电力电子单元制造技术

本发明专利技术涉及一种具有至少一个印刷电路板(2)并具有冷却装置(6)的电力电子单元(1)。印刷电路板(2)具有至少一个电子部件(3a、3b)，在热传递区域(5a、5b)中，所述至少一个电子部件以热传递方式平放在印刷电路板(2)的电子器件侧(2a)上。冷却装置(6)具有冲击射流室(7)，冷却流体(8)能够通过所述冲击射流室从入口(9)流至出口(10)，并且所述冲击射流室以热传递方式连接到印刷电路板(2)的冷却侧(2b)，使得在电子部件(3a、3b)中产生的电力损耗能够被输出至冷却流体(8)。根据本发明专利技术，冷却装置(6)具有包括至少一个流动喷嘴(12)的至少一个喷嘴板(11)，所述喷嘴板布置在冲击射流室(7)中并且将冲击射流室分成入口侧入口室(13)和出口侧出口室(14)。入口室(13)和出口室(14)经由至少一个流动喷嘴(12)彼此流体地连接。另外，流动喷嘴(12)以距电子部件(3a、3b)的热传递区域(5a、5b)一定距离来布置，使得流动喷嘴(12)对通过入口(9)流入的冷却流体(8)进行加速并且将其朝向电子部件(3a、3b)的热传递区域(5a、5b)引导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力电子单元本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的具有至少一个电路板并具有冷却装置的电力电子单元。从现有技术中已知通用的电力电子单元。这些电力电子单元包括电路板，例如DBC板(DBC：直接敷铜)，在该电路板上布置并互连了电气部件，例如具有绝缘栅电极(IGBT)的双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或二极管。在电力电子单元的工作期间，电气部件中产生电力损耗，该电力损耗导致电力电子单元中的电气部件的温度升高。在此，电气部件的当前工作温度取决于在这些电气部件中流动的电流，并且必须满足最大允许工作温度。这里，工作温度取决于工作点——电流、电压、频率、相位角、调制的程度——和冷却。因此，最大允许工作温度和温度变化的次数构成了电力电子单元工作期间的限制因素。为了释放电力损耗并因此保护电气部件免受损坏和故障，电气部件必须被冷却。这能够直接或间接地进行。在间接冷却的情况下，电气部件经由热连接层(所谓的热接口材料(TIM))连接到散热器(例如冷却流体能够流过的冷却板)。由于连接层对热阻有显著贡献，所以在较高热流密度的情况下，应当对电力电子单元直接冷却而无需连接层。在此，电路板形成冷却流体能够流过的通道的壁。由于电路板，例如DBT板通过陶瓷板电绝缘，所以不需要电气部件与冷却流体的额外绝缘，并且电路板以及电气部件能够直接被冷却。然而，根据已知的冷却概念，在电路板上能够产生局部温度升高，所谓的热点。这些对应于各个温度升高的电气部件。局部温度升高对于电力电子器件的有效工作起到决定性的作用并且决定了电力电子单元的当前工作温度。不利的是，温度升高较少的电气部件以及由此的整个电力电子单元不能够被最佳地操作。因此，本专利技术的目的是，提出一种用于通用电力电子单元的改进的或者至少替代的实施例，在该实施例中克服了所述缺点。根据本专利技术，该目的通过独立权利要求1的主题来解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。本专利技术基于这样的总体思路，即，针对性地将在电力电子单元中形成的局部温度升高(所谓的热点)调平，以便因此能够使电力电子单元更有效地工作。电力电子单元包括至少一个电路板和至少一个冷却装置。该至少一个电路板包括至少一个电子部件，该至少一个电子部件以热传递的方式平放在至少一个电路板的电子器件侧的热传递区域中。在此，冷却装置包括至少一个冲击射流室，冷却流体能够通过该冲击射流室从入口流至出口。此外，冲击射流室在与电子器件侧相对定位的冷却侧上被热传递地连接到至少一个电路板，使得在至少一个电子部件中产生的电力损耗能够在热传递区域中被传递到冲击射流室中的冷却流体。根据本专利技术，冷却装置包括至少一个喷嘴板，至少一个喷嘴板具有至少一个流动喷嘴。喷嘴板设置在冲击射流室中，并且将冲击射流室分成至少一个入口侧入口室和至少一个出口侧出口室。这里，至少一个入口室和至少一个出口室经由至少一个流动喷嘴彼此流体地连接。此外，至少一个流动喷嘴与至少一个电子部件的热传递区域间隔开地布置，使得至少一个流动喷嘴对通过入口流入的冷却流体进行加速并引导该冷却流体朝向电子部件的热传递区域。冲击喷射室至少在一侧上能够通过电路板与外部分隔开。在根据本专利技术的电力电子单元中，冷却流体从入口流入到入口室中，并且经由至少一个流动喷嘴被引导到出口室中。这样，喷嘴板构成所谓的完整的管。在此，至少一个流动喷嘴与至少一个电子部件的热传递区域间隔开地布置，使得从流动喷嘴流出的冷却流体被加速并且被引导向热传递区域。在此过程中，冷却流体以冲击射流的形式高速冲击到热传递区域中的电路板的冷却侧上，由此提高了热传递区域上的热传递系数。在此，高速意味着在冲击到电路板上之前从流动喷嘴流出的冷却流体的速度显著高于在冲击到电路板上之后且在离开出口室之前的冷却流体的速度。由此，在热传递区域中能够针对性地提高冷却流体和电路板之间的与热传递系数相对应的热流。由于在至少一个电子部件中产生的电力损耗被传递到热传递区域中的冷却流体，因此电子部件能够被针对性地冷却，并且因此针对性地调平电路板中的局部温度。以这种有利的方式，能够降低至少一个电子部件的当前工作温度，并且由此，电力电子单元能够整体上更有效地工作。当在一侧上通过电路板对冲击射流室界定时，这样冷却流体能够直接围绕电路板流动，并且电路板因此被直接冷却。当电路板是DBC板时，这样相应的电力电子单元能够通过陶瓷板与冷却流体电绝缘。特别地，相应的电力电子单元与冷却流体的额外的绝缘因此不是必需的，并且电路板和相应的电力电子单元能够被有效地冷却。有利地，能够规定：至少一个流动喷嘴由喷嘴开口和喷嘴壁在所述喷嘴板中形成，该喷嘴壁围绕喷嘴开口并从该喷嘴板突入到出口室中。喷嘴开口具有确定冷却流体在流过喷嘴开口时的速度的流动横截面。在此，能够以这样的方式对流动横截面进行调节，使得冷却流体在热传递区域中高速冲击到电路板上。在此过程中，通过喷嘴壁能够将冷却流体引导至热传递区域。有利地，能够规定：至少一个喷嘴板在冲击射流室中平行于至少一个电路板并且与所述至少一个电路板间隔开地布置，并且至少一个流动喷嘴以射流角指向热传递区域。这里，射流角能够为30°至150°，但是优选为80°至100°。射流角能够定义为冷却流体的射流轴线与喷嘴板之间的角度。因此，射流角表示冷却流体相对于喷嘴板从流动喷嘴流出的角度。如果喷嘴板包括彼此相邻布置的多个流动喷嘴，这样这些喷嘴能够通过不同的射流角被引导到相同的热传递区域中，则在该热传递区域中的至少一个电子部件尤其强烈地被冷却。在根据本专利技术的电力电子单元的进一步改进中规定：至少一个入口室的流动横截面随着远离入口而减小，并且至少一个出口室的流动横截面随着接近出口而增大。以这种有利的方式，在入口室中冷却流体的速度能够保持恒定，由此，在多个流动喷嘴彼此相邻地布置的情况下，冷却流体以相同的速度通过所有流动喷嘴流出，并且通过相应的流动喷嘴对电路板产生相同的冷却效果而不依赖于流动喷嘴相对于入口的布置。为了使冷却流体的速度在出口室中也保持恒定，出口室的流动横截面随着接近出口而相应地变大。在此，相应的流动横截面应横向于冷却流体在出口室或在入口室中的主流动方向来确定。替代地，能够规定：至少一个入口室的流动横截面和至少一个出口室的流动横截面是恒定的。有利地，能够规定：至少一个入口室由至少一个流入通道形成，该流入通道将入口和至少一个流动喷嘴彼此流体地连接。该至少一个流入通道在一侧通过至少一个喷嘴板界定，并且在另一侧通过以固定方式抵靠喷嘴板的盖板界定。由此，能够将冷却流体针对性地引导至至少一个流动喷嘴，并且此外，能够简化冷却装置的结构。有利地，至少一个出口室能够经由至少一个排出通道与出口流体地连接，至少一个排出通道在一侧由喷嘴板界定，而在另一侧由盖板界定。至少一个排出通道能够经由形成在喷嘴板中的出口开口流体地连接至出口室，该出口开口通过喷嘴板将至少一个排出通道与出口室流体地连接。有利地，至少一个流入通道能够形成在喷嘴板和/或盖板中。替代地或附加地，至少一个排出通道能够形成在喷嘴板和/或盖板中。替代地或附加地，至少一个流入通道和至少一个排出通道能够彼此平行地布置。此外，能够有利地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力电子单元(1)，所述电力电子单元具有至少一个电路板(2)并且具有冷却装置(6)，/n-其中，所述至少一个电路板(2)包括至少一个电子部件(3a、3b)，在热传递区域(5a、5b)中，所述至少一个电子部件以热传递方式平放在所述至少一个电路板(2)的电子器件侧(2a)上，/n-其中，所述冷却装置(6)包括至少一个冲击射流室(7)，冷却流体(8)能够通过所述至少一个冲击射流室从入口(9)流至出口(10)，/n-其中，所述冲击射流室(7)在与所述电子器件侧(2a)相对定位的冷却侧(2b)上热传递地连接至所述至少一个电路板(2)，使得在所述至少一个电子部件(3a、3b)中产生的电力损耗能够在所述热传递区域(5a、5b)中被传递至所述冲击射流室(7)中的冷却流体(8)，/n其特征在于,/n-所述冷却装置(6)包括具有至少一个流动喷嘴(12)的至少一个喷嘴板(11)，所述至少一个喷嘴板布置在所述冲击射流室(7)中并且将所述冲击射流室分成至少一个入口侧入口室(13)和至少一个出口侧出口室(14)，其中，至少一个入口室(13)和至少一个出口室(14)经由所述至少一个流动喷嘴(12)彼此流体地连接，以及/n-所述至少一个流动喷嘴(12)被布置成与所述至少一个电子部件(3a、3b)的所述热传递区域(5a、5b)间隔开，使得所述至少一个流动喷嘴(12)对通过所述入口(9)流入的所述冷却流体(8)进行加速并且将其朝向所述电子部件(3a、3b)的热传递区域(5a、5b)引导。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180711 DE 102018211520.61.一种电力电子单元(1)，所述电力电子单元具有至少一个电路板(2)并且具有冷却装置(6)，
-其中，所述至少一个电路板(2)包括至少一个电子部件(3a、3b)，在热传递区域(5a、5b)中，所述至少一个电子部件以热传递方式平放在所述至少一个电路板(2)的电子器件侧(2a)上，
-其中，所述冷却装置(6)包括至少一个冲击射流室(7)，冷却流体(8)能够通过所述至少一个冲击射流室从入口(9)流至出口(10)，
-其中，所述冲击射流室(7)在与所述电子器件侧(2a)相对定位的冷却侧(2b)上热传递地连接至所述至少一个电路板(2)，使得在所述至少一个电子部件(3a、3b)中产生的电力损耗能够在所述热传递区域(5a、5b)中被传递至所述冲击射流室(7)中的冷却流体(8)，
其特征在于,
-所述冷却装置(6)包括具有至少一个流动喷嘴(12)的至少一个喷嘴板(11)，所述至少一个喷嘴板布置在所述冲击射流室(7)中并且将所述冲击射流室分成至少一个入口侧入口室(13)和至少一个出口侧出口室(14)，其中，至少一个入口室(13)和至少一个出口室(14)经由所述至少一个流动喷嘴(12)彼此流体地连接，以及
-所述至少一个流动喷嘴(12)被布置成与所述至少一个电子部件(3a、3b)的所述热传递区域(5a、5b)间隔开，使得所述至少一个流动喷嘴(12)对通过所述入口(9)流入的所述冷却流体(8)进行加速并且将其朝向所述电子部件(3a、3b)的热传递区域(5a、5b)引导。


2.根据权利要求1所述的电力电子单元，其特征在于，所述冲击射流室(7)至少在一侧上通过电路板(2)与外部分隔开。


3.根据权利要求1或2所述的电力电子单元，其特征在于，所述喷嘴板(11)中的所述至少一个流动喷嘴(12)由喷嘴开口(20)和喷嘴壁(23)形成，所述喷嘴壁围绕所述喷嘴开口(20)并从所述喷嘴板(11)突入到所述出口室(14)中，使得通过所述入口(9)流入的冷却流体(8)被引导朝向所述电子部件(3a、3b)的热传递区域(5a、5b)。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的电力电子单元，其特征在于，所述至少一个喷嘴板(11)平行于所述至少一个电路板(2)并与所述至少一个电路板间隔开地布置在所述冲击射流室(7)中，并且所述至少一个流动喷嘴(12)以30°至150°，优选地80°至100°的射流角指向所述热传递区域(5a、5b)。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的电力电子单元，其特征在于，
-所述至少一个入口室(13)的流动横截面随着远离所述入口(9)而减小，并且所述至少一个出口室(14)的流动横截面随着接近所述出口(10)而增大，或者
-所述至少一个入口室(13)的流动横截面和所述至少一个出口室(14)的流动横截面是恒定的。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的电力电子单元，其特征在于，
-所述至少一个入口室(13)由至少一个流入通道(17)形成，所述至少一个流入通道将所述入口(9)和所述至少一个流动喷嘴(12)彼此流体地连接，以及
-所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安·埃格，马蒂亚斯·甘兹，扬科·霍瓦特，尼克拉斯·库尔，彼得·塞韦尔，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE