專利名稱：功率堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種最好是用作汽車旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的功率堆。
背景技術(shù)：
例如，以下先有技術(shù)文檔1至4分別公開(kāi)一種功率堆，包括交替層疊的冷卻件和半導(dǎo)體元件，按照所述方法，所述半導(dǎo)體元件被夾在沿層疊方向布置的一對(duì)冷卻件之間。半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱量由這些冷卻件吸收。因此，先有技術(shù)文檔1至4中所公開(kāi)的功率堆可以避免半導(dǎo)體元件的熱擊穿。
1日本公開(kāi)特許公報(bào)No.11-214599(1999)；2日本特許公報(bào)No.7-3846(1995)；3日本公開(kāi)特許公報(bào)No.3-76256(1991)；4日本實(shí)用新型公告No.6-10696(1994)。
然而，上述先有技術(shù)文檔1至4沒(méi)有公開(kāi)功率堆中半導(dǎo)體元件的布局。因此，按照所述先有技術(shù)文檔1至4所公開(kāi)的功率堆，當(dāng)所述各半導(dǎo)體元件具有不同的發(fā)熱率時(shí)，作為整體所述功率堆具有不良的冷卻平衡。
更具體地說(shuō)，各半導(dǎo)體元件的發(fā)熱率取決于輸出電功率、通電時(shí)間和受控目標(biāo)裝置的操作定時(shí)。這就是為什么半導(dǎo)體元件具有不同的發(fā)熱率的原因。若在不考慮發(fā)熱率上的差異的情況下確定半導(dǎo)體元件的布局，則作為一個(gè)整體所述功率堆將具有不希望有的偏差的發(fā)熱率分布。之所以不希望具有不希望有的偏差的發(fā)熱率分布，是因?yàn)樵谒龉β识焉蠒?huì)局部地出現(xiàn)冷卻效率較高的部分和冷卻效率較低的的部分。簡(jiǎn)而言之，作為一個(gè)整體所述功率堆具有不良的冷卻平衡。
因此，在功率堆中半導(dǎo)體元件布局不適當(dāng)?shù)那闆r下，半導(dǎo)體元件有可能得不能充分的冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上文問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供這樣一種功率堆，它能夠減少或者消除冷卻效率的局部惡化，并相應(yīng)地能夠保證優(yōu)異的冷卻平衡。
為了達(dá)到上述及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供第一功率堆，它包括交替層疊的多個(gè)冷卻管和多個(gè)半導(dǎo)體模塊。多個(gè)冷卻管中的每一個(gè)都包括分成冷卻劑在其中流動(dòng)的多個(gè)冷卻通道的內(nèi)部空間。在層疊方向上所述半導(dǎo)體模塊的兩面都與相鄰的冷卻管表面接觸。半導(dǎo)體模塊分類為其發(fā)熱率相互不同的多個(gè)組。而且，以這樣的方式布置所述各半導(dǎo)體模塊，即，避免屬于具有最高發(fā)熱率的同一組的任何兩個(gè)半導(dǎo)體模塊彼此相鄰，使得在層疊方向上冷卻管道不會(huì)夾同一組的這些半導(dǎo)體模塊之間。在這種情況下，″發(fā)熱率″代表每單位時(shí)間的發(fā)熱量。
本發(fā)明的第一功率堆包括多個(gè)冷卻管道和多個(gè)半導(dǎo)體模塊。半導(dǎo)體模塊分類為在其發(fā)熱率上相互不同的多個(gè)組。若冷卻管道被夾在屬于具有最高發(fā)熱率的小組的一對(duì)半導(dǎo)體模塊之間，則在同一時(shí)間從所述半導(dǎo)體模塊傳輸至所述冷卻管道的熱量將局部變得較大。相應(yīng)地，在對(duì)應(yīng)于被夾在屬于具有最高發(fā)熱率的小組的半導(dǎo)體模塊之間的部分，冷卻效率將會(huì)惡化。
鑒于上文各點(diǎn)，本發(fā)明的第一功率堆采用避免冷卻管道被布置在屬于具有最高發(fā)熱率的小組的一對(duì)半導(dǎo)體模塊之間。因此，本發(fā)明的第一功率堆可以減少或者消除冷卻效率的局部惡化。相應(yīng)地，本發(fā)明的第一功率堆具有優(yōu)異的冷卻平衡。
按照第一功率堆，半導(dǎo)體模塊的組最好按照各自半導(dǎo)體模塊的受控目標(biāo)裝置進(jìn)行分類。不同的受控目標(biāo)裝置的操作定時(shí)往往是不一致的。相應(yīng)地，不同的受控目標(biāo)裝置的發(fā)熱率不會(huì)一致。鑒于上文，所述布局采用按照受控目標(biāo)裝置的差異，把半導(dǎo)體模塊分成多個(gè)組的辦法。所述布局帶來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單地完成半導(dǎo)體模塊的分組的效果。
按照第一功率堆，半導(dǎo)體模塊和所述冷卻管最好分別具有在層疊方向上扁平的外形。這種布局帶來(lái)保證所述半導(dǎo)體模塊和所述冷卻管道之間大的接觸面積，亦即，大的熱量傳輸面積的效果。另外，在層疊方向上功率堆的長(zhǎng)度可以縮短。
按照第一功率堆，最好在層疊方向上按照基于分組的預(yù)定的圖案重復(fù)地布置半導(dǎo)體模塊。就是說(shuō)，依據(jù)所述布置，多個(gè)屬于不同組的半導(dǎo)體模塊規(guī)則地按照預(yù)定的圖案布置。這種布置的效果是通過(guò)在層疊方向上重復(fù)預(yù)定的圖案來(lái)比較簡(jiǎn)單地獲得理想的布局。理想的布局是避免任何一個(gè)冷卻管道處在屬于具有最高發(fā)熱率的組的一對(duì)半導(dǎo)體模塊之間。就是說(shuō)，使相對(duì)簡(jiǎn)單地分配各自半導(dǎo)體模塊的位置變成可能。特別是，在半導(dǎo)體模塊的總數(shù)比較大的情況下，這時(shí)方便的。
按照第一功率堆，最好還包括控制電路板，后者具有多個(gè)所述半導(dǎo)體模塊分別連接于其上的連接構(gòu)件。而且，在所述層疊方向上這些連接構(gòu)件按照與所述半導(dǎo)體模塊的圖案相同的圖案重復(fù)布置。
依據(jù)這種布置，所述半導(dǎo)體模塊的布局圖案與所述連接構(gòu)件的布局圖案一致。因此，用于連接所述半導(dǎo)體模塊和所述連接構(gòu)件的布線工作可以簡(jiǎn)化。
另外，作為半導(dǎo)體模塊布局圖案的一個(gè)示例，在所述層疊方向上連續(xù)地布置屬于同一組的半導(dǎo)體模塊是可能的。在這樣一種情況下，上述布置可以縮短所述控制電路板在層疊方向上的長(zhǎng)度。更具體地說(shuō)，可以在控制電路板上在層疊方向上相對(duì)緊密地布置屬于同一組的半導(dǎo)體模塊的連接構(gòu)件。因此，與在層疊方向上交替地布置屬于不同的組的半導(dǎo)體模塊的情況相比，在層疊方向上連續(xù)地布置屬于同一組的半導(dǎo)體模塊可以帶來(lái)縮短連接構(gòu)件在層疊方向上的整個(gè)長(zhǎng)度以及所述控制電路板在層疊方向上的長(zhǎng)度的效果。
按照第一功率堆，最好還包括用于把冷卻劑均分地引入多個(gè)冷卻管的入口管道和用于集中來(lái)自多個(gè)冷卻管的完成熱交換之后的冷卻劑的出口管道。所述入口管道和所述出口管道基本上彼此平行地布置。而且，發(fā)熱構(gòu)件插入在所述入口管道的前置分配段和所述出口管道的后合并段之間。
按照這種布置，除半導(dǎo)體模塊以外的發(fā)熱構(gòu)件插入在入口管道和出口管道之間。采用這種布置，發(fā)熱構(gòu)件可以有效地被冷卻管(亦即，最靠近所述發(fā)熱構(gòu)件的冷卻管)、入口管道和出口管道中的至少一冷卻。
按照第一功率堆，最好在設(shè)置所述發(fā)熱構(gòu)件的前置分配段的預(yù)定位置上設(shè)置一個(gè)直段。在所述入口管道的前置分配段上設(shè)置直段，可以在冷卻劑被分配到各冷卻管之前有效地調(diào)節(jié)冷卻劑的流量。相應(yīng)地，這種布置產(chǎn)生抑制在所述前置分配段流動(dòng)的冷卻劑中出現(xiàn)的紊流的效果。按照這種布置，可以穩(wěn)定把冷卻劑分配到多個(gè)冷卻管中的分配過(guò)程。因而各冷卻管的冷卻性能得以均衡化。相應(yīng)地，這種布置可以實(shí)現(xiàn)一種具有優(yōu)異的冷卻平衡的功率堆。
按照第一功率堆，最好至少一個(gè)半導(dǎo)體模塊是不產(chǎn)生熱量的假模塊。沒(méi)有熱量從假模塊傳輸?shù)嚼鋮s管。因此，例如，有可能在層疊方向上把假模塊布置在冷卻管的一面，而把半導(dǎo)體模塊布置在所述冷卻管的另一面。在這種情況下，冷卻管具有一面與半導(dǎo)體模塊的接觸，因此可以有效的地吸收所述半導(dǎo)體模塊產(chǎn)生的熱量。按照這種布置，不必考慮從假模塊向冷卻管的熱傳遞，因而可以對(duì)半導(dǎo)體模塊的布局進(jìn)行各種各樣的改變或者修改。
另外，布置假模塊使得有可能減少或者消除相鄰的冷卻管之間的間隙。因此，使抑制變形，諸如各冷卻管的歪斜和翹曲成為可能。因而，這種布置可以改善半導(dǎo)體模塊和冷卻管之間的接觸。
另外，為了達(dá)到上述及其他相關(guān)的目的，本發(fā)明提供第二功率堆，它包括交替層疊的多個(gè)冷卻管和多個(gè)半導(dǎo)體模塊。多個(gè)冷卻管中的每一個(gè)都包括分成多個(gè)冷卻劑在其中流動(dòng)的冷卻通道的內(nèi)部空間。在層疊方向上所述半導(dǎo)體模塊的兩面都與相鄰冷卻管的表面接觸。半導(dǎo)體模塊被分類為在其發(fā)熱率上相互不同的多個(gè)組。以這樣的方式布置所述多個(gè)半導(dǎo)體模塊，即，沿著冷卻劑在冷卻管中流動(dòng)的方向布置至少兩個(gè)半導(dǎo)體模塊。而且，布置在上游側(cè)的半導(dǎo)體模塊的發(fā)熱率不小于設(shè)置在下游側(cè)的半導(dǎo)體模塊的發(fā)熱率。
在冷卻過(guò)程中冷卻劑的溫度是上游側(cè)低于下游側(cè)。因此，冷卻管的冷卻能力是上游側(cè)高于下游側(cè)。若發(fā)熱率較小的半導(dǎo)體模塊設(shè)置在上游側(cè)，而且發(fā)熱率較大的半導(dǎo)體模塊設(shè)置在在下游側(cè)，則上游側(cè)的冷卻能力將過(guò)大，而下游側(cè)的冷卻能力將不足。簡(jiǎn)而言之冷卻效率將不平衡。
鑒于上文，本發(fā)明的第二功率堆采取把發(fā)熱率較大的半導(dǎo)體模塊布置在上游側(cè)，而把發(fā)熱率較小的半導(dǎo)體模塊布置在下游側(cè)的布置。換句話說(shuō)，設(shè)置在上游側(cè)的半導(dǎo)體模塊的發(fā)熱率不小于設(shè)置在下游側(cè)的半導(dǎo)體模塊的發(fā)熱率。相應(yīng)地，本發(fā)明的第二功率堆帶來(lái)減少冷卻效率不平衡的效果。相應(yīng)地，本發(fā)明的第二功率堆具有優(yōu)異的冷卻平衡。
按照第二功率堆，各組半導(dǎo)體模塊最好按照所述半導(dǎo)體模塊的受控目標(biāo)裝置進(jìn)行分類。不同的受控目標(biāo)裝置的操作定時(shí)往往不一致。相應(yīng)地，不同的受控目標(biāo)裝置的發(fā)熱率不會(huì)一致。鑒于上文，所述布置按照受控目標(biāo)裝置的差異，采用把半導(dǎo)體模塊分成多個(gè)組的辦法。這種布置帶來(lái)半導(dǎo)體模塊的分組的完成相對(duì)簡(jiǎn)單的效果。
按照第二功率堆，半導(dǎo)體模塊和冷卻管最好分別具有在層疊方向上扁平的外形。這種布置帶來(lái)保證所述半導(dǎo)體模塊和所述冷卻管道之間大的接觸面積，亦即，大的熱量傳遞面積的效果。另外，在層疊方向上功率堆的長(zhǎng)度可以縮短。
按照所述第二功率堆，它最好還包括用于把冷卻劑均分地引入多個(gè)冷卻管的入口管道和用于集中來(lái)自多個(gè)冷卻管的完成熱交換之后的冷卻劑的出口管道。所述入口管道和所述出口管道基本上彼此平行地設(shè)置。而且，發(fā)熱構(gòu)件插入在所述入口管道的前置分配段和所述出口管道的后合并段之間。
按照這種布置，除半導(dǎo)體模塊以外的發(fā)熱構(gòu)件插入在入口管道和出口管道之間。采用這種布置，發(fā)熱構(gòu)件可以有效地被冷卻管(亦即，最靠近所述發(fā)熱構(gòu)件的冷卻管)、入口管道和出口管道中的至少一個(gè)冷卻。
按照第二功率堆，在設(shè)置發(fā)熱構(gòu)件的前置分配段的預(yù)定的位置上最好設(shè)置一個(gè)直段。在入口管道的前置分配段上設(shè)置直段，使得可以在冷卻劑被分配之前有效地調(diào)節(jié)冷卻劑的流量。相應(yīng)地，這種布置產(chǎn)生抑制在所述前置分配段流動(dòng)的冷卻劑中出現(xiàn)的紊流的效果。按照這種布置，可以穩(wěn)定把冷卻劑分配到多個(gè)冷卻管中的分配過(guò)程。因而，各冷卻管的冷卻性能得以均衡化。相應(yīng)地，這種布置可以實(shí)現(xiàn)一種具有優(yōu)異的冷卻平衡的功率堆。
按照第二功率堆，最好至少一個(gè)半導(dǎo)體模塊是不產(chǎn)生熱量的假模塊。假模塊不向冷卻管傳輸熱量。相應(yīng)地，例如，在層疊方向上可以把假模塊布置在冷卻管的一面，而把半導(dǎo)體模塊布置在所述冷卻管的另一面。在這種情況下，冷卻管具有與半導(dǎo)體模塊所述面接觸的一面，并且相應(yīng)地可以有效地吸收所述半導(dǎo)體模塊產(chǎn)生的熱量。按照這種布置，不必考慮從假模塊至冷卻管的熱傳遞，因而相應(yīng)地可以對(duì)半導(dǎo)體模塊的布局進(jìn)行各種各樣的改變或者修改。
另外，布置假模塊使得有可能減少或者消除相鄰的冷卻管之間的間隙。因此，使抑制變形，諸如各冷卻管的歪斜和翹曲成為可能。因而，這種布置可以改善半導(dǎo)體模塊和冷卻管之間的接觸。
由上文可見(jiàn)，本發(fā)明可以提供一種能夠避免冷卻效率局部惡化并保證優(yōu)異的冷卻平衡的功率堆。


參照附圖閱讀以下的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，附圖中圖1是表示利用按照本發(fā)明第一實(shí)施例的功率堆的電動(dòng)發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電路圖；圖2是表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的功率堆的部分分解透視圖；圖3是透視圖，表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的功率堆的裝配好的狀態(tài)；圖4是部分剖開(kāi)的透視圖，表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的功率堆的冷卻管；圖5是分解透視圖，表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的功率堆的第一開(kāi)關(guān)模塊；圖6是剖面圖，表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的、沿著層疊方向看到的功率堆；圖7A是平面圖，示意地表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的、沿著層疊方向看到的功率堆；圖7B是平面圖，示意地表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的功率堆的、沿著層疊方向看到的控制電路板；圖8是部分分解的透視圖，表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的功率堆；圖9是透視圖，表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的功率堆的裝配好的狀態(tài)；
圖10是剖面圖，表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的功率堆；圖11是平面圖，示意地表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的功率堆；圖12是平面圖，示意地表示按照本發(fā)明第三實(shí)施例的功率堆；圖13是平面圖，示意地表示按照本發(fā)明第四實(shí)施例的功率堆；圖14是平面圖，示意地表示按照本發(fā)明第五實(shí)施例的功率堆；以及圖15是平面圖，示意地表示按照本發(fā)明第六實(shí)施例的功率堆。
具體實(shí)施例方式
以下將參照

本發(fā)明推薦的實(shí)施例。
以下將要按照推薦的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的功率堆。
第一實(shí)施例首先，將利用所述實(shí)施例的功率堆作為一個(gè)示例，說(shuō)明一種MG(亦即，電動(dòng)發(fā)電機(jī))用的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。圖1表示所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電路圖。如圖所示，驅(qū)動(dòng)設(shè)備9包括電池組90、平滑電容器91和92、DC-DC(直流-直流)轉(zhuǎn)換器93、第一逆變器電路94和第二逆變器電路95。
DC-DC轉(zhuǎn)換器93包括電抗器930和多個(gè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931。電抗器930的一端連接到隨后將要更詳細(xì)描述的高壓側(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931和低壓側(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931的連接點(diǎn)。電抗器930的另一端通過(guò)低壓電力線VL連接到電池組90的高壓端子。
每一個(gè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931由一個(gè)IGBT(亦即，絕緣柵極雙極晶體管)931a和續(xù)流二極管931b構(gòu)成。每一個(gè)續(xù)流二極管931b與一個(gè)相關(guān)的IGBT 931a反向并聯(lián)。總共六個(gè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931分為三個(gè)高壓側(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931和三個(gè)低壓側(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931。高壓側(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931分別連接到高壓電力線VH1和VH2。另外，低壓側(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931接地。
第一逆變器電路94包括多個(gè)(亦即，總共六個(gè))第一開(kāi)關(guān)模塊940。第一開(kāi)關(guān)模塊940包括在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中。每一個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940由IGBT 940a和續(xù)流二極管940b構(gòu)成。每一個(gè)續(xù)流二極管940b反向設(shè)置，與關(guān)聯(lián)的IGBT940a并聯(lián)。
第二逆變器電路95包括多個(gè)(亦即，總共12個(gè))第二開(kāi)關(guān)模塊950。第二開(kāi)關(guān)模塊950包括在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中。每一個(gè)第二開(kāi)關(guān)模塊950由IGBT 950a和續(xù)流二極管950b構(gòu)成。每一個(gè)續(xù)流二極管950b反向設(shè)置，與關(guān)聯(lián)的IGBT 950a并聯(lián)。
利用所述實(shí)施例的功率堆的MG驅(qū)動(dòng)設(shè)備按以下方法操作。在電驅(qū)動(dòng)操作(亦即，功率運(yùn)行操作)的情況下，低壓側(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931的每一個(gè)IGBT 931a由PWM(脈寬調(diào)制)開(kāi)關(guān)控制。當(dāng)IGBT 931a導(dǎo)通時(shí)，電磁能量便存儲(chǔ)在電抗器930中。
在所述狀態(tài)下，當(dāng)IGBT 931a截止時(shí)，電抗器930趨向于維持電流狀態(tài)不變。因此，電流通過(guò)各自高壓側(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931的續(xù)流二極管931b流向高壓電力線VH1和VH2。重復(fù)所述操作，高DC電壓便連續(xù)地施加于高壓電力線VH1和VH2。
第一逆變器電路94把高壓電力線VH1的高DC電壓轉(zhuǎn)換為三相AC電壓，并把所述三相AC電壓施加于MG 96a的定子線圈。類似地，第二逆變器電路95把高壓電力線VH2的高DC電壓轉(zhuǎn)換為三相AC電壓，并把所述三相AC電壓施加于MG 96b的定子線圈。MG 96a和MG 96b包括在本發(fā)明的受控目標(biāo)裝置中。
在發(fā)電操作(亦即，再生操作)的情況下，每一個(gè)高壓側(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931的IGBT 931a都受PWM開(kāi)關(guān)控制。當(dāng)所述IGBT 931a導(dǎo)通時(shí)，電流通過(guò)IGBT 931a和電抗器930從高壓電力線流到電池組90。電磁能量存儲(chǔ)在電抗器930中。
在這種狀態(tài)下，當(dāng)IGBT 931a截止時(shí)，電抗器930趨向于維持電流狀態(tài)不變。因此，電流通過(guò)各自高壓側(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931的續(xù)流二極管931b流向電池組90。重復(fù)所述操作，DC電壓便連續(xù)地施加于電池組90。
接著，將說(shuō)明第一開(kāi)關(guān)模塊的發(fā)熱率和第二開(kāi)關(guān)模塊的發(fā)熱率之間的關(guān)系。并聯(lián)第一開(kāi)關(guān)模塊940的總數(shù)(亦即，總共六個(gè))小于并聯(lián)第二開(kāi)關(guān)模塊950的總數(shù)(亦即，總共12個(gè))。因此每個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940的發(fā)熱率大于每個(gè)第二開(kāi)關(guān)模塊950的發(fā)熱率。
另外，六個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940在MG 96a時(shí)的操作定時(shí)彼此一致。類似地，12個(gè)第二開(kāi)關(guān)模塊950在操作MG 96b時(shí)的操作定時(shí)彼此一致。然而，MG 96a的操作定時(shí)與MG 96b的操作定時(shí)不一致。因此第一開(kāi)關(guān)模塊940的操作定時(shí)與第二開(kāi)關(guān)模塊950的操作定時(shí)不一致。因此，第一開(kāi)關(guān)模塊940的發(fā)熱率處于最大值的時(shí)刻與第二開(kāi)關(guān)模塊950的發(fā)熱率處于最大值的時(shí)刻不同。
接著，將說(shuō)明按照所述實(shí)施例的功率堆的布局。圖2表示按照所述實(shí)施例的功率堆的部分分解的透視圖。圖3表示裝配好的功率堆的透視圖。圖4表示所述功率堆的冷卻管的部分剖開(kāi)的透視圖。圖5表示所述功率堆第一開(kāi)關(guān)模塊的分解透視圖。圖6是表示所述功率堆的沿著層疊方向看到的剖面圖。
如這些附圖所示，所述實(shí)施例的功率堆1包括多個(gè)冷卻管2、多個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940、多個(gè)第二開(kāi)關(guān)模塊950、入口管道4、出口管道5和控制電路板8。
冷卻管2是鋁構(gòu)件，它具有沿著垂直于層疊方向的平面的扁平的矩形本體。入口端口20和出口端口21在所述冷卻管2的兩個(gè)縱向端都是敞開(kāi)的。冷卻管2內(nèi)部空間由多個(gè)冷卻肋23分隔成多個(gè)冷卻通道22。每一個(gè)冷卻通道22都在縱向延伸。入口端口20與出口端口21通過(guò)冷卻通道22連通。冷卻通道22，總共10個(gè)，設(shè)置成基本上彼此平行。
入口管道4由主入口管道40和多個(gè)連通入口管道41構(gòu)成。每一個(gè)連通入口管道41都是短鋁構(gòu)件，具有可軸向延伸的圓柱形本體。連通入口管道41把彼此相鄰的冷卻管2的入口端口20連接起來(lái)。連通入口管道41，總共九個(gè)，設(shè)置成基本上在一條直線上。
主入口管道40是長(zhǎng)形鋁構(gòu)件，具有軸向延伸的圓柱形本體。主入口管道40比每一個(gè)連通入口管道41長(zhǎng)。主入口管道40的一端覆蓋位于層疊方向的一端的冷卻管2的入口端口20。與水混合的長(zhǎng)壽命冷卻劑(亦即，LLC)從熱量輻射器10通過(guò)主入口管道40引入冷卻管2。LLC被包含在本發(fā)明的冷卻劑中。
出口管道5由主出口管道50和多個(gè)連通出口管道51構(gòu)成。每一個(gè)連通出口管道51都是短鋁構(gòu)件，具有可軸向延伸圓柱形本體。每一個(gè)連通出口管道51連接彼此相鄰的冷卻管2的出口端口21。所述連通出口管道51，總共九個(gè)，都基本上設(shè)置在一條直線上。
主出口管道50是長(zhǎng)鋁構(gòu)件，具有圓柱形本體。主出口管道50設(shè)置成基本上與主入口管道40平行。主出口管道50的一端覆蓋位于層疊方向一端的冷卻管2的出口端口21。完成熱交換之后，LLC從所述冷卻管2通過(guò)主出口管道50排至熱量輻射器10。
第一開(kāi)關(guān)模塊940包括IGBT 940a(圖5中用點(diǎn)線表示)、續(xù)流二極管940b(圖5中用點(diǎn)線表示)、電極端子940c、信號(hào)端子940d、絕緣板940e和樹(shù)脂模940f。樹(shù)脂模940f是絕緣樹(shù)脂構(gòu)件，具有在層疊方向上扁平的矩形本體。兩個(gè)IGBT 940a和續(xù)流二極管940b都嵌入和密封于樹(shù)脂模940f中。電極端子940c，總共有兩個(gè)，是銅板構(gòu)件，從所述樹(shù)脂模940f的上表面向外伸出。一個(gè)電極端子940c連接到由IGBT 940a和續(xù)流二極管940b(參見(jiàn)圖1)構(gòu)成的并聯(lián)電路的高壓側(cè)。另一個(gè)電極端子940c連接到由IGBT 940a和續(xù)流二極管940b構(gòu)成的并聯(lián)電路的低壓側(cè)。信號(hào)端子940d，總共五個(gè)，是從樹(shù)脂模940f的下表面向外伸出的銅引腳。信號(hào)端子940d連接到設(shè)置在控制電路板8上的相應(yīng)的連接構(gòu)件80。控制電路板8總共具有18個(gè)連接構(gòu)件80，亦即，六個(gè)連接構(gòu)件用于第一開(kāi)關(guān)模塊940，而12個(gè)連接構(gòu)件用于第二開(kāi)關(guān)模塊950。不同的信號(hào)，諸如柵極和發(fā)射極信號(hào)和電流鏡像信號(hào)通過(guò)信號(hào)端子940d從控制電路板8輸入到IGBT 940a。絕緣板940e是陶瓷件，呈矩形平板形狀。絕緣板940e，總共兩個(gè)，在層疊方向上設(shè)置在樹(shù)脂模940f的兩個(gè)端面上。
第一開(kāi)關(guān)模塊940的布置類似于第二開(kāi)關(guān)模塊950的布置。因而，不再詳細(xì)說(shuō)明第二開(kāi)關(guān)模塊950的布置。
六個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940和12個(gè)第二開(kāi)關(guān)模塊950中的兩個(gè)插入在兩個(gè)相鄰的冷卻管2之間。在第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950的細(xì)節(jié)布局方面，隨后還將說(shuō)明。
下文中將說(shuō)明所述實(shí)施例的功率堆中LLC的流動(dòng)。如圖6所示，LLC從熱量輻射器10被送到主入口管道40。然后主入口管道40的LLC被直接引入或者通過(guò)連通入口管道41被引入10個(gè)冷卻管210的冷卻通道22。其間，第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950由于上述電力驅(qū)動(dòng)操作和發(fā)電操作產(chǎn)生大量熱量。從第一開(kāi)關(guān)模決940和第二開(kāi)關(guān)模塊950產(chǎn)生的熱量通過(guò)各冷卻管2的管壁傳輸給在冷卻通道22中流動(dòng)的LLC。從第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950接收熱量之后，冷卻通道22的LLC直接流入或者通過(guò)連通出口管道51流入主出口管道50。然后，主出口管道50的LLC排至熱量輻射器10并在那里冷卻，然后被再一次引入主入口管道40。就是說(shuō)，LLC沿著熱量輻射器10->入口管道4->冷卻管2(亦即，冷卻通道22)->出口管道5->熱量輻射器10循環(huán)流動(dòng)，從熱量輻射器10延伸至功率堆1。因而LLC具有把第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950的溫度維護(hù)在各自容許溫度之內(nèi)的功能。
接著將參照

按照實(shí)施例的功率堆的第一開(kāi)關(guān)模塊和第二開(kāi)關(guān)模塊的布局。圖7A表示按照所述實(shí)施例的功率堆的示意的平面圖。圖7B表示按照所述實(shí)施例的功率堆的控制電路板的示意的平面圖。
如圖7A所示，第一開(kāi)關(guān)模塊940(用右升陰影線表示)和第二開(kāi)關(guān)模塊950(用左升陰影線表示)按照預(yù)定的圖案在層疊方向上重復(fù)布置。
更具體地說(shuō)，在從主入口管道40和主出口管道50向相反一側(cè)前進(jìn)的方向上，所述圖案由第一開(kāi)關(guān)模塊940的一行(亦即，由兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940構(gòu)成的一行)和兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)模塊950的兩行(亦即，由兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)模塊950構(gòu)成的兩行)，重復(fù)三次。
采用圖7A所示的第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950的上述布局，可以在層疊方向上避免使冷卻管2從兩側(cè)被夾在兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940之間。更具體地說(shuō)，冷卻管2被夾在第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950之間，或者被夾在一對(duì)第二開(kāi)關(guān)模塊950之間。
另外，按照第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950的上述布局，在層疊方向上循環(huán)地布置第二開(kāi)關(guān)模塊950兩個(gè)串行。如圖7B所示，在層疊方向上彼此相鄰的兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)模塊950的連接構(gòu)件80之間的間隙相對(duì)較短。另一方面，在層疊方向上彼此相鄰的第一開(kāi)關(guān)模塊940的連接構(gòu)件80和第二開(kāi)關(guān)模塊950的連接構(gòu)件80之間的間隙相對(duì)較長(zhǎng)。因此，兩行第二開(kāi)關(guān)模塊950的連接構(gòu)件80(用左升陰影線表示)用的布局面積的面積寬度D2基本上與一行第一開(kāi)關(guān)模塊940的連接構(gòu)件80(用右升陰影線表示)用的布局面積的面積寬度D1一致。
接著將說(shuō)明按照本實(shí)施例的功率堆的功能和效果。
按照所述實(shí)施例的功率堆1，在層疊方向上沒(méi)有一個(gè)冷卻管2從兩側(cè)被夾在具有較大發(fā)熱率的兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940之間(參見(jiàn)圖7A)。因此，所述實(shí)施例可以減少或者消除發(fā)熱率的局部增大。換句話說(shuō)，減少或者消除冷卻效率上的不平衡成為可能。相應(yīng)地，所述實(shí)施例的功率堆1具有優(yōu)異的冷卻平衡。
另外，第一開(kāi)關(guān)模塊940、第二開(kāi)關(guān)模塊950和冷卻管2分別具有在層疊方向上扁平的本體。因此，第一開(kāi)關(guān)模塊940和冷卻管2之間的傳熱面積相對(duì)較大，而且第二開(kāi)關(guān)模塊950和冷卻管2之間的傳熱面積也相對(duì)較大。另外，利用扁平外形的第一開(kāi)關(guān)模塊940、第二開(kāi)關(guān)模塊950和冷卻管2使得有可能縮短功率堆1在層疊方向上的長(zhǎng)度。
另外，按照所述實(shí)施例的功率堆1，第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950在層疊方向上按照由(第一開(kāi)關(guān)模塊940的)一行和(第二開(kāi)關(guān)模塊950的)兩行構(gòu)成的上述圖案(參見(jiàn)圖7A)重復(fù)布置。因而，所述實(shí)施例只要求在層疊方向上簡(jiǎn)單地重復(fù)所述圖案，即可達(dá)到一個(gè)具有優(yōu)異的冷卻平衡的理想布局。
另外，按照所述實(shí)施例的功率堆1，第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950的上述圖案與第一開(kāi)關(guān)模塊940的連接構(gòu)件80和第二開(kāi)關(guān)模塊950的連接構(gòu)件80的圖案一致(參見(jiàn)圖7A和7B)。因此，在裝配和/或安裝工作中，可以輕易完成信號(hào)端子940d和連接構(gòu)件80的調(diào)整。
另外，如上所述，兩行第二開(kāi)關(guān)模塊950的連接構(gòu)件80用的布局面積的面積寬度D2基本上與一行第一開(kāi)關(guān)模塊940的連接構(gòu)件80用的布局面積的面積寬度D1一致。因此，可以通過(guò)串行地布置屬于同一組的兩行半導(dǎo)體模塊來(lái)減小面積寬度。因此，與一行第一開(kāi)關(guān)模塊940和一行第二開(kāi)關(guān)模塊950在層疊方向上交替地布置的情況相比，縮短了控制電路板8在層疊方向上的長(zhǎng)度變成可能的。
另外，如上所述，MG 96a的操作定時(shí)與MG 96b的操作定時(shí)不一致。因此，第一開(kāi)關(guān)模塊940中的發(fā)熱率為最大的時(shí)間不同于第二開(kāi)關(guān)模塊950中的發(fā)熱率為最大的時(shí)間。因此，使避免冷卻管2接收由布置在層疊方向上兩側(cè)的第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950產(chǎn)生的大的熱量變成可能。在這方面，本實(shí)施例的功率堆1可以減少或者消除冷卻效率的不平衡。
第二實(shí)施例第二實(shí)施例不同于第一實(shí)施例之處在于，圖1所示電抗器930和逆變器開(kāi)關(guān)模塊931設(shè)置在功率堆中。下文中僅僅就所述差異說(shuō)明本實(shí)施例。
圖8示出按照所述實(shí)施例的功率堆1的部分分解的透視圖。對(duì)應(yīng)于這些圖2所示的組件或者部分用相同標(biāo)號(hào)標(biāo)示。圖9表示功率堆1a裝配好的狀態(tài)的透視圖。對(duì)應(yīng)于圖3所示組件或者部分用相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)示。圖10表示功率堆1a的剖面圖。對(duì)應(yīng)于圖6所示的組件或者部分用相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)示。
例如，正如從圖10和圖6之間比較可以明白的，所述實(shí)施例的功率堆1a的主入口管道40和主出口管道50比第一實(shí)施例所公開(kāi)的功率堆1的主入口管道和主出口管道長(zhǎng)。電抗器殼體930a，是鋁殼體，具有盒子形狀，支持在主入口管道40和主出口管道50之間。更具體地說(shuō)，電抗器殼體930a在縱向兩端具有主入口管道孔930b和主出口管道孔930c。當(dāng)把電抗器殼體930a與功率堆1a安裝或者裝配在一起時(shí)，主入口管道40插入主入口管道孔930b，而主出口管道50插入主出口管道孔930c。因而，電抗器殼體930a可以可靠地跨坐在主入口管道40的軸向延伸部分和主出口管道50的軸向延伸部分之間。如圖10所示，主入口管道40具有要容納在主入口管道孔930b中的直段S。類似地，主出口管道50具有要容納在主出口管道孔930c中的直段S。電抗器930固定在電抗器殼體930a中。電抗器930包括在本發(fā)明的發(fā)熱構(gòu)件中。
轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931，與電抗器930合作，與第一開(kāi)關(guān)模塊940和第二開(kāi)關(guān)模塊950一起布置在冷卻管2的間隙中。轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931包括在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中。每一個(gè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931都具有類似于圖5所示的第一開(kāi)關(guān)模塊940的布置。如圖1所示，總共設(shè)置了六個(gè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931。因此，按照本實(shí)施例，冷卻管2的數(shù)量從第一實(shí)施例的10個(gè)增加到總共13個(gè)。
圖11表示按照所述實(shí)施例的功率堆1a的示意的平面圖。對(duì)應(yīng)于圖7A所示的組件或者部分用相同的標(biāo)號(hào)和相同的陰影線標(biāo)示。如圖所示，第一開(kāi)關(guān)模塊940、第二開(kāi)關(guān)模塊950和轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931(用橫陰影線表示)按照預(yù)定的圖案在層疊方向上重復(fù)布置。更具體地說(shuō)，在從主入口管道40和主出口管道50向相反一側(cè)前進(jìn)方向上，所述圖案由一行第一開(kāi)關(guān)模塊940、兩行第二開(kāi)關(guān)模塊950和一行轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931組成，重復(fù)三次。
本實(shí)施例的功率堆1a產(chǎn)生基本上與第一實(shí)施例的功率堆1的相同的功能和效果。另外，按照所述實(shí)施例的功率堆1a，電抗器930沿著它的三個(gè)邊被主入口管道40、冷卻管2和主出口管道50包圍。因而，電抗器930可以得到有效的冷卻。
在冷卻能力方面，其中布置電抗器930的U-形空間的冷卻能力在容納第一開(kāi)關(guān)模塊940、第二開(kāi)關(guān)模塊950和轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931的冷卻管2的間隙的冷卻能力之下。
然而，電抗器930的發(fā)熱率小于第一開(kāi)關(guān)模塊940、第二開(kāi)關(guān)模塊950和轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931的發(fā)熱率。另外，電抗器930的容許溫度高于第一開(kāi)關(guān)模塊940、第二開(kāi)關(guān)模塊950和轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931的容許溫度。因此，上述U-形空間的冷卻能力足以避免或者消除電抗器930的熱擊穿。這樣，所述實(shí)施例的1a可以有效地利用入口管道4的前置分配段和出口管道5的后合并段之間延伸的無(wú)用空間。因而，與另外設(shè)置電抗器930用的專用空間的情況相比，可以減少功率堆需要的安裝空間。另外，與另外設(shè)置電抗器930用的專用空間的情況相比，可以減少所需部件的數(shù)量。
另外，按照所述實(shí)施例的功率堆1a，主入口管道40具有要裝入主入口管道孔930b中的直段S，而主出口管道50具有要裝入主出口管道孔930c中的直段S(參見(jiàn)圖10)。
因此，有可能調(diào)節(jié)LLC在前置分配段(亦即，13個(gè)冷卻管2用的入口處)中的流量。因此，有可能減少或者消除出現(xiàn)在流動(dòng)于前置分配段中的LLC中的紊流。另外，有可能調(diào)節(jié)LLC在后合并段(亦即，13個(gè)冷卻管2用的出口處)中的流量。因此，有可能減少或者消除出現(xiàn)在流動(dòng)于后合并段中的LLC中的紊流。所述實(shí)施例的功率堆1a具有大的LLC流通量。就是說(shuō)，LLC在各冷卻管2的所述冷卻通道22中的流動(dòng)速率增大。因此，可以增大每單位時(shí)間從各冷卻管2傳遞到LLC的熱量。
第三實(shí)施例第三實(shí)施例不同于第二實(shí)施例之處在于所述第一開(kāi)關(guān)模塊、第二開(kāi)關(guān)模塊和轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊的布局。下文中僅僅就所述差異說(shuō)明本實(shí)施例。
圖12表示按照所述實(shí)施例的功率堆1b的示意的平面圖。對(duì)應(yīng)于圖11所示的組件或者部分用相同標(biāo)號(hào)和相同陰影線標(biāo)示。如圖所示，在LLC的流動(dòng)方向上(參見(jiàn)圖10)，所有第二開(kāi)關(guān)模塊950(總共12個(gè))都設(shè)置在冷卻管2的下游側(cè)。轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931設(shè)置在六個(gè)設(shè)置在電抗器930附近的第二開(kāi)關(guān)模塊950上游側(cè)。另外，第一開(kāi)關(guān)模塊940設(shè)置在剩余六個(gè)設(shè)置在遠(yuǎn)離電抗器930的第二開(kāi)關(guān)模塊950的上游側(cè)。
冷卻管2冷卻通道中的LLC溫度上游側(cè)比下游側(cè)低。因此，冷卻管2的冷卻能力是上游側(cè)高于下游側(cè)。鑒于上文，所述實(shí)施例的功率堆1b采用在上游側(cè)具有較大發(fā)熱率的轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931和第一開(kāi)關(guān)模塊940的布置，而在下游側(cè)布置具有較小的發(fā)熱率的第二開(kāi)關(guān)模塊950。所述實(shí)施例的功率堆1b可以在冷卻效率上減少或者消除不平衡。因此，所述實(shí)施例的功率堆1b具有優(yōu)異的冷卻平衡。
第四實(shí)施例第四實(shí)施例不同于第一實(shí)施例之處在于，第二開(kāi)關(guān)模塊用假模塊替換。下文中僅僅就所述差異說(shuō)明本實(shí)施例。
圖13表示按照所述實(shí)施例的功率堆1c的示意的平面圖。對(duì)應(yīng)于圖7a所示的組件或者部分用相同標(biāo)號(hào)和相同陰影線標(biāo)示。如圖所示，按照所述實(shí)施例的功率堆1c，總共10個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940和總共8個(gè)假模塊97在層疊方向上交替地布置。每一個(gè)假模塊97具有基本上與第一開(kāi)關(guān)模塊940外形相同的外形。
本實(shí)施例的功率堆1c產(chǎn)生與第一實(shí)施例的功率堆的相同功能和效果。另外，假模塊97不產(chǎn)生熱量。因此，冷卻管2僅僅接收來(lái)自設(shè)置第一開(kāi)關(guān)模塊940的一個(gè)方向的熱量。因此，所述實(shí)施例的功率堆1c具有較高冷卻效率。
另外，每一個(gè)冷卻管2都緊密地保持在假模塊97和第一開(kāi)關(guān)模塊940之間，因?yàn)槔鋮s管2的裝配是在層疊方向上從一側(cè)或者兩側(cè)加壓的。因此，若不設(shè)置假模塊97，則所述壓力不會(huì)完全作用在冷卻管2的整個(gè)裝配件上。因此，將難以在第一開(kāi)關(guān)模塊940和冷卻管2之間保證足夠的傳熱面積。
另外，若不設(shè)置假模塊97，則對(duì)應(yīng)于假模塊97的間隙將留在兩個(gè)相鄰的冷卻管2之間。因此，當(dāng)經(jīng)受上述壓力時(shí)，冷卻管2可能向所述間隙變形。因此，在這種情況下，也將難以保證在第一開(kāi)關(guān)模塊940和冷卻管2之間的足夠的傳熱面積。
另一方面，所述實(shí)施例的功率堆1c配備有假模塊97，當(dāng)從層疊方向兩側(cè)施加壓力時(shí)，可以把所述壓力傳輸?shù)嚼鋮s管2的裝配件的任何地方。另外，使避免冷卻管變形成為可能。因此，可以在第一開(kāi)關(guān)模塊940和冷卻管2之間保證足夠的傳熱面積。
第五實(shí)施例第五實(shí)施例不同于第一實(shí)施例之處在于，一行第一開(kāi)關(guān)模塊由三個(gè)開(kāi)關(guān)模塊構(gòu)成，而一行第二開(kāi)關(guān)模塊由三個(gè)開(kāi)關(guān)模塊構(gòu)成。下文中僅僅就所述差異說(shuō)明本實(shí)施例。
圖14表示按照所述實(shí)施例的功率堆1d的示意的平面圖。對(duì)應(yīng)于圖7a所示的組件或者部分用相同標(biāo)號(hào)和相同陰影線標(biāo)示。如圖所示，所述實(shí)施例的功率堆1d包括在冷卻管2的縱向延伸的一行第一開(kāi)關(guān)模塊940，由總共三個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940排列而成。另外，所述實(shí)施例的功率堆1d包括一行第二開(kāi)關(guān)模塊950，在冷卻管2的縱向延伸，由總共三個(gè)第二開(kāi)關(guān)模塊950排列而成。
所述實(shí)施例的功率堆1d產(chǎn)生與第一實(shí)施例的功率堆的相同的功能和效果。另外，所述實(shí)施例的功率堆1d產(chǎn)生縮短在層疊方向上的長(zhǎng)度的效果，因?yàn)槿齻€(gè)開(kāi)關(guān)模塊排成一單行。另外，所需的冷卻管2的總數(shù)可以減少。
第六實(shí)施例所述第六實(shí)施例不同于第五實(shí)施例之處在于，把第一開(kāi)關(guān)模塊和第二開(kāi)關(guān)模塊排在同一行。下文中僅僅就所述差異說(shuō)明本實(shí)施例。
圖15表示按照所述實(shí)施例的功率堆1e的示意的平面圖。對(duì)應(yīng)于圖14所示的組件或者部分用相同標(biāo)號(hào)標(biāo)示。如圖所示，按照所述實(shí)施例的功率堆1e，兩個(gè)相鄰的冷卻管2之間的間隙用三個(gè)開(kāi)關(guān)模塊的組合填充，亦即，用設(shè)置在上游側(cè)的第一開(kāi)關(guān)模塊940、設(shè)置在中間位置的第二開(kāi)關(guān)模塊950和設(shè)置在下游側(cè)的另一個(gè)第二開(kāi)關(guān)模塊950填充。
如上所述，冷卻管2的冷卻通道中的LLC溫度，上游側(cè)比下游側(cè)低。因此，冷卻管2的冷卻能力，上游側(cè)比下游側(cè)高。
鑒于上文，所述實(shí)施例的功率堆1e采用一種在上游側(cè)布置發(fā)熱率較大的第一開(kāi)關(guān)模塊940，而在中間位置和下游側(cè)，布置發(fā)熱率較小的第二開(kāi)關(guān)模塊950的布局。所述實(shí)施例的功率堆1e可以減少或者消除冷卻效率上的不平衡。因此，所述實(shí)施例的功率堆1e具有優(yōu)異的冷卻平衡。另外，所述實(shí)施例的功率堆1e可以產(chǎn)生在所述層疊方向上縮短長(zhǎng)度的效果，因?yàn)樵O(shè)置三個(gè)開(kāi)關(guān)模塊排成一單行。另外，所需的冷卻管2的總數(shù)可以減少。
其它的修改盡管已經(jīng)根據(jù)不同的實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明的功率堆，但是本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，而且可以作不同的修改。
例如，按照上述實(shí)施例，每個(gè)第一開(kāi)關(guān)模塊940、第二開(kāi)關(guān)模塊950和轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)模塊931都由IGBT和續(xù)流二極管構(gòu)成。然而，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件不限于IGBT和續(xù)流二極管。例如，可以使用功率MOS(亦即，金屬氧化物半導(dǎo)體)、GTO(亦即，門電路關(guān)斷晶閘管)等等。例如，最好在半導(dǎo)體模塊中設(shè)置功率MOS。
另外，按照上述實(shí)施例，假模塊97具有與第一開(kāi)關(guān)模塊940的外形基本上相同的外形。然而，只要假模塊97充分地填充兩個(gè)相鄰的冷卻管2之間的間隙，對(duì)假模塊97的外形不作具體限制。
另外，例如，按照第一實(shí)施例，所述開(kāi)關(guān)模塊分類為兩組，一組由六個(gè)發(fā)熱率較大的第一開(kāi)關(guān)模塊940構(gòu)成，另一組由12個(gè)發(fā)熱率較小的第二開(kāi)關(guān)模塊950構(gòu)成。然而，每組安排的開(kāi)關(guān)模塊數(shù)量不局限于特定數(shù)目。例如，可以使用由只有一個(gè)半導(dǎo)體模塊構(gòu)成的組。
另外，按照第二和第三實(shí)施例，電抗器930由主入口管道40、冷卻管2和主出口管道50冷卻。然而，可以這樣改變所述布置，以便利用這些構(gòu)件中的至少一個(gè)來(lái)冷卻電抗器930。另外，安排在冷卻管2縱向延伸單一行中半導(dǎo)體模塊的數(shù)量不局限于特定數(shù)目。
另外，如第二實(shí)施例所示分類的組數(shù)是三或更大的情況下，不必總是交替布置所有組的開(kāi)關(guān)模塊。例如，可以交替布置兩個(gè)具有不同的發(fā)熱率的組。
權(quán)利要求
1.一種功率堆，它包括交替地層疊的多個(gè)冷卻管和多個(gè)半導(dǎo)體模塊，其中，所述多個(gè)冷卻管中的每個(gè)都包括分隔成多個(gè)冷卻劑在其中流動(dòng)的冷卻通道的內(nèi)空間，在層疊方向上所述半導(dǎo)體模塊的兩個(gè)表面與相鄰的冷卻管的表面接觸，所述多個(gè)半導(dǎo)體模塊被分類為其發(fā)熱率彼此不同的多個(gè)組，以及以這樣的方式布置所述多個(gè)半導(dǎo)體模塊，即，避免屬于具有最高發(fā)熱率的同一組的一對(duì)半導(dǎo)體模塊彼此相鄰，使得任何一個(gè)冷卻管在所述層疊方向上不夾在相同組的所述一對(duì)半導(dǎo)體模塊之間。
2.如權(quán)利要求1所述的功率堆，其中所述半導(dǎo)體模塊組是按照所述半導(dǎo)體模塊的受控目標(biāo)裝置來(lái)分類的。
3.如權(quán)利要求1所述的功率堆，其中所述半導(dǎo)體模塊和所述冷卻管分別具有在層疊方向上扁平的外形。
4.如權(quán)利要求1所述的功率堆，其中在層疊方向上按照基于所述組的預(yù)定的圖案重復(fù)地布置所述半導(dǎo)體模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的功率堆，其中還包括控制電路板，所述控制電路板具有所述多個(gè)半導(dǎo)體模塊分別連接到其上的多個(gè)連接構(gòu)件，其中，在層疊方向上按照與所述半導(dǎo)體模塊的圖案相同的圖案重復(fù)地布置所述連接構(gòu)件。
6.如權(quán)利要求1所述的功率堆，其中還包括用于把所述冷卻劑等分地引入所述多個(gè)冷卻管的入口管道和用于集中來(lái)自所述多個(gè)冷卻管的完成熱交換之后的所述冷卻劑的出口管道，其中，所述入口管道和所述出口管道設(shè)置成基本上彼此平行，并且發(fā)熱構(gòu)件插入在所述入口管道的前置分配段和所述出口管道的后合并段之間。
7.如權(quán)利要求6所述的功率堆，其中在所述發(fā)熱構(gòu)件所在的所述前置分配段的預(yù)定的位置上設(shè)置一個(gè)直段。
8.如權(quán)利要求1所述的功率堆，其中至少一個(gè)所述半導(dǎo)體模塊是不產(chǎn)生熱量的假模塊。
9.一種功率堆，它包括交替地層疊的多個(gè)冷卻管和多個(gè)半導(dǎo)體模塊，其中，所述多個(gè)冷卻管中的每一個(gè)包括分隔成多個(gè)冷卻劑在其中流動(dòng)的冷卻通道的內(nèi)部空間，在層疊方向上所述半導(dǎo)體模塊的兩個(gè)表面都與相鄰的冷卻管的表面接觸，所述多個(gè)半導(dǎo)體模塊分類為其發(fā)熱率彼此不同的多個(gè)組，以及以這樣的方式布置所述多個(gè)半導(dǎo)體模塊，即，至少兩個(gè)半導(dǎo)體模塊沿著所述冷卻劑在冷卻管中流動(dòng)的方向設(shè)置，而且設(shè)置在上游側(cè)的半導(dǎo)體模塊的發(fā)熱率不小于設(shè)置在下游側(cè)的半導(dǎo)體模塊的發(fā)熱率。
10.如權(quán)利要求9所述的功率堆，其中所述組是按照所述半導(dǎo)體模塊的受控目標(biāo)裝置分類的。
11.如權(quán)利要求9所述的功率堆，其中所述半導(dǎo)體模塊和所述冷卻管分別具有在層疊方向扁平的外形。
12.如權(quán)利要求9所述的功率堆，其中還包括用于把所述冷卻劑均分地引入所述多個(gè)冷卻管的入口管道和用于集中來(lái)自所述多個(gè)冷卻管的完成熱交換之后的所述冷卻劑的出口管道，其中所述入口管道和所述出口管道設(shè)置成基本上彼此平行，而且發(fā)熱構(gòu)件插入在所述入口管道的前置分配段和所述出口管道的后合并段之間。
13.如權(quán)利要求12所述的功率堆，其中在布置所述發(fā)熱構(gòu)件的所述前置分配段的預(yù)定的位置上設(shè)置一個(gè)直段。
14.如權(quán)利要求9所述的功率堆，其中至少一個(gè)所述半導(dǎo)體模塊是不產(chǎn)生熱量的假模塊。
全文摘要
一種功率堆包括交替層疊的冷卻管和半導(dǎo)體模塊。每一個(gè)冷卻管包括分隔成多個(gè)冷卻劑在其中流動(dòng)的冷卻通道的內(nèi)部空間。在層疊方向上半導(dǎo)體模塊的兩個(gè)表面都與相鄰的冷卻管的表面接觸。半導(dǎo)體模塊分類為其發(fā)熱率彼此不同的多個(gè)組。而且屬于發(fā)熱率最高的同一組的任意兩個(gè)半導(dǎo)體模塊被彼此隔開(kāi)，以便在層疊方向上冷卻管都不被夾在這些半導(dǎo)體模塊之間。
文檔編號(hào)H05K7/20GK1700454SQ200510076308
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者保井秀彥, 石山弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝