一種電極連接點成列布置的三電平功率模塊的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電極連接點成列布置的三電平功率模塊，包括排成一行的多個絕緣基板，其中一半數量的絕緣基板為下半橋絕緣基板，另一半數量的絕緣基板為上半橋絕緣基板；下半橋絕緣基板上設有負電極連接點和中間電極連接點，負電極連接點與中間電極連接點成列布置，上半橋絕緣基板上設有正電極連接點和中間電極連接點，正電極連接點與中間電極連接點成列布置。本發明通過優化絕緣基板上芯片位置布局，使得正電極連接點與中間電極連接點、負電極連接點與中間電極連接點均成列布置，上半橋單元、上半橋續流單元、下半橋單元、下半橋續流單元采用分區連接及門極引出方式，減小了寄生參數和模塊損耗，有效縮短了功率開關芯片門極引線的長度，提高了工作的可靠性。
【專利說明】
一種電極連接點成列布置的三電平功率模塊
技術領域
[0001]本發明涉及電力電子領域，特別是涉及一種電極連接點成列布置的三電平功率模塊。
【背景技術】
[0002]功率模塊是電力電子器件如金屬氧化物半導體(功率MOS管)、絕緣柵型場效應晶體管(IGBT)、快恢復二極管(FRD)按一定的功能組合封裝成的電力開關模塊，其主要用于電動汽車、光伏發電、風力發電、工業變頻等各種場合下的功率轉換。
[0003]現有技術中的功率模塊的正負電極寄生參數往往較大、模塊損耗較大。
【發明內容】
[0004]發明目的:本發明的目的是提供一種寄生參數小、模塊損耗小且門極引線較短的電極連接點成列布置的三電平功率模塊。
[0005]技術方案:為達到此目的，本發明采用以下技術方案:
[0006]本發明所述的電極連接點成列布置的三電平功率模塊，包括排成一行的多個絕緣基板，其中一半數量的絕緣基板為下半橋絕緣基板，另一半數量的絕緣基板為上半橋絕緣基板;下半橋絕緣基板上設有負電極連接點和中間電極連接點，負電極連接點與中間電極連接點成列布置，上半橋絕緣基板上設有正電極連接點和中間電極連接點，正電極連接點與中間電極連接點成列布置。
[0007]進一步，所述下半橋絕緣基板上還設有下半橋單元和下半橋續流單元，下半橋單元的發射極或源極連接負電極連接點，下半橋單元導通時，電流通過下半橋單元進行流通，下半橋單元關斷時，電流通過下半橋續流單元進行流通;上半橋絕緣基板上還設有上半橋單元和上半橋續流單元，上半橋單元的集電極或漏極連接正電極連接點，上半橋單元導通時，電流通過上半橋單元進行流通，上半橋單元關斷時，電流通過上半橋續流單元進行流通。
[0008]進一步，所述下半橋單元包括IGBT管Ql和二極管Dl，二極管Dl反向并聯在IGBT管Ql兩端，IGBT管Ql的發射極連接下半橋絕緣基板上的負電極連接點，IGBT管Ql的集電極連接下半橋絕緣基板上的輸出電極連接點；下半橋續流單元包括IGBT管Q2、二極管D2和二極管D3，IGBT管Q2的集電極連接IGBT管Ql的集電極，二極管D2反向并聯在IGBT管Q2兩端，IGBT管Q2的發射極連接二極管D3的正極，二極管D3的負極連接下半橋絕緣基板上的中間電極連接點。
[0009]進一步，所述下半橋單元包括功率MOS管QlI和二極管Dll，二極管DlI反向并聯在功率MOS管Ql I兩端，功率MOS管Ql I的源極連接下半橋絕緣基板上的負電極連接點，功率MOS管Ql I的漏極連接下半橋絕緣基板上的輸出電極連接點；下半橋續流單元包括功率MOS管Q21、二極管D21和二極管D31，功率MOS管Q21的漏極連接功率MOS管Qll的漏極，二極管D21反向并聯在功率MOS管Q21兩端，功率MOS管Q21的源極連接二極管D31的正極，二極管D31的負極連接下半橋絕緣基板上的中間電極連接點。
[0010]進一步，所述上半橋單元包括IGBT管Q3和二極管D4，二極管D4反向并聯在IGBT管Q3兩端，IGBT管Q3的集電極連接上半橋絕緣基板上的正電極連接點，IGBT管Q3的發射極連接上半橋絕緣基板上的輸出電極連接點；上半橋續流單元包括IGBT管Q4、二極管D5和二極管D6，IGBT管Q4的發射極連接IGBT管Q3的發射極，二極管D5反向并聯在IGBT管Q4兩端，IGBT管Q4的集電極連接二極管D6的負極，二極管D6的正極連接上半橋絕緣基板上的中間電極連接點。
[0011]進一步，所述上半橋單元包括功率MOS管Q31和二極管D41，二極管D41反向并聯在功率MOS管Q31兩端，功率MOS管Q31的漏極連接上半橋絕緣基板上的正電極連接點，功率MOS管Q31的源極連接上半橋絕緣基板上的輸出電極連接點；上半橋續流單元包括功率MOS管Q41、二極管D51和二極管D61，功率MOS管Q41的源極連接功率MOS管Q31的源極，二極管D51反向并聯在功率MOS管Q41兩端，功率MOS管Q41的漏極連接二極管D61的負極，二極管D61的正極連接上半橋絕緣基板上的中間電極連接點。
[0012]進一步，所有下半橋單元共用一塊下半橋門極絕緣基板，用于連接所有下半橋單元的門極;所有下半橋續流單元共用一塊下半橋續流門極絕緣基板，用于連接所有下半橋續流單元的門極。
[0013]進一步，所述每個下半橋絕緣基板上，中間電極連接點與下半橋續流門極絕緣基板之間的距離小于負電極連接點與下半橋續流門極絕緣基板之間的距離，負電極連接點與下半橋門極絕緣基板之間的距離小于中間電極連接點與下半橋門極絕緣基板之間的距離。
[0014]進一步，所有上半橋單元共用一塊上半橋門極絕緣基板，用于連接所有上半橋單元的門極;所有上半橋續流單元共用一塊上半橋續流門極絕緣基板，用于連接所有上半橋續流單元的門極。
[0015]進一步，所述每個上半橋絕緣基板上，中間電極連接點與上半橋續流門極絕緣基板之間的距離小于正電極連接點與上半橋續流門極絕緣基板之間的距離，正電極連接點與上半橋門極絕緣基板之間的距離小于中間電極連接點與上半橋門極絕緣基板之間的距離。
[0016]有益效果:本發明通過優化絕緣基板上芯片位置布局，使得正電極連接點與中間電極連接點、負電極連接點與中間電極連接點均成列布置，上半橋單元、上半橋續流單元、下半橋單元、下半橋續流單元采用分區連接及門極引出方式，減小了寄生參數和模塊損耗，有效縮短了功率開關芯片門極引線的長度，即縮小了門極回路的面積，提高了工作的可靠性。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的三電平功率模塊的立體圖；
[0018]圖2是本發明的三電平功率模塊的俯視圖；
[0019]圖3是本發明采用IGBT管的三電平功率模塊中的部分電路圖；
[0020 ]圖4是本發明采用功率MOS管的三電平功率模塊中的部分電路圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖，對本發明的技術方案做進一步的闡述。
[0022]本發明公開了一種電極連接點成列布置的三電平功率模塊，如圖1所示，包括排成一行的六個絕緣基板，其中左邊三個絕緣基板為下半橋絕緣基板，分別為第一下半橋絕緣基板1、第二下半橋絕緣基板2和第三下半橋絕緣基板3，右邊三個絕緣基板為上半橋絕緣基板，分別為第一上半橋絕緣基板4、第二上半橋絕緣基板5和第三上半橋絕緣基板6。
[0023]如圖2所示，第一下半橋絕緣基板1、第二下半橋絕緣基板2、第三下半橋絕緣基板
3、第一上半橋絕緣基板4、第二上半橋絕緣基板5和第三上半橋絕緣基板6的右半區域內分別設有成列布置的第一負電極連接點15和第一下半橋中間電極連接點16、第二負電極連接點25和第二下半橋中間電極連接點26、第三負電極連接點35和第三下半橋中間電極連接點36、第一正電極連接點45和第一上半橋中間電極連接點46、第二正電極連接點55和第二上半橋中間電極連接點56，以及第三正電極連接點65和第三上半橋中間電極連接點66。
[0024]下半橋絕緣基板上設有下半橋單元和下半橋續流單元，下面以第一下半橋絕緣基板I為例加以介紹:第一下半橋絕緣基板I上設有第一下半橋單元17和第一下半橋續流單元18，第一下半橋單元17的發射極或源極連接第一負電極連接點15，第一下半橋單元17導通時，電流通過第一下半橋單元17進行流通，第一下半橋單元17關斷時，電流通過第一下半橋續流單元18進行流通。所有下半橋單元共用一塊下半橋門極絕緣基板213，用于連接所有下半橋單元的門極;所有下半橋續流單元共用一塊下半橋續流門極絕緣基板321，用于連接所有下半橋續流單元的門極。每個下半橋絕緣基板上，中間電極連接點與下半橋續流門極絕緣基板321之間的距離小于負電極連接點與下半橋續流門極絕緣基板321之間的距離，負電極連接點與下半橋門極絕緣基板213之間的距離小于中間電極連接點下半橋門極絕緣基板213之間的距離。
[0025]上半橋絕緣基板上設有上半橋單元和上半橋續流單元，下面以第一上半橋絕緣基板4為例加以介紹:第一上半橋絕緣基板4上設有第一上半橋單元47和第一上半橋續流單元48，第一上半橋單元47的發射極或源極連接第一正電極連接點45，第一上半橋單元47導通時，電流通過第一上半橋單元47進行流通，第一上半橋單元47關斷時，電流通過第一上半橋續流單元48進行流通。所有上半橋單元共用一塊上半橋門極絕緣基板546，用于連接所有上半橋單元的門極;所有上半橋續流單元共用一塊上半橋續流門極絕緣基板654，用于連接所有上半橋續流單元的門極。每個上半橋絕緣基板上，中間電極連接點與上半橋續流門極絕緣基板654之間的距離小于正電極連接點與上半橋續流門極絕緣基板654之間的距離，正電極連接點上半橋門極絕緣基板546之間的距離小于中間電極連接點與上半橋門極絕緣基板546之間的距離。
[0026]此外，第二下半橋絕緣基板2上方設有平行的第一大臂和第二大臂，第一大臂左側引出第一小臂，第一小臂連接第一負電極連接點15，第二大臂左側引出第二小臂，第二小臂連接第一下半橋中間電極連接點16;第三下半橋絕緣基板3上方設有平行的第三大臂和第四大臂，第三大臂左側和右側各引出一個第三小臂，左側的第三小臂連接第二負電極連接點25，右側的第三小臂連接第三負電極連接點35，第四大臂左側和右側各引出一個第四小臂，左側的第四小臂連接第二下半橋中間電極連接點26，右側的第四小臂連接第三下半橋中間電極連接點36。其中，第一大臂和第三大臂統稱為負電極大臂，第一小臂和第三小臂統稱為負電極小臂，第二大臂和第四大臂統稱為下半橋中間電極大臂，第二小臂和第四小臂統稱為下半橋中間電極小臂。第二上半橋絕緣基板5上方設有平行的第五大臂和第六大臂，第五大臂左側和右側各引出一個第五小臂，左側的第五小臂連接第一正電極連接點45，右側的第五小臂連接第二正電極連接點55，第六大臂左側和右側各引出一個第六小臂，左側的第六小臂連接第一上半橋中間電極連接點46，右側的第六小臂連接第二上半橋中間電極連接點56;第三上半橋絕緣基板6上方設有平行的第七大臂和第八大臂，第七大臂右側引出第七小臂，第七小臂連接第三正電極連接點65，第八大臂右側引出第八小臂，第八小臂連接第三上半橋中間電極連接點66。其中，第五大臂和第七大臂統稱為正電極大臂，第五小臂和第七小臂統稱為正電極小臂，第六大臂和第八大臂統稱為上半橋中間電極大臂，第六小臂和第八小臂統稱為上半橋中間電極小臂。
[0027]第三下半橋絕緣基板3的右上方設有負電極引出部7，負電極引出部7向左折彎并通過負電極主體部71連接第一大臂和第三大臂，負電極引出部7右側設有下半橋中間電極引出部8，下半橋中間電極引出部8向右折彎并通過下半橋中間電極主體部81連接第二大臂和第四大臂。第一上半橋絕緣基板4的右上方設有正電極引出部9，正電極引出部9向左折彎并向左、右分別延伸出第一正電極主體部91和第二正電極主體部92，第一正電極主體部91連接第五大臂，第二正電極主體部92連接第七大臂。正電極引出部9右側設有上半橋中間電極引出部10，上半橋中間電極引出部10向右折彎并向左、右分別延伸出第一上半橋中間電極主體部82和第二上半橋中間電極主體部83，第一上半橋中間電極主體部82連接第六大臂，第二上半橋中間電極主體部83連接第八大臂。由此可見，所有電極主體部組成了一個“幾字”的形狀，如圖1所示。
[0028]本發明采用IGBT管時，以第一下半橋絕緣基板I和第一上半橋絕緣基板4為例，部分電路如圖3所示。第一下半橋單元17包括IGBT管Ql和二極管Dl，二極管Dl反向并聯在IGBT管Ql兩端，IGBT管Ql的發射極連接第一下半橋絕緣基板上I的第一負電極連接點15，IGBT管Ql的集電極連接第一下半橋絕緣基板I上的輸出電極連接點；第一下半橋續流單元18包括IGBT管Q2、二極管D2和二極管D3，IGBT管Q2的集電極連接IGBT管Ql的集電極，二極管D2反向并聯在IGBT管Q2兩端，IGBT管Q2的發射極連接二極管D3的正極，二極管D3的負極連接第一下半橋絕緣基板I上的第一下半橋中間電極連接點16。第一上半橋單元47包括IGBT管Q3和二極管D4，二極管D4反向并聯在IGBT管Q3兩端，IGBT管Q3的集電極連接第一上半橋絕緣基板4上的第一正電極連接點45，IGBT管Q3的發射極連接第一上半橋絕緣基板4上的輸出電極連接點；第一上半橋續流單元48包括IGBT管Q4、二極管D5和二極管D6，IGBT管Q4的發射極連接IGBT管Q3的發射極，二極管D5反向并聯在IGBT管Q4兩端，IGBT管Q4的集電極連接二極管D6的負極，二極管D6的正極連接第一上半橋絕緣基板4上的第一上半橋中間電極連接點46。
[0029]本發明采用功率MOS管時，以第一下半橋絕緣基板I和第一上半橋絕緣基板4為例，部分電路如圖4所示。第一下半橋單元17包括功率MOS管Qll和二極管Dll，二極管Dll反向并聯在功率MOS管Ql I兩端，功率MOS管Ql I的源極連接第一下半橋絕緣基板I上的第一負電極連接點15，功率MOS管Ql I的漏極連接第一下半橋絕緣基板I上的輸出電極連接點；第一下半橋續流單元18包括功率MOS管Q21、二極管D21和二極管D31，功率MOS管Q21的漏極連接功率MOS管Ql I的漏極，二極管D21反向并聯在功率MOS管Q21兩端，功率MOS管Q21的源極連接二極管D31的正極，二極管D31的負極連接第一下半橋絕緣基板I上的第一下半橋中間電極連接點16。第一上半橋單元47包括功率MOS管Q31和二極管D41，二極管D41反向并聯在功率MOS管Q31兩端，功率MOS管Q31的漏極連接第一上半橋絕緣基板4上的第一正電極連接點45，功率MOS管Q31的源極連接第一上半橋絕緣基板4上的輸出電極連接點；第一上半橋續流單元48包括功率MOS管Q41、二極管D51和二極管D61，功率MOS管Q41的源極連接功率MOS管Q31的源極，二極管D51反向并聯在功率MOS管Q41兩端，功率MOS管Q41的漏極連接二極管D61的負極，二極管D61的正極連接第一上半橋絕緣基板4上的第一上半橋中間電極連接點46。
【主權項】
1.一種電極連接點成列布置的三電平功率模塊，其特征在于:包括排成一行的多個絕緣基板，其中一半數量的絕緣基板為下半橋絕緣基板，另一半數量的絕緣基板為上半橋絕緣基板;下半橋絕緣基板上設有負電極連接點和中間電極連接點，負電極連接點與中間電極連接點成列布置，上半橋絕緣基板上設有正電極連接點和中間電極連接點，正電極連接點與中間電極連接點成列布置。2.根據權利要求1所述的電極連接點成列布置的三電平功率模塊，其特征在于:所述下半橋絕緣基板上還設有下半橋單元和下半橋續流單元，下半橋單元的發射極或源極連接負電極連接點，下半橋單元導通時，電流通過下半橋單元進行流通，下半橋單元關斷時，電流通過下半橋續流單元進行流通;上半橋絕緣基板上還設有上半橋單元和上半橋續流單元，上半橋單元的集電極或漏極連接正電極連接點，上半橋單元導通時，電流通過上半橋單元進行流通，上半橋單元關斷時，電流通過上半橋續流單元進行流通。3.根據權利要求2所述的電極連接點成列布置的三電平功率模塊，其特征在于:所述下半橋單元包括IGBT管Ql和二極管Dl，二極管Dl反向并聯在IGBT管Ql兩端，IGBT管Ql的發射極連接下半橋絕緣基板上的負電極連接點，IGBT管Ql的集電極連接下半橋絕緣基板上的輸出電極連接點；下半橋續流單元包括IGBT管Q2、二極管D2和二極管D3，IGBT管Q2的集電極連接IGBT管Ql的集電極，二極管D2反向并聯在IGBT管Q2兩端，IGBT管Q2的發射極連接二極管D3的正極，二極管D3的負極連接下半橋絕緣基板上的中間電極連接點。4.根據權利要求2所述的電極連接點成列布置的三電平功率模塊，其特征在于:所述下半橋單元包括功率MOS管QlI和二極管Dll，二極管DlI反向并聯在功率MOS管QlI兩端，功率MOS管Ql I的源極連接下半橋絕緣基板上的負電極連接點，功率MOS管Ql I的漏極連接下半橋絕緣基板上的輸出電極連接點；下半橋續流單元包括功率MOS管Q21、二極管D21和二極管D31，功率MOS管Q21的漏極連接功率MOS管Ql I的漏極，二極管D21反向并聯在功率MOS管Q21兩端，功率MOS管Q21的源極連接二極管D31的正極，二極管D31的負極連接下半橋絕緣基板上的中間電極連接點。5.根據權利要求2所述的電極連接點成列布置的三電平功率模塊，其特征在于:所述上半橋單元包括IGBT管Q3和二極管D4，二極管D4反向并聯在IGBT管Q3兩端，IGBT管Q3的集電極連接上半橋絕緣基板上的正電極連接點，IGBT管Q3的發射極連接上半橋絕緣基板上的輸出電極連接點；上半橋續流單元包括IGBT管Q4、二極管D5和二極管D6，IGBT管Q4的發射極連接IGBT管Q3的發射極，二極管D5反向并聯在IGBT管Q4兩端，IGBT管Q4的集電極連接二極管D6的負極，二極管D6的正極連接上半橋絕緣基板上的中間電極連接點。6.根據權利要求2所述的電極連接點成列布置的三電平功率模塊，其特征在于:所述上半橋單元包括功率MOS管Q31和二極管D41，二極管D41反向并聯在功率MOS管Q31兩端，功率MOS管Q31的漏極連接上半橋絕緣基板上的正電極連接點，功率MOS管Q31的源極連接上半橋絕緣基板上的輸出電極連接點；上半橋續流單元包括功率MOS管Q41、二極管D51和二極管D61，功率MOS管Q41的源極連接功率MOS管Q31的源極，二極管D51反向并聯在功率MOS管Q41兩端，功率MOS管Q41的漏極連接二極管D61的負極，二極管D61的正極連接上半橋絕緣基板上的中間電極連接點。7.根據權利要求2所述的電極連接點成列布置的三電平功率模塊，其特征在于:所有下半橋單元共用一塊下半橋門極絕緣基板(213)，用于連接所有下半橋單元的門極;所有下半橋續流單元共用一塊下半橋續流門極絕緣基板(321)，用于連接所有下半橋續流單元的門極。8.根據權利要求7所述的電極連接點成列布置的三電平功率模塊，其特征在于:所述每個下半橋絕緣基板上，中間電極連接點與下半橋續流門極絕緣基板(321)之間的距離小于負電極連接點與下半橋續流門極絕緣基板(321)之間的距離，負電極連接點與下半橋門極絕緣基板(213)之間的距離小于中間電極連接點與下半橋門極絕緣基板(213)之間的距離。9.根據權利要求2所述的電極連接點成列布置的三電平功率模塊，其特征在于:所有上半橋單元共用一塊上半橋門極絕緣基板(546)，用于連接所有上半橋單元的門極;所有上半橋續流單元共用一塊上半橋續流門極絕緣基板(654)，用于連接所有上半橋續流單元的門極。10.根據權利要求9所述的電極連接點成列布置的三電平功率模塊，其特征在于:所述每個上半橋絕緣基板上，中間電極連接點與上半橋續流門極絕緣基板(654)之間的距離小于正電極連接點與上半橋續流門極絕緣基板(654)之間的距離，正電極連接點與上半橋門極絕緣基板(546)之間的距離小于中間電極連接點與上半橋門極絕緣基板(546)之間的距離。
【文檔編號】H02M7/00GK105827122SQ201610284605
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月3日
【發明人】徐文輝, 王玉林, 滕鶴松
【申請人】揚州國揚電子有限公司