CN101866906A - 用于降低功率电子系统中的干扰辐射的装置 - Google Patents

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Abstract

用于降低功率电子系统中的干扰辐射的装置，具有功率半导体模块或具有至少一个功率半导体模块的布置，具有带有地电位的第一模制体、至少两个布置在装置内部的不同极性的直流负载连接元件，用于将功率半导体器件与配属的用于装置的外部连接的接头元件连接起来。在此，不同极性的两个直流负载连接元件具有至少各一个区段，在该区段中，这些直流负载连接元件扁平地构成，其中，这些区段相互平行且紧密相邻地分布并且相互电绝缘。此外，装置具有至少一个带有扁平地构成的第一子模制体的第二模制体，该第一子模制体布置在直流负载连接元件的两个平行的区段之间的区域中，与这些区段电绝缘。第二子模制体同样与第一模制体导电地连接。

Description

用于降低功率电子系统中的干扰辐射的装置
技术领域
本发明描述了一种用于降低功率电子系统中的干扰辐射的装置，该功率电子系统可以要么构成为单个的功率半导体模块要么构成为由至少一个带有其它部件(如控制电子机构或被动器件)的功率半导体模块组成的布置。在压力接触实施方式中，功率半导体模块具有可控的功率半导体器件。功率半导体模块是本发明的出发点，就像示例性地由DE 10 2006 006 425 A1公知的那样。
背景技术
根据现有技术，这种功率半导体模块由布置在散热装置上的壳体组成，该壳体带有至少一个布置在该壳体内的、电绝缘的衬底。衬底从其那方面具有电绝缘的布置，该布置由金属的连接线路以及位于此上的且与该连接线路符合电路要求地连接的功率半导体器件组成。此外，公知的功率半导体模块具有用于在外部连接负载接头和辅助接头的接头元件以及布置在内部的连接元件。用于在功率半导体模块内部的符合电路要求的连接的这些连接元件至少部分地经常构成为扁平的金属模制体。
此外，公知功率电子系统，在这些功率电子系统中，标准功率半导体模块与其它部件一起组合成复杂的对于应用特定的功率电子系统。在此，所有必要的部件以及所属的连接元件布置在共同的壳体中并且符合电路要求地连接。为了进行外部连接，这种功率电子系统具有接头元件。对用户来说，这种功率电子系统像具有扩展功能的公知的功率半导体模块那样起作用。
同样公知的是，借助各一个电容器将直流接头元件连接到地电位。这种作为“Y电容器”而公知的布置有利于减少共模干扰。由于功率半导体器件的很高的开关频率，形成每单位时间非常大的电压变化。这些电压变化又导致电磁波的辐射，这些电磁波降低功率电子系统(即在这里也是单个的功率半导体模块)的电磁兼容性(EMV)，由此它们维持不了给定的标准值。
Y电容器降低该电磁波的辐射，为此该Y电容器当然应布置在尽可能接近干扰源(功率半导体器件)的地方。对此，所属的连接应具有尽可能小的寄生电感，以便在高频时也不明显降低效果。
根据现有技术，Y电容器通常布置在功率半导体模块的直流接头元件上，因此当然要求附加的结构空间并且由于附加的部件也造成附加的开支。
发明内容
本发明的任务在于，介绍一种用于降低功率电子系统的辐射的装置，其中，该装置应是该系统的集成的内部组件，并且可以放弃以分立的Y电容器的形式出现的附加部件。
根据本发明，本任务通过根据权利要求1的措施得以解决。在从属权利要求中描述了优选的实施方式。
本发明的思想以功率电子系统为出发点，该功率电子系统作为单个的功率半导体模块或者作为具有功率电子模块的布置而存在。这种系统具有带有用于外部电气连接的接头元件的壳体。在这些系统的内部布置有至少一个功率半导体器件，该功率半导体器件与外部的接头元件符合电路要求地连接。在此，一方面公知针对辅助接头以及针对负载接头的连接元件，并且在此公知专门针对不同极性的至少两个直流负载接头以及针对至少一个交流负载接头的连接元件。
根据本发明，不同极性的两个直流负载连接元件具有至少各一个区段，在该区段中，这些直流负载连接元件扁平地构成。此外，这些区段相互平行并且紧密相邻地分布。当然，两个直流负载接头元件在其分布上相互电绝缘并且还在这些专门的区段中相互电绝缘。
根据本发明的装置此外具有带有地电位的由导电材料制成的第一模制体。可以优选的是，该模制体是功率半导体模块的散热装置或者该模制体是复杂的功率电子系统的壳体的一部分。
为了在装置的内部构成Y电容器的功能性，该装置具有由导电材料制成的第二模制体。该第二模制体又具有扁平地构成的第一子模制体，该第一子模制体布置在直流负载连接元件的两个平行的区段之间的区域中并且与这些区段电绝缘。第二模制体的第二子模制体与装置的第一模制体导电地连接。
在此可以特别优选的是，该连接通过如下方式来构成，即，整个第二模制体可以在其位置上通过如下方式而改变，即，该第二模制体的第一子模制体不同程度地填充在直流负载连接元件的两个平行的区段之间的区域。
通过第二模制体的这种构成和布置，该第二模制体不仅实现Y电容器的基本功能，而且在该布置中更能够实现调节不同的电容并由此将整个装置更好地调节到未来的应用条件上。
在另一优选的构造方式中，第二模制体呈杯状地构成并且由此与第一模制体一起几乎完全包围至少一个功率半导体器件以及必要的衬底。在此，第二模制体具有必要的空隙，以便在衬底或功率半导体器件与装置的接头元件之间实现必要的电气连接。示例性的是，在这里两个直流负载连接元件中的一个以及不同的辅助连接元件伸展穿过第二模制体并且在给定条件下相对于该第二模制体充分地电绝缘。
此外，在复杂的功率电子系统中可以优选的是，在直流负载连接元件的两个平行的区段之间的区域直接相邻于功率半导体模块(系统的一部分)的侧面地布置。在此，功率半导体模块在导热且电绝缘的连接中布置在第一模制体上，而第二模制体借助于其第二子模制体布置在第一模制体上。在此可以进一步优选的是，第二模制体具有至少一个另外的子模制体，由此产生至少由另一子模制体、第一直流负载连接元件、第二子模制体和第二直流负载连接元件组成的呈堆栈形的布置。
附图说明
借助图1至5的实施例对本发明的解决方案进行详尽阐述。
图1作为电路图示出装置的基本原理。
图2示出根据现有技术的装置。
图3和4以剖面图示出根据本发明的装置的两种构造方式。
图5以三维图示出根据本发明的装置的构造方式。
具体实施方式
图1作为电路图示出装置的基本原理。在这里示出的是大量功率电子电路的基本元件、具有两个功率半导体器件20的半桥电路，该功率半导体器件20在这里分别构成为带有反并联的二极管的晶体管。这种半桥电路是大量的不同的功率半导体模块10的电路技术的基础。此外示出的是在功率半导体模块10内部的双极性的第一直流负载连接元件22、24，这些第一直流负载连接元件22、24在这里与各自配属的第一接头元件12、14连接。
同样示出的是中间电路电容器30，该中间电路电容器30在功率电子电路中有助于在将能量导入功率半导体器件20之前对能量进行中间存储。同样像控制单元32和至少一个功率半导体模块10那样，中间电路电容器30经常是更复杂的功率电子系统60的一部分。同样像这种功率半导体模块10那样，该功率电子系统60具有用于外部连接的第二接头元件62，64以及双极性的第二直流负载接头元件72、74。
根据现有技术，在这里由两个分立的单个电容器42、44组成的Y电容器40与复杂的系统60的第二接头元件72、74连接。同样公知的是，该Y电容器40与功率半导体模块10的相应的第一接头元件12、14连接。在此，两个单个电容器42、44一方面与各一个配属的直流负载连接元件12、14或72、74连接，并且另一方面与地电位76连接。
图2以剖面图示意性地示出根据现有技术的具有功率半导体模块10的装置的构造方式。示出的是第一模制体50，在这里是示例性以铜体或铝体的构造方式出现的散热装置，该散热装置具有在其上布置的并且相对于散热装置电绝缘但不热绝缘的衬底52。衬底52的远离散热装置50的表面在绝缘体54上具有大量带有不同电位的导体线路56。功率半导体器件20布置在若干这些导体线路56上，并且符合电路要求地例如借助于引线接合连接部连接。
壳体90包围衬底52并且具有另外的连接元件，在这里示出的是不同电位的两个第一直流负载连接元件22、24。如由现有技术公知的那样，这些第一直流负载连接元件22、24将衬底52的配属的导体线路56与用于装置的外部连接的接头元件12、14连接。在这里，为了概览放弃示出交流负载连接元件，并且在下面两图中也是如此。
Y电容器40在这里布置在功率半导体模块10上方的附加电路板48上。根据依照图1的电路技术上的构造方式，Y电容器40的两个电容器42、44与各自配属的第一直流接头元件22、24连接，并且与地电位46(在这里为第一模制体50的那个电位)连接。
以根据图2的装置为出发点，图3和图4以剖面图示意性地示出具有各一个功率半导体模块10的根据本发明的装置的两种构造方式。
根据图3的构造方式以分布在衬底52上方的区域中的方式具有在各一个区段220、240中相互平行的第一直流负载连接元件22、24，其中，这些区段220、240至少部分扁平地、具有相互平行的面法线地构成。在第一直流负载连接元件22、24的扁平的构造方式220、240的区域中，通过如下方式来布置第二模制体80(在这里构造为Z形的冲压弯曲件)，即，第一子模制体82扁平地达到处于第一直流负载连接元件22、24的两个区段220、240之间。当然，第一直流负载连接元件22、24相互电绝缘，也相对于第二模制体80电绝缘。通过该构造方式，Z形的第二模制体80像Y电容40那样起作用，第二模制体80在第一直流负载连接元件22、24与处于地电位上的第一模制体50之间具有各一个电容器42、44。
第二模制体80此外具有第二子模制体84，该第二子模制体84与第一模制体50(散热装置)导电地连接。该连接通过如下方式构成，即，整个第二模制体80可以平行于衬底52并因此平行于第一直流负载连接元件22、24的平行的扁平区段220、240移动。这在最简单的情况下通过第二子模制体84中的长孔形的间隙来实现。通过该构造方式可以调节两个在此形成的电容器42、44的电容并且适应于各自的应用。
根据图4的构造方式在其余相同的特征的情况下具有在其位置上不可改变的第二模制体。与此相对的是，在这里第二模制体80呈杯形地构成，并与散热装置(第一模制体50)在所有侧上包围衬底52。为了实施至少一个第一直流负载连接元件22和辅助连接元件，呈杯形的第二模制体80在合适的位置上具有间隙。当然，这些连接元件22、24以相对于第二模制体80电绝缘的方式来构成。
除了第二模制体80的已述的功能(抑制干扰辐射)，具有优点的是，根据图4的构造方式特别适合用于将衬底从高频场屏蔽开。
图5以三维图示出根据本发明的装置的构造方式，其中，该装置由第一模制体50、多个功率半导体模块10、在共同的壳体内的电容器单元和控制单元。在这里仅示出基本的部件，如第一模制体50、功率半导体模块10和带有显示出的第二接头元件62、46的第二直流负载连接元件72、74。功率模块10在此与第一模制体50导热地且电绝缘地连接。
在壳体内部，这些第二直流负载连接元件72、74从功率半导体模块10伸展到有助于外部接触的第二接头元件62、64。这些第二直流负载连接元件72、74在其整个分布上在很大程度上尽可能紧密相邻地布置，以使寄生电感保持很小。
根据本发明，这些第二直流负载连接元件72、74在这里在功率半导体模块10旁边的区域中具有如下的区段，即，在该区段中这些第二直流负载连接元件72、74扁平地构成，并且这些面的面的法线相互平行。由此，通过这些平面似乎形成平板，这些平板此外配属于各一个平板电容器。通过将具有同样扁平的子模制体82的第二模制体80布置在第二直流负载接头元件72、74的两个扁平的区段之间，该第二模制体80形成平板电容器的各个第二平板。通过将该第二模制体80与处于地电位46上的第一模制体50导电地连接(在这里一体式地构成)，构成根据按图1的电路的Y电容器40。
如在这里所示的那样，可以同样优选的是，分别与第二直流负载连接元件72、74相邻地在其外侧上设置其它的模制体92，该模制体92被设置成同样地与第二直流负载连接元件72、74电绝缘并且与第一模制体50导电地连接。这些模制体92有助于进一步改善对高频场的屏蔽。

Claims (5)

1.用于降低功率电子系统中的干扰辐射的装置，具有功率半导体模块(10)或具有至少一个半导体模块(10)的布置(60)，具有至少一个功率半导体器件(20)，具有带有地电位(46)的由导电材料制成的第一模制体(50)、至少两个布置在所述装置内部的不同极性的第一或第二直流负载连接元件(22、24、72、74)，所述直流负载连接元件(22、24、72、74)用于将所述功率半导体器件(20)与配属的用于所述装置的外部连接的第一或第二接头元件(12、14、62、64)符合电路要求地连接起来，
其中，不同极性的两个第一或第二直流负载连接元件(22、24、72、74)具有至少各一个区段(220、240)，在所述区段(220、240)中，所述直流负载连接元件(22、24、72、74)扁平地构成，所述区段(220、240)相互平行且紧密相邻地分布而且相互电绝缘，
其中，所述装置具有至少一个由导电材料制成的第二模制体(80)，所述第二模制体(80)具有扁平地构成的第一子模制体(82)，所述第一子模制体(82)以与所述区段(220、240)电绝缘的方式布置在所述第一或第二直流负载连接元件(22、24、72、74)的两个平行的区段(220、240)之间的区域中，并且所述第二模制体(80)具有第二子模制体(84)，所述第二子模制体(84)与所述第一模制体(50)导电地连接。
2.根据权利要求1所述的装置，
其中，相对于所述第一或第二直流接头元件(22、24、72、74)，通过如下方式在所述第二模制体(80)的位置上对此能改变地布置所述第二模制体(80)，即，所述第二模制体(80)的第一子模制体(82)不同程度地填充在所述第一或第二直流负载连接元件(22、24、72、74)的所述两个平行的区段(220、240)之间的所述区域。
3.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述第一模制体(50)构成所述功率半导体模块(10)的散热装置，并且所述第二模制体(80)完全布置在所述功率半导体模块(10)的壳体(90)的内部。
4.根据权利要求3所述的装置，
其中，所述第二模制体(80)呈杯状地、具有必要的空隙地构成，并且与所述第一模制体(50)一起几乎完全包围衬底(52)。
5.根据权利要求1所述的装置，
其中，在具有至少一个功率半导体模块(10)的布置中，在所述第二直流负载连接元件(72、74)的所述两个平行的区段之间的所述区域直接相邻于所述功率半导体模块(10)的侧面地布置，所述功率半导体模块(10)在导热且电绝缘的连接中布置在所述第一模制体(50)上，而所述第二模制体(80)借助于所述第二模制体(80)的第二子模制体(84)同样布置在所述第一模制体(50)上。
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