[发明专利]高电流电子开关及方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及高电流电子开关以及制备其的方法，更具体地，其涉及这样的高电流电子开关以及对于很多应用需要很少或者不需要散热器(heat sink)的方法。

背景技术

包括在本部分中的信息涉及本发明的技术背景，但不考虑这样的背景技术是否合法地构成现有技术。

一般，要求50至500安培范围内的直流电流的电器将被提供在以10至100伏特的电压范围工作的系统中。电功率的此范围适于车载车辆(onboard car)、卡车、船、飞机、休闲车辆、电信系统、光电系统、风能系统、海洋浮标等。

近些年中，MOSFET开关在计算机系统中已经普及，备用功率系统和/或电池与诸如服务器、存储器和/或网络的计算系统相结合。当设备运行时，大部分应用中的限制因素在于设备中漏极至源极的电阻或者R_ds(on)因子。近些年来，MOSFET制造商已经将该因子从分欧姆(sub-ohm)稳步地降低至毫欧姆(milli-ohm)。目前，电压等级从30至50伏特的设备可以获得低至1.5至20毫欧的R_ds(on)。随着该参数渐近地达到了1毫欧的等级，封装电阻(package resistance)(引线框架(leadframe)、引线接合(wire bond)等)很大地限制了更大的改进。在这些高传导性设备的应用中，外部电阻开始阻碍MOSFET中获得的改进。在传导高电流时，随着设备温度的升高，R_ds(on)显著地增加(大约每摄氏度一个百分比)。

为了消除该温度增加，将MOSFET放置在价格昂贵的散热器上，以消除产生的热量，作为电压降的结果。如果这些散热器不足以消除MSOFET的过多热量，MOSFET可能被毁坏。一般的惯例是通过增大焊盘尺寸、迹线(trace)宽度、迹线厚度以及线规(wire gauge)，同时减少迹线长度、金属线长度以及由散热器系统施加的限制中的连接器电阻，而尽可能多地降低MOSFET及其源极和负载之间的电阻。

附图说明

以下为附图的简要说明：

图1为高电流电子开关的第一实施方案的侧视图；

图2为出于示意目的而具有印制电路板剖面图的一部分的图1的高电流电子开关的局部侧视图；

图3为图1的高电流电子开关的俯视图；

图4为图1的高电流开关的局部俯视图，其中出于示意目的，除去了顶部导体和印制电路；

图5为图1的高电流电子开关的电学示意图；

图6为高电流电子开关的第二实施方案的侧视图；

图7为图6的高电流电子开关的顶视图；以及

图8为图6的高电流电子开关的局部顶视图，其中除去了顶部导体和印制电路板。

具体实施方式

应该容易理解，可以各种不同的结构布置及设计本文附图中大体描述并说明的实施方案的组件。因此，如附图中所表示的，本发明的系统、组件和方法的实施方案的下列更加详细的说明并不旨在限制如权利要求所主张的本发明的范围，而仅仅是本发明的实施方案的代表。

针对高电流电子开关，公开了一种方法和系统。该开关可以适于打开和关闭，调整或者阻滞每个模块或装置的1至1000安培范围内的直流电。它以如此高的效率这样实行，产生相对可以忽略的热量，使得其通过对流和发散而要求很少的或者不要求冷却。通过连接至设备的电缆相当有效地传导出去在处理中产生的相对低的热量。

根据本发明的公开的实施方案，提供了一种高电流电子开关系统及其方法，其包括：第一主要导体、第二主要导体以及开关元件阵列。开关元件电连接第一主要导体和第二主要导体，并且物理地夹入在第一主要导体和第二主要导体之间。开关元件阵列具有小于大约500微欧的电阻。

根据本发明的公开的实施方案的另一方面，涉及提供在第一导体和第二导体之间并联的开关元件阵列，将来自每个开关元件的每个栅极引线(lead)电连接在一起，以及通过栅极引线控制开关元件，以闭合开关元件从而允许电流从第一导体流至第二导体、以及打开开关元件从而不允许电流从第一导体流至第二导体。开关元件阵列夹在第一导体和第二导体之间。

如图1到图4所示，示出了一种使用2乘6的开关元件阵列的高电流电子开关，一般标注为10。开关10包括矩形条12形式的第一主要导体、矩形条14形式的第二主要导体、开关元件34的阵列16、以及印制电路板18。在环形端子30、32处终止的电缆26、28可以通过紧固件20、22分别连接至第一矩形条12和第二矩形条14。