ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ Российский патент 2019 года по МПК H05K7/20 H02M3/135 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники

[0001] В данном описании изобретения раскрыт преобразователь мощности. В частности, в данном описании раскрыт преобразователь мощности, содержащий теплоотводы для охлаждения последовательного соединения двух переключающих элементов и эти переключающие элементы.

2. Раскрытие предшествующего уровня техники

[0002] Большинство преобразователей мощности, например, двунаправленные преобразователи постоянного тока в постоянный ток и инверторы содержат последовательные соединения, каждое из которых содержит два переключающих элемента. Например, трехфазный инвертор переменного тока оснащен цепью, содержащей три комплекта последовательных соединений, соединенных параллельно, каждый комплект содержит два переключающих элемента. Примеры переключающих элементов обычно могут содержать транзисторы, например, биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) и полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП-транзисторы).

[0003] Шум создается в связи с операцией включения/отключения переключающих элементов. Колебания напряжения в связи с операцией включения/отключения становятся больше в средней точке последовательного соединения, чем на клеммах высокого напряжения и клеммах низкого напряжения. Шум, создаваемый в связи с преобразованием напряжения в средней точке последовательного соединения, может влиять на другие устройства.

[0004] Синфазный шум происходит из шума, производимого в связи с колебаниями напряжения в средней точке, и распространяется через клемму заземления системы, содержащую преобразователь мощности, а затем возвращается на переключающие элементы; и если путь распространения синфазного шума длинный, синфазный шум становится электромагнитным шумом и влияет на другие устройства. Для удобства объяснения далее термин «синфазный шум» используют для представления шума, создаваемого в связи с колебаниями напряжения в средней точке последовательного соединения, и распространения посредством заземления.

[0005] В то же время, так как переключающие элементы преобразователей мощности выделяют значительную часть тепла, многие преобразователи мощности содержат теплоотводы. Обкладки, подключенные к переключающим элементам, имеют отличную теплопроводность, и, таким образом, теплоотвод может располагаться напротив обкладок с изолирующим слоем, располагающимся между ними. Для теплоотводов используется материал с высокой теплопроводностью, например, медь, и такой материал часто является материалом, проводящим электричество. Таким образом теплоотвод и обкладки с изолирующим слоем между ними составляют конденсаторы. Такие конденсаторы называют паразитными емкостями. Посредством соединения электропроводного теплоотвода с клеммой заземления, синфазный шум может распространяться через корпус преобразователя мощности, и вышеуказанные паразитные емкости для возврата к переключающим элементам. В результате, путь синфазного шума становится меньше, чтобы таким образом уменьшить электромагнитный шум.

[0006] В патентной заявке Японии № 2008-294216 дополнительно раскрыта техника уменьшения синфазного шума. Техника раскрыта ниже. Три обкладки (медные образцы) расположены напротив теплоотвода (холодильная плита) из меди с изолирующей пластиной, расположенной между ними. Теплоотвод соединен с клеммой заземления. Клемма высокого напряжения последовательного соединения двух переключающих элементов подключена к первой обкладке, а клемма низкого напряжения последовательного соединения подключена ко второй обкладке. Средняя точка последовательного соединения подключена к третьей обкладке. Изолирующий слой имеет большую толщину только в положении, соответствующем третьей обкладке. Поэтому паразитная емкость между третьей обкладкой и теплоотводом, т. е. паразитная емкость между средней точкой и заземлением, становится меньше. В результате, синфазный шум, переданный на клемму заземления, подавляется.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] В преобразователе мощности в заявке JP 2008-294216 A расстояние между третьей обкладкой и теплоотводом становится больше и эффективность охлаждения снижается. В данном описании представлена техника снижения синфазного шума без снижения эффективности охлаждения по сравнению с техникой в заявке JP 2008-294216 A.

[0008] В аспекте настоящего изобретения представлен преобразователь мощности, содержащий два переключающих элемента, соединенных последовательно, обкладку положительного электрода, обкладку отрицательного электрода, обкладку в средней точке, первый теплоотвод и второй теплоотвод. Обкладка положительного электрода соединена с клеммой высокого напряжения последовательного соединения двух переключающих элементов. Обкладка отрицательного электрода соединена с клеммой низкого напряжения последовательного соединения двух переключающих элементов. Обкладка в средней точке соединена со средней точкой последовательного соединения двух переключающих элементов. Первый теплоотвод обладает электропроводностью. Первый теплоотвод расположен напротив обкладки положительного электрода с первым изолирующим слоем, расположенным между первым теплоотводом и обкладкой положительного электрода. Первый теплоотвод расположен напротив обкладки отрицательного электрода с первым изолирующим слоем, расположенным между первым теплоотводом и обкладкой отрицательного электрода. Первый теплоотвод соединен с клеммой заземления, поддерживаемой с нулевым потенциалом. Второй теплоотвод обладает электропроводностью. Второй теплоотвод расположен напротив обкладки в средней точке со вторым изолирующим слоем, расположенным между вторым теплоотводом и обкладкой в средней точке. Второй теплоотвод изолирован от клеммы заземления. В преобразователе мощности второй теплоотвод, расположенный напротив обкладки в средней точке, изолирован от клеммы заземления, чтобы таким образом снизить синфазный шум, распространяющийся от обкладки в средней точке к клемме заземления. Таким образом, отсутствует необходимость увеличения толщины второго изолирующего слоя, расположенного между обкладкой в средней точке и вторым теплоотводом, и, таким образом, предотвращается большое снижение эффективности охлаждения. Здесь первый изолирующий слой и второй изолирующий слой могут быть общим изолирующим слоем.

[0009] В вышеуказанном преобразователе мощности первый теплоотвод и второй теплоотвод могут быть соединены друг с другом изолирующим элементом, расположенным между первым теплоотводом и вторым теплоотводом. В это время, создается паразитная емкость между первым теплоотводом и вторым теплоотводом с изолирующим элементом, расположенным между ними. В то же время, также создается паразитная емкость между обкладкой в средней точке и вторым теплоотводом со вторым изолирующим слоем, расположенным между ними. Паразитная емкость также создается между обкладкой положительного электрода и первым теплоотводом с первым изолирующим слоем, расположенным между ними, и паразитная емкость также создается между обкладкой отрицательного электрода и первым теплоотводом с первым изолирующим слоем, расположенным между ними. Шум, создаваемый обкладкой в средней точке, распространяется через второй теплоотвод, первый теплоотвод и обкладку положительного электрода (или обкладку отрицательного электрода), а затем возвращается на переключающие элементы. В это время шум распространяется через три паразитные емкости и таким образом ослабляется.

[0010] В вышеуказанном преобразователе мощности канал для хладагента может быть расположен между первым теплоотводом и вторым теплоотводом.

[0011] В вышеуказанном преобразователе мощности первый теплоотвод может быть расположен так, чтобы окружать два переключающих элемента; первый изолирующий слой; обкладку положительного электрода; обкладку отрицательного электрода; обкладку в средней точке; второй изолирующий слой; второй теплоотвод; и изолирующий элемент. Второй теплоотвод может быть расположен напротив первого теплоотвода с изолирующим элементом, расположенным между вторым теплоотводом и первым теплоотводом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Отличительные признаки, преимущества, техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления настоящего изобретения раскрыты ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых одинаковые обозначения относятся к одинаковым элементам:

ФИГ. 1 представляет собой эквивалентную схему преобразователя мощности первого варианта осуществления изобретения;

ФИГ. 2 представляет собой вид в разрезе преобразователя мощности первого варианта осуществления изобретения;

ФИГ. 3 представляет собой вид в разрезе преобразователя мощности второго варианта осуществления изобретения;

ФИГ. 4 представляет собой вид в разрезе преобразователя мощности третьего варианта осуществления изобретения;

ФИГ. 5 представляет собой вид в разрезе преобразователя мощности четвертого варианта осуществления изобретения; и

ФИГ. 6 представляет собой вид в разрезе преобразователя мощности пятого варианта осуществления изобретения.

ДЕТАЛЬНОЕ РАСКРЫТИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый вариант осуществления

[0013] Как показано со ссылкой на ФИГ. 1 и ФИГ. 2, будет раскрыт преобразователь мощности первого варианта осуществления изобретения. ФИГ. 1 представляет собой эквивалентную схему преобразователя 2 мощности с периферийными устройствами. ФИГ. 2 представляет собой вид в разрезе преобразователя 2 мощности. Преобразователь 2 мощности — это инвертор, преобразующий электроэнергию постоянного тока в электроэнергию переменного тока. Преобразователь 2 мощности выводит трехфазный переменный ток, но на ФИГ. 1 и ФИГ. 2 показана только конструкция (цепь) для переменного тока в одной фазе, а конструкции (цепи) для переменных токов в других двух фазах не показаны. Каждая из конструкций для переменных токов в двух других фазах имеет ту же конструкцию, что и конструкция (цепь) для переменного тока в одной фазе, показанной на ФИГ. 1 и ФИГ. 2.

[0014] Раскрытие будет начато с эквивалентной цепи преобразователя 2 мощности со ссылкой на ФИГ. 1. Преобразователь 2 мощности содержит два переключающих элемента 6, 7 и два диода 8, 9 обратной цепи. Переключающие элементы 6, 7, например, являются биполярными транзисторами с изолированным затвором (БТИЗ). Два переключающих элемента 6, 7 соединены последовательно. Диод 8 обратной цепи соединен встречно-параллельно переключающему элементу 6, и диод 9 обратной цепи соединен встречно-параллельно с переключающим элементом 7. Источник 21 мощности постоянного тока соединен с клеммой 3 высокого напряжения и с клеммой 4 низкого напряжения последовательного соединения 10 двух переключающих элементов 6, 7. Сглаживающий конденсатор 22 соединен параллельно с клеммой 3 высокого напряжения и с клеммой 4 низкого напряжения. Нагрузка 23 соединена со средней точкой 5 последовательного соединения 10 двух переключающих элементов 6, 7 и клеммой 4 низкого напряжения. Нагрузка 23 — это устройство, например, электромотор, управляемый электроэнергией переменного тока. Кабель, соединяющий нагрузку 23 со средней точкой 5, называют выходной кабель 25.

[0015] Переменный ток выводится из средней точки 5 посредством управления включением/отключением переключающих элементов 6, 7. Преобразователь 2 мощности дополнительно содержит два комплекта последовательных соединений, каждое из которых имеет ту же конструкцию, что и последовательное соединение 10 переключающих элементов 6, 7, и эти комплекты соединены параллельно источнику 21 мощности постоянного тока, но они не показаны на изображениях. Переменный ток выводится из соответствующих средних точек трех комплектов последовательных соединений в общем. Три типа переменных токов, соответственно выводимых из трех комплектов последовательных соединений, имеют фазы, смещенные друг от друга на 120°, и эти переменные токи подаются на нагрузку 23 как трехфазный переменный ток.

[0016] Ссылочные номера 24 на ФИГ. 1 обозначают клеммы заземления. Конденсаторы 50a, 50b, 50c, 50d, показанные пунктирными линиями, обозначают паразитные емкости, созданные в преобразователе 2 мощности. Конденсатор 51, показанный пунктирными линиями, представляет собой паразитную емкость, созданную между нагрузкой 23 и клеммой 24 заземления, и конденсатор 52 обозначает паразитную емкость, созданную между источником мощности постоянного тока и клеммой 24 заземления. Далее конденсаторы с 50a по 50d, 51, 52 обозначены как паразитные емкости с 50a по 50d, 51, 52, соответственно. Паразитная емкость — это емкостная составляющая, созданная благодаря физической структуре электронного оборудования (электронная составляющая), и емкостная составляющая, не предусмотренная проектировщиком цепи. Паразитную емкость также называют конструктивной емкостью.

[0017] Присвоенные номера 18 и 19 на ФИГ. 1 представляют собой теплоотводы, которые рассеивают тепло полупроводникового кристалла, содержащего переключающие элементы 6, 7 и диоды 8, 9 обратной цепи. Затем, со ссылкой на ФИГ. 2, будет раскрыта физическая структура преобразователя 2 мощности, содержащая теплоотводы (первый теплоотвод 18, второй теплоотвод 19) и раскрытые выше конденсаторы с 50a по 50d. Переключающий элемент 6 и диод 8 обратной цепи на эквивалентной схеме (ФИГ. 1) встроены в полупроводниковый кристалл 16. Внутри полупроводникового кристалла 16 переключающий элемент 6 и диод 8 обратной цепи соединены друг с другом встречно-параллельно. Полупроводниковый кристалл 16 имеет плоский тип, коллекторный электрод 6a переключающего элемента 6 предусмотрен на одной поверхности (нижняя поверхность на ФИГ. 2) полупроводникового кристалла 16, а эмиттерный электрод 6b переключающего элемента 6 предусмотрен на другой поверхности (верхняя поверхность на ФИГ. 2) полупроводникового кристалла 16. Переключающий элемент 7 и диод 9 обратной цепи на эквивалентной схеме (ФИГ. 1) встроены в полупроводниковый кристалл 17. Внутри полупроводникового кристалла 17 переключающий элемент 7 и диод 9 обратной цепи соединены друг с другом встречно-параллельно. Полупроводниковый кристалл 17 имеет плоский тип, коллекторный электрод 7a переключающего элемента 7 предусмотрен на одной поверхности (верхняя поверхность на ФИГ. 2) полупроводникового кристалла 17, а эмиттерный электрод 7b переключающего элемента 7 предусмотрен на другой поверхности (нижняя поверхность на ФИГ. 2) полупроводникового кристалла 17. На ФИГ. 2 не представлены изображения внутренних структур полупроводниковых кристаллов 16, 17 и они просто заштрихованы.

[0018] Обкладка 13 положительного электрода соединена с нижней поверхностью полупроводникового кристалла 16, где показан коллекторный электрод 6a. Коллекторный электрод 6a и обкладка 13 положительного электрода имеют электрическое соединение друг с другом. Обкладка 14 отрицательного электрода соединена с нижней поверхностью полупроводникового кристалла 17, где показан эмиттерный электрод 7b. Эмиттерный электрод 7b и обкладка 14 отрицательного электрода имеют электрическое соединение друг с другом. Обкладка 13 положительного электрода и обкладка 14 отрицательного электрода поддерживаются первым теплоотводом 18 с изолирующим слоем 31, расположенным между ними. Другими словами, обкладка 13 положительного электрода и обкладка 14 отрицательного электрода располагаются напротив первого теплоотвода 18 с изолирующим слоем 31, расположенным между ними.

[0019] Первый теплоотвод 18 имеет сквозное отверстие 18a. Изолирующий элемент 32 предусмотрен на внутренней окружности сквозного отверстия 18a, а второй теплоотвод 19 расположен внутрь от изолирующего элемента 32. Второй теплоотвод 19 изолирован от первого теплоотвода 18. Обкладка 15 в средней точке поддерживается вторым теплоотводом 19 с изолирующим слоем 31 расположенным между ними. Другими словами, обкладка 15 в средней точке расположена напротив второго теплоотвода 19 с изолирующим слоем 31 расположенным между ними. Эмиттерный электрод 6b полупроводникового кристалла 16 и коллекторный электрод 7a полупроводникового кристалла 17 имеют электрическое соединение с обкладкой 15 в средней точке посредством жгутов 33 проводов.

[0020] Обкладка 15 в средней точке является одним примером средней точки 5 последовательного соединения двух полупроводниковых кристаллов 16, 17 (двух переключающих элементов 6, 7). Обкладка 13 положительного электрода, соединенная с коллекторным электродом 6a полупроводникового кристалла 16 (переключающего элемента 6), является одним примером клеммы 3 высокого напряжения последовательного соединения. Обкладка 14 отрицательного электрода, соединенная с эмиттерным электродом 7b полупроводникового кристалла 17 (переключающего элемента 7), является одним примером клеммы 4 низкого напряжения последовательного соединения (см. ФИГ. 1).

[0021] Несмотря на то, что кабель, выходящий из источника постоянного тока 21 (см. ФИГ. 1), соединен с обкладкой 13 положительного электрода и обкладкой 14 отрицательного электрода, они не изображены. Несмотря на то, что другой кабель, выходящий из нагрузки 23 (см. ФИГ. 1), соединен с обкладкой 15 в средней точке и обкладкой 14 отрицательного электрода, кабель не изображен.

[0022] Первый теплоотвод 18 и второй теплоотвод 19 изготовлены из меди, поэтому эти теплоотводы обладают отличной теплопроводностью, а также электропроводностью. Первый теплоотвод 18 имеет электрическое соединение с клеммой 24 заземления. Второй теплоотвод 19 изолирован от первого теплоотвода 18, и, таким образом, второй теплоотвод 19 также изолирован от клеммы 24 заземления.

[0023] Обкладка 13 положительного электрода, соединенная с коллекторным электродом 6a полупроводникового кристалла 16, располагается напротив первого теплоотвода 18 с изолирующим слоем 31, расположенным между ними. Первый теплоотвод 18 соединен с клеммой 24 заземления. Обкладка 13 положительного электрода и первый теплоотвод 18, расположенные напротив друг друга с изолирующим слоем 31, расположенным между ними, образуют паразитную емкость 50a, показанную на ФИГ. 1. Обкладка 14 отрицательного электрода, соединенная с эмиттерным электродом 7b полупроводникового кристалла 17, располагается напротив первого теплоотвода 18 с изолирующим слоем 31, расположенным между ними. Обкладка 14 отрицательного электрода и первый теплоотвод 18, расположенные напротив друг друга с изолирующим слоем 31, расположенным между ними, образуют паразитную емкость 50b, показанную на ФИГ. 1. Обкладка 15 в средней точке, соответствующей средней точке последовательного соединения двух полупроводниковых кристаллов 16, 17 (два переключающих элемента 6, 7), расположена напротив второго теплоотвода 19 с изолирующим слоем 31, расположенным между ними. Обкладка 15 в средней точке и второй теплоотвод 19, расположенные напротив друг друга с изолирующим слоем 31, расположенным между ними, образуют паразитную емкость 50c, показанную на ФИГ. 1. Внутренняя поверхность окружности сквозного отверстия 18a в первом теплоотводе 18 и внешняя поверхность окружности второго теплоотвода 19 расположены напротив друг друга с изолирующим элементом 32, расположенным между ними. Первый теплоотвод 18 и второй теплоотвод 19, расположенные напротив друг друга с изолирующим элементом 32, расположенным между ними, образуют паразитную емкость 50d, показанную на ФИГ. 1.

[0024] Паразитная емкость 51, показанная на ФИГ. 1, находится между нагрузкой 23 и клеммой 24 заземления. Паразитная емкость 51 образуется, например, между корпусом (корпус нагрузки 23), соединенным с клеммой 24 заземления и электрическим компонентом нагрузки 23, расположенным рядом с корпусом. Паразитная емкость 52, показанная на ФИГ. 1, находится между источником 21 питания постоянного тока и клеммой 24 заземления. Паразитная емкость 52 образуется, например, между корпусом (корпусом источника 21 питания постоянного тока), соединенным с клеммой 24 заземления и электрическим компонентом источника 21 питания постоянного тока, расположенного рядом с корпусом.

[0025] Как показано со ссылкой на ФИГ. 1, будут раскрыты пути передачи синфазного шума. Как указано выше, в данном описании синфазный шум означает шум, образующийся в связи с колебаниями напряжения в средней точке последовательного соединения двух переключающих элементов и распространяющийся через терминал заземления. Так как пути синфазного шума идут из средней точки 5, существует путь через паразитную емкость 50c, 50d и путь через паразитную емкость 51. Физически прежний путь — это путь через обкладку 15 в средней точке, изолирующий слой 31, второй теплоотвод 19, изолирующий элемент 32 и первый теплоотвод 18 (путь R1 на ФИГ. 1). Физически последний путь — это путь через выходной кабель 25 и нагрузку 23 (путь R2 на ФИГ. 1). Путь через паразитную емкость 50c, 50d затем проходит через паразитную емкость 50a или паразитную емкость 50b (первый теплоотвод 18 и обкладка 13 положительного электрода или обкладка 14 отрицательного электрода), а затем возвращается на переключающие элементы 6, 7 (путь R3 на ФИГ. 1). В вышеуказанных путях (R1 и R3) первый теплоотвод 18 и второй теплоотвод 19 соединены друг с другом изолирующим элементом 32, и, таким образом, пути проходят через три паразитные емкости с 50a по 50d (путь через паразитные емкости 50a, 50c, 50d или путь через паразитные емкости 50b, 50c, 50d). За счет распространения через множество паразитных емкостей синфазный шум ослабляется (синфазный шум снижается). Пути, проходящие через пути R1, R3 и возвращающиеся на переключающие элементы 6, 7, не проходят через саму клемму 24 заземления, но проходят через первый теплоотвод 18, имеющий потенциал, равный потенциалу клеммы 24 заземления, и, таким образом, шум, распространяющийся через путь, обрабатывается как синфазный шум.

[0026] В то же время, синфазный шум, распространяющийся через паразитную емкость 51, в основном распространяется через паразитные емкости 50a, 50b, а не через паразитную емкость 52 (путь R4 на ФИГ. 1), а затем возвращается на переключающие элементы 6, 7 (пути R3, R5 на ФИГ. 1). Это связано с тем, что длина провода заземления между нагрузкой 23 (мотор) и преобразователем 2 мощности обычно короче, чем длина провода заземления между нагрузкой 23 (мотор) и источником 21 питания постоянного тока. Синфазный шум, распространяющийся через пути R5, R3, увеличивается, и синфазный шум, распространяющийся через паразитную емкость 52, расположенную рядом с источником 21 питания постоянного тока, снижается за счет этого увеличения. За счет этого возможно увеличение процентного соотношения синфазного шума, возвращающегося в меньшем контуре, чтобы сократить таким образом электромагнитный шум.

[0027] Как раскрыто выше, преобразователь 2 мощности, в настоящем варианте осуществления изобретения, может погасить синфазный шум. С другой стороны, в преобразователе 2 мощности отсутствует необходимость увеличивать толщину изолирующего слоя 31 между обкладкой 15 в средней точке и вторым теплоотводом 19, не снижая таким образом эффективность охлаждения.

Второй вариант осуществления

[0028] Как показано со ссылкой на ФИГ. 3, будет раскрыт преобразователь 2 мощности второго варианта осуществления изобретения. ФИГ. 3 представляет собой вид в разрезе преобразователя 2а мощности второго варианта осуществления изобретения. Как и в первом варианте осуществления изобретения, переключающий элемент 6 и диод 8 обратной цепи встроены в полупроводниковый кристалл 16 и соединены друг с другом встречно-параллельно. Переключающий элемент 7 и диод 9 обратной цепи встроены в полупроводниковый кристалл 17 и соединены друг с другом встречно-параллельно. Коллекторный электрод переключающего элемента 6 предусмотрен на верхней поверхности полупроводникового кристалла 16, а эмиттерный электрод переключающего элемента 6 предусмотрен на нижней поверхности полупроводникового кристалла 16. Эмиттерный электрод предусмотрен на верхней поверхности полупроводникового кристалла 17, и коллекторный электрод предусмотрен на нижней поверхности полупроводникового кристалла 17.

[0029] Обкладка 113 положительного электрода соединена с верхней поверхностью полупроводникового кристалла 16, где показан коллекторный электрод. Коллекторный электрод полупроводникового кристалла 16 (переключающий элемент 6) и обкладка 113 положительного электрода имеют электрическое соединение друг с другом. Обкладка 114 отрицательного электрода соединена с верхней поверхностью полупроводникового кристалла 17, где показан эмиттерный электрод. Эмиттерный электрод полупроводникового кристалла 17 (переключающий элемент 7) и обкладка 114 отрицательного электрода имеют электрическое соединение друг с другом. Обкладка 113 положительного электрода и обкладка 114 отрицательного электрода поддерживаются первым теплоотводом 118 с первым изолирующим слоем 131, расположенным между ними. Другими словами, обкладка 113 положительного электрода и обкладка 114 отрицательного электрода располагаются напротив первого теплоотвода 118 с первыми изолирующими слоями 131, расположенным между ними.

[0030] Первый теплоотвод 118 проходит вокруг полупроводниковых кристаллов 16, 17 к противоположным сторонам полупроводниковых кристаллов 16, 17 и содержит отверстие 118a. Изолирующий элемент 132 предусмотрен на внутренней окружности отверстия 118a, а второй теплоотвод 119 расположен внутрь от изолирующего элемента 132. Второй теплоотвод 119 изолирован от первого теплоотвода 118. Первый теплоотвод 118 и второй теплоотвод 119 образуют контейнер, содержащий полупроводниковые кристаллы 16, 17, обкладку 113 положительного электрода, обкладку 114 отрицательного электрода и первую и вторую обкладки 115a, 115b в средней точке, раскрытые ниже. Пространство, окруженное первым теплоотводом 118 и вторым теплоотводом 119 заполнено не показанной смолой. Т. е. полупроводниковые кристаллы 16, 17, обкладка 113 положительного электрода, обкладка 114 отрицательного электрода и первая и вторая обкладки 115a, 115b в средней точке, раскрытые ниже, загерметизированы смолой.

[0031] Первая обкладка 115a в средней точке соединена с нижней поверхностью полупроводникового кристалла 16, где показан эмиттерный электрод. Эмиттерный электрод полупроводникового кристалла 16 и первая обкладка 115a в средней точке имеют электрическое соединение друг с другом. Вторая обкладка 115b в средней точке соединена с нижней поверхностью полупроводникового кристалла 17, где показан коллекторный электрод. Коллекторный электрод полупроводникового кристалла 17 и вторая обкладка 115b в средней точке имеют электрическое соединение друг с другом.

[0032] Первая обкладка 115a в средней точке и вторая обкладка 115b в средней точке поддерживаются вторым теплоотводом 119 со вторыми изолирующими слоями 133, расположенными между ними. Другими словами, первая обкладка 115a в средней точке и вторая обкладка 115b в средней точке располагаются напротив второго теплоотвода 119 со вторыми изолирующими слоями 133, расположенными между ними. Первая обкладка 115a в средней точке и вторая обкладка 115b в средней точке соединены друг с другом жгутами 139 проводов.

[0033] Первая обкладка 115a в средней точке и вторая обкладка 115b в средней точке обладают равным потенциалом и соответствуют средней точке 5 (см. ФИГ. 1) последовательного соединения двух полупроводниковых кристаллов 16, 17 (двух переключающих элементов 6, 7). Обкладка 113 положительного электрода, соединенная с коллекторным электродом полупроводникового кристалла 16 (переключающего элемента 6), соответствует клемме 3 высокого напряжения (см. ФИГ. 1) последовательного соединения, а обкладка 114 отрицательного электрода, соединенная с эмиттерным электродом полупроводникового кристалла 17 (переключающего элемента 7), соответствует клемме 4 низкого напряжения (см. ФИГ. 1) последовательного соединения. Несмотря на то, что кабель, выходящий из источника постоянного тока 21 (см. ФИГ. 1), соединен с обкладкой 113 положительного электрода и обкладкой 114 отрицательного электрода, они не изображены. Несмотря на то, что другой кабель, выходящий из нагрузки 23 (см. ФИГ. 1), соединен с первой обкладкой 115a в средней точке или второй обкладкой 115b в средней точке, а также с обкладкой 114 отрицательного электрода, они не изображены.

[0034] Первый теплоотвод 118 и второй теплоотвод 119 изготовлены из меди, поэтому они обладают отличной теплопроводностью, а также электропроводностью. Первый теплоотвод 118 имеет электрическое соединение с клеммой 24 заземления. Второй теплоотвод 119 изолирован от первого теплоотвода 118, и, таким образом, второй теплоотвод 119 также изолирован от клеммы 24 заземления.

[0035] Обкладка 113 положительного электрода, соединенная с верхней поверхностью (коллекторным электродом) полупроводникового кристалла 16, располагается напротив первого теплоотвода 118 с первым изолирующим слоем 131, расположенным между ними. Первый теплоотвод 118 соединен с клеммой 24 заземления. Обкладка 113 положительного электрода и первый теплоотвод 118, расположенные напротив друг друга с изолирующим слоем 131, расположенным между ними, образуют паразитную емкость 50a, показанную на ФИГ. 1. Обкладка 114 отрицательного электрода, соединенная с верхней поверхностью (эмиттерным электродом) полупроводникового кристалла 17, располагается напротив первого теплоотвода 118 с первыми изолирующими слоями 131, расположенными между ними. Обкладка 114 отрицательного электрода и первый теплоотвод 118, расположенные напротив друг друга с первыми изолирующими слоями 131, расположенными между ними, образуют паразитную емкость 50b, показанную на ФИГ. 1. Первая обкладка 115a в средней точке и вторая обкладка 115b в средней точке располагаются напротив друг друга со вторыми изолирующими слоями 133, расположенными между ними. Первая и вторая обкладки 115a, 115b в средней точке и второй теплоотвод 119, расположенные напротив друг друга со вторыми изолирующими слоями 133, расположенными между ними, образуют паразитную емкость 50с, показанную на ФИГ. 1. Так как в жгуте 139 проводов, соединяющем первую обкладку 115a со второй обкладкой 115b в средней точке, присутствует паразитная реактивность, синфазный шум, распространяющийся от полупроводникового кристалла 16 через первую обкладку 115a в средней точке, и синфазный шум, распространяющийся от полупроводникового кристалла 17 через обкладку 115b в средней точке, присутствуют отдельно. Однако, они оба рассматриваются здесь как один.

[0036] Внутренняя поверхность окружности отверстия 118a в первом теплоотводе 118 и внешняя поверхность окружности второго теплоотвода 119 расположены напротив друг друга с изолирующим элементом 132, расположенным между ними. Первый теплоотвод 118 и второй теплоотвод 119, расположенные напротив друг друга с изолирующим элементом 132, расположенным между ними, образуют паразитную емкость 50d, показанную на ФИГ. 1.

[0037] Преобразователь 2a мощности на ФИГ. 3 также имеет круговую конструкцию, показанную на эквивалентной схеме на ФИГ. 1. Таким образом, преобразователь 2a мощности на ФИГ. 3 также снижает синфазный шум. Преобразователь 2a мощности выполнен таким образом, что теплоотводы расположены напротив обеих поверхностей полупроводниковых кристаллов 16, 17, и, таким образом, преобразователь 2a мощности обладает отличной эффективностью охлаждения для полупроводниковых кристаллов 16, 17.

Третий вариант осуществления

[0038] ФИГ. 4 представляет собой вид в разрезе преобразователя 2b мощности третьего варианта осуществления изобретения. В преобразователе 2b мощности канал 201 для хладагента, через который проходит жидкий хладагент, входит в первый теплоотвод 218 и второй теплоотвод 219. Другие конструкции соответствуют конструкции преобразователя 2a мощности второго варианта осуществления, и поэтому их раскрытие не представлено. В данном случае на ФИГ. 4 аналогичные номера присвоены тем же компонентам, что и компонентам преобразователя 2a мощности на ФИГ. 3. Преобразователь 2b мощности может достигать того же эффекта, что и преобразователь 2a мощности во втором варианте осуществления изобретения. Дополнительно, преобразователь 2b мощности содержит канал 201 для хладагента, и, таким образом, преобразователь 2b мощности обладает большей эффективностью охлаждения полупроводниковых кристаллов 16, 17, чем преобразователь 2a мощности второго варианта осуществления.

Четвертый вариант осуществления

[0039] ФИГ. 5 представляет собой вид в разрезе преобразователя 2c мощности четвертого варианта осуществления изобретения. В преобразователе 2с мощности четвертого варианта осуществления второй теплоотвод 319 полностью отделен от первого теплоотвода 318, соединенного с клеммой 24 заземления. Другие конструкции соответствуют конструкции преобразователя 2a мощности второго варианта осуществления, и поэтому их раскрытие не представлено. На ФИГ. 5 аналогичные номера присвоены тем же компонентам, что и компонентам преобразователя 2a мощности на ФИГ. 3. В преобразователе 2c мощности второй теплоотвод 319 полностью электрически изолирован. Таким образом, на эквивалентной схеме на ФИГ. 1 отсутствует паразитная емкость 50d. В этом случае весь синфазный шум распространяется через выходной кабель 25 и нагрузку 23 на клемму 24 заземления. Синфазный шум, распространившийся на клемму 24 заземления, проходит через паразитную емкость 50a (паразитная емкость состоит из обкладки 113 положительного электрода и первого теплоотвода 118) и паразитную емкость 50b (паразитная емкость состоит из обкладки 114 отрицательного электрода и первого теплоотвода 118), а затем возвращается на полупроводниковые кристаллы 16, 17. В этом случае синфазный шум, распространяющийся через источник 21 питания постоянного тока, также может быть уменьшен.

Пятый вариант осуществления

[0040] На ФИГ. 6 показан преобразователь 2d частоты пятого варианта осуществления изобретения. На ФИГ. 6 аналогичные номера присвоены тем же компонентам, что и компонентам преобразователя 2a мощности на ФИГ. 3. В преобразователе 2d первый теплоотвод 418 окружает полупроводниковые кристаллы 16, 17. Кроме того, первый теплоотвод 418 расположен таким образом, что окружает полупроводниковые кристаллы 16, 17, первые изолирующие слои 131, обкладку 113 положительного электрода, обкладку 114 отрицательного электрода, первую обкладку 115a в средней точке, вторую обкладку 115b в средней точке, вторые изолирующие слои 133, второй теплоотвод 419 и изолирующий элемент 432. Как показано на Фиг. 6, часть первого теплоотвода 418 расположена напротив вторых изолирующих слоев 133. В преобразователе 2d частоты второй теплоотвод 419 и изолирующий элемент 432 расположены между вторыми изолирующими слоями 133 и частью первого теплоотвода 418, расположенного напротив вторых изолирующих слоев 133. Вторые изолирующие слои 133 контактируют с одной поверхностью второго теплоотвода 419, а изолирующий элемент 432 контактирует с другой поверхностью второго теплоотвода 419. Второй теплоотвод 419 расположен напротив части первого теплоотвода 418 с изолирующим элементом 432, расположенным между ними. Преобразователь 2d на ФИГ. 6 имеет те же соединения соответствующих компонентов, что и преобразователь 2a мощности на ФИГ. 3, и, таким образом, может быть достигнута та же эффективность работы, что и у преобразователя 2a мощности.

[0041] Следует учитывать одну особенность техники, раскрытой в вариантах осуществления изобретения. В преобразователе мощности первого варианта осуществления изобретения изолирующий слой 31 служит первым изолирующим слоем, и вторым изолирующим слоем — в других вариантах осуществления изобретения.

[0042] Отличительные признаки преобразователей мощности в вышеуказанных вариантах осуществления изобретения объединены следующим образом. Каждый из преобразователей 2, с 2a по 2d мощности содержит два полупроводниковых кристалла 16, 17, обкладку 13 (113) положительного электрода, обкладку 14 (114) отрицательного электрода, обкладку 15 (115, 115a, 115b) в средней точке, первый теплоотвод 18 (118) и второй теплоотвод 19 (119). Полупроводниковый кристалл 16 содержит переключающий элемент 6, а полупроводниковый кристалл 17 содержит переключающий элемент 7. Обкладка 13 (113) положительного электрода соединена с клеммой высокого напряжения полупроводникового кристалла 16 на одной стороне. Обкладка 14 (114) отрицательного электрода соединена с клеммой низкого напряжения полупроводникового кристалла 17 на другой стороне. Обкладка 15 (115, 115a, 115b) в средней точке соединена с клеммой низкого напряжения полупроводникового кристалла 16 на одной стороне и с клеммой высокого напряжения полупроводникового кристалла 17 на другой стороне. Первый теплоотвод 18 (118) обладает электропроводностью, расположен напротив обкладки 13 (113) положительного электрода и обкладки 14 (114) отрицательного электрода с изолирующим слоем 31 (131), расположенным между ними, и соединен с клеммой 24 заземления, поддерживаемой с нулевым потенциалом. Второй теплоотвод 19 (119) обладает электропроводностью, расположен напротив обкладки 15 (115, 115a, 115b) в средней точке с изолирующим слоем 31 (первые изолирующие слои 131 или вторые изолирующие слои 133), расположенным между ними, и изолирован от клеммы 24 заземления. В каждом преобразователе 2, 2a, 2b, 2d на ФИГ. 2, на ФИГ. 3, ФИГ. 4, ФИГ. 6 второй теплоотвод 19 (119) соединен с первым теплоотводом 18 (118) с изолирующим элементом 32 (132), расположенным между ними.

[0043] На чертежах показан только один комплект последовательных соединений (последовательное соединение двух переключающих элементов), но преобразователь мощности может содержать несколько комплектов последовательных соединений. В этом случае преобразователь мощности может содержать множество комплектов полупроводниковых кристаллов, каждый комплект содержит два полупроводниковых кристалла, каждый полупроводниковый кристалл содержит переключающие элементы, и каждый комплект может содержать любую из конструкций, показанных на ФИГ. 2- 6.

[0044] В то время как определенные примеры настоящего изобретения были подробно раскрыты выше, эти примеры представлены только для иллюстрации и не носят ограничительного характера для формулы изобретения. Техника, раскрытая в формуле изобретения, содержит проиллюстрированные выше определенные примеры с различными добавленными модификациями и изменениями. Технические элементы, раскрытые в настоящем описании или чертежах, демонстрируют технические преимущества индивидуально или в разных комбинаций и не ограничиваются комбинацией, раскрытой в формуле изобретения на момент подачи заявки. Техника, показанная в данном описании или на чертежах, может способствовать достижению множества целей одновременно, и имеет техническое преимущество при достижении одной из этих целей.

Использование: для создания преобразователя мощности. Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь мощности содержит: два переключающих элемента, соединенных последовательно; обкладку положительного электрода, соединенную с клеммой высокого напряжения последовательного соединения двух переключающих элементов; обкладку отрицательного электрода, соединенную с клеммой низкого напряжения последовательного соединения двух переключающих элементов; обкладку в средней точке, соединенную со средней точкой последовательного соединения двух переключающих элементов; первый теплоотвод, обладающий электропроводностью, при этом первый теплоотвод, расположен напротив обкладки положительного электрода, с первым изолирующим слоем, расположенным между первым теплоотводом и обкладкой положительного электрода, и первый теплоотвод расположен напротив обкладки отрицательного электрода, с первым изолирующим слоем, расположенным между первым теплоотводом и обкладкой отрицательного электрода, при этом первый теплоотвод соединен с клеммой заземления, поддерживаемой с нулевым потенциалом; и второй теплоотвод, обладающий электропроводностью, при этом второй теплоотвод расположен напротив обкладки в средней точке со вторым изолирующим слоем, расположенным между вторым теплоотводом и обкладкой в средней точке, при этом второй теплоотвод изолирован от клеммы заземления. Технический результат: обеспечение возможности снижения синфазного шума без снижения эффективности охлаждения. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Преобразователь мощности, содержащий:

два переключающих элемента, соединенных последовательно;

обкладку положительного электрода, соединенную с клеммой высокого напряжения последовательного соединения двух переключающих элементов;

обкладку отрицательного электрода, соединенную с клеммой низкого напряжения последовательного соединения двух переключающих элементов;

обкладку в средней точке, соединенную со средней точкой последовательного соединения двух переключающих элементов;

первый теплоотвод, обладающий электропроводностью, при этом первый теплоотвод, расположен напротив обкладки положительного электрода, с первым изолирующим слоем, расположенным между первым теплоотводом и обкладкой положительного электрода, и первый теплоотвод, расположен напротив обкладки отрицательного электрода, с первым изолирующим слоем, расположенным между первым теплоотводом и обкладкой отрицательного электрода, при этом первый теплоотвод, соединен с клеммой заземления, поддерживаемой с нулевым потенциалом; и

второй теплоотвод, обладающий электропроводностью, при этом второй теплоотвод расположен напротив обкладки в средней точке со вторым изолирующим слоем, расположенным между вторым теплоотводом и обкладкой в средней точке, при этом второй теплоотвод изолирован от клеммы заземления.

2. Преобразователь мощности по п. 1, в котором

первый теплоотвод и второй теплоотвод соединены друг с другом изолирующим элементом, расположенным между первым теплоотводом и

вторым теплоотводом.

3. Преобразователь мощности по п. 1 или 2, в котором

между первым теплоотводом и вторым теплоотводом размещен канал для хладагента.

4. Преобразователь мощности по п. 1, в котором

первый теплоотвод расположен так, чтобы окружать два переключающих элемента; первый изолирующий слой; обкладку положительного электрода; обкладку отрицательного электрода; обкладку в средней точке; второй изолирующий слой; второй теплоотвод; и изолирующий элемент, при этом

второй теплоотвод расположен напротив первого теплоотвода с изолирующим элементом, расположенным между вторым теплоотводом и первым теплоотводом.