JP7297815B2 - パワーデバイスを並列接続するための低インダクタンスおよび高速スイッチングを有するハイパワー多層モジュール - Google Patents
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Description
高度に最適化された低インダクタンスパワーモジュール構造。
モジュール式、スケーラブル、およびフレキシブルなレイアウトおよびパワーフロー。
高電流スイッチポジションを形成するために均等化された並列接続するための多数のパワー半導体。
多数のパワー半導体を並列接続するために最適化されたゲートおよび検知信号構造。
温度検知および過電流保護のための検知コネクタ。
最大約1700V以上の高電圧動作に適した形成ファクタ。
1700Vの動作を超えるスケーラブルな高さ。
最適化された外部システム相互接続のための多層内部導体レイアウト。
様々な最先端の材料、付属品、絶縁体および相互接続技術を収容するように設計されたモジュール式内部構造。
高性能なシステムレベル一体化のための大幅な最適化。
並列接続が容易で、より高い電流まで直接スケールアップが簡単になること。
ハーフブリッジ、フルブリッジ、三相、および同様の配置を含む多種多様なトポロジーにおいて構成可能であること。
様々なパワー処理ニーズを満たすためのスケーラブルなシステム実装。
より高い電圧遮断。
より高い電流密度。
より高温の動作。
より高速なスイッチング。
改善された熱的性能。
より低い抵抗値(低減された導通損失)。
有用なトポロジーへのパワー半導体デバイスの電気的な相互接続を提供する。
水蒸気、振動、汚染等から影響を受けやすいデバイスを保護する。
導通およびスイッチング損失の結果としてデバイスから生じた廃熱の除去のための有効で効率的な手段をもたらす。
内部レイアウトへのロバストなパワーおよび信号電気接続によりシステムレベルの実装が容易になる。パワーおよび信号電気接続はボルトでの固定、クランプでの固定、半田付け、プラグまたはレセプタクル、および同様の実装であり得る。
業界で採用されている標準に基づき、内部誘電体封入形成ならびに外部電圧クリーページおよびクリアランス距離により電圧安全性を提供する。
パワーモジュール100の内部インダクタンスを低減する。
スイッチポジション104内の並列接続されたパワーデバイス302間の均等化された電流経路を容易にする。
スイッチポジション104にわたってパワーデバイス302間の熱を等しく分配する。
DCリンクキャパシタ102との低インダクタンスの相互接続を可能にする外部構造を有する。
高電圧(≧1700V)で高電流(数百アンペア)を安全に搬送することができる。
モジュールの低い高さ。
端子608、614へのパワーデバイス302の近接。
全機能性要素のタイトなパッキング。
導体の広い断面積。
各パワーデバイス302に対して最適に並列接続されたワイヤボンド628。
パワーデバイス302間の均一な電流分配。
下側のスイッチポジションにおいて電流方向が逆転した時の磁束相殺。
外部V+/V-バスバーにおける磁束相殺。
Claims (27)
- パワーモジュールであって、
少なくとも一つのパワー基板と、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
幅方向および長さ方向に延在する前記少なくとも一つのパワー基板と、
前記幅方向に沿った前記少なくとも一つのパワー基板上の第一の行に配置された前記複数のパワーデバイスの第一の組と、
前記幅方向に沿った前記少なくとも一つのパワー基板上の第二の行に配置された前記複数のパワーデバイスの第二の組であって、前記第一の行は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った前記第二の行とは異なる位置に位置する、前記複数のパワーデバイスの第二の組と、
複数の端子であって、前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記幅方向および前記長さ方向に延在し、前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った異なる位置に位置する、複数の端子と、
前記少なくとも一つのパワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも一つのパワー基板上にあり、かつ前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁された絶縁構造と、
を備え、
前記複数の端子のうちの一つは前記絶縁構造上にあり、
前記絶縁構造は、前記ハウジングに位置する埋めこまれた絶縁部品、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された二次パワー基板、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された膜絶縁部品、および前記ハウジングに位置する懸架絶縁構造のうち少なくとも一つを備える、
パワーモジュール。 - 電流は、インダクタンスを低減するために、前記複数の端子のうち第一の端子、前記少なくとも一つのパワー基板、および前記複数の端子のうち第二の端子を通り、前記パワーモジュールを通ってループで流れる、請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記複数の端子のうち少なくとも一つは板金構造を備える、請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記パワーモジュールは少なくとも二つのパワーモジュールを備え、前記少なくとも二つのパワーモジュールは並列に配置されて構成され、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記複数の端子のうち第一の端子を備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第一の端子は第一のバスバーに接続するように構成され、
前記少なくとも二つのパワーモジュールはトポロジーパターンで配置され、
前記トポロジーパターンは、ハーフブリッジ構成、フルブリッジ構成、共通ソース構成、共通ドレイン構成、中性点クランプ構成、および三相構成のうち少なくとも一つを形成する、
請求項1に記載のパワーモジュールを備えるシステム。 - 前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記複数の端子のうち第二の端子を備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第二の端子は第二のバスバーに接続するように構成される、
請求項4に記載のシステム。 - 前記パワーモジュールの各々は、電流が、インダクタンスを低減するために、前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第一の端子、前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記少なくとも一つのパワー基板、および前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第二の端子を通ってループで流れるように構成される、請求項5に記載のシステム。
- パワーモジュールであって、
少なくとも一つのパワー基板と、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
幅方向および長さ方向に延在する前記少なくとも一つのパワー基板と、
前記幅方向に沿った前記少なくとも一つのパワー基板上の第一の行に配置された前記複数のパワーデバイスの第一の組と、
前記幅方向に沿った前記少なくとも一つのパワー基板上の第二の行に配置された前記複数のパワーデバイスの第二の組であって、前記第一の行は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った前記第二の行とは異なる位置に位置する、前記複数のパワーデバイスの第二の組と、
前記少なくとも一つのパワー基板よりも上に配置され、かつ前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁するように構成された絶縁構造と、
複数の端子であって、前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記幅方向および前記長さ方向に延在し、前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った異なる位置に位置する、複数の端子と、
を備え、
前記複数の端子のうち第一の端子の少なくとも一部は前記複数の端子のうち第二の端子の少なくとも一部よりも高位に配置され、前記複数の端子のうちの一つは前記絶縁構造に接続される、
パワーモジュール。 - 前記少なくとも一つのパワー基板上に配置されたハウジングをさらに備え、
前記絶縁構造は、前記ハウジングに位置する埋めこまれた絶縁部品、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された二次パワー基板、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された膜絶縁部品、および前記ハウジングに位置する懸架絶縁構造のうち少なくとも一つを備える、
請求項7に記載のパワーモジュール。 - 電流は、インダクタンスを低減するために、前記複数の端子のうち第一の端子、前記少なくとも一つのパワー基板、および前記複数の端子のうち第二の端子を通って、前記パワーモジュールを通るループで流れる、請求項7に記載のパワーモジュール。
- 前記複数の端子のうち少なくとも一つは板金構造を備え、
前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記幅方向および前記長さ方向に延在し、
前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った異なる位置に位置する、
請求項7に記載のパワーモジュール。 - 前記パワーモジュールは少なくとも二つのパワーモジュールを備え、前記少なくとも二つのパワーモジュールは並列に配置されて構成され、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記複数の端子のうち第一の端子を備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第一の端子は第一のバスバーに接続するように構成され、
前記少なくとも二つのパワーモジュールはトポロジーパターンで配置され、
前記トポロジーパターンは、ハーフブリッジ構成、フルブリッジ構成、共通ソース構成、共通ドレイン構成、中性点クランプ構成、および三相構成のうち少なくとも一つを形成する、
請求項7に記載のパワーモジュールを備えるシステム。 - 前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記複数の端子のうち第二の端子を備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第二の端子は第二のバスバーに接続するように構成される、
請求項11に記載のシステム。 - 前記パワーモジュールの各々は、電流が、インダクタンスを低減するために、前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第一の端子、前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記少なくとも一つのパワー基板、および前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第二の端子を通るループで流れるように構成される、請求項12に記載のシステム。
- パワーモジュールであって、
少なくとも一つのパワー基板と、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
幅方向および長さ方向に延在する前記少なくとも一つのパワー基板と、
前記幅方向に沿った前記少なくとも一つのパワー基板上の第一の行に配置された前記複数のパワーデバイスの第一の組と、
前記幅方向に沿った前記少なくとも一つのパワー基板上の第二の行に配置された前記複数のパワーデバイスの第二の組であって、前記第一の行は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った前記第二の行とは異なる位置に位置する、前記複数のパワーデバイスの第二の組と、
複数の端子であって、前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記幅方向および前記長さ方向に延在し、前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った異なる位置に位置する、複数の端子と、
を備え、
前記複数の端子のうち少なくとも一つは前記少なくとも一つのパワー基板に取り付けられ、
電流は、インダクタンスを低減するために、前記複数の端子のうち第一の端子、前記少なくとも一つのパワー基板、および前記複数の端子のうち第二の端子を通って、前記パワーモジュールを通るループで流れる、
パワーモジュール。 - パワーモジュールであって、
少なくとも一つのパワー基板と、
前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
幅方向および長さ方向に延在する前記少なくとも一つのパワー基板と、
前記幅方向に沿った前記少なくとも一つのパワー基板上の第一の行に配置された前記複数のパワーデバイスの第一の組と、
前記幅方向に沿った前記少なくとも一つのパワー基板上の第二の行に配置された前記複数のパワーデバイスの第二の組であって、前記第一の行は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った前記第二の行とは異なる位置に位置する、前記複数のパワーデバイスの第二の組と、
複数の端子であって、前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記幅方向および前記長さ方向に延在し、前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った異なる位置に位置する、複数の端子と、
前記少なくとも一つのパワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも一つのパワー基板よりも上に配置され、かつ前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁するように構成された絶縁構造と、
を備え、
電流は、インダクタンスを低減するために、前記複数の端子のうち第一の端子、前記少なくとも一つのパワー基板、および前記複数の端子のうち第二の端子を通って、前記パワーモジュールを通るループで流れ、
前記複数の端子のうちの一つは前記絶縁構造に接続され、
前記絶縁構造は、前記ハウジングに位置する埋めこまれた絶縁部品、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された二次パワー基板、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された膜絶縁部品、および前記ハウジングに位置する懸架絶縁構造のうちの少なくとも一つを備える、
パワーモジュール。 - 前記複数の端子のうち少なくとも一つは板金構造を備え、
前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記幅方向および前記長さ方向に延在し、
前記複数の端子の各々は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った異なる位置に位置する、
請求項14に記載のパワーモジュール。 - 前記パワーモジュールは少なくとも二つのパワーモジュールを備え、前記少なくとも二つのパワーモジュールは並列に配置されて構成され、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記複数の端子のうち第一の端子を備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第一の端子は第一のバスバーに接続するように構成され、
前記少なくとも二つのパワーモジュールはトポロジーパターンで配置され、
前記トポロジーパターンは、ハーフブリッジ構成、フルブリッジ構成、共通ソース構成、共通ドレイン構成、中性点クランプ構成、および三相構成のうち少なくとも一つを形成する、
請求項14に記載のパワーモジュールを備えるシステム。 - 前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記複数の端子のうち第二の端子を備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第二の端子は第二のバスバーに接続するように構成される、
請求項17に記載のシステム。 - 前記パワーモジュールは、電流が、インダクタンスを低減するために、前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第一の端子、前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記少なくとも一つのパワー基板、および前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第二の端子を通るループで流れるように構成される、請求項18に記載のシステム。
- システムであって、
少なくとも二つのパワーモジュールを備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は少なくとも一つのパワー基板を備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記少なくとも一つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスを備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された少なくとも二つの端子を備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記少なくとも二つの端子のうち第一の端子を備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記少なくとも一つのパワー基板よりも上に配置され、かつ前記少なくとも一つのパワー基板から電気的に絶縁するように構成された絶縁構造をさらに備え、
前記少なくとも二つの端子のうちの一つは前記絶縁構造に接続され、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第一の端子は第一のバスバーに接続するように構成され、
前記少なくとも二つのパワーモジュールはトポロジーパターンで配置され、
前記トポロジーパターンは、ハーフブリッジ構成、フルブリッジ構成、共通ソース構成、共通ドレイン構成、中性点クランプ構成、および三相構成のうち少なくとも一つを形成する、
システム。 - 前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記少なくとも二つの端子のうち第二の端子を備え、
前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第二の端子は第二のバスバーに接続するように構成される、
請求項20に記載のシステム。 - 前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は、電流が、インダクタンスを低減するために、前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第一の端子、前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記少なくとも一つのパワー基板、および前記少なくとも二つのパワーモジュールの前記第二の端子を通るループで流れるように構成される、請求項21に記載のシステム。
- 前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は、
幅方向に沿った前記少なくとも一つのパワー基板上の第一の行に配置された前記複数のパワーデバイスの第一の組と、
前記幅方向に沿った前記少なくとも一つのパワー基板上の第二の行に配置された前記複数のパワーデバイスの第二の組であって、前記第一の行は前記少なくとも一つのパワー基板の前記長さ方向に沿った前記第二の行とは異なる位置に位置する、前記複数のパワーデバイスの第二の組と、
をさらに備える、
請求項20に記載のシステム。 - 前記少なくとも二つのパワーモジュールの各々は前記少なくとも一つのパワー基板にわたって配置されたハウジングを備え、
前記絶縁構造は、前記ハウジングに位置する埋めこまれた絶縁部品、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された二次パワー基板、前記少なくとも一つのパワー基板上に配置された膜絶縁部品、および前記ハウジングに位置する懸架絶縁構造のうち少なくとも一つを備える、
請求項20に記載のシステム。 - 前記複数の端子のうちの少なくとも一つは前記少なくとも一つのパワー基板に取り付けられる、請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記複数の端子のうちの少なくとも一つは前記少なくとも一つのパワー基板に取り付けられる、請求項7に記載のパワーモジュール。
- 前記少なくとも二つの端子のうちの少なくとも一つは前記少なくとも一つのパワー基板に取り付けられる、請求項20に記載のシステム。
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