CN106486468B - 低电感运行直流电压回路上的功率半导体模块的模块装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于低电感地运行直流电压回路上的功率半导体模块的模块装置，其具有在功率半导体模块的基底上的至少三个直流电压印制导线和带有至少三个直流电压轨道的多导体布线轨，直流电压轨道分别与直流电压印制导线中的一个电连接，其中直流电压轨道分层地布置，其中分层设置的直流电压轨道从功率半导体模块中引出，并且其中在运行中在分层设置的直流电压轨道的至少一个处施加具有直流电压的第一电势，并且在分层布置的直流电压轨道的剩余的直流电压轨道处分别施加具有直流电压的、具有与第一电势相反极性的第二电势。本发明还涉及一种具有模块装置的电变流器以及涉及一种具有用于运行驱动电机的电变流器的电动或混合动力车辆。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于低电感地运行直流电压回路上的功率半导体模块的模块装置，模块装置具有在功率半导体模块的基底上的至少三个直流电压印制导线和带有直流电压轨道的多导体布线轨，直流电压轨道与功率半导体模块的直流电压印制导线电连接，此外，本发明还涉及一种具有模块装置的电变流器以及涉及一种具有用于运行驱动电机的电变流器的电动或混合动力车辆。
背景技术
在高频时钟控制的功率电子电路中，所应用的电的或电子的部件的寄生的、存在损失的电特性具有重要的意义，其中功率电子电路例如应用在电动或混合动力车辆的电变流器中。对于极其快速的瞬时过程而言，换向单元中的或其电路中的寄生电感起到决定性作用，其中极其快速的瞬时过程尤其通过这种变流器中的可开关的功率半导体的开关操作来引起。
换向单元例如又位于变频器的桥式电路(半桥电路或全桥电路)的桥支路中，变频器具有直流电压回路或直流电压中间回路，并且连接到交流系统上。
在换向单元之内，在功率半导体的开关过程期间，切断例如穿过桥支路的上方的功率半导体的感生电流，并且随后电流换向到桥支路的下方的功率半导体上。
在功率半导体的尤其快速的切断过程中，在换向过程期间，系统固有的电感、例如电导体的线路电感是功率半导体上的不期望的过压的原因。
为了降低该过压，现在一方面能够降低功率半导体的开关速度，但是由此通常引起功率半导体中的开关损失的显著提高。另一方面，对电结构的通常要求是：降低桥式电路的桥支路的电连接中的电感，桥式电路以半桥或全桥功率半导体模块(六脉冲桥式电路)实现。
电感的这种降低、例如尤其是通过电导体的结构上的还有由材料决定的设计来确定的这种降低，与如下目标结合在一起，将直流电压回路上的此外用于降低电压剩余波动性的电容器尽可能电地、且因此也机械紧密地与桥式电路的功率半导体连接。然而由于尤其适用于电动或混合动力车辆中的电变流器的、结构上和功能上的要求，通常对其设定窄的界限。
通常借助于两个单独的端子构成功率半导体模块的直流电压端子，直流电压端子将功率半导体模块与直流电压回路或与直流电压回路的一个或多个电容器连接，单独的端子在运行时具有直流电压回路的直流电压的正的或负的电势。
根据如今的现有技术，通常通过两个彼此叠加设置的、尽可能并联走向的并且多数轨道形设计的电导体(汇流条)，实现将功率半导体模块联接在直流电压回路的电容器上并且此外联接在电变流器的直流电压回路上。
为了降低换向电感，例如降低这两个导体的间距或者提高导体宽度。为了遵守机械限制以及电压抗击性的边界值，不能任意地缩小该导体的间距。导体的宽度通常受到结构空间尺寸限制。因此以该路径通常几乎不能进一步降低电感。
发明内容
本发明所基于以下目的：通过结构上和电子技术上尤其适合的布置降低换向单元中的、对于功率半导体的开关过程而言不期望的电感，该电感施加穿过换向单元(Kommutierungszelle)的电部件、尤其穿过在直流电压回路的电容器和功率半导体模块之间的连接的电导体。
本发明基于以下认知，桥式电路的功率半导体或功率半导体模块必须具有通向直流电压回路的或直流电压中间回路的电容器的尽可能低电感的电连接，以便降低在开关功率半导体时的开关损失和不期望的过压。同时，常规的结构上的解决方案尤其在应用于电动或混合动力车辆中时几乎不提供优化的可行性，从而仅能够通过背离该已知解决方案才能够在有利地充分利用电学技术的关联的情况下实现问题的显著改进。
因此，为了实现目的，提出一种用于低电感地运行直流电压回路上的功率半导体模块的模块装置，其具有在功率半导体模块的基底上的至少三个直流电压印制导线和带有至少三个直流电压轨道的多导体布线轨，直流电压轨道分别与直流电压印制导线中的一个电连接，其中直流电压轨道分层地布置，分层布置的直流电压轨道从功率半导体模块中引出，并且其中在运行中将直流电压的第一电势施加在分层布置的直流电压轨道的至少一个上，并且分别将直流电压的具有与第一电势相反极性的第二电势施加在分层布置的直流电压轨道的剩余的直流电压轨道上。
该目的的解决方案的起点是如下考虑：在开关过程中、尤其在功率半导体的换向过程中造成电损失的电感、例如在桥式电路的桥支路中出现的电感尤其也受到直流电压轨道上的磁场影响。借助将对该电学技术效应的充分利用和在结构上新型的模块装置的形成相组合，从现在开始显著地降低对于开关过程的不期望的电感。
根据全电流定律(Durchflutungssatz)，根据下式围绕单个的以下电导体产生磁场，其中电导体具有与其长度相比极其小的厚度：
在此，H0表示单个的电导体处的磁场强度，I表示穿流过电导体的电流，并且h是电导体的长度。
在具有两个彼此并排的直流电压轨道的布置的导体中间腔中，例如两个电导体的磁场强度能够与电流通量的相应不同的方向和不同的电势叠加，如其在至今为止的具有两个直流电压轨道的解决方案中产生的，其中直流电压轨道从功率半导体模块中引出并且与直流电压回路连接：
在此，H1表示总磁场强度，总磁场强度在运行中在这两个彼此并排的电导体的导体中间腔中生成，I表示电流，电流分别以不同的通流方向流动经过这两个尽可能紧密彼此并排的直流电压轨道，并且h确定了直流电压轨道的长度，直流电压轨道在此设定具有分别近似相同的长度。
如果从现在开始观察三个直流电压轨道，其中直流电压轨道分层地布置且进而基于其布置而具有两个导体中间腔，那么在这两个相应的导体中间腔中的相应的总磁场强度在确定的前提下如下产生：
在此，H2和H3表示总磁场强度，总磁场强度在运行中在这三个分层布置的直流电压轨道的两个导体中间腔的各一个中产生。多导体布线轨的分层布置的直流电压轨道的靠内的一个在运行中具有直流电压的第一电势，多导体布线轨的分层布置的直流电压轨道的靠外的两个具有直流电压的第二电势。
此外，I是流动经过直流电压轨道的电流，并且h表示直流电压轨道的长度，直流电压轨道分别表示具有几乎相同的长度。
当电流的子电流在运行中分别流动经过分层布置的直流电压轨道的靠外的两个时，此时对于多导体布线轨的相应导体中间腔中的这两个总磁场强度的上述公式以该形式近似地适用。该子电流具有与以下电流相反的方向，该电流流动经过分层布置的直流电压轨道的靠内的一个。在多导体布线轨中靠外布置的直流电压轨道中的子电流之和得出在多导体布线轨中靠内布置的直流电压轨道的电流。
如果从在多导体布线轨的直流电压轨道的长度上有恒定的导体间距出发，那么与具有两个直流电压轨道的常规布置的导体中间腔相比，这三个分层布置的直流电压轨道的导体中间腔具有双倍体积：
V23＝V2+V3＝2·V1
在此，V23表示随着三个直流电压轨道形成的相应的导体中间腔的第二体积V2和第三体积V3的总和，并且V1表示具有两个直流电压轨道的布置的导体中间腔的第一体积。
由至今为止的观察，现在能够求出由三个电导体构成的分层布置的直流电压轨道布置中的电感与由两个电导体构成的直流电压轨道布置中的电感之比：
在此，L(3导体)表示如下电感，根据本发明的模块装置借助于多导体布线轨的三个分层布置的直流电压轨道具有该电感，并且L(2导体)表示如下电感，具有两个直流电压轨道的布置具有该电感。
在公式中出现的符号μ表示所观察的体积中的材料相关的导磁率。
因为在对于具有三个直流电压轨道的布置的上面观察中设定在相应的导体中间腔中的磁场强度H2和H3分别具有相同的数值，并且将导体中间腔的体积作为这两个体积V2和V3的和用于计算这两个电感L(3导体)与L(2导体)之比，所以足够的是：借助于这两个磁场强度H2或H3中的一个执行计算。
结合根据本发明的模块装置的有利结构，用于将电感分布到电导体上的考虑证实：在将功率半导体模块联接到直流电压回路时的电感能够与具有两个直流电压轨道的常规设计相比显著地降低。
对于示例的比较计算而言忽略了直流电压轨道内部中的电感，因为该电感通常显著小于如下电感，该电感在直流电压轨道外部、尤其在直流电压轨道之间的导体中间腔中出现。
对于电子技术关联的推导通过附图1的图示在视觉上示出。
在模块装置的第一有利设计方案中，多导体布线轨的、直接相对置的直流电压轨道在运行期间分别具有带有相反极性的电势。
在运行以下模块装置时，该模块装置将电势的这两个极性交替地分布到相应相对置的直流电压轨道上，在直流电压轨道的导体中间腔中根据已经描述的电子技术关联而尤其有利地产生了以下磁场强度，其决定性地影响了在功率半导体的开关操作期间的有效电感。
在模块装置的另一有利设计形式中，多导体布线轨具有奇数个直流电压轨道。
该设计形式也尤其支持所示出的电子技术关联，因为出于所描述的电子技术观点对称地扩展多导体布线轨。这意味着，如果在三个分层布置的直流电压轨道的圆周上向外以直流电压轨道扩展多导体布线轨，每个扩展需要至少两个另外的直流电压轨道，在分层布置的直流电压轨道的靠外的直流电压轨道处分别相对于分层布置的直流电压轨道的靠内的直流电压轨道对称地添加直流电压轨道。
在模块装置的同样有利的设计形式中，在运行中，多导体布线轨的、具有带有相同极性的电势的直流电压轨道由电流的近似对称的子电流穿流。
在直流电压轨道中的、具有相同极性的、近似对称的子电流的总和得出如下电流，电流朝功率半导体模块流动或者从功率半导体模块中流出。借助用于功率半导体模块的以下功率半导体芯片能够实现子电流对称化，该功率半导体芯片的所选择的参数在窄的公差带之内具有近似相同的数值。按比较的结果，功率半导体芯片针对应用而选择性地被选出。因此，功率半导体芯片例如能够根据近似相同的阈值电压来选择，其中仅允许在很小公差之内的差异。此外，具有相同极性的直流电压轨道的对称的布局尤其也能够避免子电流的不平衡负荷。
根据所描述的电子技术关联的、电感降低的效果借助于多导体布线轨的所示出的直流电压轨道中的对称的子电流直接有利地起作用。与此相反，具有仅两个直流电压轨道的布线轨的、至今为止已知的布置不能够充分利用所示出的电子技术效果。
为了避免模块装置的电导体上的电压击穿，在模块装置的有利的设计形式中，在多导体布线轨的、利用电势的相应相反的极性运行的直流电压轨道之间引入介电层，介电层具有固态状态或气态状态。
与将周围空气作为技术上易于实现的气态介电层不同，将非离子化的干燥气体、例如氩气、氦气或还有纯氧气的使用与另外的技术措施相结合。因此，直流电压轨道的导体中间腔必须相对于周围环境封装，并且必要时设有填充设备。
在模块装置的另一有利的设计形式中，介电层在固态状态下是多导体布线轨的直流电压轨道的、以固体材料绝缘(feststoffisolierende)的外套的一部分。
该设计形式尤其防止在运行中通过人员或物体不期望地接触多导体布线轨的引导电压的直流电压轨道。
在模块装置的另一有利的设计方式中，多导体布线轨的分层布置的直流电压轨道在其背离功率半导体模块的端部处具有扇形展开的直流电压轨道，扇形展开的直流电压轨道设置用于容纳电容器。
为了尤其在功率半导体的开关过程期间限制功率半导体模块的桥式电路的换向单元中的寄生电感的不期望的作用，将直流电压回路中的电容器紧密地电学和/或还空间上地联接到功率半导体模块的功率半导体上是有重要意义的。模块装置的、扇形展开的直流电压轨道例如在应用于电动或混合动力车辆的电变流器中时提供极其有利的可行性，其更有效地充分利用了在那里强烈受限的空间条件。结合多导体布线轨的分层布置的直流电压轨道，借助于该实施例实现显著地降低该寄生电感。
对于使用三相交流系统作为能量供应装置的驱动系统，在电变流器中使用功率半导体模块，其具有六脉冲桥式电路。该功率半导体模块通常具有直流电压回路上的双相的电端子和用于交流电流回路的三相的电端子。
另一可行性在于：六脉冲桥式电路借助于三个分别具有半桥电路的功率半导体模块实现。
在该情况下，在模块装置的另一有利的设计形式中，扇形展开的直流电压轨道分别借助于分层布置的直流电压轨道与多个功率半导体模块电连接。
在模块装置的另一有利的设计形式中，至少一个电容器布置在相应的扇形展开的直流电压轨道之间并且借助于电容器端子电连接，其中扇形展开的直流电压轨道彼此相对置并且在运行中分别具有不同极性的电势。
电容器端子的数量和类型能够在几个少量选择性布置的电容器端子之间变化，即关于多个电容器端子的数量直至一个平面状的电容器端子变化，该电容器端子用于建立在电容器和扇形展开的直流电压轨道之间的电连接。
扇形展开的直流电压轨道本身能够是电容器的一部分。在该情况下，扇形展开的直流电压轨道不需要附加的电容器端子。
在模块装置的另一设计形式中，将薄膜电容器设置作为扇形展开的直流电压轨道处的电容器。
薄膜电容器、尤其塑料薄膜电容器具有一系列特性，这些特性例如对于在应用于例如电动或混合动力车辆的电变流器中时具有电学的、机械的和结构上的高要求的电容器是尤其有利的。因此，薄膜电容器能够低损失地运行，还具有很小的温度和频率相关性，很小的介电吸收和极高的绝缘电阻，电容器在大的温度范围上工作并且通常自愈地(selbstheilend)构成。
在模块装置的另一有利的设计形式中，其中利用该设计方式提出用于容纳电容器的、扇形展开的直流电压轨道的实例的结构细节，扇形展开的直流电压轨道包括至少一个靠内的直流电压轨道和至少两个靠外的直流电压轨道，其中靠内的直流电压轨道在假想的横截面上具有I形状，假想的横截面引导穿过扇形展开的直流电压轨道并且在多导体布线轨的分层布置的直流电压轨道的假想延长部的方向上定向，并且其中靠外的直流电压轨道在横截面处分别具有L形状。
在模块装置的另一有利的设计形式中，其中利用该设计方式提出用于容纳电容器的、扇形展开的直流电压轨道的另一实例的结构细节，扇形展开的直流电压轨道包括至少一个靠内的直流电压轨道和至少两个靠外的直流电压轨道，其中靠内的直流电压轨道在假想的横截面处具有T形状，假想的横截面引导穿过扇形展开的直流电压轨道并且在多导体布线轨的分层布置的直流电压轨道的假想延长部的方向上定向，并且其中靠外的直流电压轨道在横截面处分别具有相对于T形状的顶部的I形配对件。
此外，为了实现目的提出一种具有根据本发明的模块装置的电变流器。将模块装置应用于电变流器中提高了电学效率，并且在设计电变流器的电气或电子部件时实现了改进。
同样，为了实现目的，提出一种电动或混合动力车辆，其具有电变流器，以用于运行驱动电机。能量和结构上高效设计的电变流器改进了技术可靠性，并且支持节省地使用用于电动或混合动力车辆的电能，这出于经济的观点也提高车辆的接受度。
附图说明
结合实施例的下述描述，本发明的上文所描述的特性、特征和优点以及如何实现这些的方式和方法变得更加清楚且显而易见，其中实施例结合附图详细阐述。其示出：
图1示出不同布置的电导体的示意图，其在运行中由电流穿流并且由磁场包围，
图2示出根据本发明的模块装置的二维视图，
图3示出根据图2的根据本发明的模块装置的三维视图，尤其具有关于多导体布线轨的直流电压轨道与功率半导体模块的直流电压印制导线的电连接的细节，
图4示出根据本发明的模块装置的、用于容纳电容器的扇形展开的直流电压轨道的第一个三维视图，
图5示出根据本发明的模块装置的、用于容纳电容器的扇形展开的直流电压轨道的另一个三维视图，
图6示出基于图2和图3的、具有三个功率半导体模块的、根据本发明的模块装置的三维视图，功率半导体模块借助于多导体布线轨与扇形展开的直流电压轨道电连接，
图7示出具有三个功率半导体模块的、图6的根据本发明的模块装置的另一三维视图，以及
图8示出电动或混合动力车辆的示意图，其具有在用于运行驱动电机的电变流器中的根据本发明的模块装置。
具体实施方式
为了示出对于电导体的电感比较的推导的已经描述的电子关联，图1示出不同布置的电导体21的示意图，其在运行中由电流IDC或电流IDC的子电流I'DC穿流，并且由此随后由磁场H0、H1、H2、H3包围。本发明在此主要考虑尤其用于较高功率的能量传输的电导体21。这种电导体21通常以汇流排的形式设计。
如图1中在左侧示出：当该电导体21由电流IDC在一个方向上穿流时，此时才形成围绕被电流通流的单个导体21的单独导体磁场强度H0。
通常，电流IDC或电流IDC的子电流I'DC的电流方向在图1中借助于对此常用的电学符号来表示。
在图1的中央，示出两个电导体21，电导体彼此相邻地布置并且分别在相反方向上由电流IDC穿流。这两个电导体21在此在第一导体中间腔RA1中具有第一总磁场强度H1，其中如此形成第一导体中间腔RA1中的体积V1：
V1＝c·b·h
在此，c是导体间距，b是导体宽度，且h是导体高度。
图1中在右侧示出三个电导体21的布置，其与两个电导体21的布置类似地同样彼此相邻地布置。三个电导体21的中间电导体由电流IDC穿流，三个电导体21中的靠外的两个电导体分别由电流IDC的子电流I'DC穿流。这两个子电流I'DC以其相应相同的数值加和得到电流IDC并且相对于电流IDC在相反方向上流动。
由三个电导体2构成的布置形成第二导体中间腔RA2和第三导体中间腔RA3，第二导体中间腔具有第二总磁场强度H2，第三导体中间腔具有第三总磁场强度H3。第二导体中间腔RA2包围第二体积V2并且第三导体中间腔RA3确定地包围第三体积V3。这两个体积V2、V3具有与第一体积V1相同的数值，第一体积表示具有两个电导体的布置的第一导体中间腔：
V1＝V2＝V3
图2中的二维实现的视图示出根据本发明的模块装置1的侧视图。紧凑实施的模块装置具有带有冷却体10的功率半导体模块27。在功率半导体27的基底4上施加三个直流电压印制导线5和一个交流电压印制导线8。然而，三个直流电压印制导线5的数量不能够从图2中直接得出，因为二维示出的侧视图对此是不适合的(参见图3)。
总体上，省弃功率半导体模块27中的功率半导体的具体布置，因为对于已知的桥式电路(半桥、全桥)的相应布置有本领域技术人员熟知的实施方案并且原理上是已知的。
在功率半导体模块27的冷却体10和基底4之间引入导热层11，导热层通常由铜或类似良好导热的材料构成。电热学的连接技术件通常称作直接铜键合(Direct CooperBonded DCB)，连接技术件由印制导线5、8、基底4和导热层11、铜构成。
交流电压印制导线8在运行中具有带有交流电压的交流电压电势VAC～并且与交流电压轨道9电连接。相反，三个直流电压印制导线5在运行中分别具有带有直流电压VDC的电势(在图2中不可见，参见图3)，并且与多导体布线轨2的三个分层布置的直流电压轨道6电连接。在此，三个直流电压印制导线5中的各一个与三个分层布置的直流电压轨道6中的一个连接，其中在此一对一地实现各电连接(在图2中不可见，参见图3)。
在分层布置的直流电压轨道6中间分别引入介电层7。三个三明治状布置的直流电压轨道6的靠内的直流电压轨道在运行中具有第一电势VDC+，第一电势带有具有直流电压VDC的正极性。相反，三明治状布置的直流电压轨道6的这两个靠外的直流电压轨道在运行中具有第二电势VDC-，第二电势带有具有直流电压VDC的负极性。根据模块装置1的生产特定的设计，对于运行而言，原理上可以改变三明治状布置的直流电压轨道6的靠内的和靠外的直流电压轨道处的极性。然而，这随着模块装置1的产品交付来确定。
三个扇形展开的直流电压轨道14以延长部连接到多导体布线轨2的三个三明治状布置的直流电压轨道6处。图2示出：多导体布线轨2的三个三明治状布置的直流电压轨道6与三个扇形展开的直流电压轨道14的电的和机械的连接形状配合地且材料配合地进行。也能够考虑的是其他类型的电和机械连接，其中存在出现提高过渡电阻和电感的危险。
在三个扇形展开的直流电压轨道14中的靠内的和两个靠外的直流电压轨道中间分别机械地引入电容器13并且借助于电容器端子12进行电连接。附图中的电容器端子12的数量和类型仅是实施例，并且能够在几个少量选择性布置的电容器端子12之间变化，关于从多个电容器端子直至一个平面状的电容器端子进行变化。
可以观察到将电容器13电学上合理地连接到扇形展开的直流电压轨道14的运行中的第一和/或第二电势VDC+、VDC-处，以便防止模块装置1的破坏或损坏。
模块装置1设置用于直流电压回路3上的低电感运行。因此，模块装置1具有直流电压回路端子17，为了低电感运行，直流电压回路3与模块装置1的扇形展开的直流电压轨道14能够借助直流电压回路端子连接，其中扇形展开的直流电压轨道14在运行中具有第一和第二直流电压回路电势VDC+、VDC-。
为了将模块装置1构成为使得其仅借助于直流电压回路端子17的两个直流电压回路轨道能够连接到直流电压回路3处，扇形展开的直流电压轨道14的这两个靠外的、在运行中具有带有相同极性的第二电势VDC-直流电压轨道借助于连接轨道18电地以及机械地汇集。
基于图2，图3示出根据本发明的模块装置1的第一个三维视图，其中尤其详细示出多导体布线轨2的分层布置的直流电压轨道6与功率半导体模块27的直流电压印制导线5的电连接。
功率半导体模块27以及经由导热层11与功率半导体模块27连接的冷却体10在图3中示出，从而能够良好可见的是：多导体布线轨2的分层布置的直流电压轨道6如何分别与仅一个直流电压印制导线5电连接。同样地，在该应用实例中适用的是：每个直流电压印制导线5仅与多导体布线轨2的分层布置的直流电压轨道6中的一个连接。多导体布线轨2的三个分层布置的直流电压轨道6中的靠内的直流电压轨道和三个直流电压印制导线5中的居中的直流电压印制导线在运行中具有第一电势VDC+。第一电势具有与第二电势VDC-相反的极性，第二电势在运行中施加在三个直流电压印制导线5中的相应的两个靠外的直流电压印制导线处以及施加在三个分层布置的直流电压轨道6的靠外的直流电压轨道上。
在图2和3中示出的实施例适合用于将功率半导体模块27作为半桥式电路的设计方案，其中，该桥式电路仅为具有交流电压的一个相借助于交流电压轨道9提供交流电压电势VAC～。
同样通过图3示出基底4与导热层11的热连接。在此，基底4不仅具有直流电压印制导线5还具有交流电压印制导线8。导热层11、基底4以及印制导线5、8共同形成功率半导体模块27的DCB。
根据本发明的模块装置1的扇形展开的直流电压轨道14的实施例的图4中示出的第一个三维图公开了电容器13的电连接和机械容纳部，其例如在根据本发明的模块装置1的功率半导体模块27的低电感运行中应用在直流电压回路3处。
在图4的应用实例中示出三个扇形展开的直流电压轨道14，直流电压轨道划分成一个靠内的直流电压轨道和两个靠外的直流电压轨道。靠内的直流电压轨道在假设的横截面25处具有I形状23，假设的横截面引导穿过扇形展开的直流电压轨道14并且在分层布置的直流电压轨道6的假设延长部的方向上定向。靠外的直流电压轨道在横截面25处分别具有L形状15。
在三个扇形展开的直流电压轨道14的两个靠外的直流电压轨道中的一个和相应的靠内的直流电压轨道之间布置有电容器13，并且电容器借助于电容器端子12电连接。
具有I形状23的扇形展开的直流电压轨道14的靠内的直流电压轨道和三个分层布置的直流电压轨道6的靠内的直流电压轨道在运行中具有第一电势VDC+。第一电势具有与第二电势VDC-相反的极性，第二电势在运行中施加在扇形展开的直流电压轨道14的、具有L形状15的相应两个靠外的直流电压轨道处以及施加在三个分层布置的直流电压轨道6的靠外的直流电压轨道处。
在图4中放弃示出与功率半导体模块27的直流电压印制导线5的电连接以及放弃分层布置的直流电压轨道6之间的介电层7。在此，仅不完整地示出分层布置的直流电压轨道6。
根据本发明的模块装置1的扇形展开的直流电压轨道14的一个实施例的图5中示出的另一个三维视图同样公开了电容器13的电连接和机械容纳部，其例如在根据本发明的模块装置1的功率半导体模块27的低电感运行中应用在直流电压回路3处。
在图5的应用实例中示出三个扇形展开的直流电压轨道14，直流电压轨道划分成一个靠内的直流电压轨道和两个靠外的直流电压轨道。靠内的直流电压轨道在假设的横截面26处具有T形状16，该假设的横截面引导穿过扇形展开的直流电压轨道14并且在分层布置的直流电压轨道6的假设延长部的方向上定向。靠外的直流电压轨道在横截面26处分别具有相对于T形状16的顶部的I形的配对件22。
在三个扇形展开的直流电压轨道14的相应的靠内的直流电压轨道和两个靠外的直流电压轨道中的一个之间布置有电容器13，并且借助于电容器端子12进行电连接。
具有T形状16的扇形展开的直流电压轨道14的靠内的直流电压轨道和三个分层布置的直流电压轨道6的靠内的直流电压轨道在运行中具有第一电势VDC+。第一电势具有与第二电势VDC-相反的极性，第二电势在运行中施加在直流电压轨道14的、具有相对于T形16的顶部的I形配对件22的扇形展开的相应两个靠外的直流电压轨道处以及施加在三个分层布置的直流电压轨道6的靠外的直流电压轨道处。
在图5中同样放弃示出与功率半导体模块27的直流电压印制导线5的电连接以及放弃在分层布置的直流电压轨道6之间的介电层7。在此，在图5中类似于图4地仅不完整地示出分层布置的直流电压轨道6。
图6中的实施例示出根据图2和图3的根据本发明的模块装置1的三维图，其中三个功率半导体模块27以其冷却体10经由多导体布线轨2与扇形展开的直流电压轨道14和布置在其中的电容器13电连接。在此，电容器端子12建立在电容器和扇形展开的直流电压轨道14之间的电连接。借助于直流电压回路端子17能够将模块装置1与直流电压回路3电连接。
当如在实施例中构成为半桥电路且仅针对具有交流电压的一个相能够提供交流电压电势VAC～的三个功率半导体模块27要应用在三相交流系统处的六脉冲桥式电路时，该模块装置1尤其适合。
借助图7示出具有根据图6的三个功率半导体模块27的、根据本发明的模块装置1的另一个三维视图，模块装置相应于在那里示出的实施例。图6详细示出借助于连接轨道18建立扇形展开的直流电压轨道14的、在运行中具有第二电势VDC-的这两个靠外的直流电压轨道的电连接。
图8公开电动或混合动力车辆20的示意图，其具有用于运行驱动电机24的电变流器19中的根据本发明的模块装置1。
具有根据本发明的模块装置1的电变流器19能够出于技术还有经济观点更有效地运行。一方面，能够降低功率半导体模块27处的开关损失，另一方面，模块装置1的结构上的构造有助于设计和提供更紧凑的电变流器19。这样高效设计的电变流器19尤其适合于使用在电动或混合动力车辆20中。尤其对于这种市场而言，寻找到了用于运行驱动电机24的电变流器19的极其节约空间的解决方案。
Claims (12)
1.一种用于低电感地运行直流电压回路(3)上的功率半导体模块(27)的模块装置(1)，所述模块装置具有
多导体布线轨(2)和在所述功率半导体模块(27)的基底(4)上的至少三个直流电压印制导线(5)，所述多导体布线轨带有至少三个直流电压轨道(6)，所述直流电压轨道分别与所述直流电压印制导线(5)中的一个直流电压印制导线电连接，其中
所述直流电压轨道(6)分层地布置，
分层布置的所述直流电压轨道(6)从所述功率半导体模块(27)中引出，并且
在运行中，在分层布置的所述直流电压轨道(6)中的至少一个直流电压轨道处施加具有直流电压(VDC)的第一电势(VDC+)，并且在分层布置的所述直流电压轨道(6)的剩余的直流电压轨道处分别施加具有所述直流电压(VDC)的、带有与所述第一电势(VDC+)相反的极性的第二电势(VDC-)，
其中，在运行期间，所述多导体布线轨(2)的、彼此直接相对置的所述直流电压轨道(6)分别具有带有相反极性的电势(VDC+，VDC-)，
其中，在运行中，所述多导体布线轨(2)的、具有相同极性的电势(VDC-)的所述直流电压轨道(6)由电流(IDC)的对称的子电流(I'DC)穿流。
2.根据权利要求1所述的模块装置(1)，其中，所述多导体布线轨(2)具有奇数个直流电压轨道(6)。
3.根据权利要求1或2所述的模块装置(1)，其中，在所述多导体布线轨(2)的、借助电势(VDC+，VDC-)的相应相反的极性运行的所述直流电压轨道(6)之间引入介电层(7)，所述介电层具有固态状态或气态状态。
4.根据权利要求3所述的模块装置(1)，其中，所述介电层(7)在固态状态下是所述多导体布线轨(2)的所述直流电压轨道(6)的以固体材料绝缘的外套的一部分。
5.根据权利要求1或2所述的模块装置(1)，其中，所述多导体布线轨(2)的分层布置的所述直流电压轨道(6)在所述直流电压轨道的背离所述功率半导体模块(27)的端部处具有扇形展开的直流电压轨道(14)，所述扇形展开的直流电压轨道设置用于容纳电容器(13)。
6.根据权利要求5所述的模块装置(1)，其中，所述扇形展开的直流电压轨道(14)分别借助于分层布置的直流电压轨道(6)与多个所述功率半导体模块(27)电连接。
7.根据权利要求5所述的模块装置(1)，其中，在相对置的、且在运行中分别具有带有不同极性的电势(VDC+，VDC-)的相应的所述扇形展开的直流电压轨道(14)之间布置至少一个所述电容器(13)，并且所述电容器借助于电容器端子(12)电连接。
8.根据权利要求5所述的模块装置(1)，其中，在所述扇形展开的直流电压轨道(14)处设置薄膜电容器作为所述电容器(13)。
9.根据权利要求5所述的模块装置(1)，其中，所述扇形展开的直流电压轨道(14)包括至少一个靠内的直流电压轨道和至少两个靠外的直流电压轨道，其中，所述靠内的直流电压轨道在假想的横截面(25)处具有I形状，假想的所述横截面引导穿过所述扇形展开的直流电压轨道(14)并且在所述多导体布线轨(2)的分层布置的所述直流电压轨道(6)的假想延长部的方向上定向，并且其中，所述靠外的直流电压轨道在所述横截面(25)处分别具有L形状(15)。
10.根据权利要求5所述的模块装置(1)，其中，所述扇形展开的直流电压轨道(14)包括至少一个靠内的直流电压轨道和至少两个靠外的直流电压轨道，其中，所述靠内的直流电压轨道在假想的横截面(26)处具有T形状(16)，假想的所述横截面引导穿过所述扇形展开的直流电压轨道(14)并且在所述多导体布线轨(2)的分层布置的所述直流电压轨道(6)的假想延长部的方向上定向，并且其中，所述靠外的直流电压轨道在所述横截面(26)处分别具有相对于所述T形状(16)的顶部的I形配对件(22)。
11.一种电变流器(19)，具有根据权利要求1至10中任一项所述的模块装置(1)。
12.一种电动或混合动力车辆(20)，具有根据权利要求11所述的电变流器，以用于运行驱动电机(24)。
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