DD248226A1

DD248226A1 - ARRANGEMENT FOR INSULATED ASSEMBLY OF A POWER SEMICONDUCTOR SWITCH

Info

Publication number: DD248226A1
Application number: DD28918386A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Schroeder; Volkhard Richter
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1987-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur isolierten Montage eines Leistungs-Halbleiterschalters auf einem Kuehlkoerper, insbesondere fuer Leistungstransistoren von Schaltnetzteilen und Motoransteuerungen. Ziel ist die Verbesserung des Schaltverhaltens, die Verringerung der Verlustleistung und die Erhoehung der Zuverlaessigkeit. Aufgabengemaess soll die parasitaere Montagekapazitaet keinen stoerenden Einfluss mehr auf das Einschaltverhalten besitzen und andererseits das Ausschaltverhalten des Halbleiterschalters vorteilhaft beeinflussen. Mit der Erfindung wird der Kuehlkoerper elektrisch mit dem Knotenpunkt eines an sich bekannten CRD-SOAR-Gliedes verbunden. FigurThe invention relates to an arrangement for the isolated mounting of a power semiconductor switch on a Kuehlkoerper, in particular for power transistors of switching power supplies and Motoransteuerungen. The aim is to improve the switching behavior, to reduce the power loss and to increase the reliability. Taskgemaess the parasitic Montagekapazitaet no longer disturbing influence on the turn-on and on the other hand advantageously influence the turn-off of the semiconductor switch. With the invention, the Kuehlkoerper is electrically connected to the node of a known CRD-SOAR member. figure

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur isolierten Montage eines Leistungs-Halbleiterschalters, insbesondere eines Leistungstransistors in einem Schaltnetzteil, auf einem Kühlkörper mit elektrischem Anschlußpotential. Weitere Anwendungsmöglichkeiten derartig isoliert montierter Leistungs-Halbleiterschalter sind beispielsweise Motorsteuerungen.The invention relates to an arrangement for isolated mounting of a power semiconductor switch, in particular a power transistor in a switching power supply, on a heat sink with electrical connection potential. Further applications of such isolated mounted power semiconductor switches are, for example, engine controls.

Characteristic of the known technical solutions

Große Impulsspannungen am Kollektor von Leistungstransistoren erfordern bei größeren Kühlkörpern einen isolierten Aufbau des Transistors vom Kühlkörper. Darüber hinaus ist es bekannt (z. B. Wüstehube, J. „Schaltnetzteile", Export-Verlag, Berlin 1979), neben der Isolierung auch eine Abschirmung zwischen Kühlkörper und Transistor einzufügen, um so die HF-Störungen gegen die Schaltungsmasse abzuleiten.Large pulse voltages at the collector of power transistors require an insulated structure of the transistor from the heat sink for larger heat sinks. In addition, it is known (eg Wüstehube, J. "switching power supplies", Export-Verlag, Berlin 1979), in addition to the insulation also insert a shield between the heat sink and transistor, so as to derive the RF interference against the circuit ground.

Zu diesem Zweck ist es auch bekannt (z.B. Rfe Nr.5/1977, S. 163), den Kühlkörper elektrisch mit dem Schutzleiterpotential zu verbinden.For this purpose, it is also known (e.g., Rfe No. 5/1977, p. 163) to electrically connect the heat sink to the protective conductor potential.

Durch die isolierte Montage des Transistors auf dem Kühlkörper ggf. mit Zwischenlage entstehen unvermeidbare Kapazitäten zwischen diesen Elementen, die in den vorgenannten technischen Lösungen beim Einschalten des Transistors jeweils entladen werden müssen. Durch diese Entladeströme verschlechtert sich das Einschaltverhalten des Transistors und damit dessen Einschaltverlustleistung.Due to the isolated mounting of the transistor on the heat sink, possibly with an intermediate layer, unavoidable capacitances arise between these elements, which in each case must be discharged in the abovementioned technical solutions when the transistor is switched on. By these discharge currents, the turn-on of the transistor and thus its Einschaltverlustleistung deteriorated.

Ferner sind SOAR-Glieder bekannt (z. B. Wüstehube, J. „Schaltnetzteile", Expert-Verlag, Berlin 1979), die aus RCD-Netzwerken bestehen und den Anstieg der Kollektorspannung am Schalttransistor verlangsamen. Im.Äbschaltmoment übernimmt ein Kondensator am Kollektor den Transistorstrom. Beim Einschalten des Transistors wird dieser Kondensator durch einen Widerstand entladen. Dem Widerstand kann eine Diode parallelgeschaltet sein.Furthermore, SOAR members are known (eg Wüstehube, J. "Schaltnetzteile", Expert-Verlag, Berlin 1979), which consist of RCD networks and slow down the rise of the collector voltage at the switching transistor When the transistor is turned on, this capacitor is discharged through a resistor, and a diode can be connected in parallel with the resistor.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung des Schaltverhaltens des Leistungs-Halbleiterschalters, insbesondere dessen Einschaltverhalten, die Verringerung der Verlustleistung und die Erhöhung der Zuverlässigkeit.The aim of the invention is to improve the switching behavior of the power semiconductor switch, in particular its turn-on, reducing the power loss and increasing the reliability.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln einerseits den störenden Einfluß der bei der isolierten Montage des Leistungs-Halbleiterschalters unvermeidbaren Kapazität zwischen dem Gehäuse des Leistungs-Halbleiterschalters und dem Kühlkörper auf das Einschaltverhalten des Halbleiterschalters zu verringern und andererseits die besagte parasitäre Kapazität zur Beeinflussung des Ausschaltverhaltens auszunutzen, ohne die HF-Störungsunterdrückung aufzuheben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung zur isolierten Montage eines Leistungs-Halbleiterschalters, insbesondere eines Leistungstransistors in einem Schaltnetzteil, auf einem Kühlkörper mit elektrischem Anschlußpotential, dadurch gelöst, daß der Kühlkörper elektrisch mit dem Knotenpunkt des Kondensators, des Widerstandes und ggf. einer Diode eines an sich bekannten SOAR-Gliedes des Leistungs-Halbleiterschalters in Verbindung steht.The invention is based on the object with the simplest possible means on the one hand to reduce the disturbing influence of unavoidable in the isolated assembly of the power semiconductor switch capacitance between the housing of the power semiconductor switch and the heat sink on the turn-on of the semiconductor switch and on the other hand said parasitic capacitance Take advantage of the Ausschaltverhaltens without removing the RF interference suppression. According to the invention this object is achieved in an arrangement for the isolated mounting of a power semiconductor switch, in particular a power transistor in a switching power supply, on a heat sink with electrical connection potential, characterized in that the heat sink electrically to the node of the capacitor, the resistor and possibly a diode of a known per se SOAR element of the power semiconductor switch is in communication.

Erfindungsgemäß liegt der Kühlkörper nicht auf Masse- oder Schutzleiterpotential, sondern er ist mit dem Knotenpunkt des SOAR-Gliedes verbunden, von dem ein Kondensator zum Anschluß des Leistungs-Halbleiterschaliers und ein Entladungswiderstand zur Masse geschaltet ist. In der Regel, sofern der Widerstand nicht extrem niederohmig sein kann, liegt diesem eine Diode parallel. Durch diese schaltungstechnische Maßnahme wirkt di^aufgrund der isolierten Montage unvermeidbare Kapazität zwischen dem Gehäuse des Halbleiterschalters und dem Kühlkörper nicht unmittelbar auf den Eingang des Halbleiterschalters, da im Einschaltmoment keine hohen Entladeströme dieser parasitären Kapazität auftreten, welche das Einschaltverhalten und damit die Verlustleistung des Halbleiterschalters in hohem Maße beeinträchtigen. Die Entladung dieser parasitären Kapazität erfolgt ebenfalls über den Widerstand des SOAR-Gliedes, über den auch der SOAR-Kondensator jeweils entladen wird.According to the invention, the heat sink is not at ground or ground potential, but it is connected to the node of the SOAR gate, of which a capacitor for connection of the power semiconductor and a shunt resistor is connected to ground. As a rule, if the resistance can not be extremely low-impedance, this is a diode in parallel. By this circuitry measure di ^ due to the isolated assembly unavoidable capacity between the housing of the semiconductor switch and the heat sink does not directly affect the input of the semiconductor switch, since at startup no high discharge currents of this parasitic capacitance occur which the turn-on and thus the power dissipation of the semiconductor switch in severely impaired. The discharge of this parasitic capacitance also takes place via the resistance of the SOAR element, via which the SOAR capacitor is also discharged in each case.

Durch den relativ niederohmigen Entladewiderstand des SOAR-Gliedes liegt der Kühlkörper noch nahezu auf Massepotential, zumal bei Vorhandensein einer SOAR-Diode, die in der Ausschaltphase geöffnet ist, das Potential des Kühlkörpers lediglich um den Wert der Flußspannung vom Massepotential abweicht, so daß zumindest in dieser Schaltphase, in der die Störprobleme der Schaltungsanordnung wesentlich kritischer sind als in der Einschaltphase, die Störunterdrückung infolge der Störsignalableitung gegen Masse in der gleichen Größenordnung gewährleistet ist.Due to the relatively low-resistance discharge resistance of the SOAR member of the heat sink is still almost at ground potential, especially in the presence of a SOAR diode, which is open in the off phase, the potential of the heat sink deviates only by the value of the Flußspannung from the ground potential, so that at least in this switching phase in which the interference problems of the circuit arrangement are much more critical than in the switch-on phase, the noise suppression is ensured as a result of the Störsignalableitung to ground in the same order of magnitude.

Dadurch, daß der Kühlkörper nicht unmittelbar auf Masse liegt, sondern mit dem SOAR-Glied verbunden ist, übernimmt dieser Kondensatorzwischen Gehäuse des Halbleiters und Kühlkörper in der Ausschaltphase des Halbleiters einen Teil dessen Stromes und wirkt demzufolge mit als „SOAR-Kapazität", so daß der Kondensator des SOAR-Gliedes kapazitätsmäßig verkleinert werden oder für bestimmte Anwendungsfälle sogar gänzlich entfallen kann. Die bisher lediglich parasitäre Kapazität besitzt damit'durch ihren Einfluß auf die Begrenzung der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit einen nützlichen Effekt für das sichere und zuverlässige Ausschaltverhalten des Halbleiterschalters.The fact that the heat sink is not directly connected to ground, but is connected to the SOAR member, this capacitor takes over between the housing of the semiconductor and heat sink in the off phase of the semiconductor part of its current and thus acts as a "SOAR capacity", so that The capacitance of the SOAR element can be reduced in terms of capacitance or can even be dispensed with completely for certain applications. The previously merely parasitic capacitance thus has a useful effect on the safe and reliable switching off behavior of the semiconductor switch due to its influence on the limitation of the voltage rise speed.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Ein Leistungstransistor 1 eines nicht näher dargestellten Schaltnetzteiles ist unter Zwischenlage einer elektrisch trennenden Isolationsschicht 2 auf einem Kühlkörper 3 befestigt. Der Emitter des Leistungstransistors 1 liegt an Masse des Schaltnetzteiles. An den Kollektor des Leistungstransistors 1, der intern elektrisch mit dessen Gehäuse verbunden ist, ist ein Kondensator 4 eines an sich bekannten SOAR-Gliedes 5 angeschlossen, das einen Widerstand 6 und eine zu diesem parallelgeschaltete Diode 7 aufweist. Das SOAR-Glied 5 dient in bekannter Weise zur Begrenzung der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit der Spannung am Leistungstransistor 1 bei dessen Ausschalten. Erfindungsgemäß ist der Kühlkörper 3 elektrisch mit einem Knotenpunkt 8 des SOAR-Gliedes 5 zwischen dem Kondensator 4, dem Widerstand 6 und der Anode der Diode 7 verbunden. Die aufgrund der isolierten Montage des Leistungstransistors 1 sich zwischen diesem und dem Kühlkörper 3 ausbildende parasitäre Kapazität entlädt sich in der Einschaltphase des Leistungstransistprs nicht unmittelbar über dem Schaltelement des Schaltnetzteiles, so daß die Einschaltverluste des Leistungstransistors verringert werden. Die Entladung der parasitären Kapazität erfolgt über den Widerstand 6, der zur gesteuerten Entladung des Kondensators 4 in der Ausschaltphase vorgesehen ist. Schältungsmäßig liegt die parasitäre Montagekapazität des Leistungstransistors 1 nicht unmittelbar gegen Masse, sondern wirkt in der Ausschaltphase des Leistungstransistors 1 parallel zum Kondensator 4 und besitzt damit die Eigenschaften einer SOAR-Kapazität, so daß der Kondensator 4 kapazitätsmäßig verkleinert werden oder für bestimmte Anwendungsfälle auch gänzlich entfallen kann. Der Widerstand 6 ist relativ niederohmig; außerdem ist die Diode 7 in der Ausschaltphase geöffnet, so daß eine HF-mäßige Störgrößenableitung des Leistungstransistors 1 gegen Masse, zumindest in der gleichen Größenordnung wie bisher, bestehen bleibt.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing. A power transistor 1 of a switching power supply, not shown, is attached to a heat sink 3 with the interposition of an electrically isolating insulation layer 2. The emitter of the power transistor 1 is connected to ground of the switching power supply. To the collector of the power transistor 1, which is internally electrically connected to the housing, a capacitor 4 of a known SOAR member 5 is connected, which has a resistor 6 and a parallel to this diode 7. The SOAR element 5 is used in a known manner to limit the rate of voltage rise of the voltage at the power transistor 1 when it is turned off. According to the invention, the heat sink 3 is electrically connected to a node 8 of the SOAR element 5 between the capacitor 4, the resistor 6 and the anode of the diode 7. The due to the isolated mounting of the power transistor 1 between this and the heat sink 3 forming parasitic capacitance discharges in the turn-on of Leistungsstransistprs not directly above the switching element of the switching power supply, so that the turn-on of the power transistor can be reduced. The discharge of the parasitic capacitance via the resistor 6, which is provided for the controlled discharge of the capacitor 4 in the off phase. In terms of breakdown, the parasitic mounting capacity of the power transistor 1 is not directly opposite ground, but acts in the turn-off of the power transistor 1 in parallel with the capacitor 4 and thus has the properties of a SOAR capacitance, so that the capacitor 4 are reduced in capacity or omitted entirely for certain applications can. The resistor 6 is relatively low impedance; In addition, the diode 7 is opened in the off phase, so that an HF-moderate Störgrößenableitung of the power transistor 1 to ground, at least in the same order as before, remains.

Claims

Arrangement for isolated mounting of a power semiconductor switch, in particular a power transistor in a Schaitnetztii on a heat sink with electrical connection potential, characterized characterized, Däß the heat sink electrically to the node of the capacitor, the resistor and possibly a diode of a known SOAR member of the power semiconductor switch is in communication.

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