技术领域
[0001] 本
发明的
实施例涉及电气组件，特别是借其可以将直流电压转换为交变电压的电气组件。
背景技术
[0002] 存在众多的其中使用了也称作逆变器的这类组件应用。例如，逆变器在露营领域中使用，以便于从机动交通工具或大篷车的车载网络的直流电压(例如从12V
电源电压)产生单相交变电压，因为其通常用于具有220V有效电压的交变电压网络中，以能够也操作在移动环境中的常规装置。
[0003] 为了产生交变电压，两个高频的电气
开关和/或功率
半导体的负恒定电源电压和正恒定电源电压切换至交变电压输出，以便于产生AC
输出电压的正和/或负半波。这些逆变器可用于单相实施方式以及两相或三项实施方式。用作开关的单独的功率半导体通常作为电气组件被安装在单个模
块内，也即在母板和/或印刷
电路板(PCB)上，通常具有补助功能性的额外部件，诸如并联连接至功率半导体的续流
二极管。
[0004] 借其从直流电压产生单相或多相交变电压的用于这些电气组件的重要的较新应用是电
气化机动交通工具，其中使用这些组件以便于产生对于
电动机的受控操作所需的交变电压以驱动交通工具。如此，通常实施高
电能，使得必须冷却用于将电源电压切换至模块和/或电气组件的相关交变电压输出端的功率半导体，例如
绝缘栅双极晶体管(IGBT)。这防止了由于单个部件中自身的固有功率损耗而破坏功率半导体。因此，为了产生每个
相位，用于电压转换的模块和/或电气组件通常每个使用工作在高切换开关速度下的相同类型的功率半导体和/或
半导体开关的
配对以便于产生相关相位的交变电压。由于高切换开关速度和部分大量的切换功率，这些电气组件可以在交通工具的车载网络中引起重大的干扰。这些动态干扰可以包括高达数百MHz的
频率，并且除了操作交通工具所需的功能之外，也干扰了例如无线电接收、电视接收、数字无线电接收和交通工具中其他舒适功能。此外，更危险的是，可以通过散布高频干扰而干扰交通工具中诸如
数据总线系统的安全相关系统。
[0005] 因此，需要提供用于将直流电压转换为交变电压的
电子组件，其在围绕它们的网络和/或电源电压网络中引起较少干扰。
发明内容
[0006] 本发明的一些实施例通过使用用于将直流电压转换为交变电压的电气组件而促进这点，其包括用于分配第一DC电源电压的第一电源电压区域和用于分配第二DC电源电压的第二电源电压区域，以及具有连接至第一电源电压区域的输入
端子和连接至组件的交变电压输出端的输出端子的至少一个第一功率半导体，以及具有连接至第二电源电压区域的输入端子和连接至电路的交变电压输出端的输出端子的第二功率半导体。为了提高电磁兼容性(EMC)和/或为了减小干扰的发射，第二电源电压区域延伸在第二功率半导体的背离其输入端子的侧面上，以及第一电源电压区域延伸在第一功率半导体的面对第一功率半导体的输入电压端子的侧面上。即便其可以是充分的，为了电
接触至少第二功率半导体以仅引导与其相关联的第二电源电压区域直至第二功率半导体，如果其输入电压端子位于功率半导体的背离电源电压区域的侧面上，设置电气组件以使得第二电源电压区域也延伸在第二功率半导体的背离输入电压端子的侧面上并且因此也在其下方延伸。这可以导致第二电源电压区域也延伸在第二功率半导体的输出端子与电气组件的其他金属区域、诸如
冷却板或类似物之间，这可以因此具有对于其他金属物体的屏蔽效应。这可以是特别有利的，如果输出端子位于功率半导体的面对将要被屏蔽的其他部件的侧面上，因为随后在输出端子与其他金属部件之间的电容将特别大。与由于功率半导体的输出端子处切换的电压而发生的高频交变协
力，这可以是干扰的潜在来源，其可以散布干扰至周围系统中。额外的屏蔽可以允许部分地抑制这些干扰。
[0007] 根据本发明的一些其他实施例，第二功率半导体设置在额外的衬底上，为此目的其包括在直接连接至第二功率半导体的输出端子的表面上的导体结构，其中衬底设置在第二功率半导体与第二电源电压区域之间。使用额外的衬底和/或额外的PCB使其能够以简单方式、甚至当使用两个等同的功率半导体时引导电源电压区域在功率半导体之下而并未
短路其输出端。此外，使用由此接触第二功率半导体的输出端子的额外衬底，可以以成本有效以及仍然灵活的方式提供所需的功能。此外，可以由额外的衬底增大对于干扰产生特别关键的功率半导体的输出端子与相邻金属结构之间的距离，因此也由此减小了不可避免地由输出端子与周围金属部件所形成的电容。减小该寄生电容可以进一步有助于减小由高切换频率产生的干扰。任何三维本体应该就此而言被理解为衬底，其在本征方面上是电绝缘的；然而，在其上、在其处或者在其中可以是和/或可以设置导电结构和/或导电迹线。
[0008] 除了关于功率半导体的寄生输出电容的机制之外，根据本发明的一些实施例可以通过以相对于额外特征和/或电路部件对称方式实施电气组件而进一步改进电磁兼容性。为了促进这点，第一和第二电源电压区域根据本发明的一些实施例关于几何区域而近似等同地实施。这意味着在平面内延伸的第一电源电压区域以及在另一平面内延伸的第二电源电压区域包括例如小于百分之十、优选小于百分之五的面积差，以使得在电源电压支路中感应产生的干扰和/或切换
电流对称地表现和/或散布，这可以整体减小
电磁干扰的发射。也即，使用合适的
电路板布图和/或合适的电气组件布图可以导致进一步减小干扰的发射。
[0009] 根据一些其他实施例，电源电压区域在相同平面内延伸并且相对于位于两个区域之间的对称轴线还对称。中间电路和/或电源电压区域的完全对称实施方式可以进一步改进电磁兼容性。
[0010] 根据一些其他实施例，两个电源电压区域由至少一个电容器相互耦合，从而可能对称的感应产生的电流并未仅在远场中部分地相互补偿，而且还进一步在产生的
位置处可以发生干扰的至少部分的补偿。根据一些实施例，可以由此进一步减小干扰
电磁波的发射。
[0011] 根据本发明的一些实施例，相同类型的绝缘栅双极晶体管(IGBT)在每个情形中用作功率半导体以使得可以避免由不同部件实施方式和/或制造方法引起的额外干扰。
[0012] 根据本发明的一些其他实施例，电源电压区域以低电感方式连接，也即并不包括可以导致发出干扰电
磁场的高电感。为此目的，第一和第二电源电压区域的接触在每个情形中均被引导至作为二维接触的
外壳的边缘，此处可以从外部接触它们。如果二维导体结构用于延伸在功率半导体两侧面上的接触，则可以能够获得所使用的功率半导体和/或IGBT的额外屏蔽效应。这意味着，根据一些实施例，在功率半导体的一个侧面上的第二电源电压区域可以例如拉长直至外壳的边缘，并且在功率半导体的相对侧面上的第一电源电压区域可以引导直至外壳的边缘，以使得功率半导体由两个金属迹线包封功率半导体，这可以导致对用于发射干扰的相关部件的进一步屏蔽，特别是功率半导体的输出端子。
[0013] 根据一些实施例，陶瓷衬底位于电源电压区域的背离其上施加了电源电压区域的功率半导体的侧面上，以使得一方面电源电压区域可以用于传输电能，并且另一方面可以用于经由陶瓷区域和/或陶瓷而耦合冷却系统，这对于电气组件的连续工作是必须的。
[0014] 为了促进长期稳定操作，本发明的其他实施例可以例如包括在陶瓷衬底的背离功率半导体的侧面上的金属
散热器，用于确保冷却并且因此用于以成本有效方式并在集成设计中增强电气组件的耐久性。
[0015] 根据本发明的一些其他实施例，电气组件包括等同的功率半导体的额外配对或者两个额外配对，其连接至电气组件的第二交变电压输出端和/或至第三交变电压输出端，以使得借由本发明的另外实施例的方式也可以产生两相或三项交变电流、和/或在其他实施例中产生具有任意数目相位的交变电流，而并不具有重大干扰散布至车载网络中和/或周围电气网络和/或无线
电网络中。
附图说明
[0016] 以下将参考附图更详细描述本发明的实施例，其中：
[0017] 图1示出了用于将直流电压转换为交变电压的电气组件的实施例；
[0018] 图2示出了传统设置的剖视图，其中功率半导体可以交替地安装在根据图1的组件中。
[0019] 图3示出了在图2中也示出的传统设置与根据本发明的一个实施例的设置之间的对比；
[0020] 图4示出了电气组件的另一实施例；
[0021] 图5示出了电气组件的另一实施例；
[0022] 图6示出了电气组件的另一实施例；以及
[0023] 图7示出了在机动交通工具中使用电气组件的示意图。
具体实施方式
[0024] 现在将参照其中示出了一些实施例的附图更详细描述各个示例性实施例。在附图中，为了清楚可以夸大线条、层和/或区域的厚度。
[0025] 在仅示出了一些示例性实施例的附图的以下说明中，相同的附图标记可以涉及相同或可比的部件。此外，概述的附图标记可以用于在实施例或在附图中多次出现的部件和物体，但是相对于一个或数个特征而共同地描述。使用相同或概述的附图标记描述的部件或物体可以相对于单个、数个或全部特征而以相同方式实现－然而，如果必须的话，也可以不同地实施，诸如它们的尺寸。
[0026] 尽管可以以各种方式
修改和修补实施例，附图中的实施例表示作为示例并且在此详细描述。然而，明显的是，其并非意在将实施例限定于所公开的特定形式，而是与此相反，实施例应该包括落入本发明范围内的任何和所有功能和/或结构修改、等价形式和备选例。相同的附图标记在附图的整个说明中涉及相同或相似的元件。
[0027] 应该注意的是，当元件称作“连接”或“耦合”至另一元件时，其可以直
接地连接或耦合至另一元件或者可以存在插入元件。与此相反，当元件称作“直接连接”或“直接耦合”至另一元件时，不存在插入元件。用于描述元件之间相互关系的其他词语应该以类似方式解释(例如“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”等等)。
[0028] 在此使用的术语仅为了描述特定实施例的目的并且并非意在限制实施例。如在此所使用的，但是形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文明确给出相反指示。进一步解释的是，如在此使用的术语例如“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”
指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并未排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。
[0029] 除非另外限定，在此使用的任何和所有术语(包括技术和科技术语)具有实施例所属技术领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。进一步解释的是，例如在通常使用词典中所限定的那些术语应该解释为具有与相关领域上下文中含义一致的含义，并且不应理想化或过度正式地解释，除非在此明确地限定。
[0030] 图1示出了用于将直流电压转换为交变电压的电气组件1的实施例。电气组件1包括用于在组件中分配第一DC电源电压的第一电源电压区域10，以及用于分配第二DC电源电压的第二电源电压区域12。在图1中所示的示例中，选择所使用的功率半导体和电源电压的配置以使得第一电源电压区域10应该从正电源电压被提供，并且第二电源电压区域12应该从负电源电压提供。为了能够从包封了电气组件的外壳14的外部接触电源电压区域，电源电压区域10和12采用电源电压
夹钳16和18使用图1中所示实施例中的接合引线而连接至外壳14的两个侧面。
[0031] 图1中所示的电气组件用于产生具有U、V和W相位的三相交变电流，每个交变电流可以在交变电压输出端20a、20b和20c处分接出。当用于在分别产生相位的单独的交变电压支路22a、22b和22c内产生单独相位的IGBT的引线并未不同时，除了在此为了清楚而并未示出的栅极
电极的控制之外，下文中将仅使用第一交变电压支路22a描述电气组件和/或其设置和功能。
[0032] 第一交变电压支路包括第一功率半导体24和/或第一IGBT，以及第二功率半导体26和/或第二IGBT。第一功率半导体24包括输入端子，指向第一电源电压区域10的方向并且直接连接至第一电源电压区域。也即，促使垂直电流流过半导体部件的垂直功率半导体24和/或IGBT在其输入端子处直接连接至在电源电压区域10表面上的
金属化结构和/或导电
铜迹线。指向背离电源电压区域10的输出端子28使用接合引线连接至交变电压输出端20a。
[0033] 第二功率半导体26的输出端子也使用接合引线经由第一功率半导体24的输出端子28而连接至交变电压输出端20a。然而，第二功率半导体26的输出端子在此设置在功率半导体26的面对第二电源电压区域12的侧面上。背离该区域的输入端子12使用接合引线连接至第二电源电压区域12。也即，在此所示的实施例中，垂直功率半导体的输入和/或输出端子部分地直接位于导电迹线的用于引线连接部件的表面上。平行于相应功率半导体，
续流二极管34和36主要地以常用方式而引线连接，然而它们的功能并未描述在该
说明书中。尽管电气接触在此主要地通过使用接合引线而展示说明，可以以任何其他方式在每个情形中导电连接的元件之间形成电气接触，诸如使用隔离导
线束、刚性导体或类似物。
[0034] 为了与下文简要描述的用于产生交变电压的传统布线和/或电气组件相比改进电磁兼容性，在第一功率半导体24和第二功率半导体26的两个情形中，分别分配至第一和第二功率半导体的电源电压区域10和/或12也延伸在功率半导体24和26下方。尽管这可以在第一功率半导体24的情形中为了接触的原因仍然可以是惯用的，为此目的在图1中所示的实施例中，由设置在第二功率半导体26和第二电源电压区域12之间的额外衬底40促进了这点。第二功率半导体26的输出端子直接连接至和/或通过
焊接附接至在该衬底40的表面上的金属化结构和/或导电迹线，从而由于在第二电源电压区域12表面上的隔离衬底40，因此使得金属化结构和/或导电迹线也能够完全在第二功率半导体26下方延伸。
[0035] 不论是否涉及功率半导体和/或IGBT的集电极或发射极，输出端子在此应该理解为用于使用功率半导体切换电压至输出端和/或交变电压输出端20a的这类端子。因此，如在此所使用的功率半导体的输入端子应该理解为以导电方式连接至电源电压的这类端子。
[0036] 当在图1所示实施例中使用等同的IGBT时，第二功率半导体26的输入端子可以是其发射极，并且输出端子可以是第二功率半导体26的集电极。与此相反，第一功率半导体24的集电极可以是输入端子，以及第二功率半导体26的发射极可以是其输出端子。尽管在此描述使用IGBT作为功率半导体和/或功率开关，在本发明其他实施例中也可以使用其他、特别是垂直的功率开关元件，诸如
场效应晶体管(FET)、功率MOSFET或类似物。
[0037] 为了对比，图2以剖视图示出了用于第二功率半导体26的传统布线和/或传统配置。传统地，也即，不具有衬底40，对于图1中所示的配置，功率半导体将贴附在PCB 42上，输入端子44将由接合引线50接触至导电铜迹线46，导电铜迹线46延伸直至功率半导体48。输出端子52将通过焊接直接地附接至另一导电迹线54。铜层56通常也位于PCB的背面，其通过以足够热耦合的焊接而附接至组件的载体58，
散热器60通常同样位于组件的背面上以便于散发在工作期间导致的热量。然而，由于图2的传统设置，电源电压区域46并未延伸直至输出端子52下方，如根据本发明实施例的情形。因此，输出端子52与金属散热器形成了比较高的寄生电容等。就此而言，图2中所示的配置是特别不利的，因为在高频率下切换的输出端子52空间上紧邻其他金属和/或导电组件。
[0038] 在左侧示意图中，图3再次以剖视图示出了图2中所示的传统配置。在图3的右侧，与根据本发明的一个实施例所使用的第二功率半导体26的布线和/或配置的简化剖视图作比较，第二功率半导体设置在额外衬底40上，以使其输出端子62可以通过焊接而直接附接至衬底40表面上的导体结构64。这将允许第二电源电压区域12延伸直至第二功率半导体26的下方和/或正下方，在一方面看起来导致例如相对于散热器60而屏蔽了输出端子62。另一方面，与散热器的较大距离减小了寄生电容，这两者均可以导致干扰显著降低和/或显著改进本发明电气组件的EMC。
[0039] 图4示出了本发明的另一实施例，关于特征的宽广范围，其是基于使用图1所示的实施例以使得以下仅致力于提出差异。
[0040] 关于图4中所示的实施例，通过对称地执行中间电路而进一步改进了EMC。为了实现这点，在相同平面中延伸的两个电源电压区域10和12一方面相对于它们几何面积等同，另一方面相对于共同对称轴线66而对称，每个自身可以已经改进了EMC。可以由图4中所示的完全对称实施方式和/或中间电路地配置而进一步改进图1中所示实施例的EMC。
[0041] 图5示出了本发明的另一实施例，关于其关键特征，其是基于使用图1和图3之前所述的实施例，因此在该情形中也将仅简要讨论关于这些实施例的差异。在图5所示实施例中，中间电路以低电感方式向外连接。这意味着将第一和第二电源电压区域10和12连接至外壳14外部所需的接触包括低电感。在本发明情形中，这是通过以金属区域的形式向外引导接触而实现的，为此例如如图5中所示，第二电源电压区域12使用二维第二接触68拉长至外壳14的外部。此外，在图5所示实施例中，第一接触70也二维地延伸直至外壳14的边缘，以便于能够连接至电源电压源。在图5所示的实施例中，功率半导体在两侧上进一步由导电接触68和70和/或电源电压区域10和12所包封，以使得该类型连接除了防止中间电路中不希望的电感之外可以具有额外的屏蔽效应。
[0042] 此外，在图5所示的实施例中，交变电压输出端20a至20c的连接也以低电感方式而实施，也即通过焊接而将交变电压输出端20a至20c直接附接至额外衬底40而放弃了接合引线的使用。
[0043] 图6示出了本发明的另一实施例，其中可以通过使用多个电容器72a至72d而实现对电气组件1的EMC的进一步改进，多个电容器一方面连接至第一电源电压区域10并且另一方面连接至第二电源电压区域12。原则上，如果第一电源电压区域(10)和第二电源电压区域(12)由至少一个电容器相互耦合，这已经是有利的。根据其他实施例，电源电压区域也可以经由多个电容器而连接。根据一些其他实施例，两个电源电压区域也可以使用也具有不同类型和/或不同电容值的多个电容器相互连接，这可以导致抑制跨扩展
频率范围的干扰。
[0044] 根据本发明之前所述实施例，本发明的电气组件的实施例可以采用在机动交通工具中、特别是高电压部件中，例如当控制电动驱动
电机或类似物时。
[0045] 为了完整性，图7示出了在机动交通工具74中电气组件1的使用的示意图。机动交通工具74包括根据本发明任何实施例的由连接至
驱动电机76的电气组件1所控制的至少一个电动驱动电机76。
[0046] 尽管主要地在机动交通工具应用的上下文中描述了之前的实施例，本发明的电气组件的其他实施例也可以用于其他应用场景，诸如在固定设备中，并且其中例如在
太阳能电池系统、
风力
涡轮机、
水电厂或类似物的工业转换器中。
[0047] 之前说明书、后续
权利要求以及附图中所公开的特征可以是重要的以及单独地和以任何组合已实施的，为了在它们各个实施方式中实现实施例。
[0048] 如上所述的实施例仅示出了本发明的原理。应该理解的是，在此所述的设置和细节的修改和
变形对于本领域技术人员是明显的。因此，本发明意在仅由以下
专利权利要求的范围所限定，而并非由基于实施例的说明和解释所展示的具体细节所限定。
