EA031483B1 - Система и способ охлаждения силовых электронных устройств - Google Patents
Система и способ охлаждения силовых электронных устройств Download PDFInfo
- Publication number
- EA031483B1 EA031483B1 EA201391645A EA201391645A EA031483B1 EA 031483 B1 EA031483 B1 EA 031483B1 EA 201391645 A EA201391645 A EA 201391645A EA 201391645 A EA201391645 A EA 201391645A EA 031483 B1 EA031483 B1 EA 031483B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- elements
- power
- heat sink
- capacitor
- power transistor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title abstract description 17
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 108
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 13
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 2
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
- H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
- H01G2/02—Mountings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
- H01G2/08—Cooling arrangements; Heating arrangements; Ventilating arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
- H01L23/3675—Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Изобретение предлагает системы и способы охлаждения силовых электронных устройств с оптимизированной электромеханической структурой. Силовое электронное устройство может содержать один или более силовых транзисторных элементов, один или более конденсаторных элементов, один или более силовых соединительных элементов, которые могут быть электрически связаны с одним или более силовыми транзисторными элементами и одним или более конденсаторными элементами, и один или более теплоотводящих элементов. Один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов могут находиться в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами, и каждый из них может быть расположен, по существу, на противоположных сторонах одного или более теплоотводящих элементов, так что тепло может передаваться от одного или более силовых транзисторных элементов и одного или более конденсаторных элементов к одному и тому же из одного или более теплоотводящих элементов.
Description
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ (45) Дата публикации и выдачи патента
2019.01.31 (21) Номер заявки
201391645 (22) Дата подачи заявки
2011.09.19 (51) Int. Cl. Н05К 7/20 (2006.01)
H01L 23/34 (2006.01) (54) СИСТЕМА И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ (31) 61/482,878 (56) US-A1-20030100197 (32) 2011.05.05 US-A1-20010038310 (33) US (43) 2014.08.29 (86) PCT/US2011/052074 (87) WO 2012/150953 2012.11.08 (71) (73) Заявитель и патентовладелец:
КЛИН УЭЙВ ТЕКНОЛОДЖИЗ, инк.
(US) (72) Изобретатель:
Гаррига Рудольф, Кьюбик Майкл (US) (74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
031483 Bl
031483 В1 (57) Изобретение предлагает системы и способы охлаждения силовых электронных устройств с оптимизированной электромеханической структурой. Силовое электронное устройство может содержать один или более силовых транзисторных элементов, один или более конденсаторных элементов, один или более силовых соединительных элементов, которые могут быть электрически связаны с одним или более силовыми транзисторными элементами и одним или более конденсаторными элементами, и один или более теплоотводящих элементов. Один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов могут находиться в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами, и каждый из них может быть расположен, по существу, на противоположных сторонах одного или более теплоотводящих элементов, так что тепло может передаваться от одного или более силовых транзисторных элементов и одного или более конденсаторных элементов к одному и тому же из одного или более теплоотводящих элементов.
Отсылки к родственным заявкам
Испрашивается приоритет согласно предварительной заявке на патент США № 61/482878, зарегистрированной 05 мая 2011 г., которая включена в настоящее изобретение во всей полноте путем ссылки.
Предпосылки к созданию изобретения
Силовые электронные устройства имеют ограничения из-за чрезмерного нагрева внутренних элементов. Электромеханическая структура внутренних элементов силовых электронных устройств также является важным фактором, который может оказать негативное влияние на электрические и тепловые характеристики. Существует стремление минимизировать размеры и вес силовых электронных устройств, особенно в мобильных применениях, таких как электромобили и гибридные электромобили. С улучшенным охлаждением внутренних элементов имеется возможностью сконструировать силовое электронное устройство для получения повышенной мощности в более компактном и легком корпусе по сравнению с традиционными конструкциями. Улучшенное охлаждение может облегчить увеличение рабочего тока внутренних элементов, что может напрямую обеспечить повышенную мощность, а значит и более высокую удельную мощность силового электронного устройства. Улучшенное охлаждение может также обеспечить увеличение температурного рабочего запаса и значит более высокую надежность силового электронного устройства в целом. Одновременная оптимизация электромеханической структуры внутренних элементов силового электронного устройства может также обеспечить улучшенные электрические и тепловые характеристики в более компактном и легком корпусе, что также способствует увеличению удельной мощности.
Таким образом, существует необходимость в улучшенных системах и способах для силовых электронных устройств, которые могут обеспечить улучшенное охлаждение критических внутренних элементов силовых электронных устройств и одновременно могут обеспечить оптимизированную или улучшенную электромеханическую структуру для внутренних элементов, создавая возможность получения высокой надежности и высокой удельной мощности.
Краткое описание сущности изобретения
Изобретение предлагает системы и способы охлаждения силовых электронных устройств с оптимизированной электромеханической структурой. Различные аспекты изобретения, описанные в настоящем документе, могут быть использованы в любых конкретных применениях, указанных ниже, или для любых других типов силовых электронных устройств. Изобретение может быть применено в качестве отдельной системы или способа или как часть интегрированной системы, такой как транспортное средство. Следует понимать, что различные аспекты изобретения могут быть использованы индивидуально, коллективно или в комбинации друг с другом.
Один аспект изобретения может быть направлен на силовое электронное устройство, содержащее один или более силовых транзисторных элементов, один или более конденсаторных элементов, один или более силовых соединительных элементов, которые могут быть электрически связаны с одним или более силовыми транзисторными элементами и одним или более конденсаторными элементами, а также один или более теплоотводящих элементов. Один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов могут быть установлены в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами, и каждый может быть расположен на по существу противоположных сторонах одного или более теплоотводящих элементов, так что тепло может отводиться от одного или более силовых транзисторных элементов и одного или более конденсаторных элементов к одному и тому же из одного или более теплоотводящих элементов. В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ охлаждения силового электронного устройства. Способ может включать обеспечение наличия одного или более силовых транзисторных элементов, одного или более конденсаторных элементов, одного или более силовых соединительных элементов, которые могут быть электрически связаны с одним или более силовыми транзисторными элементами и одним или более конденсаторными элементами, а также одного или более теплоотводящих элементов, при этом один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов могут находиться в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами. Способ может также включать расположение одного или более силовых транзисторных элементов и одного или более конденсаторных элементов на по существу противоположных сторонах одного или более теплоотводящих элементов, так что тепло может быть отведено от одного или более силовых транзисторных элементов и одного или более конденсаторных элементов к одному и тому же из одного или более теплоотводящих элементов, тем самым охлаждая один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов. Другие цели и преимущества изобретения будут понятны далее при рассмотрении вместе с последующим описание и сопроводительными чертежами. Хотя последующее описание может содержать специфические детали, описывающие конкретные варианты осуществления изобретения, они не должны трактоваться как ограничения объема изобретения, но лишь как пояснение примерами предпочтительных вариантов осуществления. Для каждого аспекта изобретения возможны многие варианты, как предусмотрено в настоящем документе, которые известны специалистам в данной области. Множество изменений и модификаций может быть произведено в пределах объема и сущности изобретения.
- 1 031483
Включение путем ссылки
Все публикации, патенты и заявки на патенты, упоминаемые в настоящем описании, включаются в настоящий документ путем ссылки в той же степени, как если бы каждая индивидуальная публикация, патент или заявка на патент были специально и индивидуально указаны как включенные путем ссылки.
Краткое описание чертежей
Признаки изобретения указаны в приложенной формуле изобретения. Лучшее понимание признаков и преимуществ настоящего изобретения будет достигнуто путем обращения к последующему подробному описанию для изложения иллюстративных вариантов осуществления, в которых применяются принципы изобретения, и сопроводительных чертежей, на которых:
фиг. 1А представляет внутренние элементы силового электронного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
фиг. 1В представляет альтернативный вид внутренних элементов силового электронного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Хотя в настоящем документе представлены и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалистам очевидно, что такие варианты представлены только в качестве примера. Разнообразные варианты, изменения и замены могут быть предложены специалистами в пределах сущности изобретения. Следует понимать, что различные альтернативы вариантов осуществления изобретения, описанные в настоящем документе, могут быть воплощены при практическом использовании изобретения.
Фиг. 1А представляет внутренние элементы силового электронного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения. В некоторых вариантах осуществления изобретения силовым электронным устройством может быть силовой преобразователь, такой, что этот преобразователь может функционировать, например, для преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока, мощности переменного тока в мощность постоянного тока, мощности постоянного тока в мощность постоянного тока при разных напряжениях или при меняющихся напряжениях, или мощности переменного тока в мощность переменного тока при разных напряжении и/или частоте или изменяющихся напряжениях и/или частотах, или любой их комбинации. Например, в некоторых вариантах осуществления силовое электронное устройство может быть трехфазным преобразователем переменного тока регулируемой частоты, который может быть использован для привода электрической машины переменного тока. Примеры электрической машины переменного тока могут включать в себя двигатель, генератор или любой тип машины, который может нуждаться в некоторой форме электрической мощности переменного тока для работы. Альтернативно силовое электронное устройство может быть любым типом преобразователя мощности, инвертора, усилителя или любым типом устройства, который может включать в себя некоторую форму силового транзисторного элемента и некоторую форму конденсаторного элемента и может потребовать некоторой формы охлаждения и/или электрической и механической взаимосвязи для указанных элементов.
Силовое электронное устройство может быть использовано в системе. Например, упомянутое устройство может быть использовано в транспортном средстве, таком как автомобиль, мотоцикл, грузовик, фургон, автобус или другой вид пассажирского, коммерческого или промышленного транспортного средства, поезд или другой вид рельсового транспортного средства, судно, самолет или любой другой вид транспортного средства, или любой другой вид коммерческого или промышленного оборудования или машин.
Силовое электронное устройство может работать при высоких уровнях тока и может производить более высокую мощность по сравнению с традиционными приборами того же размера и веса. Например, силовое электронное устройство может работать при токах порядка 50, 100, 200, 500 или 1000 А или больше и может создавать мощность примерно 20, 50, 100, 200 или 500 кВт или больше. Встроенное охлаждение и электромеханическая структура могут обеспечить повышенную удельную мощность силового электронного устройства благодаря охлаждению критических внутренних элементов, а также увеличение или оптимизацию функционирования и плотности упаковки электрических и механических межсоединений.
Фиг. 1В представляет альтернативный вид внутренних элементов силового электронного устройства с электромеханической структурой и способом охлаждения в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Внутренние элементы силового электронного устройства могут представлять собой один или более силовых транзисторных элементов 1, один или более конденсаторных элементов 2, один или более силовых соединительных элементов 3, которые могут быть электрически связаны с одним или более силовыми транзисторными элементами 1 и одним или более конденсаторными элементами 2, и один или более теплоотводящих элементов 4. Один или более силовых транзисторных элементов 1 и один или более конденсаторных элементов 2 могут находиться в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами 4. Один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов могут контактировать или могут не контактировать непосредственно с одним или более теплоотводящими элементами.
- 2 031483
В одном примере один или более силовых транзисторных элементов могут иметь поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов. Поверхность силового транзисторного элемента и поверхность теплоотводящего элемента могут быть комплементарными по форме. Например, как поверхность силового транзисторного элемента, так и поверхность теплоотводящего элемента могут быть, по существу, плоскими и могут создавать надежную тепловую связь. Аналогично, один или более конденсаторных элементов могут иметь поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов. Поверхность конденсаторного элемента и поверхность теплоотводящего элемента могут быть комплементарными по форме. Например, как поверхность конденсаторного элемента, так и поверхность теплоотводящего элемента могут быть, по существу, плоскими и могут создавать надежную тепловую связь.
В другом примере один или более силовых транзисторных элементов могут иметь поверхность, которая может контактировать с поверхностью одного или более промежуточных элементов, а один или более промежуточных элементов могут иметь поверхность, которая может контактировать с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов. Один или более промежуточных элементов могут быть или могут не быть изготовлены из материала с высокой теплопроводностью. Более того, один или более промежуточных элементов могут быть или могут не быть изготовлены из материала с высокой электропроводностью. В некоторых примерах упомянутый материал может быть электроизолирующим материалом. Один или множество промежуточных элементов могут быть выполнены с возможностью создания высокой или максимизированной теплопроводности между одним или более силовыми транзисторными элементами и одним или более теплоотводящими элементами. Аналогично один или более конденсаторных элементов могут иметь поверхность, которая может контактировать с поверхностью одного или более промежуточных элементов, а один или более промежуточных элементов могут иметь поверхность, которая может контактировать с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов. Один или более промежуточных элементов могут быть или могут не быть изготовлены из материала с высокой теплопроводностью. Кроме того, один или более промежуточных элементов могут быть или могут не быть изготовлены из материала с высокой электропроводностью. В некоторых примерах упомянутый материал может быть электроизолирующим материалом. Один или более промежуточных элементов могут быть выполнены с возможностью создания высокой или максимизированной теплопроводности между одним или более конденсаторными элементами и одним и более теплоотводящими элементами.
В некоторых вариантах осуществления, по существу, никаких зазоров или промежутков может не быть между теплоотводящим элементом и промежуточным элементом, силовым транзисторным элементом и/или конденсаторным элементом. Например, в некоторых примерах, по существу, никаких зазоров или промежутков не предусмотрено между силовым транзисторным элементом и теплоотводящим элементом и/или между конденсаторным элементом и теплоотводящим элементом. В некоторых примерах никаких промежуточных элементов не предусмотрено между силовым транзисторным элементом и теплоотводящим элементом и/или между конденсаторным элементом и теплоотводящим элементом. В других примерах один или более промежуточных элементов могут быть предусмотрены между силовым транзисторным элементом и теплоотводящим элементом и/или между конденсаторным элементом и теплоотводящим элементом. Упомянутые один или более промежуточных элементов могут содействовать теплопередаче между силовым транзисторным элементом и теплоотводящим элементом и/или между конденсаторным элементом и теплоотводящим элементом. Например, один или более промежуточных элементов могут содержать некоторый вид материала для обеспечения теплого соединения, такой как теплопроводящая паста или теплопроводящая прокладка. Один или более промежуточных элементов могут иметь низкую электропроводность. Например, электропроводность одного или более промежуточных элементов может быть ниже, чем электропроводность материала, образующего силовой соединительный элемент. В некоторых примерах один или более промежуточных элементов могут содержать один или более силовых соединительных элементов. Альтернативно один или более промежуточных элементов могут не содержать один или более силовых соединительных элементов.
Поверхность силового транзисторного элемента может непосредственно контактировать с поверхностью теплоотводящего элемента, так что значительная часть площади поверхности силового транзисторного элемента, которая обращена к теплоотводящему элементу, контактирует с поверхностью теплоотвода. Например, больше чем 50, 60, 70, 80, 90, 95, 99, 99,5 или 99,9% поверхности силового транзисторного элемента, которая обращена к теплоотводящему элементу, может контактировать с поверхностью теплоотвода или быть выполненной с возможностью контактирования с поверхностью теплоотвода. Один или более промежуточных элементов, расположенных между поверхностью силового транзисторного элемента и поверхностью теплоотводящего элемента, которые могут содействовать теплопередаче между силовым транзисторным элементом и теплоотводящим элементом, могут считаться составной частью силового транзисторного элемента и/или теплоотводящего элемента, так что упомянутый силовой транзисторный элемент может считаться непосредственно контактирующим с теплоотводом. Аналогично, поверхность конденсаторного элемента может непосредственно контактировать с поверхностью теплоотводящего элемента, так что значительная часть площади поверхности конденсаторного
- 3 031483 элемента, которая обращена к теплоотводящему элементу, контактирует с поверхностью теплоотвода. Например, больше чем 50, 60, 70, 80, 90, 95, 99, 99,5 или 99,9% поверхности конденсаторного элемента, которая обращена к теплоотводящему элементу, может контактировать с поверхностью теплоотвода или быть выполненной с возможностью контактирования с поверхностью теплоотвода. Один или более промежуточных элементов, расположенных между поверхностью конденсаторного элемента и поверхностью теплоотводящего элемента, которые могут содействовать теплопередаче между конденсаторным элементом и теплоотводящим элементом, могут считаться составной частью конденсаторного элемента и/или теплоотводящего элемента, так что упомянутый конденсаторный элемент может считаться непосредственно контактирующим с теплоотводом. В некоторых вариантах осуществления, по существу, вся поверхность силового транзисторного элемента, которая обращена к теплоотводящему элементу, может непосредственно контактировать с теплоотводом, и/или, по существу, вся поверхность конденсаторного элемента, которая обращена к теплоотводящему элементу, может непосредственно контактировать с теплоотводом. Один или более силовых транзисторных элементов 1 и один или более конденсаторных элементов 2 могут быть расположены по существу на противоположных сторонах одного или более теплоотводящих элементов 4, так что тепло может быть передано от одного или более силовых транзисторных элементов 1 и одного или более конденсаторных элементов 2 к одному и тому же из одного или более теплоотводящих элементов 4, тем самым охлаждая один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов. В некоторых осуществлениях один или более силовых транзисторных элементов или один или более конденсаторных элементов непосредственно не контактируют друг с другом, но каждый находится в одновременной тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами. Кроме того, один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов могут каждый находиться в тепловой связи с одним и тем же из одного или более теплоотводящих элементов. Кроме того, один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов могут каждый находиться в одновременном непосредственном физическом контакте с одним и тем же из одного или более теплоотводящих элементов. Теплоотводящий элемент может иметь первую сторону и противоположную или по существу противоположную вторую сторону. В некоторых примерах первая и вторая сторона могут быть, по существу, параллельными. В других примерах первая и вторая сторона могут быть ориентированы друг к другу под углом, который может представлять собой, но не ограничен этим, угол в 1, 5, 10, 15, 30, 45, 60, 75, 80, 85 или угол в 89°. Один или более силовых транзисторных элементов могут находиться в тепловой связи с теплоотводом через первую сторону. Один или более конденсаторных элементов могут находиться в тепловой связи с теплоотводом через вторую сторону. Теплоотвод может иметь третью сторону, четвертую сторону или любое количество дополнительных сторон, соединяющих первую и вторую стороны. В некоторых осуществлениях третья сторона, четвертая сторона или любое количество дополнительных сторон не имеют на себе силовых транзисторных элементов или конденсаторных элементов. Альтернативно третья сторона, четвертая сторона или любое количество дополнительных сторон могут иметь на себе один или более силовых транзисторных элементов и/или один или более конденсаторных элементов в дополнение к одному или более силовым транзисторным элементам, которые могут находиться в тепловой связи с первой стороной, или вместо них, или в дополнение к одному или более конденсаторным элементам, которые могут находиться в тепловой связи со второй стороной, или вместо них.
В некоторых вариантах осуществления один или более силовых соединительных элементов 3, которые могут быть электрически связаны с одним или более силовыми транзисторными элементами 1 и одним или более конденсаторными элементами 2, могут быть изготовлены из материала с высокой электропроводностью, такого как медь, который может обеспечить передачу большого электрического тока с низкими омическими потерями. Дополнительными примерами такого материала могут быть другие металлы, такие как алюминий, латунь, серебро, золото, железо, сталь, олово или свинец, или любые другие электропроводные материалы, или любые их сплавы, смеси или комбинации. Один или более силовых соединительных элементов 3 могут также быть выполненными так, что индуктивность в цепи электропередачи между одним или более конденсаторными элементами 2 и одним и более силовыми транзисторными элементами 1 является низкой или минимизированной.
Один или более силовых соединительных элементов могут контактировать или могут не контактировать непосредственно с одним или более силовыми транзисторными элементами или одним или более конденсаторными элементами. В некоторых примерах один или более силовых соединительных элементов могут контактировать с одним или более силовыми транзисторными элементами посредством одного или более электропроводных промежуточных элементов или материалов. Аналогично, в некоторых примерах один или более силовых соединительных элементов могут контактировать с одним или более конденсаторными элементами посредством одного или более электропроводных промежуточных элементов или материалов.
Один или более силовых соединительных элементов могут контактировать или могут не контактировать с одним или более теплоотводящими элементами. В одном примере один или более силовых соединительных элементов могут контактировать с одним или более силовыми транзисторными элементами и могут контактировать с одним или более конденсаторными элементами, не контактируя с одним
- 4 031483 или более теплоотводящими элементами. Кроме того, один или более силовых соединительных элементов могут контактировать с одним или более силовыми транзисторными элементами с той стороны, которая по существу противоположна стороне одного или более силовых транзисторных элементов, которая может находиться в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами. Аналогично один или более силовых соединительных элементов могут контактировать с одним или более конденсаторными элементами с той стороны, которая по существу противоположна стороне одного или более конденсаторных элементов, которая может находиться в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами. Один или более силовых соединительных элементов могут иметь конфигурацию, которая огибает один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов, так что один или более силовых соединительных элементов могут одновременно контактировать с одним или более силовыми транзисторными элементами с той стороны, которая по существу противоположна стороне, которая может находиться в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами, и могут также контактировать с одним или более конденсаторными элементами с той стороны, которая по существу противоположна стороне, которая может находиться в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами. Альтернативно или дополнительно, один или более силовых соединительных элементов могут контактировать с любой одной или более сторонами одного или более силовых транзисторных элементов и/или могут контактировать с любой одной или более сторонами одного или более конденсаторных элементов.
В некоторых примерах один или более силовых соединительных элементов могут не контактировать с одним или более теплоотводящими элементами. Один или более силовых соединительных элементов могут проходить снаружи и/или вдоль одной или более сторон теплоотводящего элемента, не контактируя с этим теплоотводящим элементом. Один или более силовых соединительных элементов могут проходить или могут не проходить через отверстие или щель в теплоотводящем элементе, не контактируя с этим теплоотводящим элементом. В некоторых осуществлениях один или более силовых соединительных элементов могут не проходить через любые участки одного или более теплоотводящих элементов. Один или более силовых соединительных элементов могут проходить вокруг и/или вдоль наружной стороны одного или более теплоотводящих элементов.
В другом примере один или более силовых соединительных элементов могут контактировать с одним или более силовыми транзисторными элементами и могут контактировать с одним или более конденсаторными элементами, а также могут контактировать и/или находиться в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами. Один или более силовых соединительных элементов могут контактировать с одним или более силовыми транзисторными элементами, по существу, на одной и той же стороне одного или более силовых транзисторных элементов, которая может находиться в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами, и один или более силовых соединительных элементов могут также контактировать и/или быть в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами. Аналогично один или более силовых соединительных элементов могут контактировать с одним или более конденсаторными элементами, по существу, на одной и той же стороне одного или более конденсаторных элементов, которая может быть в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами, и один или более силовых соединительных элементов могут также контактировать и/или быть в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами.
Один или более силовых соединительных элементов могут контактировать или могут не контактировать непосредственно с одним или более теплоотводящими элементами. В некоторых примерах один или более силовых соединительных элементов могут иметь поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов. Поверхность силового соединительного элемента и поверхность теплоотводящего элемента могут быть комплементарными по форме. Например, как поверхность силового соединительного элемента, так и поверхность теплоотводящего элемента могут быть, по существу, плоскими и могут создавать надежную тепловую связь. Поверхность силового соединительного элемента может непосредственно контактировать с поверхностью теплоотводящего элемента, так что значительная часть площади поверхности силового соединительного элемента, которая обращена к теплоотводящему элементу, контактирует с поверхностью теплоотвода. Например, больше чем 50, 60, 70, 80, 90, 95, 99,5 или 99,9% поверхности силового соединительного элемента, которая обращена к поверхности теплоотводящего элемента, может контактировать с поверхностью теплоотвода или быть выполненной с возможностью контактирования с поверхностью теплоотвода. В некоторых вариантах осуществления нет, по существу, никаких зазоров или промежутков между поверхностью силового соединительного элемента и поверхностью теплоотводящего элемента с той стороны теплоотводящего элемента, которая обращена к силовому транзисторному элементу. В других вариантах осуществления, по существу, никаких зазоров или промежутков нет между поверхностью силового соединительного элемента и поверхностью теплоотводящего элемента с той стороны теплоотводящего элемента, которая обращена к конденсаторному элементу. В других примерах один или более силовых соединительных элементов могут иметь поверхность, которая может контактировать с поверхностью одного или более промежуточных элементов, а один или более промежуточных элементов могут иметь поверхность, которая может контактировать с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов. Один или более
- 5 031483 промежуточных элементов могут быть или могут не быть изготовлены из материала с высокой теплопроводностью. Кроме того, один или более промежуточных элементов могут быть или могут не быть изготовлены из материала с высокой электропроводностью. Один или более промежуточных элементов могут быть выполнены с возможностью создания высокой или максимизированной теплопроводности между одним или более силовыми соединительными элементами и одним или более теплоотводящими элементами. Один или более промежуточных элементов, расположенные между поверхностью силового соединительного элемента и поверхностью теплоотводящего элемента, которые могут содействовать теплопередаче между силовым соединительным элементом и теплоотводящим элементом, могут считаться составной частью силового соединительного элемента и/или теплоотводящего элемента, так что силовой соединительный элемент может считаться непосредственно контактирующим с теплоотводом. В некоторых вариантах осуществления силовой соединительный элемент может иметь один или более изгибов, кривых или складок. Любые описания изгибов могут также относиться к кривым или складкам или другим поверхностным особенностям или формам и наоборот. Например, силовой соединительный элемент может иметь свернутую конфигурацию с двумя или более перпендикулярными изгибами, чтобы сформировать угловую С-образную форму. Силовой соединительный элемент может иметь первый изгиб вдоль первой стороны теплоотвода и второй изгиб вдоль другой стороны теплоотвода. Силовой соединительный элемент может иметь первый изгиб у или возле той стороны силового транзисторного элемента, которая, по существу, располагается напротив теплоотводящего элемента, и/или второй изгиб у или возле стороны конденсаторного элемента, которая, по существу, располагается напротив теплоотводящего элемента. Первый и второй изгибы могут дать возможность силовому соединительному элементу огибать, по меньшей мере, частично силовой транзисторный элемент и конденсаторный элемент. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мерей часть силового транзисторного элемента, теплоотводящего элемента и/или конденсаторного элемента могут быть расположены между частями упомянутого силового транзисторного элемента.
В некоторых вариантах осуществления одним или более силовыми транзисторными элементами 1 может быть силовой полупроводниковый модуль, такой как модуль биполярного транзистора с изолированным затвором (insulated gate bipolar transistor, IBGT). Альтернативно, в других вариантах осуществления, одним или более силовыми транзисторными элементами может быть любой тип силового транзисторного компонента, устройства или аппарата, известный в данной области техники или получивший развитие в дальнейшем, или любая их конфигурация, вариант или комбинация. Кроме того, один или более силовых транзисторных элементов могут иметь любую физическую форму, структуру или конфигурацию и могут содержать любой вид упаковки, корпуса, креплений или соединений.
В некоторых примерах один или более силовых транзисторных элементов 1 могут содержать один или более силовых транзисторных модулей, где множество индивидуальных силовых транзисторных приборов может быть упаковано вместе в одном корпусе. В других примерах один или более силовых транзисторных элементов могут содержать один или более отдельных силовых транзисторных приборов, где одиночные силовые транзисторные приборы могут быть упакованы отдельно в индивидуальные корпуса. Кроме того, в некоторых примерах один или более силовых транзисторных элементов могут дополнительно содержать или могут дополнительно не содержать любое количество других типов приборов наряду с силовыми транзисторными приборами, такие как диодные приборы, датчики или любые другие типы приборов или их комбинации. Силовые транзисторные приборы могут быть любым типом полупроводникового прибора и могут содержать полупроводниковый материал, такой как кремний, германий, карбид кремния, арсенид галлия, нитрид галлия или любой другой тип полупроводникового материала, известный в данной области техники или получивший развитие в дальнейшем, или любую их комбинацию. Силовые транзисторные приборы могут иметь любой тип транзисторной структуры, например, биполярный плоскостной транзистор (bipolar junction transistor) (BJT), полевой транзистор с р-n переходом (junction gate field-effect transistor) (JFET), полевой МОП-транзистор (metal-oxidesemiconductor field-effect transistor) (MOSFET), биполярный транзистор с изолированным затвором (insulated gate bipolar transistor) (IGBT) или любой другой тип транзисторной структуры, известный в данной области техники или получивший развитие в дальнейшем, или любая их комбинация.
В некоторых вариантах осуществления один или более конденсаторных элементов 2 могут быть пленочным конденсатором, таким как конденсатор на полипропиленовой пленке. Альтернативно, в других вариантах осуществления, один или более конденсаторных элементов могут быть любым другим типом пленочного конденсатора, например, полиамидным, поликарбонатным, полиэфирным, полиимидным, полистирольным, полисульфоновым, политетрафторэтиленовым (polytetrafluoroethylene) (PTFE) пленочным конденсатором, или любым другим типом конденсатора, например, бумажным, стеклянным, слюдяным, керамическим, алюминиевым оксидно-электролитическим, танталовым оксидноэлектролитическим, масляным, вакуумным, конденсатором с двойным электрическим слоем (electric double-layer capacitor) (EDLC), или любым другим типом элемента, прибора или аппарата для емкостного накопления энергии или хранения электрической энергии, известным в данной области техники или получившим развитие в дальнейшем, или любой их конфигурацией, вариантом или комбинацией. Кроме того, один или более конденсаторных элементов могут иметь любую физическую форму, структуру или
- 6 031483 конфигурацию и могут содержать любой вид упаковки, корпуса, креплений или соединений.
В некоторых вариантах осуществления один или более силовых соединительных элементов 3 могут содержать силовую соединительную шину. Силовая соединительная шина может иметь электрическую связь с одним или более силовыми транзисторными элементами 1 и одним или более конденсаторными элементами 2. В некоторых примерах силовая соединительная шина может содержать два или более электропроводных элементов. Один или более электропроводных элементов могут быть или могут не быть разделены одним или более электроизолирующими элементами или материалами. Кроме того, два или более электропроводных элементов могут быть или могут не быть выполненными таким образом, что емкость цепи электропередачи между одним или более конденсаторными элементами 2 и одним или более силовыми транзисторными элементами 1 находится в требуемом диапазоне.
Альтернативно, в других вариантах осуществления, один или более силовых соединительных элементов 3 могут представлять собой любой тип элемента, материала или устройства, которые могут быть способны передавать электроэнергию между одним или более силовыми транзисторными элементами 1 и одним или более конденсаторными элементами 2. Кроме того, один или более силовых соединительных элементов могут иметь любую физическую форму, структуру или конфигурацию и могут содержать любой тип упаковки, корпуса, креплений или соединений. Например, один или более силовых соединительных элементов могут включать в себя или использовать один или более проводов, полос, стержней, пластин, сеток, сетей, блоков или любые их конфигурацию, вариант или комбинацию.
Кроме того, один или более силовых соединительных элементов 3 могут быть или могут не быть выполненными так, что один или более силовых соединительных элементов способны передавать определенное количество энергии между одним или более силовыми транзисторными элементами 1 и одним или более конденсаторными элементами 2, в то же время ограничивая температуру одного или более силовых соединительных элементов до желаемого роста выше параметра окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления один или более теплоотводящих элементов 4 могут быть теплоотводом в виде охлаждаемых пластин, которые могут охлаждаться путем направления текучей среды для протекания через теплоотвод, так что тепло может передаваться от теплоотвода текучей среде, тем самым охлаждая теплоотвод. Альтернативно, в других вариантах осуществления один или более теплоотводящих элементов 4 могут быть любым типом теплоотводящего элемента, прибора или устройства, известным в данной области техники или получившим развитие в дальнейшем, так что один или более теплоотводящих элементов могут передавать тепло от одного или более силовых транзисторных элементов 1, одного или более конденсаторных элементов 2 и/или одного или более силовых соединительных элементов 3 одному или более теплоотводящим элементам. Кроме того, один или более теплоотводящих элементов могут иметь любую физическую форму, структуру или конфигурацию и могут содержать любой вид упаковки, корпуса, креплений или соединений. В некоторых примерах один или более теплоотводящих элементов могут передавать тепло от одного или более силовых транзисторных элементов, одного или более конденсаторных элементов и/или одного или более силовых соединительных элементов окружающему воздуху или окружающей среде. Окружающий воздух или окружающая среда могут содержать активный поток текучей среды или могут не содержать его. Может происходить активная или пассивная теплопередача.
Охлаждающая текучая среда, которая может быть направлена для протекания через один или более теплоотводящих элементов, может быть любым видом текучей среды, известным в данной области техники. Текучая среда может представлять собой жидкую или газообразную текучую среду. В некоторых вариантах осуществления охлаждающей текучей средой может быть газ, такой как воздух; или жидкость, такая как вода, масло или какой-либо вид жидкой диэлектрической среды; или пар или туман любых таких текучих среды; или любой другой вид текучей среды. Может быть использован любой тип хладагента, известный в данной области техники или получивший развитие в дальнейшем. В некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрена комбинация текучих сред. Например, может быть использован раствор, состоящий из примерно половины воды и половины этиленгликоля. Текучая среда может быть выбрана в соответствии с желаемыми тепловыми, электрическими, химическими или реологическими свойствами. Например, текучая среда может иметь удельную теплоемкость в пределах необходимого диапазона, или может быть текучей средой, которая является электрически непроводящей с удельным сопротивлением выше необходимого значения, или может быть текучей средой, являющейся химически инертной или неактивной по отношению к компонентам, составляющим силовое электронное устройство, или может быть текучей средой с вязкостью в пределах необходимого диапазона. Текучая среда, подаваемая в силовое электронное устройство, может быть или может не быть под давлением. В некоторых примерах текучая среда может находиться под давлением, создаваемым источником положительного давления, таким как насос или компрессор. Источник положительного давления может быть внешним по отношению к устройству (например, на входной стороне устройства) или может быть частью устройства. В других вариантах осуществления текучая среда может находиться под давлением, создаваемым источником отрицательного давления, таким как вакуум. Источник отрицательного давления может быть внешним по отношению к устройству (например, на выходной стороне устройства) или может быть частью устройства. В некоторых примерах источник давления может являться неотъемлемой
- 7 031483 частью силового электронного устройства и может содействовать потоку текучей среды внутри этого устройства. Может быть создан любой перепад давления, который может содействовать потоку текучей среды. Кроме того, потоку текучей среды может содействовать гравитация. В некоторых примерах потоку текучей среды могут содействовать конвекционные эффекты или другие температурные перепады.
В некоторых примерах текучая среда может содержаться внутри теплоотводящего элемента и может протекать в пределах этого теплоотводящего элемента. Альтернативно текучая среда может подаваться в теплоотвод из внешнего источника. Текучая среда может выходить из теплоотвода. Текучая среда, поступающая в теплоотвод и выходящая из него, может быть частью замкнутой системы управления текучей средой или может быть частью открытой системы. Теплоотводящий элемент может иметь один или более внутренних каналов, которые могут позволить текучей среде протекать в нем. Теплоотводящий элемент может иметь один или более каналов или ребер в нем, может быть сформирован из одной или более пластин, может иметь оболочечную или трубчатую конфигурацию, или может иметь любую конфигурацию или признаки, или может содержать любую их комбинацию.
Открытая поверхность теплоотводящего элемента может состоять из материала с требуемым свойством. В некоторых вариантах осуществления открытая поверхность теплоотводящего элемента может быть корпусом или оболочкой, которые могут содержать в себе элементы для обеспечения потока текучей среды. В другом примере открытая поверхность теплоотводящего элемента может быть внешней поверхностью термоблока, который может быть или может не быть сплошным. Открытая поверхность теплоотводящего элемента может быть теплопроводной. Предпочтительно открытая поверхность теплоотводящего элемента может иметь высокую теплопроводность. Открытая поверхность теплоотводящего элемента может иметь или может не иметь высокую электропроводность. В некоторых примерах открытая поверхность теплоотводящего элемента может иметь низкую электропроводность или может быть электроизолирующей.
В некоторых вариантах осуществления контактирование силового транзисторного элемента и конденсаторного элемента с одним и тем же теплоотводящим элементом может позволить теплоотводящему элементу охлаждать как силовой транзисторный элемент, так и конденсаторный элемент одновременно. Такая конфигурация может потребовать меньшее количество элементов, чем в случае, если бы дополнительные теплоотводящие элементы были использованы для создания отдельного охлаждения посредством индивидуальных теплоотводящих элементов, предназначенных для силового транзисторного элемента и для конденсаторного элемента. Прямое контактирование силового транзисторного элемента и/или конденсаторного элемента с теплоотводящим элементом может обеспечить эффективную и/или целесообразную передачу тепла от силового транзисторного элемента и/или конденсаторного элемента к теплоотводящему элементу. Аналогично, контактирование силового транзисторного элемента и/или конденсаторного элемента с теплоотводящим элементом посредством одного или более теплопроводных промежуточных элементов может обеспечить эффективную и/или целесообразную передачу тепла от силового транзисторного элемента и/или конденсаторного элемента к теплоотводящему элементу. Тепло может передаваться от силового транзисторного элемента и/или конденсаторного элемента к теплоотводящему элементу за счет теплопроводности. Наличие относительно большой площади поверхности контакта между силовым транзисторным элементом и/или конденсаторным элементом и теплоотводящим элементом может обеспечить высокие или максимизированные уровни кондуктивной передачи тепла. Конфигурация силового электронного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения может позволить получить силовое электронное устройство с относительно компактными площадью опорной поверхности и/или объемом корпуса. Например, силовое электронное устройство может иметь площадь опорной поверхности больше, меньше и/или равную примерно 100, 200 или 400 см2. Кроме того, например, силовое электронное устройство может иметь высоту корпуса больше, меньше и/или равную примерно 10, 15 или 20 см.
Все силовое электронное устройство или его часть может быть окружено корпусом. Корпус устройства может содержать любую структуру или компонент, который окружает все устройство или его часть с целью герметизации, опоры и/или защиты или для любых других подобных функций. Структура или компонент могут функционировать в качестве корпуса устройства, или могут содержать часть корпуса устройства, или могут дополнительно выполнять другие несвязанные с этим функции. Корпус может окружать весь узел устройства или его часть или может окружать все индивидуальные компоненты устройства или их часть. Одна или более индивидуальных структур или компонентов, окружающих все индивидуальные компоненты или часть индивидуальных компонентов силового электронного устройства, могут отдельно функционировать как корпуса устройства и могут также коллективно образовывать корпус устройства. Специалистам в данной области будет очевидно, что корпус устройства, упоминаемый в настоящем документе, может быть назван с использованием другой терминологии в рамках описания, предоставленного в настоящем документе, в том числе каркас, рама, оболочка или другие подобные термины. Корпус устройства, упоминаемый в настоящем документе, может собирательно содержать любые или все индивидуальные структуры и/или компоненты (например, теплоотвод), которые могут выполнять функцию герметизации, опоры и/или защиты или любые другие подобные функции силового электронного устройства или любого из индивидуальных компонентов силового электронного устройства. В
- 8 031483 некоторых вариантах осуществления весь корпус устройства или его часть могут быть непроницаемыми для текучей среды.
Силовое электронное устройство может использовать электрические соединения высокой мощности. Надежные соединения высокой мощности могут потребовать электрического контакта с низким сопротивлением с приемлемой плотностью тока. Типичные плотности тока в медных соединениях высокой мощности постоянного тока могут быть порядка 2,2х106 А/м2. Это может, как правило, ограничить рост температуры соединения ниже 30°С при температурах окружающей среды свыше 40°С. См., например, ANSI C37.20C-1974, стандарт IEEE 27-1974. В медных силовых соединениях трехфазного переменного тока максимальные пиковые плотности тока 7х106 А/м2, как правило, стабильно используются в силовых электронных устройствах.
Из вышесказанного следует понимать, что, хотя были проиллюстрированы и описаны конкретные воплощения, применительно к ним могут быть сделаны различные модификации, которые предполагаются в настоящем документе. Также не предполагается, что изобретение ограничивается конкретными примерами, предусмотренными данным описанием. Хотя изобретение было описано со ссылкой на вышеприведенное описание, описания и иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления в настоящем документе не предполагают толкования в смысле ограничения. Более того, следует понимать, что все аспекты изобретения не ограничены конкретными описаниями, конфигурациями или относительными пропорциями, установленными в настоящем документе, зависящими от множества условий и переменных. Различные модификации формы и деталей вариантов осуществления изобретения будут очевидны специалисту. Таким образом, предполагается, что изобретение будет также охватывать любые такие модификации, варианты и эквиваленты.
Claims (18)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Силовое электронное устройство, содержащее один или более силовых транзисторных элементов;один или более конденсаторных элементов;один или более силовых соединительных элементов, электрически связанных с одним или более силовыми транзисторными элементами и одним или более конденсаторными элементами; и один или более теплоотводящих элементов, при этом по меньшей мере один силовой транзисторный элемент и по меньшей мере один конденсаторный элемент находятся в тепловой связи с одним теплоотводящим элементом, и упомянутые силовой транзисторный элемент и конденсаторный элемент расположены на противоположных сторонах упомянутого теплоотводящего элемента.
- 2. Силовое электронное устройство по п.1, в котором один или более силовых транзисторных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов.
- 3. Силовое электронное устройство по п.1, в котором один или более конденсаторных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов.
- 4. Силовое электронное устройство по п.1, в котором один или более силовых транзисторных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более промежуточных элементов, и один или более промежуточных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов.
- 5. Силовое электронное устройство по п.1, в котором один или более конденсаторных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более промежуточных элементов, и один или более промежуточных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов.
- 6. Силовое электронное устройство по п.1, в котором один или более силовых соединительных элементов контактируют с одним или более силовыми транзисторными элементами с той стороны, которая, по существу, противоположна стороне одного или более силовых транзисторных элементов, которая находится в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами.
- 7. Силовое электронное устройство по п.1, в котором один или более силовых соединительных элементов контактируют с одним или более конденсаторными элементами с той стороны, которая, по существу, противоположна стороне одного или более конденсаторных элементов, которая находится в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами.
- 8. Силовое электронное устройство по п.1, в котором, по существу, отсутствует зазор между одним или более силовыми транзисторными элементами и одним или более теплоотводящими элементами.
- 9. Силовое электронное устройство по п.1, в котором, по существу, отсутствует зазор между одним или более конденсаторными элементами и одним или более теплоотводящими элементами.
- 10. Способ изготовления силового электронного устройства по п.1, согласно которому размещают один или более силовых транзисторных элементов в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами на одной стороне одного или более теплоотводящих элементов;- 9 031483 размещают один или более конденсаторных элементов в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами, по существу, на противоположной стороне одного или более теплоотводящих элементов; и электрически соединяют один или более силовых транзисторных элементов и один или более конденсаторных элементов посредством одного или более силовых соединительных элементов.
- 11. Способ по п.10, в котором один или более силовых транзисторных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов.
- 12. Способ по п.10, в котором один или более конденсаторных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов.
- 13. Способ по п.10, в котором один или более силовых транзисторных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более промежуточных элементов, и один или более промежуточных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов.
- 14. Способ по п.10, в котором один или более конденсаторных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более промежуточных элементов, и один или более промежуточных элементов имеют поверхность, которая контактирует с поверхностью одного или более теплоотводящих элементов.
- 15. Способ по п.10, в котором один или более силовых соединительных элементов контактируют с одним или более силовыми транзисторными элементами с той стороны, которая, по существу, противоположна стороне одного или более силовых транзисторных элементов, которая находится с тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами.
- 16. Способ по п.10, в котором один или более силовых соединительных элементов контактируют с одним или более конденсаторными элементами с той стороны, которая, по существу, противоположна стороне одного или более конденсаторных элементов, которая находится в тепловой связи с одним или более теплоотводящими элементами.
- 17. Способ по п.10, в котором, по существу, отсутствует зазор между одним или более силовыми транзисторными элементами и одним или более теплоотводящими элементами.
- 18. Способ по п.10, в котором, по существу, отсутствует зазор между одним или более конденсаторными элементами и одним или более теплоотводящими элементами.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201161482878P | 2011-05-05 | 2011-05-05 | |
| PCT/US2011/052074 WO2012150953A1 (en) | 2011-05-05 | 2011-09-19 | Systems and methods for cooling of power electronic devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201391645A1 EA201391645A1 (ru) | 2014-08-29 |
| EA031483B1 true EA031483B1 (ru) | 2019-01-31 |
Family
ID=47107982
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201891963A EA201891963A3 (ru) | 2011-05-05 | 2011-09-19 | Система и способ охлаждения силовых электронных устройств |
| EA201391645A EA031483B1 (ru) | 2011-05-05 | 2011-09-19 | Система и способ охлаждения силовых электронных устройств |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201891963A EA201891963A3 (ru) | 2011-05-05 | 2011-09-19 | Система и способ охлаждения силовых электронных устройств |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US9516789B2 (ru) |
| EP (1) | EP2705737A4 (ru) |
| JP (1) | JP6072773B2 (ru) |
| KR (1) | KR101936281B1 (ru) |
| CN (1) | CN103782670B (ru) |
| BR (1) | BR112013028489A2 (ru) |
| CA (1) | CA2835079A1 (ru) |
| EA (2) | EA201891963A3 (ru) |
| WO (1) | WO2012150953A1 (ru) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA201891963A3 (ru) | 2011-05-05 | 2019-06-28 | Клин Уэйв Текнолоджиз, Инк. | Система и способ охлаждения силовых электронных устройств |
| KR101448776B1 (ko) | 2013-02-22 | 2014-10-13 | 현대자동차 주식회사 | 친환경 자동차의 직류 입력단 공유 통합 전자전력 제어장치 |
| DE102014013958B4 (de) | 2014-09-19 | 2017-06-08 | Audi Ag | Kühlanordnung für ein Kraftfahrzeugsteuergerät, Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeugsteuergerät |
| JP6926686B2 (ja) * | 2017-06-02 | 2021-08-25 | 株式会社デンソー | 電源装置 |
| KR102386318B1 (ko) * | 2017-06-02 | 2022-04-13 | 현대모비스 주식회사 | 커패시터 직접냉각방식의 인버터 |
| FR3068565B1 (fr) * | 2017-06-28 | 2020-11-27 | Valeo Equip Electr Moteur | Convertisseur de tension, systeme electrique comportant un tel convertisseur de tension et procede de fabrication d'un tel convertisseur de tension |
| US10850623B2 (en) * | 2017-10-30 | 2020-12-01 | Sf Motors, Inc. | Stacked electric vehicle inverter cells |
| US10334756B1 (en) * | 2018-02-28 | 2019-06-25 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Manifold structures having an integrated fluid channel system and assemblies comprising the same |
| AT521040B1 (de) * | 2018-05-25 | 2019-10-15 | Miba Energy Holding Gmbh | Leistungsbaugruppe mit tragendem Kühlkörper |
| US10765042B1 (en) | 2019-02-22 | 2020-09-01 | Ford Global Technologies, Llc | Integrated power module and capacitor module thermal and packaging design |
| US11856687B2 (en) * | 2021-12-21 | 2023-12-26 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Power electronics system having a housing, a cooling device, a power semiconductor module and a capacitor device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010038310A1 (en) * | 1999-12-15 | 2001-11-08 | Lars-Anders Olofsson | Power transistor module, power amplifier and methods in the fabrication thereof |
| US20030100197A1 (en) * | 2001-11-26 | 2003-05-29 | Powerwave Technologies, Inc. | Edge-plated well for circuit board components |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5323295A (en) * | 1992-07-21 | 1994-06-21 | P & P Marketing, Inc. | Assembly for integrating heat generating electronic device with nonheat generating devices |
| JPH08322264A (ja) * | 1995-05-25 | 1996-12-03 | Sanden Corp | インバータユニット |
| JPH09260111A (ja) * | 1996-03-26 | 1997-10-03 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Ｐｔｃ素子による導体接続部 |
| JP3646049B2 (ja) * | 2000-07-18 | 2005-05-11 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置 |
| JP2004266973A (ja) * | 2003-03-04 | 2004-09-24 | Nichicon Corp | インバータ装置 |
| JP4382445B2 (ja) * | 2003-11-18 | 2009-12-16 | トヨタ自動車株式会社 | 電気機器の冷却構造 |
| US7535707B2 (en) * | 2005-11-17 | 2009-05-19 | Rackable Systems, Inc. | Power supply cooling system |
| JP4452953B2 (ja) * | 2007-08-09 | 2010-04-21 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電力変換装置 |
| JP4775475B2 (ja) * | 2009-04-14 | 2011-09-21 | 株式会社デンソー | 電力変換装置 |
| EA201891963A3 (ru) | 2011-05-05 | 2019-06-28 | Клин Уэйв Текнолоджиз, Инк. | Система и способ охлаждения силовых электронных устройств |
-
2011
- 2011-09-19 EA EA201891963A patent/EA201891963A3/ru unknown
- 2011-09-19 CA CA2835079A patent/CA2835079A1/en not_active Abandoned
- 2011-09-19 EP EP11864749.4A patent/EP2705737A4/en not_active Withdrawn
- 2011-09-19 BR BR112013028489A patent/BR112013028489A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2011-09-19 US US14/115,863 patent/US9516789B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-09-19 WO PCT/US2011/052074 patent/WO2012150953A1/en active Application Filing
- 2011-09-19 EA EA201391645A patent/EA031483B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2011-09-19 JP JP2014509278A patent/JP6072773B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2011-09-19 KR KR1020137032336A patent/KR101936281B1/ko active IP Right Grant
- 2011-09-19 CN CN201180072012.XA patent/CN103782670B/zh not_active Expired - Fee Related
-
2016
- 2016-11-01 US US15/340,336 patent/US9854718B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2017
- 2017-11-20 US US15/818,457 patent/US10314209B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010038310A1 (en) * | 1999-12-15 | 2001-11-08 | Lars-Anders Olofsson | Power transistor module, power amplifier and methods in the fabrication thereof |
| US20030100197A1 (en) * | 2001-11-26 | 2003-05-29 | Powerwave Technologies, Inc. | Edge-plated well for circuit board components |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2705737A1 (en) | 2014-03-12 |
| EA201891963A3 (ru) | 2019-06-28 |
| CN103782670B (zh) | 2017-05-31 |
| EP2705737A4 (en) | 2016-03-02 |
| US20140347820A1 (en) | 2014-11-27 |
| US20180295741A1 (en) | 2018-10-11 |
| KR20140041525A (ko) | 2014-04-04 |
| EA201391645A1 (ru) | 2014-08-29 |
| US9854718B2 (en) | 2017-12-26 |
| US10314209B2 (en) | 2019-06-04 |
| CN103782670A (zh) | 2014-05-07 |
| KR101936281B1 (ko) | 2019-01-08 |
| US20170150639A1 (en) | 2017-05-25 |
| BR112013028489A2 (pt) | 2017-01-10 |
| CA2835079A1 (en) | 2012-11-08 |
| US9516789B2 (en) | 2016-12-06 |
| JP6072773B2 (ja) | 2017-02-01 |
| EA201891963A2 (ru) | 2019-03-29 |
| WO2012150953A1 (en) | 2012-11-08 |
| JP2014514775A (ja) | 2014-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10314209B2 (en) | Systems and methods for cooling of power electronic devices | |
| US9270199B2 (en) | Power conversion apparatus with a laminated bus bar comprising an exposed heat radiating portion | |
| US8717760B2 (en) | Electric power conversion apparatus | |
| CN104143926B (zh) | 用于逆变器直流母线电容器包装的集成电和热解决方案 | |
| CN103718383A (zh) | 具有电容器冷却功能的功率电子逆变器 | |
| CN112335040A (zh) | 用于电结构元件的冷却组件、具有冷却组件的整流器以及具有整流器的空中行驶工具 | |
| US10765042B1 (en) | Integrated power module and capacitor module thermal and packaging design | |
| WO2016031317A1 (ja) | パワー半導体装置及びパワー半導体装置の製造方法 | |
| JP6286541B2 (ja) | パワーモジュール装置及び電力変換装置 | |
| US11464141B2 (en) | Power converter device for a vehicle, and vehicle | |
| JP2024028177A (ja) | Ｓセルを組み込んだコールドプレート | |
| Yang et al. | Immersion oil cooling method of discrete SiC power device in electric vehicle | |
| CN109003952A (zh) | 一种静力平衡的逆变器igbt封装结构 | |
| CN111081664B (zh) | 具有用于热性能的相变材料的半导体器件的封装 | |
| JP2012156373A (ja) | 電気機器の冷却装置 | |
| Chen et al. | Thermal characterization analysis of IGBT power module integrated with a vapour chamber and pin-fin heat sink | |
| JP5195815B2 (ja) | 電気機器冷却装置 | |
| WO2024128137A1 (ja) | 電力変換装置 | |
| CN210092064U (zh) | 立式结构的功率模块 | |
| JP2024019075A (ja) | 埋め込まれたパワーエレクトロニクスデバイスを有するパワーエレクトロニクスアセンブリ | |
| CN115424991A (zh) | 功率模组、逆变器与车辆 | |
| JP2012010543A (ja) | 電力変換装置 | |
| KR20180043040A (ko) | 파워모듈 | |
| JP2020141056A (ja) | 電力変換装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU |