[发明专利]母线和功率电子装置及制造引线端连接器的方法

说明书

用于功率电子系统的电流整形相臂母线包括：第一引线端连接器；第二引线端连接器，其与第一引线端连接器绝缘；以及第三引线端连接器，其与第一及第二引线端连接器绝缘。引线端连接器中的至少一个是电流整形引线端连接器，其包括具有用于电连接的多个预定义位置的一个或多个层，所述多个预定义位置包括一个或多个第一位置和多个第二位置，并且，包括在其一个或多个层内或在其一个或多个层之间的一个或多个间隙，以在其一个或多个第一位置和其多个第二位置之间提供大体上平衡的导电通路。

技术领域

本发明的实施例大致涉及功率电子设备，例如，开关装置。具体的实施例涉及功率电子装置，在该功率电子装置中，多个开关装置封装在一起。

背景技术

列车典型地以通过机车而推动或拉动的许多车厢为特征。机车具有与轨道接合的牵引轮。在现代的设计中，电动轮马达驱动牵引轮。经由来自容纳于机车内的一个或多个发动机驱动的发电机的配电而给电动轮马达供电。牵引轮和轮马达能够可逆地配置，从而还充当用于使机车减速的制动器。

类似地，在采矿工业中，大型非公路用车辆(“OHV”)通常采用用于推进或阻碍车辆的电动轮。具体地，OHV典型地包括与交流发电机、主牵引逆变器以及容纳于车辆的后轮胎内的一对轮驱动组件联合的大马力柴油发动机。柴油发动机直接地与交流发电机相关联，使得柴油发动机驱动交流发电机。交流发电机给主牵引逆变器供电，其中，半导体功率开关对交流发电机输出电流进行换向，以给两个轮驱动组件的电驱动马达提供电功率。

在机车应用和OHV应用两者中，固态功率变换器用于将来自发电机或交流发电机的高压电流提供给轮马达。这种功率变换器包括使电压逐步降低的感应线圈和对电流进行换向的半导体功率开关。虽然上述的应用为典型的，但将意识到，能够在许多其他环境下使用功率变换器。

通常，通过经由对应的门极驱动单元而将两个不同的门极电压电平交替地施加至单独的半导体功率开关，从而完成功率变换器的运行。示范性的半导体功率开关包括IGBT和BIGT。然而，半导体功率开关受制于循环热应力。更具体地，当由门极电压驱动时，各功率开关以相对较小的跨越开关的电压降沿正向传导相当大的电流。尽管跨越正向偏压的功率开关的电压相对较低，还是发生电阻加热。如将意识到的，当去除门极电压时，各半导体停止传导(除了泄漏电流之外)。因而，在适当的热设计的情况下，未通过门极电压而驱动的功率开关应当向环境温度冷却。

虽然耐久性是半导体设计中的考虑因素，但电气设计约束条件要求由具有不同的热性质(具体地，不同的热膨胀系数)的材料制作半导体功率开关的各种层。结果，随着时间的推移，热应力可能潜在地引起分层、引线端脱粘或疲劳开裂。热应力还可能引起电化学失效，诸如，形成电流丝和形成柯肯德尔空洞。

通过在限定成尽管有持续的开/关循环但还是使温度波动最小化的设计范围内维持加热/冷却循环，可使热应力效应为更可预见的，并且可减轻热应力效应。例如，可以关于散热装置或冷却剂管道而专门地封装半导体功率开关，使得安装于散热装置上的所有的功率开关都处于大致共同的温度。这种开关一般被称为“等温开关”。

然而，等温开关的结构配置可能在电路平衡方面带来挑战。例如，开关电连接点分成多个引线端，以允许高电流。于是，引线端连接器用于提供多个引线端的共同的电连接。典型地，引线端连接器包括夹于绝缘层之间的导电层。引线端连接器最经常地通过螺钉而连接到多个引线端，但是可以使用其他紧固方法。虽然这种封装布置往往向等温开关提供运行益处，但这些布置可能在保持电路“电平衡”使得属于同一电点的所有的电引线端都出现相同的电流流动且因此经历相同的功率损耗方面带来挑战。电失衡的系统(属于同一电点的电引线端不经历相同的电流流动和不经历相同的功率损耗的那些系统)可能在电路中显示不理想的电行为，因为，开关装置将位于远离设计而预见的运行点的不同的运行点处且失衡。

鉴于上文，如下的方案可以是理想的：使功率变换器中的半导体开关的电参数和热参数两者都优化，以便控制电阻且将杂散电感值保持得尽可能低。

发明内容