CN119300312A - 功率变换设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种功率变换设备，涉及能源技术领域。该功率变换设备包括设备壳和功率模组；设备壳用于收容功率模组，功率模组用于将来自光伏组件或储能电池的直流电转化为交流电，功率模组包括基板、裸片、半导体制冷片和封装壳，裸片固定于基板；半导体制冷片固定于裸片背离基板的表面，半导体制冷片具有相对的第一面和第二面，第一面与裸片连接，半导体制冷片通电后，第一面的温度低于第二面的温度；基板、裸片和半导体制冷片均位于封装壳内，或者，封装壳罩设于基板，裸片和半导体制冷片均位于封装壳与基板围成的空间内。通过上述技术方案，能够对功率模组进行快速且及时的散热，降低功率模组损坏的风险，使功率变换设备能够稳定运行。

Description

功率变换设备

技术领域

本申请涉及能源技术领域，尤其涉及一种功率变换设备。

背景技术

随着电子技术的发展，功率变换设备中功率模组的损耗逐渐增加，导致功率模组的散热需求逐渐提升。相关技术中，功率模组的散热通常是在功率模组的外部设置散热器，功率模组产生的热量经散热器传导至外部环境以进行散热。

但是，功率模组的热量通过散热器向外传导的过程需要一定的时间，在一些特殊的工况下，例如，在电网电压异常时，电网需要功率变换设备(例如：逆变器和储能变流器)提供较大的电流，以维持电网的稳定运行，导致功率模组瞬时发热量较大，产生的热量难以通过功率模组外部的散热器进行快速且及时的散热，使功率模组有损坏的风险。

发明内容

本申请提供一种功率变换设备，能够对功率模组进行快速且及时的散热，降低功率模组损坏的风险，使功率变换设备能够稳定运行。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

本申请提供了一种功率变换设备，该功率变换设备包括设备壳和功率模组；设备壳用于收容功率模组，功率模组用于将来自光伏组件或储能电池的直流电转化为交流电，功率模组包括基板、裸片、半导体制冷片和封装壳，裸片固定于基板；半导体制冷片固定于裸片背离基板的表面，半导体制冷片具有相对的第一面和第二面，第一面与裸片连接，在半导体制冷片通电的情况下，第一面的温度低于第二面的温度；基板、裸片和半导体制冷片均位于封装壳内，或者，封装壳罩设于基板，裸片和半导体制冷片均位于封装壳与基板围成的空间内。

半导体制冷片通电后，会形成较冷的第一面(冷面)和发热的第一面(热面)，在封装壳内封装半导体制冷片，并使半导体制冷片的第一面贴在裸片上。在功率模组发热量较大的情况下，裸片是功率模组内部发热较为严重的部分，相较于裸片的热量通过基板或封装壳向外传递进行散热，半导体制冷片的第一面能够更加及时的对裸片进行降温，快速降低裸片的温度，对功率模组进行快速且及时的散热，降低功率模组损坏的风险，提升功率模组的使用寿命，使功率变换设备能够稳定运行。

一种可选的实施方式中，功率模组还包括第一连接线和第二连接线；基板朝向裸片的表面包括相互绝缘的多个走线面，多个走线面包括第一走线面和第二走线面，第一连接线电连接半导体制冷片的正极和第一走线面，第二连接线电连接半导体制冷片的负极和第二走线面。

基板可以是覆盖有走线面的基板，例如，覆铜陶瓷基板(Direct Copper Bond，DCB)等等，其中，走线面(例如，金属面)能够导电，将半导体制冷片的正极和负极分别通过第一连接线和第二连接线连接在对应的走线面上，并使电连接半导体制冷片正极和负极的两个走线面与安置裸片的走线面相互绝缘，也就是，使第一走线面(电连接半导体制冷片的正极)和第二走线面(电连接半导体制冷片的负极)均与安置裸片的走线面绝缘。这样一来，向半导体制冷片的正极和负极通电后，能够降低流经半导体制冷片正极和负极的电流对裸片产生影响的可能性。

一种可选的实施方式中，功率模组还包括金属板和第三连接线，金属板固定在半导体制冷片与裸片之间；多个走线面还包括第三走线面和第四走线面，第三走线面与裸片的第一极电连接，金属板与裸片的第二极电连接，第三连接线电连接金属板和第四走线面。

功率模组通电运行的过程中，裸片的第一极和第二极会有电流流过，第一极和第二极是裸片上相对的两级，例如，在裸片是绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate BipolarTransistor，IGBT)的情况下，裸片的第一极是集电极(C极)，第二极是发射极(E极)，再例如，在裸片是金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)的情况下，裸片的第一极是漏极(D极)，第二极是源极(S极)。其中，裸片的第一极与第三走线面电连接，流经第三走线面的电流会经过第一极，如果裸片的第二极直接与一根或多根连接线电连接，由于半导体制冷片覆盖在裸片的表面上，也就覆盖了第二极的一部分，因此裸片的第二极上供连接线连接的区域较小，会使电流无法均匀的流经裸片的第二极，使第二极局部区域(连接第三连接线的区域)温度升高。因此，设置金属板并将第三连接线连接在金属板上，使第二极有更多的区域(与金属板的接触区域)供电流流过，降低了第二极局部区域发热严重的可能性。

一种可选的实施方式中，功率模组还包括多个引脚，多个引脚固定于封装壳，每个引脚从封装壳内延伸至封装壳外，第一走线面、第二走线面和第三走线面各与至少一个引脚电连接。

设置引脚，便于封装好的功率模组外接电路板，通过引脚能够向走线面输入电流，或者走线面上的电流也可以通过引脚输出。例如，电流能够通过与第一走线面电连接的引脚传输至第一走线面，然后通过第一走线面上电连接的第一连接线输送至半导体制冷片的正极，流经半导体制冷片的负极、第二连接线和第二走线面，输送至与第二走线面电连接的引脚。

一种可选的实施方式中，封装壳包括封装板和封装盖，基板背离裸片的板面固定于封装板，封装盖罩设于封装板，基板、裸片和半导体制冷片均位于封装盖与封装板围成的空间内。

将基板固定在封装板上，并将封装盖罩设在封装板上，封装盖与封装板固定后，基板、裸片和半导体制冷片会被封装盖与封装板包围，实现对基板、裸片和半导体制冷片等结构的封装。

一种可选的实施方式中，功率模组还包括多个引脚，多个引脚固定于封装壳，每个引脚从封装壳内延伸至封装壳外，多个引脚包括第一引脚和第二引脚；功率模组还包括第一连接线和第二连接线，第一连接线电连接半导体制冷片的正极和第一引脚，第二连接线电连接半导体制冷片的负极和第二引脚。

分别与半导体制冷片的正极和负极电连接的第一连接线和第二连接线也可以不与基板电连接，而是直接与对应的引脚电连接，也就是，从第一引脚输入的电流会经过第一连接线传送至半导体制冷片的正极，经过半导体制冷片的负极和第二连接线输送至第二引脚。由于裸片固定在基板上，第一引脚和第二引脚不与基板电连接，向半导体制冷片的正负极通电后，可以降低流经半导体制冷片正极和负极的电流对裸片产生影响的可能性。

一种可选的实施方式中，功率模组还包括金属板和第三连接线；金属板固定在半导体制冷片与裸片之间，裸片的第一极与基板电连接，裸片的第二极与金属板电连接；多个引脚还包括第三引脚和第四引脚，第三连接线电连接金属板和第三引脚，第四引脚与基板电连接。

由于半导体制冷片覆盖在裸片的表面上，也就覆盖了第二极的一部分，如果裸片的第二极直接与一根或多根连接线电连接，裸片的第二极上供连接线连接的区域较小，会使电流无法均匀的流经裸片的第二极，使第二极局部区域(电连接有连接线的区域)温度升高。因此，设置金属板并将第三连接线连接在金属板上，使第二极有更多的区域(与金属板的接触区域)供电流流过，降低了第二极局部区域发热严重的可能性。在该种示例中，裸片的第一极与基板电连接，基板与第四引脚电连接，与第二极电连接的第三连接线不与基板电连接，而是与对应的第三引脚电连接，降低了第三引脚与第四引脚之间出现短路的可能性。

一种可选的实施方式中，裸片为绝缘栅双极晶体管，裸片的第一极为集电极，裸片的第二极为发射极；或者，裸片为金属-氧化物半导体场效应晶体管，裸片的第一极为漏极，裸片的第二极为源极。

裸片可以是任何合适的器件，例如，裸片可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，裸片也可以是金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

一种可选的实施方式中，功率变换设备还包括电路板，电路板固定在设备壳内，多个引脚与电路板电连接。

功率模组可以通过自身的引脚与电路板电连接，例如，可以将多个引脚焊接在电路板上，实现功率模组与电路板之间的电连接。

一种可选的实施方式中，功率模组还包括储热片，储热片的材料包括相变材料或金属，储热片位于封装壳内并固定于半导体制冷片的第二面，储热片用于吸收第二面的热量。

半导体制冷片在通电后，第二面(热面)的温度会升高，这是半导体制冷片的特性。本申请将储热片固定在半导体制冷片的第二面，储热片可以选用金属或相变材料，这样使储热片的比热容较高，在第二面发热后，储热片能够及时吸收第二面的热量并储存，提升半导体制冷片的制冷能力，也降低了第二面的热量对裸片或封装壳内部其他器件产生的影响，进一步对功率模组的温度进行控制。

一种可选的实施方式中，功率变换设备还包括散热器，散热器至少部分位于设备壳内，散热器具有多个供液体或气体流过的通道；散热器固定于基板背离裸片的表面，或者，散热器固定于封装壳。

散热器可以是风冷散热器，风冷散热器通过多个通道与空气换热，以此为功率模组进行散热；散热器也可以是液冷散热器，液冷散热器通过液体在通道内的流动对功率模组进行散热。在功率变换设备常态运行的情况下，通过散热器的通道，就可以满足功率模组的散热需求。在功率变换设备处于特殊工况下，例如，功率变换设备要为电网提供较大的电流，以维持电网的稳定运行，功率模组瞬时发热量较大，向半导体制冷片通电，可以快速且及时的通过半导体制冷片的第一面(冷面)为裸片降温，限制功率模组的瞬时发热量。通过外部散热(散热器)和内部降温(半导体制冷片)相互配合，降低了功率模组发生损坏的风险，使功率变换设备的运行更加稳定。

一种可选的实施方式中，散热器包括导热板和多个翅片，导热板位于设备壳内并固定在基板或封装壳上，多个翅片固定在导热板背离基板的表面，通道包括相邻两个翅片之间的间隙，多个翅片伸出至设备壳外。

在散热器是风冷散热器的情况下，功率模组的热量能够传递至导热板上，然后通过导热板传递至翅片上，翅片上的热量通过通道与空气换热，以此为功率模组进行散热。

一种可选的实施方式中，散热器位于设备壳内并固定在基板或封装壳上，通道位于散热器内并用于供液体流动。

在散热器是液冷散热器的情况下，功率模组的热量能够传递至散热器上，冷却液会流经通道并带走功率模组的热量，实现对功率模组的液冷散热。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种光伏系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种功率变换设备的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种散热器的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种散热器的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种功率变换设备的拓扑图；

图6为本申请实施例提供的一种功率模组的内部结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种半导体制冷片的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种基板的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种基板的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种功率模组的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的一种引脚的结构示意图；

图12为本申请实施例提供的另一种功率模组的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的另一种引脚的结构示意图；

图14为本申请实施例提供的一种金属板的结构示意图；

图15为本申请实施例提供的一种储热片的结构示意图；

图16为本申请实施例提供的再一种功率模组的结构示意图；

图17为本申请实施例提供的再一种基板的结构示意图；

图18为本申请实施例提供的再一种引脚的结构示意图；

图19为本申请实施例提供的另一种金属板和储热片的结构示意图；

图20为本申请实施例提供的再一种功率模组的结构示意图。

附图标记：

100-光伏系统；101-光伏组件；102-功率变换设备；103-开关盒；104-箱式变电站；105-电网；

1-设备壳；11-通口；12-风口；2-电路板；3-功率模组；31-基板；311-走线面；3111-第一走线面；3112-第二走线面；3113-第三走线面；3114-第四走线面；3115-第五走线面；32-裸片；321-第一极；322-第二极；323-控制极；33-半导体制冷片；331-第一面；332-第二面；333-第一侧板；334-第二侧板；335-正极；336-负极；337-半导体热电偶；3371-N型半导体；3372-P型半导体；34-封装壳；341-封装板；342-封装盖；35-连接线；351-第一连接线；352-第二连接线；353-第三连接线；354-第四连接线；36-引脚；361-第一引脚；362-第二引脚；363-第三引脚；364-第四引脚；365-第五引脚；37-金属板；38-储热片；4-散热器；41-通道；42-导热板；43-翅片；5-散热罩。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请实施例的附图中，部件、组件等实体结构采用指引线表示；开口、开孔、空间、腔体等镂空结构采用带箭头的指引线表示。

本申请实施例提供了一种功率变换设备102，在一种示例中，功率变换设备102可以是逆变器，在该种示例中，功率变换设备102用在光伏系统100中，图1示例性的示出了一种光伏系统100的结构，参照图1，光伏组件101利用光生伏特效应将太阳光能直接转换成电能，其中，光伏组件101通常包括串联或并联的多个(本申请的多个指两个及两个以上)电池片，以达到一定的额定输出功率和电压。功率变换设备102(例如，光伏逆变器)用于将来自光伏组件101的直流电转化为交流电，通过用于控制通断的开关盒103后，送入箱式变电站104进行变压，并向电网105或其他负载输出。

在另一种示例中，功率变换设备102可以是储能变流器(Power ConversionSystem，PCS)，在该种示例中(附图中未示出)，功率变换设备102用于储能系统，功率变换设备102的直流源包括储能电池，功率变换设备102用于将来自储能电池的直流电转化为交流电，并向电网105或其他负载输出。除此之外，功率变换设备102(储能变流器)还能将电网105的交流电转化为直流电为储能电池充电。

图2示例性的示出了一种功率变换设备102，图3示例性的示出了图2中功率变换设备102的内部结构，参照图2和图3，功率变换设备102包括设备壳1、电路板2和功率模组3。其中，设备壳1可以是任何合适的壳体或箱体，设备壳1内部具有用于安置器件和装置的空间，电路板2可以是印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，电路板2固定在设备壳1的内部空间中，功率模组3用于将来自光伏组件101或储能电池的直流电转化为交流电，功率模组3位于设备壳1内并固定在电路板2上。也就是，电路板2和功率模组3均位于设备壳1内。

功率变换设备102还可以包括散热器4，其中，散热器4用于为功率模组3进行散热，图3中示出了一种散热器4的结构，在图3示出的示例中，散热器4为风冷散热器，散热器4包括导热板42和多个翅片43，导热板42位于设备壳1内并固定在功率模组3上，多个翅片43固定在导热板42背离功率模组3的表面，相邻两个翅片43之间形成一个间隙，通道41包括多个翅片43之间的所有间隙。设备壳1上设置有通口11，多个翅片43穿过通口11伸出至设备壳1外。

在散热器4是风冷散热器的情况下，功率模组3的热量能够传递至导热板42上，然后通过导热板42传递至翅片43上，翅片43上的热量通过通道41与空气换热，以此为功率模组3进行散热。此外，在一些示例中，参照图2和图3，功率变换设备102还可以包括散热罩5，散热罩5位于设备壳1外并固定在设备壳1上，散热罩5能够将散热器4的多个翅片43罩设在内，其中，为了利于散热，散热罩5上还设置有多个风口12，例如，多个进风口和多个出风口。

在其他一些示例中，散热器4也可以是液冷散热器4，图4示例性的示出了另一种散热器4(液冷型)，参照图4，在该种示例中，散热器4位于设备壳1内并固定在功率模组3上，也就是，散热器4不伸出至设备壳1外。散热器4内形成有通道41，通道41能够供冷却液(例如，水)通过。在散热器4是液冷散热器的情况下，功率模组3的热量能够传递至散热器4上，冷却液流经通道41的过程中会带走功率模组3的热量，实现对功率模组3的液冷散热。

功率模组3可以设置一个，功率模组3也可以设置有多个，并且，每个功率模组3均固定在电路板2上并与电路板2电连接。在功率模组3设置有多个的情况下，一个散热器4可以同时与多个功率模组3连接，并同时为多个功率模组3散热。或者，在功率模组3设置有多个的情况下，散热器4也可以设置有多个，每个散热器4为对应的一个散热器4进行散热。本申请中，对功率模组3的数量和散热器4的数量均不作具体限制。

功率模组3可以是任何用于将直流电转化为交流电的器件，图5示例性的示出了一种功率变换设备102的拓扑图(局部)，功率模组3内可以封装有一个开关管，例如，图5中虚线框a内的开关管可以封装在一个功率模组3内(虚线框a内的开关管仅为该功率模组3的一部分)。功率模组3内也可以封装有多个开关管，例如，图5中虚线框b内的多个开关管可以封装在一个功率模组3内，再例如，图5中虚线框c内的多个开关管可以封装在一个功率模组3内(虚线框b或虚线框c内的开关管仅为对应功率模组3的一部分)。

图6示例性的示出了一种功率模组3的内部结构，参照图6，功率模组3包括基板31、裸片32(die)和封装壳34。其中，基板31可以是任何能够承载裸片32的板结构，例如，基板31可以是覆铜陶瓷基板31(Direct Bonding Copper，DBC)。在其他一些示例中，基板31也可以是铜板、铝板等。裸片32可以是绝缘栅双极型晶体管(Insulate-Gate BipolarTransistor，IGBT)、二极管、碳化硅(SiC)管、金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、氮化镓(GaN)管、晶闸管，等多种中的其中一种。裸片32固定在基板31上。在图6示出的示例中，基板31和裸片32均位于封装壳34内，封装壳34用于封装基板31和裸片32。

参照图6，功率模组3还包括半导体制冷片33(或者称为，热电制冷片)，例如，半导体制冷片33可以是片状的半导体制冷器(Thermoelectric Cooler)。半导体制冷片33也封装在封装壳34内，半导体制冷片33固定在裸片32背离基板31的表面。其中，半导体制冷片33具有相对的第一面331和第二面332，第一面331和第二面332背靠背设置，在半导体制冷片33加载电流后，第一面331的温度较低，第二面332的温度较高，也就是，在半导体制冷片33通电的情况下，第一面331的温度低于第二面332的温度，第一面331是半导体制冷片33的冷面，第二面332是半导体制冷片33的热面，半导体制冷片33的第一面331(冷面)与裸片32连接。

图7示例性的示出了一种半导体制冷片33的结构，图7仅用于解释半导体制冷片33的基本原理，参照图7，半导体制冷片33可以包括第一侧板333、第二侧板334、正极335、负极336和多组半导体热电偶337，第一侧板333与第二侧板334相对设置，多组半导体热电偶337位于第一侧板333与第二侧板334之间。多组半导体热电偶337依次串联连接，在依次串联后的多组半导体热电偶337中，第一个半导体热电偶337与正极335电连接，最后一个半导体热电偶337与负极336电连接。

参照图7，每一组半导体热电偶337包括串联连接的N型半导体3371和P型半导体3372，在串联连接的两组半导体热电偶337中，其中一组半导体热电偶337中的N型半导体3371与另一组半导体热电偶337中的P型半导体3372串联连接。属于不同半导体热电偶337的N型半导体3371和P型半导体3372的连接处靠近第一侧板333，属于同一组半导体热电偶337的N型半导体3371和P型半导体3372的连接处靠近第二侧板334。

向半导体制冷片33施加电压，当电子从P型半导体3372穿过结点至N型半导体3371时，结点的温度降低，当电子从N型半导体3371流至P型半导体3372时，结点的温度就会升高。也就是，电流通过N型半导体3371和P型半导体3372的连接处时，会出现吸热或放热现象，使半导体制冷片33在第一侧板333处吸热以实现制冷功能，在第二侧板334处放热以实现制热功能。在图7示出的示例中，第一面331(冷面)可以是第一侧板333背离第二侧板334的板面，第二面332(热面)可以是第二侧板334背离第一侧板333的板面。

在功率模组3发热量较大的情况下，裸片32是功率模组3内部发热较为严重的部分，在封装壳34内封装半导体制冷片33，并使半导体制冷片33的第一面331(冷面)贴在裸片32上，相较于裸片32的热量通过基板31或封装壳34向外传递进行散热，半导体制冷片33的第一面331能够更加及时的对裸片32进行降温，快速控制裸片32的温度，对功率模组3进行快速且及时的散热，降低功率模组3损坏的风险，提升功率模组3的使用寿命，使功率变换设备102能够稳定运行。

在功率变换设备102还包括散热器4的情况下，图6中虚线框指代散热器4，可以通过半导体制冷片33和散热器4相互配合的方式对功率模组3进行散热和降温，也就是，通过外部散热(散热器4)和内部降温(半导体制冷片33)相互配合，降低了功率模组3发生损坏的风险，使功率变换设备102的运行更加稳定。

例如，在功率变换设备102常态运行的情况下，通过散热器4的通道41，就可以满足功率模组3的散热需求。在功率变换设备102处于特殊工况下(例如，功率变换设备102要为电网105提供较大的电流，以维持电网105的稳定运行)，功率模组3瞬时发热量较大，向半导体制冷片33通电，可以快速且及时的通过半导体制冷片33的第一面331为裸片32降温，限制功率模组3的瞬时发热量。

也就是，在一些实例中，半导体制冷片33可以在需要的时候才通电。例如，电路板2上设置有电流检测装置，用于监测功率模组3输出的电流，当功率模组3输出电流的电流值大于或等于第一阈值的情况下，半导体制冷片33通电开启，为裸片32降温，当功率模组3输出电流的电流值小于第一阈值的情况下，半导体制冷片33停止通电。再例如，功率模组3上设置有温度检测装置，用于监测功率模组3的温度，当功率模组3的温度值大于或等于第二阈值的情况下，半导体制冷片33通电开启，为裸片32降温，当功率模组3的温度值小于第二阈值的情况下，半导体制冷片33停止通电。再例如，功率变换设备102还包括检测装置，在检测装置检测到电网105电压跌落较快，需要功率变换设备102向电网105输送更多电流的情况下，半导体制冷片33通电开启，为裸片32降温，当检测装置检测到电网105恢复正常后，半导体制冷片33停止通电。再例如，电网105一侧朝向功率变换设备102发送控制半导体制冷片33开启或停止的信号，在电网105朝向功率变换设备102发送开启半导体制冷片33的信号后，半导体制冷片33通电开启，为裸片32降温，在电网105朝向功率变换设备102发送关闭半导体制冷片33的信号后，半导体制冷片33停止通电。

在其他一些实例中，半导体制冷片33可以有规律的间歇式通电。或者，在其他一些实例中，半导体制冷片33也可以不间断的通电。

其中，为半导体制冷片33供电的电路可以是功率变换设备102内部的辅助电路，辅助电路可以外接光伏组件101(或者储能电池)，辅助电路也可以外接电网105，本申请对此不作具体限制。

在其他一些示例中，功率变换设备102也可以不包括散热器4，仅通过半导体制冷片33为功率模组3进行降温。

图8示例性的示出了一种基板31的结构，基板31朝向裸片32的表面包括相互绝缘的多个走线面311，例如，在基板31是覆铜陶瓷基板(DBC)的情况下，多个走线面311可以是覆铜陶瓷基板中陶瓷板上固定的多个铜片的表面。在其他一些示例中，走线面311可以是基板31自身的金属面。多个走线面311彼此绝缘，例如，多个走线面311彼此之间具有间隙，或者，多个走线面311彼此之间的间隙处填充有绝缘介质。

其中，多个走线面311可以包括第一走线面3111、第二走线面3112和第三走线面3113，功率模组3还包括多个连接线35(参照图6)，其中，每个连接线35均为能够导电的引线，例如，健合引线。返回参照图8，多个连接线35可以包括第一连接线351和第二连接线352，第一连接线351电连接半导体制冷片33的正极335和第一走线面3111，第二连接线352电连接半导体制冷片33的负极336和第二走线面3112。此外，裸片32固定在第三走线面3113上。

走线面311能够导电，将半导体制冷片33的正极335和负极336分别通过对应的连接线35电连接在对应的走线面311上，并使电连接半导体制冷片33的正极335和负极336的两个走线面311与安置裸片32的走线面311相互绝缘，也就是，使第一走线面3111(电连接半导体制冷片33的正极335)和第二走线面3112(电连接半导体制冷片33的负极336)相互绝缘，并且，第一走线面3111和第二走线面3112均与第三走线面3113(安置裸片32的走线面311)绝缘。这样一来，降低了流经半导体制冷片33的正极335和负极336的电流对裸片32产生影响的可能性。

参照图6和图8，裸片32具有相对的第一极321和第二极322，例如，在裸片32是绝缘栅双极晶体管(IGBT)的情况下，裸片32的第一极321是集电极(C极)，第二极322是发射极(E极)，再例如，在裸片32是金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的情况下，裸片32的第一极321是漏极(D极)，第二极322是源极(S极)。裸片32的第一极321朝向基板31，并且裸片32的第一极321与第三走线面3113电连接，裸片32的第二极322背离基板31。功率模组3的多个连接线35还包括第三连接线353，多个走线面311还包括第四走线面3114，第三连接线353电连接第二极322和第四走线面3114。

此外，参照图8，裸片32还具有控制极323，例如，在裸片32是绝缘栅双极晶体管(IGBT)的情况下，控制极323是基极(G极)，再例如，在裸片32是金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的情况下，控制极323是栅极(G极)。并且，功率模组3的多个连接线35还包括第四连接线354，多个走线面311还包括第五走线面3115，第四连接线354电连接控制极323和第五走线面3115。

通过上述设计方式，裸片32的第一极321与第三走线面3113电连接，流经第三走线面3113的电流会经过第一极321；裸片32的第二极322与第四走线面3114通过第三连接线353电连接，流经第四走线面3114的电流会经过第二极322；裸片32的控制极323与第五走线面3115通过第四连接线354电连接，流经第五走线面3115的电流会经过控制极323。

其中，图8中多个走线面311的形状和排布方式仅为示例，并不是对本申请基板31的限制。图9示例性的示出了另一种基板31，该基板31上的走线面311采用另一种排布方式，图9旨在表达可以根据需求设置基板31上多个走线面311的形状和排布方式，本申请对此不作具体限制。

为了实现电流的输入和输出，功率模组3还包括多个引脚36，功率模组3可以通过自身的多个引脚36与电路板2电连接，例如，可以将多个引脚36焊接在电路板2上。图10示例性的示出了一种引脚36的结构，多个引脚36固定在封装壳34上，每个引脚36从封装壳34内延伸至封装壳34外。其中，引脚36可以是金属片状结构，引脚36也可以是金属条状结构，引脚36还可以是类似端子的结构。

在一种示例中，第一走线面3111、第二走线面3112、第三走线面3113、第四走线面3114和第五走线面3115各与至少一个引脚36电连接。也就是，在第一走线面3111、第二走线面3112、第三走线面3113、第四走线面3114和第五走线面3115中，每个走线面311与一个引脚36电连接，或者，每个走线面311与多个引脚36电连接，或者，一些走线面311与一个引脚36电连接，另一些走线面311与多个引脚36电连接，本申请对此不作具体限制。

图11示例性的示出了其中一个走线面311(第三走线面3113)与对应的引脚36的连接方式，其中，引脚36可以是弯折型或异型的金属片，引脚36在封装壳34内的部分接触对应的走线面311。在其他一些实例中，引脚36也可以通过引线与对应的走线面311电连接。

图12示例性的示出了另一种引脚36的结构，参照图12，引脚36呈针状，图13示例性的示出了该种引脚36与走线面311的连接方式。参照图13，每个引脚36固定在封装壳34上，每个引脚36与对应的走线面311通过一个或多个连接线35电连接。

功率模组3通电运行的过程中，裸片32的第一极321和第二极322会有电流流过，其中，裸片32的第一极321与第三走线面3113电连接，流经第三走线面3113的电流会经过第一极321。由于半导体制冷片33覆盖在裸片32的表面上，也就覆盖了第二极322的一部分，如果裸片32的第二极322直接与一根或多根连接线35电连接，裸片32的第二极322上供连接线35连接的区域较小，会使电流无法均匀的流经裸片32的第二极322，使第二极322局部区域(电连接有连接线35的区域)温度升高。因此，在一些示例中，第三连接线353不直接与第二极322电连接，该种示例中，功率模组3还包括金属板37，图14示例性的示出了一种金属板37的结构，其中，金属板37可以是铝板，金属板37也可以是铜板等。

参照图14，金属板37固定在半导体制冷片33与裸片32之间，也就是，金属板37一侧的板面连接半导体制冷片33，另一侧的板面连接裸片32的第二极322，裸片32的第一极321与第三走线面3113电连接，裸片32的第二极322与金属板37电连接，第三连接线353电连接金属板37和第四走线面3114(第四走线面3114的位置可以辅助参照图13)。设置金属板37并将第三连接线353连接在金属板37上，使第二极322有更多的区域(与金属板37的接触区域)供电流流过，降低了第二极322局部区域发热严重的可能性。

金属板37的形状可以根据需求进行设置，例如，金属板37的板面可以是方形，金属板37的板面也可以是圆形，金属板37的板面还可以是异形。金属板37的板面的面积也可以根据需求进行设置，例如，金属板37的板面的面积可以大于或等于半导体制冷片33的第一面331的面积，金属板37的板面的面积也可以小于或等于第二极322的面积。

此外，在一些示例中，功率模组3还包括储热片38，图15示例性的示出了一种储热片38的结构，储热片38位于封装壳34内并固定在半导体制冷片33的第二面332(热面)上，储热片38用于吸收第二面332的热量。其中，储热片38的材料包括相变材料或金属，例如，储热片38可以是金属片(铜片、铝片、铁片等)；再例如，储热片38也可以包括包裹层(外壳或者外膜)和相变材料，相变材料设置在包裹层内，相变材料按照化学成分通常可以分为无机类(结晶水合盐、熔融盐等)、有机类(石蜡类、酯酸类等)和复合类。选用相变材料或金属作为储热片38的主要组成部分，可以使储热片38的比热容较高，

将储热片38固定在半导体制冷片33的第二面332，在第二面332发热后，比热容较高的储热片38能够及时吸收第二面332的热量并储存，提升了半导体制冷片33的制冷能力，降低了第二面332的热量对裸片32或封装壳34内部其他器件产生的影响，进一步对功率模组3的温度进行控制。

在一些示例中，功率模组3包括储热片38而不包括金属板37。

通过设置在封装壳34内的结构(例如，半导体制冷片33等)，实现对功率模组3内部的降温，其中，封装壳34的结构可以根据需求进行设置，例如，参照图15(也可以辅助参照图10或图12)，封装壳34包括封装板341(例如，铜板)和封装盖342，基板31背离裸片32的板面固定在封装板341上，封装盖342罩设在封装板341上，基板31、裸片32和半导体制冷片33均位于封装盖342与封装板341围成的空间内。也就是，将基板31固定在封装板341上，并将封装盖342罩设在封装板341上，封装盖342与封装板341固定后，基板31、裸片32和半导体制冷片33会被封装盖342与封装板341包围，实现对基板31、裸片32和半导体制冷片33等结构的封装。

在封装壳34包括封装板341和封装盖342的示例中，若功率变换设备102还包括散热器4，散热器4可以固定在封装壳34的封装板341上。

图16示例性的示出了再一种功率模组3的结构，图17示例性的示出了该种功率模组3的内部结构，参照图16和图17，基板31为金属制成的板结构(例如铝板、铜板等)，封装壳34为防护罩类的结构，封装壳34罩设在基板31上，裸片32和半导体制冷片33均位于封装壳34与基板31围成的空间内。在该种示例中，多个引脚36固定在封装壳34上，并且每个引脚36从封装壳34内延伸至封装壳34外。在该种示例中，若功率变换设备102还包括散热器4，散热器4可以固定在基板31上。

图18示例性的示出了再一种引脚36的结构，图18旨在表达图16中功率模组3多个引脚36的连接情况，多个引脚36包括第一引脚361、第二引脚362、第三引脚363、第四引脚364和第五引脚365，第一连接线351电连接半导体制冷片33的正极335和第一引脚361，第二连接线352电连接半导体制冷片33的负极336和第二引脚362，第三连接线353电连接裸片32的第二极322和第三引脚363，裸片32的第一极321电连接基板31(参照图17)，第四引脚364与基板31电连接，第四连接线354电连接裸片32的控制极323和第五引脚365。

其中，仅上述的第四引脚364与基板31直接连接，第一引脚361、第二引脚362、第三引脚363和第五引脚365均不与基板31直接连接。此外，第一连接线351、第二连接线352、第三连接线353和第四连接线354也不与基板31直接连接，而是与对应的引脚36电连接。例如，从第一引脚361输入的电流会经过第一连接线351传送至半导体制冷片33的正极335，经过半导体制冷片33的负极336和第二连接线352输送至第二引脚362。

在图17和图18示出的示例中，功率模组3也可以包括金属板37或储热片38，图19示例性的示出了另一种金属板37和储热片38的结构，参照图19，金属板37固定在半导体制冷片33与裸片32之间，裸片32的第一极321与基板31电连接，裸片32的第二极322与金属板37电连接，第三连接线353电连接金属板37和第三引脚363。在功率模组3还包括储热片38的示例中，储热片38位于封装壳34内并固定在半导体制冷片33的第二面332上，储热片38用于吸收第二面332的热量。

在其他一些示例中，在基板31为金属制成的板结构的示例中，基板31也可以位于封装壳34内，或者至少部分伸入封装壳34内，半导体制冷片33的正极335和负极336与对应的引脚36通过对应的连接线35电连接。

图20还示例性的示出了再一种功率模组3的结构，在图20示出的示例中，基板31、裸片32和半导体制冷片33均位于封装壳34内。基板31可以是一个金属制成的板结构，裸片32固定在基板31上，半导体制冷片33的正极335和负极336与对应的引脚36通过对应的连接线35电连接。

此外，在一些示例中，每个功率模组3可以包括多个裸片32，多个裸片32包括至少一个FRD(Fast Recovery Diode)裸片，以提高功率模组3的效率和可靠性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备包括设备壳和功率模组；

所述设备壳用于收容所述功率模组，所述功率模组用于将来自光伏组件或储能电池的直流电转化为交流电，所述功率模组包括：

基板；

裸片，所述裸片固定于所述基板；

半导体制冷片，所述半导体制冷片固定于所述裸片背离所述基板的表面，所述半导体制冷片包括相对的第一面和第二面，所述第一面与所述裸片连接，在所述半导体制冷片通电的情况下，所述第一面的温度低于所述第二面的温度；

封装壳，所述基板、所述裸片和所述半导体制冷片均位于所述封装壳内，或者，所述封装壳罩设于所述基板，所述裸片和所述半导体制冷片均位于所述封装壳与所述基板围成的空间内。

2.根据权利要求1所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率模组还包括第一连接线和第二连接线；

所述基板朝向所述裸片的表面包括相互绝缘的多个走线面，所述多个走线面包括第一走线面和第二走线面，所述第一连接线电连接所述半导体制冷片的正极和所述第一走线面，所述第二连接线电连接所述半导体制冷片的负极和所述第二走线面。

3.根据权利要求2所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率模组还包括金属板和第三连接线，所述金属板固定在所述半导体制冷片与所述裸片之间；

所述多个走线面还包括第三走线面和第四走线面，所述第三走线面与所述裸片的第一极电连接，所述金属板与所述裸片的第二极电连接，所述第三连接线电连接所述金属板和所述第四走线面。

4.根据权利要求2或3所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率模组还包括多个引脚，所述多个引脚固定于所述封装壳，每个所述引脚从所述封装壳内延伸至所述封装壳外，所述第一走线面、所述第二走线面和所述第三走线面各与至少一个所述引脚电连接。

5.根据权利要求4所述的功率变换设备，其特征在于，所述封装壳包括封装板和封装盖，所述基板背离所述裸片的板面固定于所述封装板，所述封装盖罩设于所述封装板，所述基板、所述裸片和所述半导体制冷片均位于所述封装盖与所述封装板围成的空间内。

6.根据权利要求1所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率模组还包括多个引脚，所述多个引脚固定于所述封装壳，每个所述引脚从所述封装壳内延伸至所述封装壳外，所述多个引脚包括第一引脚和第二引脚；

所述功率模组还包括第一连接线和第二连接线，所述第一连接线电连接所述半导体制冷片的正极和所述第一引脚，所述第二连接线电连接所述半导体制冷片的负极和所述第二引脚。

7.根据权利要求6所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率模组还包括金属板和第三连接线；

所述金属板固定在所述半导体制冷片与所述裸片之间，所述裸片的第一极与所述基板电连接，所述裸片的第二极与所述金属板电连接；

所述多个引脚还包括第三引脚和第四引脚，所述第三连接线电连接所述金属板和所述第三引脚，所述第四引脚与所述基板电连接。

8.根据权利要求3或7所述的功率变换设备，其特征在于，所述裸片为绝缘栅双极晶体管，所述裸片的第一极为集电极，所述裸片的第二极为发射极；

或者，所述裸片为金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述裸片的第一极为漏极，所述裸片的第二极为源极。

9.根据权利要求2-8中任一项所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备还包括电路板，所述电路板固定在所述设备壳内，所述多个引脚与所述电路板电连接。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率模组还包括储热片，所述储热片的材料包括相变材料或金属，所述储热片位于所述封装壳内并固定于所述半导体制冷片的所述第二面，所述储热片用于吸收所述第二面的热量。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备还包括散热器，所述散热器至少部分位于所述设备壳内，所述散热器具有多个供液体或气体流过的通道；

所述散热器固定于所述基板背离所述裸片的表面，或者，所述散热器固定于所述封装壳。