-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiter-Leistungsmodul, das
dafür vorgesehen
ist, das beim Schalten eines Leistungshalbleiterelements verursachte
Schaltrauschen zu unterdrücken.
-
Stromrichteinrichtungen
wie eine Einrichtung zum Ansteuern eines Wechselstrommotors (ein
sogenannter Wechselrichter) und eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung
(USV) bieten Stromrichtfunktionalität durch Schalten eines Leistungshalbleiterelements.
-
4 zeigt ein Schaltbild dieser
Art von Stromrichteinrichtung. In 4 bezeichnet
Bezugszeichen 1 eine Gleichstromquelle; bezeichnen die Bezugszeichen 2U, 2V und 2W Halbleiter-Leistungsmodule,
je mit einer Reihenschaltung aus zwei Bipolartransistoren mit isoliertem
Gate (IGBT), die je als Leistungshalbleiterelement mit einer antiparallel
geschalteten Freilaufdiode versehen sind; und bezeichnet Bezugszeichen 3 einen
Motor als Last. Die Halbleiter-Leistungsmodule 2U, 2V und 2W für die jeweiligen
Phasen schalten wechselweise den IGBT im oberen und im unteren Zweig,
um Gleichstrom aus der Gleichstromquelle 1 in Wechselstrom
umzuwandeln, und liefern auf diese Weise den umgewandelten Strom
an den Motor 3.
-
Eine
Gate-Ansteuerschaltung des IGBT ist in 4 nicht dargestellt.
-
Beim
Impulsweitenmodulations-Steuerverfahren (PWM) als einem bekannten
Verfahren zum Schalten eines IGBT vergleicht ein Vergleichsberechnungsabschnitt 5c einer
externen Steuerschaltung 5 die Größen einer Referenz-Sinusschwingung 5a und
eines Ausgangsspannungs-Sollwerts 5b, um die Breite eines
Schaltimpulses zu bestimmen. Dieser Schaltimpuls wird an eine Ansteuerschaltung 4 gesendet,
um in Gate-Signale für
die IGBTs umgewandelt zu werden, die an die Leistungsmodule 2U, 2V beziehungsweise 2W ausgegeben
werden. Die Gate-Ansteuerschaltung des IGBT ist nicht dargestellt.
-
Das
Leistungshalbleiterelement wie der obige IGBT oder die Freilaufdiode
ist so vorgesehen, dass die Halbleiter-Leistungsmodule 2U, 2V und 2W, die
jeweils ein Leistungshalbleiterelement bilden, in ein Gehäuse eingebaut
sind, wodurch eine Einrichtung von einfacherem Aufbau geschaffen
wird, welche folglich den Montagevorgang und den Verdrahtungsvorgang
vereinfacht und zudem gestattet, die Elemente auf einfachere Weise
zu kühlen.
-
Unlängst wurde
eine andere Art von Leistungsmodul, anders als IGBT und Freilaufdiode,
entwickelt, in welchem die Elemente und die Ansteuerschaltung 4 zum
Ansteuern eines IGBT gemeinsam in nur einen Behälter eingebaut sind. Diese
Art von Modul wird als ein Intelligentes Leistungsmodul (IPM) bezeichnet,
dessen Konstruktion auf eine Vereinfachung des Aufbaus einer elektrischen
Stromrichteinrichtung abzielt.
-
5 ist ein Schaltbild, das
eine das Intelligente Leistungsmodul 2A enthaltende Stromrichteinrichtung
veranschaulicht. Dieses Intelligente Leistungsmodul 2A enthält IGBTs,
Freilaufdioden, eine Diode, eine Ansteuerschaltung 4 oder
dergleichen, mit der Gleichstromquelle 1 verbundene Gleichstrom-Eingangsklemmen 2a und 2b,
mit einer Last 3 verbundene Wechselstrom-Ausgangsklemmen 2c, 2d und 2e,
eine Anschlussklemme 2f für einen Bremswiderstand 11 und
eine mit einer Steuerschaltung 5 verbundene Steuereingangsklemme 2g.
Obwohl die Figur eine Klemme 2g zeigt, handelt es sich in
der Regel um mehrere Klemmen, die hier nur der Einfachheit halber
durch eine Klemme symbolisiert sind. Gleiches gilt für die später beschriebenen
Ausführungsbeispiele
der Erfindung, sofern nichts anderes angegeben ist.
-
In
einer die oben beschriebenen herkömmlichen Halbleiter-Leistungsmodule 2U, 2V und 2W und/oder
das Intelligente Leistungsmodul 2A enthaltenden Stromrichteinrichtung
wird beim Schalten eines Leistungshalbleiterelements ein übermäßiges Schaltrauschen
(Schaltspitze) verursacht, was die Gefahr eines Ausfalls wie einer
Funktionsstörung
um die Stromrichteinrichtung herum befindlicher, getrennter Einrichtungen
bewirkt, oder dass unerwünschtes
Rauschen in die Schaltungen solcher getrennter Einrichtungen gelangt.
-
Das
obige Schaltrauschen lässt
sich in zwei hauptsächliche
Arten einteilen.
-
Die
erste ist ein Gegentaktrauschen, welches durch einen in einem aus
einem Leistungsmodul und einer Gleichstromquelle bestehenden geschlossenen
Kreis fließenden
hochfrequenten Gegentaktrauschstrom verursacht wird. 6A zeigt einen geschlossenen
Kreis 10N, in welchem dieser Gegentaktrauschstrom fließt. In 6A bezeichnet Bezugszeichen 2 ein
Leistungsmodul, welches ein Phasen-Leistungsmodul in den oben beschriebenen Halbleiter-Leistungsmodulen 2U, 2V und 2W und
im oben beschriebenen Intelligenten Leistungsmodul 2A darstellt.
-
Dieser
Gegentaktmodus ist ein Modus, in welchem ein durch LC-Resonanz verursachter
hochfrequenter Rauschstrom im geschlossenen Kreis 10N fließt. Speziell
wird diese LC-Resonanz während des
Schaltens des Leistungshalbleiterelements aufgrund der schwebenden
Induktivität
der den geschlossenen Kreis 10N bildenden Verdrahtung und der
Sperrschichtkapazität
des Leistungshalbleiterelements erzeugt.
-
Das
zweite Schaltrauschen ist ein Gleichtaktrauschen, welches durch
einen durch die Erdung, durch die schwebende Kapazität im Leistungsmodul und
die Stromrichteinrichtung fließenden
Rauschstrom verursacht wird. 7A zeigt
den geschlossenen Kreis 10C, in welchem dieser Gleichtaktrauschstrom
fließt.
-
Dieser
Gleichtaktmodus ist ein Modus, in welchem eine signifikante Spannungsänderung
aufgrund des Schaltens des Leistungshalbleiterelements (dV/dt) bewirkt,
dass die schwebenden Kapazitäten 7 und 8 mit
einer hohen Frequenz geladen und entladen werden, und diese Lade-
und Entladeströme
fließen
im geschlossenen Kreis 10C über die Erdung. In diesem Modus
kann ein Rauschstrom zur Gleichstromquelle 1 abfließen oder
kann Rauschen als elektromagnetische Welle emittiert werden.
-
Um
den oben beschriebenen Gegentaktrauschstrom oder Gleichtaktrauschstrom
zu unterdrücken,
wurde herkömmlicherweise
so verfahren, dass dem Kreis eines Rauschstroms eine Impedanz, wie
etwa eine Induktivität,
hinzugefügt
wurde.
-
6B zeigt ein herkömmliches
Verfahren, bei welchem das Leistungsmodul 2 und eine Spule 6a in
Reihe geschaltet sind, um den Gegentaktrauschstrom zu unterdrücken.
-
7B zeigt ein herkömmliches
Verfahren, bei welchem zum Unterdrücken des Gleichtaktrauschstroms
der positive Pol und der negative Pol der Gleichstrom-Eingangsklemmen
des Leistungsmoduls 2 über
eine jeweilige Wicklung der Spule 6b mit dem jeweiligen
Pol der Gleichstromquelle 1 verbunden sind. Bei diesem
Verfahren kann Rauschstrom unterdrückt werden, weil die Spule 6b als
Impedanzkomponente für
den in 7A über die schwebenden
Kapazitäten 7 und 8 zur
Erdungsseite fließenden
Rauschstrom fungiert.
-
Bei
den Verfahren aus 6B und 7B können der Gegentaktrauschstrom
und der Gleichtaktrauschstrom bis zu einem gewissen Grad unterdrückt werden.
-
In
diesem Fall ist das Anbringen der Spule zum Unterdrücken des
Rauschstroms auf einer näher
am Halbleiterelement gelegenen Position wirkungsvoll beim Verkleinern
der gesamten Schaltung und beim Montieren der gesamten Schaltung.
Mithin wurden die nachfolgend beschriebenen bekannten Verfahren
geschaffen.
-
Einerseits
offenbart die JP 2000-58740 A (siehe dort: Anspruch 1, 1 usw.) eine Einrichtung zum Unterdrücken des
Gleichtaktrauschstroms. Speziell die Außenflächen der positiven und negativen Pole
der inneren Zuleitung (Anschlussleitung) zum Versorgen einer Gleichstromquelle
einer mit der Gleichstromquelle verbundenen Halbleitereinrichtung
(IC-Chip) sind von einem ringförmigen
Verbund-Magnetmaterial
umgeben, welches als Filterelement verwendet wird, wobei dieses
Material in das Gehäuse
gefüllt
wird.
-
Andererseits
offenbart die JP 9-121016 A (siehe dort: Anspruch 1, Anspruch 4, 1, 2 usw.)
ein aus einer amorphen magnetischen Legierung hergestelltes Rauschminderungselement,
das außen
auf einen Zuleitungsabschnitt von verschiedenen Halbleiterelementen
(z.B. Diode) aufgesetzt ist oder das einstückig geformt ist.
-
Bei
der in der JP 2000-58740 A beschriebenen herkömmlichen Technik kann jedoch
das Verbund-Magnetmaterial
nicht gegen ein anderes ausgetauscht werden (d.h. der Induktivitätswert kann nicht
geändert
werden), weil das als Filterelement verwendete Verbund-Magnetmaterial
im Gehäuse verkapselt
ist.
-
Die
Frequenz des Schaltrauschens fällt
je nach den Bedingungen einer externen Schaltung (z.B. schwebende
Induktivität
einer Verdrahtung, schwebende Kapazität) unterschiedlich aus. Mithin ist
es, wenn einem Halbleiterelement ein Filterelement hinzugefügt wird,
um Rauschen zu reduzieren, wünschenswert,
das Filterelement an der Außenseite des
Gehäuses
anzubringen, so dass das Filterelement nach Bedarf ausgetauscht
werden kann. Eine solcher Austausch ist jedoch gemäß der in
der JP 2000-58740 A offenbarten Technik nicht möglich.
-
Ein
anderes Problem der in der JP 2000-58740 A beschriebenen herkömmlichen
Technik ist, dass das im Gehäuse
verkapselte Verbund-Magnetmaterial bewirkt, dass das Gehäuse größere Abmessungen
hat.
-
Ferner
kann die in der JP 9-121016 A beschriebene herkömmliche Technik nicht direkt
für ein Leistungsmodul
mit einer mittleren bis hohen Leistung verwendet werden, da von
dieser Technik anzunehmen ist, dass sie für ein Halbleiterelement mit
einer Zuleitungsverdrahtung mit relativ niedriger Leistung verwendet
wird. Außerdem
ist es nicht möglich, das
Rauschminderungselement wie in der JP 9-121016 A beschrieben von
außen
an der Klemme des Leistungsmoduls anzubringen, weil die Klemme gewöhnlich mit
einer groß bemessenen
Verdrahtungskomponente (z.B. Kupferschiene mit einer großen Querschnittsfläche) für hohe Ströme verbunden wurde.
-
In
Anbetracht der vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiter-Leistungsmodul
zu schaffen, das es gestattet, ein als Filterelement verwendetes
Magnetelement leicht auszutauschen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein in einem kleineren Gehäuse enthaltenes Halbleiter-Leistungsmodul
zu schaffen. Des weiteren umfasst die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Halbleiter-Leistungsmodul zu schaffen, das ungeachtet der Leistung
jedes Leistungshalbleiterelements oder der Gesamtheit des Moduls
und ungeachtet der Art des Intelligenten Leistungsmoduls, das Halbleiter-Leistungselemente
für eine
einzige Phase eines oberen und eines unteren Zweigs und eine Ansteuerschaltung
enthält,
verwendet werden kann.
-
Die
Lösung
der Aufgabe ergibt sich aus Patentanspruch 1. Unteransprüche beziehen
sich auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung, wobei auch andere Kombinationen von Merkmalen als
die beanspruchten möglich
sind.
-
Die
vorliegende Erfindung ist ein Halbleiter-Leistungsmodul für eine Stromrichteinrichtung zum
Bereitstellen einer Stromrichtfunktionalität für Gleichstrom und Wechselstrom
durch Schalten eines Leistungshalbleiterelements, in welchem ein
ringförmiges
Magnetelement so angeordnet ist, dass es eine mit dem Leistungshalbleiterelement
verbundene Klemme umgibt. Folglich kann beim Schalten des Leistungshalbleiterelements
in der Klemme fließender
Gleichtaktrauschstrom oder Gegentaktrauschstrom unterdrückt werden.
-
Das
Halbleiter-Leistungsmodul der vorliegenden Erfindung umfasst außerdem ein
Leistungsmodul (ein sogenanntes Intelligentes Leistungsmodul) mit
einem in seinem Inneren ein Leistungshalbleiterelement und eine
Ansteuerschaltung enthaltenden Modulgehäuse (einschließlich eines
Halbleiter-Leistungsmoduls mit einem in seinem Inneren ein Leistungshalbleiterelement
für eine
einzige Phase eines oberen und eines unteren Zweigs, welches eine Stromrichteinrichtung
bildet, enthaltenden Modulgehäuse).
-
In
anderen Worten kann die vorliegende Erfindung ein Halbleiter-Leistungsmodul
mit beliebiger Funktion und beliebigem Aufbau sein, solange das Halbleiter-Leistungsmodul,
für welches
das Modulgehäuse
in seinem Inneren ein Leistungshalbleiterelement enthält, und
eine mit dem Leistungshalbleiterelement verbundene Klemme an der
Außenseite
des Modulgehäuses
angebracht sind.
-
Das
ringförmige
Magnetelement ist in einem um die Klemme herum angeordneten, zugewiesenen,
d.h., für
diesen Zweck vorgesehenen Raum zum Aufnehmen eines Magnetelements
enthalten. Dieser zugewiesene Raum zum Aufnehmen eines Magnetelements
ist durch Schaffen eines hohlen Teils bzw. einer Ausnehmung um die
Klemme herum oder durch Herausragen der Klemme aus dem Modulgehäuse gebildet.
-
Die
vom ringförmigen
Magnetelement umgebene Klemme enthält: eine Klemme zum Übertragen von
Gleichstrom (z.B. Gleichstrom-Eingangsklemme); eine Klemme zum Übertragen
von Wechselstrom (z.B. Wechselstrom-Ausgangsklemme); und eine Steuerklemme
zum Einspeisen eines Steuersignals für ein Leistungshalbleiterelement
(z.B. Steuereingangsklemme).
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann durch Anbringen des ringförmigen Magnetelements an einer
an der Außenseite
des Modulgehäuses
befindlichen Klemme Gleichtaktrauschstrom und/oder Gegentaktrauschstrom
durch das ringförmige
Magnetelement unterdrückt
werden, ohne dass dadurch die Abmessungen des Gehäuses zunehmen.
-
Wenn
sich die Bedingungen der externen Schaltung ändern, kann auch das ringförmige Magnetelement
gegen ein anderes mit einer optimalen Induktivität ausgetauscht werden, weil
die für
ein Filterelement erforderliche Induktivität sich in Abhängigkeit
von der Frequenz des Schaltrauschens, welche von den Bedingungen
der externen Schaltung abhängt, ändert. Das
ringförmige
Magnetelement kann leicht ausgetauscht werden, weil es außen an der Klemme
angebracht ist.
-
Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
-
1A ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform veranschaulicht,
in welcher die vorliegende Erfindung für ein Intelligentes Leistungsmodul
verwendet wird.
-
1B ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform veranschaulicht,
in welcher die vorliegende Erfindung für ein Intelligentes Leistungsmodul
verwendet wird.
-
1C ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform veranschaulicht,
in welcher die vorliegende Erfindung für ein Intelligentes Leistungsmodul
verwendet wird.
-
1D ist
eine Seitenansicht von 1C.
-
2A ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform veranschaulicht,
in welcher die vorliegende Erfindung für ein Intelligentes Leistungsmodul
verwendet wird.
-
2B ist
ein Schaltbild, welches einen Pfad veranschaulicht, in welchem der
Rauschstrom aus 2A fließt.
-
3A ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform veranschaulicht,
in welcher die vorliegende Erfindung für ein Halbleiter-Leistungsmodul
verwendet wird.
-
3B ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform veranschaulicht,
in welcher die vorliegende Erfindung für ein Halbleiter-Leistungsmodul
verwendet wird.
-
3C ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform veranschaulicht,
in welcher die vorliegende Erfindung für ein Halbleiter-Leistungsmodul
verwendet wird.
-
3D ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform veranschaulicht,
in welcher die vorliegende Erfindung für ein Halbleiter-Leistungsmodul
verwendet wird.
-
3E ist
eine perspektivische Ansicht, welche Modifikationen des ringförmigen Magnetelements
veranschaulicht, in welchen die vorliegende Erfindung für ein Halbleiter-Leistungsmodul
verwendet wird.
-
4 ist
ein Schaltbild einer Stromrichteinrichtung mit einem Halbleiter-Leistungsmodul
gemäß dem Stand
der Technik.
-
5 ist
ein Schaltbild einer Stromrichteinrichtung mit einem Intelligenten
Leistungsmodul gemäß dem Stand
der Technik.
-
6A ist
ein Schaltbild zur Erläuterung
eines Kreises mit Gegentaktrauschstrom gemäß dem Stand der Technik.
-
6B ist
ein herkömmliches
Schaltbild zum Unterdrücken
von Gegentaktrauschstrom gemäß dem Stand
der Technik.
-
7A ist
ein Schaltbild zur Erläuterung
eines Kreises mit Gleichtaktrauschstrom gemäß dem Stand der Technik.
-
7B ist
ein herkömmliches
Schaltbild zum Unterdrücken
von Gleichtaktrauschstrom gemäß dem Stand
der Technik.
-
1A bis 1C sind
perspektivische Ansichten, die Ausführungsformen veranschaulichen,
in welchen die vorliegende Erfindung für das Intelligente Leistungsmodul
verwendet wird.
-
In 1A bezeichnet
Bezugszeichen 2B ein Intelligentes Leistungsmodul. Ein
Modulgehäuse 21 (welches
zum Beispiel aus Harz hergestellt ist) enthält in seinem Inneren die IGBTs
und Freilaufdioden, die Diode und die Ansteuerschaltung, wie sie
im Intelligenten Leistungsmodul 2A in 5 schematisch gezeigt
sind. Das Modulgehäuse 21 hat
an seiner Außenfläche die
mit internen Schaltungskomponenten verbundenen Gleichstrom-Eingangsklemmen 2a und 2b,
die Wechselstrom-Ausgangsklemmen 2c, 2d und 2e,
die Anschlussklemme 2f für den Bremswiderstand 11 und
die Steuereingangsklemme 2g. In 1A sind
die Schaltungskomponenten (z.B. IGBT) mit den Klemmen 2a bis 2g verbunden,
wie im Fall des Intelligenten Leistungsmoduls 2A aus 5.
-
In
dieser Ausführungsform
sind die Klemmen 2a bis 2g in einer herausragenden
Weise in einer Position, die ein wenig höher als die Oberfläche des
Modulgehäuses 21 ist,
angeordnet. Der hohle Teil 2h ist um die Klemmen 2a bis 2g herum
angeordnet. Dies schafft einen zugewiesenen Raum, in welchem das nachfolgend
beschriebene ringförmige
Magnetelement enthalten ist.
-
1B zeigt
ein Intelligentes Leistungsmodul 2C, bei welchem ein ringförmiges Magnetelement 6c so
angebracht ist, dass es die Gleichstrom-Eingangsklemmen 2a und 2b gemeinsam
umgibt. In diesem Beispiel wirkt das ringförmige Magnetelement 6c wie
eine Spule zum Entfernen des Gleichtaktrauschens.
-
1C zeigt
ein Intelligentes Leistungsmodul 2D, bei welchem ein ringförmiges Magnetelement 6d so
angebracht ist, dass es die Gleichstrom-Eingangsklemme 2b auf
der Seite des negativen Pols umgibt. In diesem Beispiel wirkt das
ringförmige
Magnetelement 6d wie eine Spule zum Entfernen des Gegentaktrauschens.
-
Das
ringförmige
Magnetelement 6d kann auch so angebracht sein, dass es
die Gleichstrom-Eingangsklemme 2a auf der Seite des positiven
Pols oder eine andere Klemme umgibt.
-
Die
ringförmigen
Magnetelemente 6c und 6d sind ein Sinterferrit-Körper, der
so in Form hergestellt ist, dass er eine ringförmige Form hat.
-
1D ist
eine Seitenansicht des Intelligenten Leistungsmoduls 2D aus 1C (in
Blickrichtung auf die Klemmen 2f, 2a und 2b).
Das ringförmige
Magnetelement 6d ist zwischen einer Kupfer-Sammelschiene 9,
wie sie zum Verbinden der Klemmen 2a, 2b oder 2f über eine
Verdrahtung dient, und dem Intelligenten Leistungsmodul 2D angebracht.
-
Wie
in 1A bis 1D gezeigt,
sind die ringförmigen
Magnetelemente 6c oder 6d so angebracht, dass
sie die an der Außenseite
des Modulgehäuses 21 angebrachten
Klemmen 2a bis 2g umgeben, wodurch eine Maßnahme zur
Rauschminderung geschaffen wird, ohne dass dadurch die Abmessungen
des Modulgehäuses 21 zunehmen.
-
Der
Aufbau, in welchem das ringförmige
Magnetelement an der Außenseite
des Modulgehäuses 21 angebracht
ist, gestattet auch, das vorhandene ringförmige Magnetelement gegen ein
neues mit einer gewünschten,
für die
Rauschfrequenz geeigneten Induktivität auszutauschen.
-
Um
ein ringförmiges
Magnetelement mit einem solchen gewünschten Induktivitätswert zu schaffen,
kann der Induktivitätswert
durch Ändern des
Materials des ringförmigen
Magnetelements (der magnetischen Permeabilität), ohne die äußere Form zu ändern, oder
durch Ändern
der Anzahl von weiteren dünnen
ringförmigen
Magnetelementen geändert werden.
-
2A ist
eine perspektivische Ansicht, welche ein Intelligentes Leistungsmodul 2E veranschaulicht,
in welchem ein rechteckiges ringförmiges Magnetelement 6e an
den Steuereingangsklemmen 2g angebracht ist.
-
In
diesem Fall sind Steuereingangsklemmen 2g so angebracht,
dass sie ein wenig aus der Oberfläche des Modulgehäuses 21 herausragen,
wie in 2A gezeigt, wodurch ein Raum
um die Steuereingangsklemmen 2g herum geschaffen wird,
in welchem das Magnetelement untergebracht wird. In einem Aufbau,
in welchem die Steuereingangsklemmen 2g und die Oberfläche des
Modulgehäuses 21 sich
auf gleicher Höhe
befinden, können
die Steuereingangsklemmen 2g von einem hohlen Teil bzw.
einer Vertiefung oder Ausnehmung umgeben sein, um einen Raum zu
schaffen, in welchem das Magnetelement untergebracht wird.
-
2B zeigt
einen Pfad, in welchem der Gleichtaktrauschstrom in 2A fließt. 2B zeigt nur
ein Leistungshalbleiterelement für
eine einzige Phase des oberen und des unteren Zweigs hinsichtlich
der Schaltungskonfiguration im Modulgehäuse 21.
-
Ein
gewisser Gleichtaktrauschstrom kann durch die Steuereingangsklemme 2g des
Intelligenten Leistungsmoduls 2E hindurchgehen, um durch die
schwebende Kapazität 8 zwischen
dem Leistungsmodul und der Erdung oder zwischen der Steuerschaltung 5 und
der Erdung zu fließen.
Ein solcher Rauschstrom kann durch Einfügen des ringförmigen Magnetelements 6e in
diesen Rauschstrompfad 10C unterdrückt werden.
-
Wenn
das ringförmige
Magnetelement 6e in einem die Steuereingangsklemme 2g umgebenden hohlen
Teil angebracht ist, ist ausgeschlossen, dass das ringförmige Magnetelement 6e zu
einem Hindernis wird, wenn eine Verdrahtungsoperation mittels der
in 1D gezeigten Kupfer-Sammelschiene 9 oder
eine Verdrahtungsoperation mittels eines gedruckten Trägers durchgeführt wird.
-
3A bis 3C nun
sind perspektivische Ansichten, welche eine Ausführungsform des in seinem Inneren
ein Leistungshalbleiterelement für
eine einzige Phase des oberen und des unteren Zweigs enthaltenden
Halbleiter-Leistungsmoduls veranschaulichen. Diese Leistungsmodule
entsprechen den oben beschriebenen, zum Beispiel in 4 gezeigten
Halbleiter-Leistungsmodulen 2U, 2V und 2W.
-
In
einem in 3A gezeigten Halbleiter-Leistungsmodul 2F bezeichnet
Bezugszeichen 12a eine Gleichstrom-Eingangsklemme auf der
Seite des positiven Pols; bezeichnet Bezugszeichen 12b eine
Gleichstrom-Eingangsklemme auf der Seite des negativen Pols; bezeichnet
Bezugszeichen 12c eine Wechselstrom-Ausgangsklemme; und
bezeichnet Bezugszeichen 12g Steuereingangsklemmen, welche
allesamt in einer willkürlichen
Reihenfolge oder Anordnung angeordnet sein können. Diese Ausführungsform
gewährleistet
außerdem
durch Anordnen der Klemmen 12a, 12b, 12c und 12g dergestalt,
dass sie aus dem Modulgehäuse 12 herausragen,
und durch Bilden eines hohlen Teils bzw. freien Raums 12h um
die Klemmen 12a, 12b, 12c und 12g herum einen
zugewiesenen Raum, in welchem ein ringförmige Magnetelement unterbringbar
ist.
-
3B zeigt
ein Halbleiter-Leistungsmodul 2G, in welchem die Gleichstrom-Eingangsklemmen 12a und 12b gemeinsam
von dem angebrachten ringförmigen
Magnetteil 6f umgeben sind. Das Halbleiter-Leistungsmodul 2G hat
einen Aufbau zur Verwendung des ringförmigen Magnetteils 6f,
um das Gleichtaktrauschen zu unterdrücken.
-
3C zeigt
ein Halbleiter-Leistungsmodul 2H, in welchem nur die Gleichstrom-Eingangsklemme 12a auf
der Seite des positiven Pols mit einem ringförmigen Magnetteil 6g versehen
ist. Das Halbleiter-Leistungsmodul 2H hat
einen Aufbau zur Verwendung des ringförmigen Magnetteils 6g,
um das Gegentaktrauschen zu unterdrücken. Der ringförmige Magnetteil 6g kann
auch an der Gleichstrom-Eingangsklemme 12b auf
der Seite des negativen Pols angebracht sein.
-
Da
die ringförmigen
Magnetteile 6f und 6g angebracht sein können, wobei
jede Klemme einen offenen Raum an ihrer Oberseite hat, besteht keine Gefahr,
dass die ringförmigen
Magnetteile 6f und 6g zu einem Hindernis werden,
wenn während
des Verdrahtens jede Klemme mit einer Kupfer-Sammelschiene oder
dergleichen verbunden wird. Überdies können die
ringförmigen
Magnetteile 6f und 6g auf einfache Weise isoliert
werden und können
mithin Kurzschlüsse
zwischen Elektroden verhindert werden. In diesem Fall können die
ringförmigen
Magnetteile 6f und 6g durch Überziehen der Oberfläche der ringförmigen Magnetteile 6f und 6g zum
Beispiel mit einem isolierenden Harz voneinander isoliert werden.
-
3D zeigt
ein Beispiel, in welchem die Gleichstrom-Eingangsklemmen auf der
Seite des positiven Pols 12a und die Gleichstrom-Eingangsklemmen
auf der Seite des negativen Pols 12b der Mehrzahl von Halbleiter-Leistungsmodulen 2H durch
Kupfer-Sammelschienen 9a beziehungsweise 9b verbunden
sind. Die Kupfer-Sammelschienen 9a und 9b können mit
den jeweiligen Klemmen verbunden sein, wobei sie auf den Oberseiten
des ringförmigen
Magnetteils 6f angeordnet sind. Mithin können herkömmliche
Elemente verwendet werden, ohne Form oder Struktur der Kupfer-Sammelschienen 9a und 9b zu ändern.
-
Wie
oben beschrieben haben die Ausführungsformen
aus 3A bis 3D einen ähnlichen Aufbau,
in welchem die ringförmigen
Magnetteile 6f und 6g so angebracht sind, dass
sie jede Klemme umgeben. Mithin kann dieser Aufbau, verglichen mit einem
ein Filterelement enthaltenden Modulgehäuse, ein kleineres Gehäuse schaffen.
Es ist auch möglich,
ein vorhandenes ringförmiges
Magnetelement gegen anderes mit einer gewünschten, für die Rauschfrequenz geeigneten
Induktivität
auszutauschen, wie oben beschrieben.
-
Um
das Gegentaktrauschen und das Gleichtaktrauschen gleichzeitig zu
reduzieren, können überdies
die in 3B und 3C gezeigten Strukturen
kombiniert werden oder können "θ"-förmige
ringförmige
Magnetelemente 6h und 6i wie in 3E gezeigt
verwendet werden.
-
Wenn
die Rauschstrompfade in den obigen Ausführungsformen eine Wechselstrom-Ausgangsklemme
enthalten, kann ein ringförmiger
Magnetkörper
so angebracht werden, dass er die Wechselstrom-Ausgangsklemme umgibt.
-
Alternativ
kann der ringförmige
Magnetkörper
auch, je nach der Funktionalität
der Stromrichteinrichtung (z.B. Gleichstrom-Gleichstrom-Umwandlung,
Wechselstrom-Gleichstrom-Umwandlung), an der Gleichstrom-Ausgangsklemme
oder der Wechselstrom-Eingangsklemme angebracht sein, wodurch eine
Maßnahme
zur Rauschminderung geschaffen wird.
-
Obgleich
die obigen Ausführungsformen
runde oder rechteckige, einstückig
geformte ringförmige Magnetkörper zeigten,
die als ein ringförmiger
Magnetkörper
verwendet wurden, kann der gleiche Effekt auch durch einen ringförmigen Magnetkörper erzielt werden,
welcher durch Kombinieren "C"-förmiger und "I"-förmiger
Magnetkörper
gewonnen wurde.
-
Die
obigen Ausführungsformen
zeigten auch eine Struktur, in welcher alle Klemmen des Leistungsmoduls
von einem Raum umgeben sind, in welchem das Magnetelement untergebracht
werden kann. Jedoch genügt
es, diesen Raum, in welchem das Magnetelement vorgesehen ist, nur
um eine solche Klemme herum zu schaffen, welche einen Rauschstromfluss
aufweist und bei welcher der Rauschstrom unterdrückt werden muss.
-
Überdies
ist wie oben beschrieben sowohl ein Aufbau, in welchem eine Klemme
von einem hohlen Teil umgeben ist, als auch ein Aufbau, in welchem eine
Klemme selbst in einer herausragenden Weise angebracht ist, ebenfalls
im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten, weil die vorliegende
Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass eine an der Außenseite
des Modulgehäuses
angebrachte Klemme von einem Raum umgeben ist, in welchem ein Magnetelement
untergebracht wird.