[发明专利]具有增强的共源极电感的逆变器功率模块引线框架

说明书

本公开提供了“具有增强的共源极电感的逆变器功率模块引线框架”。一种功率模块具有由引线框架总成承载的上晶体管管芯和下晶体管管芯。所述总成具有用于所述上管芯的正DC桨板和用于所述下管芯的AC桨板。上板将所述上管芯的第二侧与所述AC桨板互连，且下板将所述下管芯的第二侧与负供电杆互连。经由正供电杆和负供电杆流动的电流限定了产生主磁通量的功率回路，其中第一方向在中心区域中且返回方向位于所述中心区域外。所述上板和下板具有外边缘，其具有相应的凹口以集中返回磁通量的相应部分。每个管芯具有连接在栅极回路中的栅极焊盘，其中所述栅极回路各自与相应的集中返回通量重叠，从而增强了每个晶体管的共源极电感。

技术领域

本发明大体上涉及在用于逆变器桥的功率模块中的半导体开关装置，且更具体地涉及使用在具有用于增强共源极电感的结构的功率模块中的分立开关装置的电动化车辆的逆变器驱动系统。

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)，使用逆变器驱动的电机来提供牵引扭矩。典型的电驱动系统可以包括DC电源(诸如电池组或燃料电池)，其由接触器开关耦合到可变电压转换器(VVC)，以调节主DC链接电容器两端的主总线电压。逆变器连接在主总线和牵引马达之间，以便将DC总线电力转换成AC电压，所述AC电压耦合到马达的绕组以推进车辆。

逆变器包括以具有多个相桥的桥式配置连接的晶体管开关装置(诸如绝缘栅双极晶体管，IGBT)。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，以便传送正弦电流输出的近似值，以按期望的速度和扭矩驱动马达。施加到IGBT栅极的脉冲宽度调制(PWM)控制信号根据需要将其打开和关闭，以使产生的电流与所需电流匹配。

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。共源极电感承载装置输出电流(例如，漏极-源极或集电极-发射极电流)和栅极充电/放电电流。共源极电感的输出部分(即，功率回路)中的电流以加强(例如，加速)开关性能的方式修改栅极电压。对于开关桥，可能期望缩短开关时间，因为其可能在开关转变期间具有消耗(即，损耗)的能量的相关降低。电路电压、电流和开关操作的建模可确定共源极电感的最佳大小。

可通过选择适当的布局和/或包括在PCB迹线中形成至晶体管栅极或发射极的导电路径的附加重叠线圈操纵(例如，增强)栅极回路电感和/或功率回路电感的大小以及其之间的相互耦合程度，以便获得所需的共源极电感L_CSI。在各自通过引用整体并入本文的美国专利申请公开US2018/0152113A1、US2018/0159440A1和US2018/0123478A1，以及美国专利9,994,110中示出了示例。

功率模块通常产生大量的热量，因此其通常附接到冷板(即，散热器)以获得更好的热性能。用于冷板的优选材料包括导电材料，诸如铝或铜。当电力电流流过功率模块时，功率回路的时变磁通量在导电冷板中感应出涡电流。涡电流产生磁场，其与来自功率回路的原始磁场相反。总磁通量减小，这降低了功率回路的有效电感。因此，共源极电感还可能由于涡电流而减小，这使得难以根据需要增强共源极电感。

发明内容