DE10035613A1 - Leistungsumwandlungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung umfaßt ein Schaltenergiemodul (1) zum Ausführen einer Leistungs- bzw. Energieumwandlung in einer schaltenden Weise, eine Vielzahl von Glättungskondensatoren (6A) zum Glätten eines Gleichstrom-Energieversorgungsausgangs, der an das Schaltenergiemodul (1) angelegt werden soll, und eine Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatte (19) zum Herstellen einer Verbindung des Glättungskondensators (6A) mit dem Schaltenergiemodul (1). Ein Keramikkondensator wird für die Glättungskondensatoren (6A) verwendet und die Glättungskondensatoren (6A), ein Glässungskondensatorgehäuse (23), welches die Keramikkondensatoren aufnimmt, und die Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatte (19) sind strukturell miteinander integriert, um einen Glättungskondensator-Aufbau (24) zu konstruieren. Dieser Glättungskondensator-Aufbau (24) ist mit dem Schaltenergiemodul (1) verbunden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung.

2. Beschreibung des verwandten Sachstandes

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltungsanordnung einer bekannten Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln einer Gleichstrom-Energieversorgung in einen dreiphasigen Wechselstrom zum Ansteuern einer Wechselstromlast, beispielsweise eines dreiphasigen Wechselstrommotors, zeigt. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Schaltenergiemodul zum Ausführen einer Leistungs- bzw. Energieumwandlung mit Hilfe einer Umschaltung, ein Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Batterie, die eine Gleichstrom-Energieversorgung bildet, und das Bezugszeichen 8 stellt eine Wechselstromlast, beispielsweise einen dreiphasigen Wechselstrommotor, dar. Das Schaltenergiemodul 1, zum Beispiel für den Fall eines elektrischen Fahrzeugs, wandelt einen Entladungsausgang (Gleichstrom) der Gleichstrom-Energieversorgung 7 in einen dreiphasigen Wechselstrom zum Ansteuern der Wechselstromlast 8 beim Starten oder Beschleunigen des Fahrzeugs um.

Andererseits wird beim regenerativen Bremsen eine regenerative Leistung bzw. Energie von der Wechselstromlast 8 aus einem dreiphasigen Wechselstrom in einen Gleichstrom umgewandelt und dann an die Gleichstrom-Energieversorgung 7 zurückgeführt. Im Inneren des Schaltenergiemoduls 1 sind Schalteinrichtungen 2, die Transistoren für eine Leistungs- bzw. Energieumwandlung aus einem Gleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom, IGBTs und MOSFETs, umfassen, Freilaufdioden 3 für eine Leistungs- bzw. Energieumwandlung aus einem dreiphasigen Wechselstrom in einen Gleichstrom, Snubber-Kondensatoren 4 zum Einschränken von Stoßspannungen, die in den Abschnitten der Schalteinrichtung 2 bei Schaltoperationen auftreten, und ein Steuerschaltungsabschnitt 5 zum Steuern der Schalteinrichtungen 2 enthalten. In diesem Fall ist die Hauptanforderung für die Snubber-Kondensatoren 4 eine hervorragende Frequenzcharakteristik, wobei ein Filmkondensator üblich ist. Zusätzlich bezeichnet in Fig. 5 ein Bezugszeichen 6 einen Glättungskondensator zum Unterdrücken von einer Spannungsveränderung der Gleichstrom- Energieversorgung 7 bei dem Schaltvorgang, um den Sprung oder dergleichen der Spannung zu glätten. Der Glättungskondensator 6 benötigt eine ausreichend groß elektrostatische Elektrokapazität; deshalb wird ein Aluminiumelektrolytkondensator üblicherweise verwendet, weil eine große elektrostatische Kapazität leicht erhalten werden kann. Überdies ist die Steuerschaltung 5 eine gebräuchliche Schaltung zum Steuern der Wechselstromlast 8, wie eines dreiphasigen Wechselstrommotors, und eine ausführliche Darstellung davon wird hier weggelassen.

Ferner ist Fig. 6 eine Seitenaufriß-Querschnittsansicht, die eine gebräuchliche interne Konfiguration einer bekannten Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung zeigt. In Fig. 6 bezeichnet ein Bezugszeichen 21 einen Fall, der ein verpacktes Schaltenergiemodul 1, Glättungskondensatoren 6 und ein Snubber-Kondensatorsubstrat 18, welche Snubber- Kondensatoren 4 (nicht gezeigt) hält, enthält. Im allgemeinen wird eine Verdrahtungs-(Verteilungs)-Platte 19, beispielsweise ein Kupferbusstab oder eine Kupferplatte, zum Herstellen der Verbindung zwischen dem Schaltenergiemodul 1 und den Glättungskondensatoren 6 verwendet und eine Befestigung und eine elektrische Verbindung davon werden über die Verwendung von Schrauben hergestellt. Zusätzlich befindet sich im allgemeinen das Snubber-Kondensatorsubstrat 18 in der Nähe der Gleichstrom-Eingangsverdrahtungen (Verdrahtungsabschnitte) 9p und 9n der positiven Elektrode (P) und der negativen Elektrode (N) und einer Wechselstrom- Ausgangsverdrahtung (Verdrahtungsabschnitt) auf dem Schaltenergiemodul 1 für die U-Phase, V-Phase und W-Phase und ist über die Verwendung von Schrauben 20 befestigt und elektrisch verbunden (in diesem Fall umfaßt die Wechselstrom- Ausgangsverdrahtung 10 exakt drei Ausgangsverdrahtungen 10u, 10v und 10w, die jeweils der U-Phase, V-Phase bzw. W-Phase entsprechen, wie in Fig. 5 gezeigt, aber sie sind in Fig. 6 vereinfacht). Ferner ist die Verpackung des Schaltenergiemoduls 1 aus einem aus Harz gebildeten Schaltenergiemodulgehäuse 12, welches die Gleichstrom- Eingangsverdrahtungen 9p, 9n der positiven Elektrode (P) und der negativen Elektrode (N), die Wechselstrom- Ausgangsverdrahtungen 10u, 10v und 10w der U-Phase, V-Phase und W-Phase und eine Steuerschaltungssubstrat- Verbindungsverdrahtung 10 in einer Einsatzformungsweise aufnimmt, und einer Schaltenergiemodul-Basisplatte 13 gebildet. Zusätzlich umfaßt die Verpackung des Schaltenergiemoduls 1 noch ein isolierendes Substrat 14, beispielsweise ein Keramiksubstrat, zum Halten der Schalteinrichtungen 2 und der Freilaufdioden 3 und ein Steuerschaltungssubstrat 17 zum Haltern des Steuerschaltungsabschnitts 5. Die Schalteinrichtungen 2 und die Freilaufdioden 3 sind fest auf der Schaltenergiemodul- Basisplatte 13 über das isolierende Substrat 14 mit einem elektrisch leitenden Muster mit Hilfe eines haftenden Materials wie Lötmittel befestigt und ferner mit den Gleichstrom-Eingangsverdrahtungen 9p, 9n der positiven Elektrode (P) und der negativen Elektrode (N), den Wechselstrom-Ausgangsverdrahtungen 10u, 10v, 10w der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase und der Steuerschaltungssubstrat- Verbindungsverdrahtung 10 über die Verbindung eines Verbindungsleiters 15, beispielsweise einer Drahtbondierung, verbunden. Ferner ist das Steuerschaltungssubstrat 17 elektrisch mit der Steuerschaltungssubstrat- Verbindungsverdrahtung 11 mit Hilfe einer Verlötung oder dergleichen verbunden. Noch weiter wird ein Gel-artiger Füllstoff 16 zwischen das isolierende Substrat 14 und das Steuerschaltungssubstrat 17 gegeben, und, wenn erforderlich, kann ein Harz, wie beispielsweise Epoxyd, darauf angeordnet werden. Der Gel-artige Füllstoff 16 ist zum Schutz der Schalteinrichtungen 2, der Freilaufdioden 3 und des Verbindungsleiters 15 vorgesehen, um die Schalteinrichtungen 2 von einem Fehler oder einer Fehlfunktion aufgrund von Feuchtigkeit oder Staub zu schützen. Zusätzlich ist ein Kühlelement 22, welches die Kühleinrichtungen 2 unter Verwendung von Luft, Wasser, Öl oder dergleichen kühlt, an dem Gehäuse 21 so angebracht, dass die Joule-Wärme, die von den Schalteinrichtungen 2 erzeugt wird, über das isolierende Substrat 14 und die Schaltenergiemodul-Basisplatte 13 in das Kühlelement 22 zum Kühlen der Schalteinrichtungen 2 gestrahlt wird.

In der bekannten Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung, die so aufgebaut ist, wird von den Glättungskondensatoren 6 gefordert, dass sie eine ausreichend große elektrostatische Kapazität aufweisen, um den Ausgang der Gleichstrom-Energieversorgung 7, der an die Schalteinrichtungen 2 angelegt werden soll, zu glätten, wodurch ihre Größen allgemein zunehmen. Obwohl der Glättungskondensator gebräuchlicherweise unter Verwendung eines Aluminiumelektrolytkondensator gebildet ist, da sein interner Widerstand hoch ist, steigt die interne Wärmeerzeugung des Glättungskondensators 6 aufgrund der Gleichstromwelligkeits-Spannungsveränderung, die bei den Schaltvorgängen auftritt, an. Zum Unterdrücken dieser Wärmeerzeugung besteht eine Notwendigkeit, die Konstruktion zum Kühlen des Glättungskondensators 6 durch die Verwendung des voranstehend erwähnten Kühlelements 22 kompliziert zu machen oder dessen elektrostatische Kapazität weiter zu erhöhen. Deshalb nimmt für den Fall der bekannten Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung die Fläche und das Volumen des Glättungskondensators 6 zu, wodurch die Größe der gesamten Vorrichtung ansteigt.

Da zusätzlich der Aluminiumelektrolytkondensator zur Verwendung auf dem Glättungskondensator 6 Nachteile dahingehend aufweist, dass sein Betriebstemperaturbereich schmal ist und seine Wartungszeit (nämlich während der Lebensdauer) von dem Einfluß eines Lecks von Elektrolyt, was durch eine Abdichtungsverschlechterung verursacht wird, kurz ist, wird somit die Zuverlässigkeit herabgesetzt.

Da noch weiter die Fläche und das Volumen des Glättungskondensators 6 groß sind, wird eine Verdrahtungsplatte 19 für die Verbindung zwischen dem Schaltenergiemodul 1 und dem Glättungskondensator 6 lang. Demzufolge nimmt die Verdrahtungsinduktivität zwischen der Schalteinrichtung 2 und dem Glättungskondensator 6 zu, was die Möglichkeit einer Erzeugung einer großen Stoßspannung bei einem Schaltvorgang erzeugt, wodurch die Schalteinrichtung 2 zerstört wird. Somit besteht eine Notwendigkeit zur Installation eines Snubber-Kondensators in der Nähe der Gleichstrom-Eingangsverdrahtungen 9p, 9n der positiven Elektrode (P) und der negativen Elektrode (N) und der Wechselstrom-Ausgangsverdrahtung 10 der U-Phase, V-Phase und W-Phase auf dem Schaltenergiemodul 1, was den Herstellungsprozeß mühsam macht und die Kosten erhöht.

Ferner besteht für den Fall einer Verbindung des Aluminiumelektrolytkondensators mit der Schaltenergiemodulverbindungs-Verdrahtungsplatte 19 eine Notwendigkeit, die Anschlüsse jeder positiven Elektrode (P) und jeder negativen Elektrode (N) des gesamten Aluminiumelektrolytkondensators zu schrauben, was die Herstellung erschwert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demzufolge ist die vorliegende Erfindung entwickelt worden, um die voranstehend erwähnten Probleme zu lösen und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die eine kleine Größe, eine hohe Zuverlässigkeit und eine einfache Herstellung ermöglicht.

Angesichts der obigen Aufgaben umfaßt eine Leistungsumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung: ein Schaltenergiemodul zum Ausführen einer Energieumwandlung in einer Schaltweise, einen Glättungskondensator zum Glätten eines Gleichstrom-Energieversorgungsausgangs, der an das Schaltenergiemodul angelegt werden soll, und eine Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatte zum Verbinden des Glättungskondensators mit dem Schaltenergiemodul, wobei der Glättungskondensator einen keramischen Kondensator umfaßt.

Die Leistungsumwandlungsvorrichtung kann ein Glättungskondensatorgehäuse umfassen, das eine Vielzahl von Keramikkondensatoren aufnimmt, wobei die Keramikkondensatoren, das Glättungskondensatorgehäuse und die Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatte miteinander strukturell integriert sind, um einen Glättungskondensator- Aufbau zu bilden.

Eine Vielzahl von Glättungskondensatoren, eine Vielzahl von Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatten und eine Vielzahl von Gleichstrom-Eingangsverdrahtungsabschnitten der positiven Elektrode (P) und der negativen Elektrode (N) können an der Anzahl von Phasen des Wechselstromausgangs bereitgestellt werden und können in einer verteilten Bedingung angeordnet werden, um Sätze zu bilden, die jeweils jede der Phasen davon kontrollieren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der vorliegenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das eine Schaltungsanordnung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Seitenaufriß- und Querschnitts-Ansicht, die die interne Konfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine Aufsicht, die eine interne Konfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;

Fig. 4 eine Aufsicht, die eine interne Konfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das eine Schaltungsanordnung einer privat bekannten, aber nicht veröffentlichten Leistungsumwandlungsvorrichtung zeigt; und

Fig. 6 eine Seitenaufriß- und Querschnitts-Ansicht, die eine interne Konfiguration einer privat bekannten, aber nicht veröffentlichten Leistungsumwandlungsvorrichtung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG Erste Ausführungsform

Bezug nehmend auf die Zeichnungen wird nachstehend eine Beschreibung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angegeben. Obwohl sich die folgende Beschreibung auf einen Modus auf einem Umrichter zum Ansteuern eines dreiphasigen Wechselstrommotors oder dergleichen bezieht, ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern ist auf sämtliche Leistungsumwandlungsvorrichtungen anwendbar. Zusätzlich werden die gleichen Bezugszeichen für diejenigen Teile verwendet, die den Komponenten 1 bis 3, 5, 7 bis 17 und 19 bis 22 in dem voranstehend beschriebenen Sachstand entsprechen, und die Beschreibung davon wird zur Verkürzung weggelassen.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltungsanordnung einer Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. In Fig. 1 besteht ein Unterschied dieser Schaltungsanordnung zu dem verwandten Beispiel, das in Fig. 5 gezeigt ist, darin, dass als ein Glättungskondensator 6 ein Keramikkondensator anstelle des Aluminiumelektrolytkondensators verwendet wird. Somit ist in dieser Ausführungsform der Glättungskondensator, nämlich der Keramikkondensator, mit dem Bezugszeichen 6A bezeichnet. Zusätzlich wird in dieser Ausführungsform der Snubber-Kondensator 4 nicht in Verwendung gebracht. Fig. 2 ist eine Seitenaufriß-Querschnittsansicht, die eine interne Konfiguration der Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt, während Fig. 3 eine Aufsicht ist, die die interne Konfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Anstelle des in Fig. 6 gezeigten verwandten Beispiels ist in Fig. 2 eine Verdrahtungsplatte 19 zum Herstellen der Verbindung zwischen einem Schaltenergiemodul 1 und einem Glättungskondensator 6 beträchtlich verkürzt und das Snubber-Kondensatorsubstrat 18 in dem verwandten Sachstand wird nicht in Verwendung gebracht.

In den Fig. 2 und 3 bezeichnet ein Bezugszeichen 23 ein Glättungskondensatorgehäuse, ein Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Glättungskondensator-Aufbau (ASSY), in dem das Gehäuse 23, die Glättungskondensatoren 6A und die Schaltenergiemodul- Verbindungsverdrahtungsplatten 19 miteinander integriert sind.

Diese Ausführungsform wird ein Chipkeramikkondensator mit großer Größe und großer Kapazität für den Glättungskondensator verwendet und eine Vielzahl von Keramikkondensatoren 6A sind parallel zueinander geschaltet, um eine elektrostatische Kapazität sicherzustellen, die zum Glätten einer Gleichstrom-Energieversorgung benötigt wird. Diese Vielzahl von Keramikkondensatoren 6A und die Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatten 19 werden in dem Glättungskondensatorgehäuse 23 aufgenommen, um den Glättungskondensator-Aufbau 24 zu bilden. Die Vielzahl von Keramikkondensatoren 6A und die Schaltenergiemodul- Verbindungsverdrahtungsplatten 19 sind durch die Verwendung eines haftenden bzw. klebenden Elements, beispielsweise eines elektrischen leitenden Haftungsmittels, befestigt und elektrisch untereinander verbunden. Nachdem in dem Herstellungsprozeß die Keramikkondensatoren 6A und die Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatten 19 miteinander verbunden sind, werden sie in das Glättungskondensatorgehäuse 23 eingebracht. Demzufolge können die Verbindungsarbeiten außerhalb des Gehäuses 23 durchgeführt werden, wodurch die Herstellung davon vereinfacht wird.

Ferner sind die Vielzahl von Keramikkondensatoren 6A angeordnet, um einen vorgegebenen Spalt dazwischen zu definieren, so dass jeder der Keramikkondensatoren 6A den Einfluß von Strahlungswärme von dem anderen nahe dazu angeordneten nicht empfängt. Für den Keramikkondensator 6A ist sein interner Widerstand und seine interne Induktivität in der Größenordnung von ungefähr 1/10 bezüglich denjenigen eines Aluminiumelektrolytkondensators; deshalb ist die elektrostatische Kapazität beträchtlich verringerbar, wodurch die Fläche und das Volumen des Glättungskondensators verringert wird. Wegen der Verwendung einer festen dielektrischen Substanz besteht zusätzlich keine Notwendigkeit, sich um das Leck von Elektrolyt, welches durch die Verschlechterung der Abdichtungsfunktion verursacht wird, zu kümmern, und die Lebensdauer ist verlängerbar, wodurch die Zuverlässigkeit erhöht wird. In dem herkömmlichen Stand der Technik ist der interne Widerstand des Aluminiumelektrolytkondensators hoch und es besteht eine Notwendigkeit, die elektrostatische Kapazität zum Unterdrücken der Wärmeerzeugung des Kondensators selbst zu erhöhen. Mit dem Keramikkondensator 6A sind jedoch die Größenreduktion und die Verbesserung der Zuverlässigkeit der Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung realisierbar.

Zusätzlich ermöglicht die Verringerung der Fläche und des Volumens des Glättungskondensators 6A, dass die Verdrahtungsplatte 19 zur Verbindung zwischen dem Schaltenergiemodul 1 und dem Glättungskondensator 6A beträchtlich verkürzt wird; demzufolge kann die Verdrahtungsinduktivität zwischen den Schalteinrichtungen 2 und den Glättungskondensatoren 6A reduziert werden und der Keramikkondensator mit einer hervorragenden Frequenzcharakteristik wird für den Glättungskondensator 6A verwendet, so dass die Stoßspannung, die bei einem Schaltvorgang auftritt, in der Nähe der Schalteinrichtung 2 unterdrückt werden kann; demzufolge ist es möglich, den Snubber-Kondensator 4 und das Snubber-Kondensatorsubstrat 18 zu entfernen, die in dem verwandten Sachstand benötigt worden sind.

Da ein Kondensator mit einem niedrigen internen Widerstand und einer exzellenten Frequenzcharakteristik verwendet wird und eine feste dielektrische Substanz verwendet wird, gibt es ferner zusätzlich zu dem Keramikkondensator einen Filmkondensator. Jedoch zeigt der Filmkondensator einen schmalen Betriebstemperaturbereich und seine obere Grenze ist anstelle von 125°C des Keramikkondensators gewöhnlicherweise 105°C, so dass Schwierigkeiten bei der Verwendung von diesem in Betriebsumgebungen wie beispielsweise Hochtemperaturbedingungen für Kraftfahrzeuge und anderen verursacht werden. Zusätzlich weist der Filmkondensator im allgemeinen eine geringere elektrostatische Kapazität pro Einheitsvolumen im Vergleich mit dem Keramikkondensator auf und die Größe des Filmkondensators wird größer als diejenige des Keramikkondensators selbst bei der gleichen elektrostatischen Kapazität. Deshalb ist eine Verwendung eines Keramikkondensators als der Glättungskondensator wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, bevorzugt.

Wie voranstehend beschrieben wird in dieser Ausführungsform für den Glättungskondensator ein Keramikkondensator verwendet, der einen internen Widerstand und eine interne Induktivität so gering wie ungefähr 1/10 von derjenigen des verwandten Aluminiumelektrolytkondensators aufweist; deshalb ist die Größe des Glättungskondensators verringerbar und die Verkürzung der Schaltenergiemodul- Verbindungsverdrahtungsplatte 19 ist möglich, was wiederum die Größenverringerung der gesamten Energie- Leistungsumwandlungsvorrichtung erzielt.

Aufgrund der Verkürzung der Schaltenergiemodul- Verbindungsverdrahtungsplatte 19 kann zusätzlich die Verdrahtungsinduktivität zwischen der Schalteinrichtung 2 und dem Glättungskondensator 6A verringert werden und der Keramikkondensator zeigt eine gute Frequenzcharakteristik, was die Stoßspannung, die beim Umschalten auftritt, in Grenzen hält.

Das Unterdrücken der Stoßspannung ermöglicht die Entfernung des Snubber-Kondensators 4 und des Snubber- Kondensatorsubstrats 18, was zu der Vereinfachung des Herstellungsprozesses und ferner zur Verringerung der Herstellungskosten beiträgt. Zusätzlich ermöglicht die Unterdrückung der Stoßspannung, dass die Gleichstrom- Energieversorgungsspannung auf einen Wert eingestellt werden kann, der höher zum Vergrößern des steuerbaren Bereichs der Wechselstromlast 8 ist. Noch weiter kann die Unterdrückung der Stoßspannung (Surge) die Durchschlagspannung der Schalteinrichtung 2 verringern, was dadurch zu der Größen- und Kostenreduktion der Schalteinrichtung 2 führt. Da ferner die Stoßspannung unterdrückbar ist und der Sprung der Gleichstrom-Energieversorgung bei einem Schaltvorgang unterdrückt werden kann, wird die Schaltgeschwindigkeit höher; die Verluste der Schalteinrichtung 2 können verringert werden und wenn die Trägerfrequenz auf einen vorgegebenen hohen Wert eingestellt wird, ist die Steuerbarkeit verbesserbar und das Rauschen bei einem Schaltvorgang ist unterdrückbar.

Mit dem Glättungskondensator-Aufbau 24, bei dem die Keramikkondensatoren 6A, das Glättungskondensatorgehäuse 23, welches eine Vielzahl von Keramikkondensatoren 6A aufnehmen kann, und die Schaltenergiemodul- Verbindungsverdrahtungsplatte 19 strukturell miteinander integriert sind, können ferner die Anbringungs/Entfernungs- und Ersetzungsarbeiten vereinfacht werden.

Da ein vorgegebener Spalt zwischen der Vielzahl von Keramikkondensatoren 6A definiert ist, ist es möglich, zu verhindern, dass jeder der Keramikkondensatoren 6A den Einfluß von Strahlungswärme von den anderen, die nahe dazu angeordnet sind, empfangen.

Da zusätzlich die Verbindung zwischen den Keramikkondensatoren 6A und der Schaltenergiemodul- Verbindungsverdrahtungsplatte 19 mit einem haftenden bzw. klebenden Element, beispielsweise einem elektrisch leitenden Haftungsmittel, vorgenommen wird, sind die mühsamen Schraubarbeiten beseitigt, wodurch eine einfachere Herstellung erzielt wird.

Da die Keramikkondensatoren 6A eine feste dielektrische Substanz verwenden, besteht noch zusätzlich keine Notwendigkeit, sich um das Elektrolytleck kümmern zu müssen, welches durch die Verschlechterung der Abdichtungsfunktion verursacht wird; daraufhin wird die Wartungszeit verlängerbar und die Zuverlässigkeit ist verbesserbar.

Zweite Ausführungsform

Fig. 4 ist eine Aufsicht, die eine interne Konfiguration einer Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Wie Fig. 4 zeigt, sind drei Sätze von Glättungskondensatoren 6A und Gleichstrom-Eingangsverdrahtungen (Verdrahtungsabschnitte) 9p, 9n der positiven Elektrode (P) und der negativen Elektrode (N) vorgesehen, um in einer geteilten Bedingung für die U, V und W Phasen des Wechselstromausgangs angeordnet zu sein. Somit ist es möglich, die Induktivität zwischen der Schalteinrichtung 2 und dem Glättungskondensator 6A in jeder der U, V und W Phasen des Wechselstromausgangs stark zu verringern, was das Auftreten der Stoßspannung bei einem Schaltvorgang stark unterdrückt. Zusätzlich erreicht der Pfad eines transienten Stroms, der bei einem Schaltvorgang fließt, ein Minimum und somit ist der Snubber-Effekt erhältlich und das Schaltrauschen ist verringerbar. Die andere Konfiguration ist die gleiche wie diejenige der vorangehenden ersten Ausführungsform und die Beschreibung davon wird hier weggelassen.

Wie voranstehend beschrieben bietet diese Ausführungsform die ähnlichen Effekte wie diejenigen der voranstehend beschriebenen ersten Ausführungsform an und, da die Glättungskondensatoren 6A, die Schaltenergiemodul- Verbindungsverdrahtungsplatte 19 und die Gleichstrom- Eingangsverdrahtungen 9p, 9n des Schaltenergiemoduls 1 der positiven Elektrode (P) und der negativen Elektrode (N) in einer geteilten Bedingung für die U, V und W Phasen des Wechselstromausgangs angeordnet sind, wird ferner die Verdrahtungsinduktivität zwischen den Schalteinrichtungen 2 und den Glättungskondensatoren 6A beträchtlich in den jeweiligen U, V und W Phasen des Wechselstromausgangs verringerbar, so dass die Stoßspannung, die einem Schaltvorgang auftritt, wesentlich unterdrückbar ist, und, da der transiente Strompfad, der sich bei dem Schaltvorgang ergibt, auf ein Minimum verkürzt werden kann, ist sogar das Schaltrauschen verringerbar.

Überdies ist die Leistungs- bzw. Energieumwandlung gemäß dieser Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen beschränkt und wenn der integrierte Glättungskondensator-Aufbau 24 ersetzt wird, ist die Energie- bzw. Leistungsumwandlungsvorrichtung auch auf verschiedene Fälle anwendbar, zum Beispiel in Abhängigkeit von den zu konstruierenden Systemen, für den Fall, bei dem der Abstand zwischen der Gleichstrom-Energieversorgung 7 und der Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung lang ist oder für den Fall, dass eine Notwendigkeit zum Erhöhen des regenerativen Stroms di/dt der Wechselstromlast 8 existiert, obwohl eine Notwendigkeit zum Erhöhen der elektrostatischen Kapazität des Glättungskondensators 6A besteht. In diesem Fall ist jedoch durch Ersetzen des Glättungskondensator- Aufbaus 24 durch einen Typ mit einer großen Kapazität der Glättungseffekt einfach erreichbar.

Obwohl der Glättungskondensator allgemein aufgrund des Welligkeitsstroms, der bei einem Schaltvorgang auftritt, allgemein Wärme erzeugt, nimmt zusätzlich in dieser Erfindung wegen der Verwendung eines Keramikkondensators mit einem niedrigen internen Widerstand für den Glättungskondensator 6A die Selbstwärmeerzeugung des Kondensators selbst ab, im Vergleich mit dem verwandten Sachstand. Für den Fall einer Verwendung in einer Umgebung wie beispielsweise einer Hochtemperaturbedingung in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen wird jedoch der Betriebstemperaturspielraum schmal. Das heißt, für die Einschränkung der Selbstwärmeerzeugung besteht eine Notwendigkeit, die elektrostatische Kapazität des Glättungskondensators 6A weiter zu erhöhen oder diesen mit irgendwelchen Mitteln zu kühlen. Um in dieser Erfindung die Anforderungen dieser Art zu erfüllen, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, ist der Glättungskondensator-Aufbau 24 an einem Kühlelement 22 zum Kühlen des Schaltenergiemoduls 1 durch die Verwendung von Schrauben 20 befestigt, so dass die sich aufgrund der Selbstwärmeerzeugung der Glättungskondensatoren 6A entwickelnde Joule-Wärme durch das Glättungskondensatorgehäuse 23 an das Kühlelement 22 verschoben wird, wodurch die Glättungskondensatoren 6A gekühlt werden.

Da wie voranstehend beschrieben in den ersten und zweiten Ausführungsformen die Größenverringerung des Glättungskondensators erreichbar ist und die beträchtliche Verkürzung der Verdrahtungsplatte für eine Verbindung zwischen dem Schaltenergiemodul und den Glättungskondensatoren möglich ist, ist eine beträchtliche Verringerung der Leistungs- bzw. Energieumwandlungsvorrichtung erreichbar. Zusätzlich kann die Größenreduktion des Glättungskondensators und die Verkürzung der Verdrahtungsplatte die Verdrahtungsinduktivität zwischen der Schalteinrichtung und dem Glättungskondensator verringern und die Verwendung eines Keramikkondensators mit einer exzellenten Frequenzcharakteristik für den Glättungskondensator kann das Auftreten der Stoßspannung bei einem Schaltvorgang beschränken, was die Entfernung eines Snubber-Kondensators und eines Snubber-Kondensatorsubstrats, die bislang benötigt wurden, ermöglicht. Noch zusätzlich ist es möglich, die Durchschlagspannung herabzusetzen, was zu der Größenverringerung der Schalteinrichtung und einem Abfall der Kosten beiträgt. Wenn zusätzlich die Gleichstrom- Energieversorgungsspannung auf einen relativ hohen Wert eingestellt wird, ist der steuerbare Bereich einer Wechselstromlast vergrößerbar. Da ferner das Springen der Gleichstrom-Energieversorgung bei einem Schaltvorgang unterdrückt werden kann, um die Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen, sind die Verluste der Schalteinrichtung verringerbar und die Steuerbarkeit ist verbesserbar und das Rauschen bei einem Schaltvorgang ist unterdrückbar, wobei die Trägerfrequenz auf einen relativ hohen Wert eingestellt ist. Da noch weiter der Keramikkondensator eine feste dielektrische Substanz verwendet, bestehen keinerlei Bedenken hinsichtlich eines Elektrolytlecks von der Verschlechterung der Abdichtungsfunktion und die Wartungsdauer ist verlängerbar und die Zuverlässigkeit ist verbesserbar.

Da ferner der Keramikkondensator, das Glättungskondensatorgehäuse und die Schaltenergiemodul- Verbindungsverdrahtungsplatte miteinander strukturell integriert sind, um einen Glättungskondensator-Aufbau zu bilden, ist es möglich, Glättungskondensatoren, die jeweils eine elektrostatische Kapazität aufweisen, die die Anforderungen erfüllt, leicht zu installieren. Zusätzlich kann die Verdrahtungsinduktivität zwischen der Schalteinrichtung und dem Glättungskondensator in jeder der U, V und W Phasen des Wechselstromausgangs beträchtlich verringert werden, wodurch das Auftreten einer Stoßspannung bei einem Schaltvorgang beträchtlich begrenzt wird. Da noch zusätzlich der Pfad des transienten Stroms, der bei einem Schaltvorgang fließt, auf ein Minimum verkürzt werden kann, kann das Schaltrauschen verringert werden. Ferner ist es möglich, die Notwendigkeit für mühsame Schraubarbeiten zu beseitigen, was eine einfache Herstellung ermöglicht. Noch weiter wird eine Verwendung in Umgebungen wie beispielsweise einer Hochtemperaturbedingung in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen denkbar, die Zweckdienlichkeit oder die Anwendbarkeit ist verbesserbar und die Zuverlässigkeit steigt an.

Es sei darauf hingewiesen, dass die voranstehende Beschreibung sich nur auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezieht und dass beabsichtigt ist, sämtliche Änderungen und Modifikationen der Ausführungsformen der Erfindung, die hier für den Zweck der Offenbarung verwendet werden, abzudecken, die keinerlei Abweichungen von dem Grundgedanken und dem Umfang der Erfindung bilden.

Claims (6)

1. Leistungsumwandlungsvorrichtung, umfassend:
ein Schaltenergiemodul (1) zum Ausführen einer Leistungsumwandlung in einer schaltenden Weise;
einen Glättungskondensator (6A) zum Glätten eines Gleichstrom-Energieversorgungsausgangs, der an das Schaltenergiemodul angelegt werden soll; und
eine Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatte (19) zum Verbinden des Glättungskondensators mit dem Schaltenergiemodul,
wobei der Glättungskondensator (6A) einen Keramikkondensator umfaßt.

2. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Glättungskondensatorgehäuse (23), welches eine Vielzahl von Keramikkondensatoren aufnimmt, wobei die Keramikkondensatoren, das Glättungskondensatorgehäuse (23) und die Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatte (19) miteinander strukturell integriert sind, um einen Glättungskondensator-Aufbau (24) zu bilden.

3. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Sätzen des Glättungskondensators (6A), der Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatine (19) und der Gleichstrom-Eingangsverdrahtungsabschnitte (9p, 9n) der positiven Elektrode (P) und der negativen Elektrode (N) vorgesehen sind, um in einer verteilten Bedingung für jede der Phasen (U, V, W) eines Wechselstromausgangs angeordnet zu sein, und eine Anzahl der Sätze die gleiche wie diejenige der Phasen (U, V, W) des Wechselstromausgangs ist.

4. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein vorgegebener Spalt zwischen der Vielzahl von Keramikkondensatoren definiert ist, so dass jeder der Keramikkondensatoren von Strahlungswärme von dem anderen Keramikkondensator, der nahe dazu angeordnet ist, nicht beeinträchtigt wird.

5. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Keramikkondensatoren und die Schaltenergiemodul-Verbindungsverdrahtungsplatte (19) über ein elektrisch leitendes Haftungsmaterial miteinander verbunden sind.

6. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Kühleinrichtung (22) zum Kühlen des Glättungskondensators.