[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2002069482A1 - Schaltungsaufbau für eine schaltung zum schalten von strömen - Google Patents

Schaltungsaufbau für eine schaltung zum schalten von strömen Download PDF

Info

Publication number
WO2002069482A1
WO2002069482A1 PCT/DE2002/000734 DE0200734W WO02069482A1 WO 2002069482 A1 WO2002069482 A1 WO 2002069482A1 DE 0200734 W DE0200734 W DE 0200734W WO 02069482 A1 WO02069482 A1 WO 02069482A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current conductor
current
connections
main current
conductor
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/000734
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhard Allwang
Volker Eichenseher
Volker Karrer
Martin GÖTZENBERGER
Dirk Hofmann
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP02719648A priority Critical patent/EP1364449A1/de
Priority to JP2002568494A priority patent/JP4170763B2/ja
Publication of WO2002069482A1 publication Critical patent/WO2002069482A1/de
Priority to US10/651,275 priority patent/US6989658B2/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a circuit structure for a circuit for switching currents, in particular a converter as a DC / DC converter or inverter for alternating current or three-phase current.
  • the circuit structure for switching large currents - for example in the case of a converter - in a confined space, at low cost and with mass production, is particularly critical. This requires an arrangement of discrete power semiconductors (switching transistors) with power lines with high current carrying capacity and cooling of the power semiconductors, for example by means of a water cooler.
  • the invention has for its object to provide a circuit structure for switching currents, which can be mass-produced in a confined space and at low cost and has both a low-inductance and low-resistance connection of the power semiconductors to an intermediate circuit and a low-resistance connection to one or more intermediate circuit capacitors - Ren enables.
  • main current conductors which are low-resistance but have a higher inductance
  • at least one of these main current conductors is called a further, “thin” current conductor, secondary current conductor, with a lower one Current carrying capacity as the main current conductor, which is low-inductance but has a higher resistance, connected in parallel.
  • FIG. 1 shows a known circuit for controlling a load by means of a switching element
  • FIG. 2 shows a known circuit structure for this
  • FIG. 3 shows a known circuit of a converter
  • FIG. 4a shows a first exemplary embodiment of a circuit structure for the converter according to FIG. 3,
  • FIG. 4b shows a cross section through the associated printed circuit board
  • FIG. 5a shows a second exemplary embodiment of a circuit structure for the converter according to FIG. 3
  • FIG. 5b shows a cross section through the associated printed circuit board.
  • a current conductor is mentioned in the following, this can be a lead wire, a printed circuit board, a lead frame, a bus bar or the like.
  • the current conductors should be designed, for example, as circuit boards known per se (current conducting layers applied to an electrically insulating carrier material).
  • FIG. 1 shows a known circuit for driving a load L, which is connected in series to the poles V + and GND of an energy source with a switching element T, usually a power semiconductor designed as a bipolar transistor or MOSFET. If the switching element is switched in rapid succession, an intermediate circuit capacitor C in parallel with the series connection of switching element T and load L is required.
  • a switching element T usually a power semiconductor designed as a bipolar transistor or MOSFET.
  • the current conductors through which the elements T, L and C are connected to one another and to the energy source are denoted by D, A, S and G.
  • the gas Connection g is its control signal for switching the switching element T on and off.
  • FIG. 2 shows a known circuit structure of the circuit according to FIG. 1 on a multiple circuit board shown in cross section.
  • the circuit board consists of two thick outer layers, an upper outer layer D and a lower outer layer, on which two electrically separate main current conductors S and A are arranged. In between is a thin inner layer G, which is electrically separated from the outer layers by non-conductive insulating plates II and 12.
  • Connected electrically conductive surfaces are hatched and outlined in thick lines. They may be interrupted by non-hatched holes for the passage of connecting wires. Larger electrically non-conductive areas are also not hatched.
  • the multiple circuit board is not shown to scale.
  • the thin inner layer G is used here exclusively for supplying the control signal to the gate connection g of the switching element T.
  • Figure 3 shows a partial circuit diagram of a known converter, for example in an integrated starter / generator (ISG) of a motor vehicle, namely a phase of an inverter for generating three-phase current from direct current.
  • ISG integrated starter / generator
  • This circuit can also work as a DC / DC converter, for example.
  • the circuit consists of a half bridge of circuit breakers, namely the series connection of a highside switch Tl and a lowside switch Tl ', which is connected to an energy source with the poles V + and GND. Further half-bridges T2-T2 '... Tn-Tn' of this type are connected in parallel to switch high currents.
  • the drain connections dl to dn of all highside switches Tl to Tn are connected to one another and to the positive pole V + of the energy source via a first main current conductor D; the source connections sl 'to sn' of all low-side switches Tl 'to Tn' are connected to one another and to the negative pole GND of the energy source via a second main current conductor S; the interconnected source connections sl to sn of all highside switches Tl to Tn and drain connections dl 'to dn' of all low-side switches Tl 'to Tn' are connected to one another via a third main current conductor A; the gate connections gl to gn of all highside switches Tl to Tn are connected to one another via a first further current conductor Gl, called the control current conductor; the gate connections gl 'to gn' of all low-side switches Tl 'to Tn' are connected to one another via a second control current conductor G2; At least one intermediate circuit
  • the direct voltage that is present between the first and second main current conductors D and S becomes an alternating voltage that is between the third and second main current conductors A and S can be tapped.
  • phase circuits are used and controlled accordingly, three-phase current / voltage can be tapped at their three outputs.
  • the circuit according to FIG. 3 is constructed on a multilayer printed circuit board, which is shown schematically in FIG. 4b in section and in FIG. 4a together with the components arranged on it in a top view.
  • the multilayer printed circuit board according to FIG. 4b consists of four electrically conductive, mutually insulated layers, for example of copper, the first (uppermost) layer which carries the first main current conductor D and the fourth (lowermost) layer on which the second and third main current conductors S and A are located, each absorb the load current and therefore have a sufficient layer thickness, for example 400 ⁇ m.
  • the second and third layers have a layer thickness of, for example, 35 ⁇ m. This will be discussed later.
  • FIG. 4a shows a top view of the three main current conductors A, D and S arranged on the first and fourth layers without the second and third layers and without the intervening insulating layers, together with the components arranged on them, the high-side and low-side switches Tl to Tn, Tl 'to Tn', an intermediate circuit capacitor C and the load L.
  • Tl '... Tn' each form a row, the two rows lying opposite each other so that the connections of the circuit breakers are arranged in two rows, interlocked, and that their interconnected connections sl-dl '... sn- lying next to each other.
  • the connections of the high-side and low-side switches are bent in such a way that the outer connections (source connection s and gate connection g) are bent at a short distance from the semiconductor housing and the middle connection (drain connection d) is bent at a greater distance from the semiconductor housing , so that the housings can be arranged lying on the multilayer circuit board.
  • a first secondary current conductor D 1 is attached in the second layer (35 ⁇ m). arranges, through the plated-through holes of the connections of the components connected to the first main current conductor D to the first secondary current conductor Dl, both current conductors D and Dl are connected in parallel to one another.
  • a second and a third secondary current conductor S1 and AI are arranged above the two main current conductors S and A arranged in the fourth layer (400 ⁇ m) and exactly above them in the third layer (35 ⁇ m), the through-contacting of the connections with the second or third main current conductors S or A connected components, the current conductors S with S1 and A with AI are connected in parallel to one another.
  • the parallel current conductors D-DI are arranged above the parallel current conductors S-Sl.
  • the first and second control current conductors G1 and G2 which connect the gate connections of the highside and low-side switches to control circuits, not shown, and which are not shown in FIG. 4a, are arranged on the part of the second, thin layer which is not from the first secondary current conductor Dl is occupied. For these control signals, only thin conductors are required, which are also between the connections the circuit breaker can be passed through (in contrast to the high current conductors D, S and A).
  • control current conductors G1 and G2 could, however, also be arranged on the first, thick layer, insofar as this is not occupied by the main current conductor D, or could be distributed over this and the second, thin layer underneath.
  • Multi-layer printed circuit board is used, which corresponds in the construction of the printed circuit board according to FIG.
  • the highside and lowside switches are again opposite each other, but their connections are not interlocked. This arrangement makes the connection to the intermediate circuit capacitors less inductive, and thus further improved.
  • the multilayer printed circuit board is shown schematically in FIG. 5b in section and in FIG. 5a together with the components arranged on it in plan view.
  • the multilayer printed circuit board according to FIG. 5b again consists of four electrically conductive, mutually insulated layers, for example made of copper, the first (top) layer representing the first main current conductor D and the fourth (bottom) layer on which the second and third are located Main current conductors S and A are located, each absorb the load current and therefore have a sufficient layer thickness, for example 400 ⁇ m.
  • the second and third layers have a layer thickness of, for example, 35 ⁇ m.
  • FIG. 5a shows a top view of the main current conductors A, D and S arranged on the first and fourth layers without the second and third layers and without the intervening insulating layers, together with the components arranged thereon, the highside and low-side switches T1 ... Tn, Tl '... Tn', an intermediate circuit capacitor C and the load L.
  • the high-side switches Tl ... Tn and the low-side switches Tl '... Tn' each form a row, the two rows, not interlocked with one another as in the exemplary embodiment according to FIG. 4a, lie opposite one another in such a way that the interconnected connections sl -dl '... sn-dn' the circuit breakers are arranged opposite each other.
  • all connections of the high-side and low-side switches are bent at the same, short distance from the semiconductor housing, so that the housing can be arranged lying on the multilayer circuit board.
  • a first secondary current conductor D1 is arranged in the second layer (35 ⁇ m), the through-plating of the connections of the components connected to the first main current conductor D to the first Secondary current conductor Dl both current conductors D and Dl are connected in parallel to each other.
  • a second and third secondary current conductor S1 and AI are arranged, the through-contacting of the connections with the main current conductor S or A connected components, the current conductors S with Sl and D with Dl are connected in parallel to one another.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Schaltungsaufbau für eine Schaltung zum Schalten von Strömen, mit wenigstens einem Schaltelement (T1...Tn, T1'...Tn'), mit je einem Hauptstromleiter (D, S, A) zum Verbinden des Schaltelements, der Pole (V+, GND) einer Stromquelle und eines E-nergiespeichers (C) untereinander, wobei zur Verringerung des Ohm'schen und des induktiven Widerstandes zu wenigstens einem dieser Hauptstromleiter (D, S, A) ein Nebenstromleiter (D1, S1, A1) mit geringerer Stromtragfähigkeit als der Hauptstromleiter parallelgeschaltet ist.

Description

Beschreibung
Schaltungsaufbau für eine Schaltung zum Schalten von Strömen
Die Erfindung betrifft einen Schaltungsaufbau für eine Schaltung zum Schalten von Strömen, insbesondere einen Umrichter als DC/DC-Wandler oder Wechselrichter für Wechselstrom oder Drehstrom.
Der Schaltungsaufbau zum Schalten von großen Strömen - beispielsweise bei einem Umrichter - auf engstem Raum, mit niedrigen Kosten und massenproduzierbar, ist besonders kritisch. Dazu ist eine Anordnung diskreter Leistungshalbleiter (Schalttransistoren) mit Stromleitungen hoher Stromtragfähig- keit und Kühlung der Leistungshalbleiter, beispielsweise mittels eines Wasserkühlers, erforderlich.
Beim schnellen Schalten der Leistungshalbleiter kommt es auf eine niederohmige und niederinduktive Verbindung der Bauele- mente an. Dies ist jedoch nur bei einfachen Anordnungen von Zwischenkreiskondensatoren und Leistungshalbleitern möglich. Werden zusätzliche Bauelemente, beispielsweise Gatewiderstände, erforderlich, kann eine niederinduktive Anbindung der Leistungshalbleiter an die Zwischenkreiskondensatoren nicht mehr in allen Fällen gewährleistet werden, da durch die Widerstände die stromführenden Kupferflächen "zerschnitten" werden und damit deren Widerstand und Induktivität erhöht werden.
Mit größer werdenden Streuinduktivitäten erhöht sich die an den Leistungshalbleitern auftretende Überspannung. Gleichzeitig wird die in den Streuinduktivitäten gespeicherte Energie in Wärme umgesetzt. Diese Wärme wird umso größer, je größer die zu schaltenden Ströme sind, da die Energie mit dem Quad- rat des Stromes ansteigt. Bei großen Strömen müssen deshalb die Streuinduktivitäten minimiert werden, da sonst die Leistungshalbleiter zerstört werden können. Dies gilt aber, ska- liert, auch für Schaltungen, in denen geringere Ströme fließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaltungs- aufbau zum Schalten von Strömen zu schaffen, der auf engstem Raum und mit niedrigen Kosten massenproduzierbar ist und sowohl eine niederinduktive als auch niederohmige Anbindung der Leistungshalbleiter an einen Zwischenkreis und eine niederohmige Anbindung an einen oder mehrere Zwischenkreiskondensato- ren ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Schaltungsaufbau mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Bei Verwendung von "dicken" Stromleitern mit hoher Stromtragfähigkeit (für die Stromstärke des Laststroms ausgelegt) , Hauptstromleiter genannt, die niederohmig, aber höherinduktiv sind, wird erfindungsgemäß wenigstens einem dieser Haupt- Stromleiter ein weiterer, "dünner" Stromleiter, Nebenstromleiter genannt, mit geringerer Stromtragfähigkeit als der Hauptstromleiter, der niederinduktiv, aber höherohmig ist, parallelgeschaltet .
Beide Ziele, nämlich "niederohmig" und "niederinduktiv", werden getrennt erreicht. Im Schaltmoment wirkt dabei zunächst die höherohmige, aber niederinduktive Verbindung, und mit Verzögerung dann die niederohmige, höherinduktive Verbindung.
Mit dieser Maßnahme werden Induktivität und Ohm1 scher Widerstand der Stromleiter-Anordnung (parallelgeschaltete Haupt- und Nebenstromleiter) gesenkt, es wird eine Verkürzung des transienten Ausschaltvorgangs der Leistungshalbleiter erreicht, und es wird auch die in den Leistungshalbleitern um- gesetzte Energie während des Ausschaltvorgangs geringer - die Verlustleistung wird gesenkt - und die Wärme über den gesamten Schaltzyklus besser verteilt. Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine bekannte Schaltung zum Ansteuern einer Last mittels eines Schaltelements, Figur 2 einen bekannten Schaltungsaufbau dazu, Figur 3 eine bekannte Schaltung eines Umrichters, Figur 4a ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schaltungsauf- baus für den Umrichter nach Figur 3,
Figur 4b einen Querschnitt durch die dazugehörige Leiterplatte, Figur 5a ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schaltungsaufbaus für den Umrichter nach Figur 3, und Figur 5b einen Querschnitt durch die dazugehörige Leiterplatte.
Wenn im folgenden von einem Stromleiter die Rede ist, so kann dies ein Leitungsdraht, eine Leiterplatte, ein Leadframe, ein Bus-Bar oder ähnliches sein. Bei den folgenden Ausführungsbeispielen sollen die Stromleiter der Einfachheit halber beispielsweise als an sich bekannte Leiterplatten (auf einem e- lektrisch isolierenden Trägermaterial aufgebrachte Stromleitschichten) ausgeführt sein.
Figur 1 zeigt eine bekannte Schaltung zum Ansteuern einer Last L, die mit einem Schaltelement T, in der Regel ein als bipolarer Transistor oder MOSFET ausgebildeter Leistungshalbleiter, in Reihe an den Polen V+ und GND einer Energiequelle liegt. Wird das Schaltelement in rascher Folge geschaltet, ist ein Zwischenkreiskondensator C parallel zur Reihenschaltung aus Schaltelement T und Last L erforderlich.
Die Stromleiter, durch welche die Elemente T, L und C mitein- ander und mit der Energiequelle verbunden sind, sind mit D,A, S und G bezeichnet. Über den Stromleiter G erhält der Ga- teanschluss g sein Steuersignal zum Ein- und Ausschalten des Schaltelements T.
In Figur 2 ist ein bekannter Schaltungsaufbau der Schaltung nach Figur 1 auf einer im Querschnitt gezeigten Mehrfachleiterplatte dargestellt. Die Leiterplatte besteht aus zwei dicken Außenlagen, einer oberen Außenlage D und einer unteren Außenlage, auf welcher zwei elektrisch voneinander getrennte Hauptstromleiter S und A angeordnet sind. Dazwischen liegt eine dünne Innenlage G, die durch nichtleitende Isolierplatten II und 12 von den Außenlagen elektrisch getrennt ist.
Zusammenhängende elektrisch leitende Flächen sind schraffiert gekennzeichnet und dick umrandet. Sie sind ggf. durch nicht- schraffierten Bohrungen zum Durchleiten von Anschlussdrähten unterbrochen. Größere elektrisch nichtleitende Flächen sind ebenfalls nicht schraffiert. Die Mehrfachleiterplatte ist nicht maßstäblich dargestellt. Die Schichtdicken seien beispielsweise: D, S, A = 400μm, G = 35μm und II, 12 = 1mm. Die dünne Innenlage G dient hier ausschließlich zur Zuführung des Steuersignals zum Gateanschluss g des Schaltelements T.
> Figur 3 zeigt einen Teilschaltplan eines bekannten Umrichters, beispielsweise in einem integrierten Starter/Generator (ISG) eines Kraftfahrzeugs, nämlich eine Phase eines Wechselrichters zur Erzeugung von Drehstrom aus Gleichstrom. Diese Schaltung kann beispielsweise auch als DC/DC-Wandler arbeiten.
Die Schaltung besteht aus einer Halbbrücke aus Leistungsschaltern, nämlich der Reihenschaltung eines Highside-Schal- ters Tl und eines Lowside-Schalters Tl ' , die an einer Energiequelle mit den Polen V+ und GND liegt. Dieser Halbbrücke sind zum Schalten hoher Stromstärken weitere solcher Reihen- Schaltungen T2-T2 ' ...Tn-Tn' parallelgeschaltet. Die Drainanschlüsse dl bis dn aller Highside-Schalter Tl bis Tn sind über einen ersten Hauptstromleiter D miteinander und mit dem Pluspol V+ der Energiequelle verbunden; die Sourceanschlüsse sl' bis sn' aller Lowside-Schalter Tl ' bis Tn ' sind über einen zweiten Hauptstromleiter S miteinander und mit dem Minuspol GND der Energiequelle verbunden; die miteinander verbundenen Sourceanschlüsse sl bis sn aller Highside-Schalter Tl bis Tn und Drainanschlüsse dl' bis dn' aller Lowside-Schalter Tl' bis Tn' sind über einen dritten Hauptstromleiter A miteinander verbunden; die Gateanschlüsse gl bis gn aller Highside-Schalter Tl bis Tn sind über einen ersten weiteren Stromleiter Gl, Steuerstromleiter genannt, miteinander verbunden; die Gateanschlüsse gl ' bis gn' aller Lowside-Schalter Tl' bis Tn' sind über einen zweiten Steuerstromleiter G2 miteinander verbunden; zwischen den Hauptstromleitern D und S ist wenigstens ein Zwischenkreiskondensator C angeordnet, und die Last liegt zwischen den Hauptstromleitern A und S.
Werden die Highside-Schalter Tl bis Tn abwechselnd mit den Lowside-Schaltern Tl ' bis Tn' leitend gesteuert, so wird aus der Gleichspannung, die zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptstromleiter D und S anliegt, eine Wechselspannung, die zwischen drittem und zweitem Hauptstromleiter A und S abgreifbar ist.
Werden drei solcher Phasenschaltungen verwendet und entspre- chend angesteuert, so kann an deren drei Ausgängen Dreh- strom/-spannung abgegriffen werden.
Die Schaltung nach Figur 3 ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel auf einer Mehrschichtleiterplatte aufgebaut, welche schematisch in Figur 4b im Schnitt und in Figur 4a zusammen mit den auf ihr angeordneten Bauelementen in Draufsicht dargestellt ist. Die Mehrschichtleiterplatte nach Figur 4b besteht aus vier elektrisch leitenden, voneinander isolierten Schichten, beispielsweise aus Kupfer, wobei die erste (oberste) Schicht, die den ersten Hauptstromleiter D trägt, und die vierte (un- terste) Schicht, auf der sich der zweite und dritte Hauptstromleiter S und A befinden, jeweils den Laststrom aufnehmen und deshalb eine ausreichende Schichtdicke, beispielsweise 400μm, aufweisen. Die zweite und dritte Schicht weisen eine Schichtdicke von beispielsweise 35μm auf. Darauf wird später noch eingegangen werden.
Figur 4a zeigt in Draufsicht die auf der ersten und vierten Schicht angeordneten drei Hauptstromleiter A, D und S ohne die zweite und dritte Schicht und ohne die dazwischenliegen- den Isolierschichten, zusammen mit den auf ihr angeordneten Bauelementen, - den Highside- und Lowside-Schaltern Tl bis Tn, Tl' bis Tn', einem Zwischenkreiskondensator C und der Last L.
Die Highsideschalter Tl...Tn und die Lowside-Schalter
Tl'...Tn' bilden jeweils eine Reihe, wobei die beiden Reihen einander so gegenüberliegen, dass die Anschlüsse der Leistungsschalter in zwei Reihen, ineinander verzahnt, angeordnet sind, und dass deren miteinander verbundene Anschlüsse sl-dl ' ... sn-dn' nebeneinander liegen.
Dazu sind die Anschlüsse der Highside- und Lowside-Schalter so gebogen, dass jeweils die äußeren Anschlüsse (Sour- ceanschluss s und Gateanschluss g) in kurzer Entfernung vom Halbleitergehäuse abgebogen sind und der mittlere Anschluss (Drainanschluss d) in größerer Entfernung vom Halbleitergehäuse abgebogen ist, so dass die Gehäuse auf der Mehrschichtleiterplatte liegend angeordnet werden können.
Mit den gleichen Abmessungen wie der erste Hauptstromleiter D in der ersten Schicht (400μm) und genau unter ihm ist in der zweiten Schicht (35μm) ein erster Nebenstromleiter Dl ange- ordnet, wobei durch die Durchkontaktierungen der Anschlüsse der mit dem ersten Hauptstromleiter D verbundenen Bauelemente zum ersten Nebenstromleiter Dl beide Stromleiter D und Dl zueinander parallelgeschaltet sind.
Ebenso sind oberhalb der in der vierten Schicht (400μm) angeordneten beiden Hauptstromleiter S und A und genau über ihnen in der dritten Schicht (35μm) ein zweiter und ein dritter Nebenstromleiter Sl und AI angeordnet, wobei durch die Durch- kontaktierungen der Anschlüsse der mit dem zweiten bzw. dritten Hauptstromleiter S bzw. A verbundenen Bauelemente die Stromleiter S mit Sl und A mit AI zueinander parallelgeschaltet sind.
Diese Parallelschaltungen jeweils eines "dicken" Haupt- und eines "dünnen" Nebenstromleiters D-Dl, S-Sl und A-Al sind in Figur 3 durch dicke und dünne, die Stromleiter darstellende, parallele Linien angedeutet und auch aus Figur 4b ersichtlich.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel sind die parallelen Stromleiter D-Dl oberhalb der parallelen Stromleiter S-Sl angeordnet .
Durch diese Maßnahmen werden Induktivität und Ohm' scher Widerstand der in diesem Ausführungsbeispiel als Leiterplatten ausgebildeten Stromleiter-Anordnungen D-Dl, S-Sl und A-Al auch zu einem oder mehreren Zwischenkreiskondensatoren C und zur Last L, gesenkt, wie bereits weiter oben erläutert.
Der erste und zweite Steuerstromleiter Gl und G2, welche die Gateanschlüsse der Highside- und Lowside-Schalter mit nicht dargestellten Steuerschaltungen verbinden, und die in Figur 4a nicht dargestellt sind, sind auf dem Teil der zweiten, dünnen Schicht angeordnet, der nicht vom ersten Nebenstromleiter Dl belegt ist. Für diese Steuersignale sind nur dünne Stromleiter erforderlich, die auch zwischen den Anschlüssen der Leistungsschalter hindurchgeführt werden können (im Gegensatz zu den hohe Ströme führenden Hauptstromleitern D, S und A) .
Die Steuerstromleiter Gl und G2 könnten aber auch auf der ersten, dicken Schicht, soweit diese nicht vom Hauptstromleiter D belegt ist, angeordnet sein, oder auf diese und die darunter liegende zweite, dünne Schicht verteilt sein.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ebenfalls eine
Mehrschichtleiterplatte verwendet, die im Aufbau der Leiterplatte nach Figur 4b, jedoch mit anderer Aufteilung, entspricht. Die Highside- und Lowside-Schalter liegen wieder einander gegenüber, ihre Anschlüsse sind aber nicht ineinan- der verzahnt angeordnet. Durch diese Anordnung wird die Verbindung zu den Zwischenkreiskondensatoren niederinduktiver, und damit weiter verbessert.
Die Mehrschichtleiterplatte ist schematisch in Figur 5b im Schnitt und in Figur 5a zusammen mit den auf ihr angeordneten Bauelementen in Draufsicht dargestellt.
Die Mehrschichtleiterplatte nach Figur 5b besteht wieder aus vier elektrisch leitenden, voneinander isolierten Schichten, beispielsweise aus Kupfer, wobei die erste (oberste) Schicht, die den ersten Hauptstromleiter D repräsentiert, und die vierte (unterste) Schicht, auf der sich der zweite und dritte Hauptstromleiter S und A befinden, jeweils den Laststrom aufnehmen und deshalb eine ausreichende Schichtdicke, beispiels- weise 400μm, aufweisen. Die zweite und dritte Schicht weisen eine Schichtdicke von beispielsweise 35μm auf.
In diesem zweiten Ausführungsbeispiel sind die parallelgeschalteten Stromleiter D-Dl über den parallelgeschalteten Stromleitern A-Al angeordnet. Figur 5a zeigt in Draufsicht die auf der ersten und vierten Schicht angeordneten Hauptstromleiter A, D und S ohne die zweite und dritte Schicht und ohne die dazwischenliegenden Isolierschichten, zusammen mit den auf ihr angeordneten Bau- elementen, - den Highside- und Lowside-Schaltern Tl...Tn, Tl'...Tn', einem Zwischenkreiskondensator C und der Last L.
Die Highsideschalter Tl...Tn und die Lowside-Schalter Tl'...Tn' bilden jeweils eine Reihe, wobei die beiden Reihen, nicht wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 4a ineinander verzahnt, einander ,so gegenüberliegen, dass die miteinander verbundenen Anschlüsse sl-dl ' ... sn-dn' der Leistungsschalter einander gegenüberliegend angeordnet sind. Dazu sind alle Anschlüsse der Highside- und Lowside-Schalter in gleicher, kur- zer Entfernung vom Halbleitergehäuse abgebogen, damit die Gehäuse auf der Mehrschichtleiterplatte liegend angeordnet werden können.
Mit den gleichen Abmessungen wie der erste Hauptstromleiter D in der ersten Schicht (400μm) und genau unter ihm ist in der zweiten Schicht (35μm) ein erster Nebenstromleiter Dl angeordnet, wobei durch die Durchkontaktierungen der Anschlüsse der mit dem ersten Hauptstromleiter D verbundenen Bauelemente zum ersten Nebenstromleiter Dl beide Stromleiter D und Dl zu- einander parallelgeschaltet sind.
Ebenso sind oberhalb der in der vierten Schicht (400μm) angeordneten beiden Hauptstromleiter S und A und genau über ihnen in der dritten Schicht (35μm) ein zweiter und dritter Neben- Stromleiter Sl und AI angeordnet, wobei durch die Durchkontaktierungen der Anschlüsse der mit dem Hauptstromleiter S bzw. A verbundenen Bauelemente die Stromleiter S mit Sl und D mit Dl zueinander parallelgeschaltet sind.
Für die Steuerstromleiter Gl und G2 gilt auch hier, was bereits beim ersten Ausführungsbeispiel gesagt wurde.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsaufbau für eine Schaltung zum Schalten von Strömen, mit wenigstens einem Schaltelement (Tl...Tn, Tl'...Tn'), mit je einem Hauptstromleiter (D, S, A) zum Verbinden des Schaltelements (Tl...Tn, Tl'...Tn'), der Pole (V+, GND) einer Stromquelle, eines Energiespeichers (C) und einer Last (L) untereinander,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zu jedem wenigstens zwischen den Schaltelementen (Tl...Tn, Tl'...Tn') oder zwischen den Polen (V+, GND) der Stromquelle und den Schaltelementen (Tl...Tn, Tl'...Tn') oder dem Energiespeicher (C) angeordneten Hauptstromleiter (D, S, A) mit hoher Stromtragfähigkeit jeweils ein weiterer Nebenstromleiter (Dl, Sl, AI) mit geringerer Stromtragfähigkeit als der Hauptstromleiter (D, S, A) parallelgeschaltet ist.
2. Schaltungsaufbau nach Anspruch 1, insbesondere für einen Umrichter zur Gewinnung von Wechselstrom aus einem Gleich- ström, mit einer an den Polen (V+, GND) einer Gleichstromquelle liegenden Halbbrückenschaltung aus wenigstens einer o- der einer vorgegebenen Zahl von zueinander parallelen Reihenschaltungen aus je einem Highside-Schalter (Tl...Tn) und je einem Lowside-Schalter (Tl'...Tn'), deren miteinander verbun- dene Verbindungspunkte (sl-dl ' ... sn-dn' ) den wechselstromführenden Ausgang (A) bilden,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drainanschlüsse (dl...dn) aller Highside-Schalter (Tl...Tn) über einen ersten Hauptstromleiter (D) , dem ein erster Nebenstromleiter (Dl) mit geringerer Stromtragfähigkeit als der Hauptstromleiter (D) parallelgeschaltet ist, miteinander und mit dem einen Anschluss wenigstens eines Zwischenkreiskondensators (C) verbunden sind, dass die Sourceanschlüsse (sl' bis sn') aller Lowside- Schalter (Tl' bis Tn') über einen zweiten Hauptstromleiter (S) , dem ein zweiter Nebenstromleiter (Sl) mit geringerer Stromtragfähigkeit als der Hauptstromleiter (S) parallelgeschaltet ist, miteinander, mit dem anderen Anschluss des wenigstens einen Zwischenkreiskondensators (C) und mit einem Anschluss der Last (L) verbunden sind, dass die miteinander verbundenen Sourceanschlüsse (sl bis sn) aller Highside-Schalter (Tl bis Tn) und Drainanschlüsse
(dl' bis dn') aller Lowside-Schalter (Tl' bis Tn ' ) über einen dritten Hauptstromleiter (A) , dem ein dritter Nebenstromleiter (AI) mit geringerer Stromtragfähigkeit als der Hauptstromleiter (A) parallelgeschaltet ist, miteinander und mit dem anderen Anschluss der Last (L) verbunden sind, dass die Gateanschlüsse (gl bis gn) aller Highside-Schalter (Tl bis Tn) über einen ersten Steuerstromleiter (Gl) miteinander verbunden sind, und dass die Gateanschlüsse (gl' bis gn') aller Lowside-Schalter (Tl' bis Tn') über einen zweiten Steuerstromleiter (G2) miteinander verbunden sind.
3. Schaltungsaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstromleiter (D, S, A) , die Nebenstromleiter
(Dl, Sl, AI) und die Steuerstromleiter (Gl, G2) in vier voneinander elektrisch isolierten Schichten übereinander angeordnet sind, wobei in der ersten, einer dicken Schicht, ein Hauptstromleiter (D, S, A) liegt, in der zweiten, einer dünnen Schicht, der diesem Hauptstromleiter zugeordnete Nebenstromleiter (Dl, Sl, AI) und die Steuerstromleiter (Gl, G2) liegen, in der vierten, einer dicken Schicht, die beiden anderen Hauptstromleiter (D, S, A) liegen, und in der dritten, einer dünnen Schicht, die den in der vierten Schicht liegenden Hauptstromleitern zugeordneten Nebenstromleiter (Sl, AI) liegen.
4. Schaltungsaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Highsideschalter (Tl...Tn) und die Lowside-Schalter
(Tl'...Tn') jeweils eine Reihe bilden, wobei die beiden Reihen einander so gegenüberliegen, dass die miteinander verbun- denen Anschlüsse (sl-dl ' ... sn-dn ' ) dieser Schalter in zwei Reihen, ineinander verzahnt, angeordnet sind, wobei die Anschlüsse der Schalter (Tl...Tn, Tl'...Tn') so gebogen sind, dass jeweils die äußeren Anschlüsse (sl...sn, gl...gn, sl'...sn', gl'...gn') in kurzer Entfernung vom Halb- leitergehäuse abgebogen sind und der mittlere Anschluss
(dl...dn, dl'...dn') in größerer Entfernung vom Halbleitergehäuse abgebogen ist.
5. Schaltungsaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Highsideschalter (Tl...Tn) und die Lowside-Schalter
(Tl'...Tn') jeweils eine Reihe bilden, wobei die beiden Reihen einander so gegenüberliegen, dass die miteinander verbundenen Anschlüsse (sl-dl "... sn-dn' ) dieser Schalter, die alle in gleicher, kurzer Entfernung vom Halbleitergehäuse abgebo- gen sind, einander gegenüberliegen.
PCT/DE2002/000734 2001-02-28 2002-02-28 Schaltungsaufbau für eine schaltung zum schalten von strömen WO2002069482A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP02719648A EP1364449A1 (de) 2001-02-28 2002-02-28 Schaltungsaufbau für eine schaltung zum schalten von strömen
JP2002568494A JP4170763B2 (ja) 2001-02-28 2002-02-28 電流をスイッチングする回路に対する回路構造
US10/651,275 US6989658B2 (en) 2001-02-28 2003-08-28 Circuit design for a circuit for switching currents

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10109548A DE10109548B4 (de) 2001-02-28 2001-02-28 Schaltungsanordnung zum Schalten von Strömen
DE10109548.1 2001-02-28

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US10/651,275 Continuation US6989658B2 (en) 2001-02-28 2003-08-28 Circuit design for a circuit for switching currents

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2002069482A1 true WO2002069482A1 (de) 2002-09-06

Family

ID=7675749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2002/000734 WO2002069482A1 (de) 2001-02-28 2002-02-28 Schaltungsaufbau für eine schaltung zum schalten von strömen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6989658B2 (de)
EP (1) EP1364449A1 (de)
JP (1) JP4170763B2 (de)
DE (1) DE10109548B4 (de)
WO (1) WO2002069482A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011032778A1 (de) * 2009-09-16 2011-03-24 Robert Bosch Gmbh Leistungshalbleitermodul und leistungshalbleiterschaltungsanordnung

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10255629A1 (de) * 2002-11-28 2004-06-24 Siemens Ag Schaltungsanordnung und Spannungswandler
US7643296B2 (en) 2006-01-16 2010-01-05 Mitsubishi Electric Corporation Motor drive circuit and outdoor unit for air conditioner
CA2716022C (en) 2010-09-30 2019-03-12 Light-Based Technologies Incorporated Apparatus and methods for supplying power
DE102010006850A1 (de) * 2010-02-04 2011-08-04 Compact Dynamics GmbH, 82319 Elektronische Baugruppe zum Schalten elektrischer Leistung
US8350376B2 (en) 2011-04-18 2013-01-08 International Rectifier Corporation Bondwireless power module with three-dimensional current routing
CN109455110A (zh) * 2018-07-31 2019-03-12 中铁二院工程集团有限责任公司 一种隧道路段at牵引供电系统综合载流能力的计算方法
US11785715B2 (en) 2021-12-17 2023-10-10 Exro Technologies Inc. Article for power inverter and power inverter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3213300A (en) * 1963-07-01 1965-10-19 Ite Circuit Breaker Ltd Location of neutral and ground bus bar in low reactance bus duct assembly
US4809153A (en) * 1986-03-18 1989-02-28 Siemens Aktiengesellschaft Low-inductance bus bar arrangement
EP0553981A2 (de) * 1992-01-29 1993-08-04 General Electric Company Packung von niedriger Induktanz für mehrere parallelgeschaltete, bei hoher Frequenz betriebenen Anordnungen
DE4338277A1 (de) * 1993-07-17 1995-01-19 Abb Patent Gmbh Flüssigkeitsgekühltes Stromrichtermodul mit Beschaltungsbauelementen für abschaltbare Leistungshalbleiter

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0238712A1 (de) * 1986-01-27 1987-09-30 Siemens-Albis Aktiengesellschaft Gesteuerte Umschalter-Matrix
JP2782647B2 (ja) * 1991-08-06 1998-08-06 富士電機株式会社 半導体装置
JP2979923B2 (ja) * 1993-10-13 1999-11-22 富士電機株式会社 半導体装置
JP3078441B2 (ja) * 1993-12-24 2000-08-21 株式会社ソディック 放電加工装置
US5446366A (en) * 1994-02-08 1995-08-29 Computer Products, Inc. Boost converter power supply with reduced losses, control circuit and method therefor
US6504841B1 (en) * 1998-04-06 2003-01-07 Lockheed Martin Corporation Three-dimensional interconnection geometries for multi-stage switching networks using flexible ribbon cable connection between multiple planes
US6522108B2 (en) * 2001-04-13 2003-02-18 Vlt Corporation Loss and noise reduction in power converters

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3213300A (en) * 1963-07-01 1965-10-19 Ite Circuit Breaker Ltd Location of neutral and ground bus bar in low reactance bus duct assembly
US4809153A (en) * 1986-03-18 1989-02-28 Siemens Aktiengesellschaft Low-inductance bus bar arrangement
EP0553981A2 (de) * 1992-01-29 1993-08-04 General Electric Company Packung von niedriger Induktanz für mehrere parallelgeschaltete, bei hoher Frequenz betriebenen Anordnungen
DE4338277A1 (de) * 1993-07-17 1995-01-19 Abb Patent Gmbh Flüssigkeitsgekühltes Stromrichtermodul mit Beschaltungsbauelementen für abschaltbare Leistungshalbleiter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011032778A1 (de) * 2009-09-16 2011-03-24 Robert Bosch Gmbh Leistungshalbleitermodul und leistungshalbleiterschaltungsanordnung

Also Published As

Publication number Publication date
JP4170763B2 (ja) 2008-10-22
EP1364449A1 (de) 2003-11-26
DE10109548A1 (de) 2002-09-12
US6989658B2 (en) 2006-01-24
JP2004526395A (ja) 2004-08-26
US20040039999A1 (en) 2004-02-26
DE10109548B4 (de) 2005-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3420535C2 (de) Halbleiter-Modul für eine schnelle Schaltanordnung
DE60127027T2 (de) Halbleiterelement mit Leistungsverdrahtungsstruktur
DE69715214T2 (de) Stromwandlermodul zur gleich-/wechselspannungsumwandlung mit niedriger anschlussstreuinduktivität und verfahren dazu
DE102012202765B3 (de) Halbleitermodul
DE102015115271A1 (de) Elektronikbaugruppe mit entstörkondensatoren
DE102010002627A1 (de) Niederinduktive Leistungshalbleiterbaugruppe
EP1083599B1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE112016005574B4 (de) Halbleitermodule
CH674434A5 (de)
EP2989660B1 (de) Halbleiterstapel für umrichter mit snubber-kondensatoren
WO2002069482A1 (de) Schaltungsaufbau für eine schaltung zum schalten von strömen
DE9403108U1 (de) Niederinduktive Hochstromverschienung für Stromrichtermodule
DE102004046806A1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102011080861A1 (de) Leistungselektronisches System mit einer Schalt- und einer Ansteuereinrichtung
EP3557614A1 (de) Leistungsmodul mit einem leistungselektronischen bauelement auf einer substratplatte und leistungselektronische schaltung mit einem solchen leistungsmodul
EP0519305A2 (de) Stromrichterbaueinheit
DE102015210796A1 (de) Leistungsstromrichter mit parallel geschalteten Halbleiterschaltern
DE102019114524A1 (de) Anordnung mit einem Leistungselektroniksubstrat und einem Kontaktelement, Leistungselektronikeinheit und Stromrichter
DE102014112517B3 (de) Stromrichtereinrichtung
DE102022131921B3 (de) Anordnung mit einer Mehrzahl Leistungshalbleitermodulen
EP1533889A2 (de) Umrichter für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Starter oder einen Starter-Generator für ein Kraftfahrzeug
DE10102750A1 (de) Schaltungsanordnung
WO2018158012A1 (de) Halbbrücke für leistungselektronische schaltungen
WO2024028275A1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102017205606A1 (de) Leiterplattenbasismodul für eine leistungselektronische Schaltung

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CZ JP KR MX US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2002719648

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2002568494

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10651275

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2002719648

Country of ref document: EP