿过电路板30的同时针对该冷却剂流体的流体密封。
图5示出了根据本发明的电力电子装置1的另外的实施方式。
该实施方式与图3所示的实施方式的本质区别在于另外的功率半导体50和另外的引线框60被布置在第一电路板30的与功率半导体16和引线框20相反的一侧上。与功率半导体16和引线框20类似，并且因此类似地另外的功率半导体50和另外的引线框60完全被冷却剂流体42包围。这通过第一电路板30与第二电路板90之间的间隔91来确保，该第二电路板与壳体40一起界定流体贮存器41的边界。
第一电路板30与第二电路板90之间的连接此处经由附加的高电流接触部93来实现。如在图3所示的第一实施方式中，电力电子装置1经由高电流接触部92进行电连接，然而，在此处所示的实施方式中，这些高电流接触部连接至第二电路板90。
因此，图5所示的实施方式具有以下优点：两个功率半导体16、50可以通过冷却剂流体42在公共冷凝单元100上冷凝以非常节省空间的方式同时进行冷却。
图6示出了根据本发明的电力电子功能***，其包括若干个根据本发明的电力电子装置1。电力电子装置1经由高电流接触部92连接至载流线200，该载流线特别地可以为经由其也可以散热的铜片层。例如，三相电机的一个相连接至电力电子功能单元的输出，此处是以AC连接来连接。因此，电力电子功能单元连接至电驱动***中通常类型的三相电机。
电力电子装置和电力电子功能***使得功率半导体能够以热优化和能量优化的方式进行冷却，使得功率半导体能够被设计用于高性能。
附图标记说明
1 电力电子装置
2 控制电路板
3 功率模块
4 汇流条
5 中间电路电容器
6 冷却元件
7 冷却介质
8 芯片
9 接合线
10 焊料层
11 DCB
12 基部板
13 导热膏
16 功率半导体
17 芯片下侧
20 引线框
21 接触区域
30 第一电路板
40 壳体
41 流体贮存器
42 冷却剂
50 另外的功率半导体
60 另外的引线框
70 密封件
80 间隔
90 第二电路板
91 第一电路板与第二电路板之间的间隔
92 高电流接触部
93 另外的高电流接触部
94 通孔
95 缓冲电容器
100 冷凝单元
101 容纳空间
102 突起
103 冷却介质
104 DC链路电容器
200 载流线/层
201 AC相输出。

Claims (10)

1.一种电力电子装置(1)，其包括至少一个功率半导体(16)和控制地连接至所述功率半导体(16)的第一电路板(30)，所述电力电子装置(1)还包括在所述功率半导体(16)与所述第一电路板(30)之间形成控制连接的至少一个引线框(20)，其特征在于，所述功率半导体(16)以下述方式连接至所述引线框(20)的至少一个接触区域(21)：使得热能够从所述功率半导体(16)传递至所述引线框(20)并且能够由所述功率半导体(16)从所述引线框(20)带离，其中，所述电力电子装置(1)还包括壳体(40)，所述壳体至少界定其中容纳冷却剂流体(42)/能够容纳所述冷却剂流体的流体贮存器(41)的一些区域的边界，其中，出于将热从相应的功率半导体(16)和/或从相应的引线框(20)传递至所述冷却剂流体(42)的目的，将所述相应的功率半导体(16)和所述相应的引线框(20)布置在所述流体贮存器(41)中。
2.根据权利要求1所述的电力电子装置，其特征在于，所述电力电子装置(1)包括另外的功率半导体(50)和至少一个另外的引线框(60)，所述至少一个另外的引线框在所述另外的功率半导体(50)与所述第一电路板(30)之间形成控制连接，其中，所述另外的功率半导体(50)以下述方式连接至所述另外的引线框(60)的至少一个接触区域：使得热能够从所述另外的功率半导体(50)传递至所述另外的引线框(60)并且能够由所述另外的功率半导体(50)从所述另外的引线框(60)带离，并且其中，所述另外的功率半导体(50)和所述另外的引线框(60)布置在所述第一电路板(30)的与所述功率半导体(16)和所述引线框(20)相反的一侧上。
3.根据前述权利要求中一项所述的电力电子装置，其特征在于，所述相应的引线框(20，60)的线元件形成用于将热传递至所述冷却剂流体(42)的总热传递表面Ag，所述总热传递表面Ag之于所述相应的引线框(20，60)的在其上所述相应的引线框(20，60)与所述相应的功率半导体(16，50)接触的连接表面Ac之间的关系产生以下比率：Ag/Ac>1。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电力电子装置，其特征在于，所述相应的引线框(20，60)与所述相应的功率半导体(16，50)附接的平面与所述第一电路板(30)具有间隔(80)。
5.根据权利要求2至4中一项所述的电力电子装置，其特征在于，所述第一电路板(30)电耦合至第二电路板(90)，其中，其上布置有所述功率半导体(16，50)和所述引线框(20，60)的所述第一电路板(30)以下述方式定位：使得所述另外的引线框(60)与所述第二电路板(90)具有间隔。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电力电子装置，其特征在于，所述电力电子装置(1)还包括冷凝单元(100)，所述冷凝单元被配置成对汽化的冷却剂流体(42)进行冷却并且因此冷凝，并且进而将所述冷却剂流体提供用于对所述相应的功率半导体(16，50)和/或所述相应的引线框(20，60)进行冷却。
7.根据权利要求6所述的电力电子装置，其特征在于，所述冷凝单元(100)具有用于容纳冷却介质(103)特别是用于所述冷却介质(103)流动通过的容纳空间(101)，其中，所述冷凝单元(100)被配置成从汽化的冷却剂流体(42)吸收热并且将热传递至所述容纳空间(101)中的所述冷却介质(103)。
8.根据权利要求7所述的电力电子装置，其特征在于，所述冷凝单元(100)具有在所述流体贮存器(41)的方向上形成的突起(102)特别地为肋状物，其中，用于容纳所述冷却介质(103)的所述容纳空间(101)至少在一些区域延伸至这些突起(102)中。
9.一种电力电子功能***，其包括多个根据权利要求1至8中任一项所述的电力电子装置(1)，其中，所述电力电子装置(1)连接至用于不同电压相的线。
10.一种机动车辆，特别是能够至少部分地由电动马达驱动的机动车辆，所述机动车辆包括：根据权利要求1至8中任一项所述的电力电子装置(1)或根据权利要求9所述的电力电子功能***；以及流体地耦合至所述相应的电力电子装置(1)的所述冷凝单元(100)的冷却介质回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5455458A (en) 1993-08-09 1995-10-03 Hughes Aircraft Company Phase change cooling of semiconductor power modules
US20080266802A1 (en) 2007-04-30 2008-10-30 Rockwell Automation Technologies, Inc. Phase change cooled electrical connections for power electronic devices
US8139371B2 (en) * 2007-07-30 2012-03-20 GM Global Technology Operations LLC Power electronics devices with integrated control circuitry
JP5975675B2 (ja) * 2012-02-28 2016-08-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
DE102013203114A1 (de) 2013-02-26 2014-09-11 Siemens Aktiengesellschaft Umrichterkühlung mit Phasenwechselspeicher
US9363930B2 (en) 2013-03-11 2016-06-07 Teco-Westinghouse Motor Company Passive two phase cooling solution for low, medium and high voltage drive systems
US9560790B2 (en) 2015-05-13 2017-01-31 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Power electronics cooling system with two-phase cooler
US10149413B1 (en) * 2017-07-31 2018-12-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Integrated thermal management assembly for gate drivers and power components

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