具有热分离半导体器件的逆变器模块.pdf

本发明涉及具有热分离半导体器件的逆变器模块。提供用于在交通工具中使用的逆变器模块的系统和设备。该逆变器模块包括各具有导电安装表面的第一电基底和第二电基底，其中这些电基底在物理上截然不同并且电耦合。第一半导体开关具有耦合到第一电基底的导电安装表面的表面端子。第二半导体开关具有耦合到第一电基底的导电安装表面的表面端子。第一半导体二极管和第二半导体二极管各具有表面端子，这些表面端子耦合到第二电基底的导电安装表面。第一半导体开关和第一半导体二极管是反并联的，并且第二半导体开关和第二半导体二极管是反并联的。

1.  一种用在交通工具中的逆变器模块，所述逆变器模块包括：
第一电基底，其具有导电安装表面；
第一半导体开关，其具有表面端子，其中所述第一半导体开关附接到所述第一电基底，使得所述第一半导体开关的所述表面端子耦合到所述第一电基底的所述导电安装表面；以及
第二半导体开关，其具有表面端子，其中所述第二半导体开关附接到所述第一电基底，使得所述第二半导体开关的所述表面端子耦合到所述第一电基底的所述导电安装表面；
第二电基底，其具有导电安装表面，所述第二电基底电耦合到所述第一电基底，其中所述第二电基底和第一电基底在物理上截然不同；
第一半导体二极管，其具有表面端子，其中所述第一半导体二极管附接到所述第二电基底，使得所述第一半导体二极管的所述表面端子耦合到所述第二电基底的所述导电安装表面；以及
第二半导体二极管，其具有表面端子，其中所述第二半导体二极管附接到所述第二电基底，使得所述第二半导体二极管的所述表面端子耦合到所述第二电基底的所述导电安装表面。

2.  如权利要求1所述的逆变器模块，其中第一电基底和第二电基底由铜材料形成。

3.  如权利要求1所述的逆变器模块，其中第一半导体二极管和第二半导体二极管由碳化硅材料形成。

4.  如权利要求1所述的逆变器模块，其中第一半导体开关和第一半导体二极管是反并联的，并且第二半导体开关和第二半导体二极管是反并联的。

5.  如权利要求4所述的逆变器模块，第一半导体开关具有第二表面端子，并且第一半导体二极管具有第二表面端子，其中第一半导体开关的第二表面端子和第一半导体二极管的第二表面端子耦合以接收正电压电势。

6.  如权利要求5所述的逆变器模块，第二半导体开关具有第二表面端子，并且第二半导体二极管具有第二表面端子，其中第二半导体开关的第二表面端子和第二半导体二极管的第二表面端子耦合以接收负电压电势。

7.  如权利要求6所述的逆变器模块，还包括：
第三半导体开关，其附接到第一电基底，第三半导体开关具有耦合到第一电基底的所述导电安装表面的第一表面端子和耦合到第一半导体开关的第二表面端子的第二表面端子以接收正电压电势，其中第三半导体开关并联于第一半导体开关并且反并联于第一半导体二极管；以及
第四半导体开关，其附接到第一电基底，第四半导体开关具有耦合到第一电基底的所述导电安装表面的第一表面端子和耦合到第二半导体开关的第二表面端子的第二表面端子以接收负电压电势，其中第四半导体开关并联于第二半导体开关并且反并联于第二半导体二极管。

8.  如权利要求6所述的逆变器模块，还包括：
第三半导体二极管，其附接到第二电基底，第三半导体二极管具有耦合到第二电基底的所述导电安装表面的第一表面端子和耦合到第一半导体二极管的第二表面端子的第二表面端子以接收正电压电势，其中第三半导体二极管并联于第一半导体二极管并且反并联于第一半导体开关；以及
第四半导体二极管，其附接到第二电基底，第四半导体二极管具有耦合到第二电基底的所述导电安装表面的第一表面端子和耦合到第二半导体二极管的第二表面端子的第二表面端子以接收负电压电势，其中第四半导体二极管并联于第二半导体二极管并且反并联于第二半导体开关。

9.  如权利要求1所述的逆变器模块，其中第一电基底和第二电基底独立定尺寸以用于不同的工作温度。

10.  一种逆变器相脚模块，包括：
正母线条，其配置成建立所述逆变器相脚模块的正电压电势；
负母线条，其配置成建立所述逆变器相脚模块的负电压电势；
输出节点；
第一导电基底，其耦合到所述输出节点；
第一开关封装，其具有耦合到所述第一导电基底的第一表面端子，并且具有耦合到所述正母线条的第二表面端子；
第二开关封装，其具有耦合到所述第一导电基底的第一表面端子，并且具有耦合到所述负母线条的第二表面端子；
第二导电基底，其耦合到所述输出节点，其中所述第二导电基底和第一导电基底在物理上截然不同；
第一二极管封装，其具有耦合到所述第二导电基底的第一表面端子，并且具有耦合到所述正母线条的第二表面端子；以及
第二二极管封装，其具有耦合到所述第二导电基底的第一表面端子，并且具有耦合到所述负母线条的第二表面端子。

11.  如权利要求10所述的逆变器相脚模块，其中第一导电基底和第二导电基底由铜材料形成。

12.  如权利要求10所述的逆变器相脚模块，其中第一二极管封装和第二二极管封装包含碳化硅半导体材料。

13.  如权利要求10所述的逆变器相脚模块，其中第一开关封装和第二开关封装是半导体晶体管器件。

14.  如权利要求10所述的逆变器相脚模块，其中第一开关封装和第一二极管封装是反并联的，并且第二开关封装和第二二极管封装是反并联的。

15.  如权利要求10所述的逆变器相脚模块，其中所述输出节点耦合到电动机的绕组。

16.  如权利要求10所述的逆变器相脚模块，还包括：
第二输出节点；
第三导电基底，其耦合到所述第二输出节点；
第三开关封装，其具有耦合到第三导电基底的第一表面端子，并且具有耦合到所述正母线条的第二表面端子；
第四开关封装，其具有耦合到第三导电基底的第一表面端子，并且具有耦合到所述负母线条的第二表面端子；
第四导电基底，其耦合到所述第二输出节点，其中第四导电基底和第三导电基底热去耦；
第三二极管封装，其具有耦合到第四导电基底的第一表面端子，并且具有耦合到所述正母线条的第二表面端子；以及
第四二极管封装，其具有耦合到第四导电基底的第一表面端子，并且具有耦合到所述负母线条的第二表面端子。

17.  一种功率逆变器模块，包括：
第一电基底，所述第一电基底是导电的；
第一晶体管开关器件，其具有表面端子，其中所述第一晶体管开关器件的所述表面端子耦合到所述第一电基底；
第二晶体管开关器件，其具有表面端子，其中所述第二晶体管开关器件的所述表面端子耦合到所述第一电基底；
第二电基底，其电耦合到所述第一电基底，并与所述第一电基底热去耦，所述第二电基底是导电的；
第一二极管器件，其具有表面端子，其中所述第一二极管器件的所述表面端子耦合到所述第二电基底；以及
第二二极管器件，其具有表面端子，其中所述第二二极管器件的所述表面端子耦合到所述第二电基底。

18.  如权利要求17所述的功率逆变器模块，其中第一晶体管开关器件和第二晶体管开关器件附接到第一电基底，并且第一二极管器件和第二二极管器件附接到第二电基底。

19.  如权利要求17所述的功率逆变器模块，其中第一二极管器件和第二二极管器件是碳化硅半导体二极管。

20.  如权利要求17所述的功率逆变器模块，其中第一晶体管开关器件和第一二极管器件是反并联的，并且第二晶体管开关器件和第二二极管器件是反并联的。

具有热分离半导体器件的逆变器模块
技术领域
本文所述主题的实施例大体上涉及电路和模块，更具体地说，本主题的实施例涉及驱动电动机的功率逆变器(inverter)模块的器件布局。
背景技术
近年来，技术的进步以及风格上不断演进的偏好已经引起了汽车设计方面的重大改变。其中一个改变涉及汽车、特别是代用燃料交通工具(诸如混合动力交通工具、电动交通工具和燃料电池交通工具)内各种电气系统的功率利用和复杂性。
其中许多电气部件(包括这种交通工具中所用的电动机)从交流(AC)电源接收电功率。然而，这种应用中所用的功率源(例如电池)只提供直流(DC)功率。由此，称为“功率逆变器”的装置用于将DC功率转换成AC功率，所述功率逆变器经常利用几个工作在各种时间间隔的开关或晶体管将DC功率转换成AC功率。
在许多逆变器中，开关具有连接在每个开关上的反并联二极管，以在开关断开时为负载电流(即电机电流)提供路径。晶体管和二极管常使用置于同一电衬底上的半导体器件来实现，以形成逆变器模块。该衬底经常由铜或另一导电材料制成，其一般还具有高导热率，从而使封装在一起的晶体管和二极管工作在同一温度。
商业可得到的碳化硅二极管与硅对应物(counterpart)相比能够有效地工作在更高的工作温度。然而，大多数半导体晶体管或开关由硅形成。因为二极管和晶体管由于它们的物理接近性和置于同一电衬底上而热耦合，所以硅器件确定逆变器模块的最大工作温度，并限制碳化硅二极管的工作温度。此外，硅器件需要更高的表面面积电衬底，以便避免超过最大工作温度，并且还影响逆变器模块内电衬底的布置。由此，当前的逆变器布局使交通工具功率系统丧失了由碳化硅器件所提供的优点。
发明内容
提供了一种用于供交通工具中使用的逆变器模块的设备。所述逆变器模块包括具有导电安装表面的第一电基底。第一半导体开关具有表面端子，其中第一半导体开关附接(affix)到第一电基底，使得第一半导体开关的所述表面端子耦合到第一电基底的所述导电安装表面。第二半导体开关具有表面端子，其中第二半导体开关附接到第一电基底，使得第二半导体开关的所述表面端子耦合到第一电基底的所述导电安装表面。所述逆变器模块还包括具有导电安装表面的第二电基底，其中第二电基底电耦合到第一电基底，并在物理上与第一电基底截然不同(distinct)。第一半导体二极管具有表面端子，其中第一半导体二极管附接到第二电基底，使得第一半导体二极管的所述表面端子耦合到第二电基底的所述导电安装表面。第二半导体二极管具有表面端子，其中第二半导体二极管附接到第二电基底，使得第二半导体二极管的所述表面端子耦合到第二电基底的所述导电安装表面。
提供了一种用于逆变器相脚模块的设备。所述逆变器相脚模块包括配置成建立所述逆变器相脚模块的正电压电势的正母线条(busbar)。负母线条配置成建立所述逆变器相脚模块的负电压电势。所述逆变器相脚模块还包括输出节点和耦合到所述输出节点的第一导电基底。第一开关封装(switch package)具有耦合到第一导电基底的第一表面端子和耦合到所述正母线条的第二表面端子。第二开关封装具有耦合到第一导电基底的第一表面端子和耦合到所述负母线条的第二表面端子。所述逆变器相脚模块还包括耦合到所述输出节点的第二导电基底，其中第二导电基底和第一导电基底在物理上截然不同。第一二极管封装(diode package)具有耦合到第二导电基底的第一表面端子和耦合到所述正母线条的第二表面端子。第二二极管封装具有耦合到第二导电基底的第一表面端子和耦合到所述负母线条的第二表面端子。
提供了一种用于功率逆变器模块的设备。所述功率逆变器模块包括第一电基底，其中第一电基底是导电的。第一晶体管开关器件具有表面端子，其中第一晶体管开关器件的所述表面端子耦合到第一电基底。第二晶体管开关器件具有表面端子，其中第二晶体管开关器件的所述表面端子耦合到第一电基底。所述功率逆变器模块还包括电耦合到第一电基底并与第一电基底热去耦(thermally decoupled)的第二电基底，其中第二电基底是导电的。第一二极管器件具有表面端子，其中第一二极管器件的所述表面端子耦合到第二电基底。第二二极管器件具有表面端子，其中第二二极管器件的所述表面端子耦合到第二电基底。
提供这个发明内容以简化形式引入概念选择，这些概念在下面将在详细描述中进一步描述。这个发明内容不打算识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不打算用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
通过参考结合附图考虑的详细描述和权利要求书，可以得到本主题的更为全面的理解，其中各个附图中相同的附图标记指的是类似的单元。
图1是根据一个实施例的示范性汽车的框图；
图2是根据一个实施例的适用于图1汽车的逆变器系统的示意图；
图3是示出适于用在图2的逆变器系统中的逆变器相脚模块的实施例的顶视图的图解；
图4是从线4-4所看到的图3的逆变器相脚模块的截面图；以及
图5是图3的逆变器相脚模块的实施例的示意图。
具体实施方式
以下详细描述实质上只是说明性的，并不意图限制本主题的实施例或这些实施例的应用和用途。本文所用的词语“示范性”是指“用作示例、实例或例证”。本文描述为示范性的任何实施方式都不必解释为比其它实施方式优选或有利。而且，不打算受在前面的技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中所给出的任何明示或暗示的理论的限制。
以下描述引用被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如本文所用的，除非另有明确声明，否则“连接”是指一个元件/节点/特征直接接合到另一个元件/节点/特征(或直接与之通信)，并且不一定通过机械方式。同样，除非另有明确声明，否则“耦合”是指一个元件/节点/特征直接或间接地接合到另一个元件/节点/特征(或者直接或间接与之通信)，并不一定通过机械方式。由此，虽然附图可描绘元件的一个示范性布置，但是在所述主题的实施例中可以存在附加的中间元件、器件、特征或部件。此外，在以下描述中还可使用某些术语，这些术语仅为了参考的目的，并且由此不打算是限制性的。术语“第一”、“第二”和涉及结构的其它这种数值项并不暗示顺序或次序，除非上下文明确指出。
本文所用的“节点”是指任何内部或外部参考点、连接点、结合处、信号线、传导元件等等，所述节点处存在给定信号、逻辑电平、电压、数据模式、电流或量。而且，两个或更多节点可以由一个物理元件实现(并且两个或更多信号即使在公共节点接收或输出也可以多路复用、调制或者以其他方式区分)。
为简洁起见，与模拟电路设计、信令、开关控制和该系统(以及系统的各个操作部件)的其它功能方面相关的常规技术可能不在本文详细描述。而且，在本文包含的各图中所示的连接线意图表示各个元件之间的示范性功能关系和/或物理耦合。应该注意，在本主题的实施例中可以存在许多可选的或附加的功能关系或者物理连接。
本文论述的技术和概念大体上涉及功率逆变器模块中器件和/或部件的布局。本文论述的主题可用于减小逆变器模块的表面面积和/或体积，并使器件和/或部件工作在不同的温度以改进效率。
图1示出了根据一个实施例的交通工具或汽车100。在示范性实施例中，汽车100包含电机102、能量源104、功率逆变器组件106、电子控制系统108和驱动轴110。在示范性实施例中，能量源104与电子控制系统108和功率逆变器组件106可操作通信和/或电耦合到电子控制系统108和功率逆变器组件106。功率逆变器组件106耦合到电机102，电机102又耦合到驱动轴110。功率逆变器组件106与电子控制系统108可操作通信和/或电耦合到电子控制系统108，并配置成从能量源104向电机102提供电能和/或功率，如下面更详细论述的。
根据该实施例，汽车100可以是许多不同类型汽车中的任一种，诸如例如轿车、货车、卡车或运动多功能车辆(SUV)，并且可以是两轮驱动(2WD)(即后轮驱动或前轮驱动)、四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD)。汽车100还可以合并许多不同类型的发动机中的任一种或组合，所述不同类型的发动机诸如例如汽油或柴油供给燃料的燃烧发动机、“柔性燃料交通工具”(flex fuel vehicle，FFV)发动机(即使用汽油和乙醇的混合物)、气体化合物(例如氢气和天然气)供给燃料的发动机、燃烧/电动机混合发动机以及电动机。
在图1示出的示范性实施例中，电机102可包括电动机、发电机、牵引电机或本领域已知的另一种适当的电机。电机102可以是感应电机、永磁电机或适用于期望应用的任何类型的电机。电机102还可包含集成在其中的变速器，使得电机102和变速器机械地耦合到驱动轴110。
根据该实施例，能量源104可包括电池(battery)、燃料电池、超电容器或另一适当的电压源。应该理解，虽然图1描绘了具有一个能量源104的汽车100，但是本文论述的原理和主题与能量源的数目或类型无关，并且可应用于具有任何数量能量源的交通工具。虽然未详细示出，但是电子控制系统108包含各种传感器和自动控制模块或电子控制单元(ECU)，诸如用于控制功率逆变器组件106的逆变器控制模块，如下面所描述的。
现在参考图2，在示范性实施例中，用在图1的汽车100中的逆变器系统200包含电机102、能量源104、功率逆变器组件106和控制器204。在示范性实施例中，电机102是多相交流(AC)电机，并包含一组绕组218(或线圈)，其中每个绕组对应于电机102的一相。功率逆变器组件106包含具有一个或多个相脚206、正母线208和负母线210的逆变器202。每个相脚206包含开关212、二极管214以及各组开关212与二极管214之间的相应输出节点216a-c，如下面更详细示出和论述的。在示范性实施例中，逆变器系统200配置成将来自能量源104的DC电压转换成绕组218上的AC电压，以便给电机102供电，如在本领域中一般理解的。
如对于示范性实施例所示的，电机102和逆变器系统200具有三相。然而，本文所论述的原理和主题可应用于具有任意数量相的系统，并且可以相应地进行修改，如本领域中将理解的。而且，功率逆变器组件106可包含附加的逆变器，并且可使用附加的能量源。
再次参考图2，在示范性实施例中，每个相脚206耦合在正母线208与负母线210之间。每个相脚206包含开关212(例如半导体器件，诸如晶体管)，其中二极管214反并联耦合到每个开关212。开关212和二极管214是反并联的，意味着它们是电并联的并且具有逆极性或反极性。反并联配置容许双向电流流动，同时单向阻断电压，如本领域中将理解的。在这种配置中，电流通过开关212的方向与可容许电流通过相应二极管214的方向相反。每个相脚206还包含各组开关与二极管对之间的输出节点216a-c，如下面更详细示出和论述的。
在示范性实施例中，正母线208配置成接收正电压电势，并且可耦合到能量源104的正端子。负母线210配置成接收负电压电势，并且可耦合到能量源104的负端子。电机102的绕组218(或相)电耦合到对应相脚206的输出节点216a-c。
在示范性实施例中，控制器204与逆变器202可操作通信和/或电耦合到逆变器202。控制器204响应于从汽车100的驾驶员(即经由加速器踏板)接收的命令，或可选地，可从电子控制系统108接收命令。控制器204向逆变器202提供命令，以通过采用开关212的高频脉宽调制(PWM)来控制输出节点216a-c处的输出，如本领域中可理解的。
实际上，可使用具有支持预期应用的特性的电路模块(例如具有双向电流和高功率容量的开关电路)来封装和/或实现逆变器系统200的元件，诸如逆变器202。该模块可根据各种空间和形状因素要求而耦合到其它系统部件(诸如能量源104和/或电机102)并位于交通工具的动力传动系统内。在这方面，图3是适于供逆变器系统200使用的逆变器相脚模块300的实施例的顶视图，并且图4是沿图3中线4-4所看到的逆变器相脚模块300的截面图。
现在参考图3和4，逆变器相脚模块300的这个特定实施例包含正母线条302、负母线条304和输出节点306。逆变器相脚模块300还包含第一电基底308、第二电基底310、第一开关312、第二开关314、第一二极管316和第二二极管318。在示范性实施例中，开关312、314和二极管316、318实现为半导体器件或封装，该半导体器件或封装在该器件或封装的平面表面(即上表面和下表面)上具有导电端子，如下面更详细论述的。应该理解，图3仅仅描绘了根据本文所描述主题的许多可能布局或拓扑中的一个。
现在参考图4，在示范性实施例中，逆变器相脚模块300还可包含散热器(heat sink)402、底板404和电绝缘体406。在示范性实施例中，散热器402为逆变器相脚模块300提供物理支持，并耗散热量和/或热能，如本领域中已知的。底板404提供附加的物理支持，并且可由铜或另一种适当材料形成。绝缘体406提供各层之间的电隔离，并且可由氧化铝、氮化铝材料或另一种类似(comparable)材料构成。逆变器相脚模块300的其余元件可安装在绝缘体406上，如下面更详细描述的。应该理解，所示的逆变器相脚模块300是示范性实施例，并且在其它实施例中，逆变器相脚模块300还可修改为包含附加层(即附加的绝缘体和电基底)、附加部件，并且各个层可以互连，如本领域中可理解的。
再次参考图3-4，在示范性实施例中，正母线条302可安装在绝缘体406上。正母线条302可使用适当的电互连320a耦合到第一开关312的上表面端子324，并使用适当的电互连320b耦合到第一二极管316的上表面端子328(这些电互连可使用引线结合(wire bond)实现)。在示范性实施例中，电互连320a-f提供了良好的导电性，但具有比较低的导热性和/或传热属性。虽然未示出，但是正母线条302还可耦合到正电压电势(V_DC⁺)，该正电压电势例如可由上面参考图1和2描述的能量源104或正母线208供给。第一开关312的下表面端子还耦合到第一电基底308。第一开关312的下表面端子附接在或安装在第一电基底308上，以例如通过焊接或直接物理接触来建立电连接。第一电基底308又使用适当的电互连320c耦合到输出节点306。第一二极管316的下表面端子耦合到第二电基底310。类似地，第一二极管316的下表面端子附接或安装在第二电基底上以建立电连接。第二电基底310又使用电互连320d耦合到输出节点306。在示范性实施例中，第一开关312和第一二极管316彼此反并联地耦合，如下面更详细论述的。
仍参考图3-4，在示范性实施例中，负母线条304可安装在绝缘体406上，并使用相应的电互连320e和320f耦合到第二开关314的上表面端子326和第二二极管318的上表面端子330。虽然未示出，但是负母线条304还可耦合到负电压电势(V_DC^-)，该负电压电势例如可由上面参考图1和2描述的能量源104或负母线210供给。以与上面关于第一开关312和第一二极管316所描述的类似的方式，第二开关314的下表面端子408耦合到第一电基底308，并且第二二极管318的下表面端子410耦合到第二电基底310。在示范性实施例中，第二开关314和第二二极管318彼此反并联地耦合，如下面更详细论述的。
在示范性实施例中，第一电基底308和第二电基底310都由导电材料形成，并具有用于安装半导体器件或封装的导电平面表面。在示范性实施例中，电基底308、310包含铜材料或另一种导电合金、材料或衬底，或由它们形成。电基底308、310可安装在绝缘体406上，如在本领域可理解的。
应该理解，第一电基底308和第二电基底310在物理上截然不同，并且可相隔距离d。物理分离还产生热分离，并允许第一电基底308和第二电基底310有效地热去耦。反过来，这种热去耦允许开关312、314和二极管316、318工作在不同温度。电基底308、310可根据其上安装的半导体器件的工作温度极限来定尺寸。相应地，可使用较小表面面积和/或体积的材料来制造逆变器相脚模块300。应该注意，电基底308、310的许多不同布置是可能的，并且距离d可增大，或受各种因素(诸如逆变器相脚模块300的期望形状因素)的影响。
第一电基底308和第二电基底310可独立定尺寸以用于不同的工作温度，并且可由相同或不同的导电材料形成。在示范性实施例中，电基底308、310使用电互连320c和320d耦合到输出节点306。根据该实施例，输出节点306可耦合到电动机的定子绕组或另一模块或负载。
如前面提到的，在示范性实施例中，第一开关312和第二开关314是具有两个平面表面的半导体器件或封装，每个表面其上都具有至少一个截然不同的端子。开关312、314还可在一个表面上包含第三端子322或垫，其与其它表面端子电隔离并截然不同，如本领域中已知的。第三端子322可用于接收开关控制信号或电压，并且可耦合到控制电路(诸如图2的控制器204)以提供开关功能，如可理解的。
在示范性实施例中，开关312、314是晶体管，并且可以是任何适当的半导体晶体管开关，诸如双极结型晶体管(即IGBT)、场效应晶体管(即MOSFET)或本领域已知的任何其它类似器件。第一开关312的上表面端子324可使用所示的电互连320a耦合到正母线条302。第一开关312的下表面端子可通过焊接或直接物理连接耦合到第一电基底308的导电表面，使得第一开关312可安装到或附接到第一电基底308。类似地，第二开关314的上表面端子326可耦合到负母线条304，并且其下表面端子408可耦合到第一电基底308，使得第二开关314可安装到或附接到第一电基底308。根据该实施例，如果第一开关312和第二开关314是等同的，或具有相同的物理构造，则其中一个开关器件可被翻转(flip)，以便实现正确的极性并耦合到第一电基底308，如在下面更详细描述的。在一个开关翻转过来的情况下，可能需要在第一电基底308中做一个切口(cutout)或通孔，以提供到第三端子322的通路和/或为第三端子322提供隔离，这在本领域是可理解的。
如前面提到的，在示范性实施例中，第一二极管316和第二二极管318是具有两个平面表面的半导体器件或封装，每个表面上都具有对应于阳极端子或阴极端子的截然不同的端子，如本领域中已知的。根据该实施例，二极管316、318可以是肖特基二极管、PiN二极管或本领域已知的任何其它适当的二极管类型。第一二极管316的上表面端子328可使用所示的电互连320b耦合到正母线条302。第一二极管316的下表面端子可通过焊接或直接物理连接耦合到第二电基底310的导电表面，使得第一二极管316可安装到或附接到第二电基底310。类似地，第二二极管318的上表面端子330可耦合到负母线条304，并且第二二极管318的下表面端子410可耦合到第二电基底310，使得第二二极管318可安装到或附接到第二电基底310。在示范性实施例中，第一二极管316的阴极表面端子耦合到正母线条302，并且阳极表面端子耦合到第二电基底310。如果第一二极管316和第二二极管318是等同的，或具有相同的物理构造，则第二二极管318器件可相对于第一二极管316翻转过来，以将阳极表面端子耦合到负母线条304并将阴极表面端子耦合到第二电基底310，以便实现正确的极性，如在下面更详细论述的。
在某些实施例中，二极管316、318是由碳化硅材料形成的半导体器件或封装。选择碳化硅二极管是因为它们与硅对应物相比能够工作在更高的温度。例如，硅半导体器件通常具有150℃到175℃之间的工作温度极限，而碳化硅半导体器件可工作在超过250℃的温度。这允许为较小的表面面积和/或体积设计碳化硅部件。例如，其上安装有碳化硅二极管的电基底可以比其上安装有硅晶体管的电基底更小，因为碳化硅器件可工作在更高的温度。这还允许碳化硅二极管316、318工作在更接近它们的温度极限，并由此更有效地执行。
参考图2和图3，逆变器相脚模块300可适用于上面描述的逆变器系统200的相脚206。根据一个实施例，输出节点306可耦合到电机102的绕组218。应该理解，为了容纳附加相脚206，对于每个附加相位的电机相，逆变器相脚模块300需要如上参考图3所述而配置的电基底、开关、二极管和相应输出节点的截然不同的附加组合。
现在参考图5，逆变器相脚模块300的示意图示出了用于实现根据一个实施例的反并联配置的开关312、314和二极管316、318的配置。逆变器相脚模块300的元件类似于上面参考图3-4描述的它们的对应物元件，因此在图5的上下文将不重复详细描述了。
再次参考图3-5，在示范性实施例中，第一开关312包含表面端子324，其耦合到正电压电势(V_DC⁺)并对应于集电极(在诸如IGBT的双极结型晶体管的情况下)、漏极(在诸如MOSFET的场效应晶体管的情况下)或本领域已知的另一类似的晶体管端子。另一(即下)表面端子502耦合到第一电基底308，并对应于发射极(对于双极结型晶体管)、源级(对于场效应晶体管)或本领域已知的另一类似晶体管端子。在示范性实施例中，第二开关314与第一开关312具有相同的类型和构造，并具有相似的表面端子408、326(即集电极和发射极)，其中第二开关314耦合在负电压电势(V_DC^-)与第一电基底308之间。
二极管316、318每一个都包含阳极表面端子504、330和阴极表面端子328、410。在示范性实施例中，第一二极管316的阴极表面端子328耦合到正电压电势(V_DC⁺)，并且第一二极管316的阳极表面端子504耦合到第二电基底310。第二二极管318的阴极表面端子410耦合到第二电基底310，并且阳极表面端子330耦合到负电压电势(V_DC^-)。第一电基底308和第二电基底310每一个都耦合到输出节点306。应该注意到，在这种配置中，第一开关312和第一二极管316是反并联的，意思是说它们电并联并且具有逆极性或反极性。类似地，第二开关314和第二二极管318也彼此反并联。
在可选实施例中，开关312、314和二极管316、318可在电基底308、310上加倍(duplicate)，以对于逆变器相脚模块300实现更高的额定电流或电压(即增大的功率容量)。例如，为了实现更高的额定电流，可用与上面参考图5描述的相同配置将附加开关与第一开关312和第二开关314并联地加到第一电基底308。类似地，附加二极管可与第一二极管316和第二二极管318并联地包含在第二电基底310上。为了增大额定电压，附加器件必须串联电耦合(即在第一开关312与正电压电势之间)并具有同一极性，如可理解的。
上面描述的系统和/或方法的一个优点是，交通工具逆变器组件可设计成有利地利用碳化硅二极管来改进电效率，并减小对逆变器组件的表面面积和/或体积要求。通过减弱开关与二极管之间的热结合，该系统可被设计用于彼此独立的开关和二极管的最大工作温度。此外，碳化硅器件在工作温度方面不受限于硅器件，允许它们满功率并且更接近于它们的温度极限地工作。其它实施例可将上面描述的系统和方法用在不同类型的汽车、不同交通工具(例如船只和飞机)中或一起用在不同的电气系统中，诸如用在升压、降压或降压/升压直流/直流转换器中的相脚。
虽然在前面的详细描述中已经给出了至少一个示范性实施例，但是应该认识到，存在大量的变型。还应该认识到，本文所描述的一个或多个示范性实施例并不打算以任何方式限制所要求保护的主题的范围、可应用性或配置。相反，前面的详细描述将给本领域技术人员提供实现所描述实施例的方便路线图。应该理解，可在元件的功能和布置上进行各种改变，而不脱离权利要求书定义的范围，该范围包括在提交本专利申请时已知的等效方案和可预见的等效方案。