本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體模塊。

背景技術(shù)：

常規(guī)而言，作為構(gòu)成電力轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體模塊，以下配置是已知的：其中，在高電流區(qū)域中性能優(yōu)異的igbt與在低電流區(qū)域中性能優(yōu)異的mosfet相結(jié)合。

例如，jp5863599和jp5805513各自披露了配備有彼此并聯(lián)路徑的igbt和mosfet的半導(dǎo)體模塊(功率模塊)。

這種半導(dǎo)體模塊是有利的，因?yàn)榫哂衖gbt和mosfet的優(yōu)異特性。

當(dāng)設(shè)計(jì)配備有igbt和mosfet二者的半導(dǎo)體模塊時(shí)，要求抑制使得兩個(gè)切換元件彼此熱干擾的熱影響(也稱為熱損傷)的發(fā)生。

響應(yīng)于這種要求，jp58563599中披露的半導(dǎo)體模塊采用了一種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)并不強(qiáng)制性地冷卻具有高熱阻的mosfet，從而使得在mosfet的溫度變高時(shí)igbt有可能接收來(lái)自mosfet的熱影響。

此外，在jp5805513中披露的半導(dǎo)體模塊中，當(dāng)igbt通電時(shí)電流流經(jīng)mosfet正下方的匯流條，并且在高溫狀態(tài)下mosfet有可能接收來(lái)自所述匯流條的熱影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由于以上闡述的問(wèn)題，提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體模塊，其中的切換元件較不可能接收熱影響。

半導(dǎo)體模塊的一方面包括彼此并聯(lián)連接并且被設(shè)置在同一引線框上的igbt和mosfet。所述igbt和mosfet中的任一者是第一切換元件并且剩下的一個(gè)是第二切換元件；并且所述第二切換元件被布置在與同一引線框中的所述第一切換元件的傳導(dǎo)路徑分開(kāi)的位置。

半導(dǎo)體模塊的另一方面包括多個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)，其igbt和mosfet彼此并聯(lián)連接，所述半導(dǎo)體元件對(duì)在電源的高電勢(shì)側(cè)線路與低電勢(shì)側(cè)線路之間串聯(lián)連接，并且被設(shè)置在同一引線框上。

所述多個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)中包含的多個(gè)igbt或多個(gè)mosfet中的任一者是多個(gè)第一切換元件并且其余的是多個(gè)第二切換元件。

所述多個(gè)第一切換元件在所述多個(gè)第二切換元件之前被驅(qū)動(dòng)。

在所述多個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)之中的被布置在所述高電勢(shì)側(cè)線路與ac輸出線路之間的半導(dǎo)體元件對(duì)中，所述第二切換元件被布置在與在所述高電勢(shì)側(cè)線路與經(jīng)由所述第一切換元件在所述ac輸出線路之間形成的傳導(dǎo)路徑分開(kāi)的位置處。

在所述多個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)之中的被布置在所述低電勢(shì)側(cè)線路與所述ac輸出線路之間的半導(dǎo)體元件對(duì)中，所述第二切換元件被布置在與經(jīng)由所述第一切換元件在所述低電勢(shì)側(cè)線路與所述ac輸出線路之間形成的傳導(dǎo)路徑分開(kāi)的位置處。

在以上描述的第一方面的半導(dǎo)體模塊中，所述第二切換元件較不可能受到第一切換元件被驅(qū)動(dòng)時(shí)在所述第一切換元件的傳導(dǎo)路徑中產(chǎn)生的熱量的熱影響。

類似地，所述第一切換元件較不可能受到第二切換元件被驅(qū)動(dòng)時(shí)在所述第二切換元件的傳導(dǎo)路徑中產(chǎn)生的熱量的熱影響。

也就是，可以抑制這兩個(gè)切換元件可能對(duì)彼此造成的熱影響發(fā)生影響。

在以上描述的第二方面的半導(dǎo)體模塊中，由于所述第二切換元件不是布置在首先被驅(qū)動(dòng)的第一切換元件的傳導(dǎo)路徑上，因此所述第二切換元件較不可能受到所述傳導(dǎo)路徑中產(chǎn)生的熱量的熱影響。

如上文描述的，根據(jù)以上描述的每個(gè)方面，能夠提供一種半導(dǎo)體模塊，其中的切換元件較不可能接收熱影響。

附圖說(shuō)明

在附圖中：

圖1示出了根據(jù)第一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換器的示意性平面視圖；

圖2示出了圖1的電力轉(zhuǎn)換器的透視圖；

圖3是圖1的半導(dǎo)體模塊在厚度方向上的側(cè)視圖；

圖4示出了沿圖3的線iv-iv截取的截面視圖；

圖5示出了圖1的電力轉(zhuǎn)換器的逆變器電路圖；

圖6示出了圖5的半導(dǎo)體模塊的等效電路圖；

圖7示出了圖6的等效電路的修改；

圖8示出了解釋切換控制的圖；

圖9是解釋半導(dǎo)體元件的損耗的圖；

圖10示出了指示圖5的半導(dǎo)體模塊與冷卻器的制冷劑通路中的制冷劑流之間的管線的側(cè)視圖；

圖11示出了圖10的修改；

圖12示出了圖10的另一種修改；

圖13是根據(jù)第二實(shí)施例在電力轉(zhuǎn)換器中半導(dǎo)體模塊在厚度方向上的側(cè)視圖；

圖14是沿著圖13的線xiv-xiv截取的側(cè)視圖；

圖15是圖13的半導(dǎo)體模塊的等效電路圖；

圖16示出了圖15的等效電路的修改；

圖17示出了指示圖13的半導(dǎo)體模塊與冷卻器的制冷劑通路中的制冷劑流之間的管線的側(cè)視圖；并且

圖18示出了圖17的修改。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖描述關(guān)于電力轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例。

應(yīng)了解的是，除非另外指明，在本說(shuō)明書(shū)的附圖中，第一方向是半導(dǎo)體模塊和冷卻管道的堆疊方向、用箭頭x表示，第二方向是冷卻管道的縱向方向、用箭頭y表示，并且第三方向與第一方向和第二方向正交、用箭頭z表示。

本實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換器是轉(zhuǎn)換電力的設(shè)備。

這個(gè)電力轉(zhuǎn)換器例如被安裝在電動(dòng)車輛、混合動(dòng)力車輛等等中、并且被用作逆變器來(lái)將dc電轉(zhuǎn)換成為了驅(qū)動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)而必須的ac電、并且還被用作轉(zhuǎn)換器來(lái)將dc電轉(zhuǎn)換成增大的或步進(jìn)的dc電。

[第一實(shí)施例]

如圖1和圖2所示，第一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換器1包括多個(gè)部件，包括疊層的半導(dǎo)體單元10和控制電路板30。

這些部件被容納在通過(guò)殼體1a分隔的空間中。

殼體1a是要求輕量以及高的尺寸準(zhǔn)確性的汽車部件、并且是使用鋁通過(guò)鋁壓鑄方法制造的。

疊層的半導(dǎo)體單元10包括多個(gè)半導(dǎo)體模塊11和用于冷卻這些半導(dǎo)體模塊11的冷卻器20。

冷卻器20包括在第一方向x上延伸的流入管道(流入集管)21和在所述第一方向x上延伸的流出管道(流出集管)22、以及在第一方向x上以預(yù)定間隔安排的多個(gè)冷卻管道23，每個(gè)冷卻管道在第二方向y上延伸。

在疊層的半導(dǎo)體單元10中，所述多個(gè)半導(dǎo)體模塊11和所述多個(gè)冷卻管道23在第一方向x上交替地疊層。

在此情況下，這些半導(dǎo)體模塊11各自具有兩個(gè)彼此平行地延伸的外表面11a、11a，并且這些冷卻管道23各自被布置成與半導(dǎo)體模塊11的這兩個(gè)外表面11a、11a中每一個(gè)相接觸。

也就是，每個(gè)半導(dǎo)體模塊11被兩個(gè)冷卻管道23、23從兩側(cè)夾裹。

要注意，這個(gè)疊層的半導(dǎo)體單元10也可以稱為電力轉(zhuǎn)換器或半導(dǎo)體模塊。

半導(dǎo)體模塊11的多個(gè)控制端子(下文將描述的多個(gè)控制端子14a、15a)全都連接到所述控制電路板30上。

用于控制半導(dǎo)體模塊11的半導(dǎo)體元件的切換操作的控制電流從所述控制電路板30經(jīng)這些控制端子被輸入至半導(dǎo)體模塊11。

在冷卻器20中，所述多個(gè)冷卻管道23的相應(yīng)流入部分連接至流入管道21上，并且所述多個(gè)冷卻管道23的相應(yīng)流出部分連接至流出管道22上。

進(jìn)一步，這些冷卻管道23中的每一個(gè)在所述管道中具有制冷劑通路24。

因此，當(dāng)從入口管道21流入這些冷卻管道23的流入部分中的制冷劑流經(jīng)這些冷卻管道23中的制冷劑通路24、冷卻與這些冷卻管道23相接觸的半導(dǎo)體模塊11、接著從這些冷卻管道23排出到流出管道22。

冷卻器20由具有優(yōu)異導(dǎo)熱性的材料例如鋁構(gòu)成。

作為流入冷卻管道23的制冷劑通路24中的制冷劑，可以可選地使用例如，水混有基于乙二醇的防凍劑、自然冷卻介質(zhì)例如水或氨水、氟碳冷卻介質(zhì)例如fluorinert^tm、hcfc123、氟碳冷卻介質(zhì)例如hfc134a、基于醇的冷卻介質(zhì)例如甲醇或酒精、基于酮的冷卻介質(zhì)例如丙酮。

如圖3和圖4所示，半導(dǎo)體模塊11配備有igbt(絕緣柵雙極型晶體管)14、mosfet(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)15、以及引線框16。

這個(gè)半導(dǎo)體模塊11設(shè)有一個(gè)由igbt14和mosfet15構(gòu)成的半導(dǎo)體元件對(duì)、被稱為“1中1模塊”。

igbt14和mosfet15均是切換元件。

在本實(shí)施例中，igbt14是由基于si(硅)的材料形成的絕緣柵雙極型晶體管，并且mosfet15是由寬帶隙半導(dǎo)體形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

igbt14與mosfet15相比在大電流特性方面優(yōu)異并且便宜。

mosfet15是低電流特性和高速切換特性方面優(yōu)異。

要注意，優(yōu)選的是使用由基于sic(碳化硅)材料、基于gan(氮化鎵)材料、或與由寬帶隙半導(dǎo)體形成的mosfet15類似的材料構(gòu)成的寬帶隙半導(dǎo)體元件。

如圖4所示，半導(dǎo)體模塊11是用模制樹(shù)脂11b模制而成。

igbt14的元件表面之一經(jīng)由焊料層11c結(jié)合至引線框16上，并且元件表面中的另一個(gè)經(jīng)由另一個(gè)焊料層11c結(jié)合至與另一個(gè)引線框17連接的端子18上。

mosfet15的元件表面之一經(jīng)由所述焊料層11c結(jié)合至所述引線框16上，并且元件表面中的另一個(gè)經(jīng)由所述另一個(gè)焊料層11c結(jié)合至與所述另一個(gè)引線框17連接的另一個(gè)端子19上。

引線框16和17支撐并固定igbt14和mosfet15二者、并構(gòu)成了從外部輸入以及輸出到外部的輸入/輸出端子。

這些引線框16、17由金屬材料例如cu合金材料、鐵合金材料、或在機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗腐蝕性等等方面優(yōu)異的其他金屬材料的薄板構(gòu)成。

半導(dǎo)體模塊11具有p端子11p，其是第一端子；以及n端子11n，其是第二端子，因?yàn)殡娫炊俗颖舜似叫械貜囊€框16和17延伸。

p端子11p從引線框16沿第三方向z延伸，并且n端子11n從引線框17沿第三方向z延伸。

經(jīng)由p端子11p和n端子11n向半導(dǎo)體模塊11施加dc電壓。

在本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊11中，igbt14和mosfet15被設(shè)置在同一引線框16上。

替代地可以說(shuō)成，igbt14和mosfet15被設(shè)置在同一引線框17上。

在半導(dǎo)體模塊11中，igbt14的控制端子14a和mosfet15的控制端子15a分布連接至所述控制電路板30上。

半導(dǎo)體模塊11的igbt14和mosfet15被并排安排在與p端子11p和n端子11n的延伸方向(第三方向z)相交的方向(第二方向y)上。

進(jìn)一步，igbt14和mosfet15中的任一者是第一切換元件并且剩下的一個(gè)是第二切換元件，并且當(dāng)從所述元件的厚度方向(第一方向x)觀察半導(dǎo)體模塊11時(shí)，它被構(gòu)成為使得所述第二切換元件被布置在與同一引線框16中的所述第一切換元件的傳導(dǎo)路徑分開(kāi)的位置處。

確切地，當(dāng)從所述元件的厚度方向觀察半導(dǎo)體模塊11時(shí)，作為所述第二切換元件的mosfet15被布置在與作為所述第一切換元件的igbt14的傳導(dǎo)路徑pa分開(kāi)的位置處(不彼此重疊的位置)。

也就是，mosfet15不是布置在igbt14的傳導(dǎo)路徑pa上。

另一方面，當(dāng)從所述元件的厚度方向觀察半導(dǎo)體模塊11時(shí)，igbt14被布置在與mosfet15的傳導(dǎo)路徑pb分開(kāi)的位置處(不彼此重疊的位置)。

也就是，igbt14不是布置在mosfet15的傳導(dǎo)路徑pa上。

在此，傳導(dǎo)路徑pa是在p端子11p與n端子11n之間經(jīng)由igbt14形成的傳導(dǎo)路徑、并且是電流基本上流動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述igbt14的區(qū)域。

進(jìn)一步，傳導(dǎo)路徑pb是在p端子11p與n端子11n之間經(jīng)由mosfet15形成的傳導(dǎo)路徑、并且是電流基本上流動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述mosfet15的區(qū)域。

半導(dǎo)體模塊11被配置成使得，igbt14的傳導(dǎo)路徑pa的長(zhǎng)度短于mosfet15的傳導(dǎo)路徑pb的長(zhǎng)度。

在此情況下，較短的傳導(dǎo)路徑pa的電感小于另一個(gè)傳導(dǎo)路徑pb的電感。

如圖5所示，通過(guò)使用多個(gè)(在圖5中為八個(gè))半導(dǎo)體模塊11來(lái)配置電力轉(zhuǎn)換器1的逆變器電路40。

這八個(gè)半導(dǎo)體模塊11被分類為：構(gòu)成用于提升電源b的電壓的升壓電路的兩個(gè)模塊11c、11c；以及構(gòu)成用于將升壓的dc電轉(zhuǎn)換成ac電的轉(zhuǎn)換電路的六個(gè)模塊。

所述轉(zhuǎn)換電路的六個(gè)模塊進(jìn)一步被分類為連接至電源b的高電勢(shì)側(cè)線路lp上的三個(gè)上臂模塊11h、以及連接至電源b的低電勢(shì)側(cè)線路ln上的三個(gè)下臂模塊11l。

參照?qǐng)D6的等效電路，igbt14和mosfet15彼此并聯(lián)連接在半導(dǎo)體模塊11中。

更確切地，igbt14的連接器和mosfet15的漏極相連接，并且igbt14的發(fā)射極和mosfet15的源極相連接。

igbt14的柵極和mosfet15的柵極連接至所述控制電路板30上。

用于驅(qū)動(dòng)車輛的三相ac馬達(dá)m被通過(guò)逆變器電路40獲得的ac電驅(qū)動(dòng)。

所述等效電路可以采用以下結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)由所述igbt14和用于實(shí)現(xiàn)逆流的fwd(續(xù)流二極管)(為相同的或分開(kāi)的元件)(參見(jiàn)圖7所示的fwd14d)構(gòu)成，或者還可以采用mosfet15的體二極管或同步整流。

如圖8所示，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊11中，所述控制電路板30進(jìn)行控制，使得igbt14在mosfet15被關(guān)掉之前被驅(qū)動(dòng)(接通)，并且和igbt14在mosfet15被關(guān)掉之前被關(guān)掉。

也就是，當(dāng)mosfet15切換時(shí)，igbt14始終接通。

在此情況下，igbt14變成了主要執(zhí)行切換操作的元件(下文中也稱為主元件)，并且mosfet15變成了支持或輔助igbt14的元件(下文中也稱為子元件)。

根據(jù)這樣的控制，如圖9所示，mosfet15可以被切換成以下?tīng)顟B(tài)：igbt14被接通，并且施加至mosfet15上的電壓(導(dǎo)通電壓)被降低。

因此，盡管在igbt14中出現(xiàn)切換損耗la，但在mosfet15中不出現(xiàn)切換損耗la。

因此，切換損耗la由igbt14承擔(dān)，并且傳導(dǎo)損耗lb為igbt14和mosfet15所共有。

在此情況下，mosfet15上的負(fù)擔(dān)可以減小，并且mosfet15的元件大小可以相應(yīng)地減小。

進(jìn)一步，由于已知在低電流(是對(duì)燃料消耗(也稱為電力成本)的影響大時(shí)的運(yùn)行點(diǎn))時(shí)mosfet15的電阻小于igbt14的電阻，并且電流更容易流向mosfet15，因此對(duì)于燃料經(jīng)濟(jì)性的改善是有效的。

在此，切換損耗la是在所述切換元件的切換時(shí)間δt的損耗(電壓與電流的乘積)。

另一方面，傳導(dǎo)損耗lb是在排除了所述切換元件的切換時(shí)間δt的接通期間的損耗(電壓與電流的乘積)。

進(jìn)一步，如上文描述的，由于主元件igbt14的電流路徑pa短于子元件mosfet15的電流路徑pb，并且因此在本實(shí)施例中電感變得較小，igbt14的切換損耗可以保持低并且igbt14的元件大小可以減小。

順便提及的是，在上述控制中，如果在igbt14從關(guān)掉被切換到接通(接通切換)時(shí)igbt14的切換速度增大，則主元件i的時(shí)間變化速率di/dt增大并且有可能出現(xiàn)高的感應(yīng)電流。

因此，本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊11優(yōu)選地被配置成使得，在此時(shí)，感應(yīng)電流沿著關(guān)掉mosfet15的方向流動(dòng)。

根據(jù)當(dāng)前配置，即使高的感應(yīng)電流在流動(dòng)，mosfet15也不被接通。

因此，能夠通過(guò)將mosfet15與igbt14同時(shí)接通來(lái)抑制mosfet15的切換損耗la增大。

此外，當(dāng)igbt14從接通切換到關(guān)掉時(shí)，以與接通igbt14時(shí)相同的方式，在mosfet15的控制端子15a處出現(xiàn)感應(yīng)電流。

所述感應(yīng)電流沿著與igbt14被接通時(shí)(在高速切換時(shí))的方向相反的方向流動(dòng)。

也就是，所述感應(yīng)電流沿著接通mosfet15的方向流動(dòng)。

因此，當(dāng)關(guān)掉igbt14時(shí)，本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊11優(yōu)選地被配置成減慢igbt14的切換速度。

根據(jù)當(dāng)前配置，在igbt14被關(guān)掉時(shí)出現(xiàn)的感應(yīng)電流可以減小，并且可以抑制mosfet15接通。

如圖10所示，冷卻器20的冷卻管道23與構(gòu)成了半導(dǎo)體模塊11的外表面11a、11a的引線框16、17經(jīng)由絕緣體(未示出)間接接觸。

半導(dǎo)體模塊11的外表面11a、11a形成了熱量輻射表面，并且冷卻管道23的表面形成了熱量接收表面。

在此情況下，冷卻管道23的制冷劑通路24被安排成面向引線框16、17延伸。

接著，半導(dǎo)體模塊11被配置成使得，首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14相對(duì)于冷卻器20的制冷劑通路24中的制冷劑流f而言被布置在mosfet15的上游側(cè)。

換言之，半導(dǎo)體模塊11被配置成使得，首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14相對(duì)于冷卻器20的制冷劑通路24中的制冷劑流f而言不是布置在mosfet15的下游側(cè)。

當(dāng)前配置是通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整igbt14和mosfet15在半導(dǎo)體模塊11中的安排、制冷劑通路24在冷卻器20中的安排等等來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)當(dāng)前配置，由于igbt14在mosfet15之前被冷卻并且igbt14在mosfet15被冷卻之后不被冷卻，因此可以改進(jìn)igbt14的冷卻。

接下來(lái)將描述第一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換器1的功能和效果。

根據(jù)電力轉(zhuǎn)換器1，由于半導(dǎo)體模塊11的這些切換元件之一不是布置在這些切換元件中的另一個(gè)的傳導(dǎo)路徑上，因此mosfet15較不可能接收當(dāng)igbt14被驅(qū)動(dòng)時(shí)在igbt14的傳導(dǎo)路徑pa中產(chǎn)生的熱影響。

類似地，igbt14較不可能接收當(dāng)mosfet15被驅(qū)動(dòng)時(shí)在mosfet15的傳導(dǎo)路徑pb中產(chǎn)生的熱影響。

也就是，有可能抑制在這兩個(gè)切換元件即igbt14與mosfet15之間的相互熱影響。

此外，通過(guò)抑制這種熱影響，igbt14和mosfet15各自的性能被改善，并且每個(gè)切換元件的元件大小可以相應(yīng)地減小。

根據(jù)以上描述的電力轉(zhuǎn)換器1，由于首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14在mosfet15之前被冷卻，因此igbt14的性能可以保持高，并且igbt14的元件大小可以減小那么多。

關(guān)于如圖10所示這些切換元件(igbt14，mosfet15)的安排，有可能采用如圖11和12所示這些切換元件的安排。

如圖11所示的半導(dǎo)體模塊11被配置成使得，igbt14相對(duì)于冷卻器20的制冷劑通路24中的制冷劑流f而言被布置在與mosfet15相同的位置處。

甚至在此情況下，類似于圖10的情況，首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14相對(duì)于冷卻器20的制冷劑通路24中的制冷劑流f而言不是布置在mosfet15的下游側(cè)。

進(jìn)一步，在圖12所示的半導(dǎo)體模塊11中，冷卻器20的冷卻管道23被配置成使得在制冷劑通路24中形成四個(gè)不同的制冷劑流fa、fb、fc和fd。

在制冷劑通路24中，流入冷卻管道23中的制冷劑流fa分支成兩個(gè)流fb和fc、接著平行地流到mosfet15和igbt14、并且接著變成匯合的制冷劑流且從冷卻管道23中流出。

這樣的流是由在冷卻管道23的制冷劑通路24中提供的多個(gè)散熱片26形成的。

所述多個(gè)散熱片26中的每一個(gè)被配置成平行于第三方向z延伸、并且具有通過(guò)增大與制冷劑的接觸面積來(lái)有效增強(qiáng)熱交換效率從而改善冷卻能力的效果。

同樣在此情況下，如同圖10的情況，首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14相對(duì)于冷卻器20的制冷劑通路24中的制冷劑流fa、fb、fc、fd而言不是布置在mosfet15的下游側(cè)。

因此，同樣在如圖11和12所示的切換元件的安排的情況下，igbt14的冷卻可以改善，因?yàn)閷⑤^早地被驅(qū)動(dòng)的igbt14在mosfet15之后不被冷卻。

[第二實(shí)施例]

應(yīng)了解的是，在所述第二實(shí)施例中，與所述第一實(shí)施例中相同或相似的部件帶有相同的參考號(hào)，并且將不描述其重復(fù)的結(jié)構(gòu)和特征以避免多余的解釋。

所述第二實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換器2與所述第一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換器1的不同在于由igbt14和mosfet15構(gòu)成的半導(dǎo)體元件對(duì)的數(shù)量。

也就是，所述電力轉(zhuǎn)換器2的半導(dǎo)體模塊111配備有由igbt14和mosfet15構(gòu)成的兩個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)。

這個(gè)半導(dǎo)體模塊111配備有兩個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)，其中igbt14和mosfet15彼此并聯(lián)連接，并且這兩個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)串聯(lián)連接并且被布置在電源b的高電勢(shì)側(cè)線路lp與低電勢(shì)側(cè)線路ln之間。

這個(gè)半導(dǎo)體模塊111被稱為“1中2模塊”。

這個(gè)半導(dǎo)體模塊111具有以下配置：圖5中的單一上臂模塊1h與單一下臂模塊11l相組合。

要注意，若必要也可以采用具有三個(gè)或更多半導(dǎo)體元件對(duì)的半導(dǎo)體模塊。

其他配置與所述第一實(shí)施例中的相同。

如圖13和15所示，半導(dǎo)體模塊111配備有p端子11p、n端子11n、和o端子11o作為電源端子。

經(jīng)由p端子11p和n端子11n向半導(dǎo)體模塊111施加dc電壓，并且經(jīng)o端子11o從半導(dǎo)體模塊111輸出ac電。

圖15中所示的等效電路可以采用以下結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)由所述igbt14和用于實(shí)現(xiàn)逆流的fwd(續(xù)流二極管)(為相同的或分開(kāi)的元件)(參見(jiàn)圖16所示的fwd14d)構(gòu)成，或者還可以采用mosfet15的體二極管或同步整流。

如圖14所示，半導(dǎo)體模塊111是用與半導(dǎo)體模塊11相同的模制樹(shù)脂11b模制而成。

圖14中的左igbt14的元件表面之一經(jīng)由焊料層11c結(jié)合至引線框17上。

此外，igbt14的元件表面中的另一個(gè)經(jīng)由另一個(gè)焊料層11c結(jié)合至與引線框16相連的端子18上。

圖14中的右側(cè)igbt14的元件表面之一經(jīng)由所述焊料層11c結(jié)合至另一個(gè)引線框16上。

此外，igbt14的元件表面中的另一個(gè)經(jīng)由另一個(gè)焊料層11c結(jié)合至與另一個(gè)引線框17相連的另一個(gè)端子18上。

由兩個(gè)框架組成的這些引線框17經(jīng)由另一個(gè)焊料層11c集成。

圖14中的左側(cè)mosfet15的元件表面之一經(jīng)由焊料層11c結(jié)合至所述引線框17上。

此外，igbt15的元件表面中的另一個(gè)經(jīng)由另一個(gè)焊料層11c結(jié)合至與所述引線框16相連的端子19上。

圖14中的右側(cè)mosfet15的元件表面之一經(jīng)由另一個(gè)焊料層11c結(jié)合至另一個(gè)引線框16上。

此外，mosfet15的元件表面中的另一個(gè)經(jīng)由另一個(gè)焊料層11c結(jié)合至與所述引線框17相連的另一個(gè)端子19上。

在半導(dǎo)體模塊111中，p端子11p從這些引線框之一16沿第三方向z延伸，并且n端子11n從這些引線框中的另一個(gè)16沿第三方向z延伸。

在本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊111中，一個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)的igbt14和mosfet15被布置在同一引線框16上，另一個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)的igbt14和mosfet15被布置在同一引線框17上。

半導(dǎo)體模塊111被所述控制電路板30控制，使得這兩個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)中包含的igbt14、14在這兩個(gè)mosfet15、15之前被驅(qū)動(dòng)。

半導(dǎo)體模塊111被并排安排在以下方向(第二方向y)上：這兩個(gè)igbt14、14和這兩個(gè)mosfet15、15與p端子11p、n端子11n和o端子11o的延伸方向(第三方向z)相交。

確切地，在圖13中，mosfet15、igbt14、igbt14和mosfet15是按從左的順序安排的。

在從元件的厚度方向(第一方向x)觀察所述模塊時(shí)，關(guān)于這兩個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)中布置在高電勢(shì)側(cè)線路lp與ac輸出線路lo之間的半導(dǎo)體元件，半導(dǎo)體模塊111被配置成使得，mosfet15被布置的位置不是在高電勢(shì)側(cè)線路lp與ac輸出線路lo之間經(jīng)由igbt14形成的傳導(dǎo)路徑pc中(不彼此重疊的位置)。

這個(gè)傳導(dǎo)路徑pc是在p端子11p與o端子11o之間經(jīng)由igbt14形成的傳導(dǎo)路徑。

在本實(shí)施例中，mosfet15被布置在與首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14的傳遞路徑pc分開(kāi)的位置處。

也就是，mosfet15不是布置在igbt14的傳導(dǎo)路徑pc上。

類似地，在從元件的厚度方向(第一方向x)觀察所述模塊時(shí)，關(guān)于這兩個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)中布置在低電勢(shì)側(cè)線路ln與ac輸出線路lo之間的半導(dǎo)體元件，半導(dǎo)體模塊111被配置成使得，mosfet15被布置的位置不是在高電勢(shì)側(cè)線路lp與ac輸出線路lo之間經(jīng)由igbt14形成的傳導(dǎo)路徑pd中(不彼此重疊的位置)。

這個(gè)傳導(dǎo)路徑pd是在n端子11n與o端子11o之間經(jīng)由igbt14形成的傳導(dǎo)路徑。

在本實(shí)施例中，mosfet15被布置在與首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14的傳遞路徑pd分開(kāi)的位置處。

也就是，mosfet15不是布置在igbt14的傳導(dǎo)路徑pd上。

此外，半導(dǎo)體模塊111被配置成使得，兩個(gè)首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14、14的傳導(dǎo)路徑(在高電勢(shì)側(cè)線路lp與低電勢(shì)側(cè)線路ln之間依次經(jīng)過(guò)這兩個(gè)igbt14、14形成的傳導(dǎo)路徑)的長(zhǎng)度短于這兩個(gè)mosfet15、15的傳導(dǎo)路徑(在高電勢(shì)側(cè)線路lp與低電勢(shì)側(cè)線路ln之間依次經(jīng)過(guò)這兩個(gè)mosfet15、15形成的傳導(dǎo)路徑)的長(zhǎng)度。

在此情況下，具有相對(duì)短的長(zhǎng)度的傳導(dǎo)路徑的電感小于具有相對(duì)長(zhǎng)的長(zhǎng)度的傳導(dǎo)路徑的電感。

如圖17所示，半導(dǎo)體模塊111被配置成使得，在同一引線框16或17中，igbt14(即，在這兩個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)中的每一個(gè)中首先被驅(qū)動(dòng)的)相對(duì)于冷卻器20的制冷劑通路24中的制冷劑流f而言不是被安排在mosfet15的下游側(cè)。

確切地，冷卻器20的冷卻管道23被配置成使得在制冷劑通路24中形成四個(gè)不同的制冷劑流fa、fb、fc和fd。

在制冷劑通路24中，流入冷卻管道23中的制冷劑流fa分支成兩個(gè)流fb和fc、接著平行地流到這兩個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)、并且接著變成匯合的制冷劑流fd且從冷卻管道23中流出。

這樣的流是通過(guò)在冷卻管道23的制冷劑通路24中提供類似于上述散熱片26(參見(jiàn)圖12)的多個(gè)散熱片26形成的。

此時(shí)，一個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)的igbt14和mosfet15同時(shí)被制冷劑流fb冷卻。

進(jìn)一步，另一個(gè)半導(dǎo)體元件對(duì)的igbt14和mosfet15同時(shí)被制冷劑流fb冷卻。

因此，首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14在mosfet15被冷卻之后不被冷卻，并且igbt14的冷卻可以得到改善。

接下來(lái)將描述第二實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換器2的功能和效果。

根據(jù)電力轉(zhuǎn)換器2，由于mosfet15不是布置在半導(dǎo)體模塊111中的首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14的傳導(dǎo)路徑pc上，因此傳導(dǎo)路徑pc中產(chǎn)生的熱影響很難被mosfet15接收。

類似地，由于mosfet15不是布置在首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14的傳導(dǎo)路徑pd上，因此傳導(dǎo)路徑pc中產(chǎn)生的熱影響很難被mosfet15接收。

進(jìn)一步，由于在高電勢(shì)側(cè)線路lp與低電勢(shì)側(cè)線路ln之間依次經(jīng)過(guò)這兩個(gè)igbt14、14(是主元件)形成的傳導(dǎo)路徑與在高電勢(shì)側(cè)線路lp與低電勢(shì)側(cè)線路ln之間依次經(jīng)過(guò)這兩個(gè)mosfet15、15(是子元件)形成的傳導(dǎo)路徑相比較短，并且電感較小，因此igbt14的切換損耗可以保持低并且igbt14的元件大小可以做得小。

應(yīng)注意的是，若必要可以采用以下配置：這兩對(duì)半導(dǎo)體元件中包含的mosfet15、15在這兩個(gè)igbt14、14之前被驅(qū)動(dòng)。

在此情況下，優(yōu)選的是，igbt14被布置在與首先被驅(qū)動(dòng)的mosfet15的傳導(dǎo)路徑(在p端子11p與o端子11o之間形成的傳導(dǎo)路徑、或在n端子11n與o端子11o之間形成的傳導(dǎo)路徑)偏離的位置處。

由此，igbt14較不可能受到在mosfet15的傳導(dǎo)路徑中產(chǎn)生的熱量的影響。

在此情況下，進(jìn)一步優(yōu)選的是，這兩個(gè)首先被驅(qū)動(dòng)的mosfet15、15的傳導(dǎo)路徑(在高電勢(shì)側(cè)線路lp與低電勢(shì)側(cè)線路ln之間依次經(jīng)過(guò)這兩個(gè)mosfet15、15形成的傳導(dǎo)路徑)的長(zhǎng)度被配置成短于這兩個(gè)igbt14、14的傳導(dǎo)路徑(在高電勢(shì)側(cè)線路lp與低電勢(shì)側(cè)線路ln之間依次經(jīng)過(guò)這兩個(gè)igbt14、14形成的傳導(dǎo)路徑)的長(zhǎng)度。

因此，mosfet15上的切換損耗可以保持低，并且mosfet15的元件大小可以減小。

此外，可以獲得與所述第一實(shí)施例相同的功能和效果。

進(jìn)一步，關(guān)于如圖17所示這些切換元件(igbt14，mosfet15)的安排，有可能采用如圖18所示這些切換元件的安排。

圖18中所示的半導(dǎo)體模塊111被配置成使得，在同一引線框16中，mosfet15相對(duì)于冷卻器20的制冷劑通路24中的制冷劑流f而言被布置在與igbt14相同的位置處，并且在同一引線框17中，mosfet15相對(duì)于冷卻器20的制冷劑通路24中的制冷劑流f而言被布置在與igbt14相同的位置處。

甚至在此情況下，如同圖17的情況，在引線框16或17中，首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14相對(duì)于冷卻器20的制冷劑通路24中的制冷劑流f而言不是布置在mosfet15的下游側(cè)。

因此，同樣在圖18所示這些切換元件的安排的情況下，首先被驅(qū)動(dòng)的igbt14在mosfet15被冷卻之后不被冷卻，因此igbt14的冷卻可以被改善。

本發(fā)明不是僅局限于上文描述的典型實(shí)施例，并且在不背離本發(fā)明的目的是情況下可以想到各種應(yīng)用和修改。

例如，還有可能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用以上實(shí)施例的以下實(shí)施例中的每一個(gè)。

在以上實(shí)施例中，例示了半導(dǎo)體模塊11的igbt14和mosfet15沿著與p端子11p和n端子11n的延伸方向相交的方向并排安排的情況。

然而，只要可以將一個(gè)切換元件布置在與另一個(gè)切換元件的傳導(dǎo)路徑偏離的位置處，就可以適當(dāng)?shù)馗淖僫gbt14與mosfet15之間的安排關(guān)系。

在以上實(shí)施例中，已經(jīng)例示了以下情況：首先被驅(qū)動(dòng)的切換元件被配置成相對(duì)于冷卻器20的制冷劑通路24中的制冷劑流而言不是布置在另一個(gè)切換元件的下游側(cè)。

然而，這兩個(gè)切換元件相對(duì)于制冷劑通路24中的制冷劑流的安排關(guān)系不局限于此，并且若必要可以改變。

在上述實(shí)施例中描述了冷卻器20，在所述冷卻器中，這些冷卻管道23被布置成與半導(dǎo)體模塊11的這兩個(gè)外表面11a、11a中的每一個(gè)相接觸。

然而，代替這兩個(gè)冷卻器20，可以采用被配置成使得其冷卻表面與半導(dǎo)體模塊11的僅一個(gè)外表面11a相抵的冷卻器。

在上述實(shí)施例中還例示了以下情況：半導(dǎo)體模塊11中的igbt14的傳導(dǎo)路徑pa的長(zhǎng)度短于mosfet15的傳導(dǎo)路徑pb的長(zhǎng)度。

然而，還有可能采用傳導(dǎo)路徑pa和傳導(dǎo)路徑pb的長(zhǎng)度相同的配置、或者若必要時(shí)傳導(dǎo)路徑pa的長(zhǎng)度長(zhǎng)于傳導(dǎo)路徑pb的長(zhǎng)度的配置。

進(jìn)一步，在半導(dǎo)體模塊111中，還有可能采用以下配置：在高電勢(shì)側(cè)線路lp與低電勢(shì)側(cè)線路ln之間經(jīng)由這兩個(gè)igbt14、14形成的傳導(dǎo)路徑的長(zhǎng)度l1以及在高電勢(shì)側(cè)線路lp與低電勢(shì)側(cè)線路ln經(jīng)由這兩個(gè)mosfet1515形成的傳導(dǎo)路徑的長(zhǎng)度l2相同；或者若必要長(zhǎng)度l1超過(guò)長(zhǎng)度l2的配置。

在上述實(shí)施例中例示了使用由基于si的材料構(gòu)成的igbt14以及由基于sic的材料構(gòu)成的mosfet15的情況。

然而，還可能使用由非基于si的材料的材料構(gòu)成的igbt14以及由非基于sic的材料的材料構(gòu)成的mosfet15。