[发明专利]具有升高的共源极电感的直接敷铜电源模块

说明书

本公开提供了“具有升高的共源极电感的直接敷铜电源模块”。一种具有升高的共源极电感的直接敷铜(DBC)电源模块适合用作电动车辆的电驱动装置中的半桥。所述DBC基板上的蚀刻图案提供缩进凹口，用于集中所述功率回路中的磁通量。蚀刻的栅极迹线形成栅极回路，其中线圈绕组设置在所述凹口内或与所述凹口重叠，以增强每个开关晶体管(诸如IGBT)的所述共源极电感。这样，电动车辆的开关损耗降低，燃料经济性得到改善，对封装尺寸的影响最小，并且无需额外成本。

技术领域

本发明一般涉及用于半桥逆变器的电源开关模块，更具体地说，涉及用于电气化车辆的逆变器驱动系统，其中逆变器中的电源开关模块采用增强的共源极电感来获得高开关效率。

背景技术

电动车辆(诸如混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV))使用由逆变器驱动的电机来向车轮提供牵引扭矩。典型的电驱动系统可包括通过接触器开关耦合到可变电压转换器(VVC)的DC电源(诸如电池组或燃料电池)以调节主DC链路电容器两端的主总线电压。逆变器连接在主总线与牵引马达之间以便将DC总线电力转换为AC电压，所述AC电压耦合到马达的绕组以推进车辆。

逆变器包括以桥式配置与多个相桥连接的晶体管开关装置(诸如绝缘栅双极晶体管，IGBT)。每个相桥构造为半桥，其中高侧晶体管与低侧晶体管串联连接在DC总线之间。典型配置包括由具有三个相桥的逆变器驱动的三相马达。电子控制器导通和关断开关以便将来自总线的DC电压逆变为施加到马达的AC电压。逆变器可以对DC链路电压进行脉冲宽度调制以便提供正弦电流输出的近似值以按期望速度和转矩驱动马达。施加到IGBT的栅极的脉冲宽度调制(PWM)控制信号根据需要打开和关闭所述IGBT，使得产生的电流与期望的电流相匹配。

通过由驱动器电路提供的栅极信号在栅极端子处驱动诸如IGBT或MOSFET等半导体开关装置。对于IGBT，栅极信号施加在装置的栅极端子和发射极端子之间。在导通(ON)状态下，输出信号传导通过在集电极端子和发射极端子之间的装置。装置电流在栅极回路和功率回路中流动。

共源极电感是指功率开关晶体管中的主功率回路(即，晶体管的漏极-源极或集电极-发射极功率输出)和栅极驱动器回路(即，栅极-源极或栅极-发射极)共享的电感。共源极电感携带装置输出电流(例如，漏极-源极电流)和栅极充电/放电电流。共源极电感的输出(功率回路)部分中的电流以加强(例如，加速)开关性能的方式修改栅极电压。正如在2016年11月2日提交的名称为“Inverter Switching Devices with Common SourceInductance Layout to Avoid Shoot-Through”的共同未决的美国申请序列号15/341,184(通过引用结合于此)中所公开，减少的切换时间可能是期望的，因为在切换过渡期间，相关的能量消耗(即丢失)可能减少。通过选择适当的布局和/或在PCB迹线中包括添加重叠线圈以形成到晶体管栅极或发射极的导电路径以便获得期望的共源极电感，可以操纵(例如，增强)栅极回路电感和/或功率回路电感的幅度以及它们之间的互耦程度。

晶体管开关装置和相关部件(诸如跨越每个晶体管的反向二极管)通常封装在电源模块中。一种典型配置使用具有铜层的直接敷铜(DBC)基板，所述铜层具有接收晶体管和二极管管芯的蚀刻电路图案。在添加接合的跨接线、端子引脚和导电间隔件之后，可以将包含两个DBC基板的模块封装在包覆成型的塑料体中。

用于车辆电驱动系统的电源模块必须满足关于可靠性、效率、耐用性和成本的严格要求。另一个重要考虑因素是包装尺寸。当添加结构或部件以增加栅极回路和功率回路之间的共源极电感时，电源模块的封装尺寸已经增加。因此，期望在不显著增加部件或封装空间的情况下增加共源极电感。

发明内容