TW567513B - Switching circuit - Google Patents

Description

r 567513 A7 B7 五、發明説明（1) 發明領域 本發明係相關於一開關電路，提供複數個滙流排（bus bar )做爲導體，用以耦合一開關元件至一電源或負載。 發明背景 一般而言，金屬滙流排在習知技術中做爲一導體，具 有足夠之面積，使得電流得以在電路元件間、或電路元件 與電源間或是電路元件與例如換流馬達的開關電路之電源 電路中的負載間流動。圖8係爲一電路圖，顯示一般使用 之開關電路4 0，做爲一換流器。圖9顯示開關電路4 0 之平面圖。 參考圖8 ，開關電路4 0係爲採用三相換流器（ inverter)之形式，具有開關元件S 1到S 6，例如IGBT( 絕緣閘雙極電晶體），以及二極體D 1至D 6，與相對應之 S 1到S 6並聯連接。每一開關元件S 1到S 6爲開或關 係依據來自控制單元（未顯示）所送出之控制訊號而定。 反應開關元件S 1到S 6之開或關，由直流電源4 2供應 之直流電流被轉換成三相交流電流。此三向交流電流然後 ~被供至一個做爲負載之三相換流器（inverter )馬達4 4。 參考圖9，開關電路4 0具有電源側滙流排4 6 ( 4 6 P、4 6 N )介於開關元件S 1到S 6與電源間（未 顯示），以及具有負載側滙流排4 8 ( 4 8 U，4 8 V， 4 8 W )介於開關元件S 1到S 6與在負載側的對應之相 (U相，V相，W相）之間。每一電源側滙流排4 6被形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4 - 567513 A7 ___B7 五、發明説明（3 成似框架形，以縱向的元件4 6 C以及橫向元件4 6 R界 定。縱向的元件4 6 C插入基材5 0中，其連接到樹脂製 模’使得縱向元件4 6 C除上表面外皆埋入基材5 0中。 如同縱向的元件4 6 C，橫向元件4 6 R除上表面外皆埋 入基材5 0中。橫向元件4 6 R之上表面在基材5 0上被 曝露出做爲一表面，提供電導黏合用以連接到開關元件 S 1到S 6。滙流排4 6 P、4 6 N之埋入基材中使得其 可以加強開關電路4 0之彎曲剛性以及彎曲之強度。此外 ’絕緣器介於鄰接滙流排間，例如，滙流排4 6 P、 4 6 N、或滙流排 4 6 P、4 6 N 以及 4 8 U、4 8 V、 4 8 W可以被分別地保護。 每一負載側滙流排4 8形成條狀元件，橫向延伸在基 材5 0上。開關元件S 1到S 6被提供於基材5 0上，介 於電源側通流排4 6之橫向元件4 6 R以及負載側滙流排 4 8。在相對應邊，開關元件S 1到S 6上端及下端顯示 於圖9 ，被連接到橫向元件4 6 R以及藉由導線5 2連接 到負載側滙流排4 8。 導線5 2透過超音波黏合技術被黏合到對應滙流排 4 8、4 6，更特別地，金屬導線被擠至滙流排4 6、 4 8上狀態中，每一接觸部分介於金屬導線及滙流排4 6 、4 8間使用超音波震盪。當然地此到導線5 2被黏合到 滙流排4 6、4 8之表面。 然而，上述之開關電路由滙流排（電源側）插入模製 進入基材中而形成，如此會造成各種問題。例如，插入模 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ' ~ -5- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝·

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 567513 A7 ____ _B7 五、發明説明（3) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 製過程中，樹脂之流動路徑變得複雜，所得到的開關電路 也會變形或裂開。此外’插入之滙流排也會在樹脂模製過 程中因溫度上升而變形。 習知地’相鄰滙流排被保持絕緣，藉由插入滙流排進 入絕緣樹脂中’亦即以樹脂材料覆蓋滙流排之周圍區域。 當某失敗發生於基材樹脂模製過程期間，一縫隙可能 產生在一部分的基材中，插入滙流排之橫向元件緊靠其上 (例如圖9之4 6 R )。此會阻止滙流排被絕緣，或造成 震盪狀態之差異，或超音波黏合有隙縫的部份與無隙縫的 部份期間之溫度上升。結果，導致黏合強度或電阻値可能 會依接合部分而改變。 ) 發明槪述 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依據本發明之實施例的開關電路包含複數開關元件以 及複數通流排，各作爲一導體。滙流排連接開關元件至電 源以及負載的其中之一。兩個或多個上述滙流排彼此以絕 緣器固定’絕緣器插入於相鄰兩個或多個滙流排之間，且 兩個或多個滙流排以及插於其間之絕緣器被固定於開關電 路之基材上。由於上述電路不需插入滙流排之模製，製造 此電路之製程可以簡化，降低製造此電路之時間以及成本 。由於製作此電路之樹脂可以被減少，所得到的電路可以 是較爲緊密且輕巧。複數個滙流排被插入其間之絕緣器固 定，因此可以防止滙流排本身之變形。再者，組合之滙流 排以及絕緣器可以做爲基材之加強元件。因此，開關電路 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） -6- 567513 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___B7 ___五、發明説明（4 之彎曲剛性以及強度可以被強化。 兩個或多個滙流排以插於其間之絕緣器彼此固定。流 經滙流排的其中之一之電流方向與流經另一滙流排之電流 方向相反。在設有滙流排之此開關電路中’’開關操作期 間因滙流排中感應分佈產生之感應返馳電壓（fly-back voltage )可被減少。此可以防止開關電路導致高速切換。 依據本發明之前述觀點，然而，環繞滙流排所產生之磁場 可以藉由相反方向流經上述滙流排之電流而被offset(偏移） ，因此，可以降低滙流排中之電感。 圖示說明 圖1爲本發明實施例開關電路之平面圖。 圖2爲開關電路截面圖，顯示電極側滙流排以及絕緣 器如何固定在開關電路基材上。 圖3爲沿著圖1的線A — A方向之截面圖，顯示開關 電路電極側滙流排截面圖。 圖4爲沿著圖1的線B — B方向之截面圖，顯示開關 電路的另一電極側之滙流排截面圖。 圖5爲開關電路截面圖，顯示依據本發明的另一實施 例之開關電路之電極側滙流排以及絕緣器。 圖6爲側視圖，顯示導線接合施於開關電路滙流排上 之部份。 圖7 A及圖7 B顯示本發明的另一實施例之開關電路 之電極側滙流排以及絕緣器。 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -7 - 567513 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（3 圖8爲習知以換流器形成開關電路之電路圖。 圖9爲習知開關電路的全部構造之平面圖。 主要元件對照表 4 0 :開關電路 4 2 :直流電源 4 4 :馬達 4 6 :滙流排’ 4 6 P :滙流排 4 6 N :滙流排 4 8 :滙流排 4 8 U :滙流排 4 8 V :滙流排 4 8 W :滙流排 4 6 C :縱向元件 4 6 R :橫向元件 5 0 :基材 5 2 :導線 1〇：開關元件 1 4 :滙流排 1 4 P :滙流排 1 4 C :滙流排 1 4 N :滙流排 1 6 :滙流排 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -8- 567513 A7 B7 五、發明説明（6) 1 6 U :滙流排 1 6 V :滙流排 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 6 W :滙流排 1 4 P R :橫向元件 1 4 N R :橫向元件 1 8 :絕緣器 2 0 :開關元件 2 0 N U :開關元件 2 Ο N V :開關元件 2 0 P U :開關元件 2 0 N W :開關元件 2 0 P W :開關元件 1 2 :基材 1 4 P C :縱向元件 1 4 N C :縱向元件 2 2 :導線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 4 :控制端基座 2 8 Μ :定位栓 2 8 F :對應之洞中 3 0 :定位栓 1 8 Ε :凸出物 1 8 Ρ :滙流排 1 8 Ν ··滙流排 3 4 L :滙流排 本纸張尺度適用中.國國家榡準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -9- 567513 Α7 Β7 五、發明説明（7) 3 4 R :滙流排 3 6 :絕緣器 3 7 :螺絲 3 8 :螺帽 3 9 :墊圈 發明詳細說明 本發明之實施例將參考圖示來說明。圖1爲一平面圖 ’顯示本發明的實施例之開關電路1 〇的主要部分。圖1 中，y軸方向將在此後稱做縱向，圖中之X軸方向將在此 後稱做橫向。 開關電路1 0做爲轉換直流電流成爲三相電流（U相 ’ V相，w相），作爲均等於如圖6所示之換流器（ inverter )。參考圖1，開關電路1 〇包含複數個滙流排 1 4 ( 1 4 P，1 4 N )，連接到電源（未顯示），以及 複數個滙流排（1 6 U，1 6 V，1 6 W )，連接到負載 (未顯示）。此滙流排1 4包含橫向元件1 4 P C， 14NC，延伸於縱向，及橫向元件14PR， ，延伸於橫向。每一滙流排1 6以預定之區間被並聯安排 。在圖1中，沿著圖中之y軸方向依序排列，由上側到$ 側係分別爲正極側滙流排1 4 Ρ之橫向元件1 4 P R、 相側滙流排1 6 U、以及負極側滙流排1 4 Ρ之橫向$ # 1 4 Ν R、V相側滙流排1 6 V、正極側滙流排1 4 Ρ & 橫向元件1 4 P R、W相側滙流排1 6 W、負極側滙流.排 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 567513 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A 7 _B7_ 五、發明説明（狳 1 4 P之橫向元件1 4 N R。正極側滙流排1 4 P之縱向 元件1 4 P C以及負極側滙流排1 4 P之縱向元件 1 4 N C，藉由絕緣器1 8堆疊於垂直開關電路之方向。 此堆疊結構將在後詳述。每一上述滙流排1 4、1 6可能 被金屬元件形成’例如銅。絕緣器1 8係由例如P P S (polyphenylene)、P B T ( polybutyleneterephthalate)形成 或類似物。 開關元件2 0配置在介於橫向元件1 4 P R以及滙流 排1 6間以及橫向元件1 4 N R及更用條1 6間之隙縫。 參考圖1 ，依圖中由開關電路上側到下側之順序排列，係 爲開關元件2 0 P U介於正極以及在負載側的U電極、開 關元件2 0 N U介於負極以及在負載側的U電極、開關元 件2 0 N V介於負極以及在負載側的V電極、開關元件 2 0 P V介於正極以及在負載側的V電極、開關元件 2 0 P W介於正極以及在負載側的W電極、開關元件 2 0 N W介於負極以及在負載側的W電極。 每一開關元件2 0連接到滙流排1 4、1 6 ，藉由導 線透過超音波黏合至滙流排1 4、1 6。在本實施例中， 每一滙流排1 4、1 6之後表面被緊密接觸至基材1 2之 上表面。滙流排1 4、1 6之後表面以及基材1 2之上表 面形成一平坦表面。黏著劑被施加於此整個滙流排1 4、 1 6之後表面及基材1 2之上表面之平坦表面，以利於黏 合。此使得介於滙流排1 4、1 6及基材1 2之接觸狀態 爲均勻，且震盪狀態以及由超音波均勻黏合所導致的溫度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 29<7公釐)~ '~ -11 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 567513 Λ7 B7 五、發明説明（9 上升爲均勻是可能的。因此，介於導線2 2及滙流排1 4 、1 6之間之接觸狀態的變化可被進一步降低。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 提供在滙流排1 4、1 6上的是控制端基座2 4 (以 虛線顯示），由薄框架樹脂形成，具有開孔在開關元件 2 0以及接合位置上。此開關元件2 0連接到控端基座所 提供之控制端（未圖示）。開關元件之開或關是依據來自 控制單元（未圖示）藉由控制端以及導線傳送之控制訊號 控制。 參考圖2、4，描述滙流排1 4、1 6之組裝以及絕 緣器1 8至基材1 2之組裝，且結構之組裝將會被詳細地 解釋。圖2爲一截面圖，顯示沿著圖1的線A — A之截面 圖，顯示開關電路電源側滙流排之部分。圖4顯示圖1沿 著B - B線之截面圖，顯示開關電路電源側滙流排之另一 部分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參考圖2，複數個滙流排（在此實施例中爲兩個滙流 排1 4 P、1 4 N )被固定至基材1 2，在此狀態下絕緣 器1 8插入滙流排1 4 P、1 4 N之間。在此實施例中， 複數個定位栓2 8M被提供在基材之上表面，被插入對應 之洞2 8 F中，洞2 8 F形成在滙流排1 4上，使得滙流 排1 4相對於基材1 2固定。基材1 2之表面，滙流排 1 4緊靠此表面，被施加黏著劑，使得滙流排1 4被黏著 至基材1 2。 參考圖3，絕緣器1 8被插入在負極側滙流排1 4 N 之縱向元件1 4 N C做爲上側，且正極側滙流排1 4 P之 本7氏張尺度適财關家辟（CNS ) A4規格（210X297公釐) — -12- 567513 A7 B7 五、發明説明（加 縱向元件1 4 P C做爲下側。絕緣器1 8做爲防止電流在 滙流排1 4 P及1 4 N間流動。滙流排1 4 P及1 4 N之 位置對準於定位栓3 0，其係由絕緣器組成且插入絕緣器 1 8中。參考圖4，絕緣器1 8的兩端被提供凸出物 1 8 E ' 1 8 E，各依絕緣器1 8的相反方向垂直延伸。 正極側滙流排1 4 P及負極側滙流排1 4 N裝入絕緣器 1 8之上及下部。因此，凸出物1 8 E、1 8 E做爲滙流 排1 4 P、1 4 N之對準部分。 在上述之滙流排1 4 P、1 4 N結構，具有絕緣器 1 8插入其間，·流經滙流排1 4 P之電流方向與流經滙流 排1 4 N之電流方向不同。在實施例中，上述流經滙流排 1 4 P、滙流排1 4 N被構造成向相同方向（縱向）延伸 ，使得在相同側被連接到電源（圖3左側、圖1基側）。 結果，電流流經滙流排1 4 N之電流方向標記爲η (從右 至左），以及電流流經滙流排1 4 Ρ之電流方向標記爲Ρ (從左至右）。環繞滙流排1 4 Ρ所產生之磁場具有旋轉 方向，相反於環繞滙流排1 4 Ν所產生之磁場旋轉方向。 上述結構可以降低產生於滙流排1 4 Ρ、1 4 Ν中之電感 ，因此減小開關時之返馳電壓（fly-back voltage )。因此 ，可以實現較高的開關速度。 本發明並非限定於上述之實施例，其中一絕緣器被插 入滙流排間，越過那些滙流排之全部長度。另一種方式， 絕緣器可以只有部份地被插入兩個滙流排之間，或複數個 絕緣器間歇地插入於滙流排之間。 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝·

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 567513 A7 B7 五、發明説明（1)1 在實施例中，複數個滙流排堆疊於基材之上，經由位 於垂直方向之絕緣器。另一種方式，滙流排1 4 P、 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 4 N可經由絕緣器1 8被並聯地配置，如圖5所示。在 此例中，滙流排之第二力矩（moment )面積可以被強化， 藉由將滙流排之剖面做成L型，以增強彎曲剛性以及強度 〇 在上述實施例中，滙流排（1 4 P R、1 4 N R、 1 6U、1 6V、1 6W)之各後表面受到超音波黏合， 被帶入與基材1 2之上表面緊密接觸。另一種方式，如圖 6所示，滙流排3 2可具有沒有受到超音波黏合之部份， 例如滙流排3 2的兩端，被基材1 2支撐，以在滙流排 3 2與基材1 2之間形成隙縫。此構造允許在複數黏合部 份之振盪狀態或溫度上升是均勻的，減少導線之電阻値及 黏合強度的改變。圖6所示之構造，可應用於依據本發明 之實施例的開關電路1 0之滙流排（1 4 P R、1 4 N R 、16U、16V、16W)〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在上述實施例中，滙流排1 4具有兩不同之部分，一 部份爲受到導線接合（1 4 P C、1 4 N C )，及一部分 爲經由絕緣器被堆疊（1 4 P R、1 4 N R )。另一種方 式，滙流排的相同元件可受到線接合，在接近固定之位置 。圖7 A係爲一平面圖，顯示滙流排3 4 L以及3 4 R， 經由絕緣器3 6堆疊之例子。圖7 B係爲一剖面圖，顯示 滙流排藉由絕緣器固定之截面，如同圖7 A中所示。在此 例中，滙流排3 4 L及3 4 R是由螺絲3 7及螺帽3 8固 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14 - 567513 A7 B7 五、發明説明（1)2 定，其被插入穿透絕緣器3 6，在接近鄰接導線接合表面 之位置，亦即導線接合區域。在此例中，由絕緣材料所組 成之墊圈3 9 ，及一間隔物（未示出）以絕緣器組成且插 入螺絲洞中，以固定滙流排3 4 L及341^，使得螺帽 3 8與滙流排3 4 L以及3 4 R接觸，以防止電流在滙流 排3 4 L以及3 4 R間流動。在此例中，滙流排3 4 L以 及3 4 R是在相同平面上，距基材1 2的位置在相同之高 度（開關元件所處之表面），此結構以使得通流排3 4 L 以及3 4 R導線接合在實質相同之條件下執行，用以降低 複數滙流排3 4 L及3 4 R在接合狀態下的位置之變化。 在此例中，滙流排3 4 L及3.4 R可被彎曲，以加強第二-力矩區域，且在縱向上彎曲。當流經滙流排3 4 L之電流 方向相反於流經滙流排3 4 R之電流方向時，電感可以被 降低。此結構可以藉由組合上述之例子而被實現。 上述之實施例不需要嵌入滙流排於樹脂中以達到絕緣 目的。此外，實施例允許彎曲強度以及彎曲剛性之加強， 因此使得滙流排更加輕且精巧。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210父297公釐） -15-

Claims (1)

1. 567513 A8 B8 C8 _______ 08 _ 六、申請專利範圍1 1·一種開關電路，包含： 複數個開關元件（20);以及 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 複數個滙流排（1 4、1 6 )，各滙流排做爲一導體 ，連接該開關元件（2 0 )至電源或負載的其中之一，其 中： 兩個或多個該滙流排彼此以絕緣器（1 8 )固定，該 絕緣器插入於相鄰兩個或多個該滙流排之間；且 兩個或多個該滙流排，具有插於其間之絕緣器，被固 定至該開關電路之基材（1 2 )。 - 2 ·如申請專利範圍第1項所述之開關電路，其中該 開關元件（2 0 )被安排在介於該滙流排之間，且藉由導 線接合而連接至該滙流排。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之開關電路，其中該 基材支持該滙流排的至少其中之一，使得形成一空間介於. 該基材（1 2 )以及該滙流排的至少其中之一的導線接合 部份。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 .如申請專利範圍第1項所述之開關電路，其中該 絕緣器（1 8 )延伸於欲被固定的滙流排之重疊部份上。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之開關電路，其中該 絕緣器（1 8 )具有至少一凸出端部份，其延伸在垂直於 基材（1 2 )之方向，使得該滙流排的至少其中之一相對 於該絕緣器（1 8 )藉由該至少一凸出端部份被定位。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之開關電路，其中兩 個或多個該滙流排以插入其間之該絕緣器（1 8 )固定， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16 - 567513 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 使得該絕緣器（1 8 )延伸於與該基材平行之方向。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之開關電路，其中兩 個或多個該滙流排以插入其間之該絕緣器固定，使得該絕 緣器延伸於與該基材垂直之方向。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之開關電路，其中兩 個該滙流排以插入其間之該絕緣器（1 8 )彼此固定，且 其中流動於兩個該滙流排的其中之一中之電流，其流動方 向與流動於另一滙流排中之電流相反。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210 X 297公釐）