DE102007029657A1 - Wechselrichtermodul für Stromrichter - Google Patents

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Abstract

welches eine (oder mehrere) in einem Gehäuse untergebrachte Phasen einer Schaltzweig-Reihenschaltung aufweist, wobei die Schaltzweig-Reihenschaltung zwei vertikal in Reihe geschaltete Zweige (5) und (6) enthält, jeder Zweig ein Schaltelement und eine anti-parallel zum Schaltelement geschaltete Diode umfasst und das Wechselrichtermodul (25a) für einen Stromrichter einen Kupfersockel (1) zur Kühlung außerhalb des Gehäuses besitzt, wobei die Fläche eines Kupfermusters (4), auf welchem ein unterer Zweig (6) der Schaltzweig-Reihenschaltung befestigt ist, kleiner gemacht wird als diejenige eines Kupfermusters (3), auf welchem ein oberer Zweig (5) befestigt ist, um zum Zweck der Verringerung von Leitungs- und Strahlungsstörungen einen Gleichtaktstrom zu verringern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wechselrichtermodul für einen Stromrichter, welches durch Verbessern eines Aufbaus eines als ein Halbleitermodul für elektrische Leistung verwendeten Wechselrichtermoduls geschaffen wird.
  • 13 ist ein Hauptstromkreis-Schaltbild eines herkömmlichen Wechselrichters. In 13 bezeichnet 20 eine Wechselstromquelle für gewerbliche Zwecke. 21 bezeichnet einen an Masse gelegten Kondensator zum Verringern von Gleichtaktstörungen, dessen eines Ende mit dem Massepotential verbunden ist. 22 bezeichnet ein Gleichrichtermodul, welches sechs Dioden zum Umwandeln eines Wechselstroms in einen Gleichstrom enthält. 23 bezeichnet einen Kondensator mit einer großen Kapazität. 24 bezeichnet eine Last wie einen Motor (M). 25 bezeichnet ein aus Halbleitereinrichtungen für elektrische Leistung gebildetes Wechselrichtermodul zum Umwandeln eines Gleichstroms in einen Wechselstrom. Das Wechselrichtermodul 25 enthält sechs Grundschaltungen (Zweige), welche je eine Schalteinrichtung 26 und eine anti-parallel zur Schalteinrichtung 26 geschaltete Diode 27 umfassen. Im folgenden wird ein Fall beschrieben, in welchem das Schaltelement ein IGBT (Isolierschicht-Bipolartransistor) ist.
  • Das Wechselrichtermodul 25 enthält gewöhnlich zwei Elemente eines oberen und eines unteren Zweigs als ein Paar oder sechs Elemente als ein Paar. Im Fall eines Dreiphasen-Wechselrichters sind drei Paare aus zwei Elementen parallel geschaltet oder wird ein Paar aus sechs Elementen so, wie es ist, verwendet. Ferner ist das Wechselrichtermodul 25 gewöhnlich zur Kühlung auf einem Kühlkörper 28 angebracht. Der Kühlkörper 28 ist zur Sicherheit mit dem Massepotential verbunden.
  • 14 zeigt ein äußeres Erscheinungsbild eines Wechselrichtermoduls 25 mit einem zwei Elemente umfassenden Aufbau. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Ausgangselektrode der positiven Seite einer Gleichspannung (C1). 18 bezeichnet eine Ausgangselektrode der negativen Seite (E2). 19 bezeichnet eine mit einer Lastseite verbundene Ausgangselektrode (C2E1). 29, 30, 31 und 32 bezeichnen Gate-Klemmen und Emitterklemmen der IGBT-Elemente auf der Seite des oberen Zweigs und der Seite des unteren Zweigs. Ein unterer Teil des Moduls, welcher in Kontakt mit dem Kühlkörper 28 stehen soll, ist aus einer Kupferplatte (einem Kupfersockel 1) gebildet. Folglich haben der Kühlkörper 28 und der Kupfersockel 1 dasselbe Potential (das Massepotential).
  • 15 ist eine schematische Schnittansicht des in 14 gezeigten Wechselrichtermoduls 25. 2 bezeichnet eine auf dem Kupfersockel 1 angebrachte Keramikplatte zur Isolierung. 33 und 34 bezeichnen Kupfermuster zum Verdrahten und Befestigen von Halbleiterspitzen. 5 bezeichnet eine Halbleiterspitze des oberen Zweigs. 6 bezeichnet eine Halbleiterspitze des unteren Zweigs. 7 bezeichnet einen Draht zum Verbinden einer Halbleiterspitze und eines Kupfermusters. Das Kupfermuster ist mittels einer Kupferschiene oder eines Elektrodrahts mit den Ausgangselektroden 17, 18 und 19 und den Klemmen 29 bis 32 verdrahtet.
  • 16 ist eine schematische Draufsicht von 15. Die Halbleiterspitze 5 auf der Seite des oberen Zweigs ist durch Löten auf dem Kupfermuster 33 befestigt, wobei ein Emitter E1 an der Oberseite liegt und ein Kollektor C1 auf der Unterseite liegt. Folglich hat das Kupfermuster 33 dasselbe Potential wie dasjenige des Kollektors C1 der Halbleiterspitze 5 auf der Seite des oberen Zweigs. Entsprechend ist die Halbleiterspitze auf der Seite des unteren Zweigs 6 auf dem Kupfermuster 34 befestigt, wobei ein Emitter E2 an der Oberseite liegt und ein Kollektor C2 auf der Unterseite liegt. Das Kupfermuster 34 ist mittels des Drahts 7 mit dem Emitter auf der Seite des oberen Zweigs E1 verdrahtet. Folglich hat der Emitter auf der Seite des oberen Zweigs E1 dasselbe Potential wie dasjenige des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs C2. Die Kupfermuster 33 und 34, auf welchen die Halbleiterspitzen befestigt sind, liegen dem Kupfersockel 1 durch die Isolations-Keramikplatte 2 gegenüber. Dies bewirkt, dass ein Kondensator (eine potentialfreie Kapazität) gebildet wird. Das heißt, im Fall des obigen Aufbaus werden potentialfreie Kapazitäten zwischen dem Kollektor auf der Seite des oberen Zweigs C1 und dem Kupfersockel 1 und zwischen dem Verbindungspunkt C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs und dem Kupfersockel 1 gebildet (siehe JP-A-2004-7888 ).
  • 17 zeigt einen Hauptstromkreis eines Wechselrichters als Beispiel eines das Wechselrichtermodul 25 verwendenden Stromrichters. Das Wechselrichtermodul 25 ist auf einem Kühlkörper befestigt, welcher dasselbe Potential wie das Massepotential hat. Die potentialfreien Kapazitäten 35 und 36 sind ebenfalls so angeordnet, dass sie mit dem Massepotential verbunden sind. In einem in 17 gezeigten Aufbau gibt es zwei potentialfreie Kapazitäten (35 und 36).
  • Das herkömmliche Wechselrichtermodul für einen Stromrichter hat jedoch ein Problem. Im herkömmlichen Wechselrichtermodul für einen Stromrichter gibt es zwei potentialfreie Kapazitäten (35 und 36) wie in einem in 17 gezeigten Schaltungsaufbau. Im Fall, dass das IGBT-Element in der Praxis schaltet, hat die potentialfreie Kapazität 36 auf der Seite des oberen Zweigs Idealerweise keine Potentialschwankung und fließt deshalb kein Lade-/Entladestrom. Ein Lade-/Entladestrom der potentialfreien Kapazität 35 zwischen dem Verbindungspunkt C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs und der Masse (dem Kupfersockel 1) wie in 16 gezeigt fließt hauptsächlich auf einem in 17 gezeigten Pfad 37 als ein Gleichtaktstrom. Der Strom bewirkt die Erzeugung einer Spannungsschwankung, welche als Leitungsstörung durch eine nicht gezeigte Stromversorgung an eine andere Einrichtung übertragen wird und eine Funktionsstörung verursacht. Insbesondere der innere Verbindungspunkt C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs unterliegt aufgrund des Schaltens einer starken Spannungsschwankung. Dies bewirkt eine Zunahme des Gleichtaktstroms.
  • Überdies besteht auch ein Problem darin, dass der Pfad 37 wie eine Rahmenantenne wirkt, wenn der Gleichtaktstrom fließt, da der Gleichtaktstrom gewöhnlich eine hohe Frequenz hat, so dass eine unnütze elektromagnetische Welle (Strahlungsstörung) abgestrahlt wird, die eine Funktionsstörung in einer anderen Einrichtung verursacht.
  • Die Größe der Leitungs- und Strahlungsstörungen hängt von derjenigen des Gleichtaktstroms ab, welche proportional zur potentialfreien Kapazität des IGBT ist. Je größer die potentialfreie Kapazität des IGBT-Elements ist, desto größer sind folglich die Leitungs- und Strahlungsstörungen.
  • Um die obigen Probleme zu überwinden, wurden in einem anderen Teil als dem Modul die Schichtung einer Verdrahtung und einer Erdelektrode sowie ein an Masse gelegter Kondensator 21 wie in 17 gezeigt eingeführt. Was das Innere des Wechselrichtermoduls 25 anbelangt, wurde ein Verfahren zum Verkleinern des Pfads 37 des Gleichtaktstroms zwecks Verringerung der Strahlungsstörungen geschaffen. Nach Lage der Dinge wurden jedoch keine Maßnahmen ergriffen, um die Stärke des Gleichtaktstroms zu verringern. Folglich werden keine Leitungsstörungen verringert.
  • In Anbetracht des vorangehenden ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Wechselrichtermodul für eine Stromrichtereinrichtung zu schaffen, welches in der Lage ist, den Gleichtaktstrom zu verringern, um die Leitungs- und Strahlungsstörungen zu verringern.
  • Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus Patentanspruch 1, 2 und 5. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wobei auch andere Kombinationen von Merkmalen als die beanspruchten möglich sind.
  • Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe ist ein Wechselrichtermodul für einen Stromrichter gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Wechselrichtermodul für einen Stromrichter, welches eine oder mehrere in einem Gehäuse untergebrachte Phasen einer Schaltzweig-Reihenschaltung aufweist, wobei die Schaltzweig-Reihenschaltung zwei vertikal in Reihe geschaltete Zweige enthält, jeder Zweig ein Schaltelement und eine anti-parallel zum Schaltelement geschaltete Diode umfasst, das Wechselrichtermodul für einen Stromrichter einen Sockel zur Kühlung außerhalb des Gehäuses besitzt, wobei im Wechselrichtermodul ein mit einer Klemme auf der Seite des hohen Potentials eines unteren Zweigs in der Schaltzweig-Reihenschaltung in Kontakt stehendes erstes Befestigungsmuster so eingerichtet ist, dass seine Fläche kleiner ist als diejenige eines mit einer Klemme auf der Seite des hohen Potentials eines oberen Zweigs in Kontakt stehenden zweiten Befestigungsmusters.
  • Gemäß dem obigen Aufbau ist die Fläche der Klemme auf der Seite des hohen Potentials (C1) des oberen Zweigs größer als diejenige des Verbindungspunkts C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs. Folglich wird im Fall der Verwendung des Wechselrichtermoduls in einem Stromrichter eine elektrostatische Kapazität der potentialfreien Kapazität 36 der Klemme auf der Seite des hohen Potentials (C1) des oberen Zweigs größer als diejenige der potentialfreien Kapazität 35 zwischen dem Verbindungspunkt C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs und dem Sockel (der Masse). In diesem Fall wird die potentialfreie Kapazität 35 mit einer elektrischen Ladung der größeren potentialfreien Kapazität 36 geladen, so dass der Pfad 37, auf welchem der Gleichtaktstrom fließt, verkürzt wird. Dies erlaubt, einen Stromrichter mit geringen Strahlungsstörungen zu schaffen.
  • Ein Wechselrichtermodul für einen Stromrichter gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Wechselrichtermodul für einen Stromrichter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, welches eine oder mehrere in einem Gehäuse untergebrachte Phasen einer Schaltzweig-Reihenschaltung aufweist, wobei die Schaltzweig-Reihenschaltung zwei vertikal in Reihe geschaltete Zweige enthält, jeder Zweig ein Schaltelement und eine anti-parallel zum Schaltelement geschaltete Diode umfasst, das Wechselrichtermodul für einen Stromrichter einen Sockel zur Kühlung außerhalb des Gehäuses besitzt, wobei im Wechselrichtermodul ein oberer Zweig in der Schaltzweig-Reihenschaltung so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des hohen Potentials mit einem ersten Befestigungsmuster in Kontakt stet, ein unterer Zweig so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des niedrigen Potentials mit einem zweiten Befestigungsmuster in Kontakt steht, und eine Klemme auf der Seite des niedrigen Potentials des oberen Zweigs und eine Klemme auf der Seite des hohen Potentials des unteren Zweigs mit einem dritten Befestigungsmuster verdrahtet und verbunden sind.
  • Gemäß dem obigen Aufbau ist der Kollektor C1 des oberen Zweigs auf einem Kupfermuster 8 befestigt, ist der Emitter E2 des unteren Zweigs auf einem Kupfermuster 9 befestigt und sind der Emitter E1 des oberen Zweigs und der Kollektor C2 des unteren Zweigs mittels Drähten 11 und 12 mit einem Kupfermuster 10 verbunden. Insbesondere im Wechselrichtermodul gemäß der Erfindung wird auch eine Anforderung erfüllt, dass die Fläche des Verbindungspunkts C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs kleiner als diejenige der Spitzen des oberen und unteren Zweigs gemacht ist.
  • Wenn das Kupfermuster 10 als der Verbindungspunkt C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs dient und die Fläche des Verbindungspunkts C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs verkleinert wird, nimmt die potentialfreie Kapazität 35 ab. Eine neue potentialfreie Kapazität wird zu der Zeit zwischen dem Emitter E2 des unteren Zweigs und dem Sockel 1 gebildet. Die potentialfreie Kapazität weist jedoch keine durch Schalten verursachte Potentialschwankung auf, so dass kein Gleichtaktstrom fließt. Dies erlaubt, den Gleichtaktstrom zu verringern und dadurch einen Stromrichter mit geringen Leitungs- und Strahlungsstörungen zu schaffen. Zum Beispiel gestattet die minimale das Verdrahten noch zulassende Fläche des Kupfermusters 10, den Gleichtaktstrom weiter zu verringern, so dass ein Störungsverringerungseffekt gesteigert werden kann.
  • Ein Wechselrichtermodul für eine Stromrichtereinrichtung gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist das Wechselrichtermodul für einen Stromrichter gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, in welchem die Klemme auf der Seite des niedrigen Potentials des oberen Zweigs oder die Klemme auf der Seite des hohen Potentials des unteren Zweigs direkt mit einer Ausgangselektrode eines Schaltmoduls verdrahtet und verbunden ist, wobei die Klemme als ein innerer Verbindungspunkt der Schaltzweig-Reihenschaltung dient.
  • Gemäß dem obigen Aufbau kann das Kupfermuster 10 (C2E1) von Bestandteilen des Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß dem zweiten Aspekt entfernt werden. Dies erlaubt, die potentialfreie Kapazität 35 weiter zu verkleinern und dadurch den Gleichtaktstrom zu verringern. Folglich kann ein Stromrichter mit noch geringeren Leitungs- und Strahlungsstörungen geschaffen werden.
  • Ein Wechselrichtermodul für eine Stromrichtereinrichtung gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist das Wechselrichtermodul für einen Stromrichter gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, in welchem eine Metallplatte auf der Klemme auf der Seite des niedrigen Potentials des oberen Zweigs oder auf der Klemme auf der Seite des hohen Potentials des unteren Zweigs angebracht ist, wobei die Klemme als ein innerer Verbindungspunkt der Schaltzweig-Reihenschaltung dient, und die Metallplatte mittels einer Sammelschiene oder eines Elektrodrahts mit der Ausgangselektrode des Schaltmoduls verdrahtet ist.
  • Gemäß dem obigen Aufbau ist eine Metallplatte 41 an der Oberseite der Halbleiterspitze 5 oder 6 angebracht. Folglich kann die Verdrahtungsverbindung durch Löten und dergleichen zwischen der Halbleiterspitze 5 oder 6 und den Elektroden 19 oder 17 und 28 mittels einer Sammelschiene oder des Elektrodrahts 16 leicht ausgeführt werden.
  • Ein Wechselrichtermodul für einen Stromrichter gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist ein Wechselrichtermodul für einen Stromrichter, welches eine oder mehrere in einem Gehäuse untergebrachte Phasen einer Schaltzweig-Reihenschaltung aufweist, wobei die Schaltzweig-Reihenschaltung zwei vertikal in Reihe geschaltete Zweige enthält, jeder Zweig ein Schaltelement und eine anti-parallel zum Schaltelement geschaltete Diode umfasst, das Wechselrichtermodul für einen Stromrichter einen Sockel zur Kühlung außerhalb des Gehäuses besitzt, wobei im Wechselrichtermodul ein oberer Zweig in der Schaltzweig-Reihenschaltung so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des hohen Potentials mit einem Befestigungsmuster in Kontakt steht, das Schaltelement auf einer Seite des unteren Zweigs so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des hohen Potentials mit einem Befestigungsmuster in Kontakt steht, und die Diode auf der Seite des unteren Zweigs so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des niedrigeren Potentials mit einem Befestigungsmuster in Kontakt steht.
  • Gemäß dem obigen Aufbau ist die Klemme auf der Seite des hohen Potentials E2 des Schaltelements 6 auf der Seite des unteren Zweigs an der Oberseite angebracht. Folglich ist, anders als im herkömmlichen Fall, keine Isolierung der Gate-Klemme und der Emitterklemme erforderlich. Ferner ist der obere Zweig so angebracht, dass Klemmen auf der Seite des hohen Potentials E1 und A1 in Kontakt mit einem Befestigungsmuster 33 stehen, während das Schaltelement 6 auf der Seite des unteren Zweigs so angebracht ist, dass die Klemme auf der Seite des hohen Potentials E2 in Kontakt mit einem Befestigungsmuster 47 steht, und eine Diode 44 so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des niedrigen Potentials k2 in Kontakt mit einem Befestigungsmuster 48 steht. Folglich dient das Kupfermuster 47, auf welchem der IGBT auf der Seite des unteren Zweigs 6 befestigt ist, als die Klemme C2E1, so dass die Fläche kleiner als diejenige des herkömmlichen Beispiels gemacht werden kann. Eine Verringerung der Fläche der Klemme C2E1 bewirkt eine Verringerung der potentialfreien Kapazität, da eine elektrostatische Kapazität eines Kondensators proportional zur Fläche einer Elektrode zunimmt. Die potentialfreie Kapazität kann weiter verkleinert werden, wenn festgestellt wird, dass die Fläche des Befestigungsmusters 47, welche als die Klemme C2E1 dient, die minimale eine Verdrahtung noch zulassende Fläche ist. Eine neue potentialfreie Kapazität wird zu der Zeit zwischen der Klemme auf der Seite des niedrigeren Potentials k2 der Diode 44 auf der Seite des unteren Zweigs und der Metallplatte gebildet. Die potentialfreie Kapazität weist jedoch keine durch Schalten verursachte Potentialschwankung auf, so dass kein Gleichtaktstrom fließt.
  • Gemäß der Erfindung kann ein solcher Effekt erzielt werden, dass das Verringern des Gleichtaktstroms gestattet, die Leitungs- und Strahlungsstörungen zu verringern wie oben beschrieben.
  • Die Erfindung wird nun anhand der folgenden beigefügten Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, beschrieben.
  • 1 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine Draufsicht des in 1 gezeigten Wechselrichtermoduls;
  • 3 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt;
  • 4 ist eine Draufsicht des in 3 gezeigten Wechselrichtermoduls;
  • 5 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt;
  • 6 ist eine Draufsicht des in 5 gezeigten Wechselrichtermoduls;
  • 7 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt;
  • 8 ist eine Draufsicht des in 7 gezeigten Wechselrichtermoduls;
  • 9 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung zeigt;
  • 10 ist eine Draufsicht des in 9 gezeigten Wechselrichtermoduls;
  • 11 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls mit einem IGBT und einer Diode, welche unabhängig befestigt sind, in einem herkömmlichen Stromrichter zeigt;
  • 12 ist eine Draufsicht des in 11 gezeigten Wechselrichtermoduls;
  • 13 ist ein Hauptstromkreis-Schaltbild eines herkömmlichen Wechselrichters;
  • 14 zeigt ein äußeres Erscheinungsbild eines Wechselrichtermoduls mit einem zwei Elemente umfassenden Aufbau, welches Wechselrichtermodul im Hauptstromkreis des herkömmlichen Wechselrichters verwendet wird;
  • 15 ist eine Schnittansicht des in 14 gezeigten Wechselrichtermoduls;
  • 16 ist eine Draufsicht des in 15 gezeigten Wechselrichtermoduls; und
  • 17 ist ein Hauptstromkreis-Schaltbild eines das herkömmliche Wechselrichtermodul verwendenden Wechselrichters.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Jedoch sind einander entsprechende Teile in allen Zeichnungen der Beschreibung mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden gleiche Teile in der weiteren Beschreibung weggelassen.
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt. 2 ist eine Draufsicht des in 1 gezeigten Wechselrichtermoduls.
  • Ein in 1 und 2 gezeigtes Wechselrichtermodul 25a ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtung und eine Verdrahtung, in welchen die Halbleiterspitzen 5 und 6 der Seiten des oberen und des unteren Zweigs angebracht sind, so angeordnet sind, dass sie denjenigen eines in 15 und 16 gezeigten herkömmlichen Aufbaus gleichen, und dass die Fläche des Kupfermusters 4, auf welchem die Halbleiterspitze auf der Seite des unteren Zweigs 6 befestigt ist, kleiner gemacht ist als diejenige des Kupfermusters 3, auf welchem die Halbleiterspitze 5 auf der Seite des oberen Zweigs befestigt ist.
  • Von der Fläche des Kupfermusters 4, welche als der Verbindungspunkt C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs dient, wird angenommen, dass sie die minimale zum Schaffen und Verdrahten der Spitze und zum Abstrahlen der Wärme der Spitze erforderliche Fläche ist.
  • Gemäß einem solchen Aufbau ist eine elektrostatische Kapazität eines Kondensators proportional zur Fläche einer Elektrode und ist die Fläche des Kollektors auf der Seite des oberen Zweigs C1 größer als diejenige des Verbindungspunkts C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs. Deshalb nimmt im Fall der Verwendung des Wechselrichtermoduls 25a in einem Hauptstromkreis eines Wechselrichters, welcher ein Beispiel eines in 17 gezeigten Stromrichters ist, anstelle des herkömmlichen Wechselrichtermoduls 25 eine elektrostatische Kapazität der potentialfreien Kapazität 36 starker zu als diejenige der potentialfreien Kapazität 35.
  • Im obigen Fall wird die potentialfreie Kapazität 35 mit einer elektrischen Ladung der größeren potentialfreien Kapazität 36 geladen, so dass der Pfad 37, auf welchem der Gleichtaktstrom fließt, verkürzt wird.
  • Wie oben beschrieben, kann, gemäß dem Wechselrichtermodul 25a für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 1, der Strahlungsstörungen verursachende Gleichtaktstrompfad 37 verkürzt werden. Dies erlaubt, einen Stromrichter mit geringen Strahlungsstörungen zu schaffen.
  • Ausführungsform 2
  • 3 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt. 4 ist eine Draufsicht des in 3 gezeigten Wechselrichtermoduls.
  • Ein in 3 und 4 gezeigtes Wechselrichtermodul 25b ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterspitze auf der Seite des unteren Zweigs 6 auf dem Kupfermuster 9 umgekehrt wie im in 15 gezeigten herkömmlichen Beispiel befestigt ist, nämlich so, dass der Emitter E2 an der Unterseite läge, und dass der Emitter E1 der Halbleiterspitze 5 auf der Seite des oberen Zweigs und der Kollektor C2 der Halbleiterspitze auf der Seite des unteren Zweigs 6 mittels Drähten 11 beziehungsweise 12 mit dem Kupfermuster 10 verdrahtet sind.
  • Gemäß dem obigen Aufbau dient das Kupfermuster 10 als der Verbindungspunkt C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs. Dies erlaubt, das Kupfermuster 10 in der Fläche kleiner zu machen als zum Beispiel die Halbleiterspitzen 5 und 6.
  • Eine elektrostatische Kapazität eines Kondensators nimmt proportional zur Fläche einer Elektrode zu wie oben beschrieben. Folglich bewirkt ein Verkleinern der Fläche des Verbindungspunkts C2E1 des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs und des Kollektors auf der Seite des unteren Zweigs eine Verringerung der potentialfreien Kapazität 35. Es versteht sich von selbst, dass die potentialfreie Kapazität 35 weiter verringert werden kann, wenn die Fläche des Kupfermusters 10 minimal gemacht wird, so dass sie eine Verdrahtung gerade noch zulässt. In diesem Fall wird eine neue potentialfreie Kapazität zwischen dem Emitter auf der Seite des unteren Zweigs E2 und dem Kupfersockel 1 gebildet. Die potentialfreie Kapazität weist jedoch, ähnlich der potentialfreien Kapazität 36 in 17, keine durch Schalten verursachte Potentialschwankung auf, so dass kein Gleichtaktstrom fließt.
  • Deshalb kann, gemäß dem Wechselrichtermodul 25b für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 2, der Gleichtaktstrom verringert werden. Dies erlaubt, einen Stromrichter mit geringen Leitungs- und Strahlungsstörungen zu schaffen.
  • Ausführungsform 3
  • 5 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt. 6 ist eine Draufsicht des in 5 gezeigten Wechselrichtermoduls.
  • Ein in 5 und 6 gezeigtes Wechselrichtermodul 25c ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterspitze 5 auf der Seite des oberen Zweigs und die Halbleiterspitze 6 auf der Seite des unteren Zweigs auf Kupfermustern 13 und 14 befestigt sind, so dass der Emitter E1 der Halbleiterspitze 5 auf der Seite des oberen Zweigs an der Oberseite angebracht wäre und der Kollektor C2 der Halbleiterspitze auf der Seite des unteren Zweigs 6 an der Oberseite angebracht wäre, ähnlich dem Fall der Ausführungsform 2, in welchem der Emitter auf der Seite des oberen Zweigs E1 und der Kollektor auf der Seite des unteren Zweigs C2 mittels eines Drahts 15 verdrahtet werden und in welchem die Verdrahtung zwischen dem Kollektor auf der Seite des unteren Zweigs C2 und der Ausgangselektrode 19 (C2E1) mittels einer Sammelschiene oder eines Elektrodrahts 16 ausgeführt wird.
  • In einem anderen Fall kann es möglich sein, die Verdrahtung zwischen dem Emitter auf der Seite des oberen Zweigs E1 und der Ausgangselektrode der positiven Seite 17 (C1) beziehungsweise zwischen dem Emitter auf der Seite des oberen Zweigs E1 und der Ausgangselektrode der negativen Seite 18 (E2) mittels einer Sammelschiene oder eines Elektrodrahts auszuführen.
  • Gemäß dem Wechselrichtermodul 25c für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 3, wobei das Wechselrichtermodul 25c einen solchen Aufbau hat, kann das Kupfermuster C2E1 entfernt sein. Dies erlaubt, die potentialfreie Kapazität 35 weiter zu verkleinern und dadurch den Gleichtaktstrom zu verringern, so dass ein Stromrichter mit geringeren Leitungs- und Strahlungsstörungen geschaffen werden kann.
  • Ausführungsform 4
  • 7 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt. 8 ist eine Draufsicht des in 7 gezeigten Wechselrichtermoduls.
  • Ein in 7 und 8 gezeigtes Wechselrichtermodul 25d gemäß Ausführungsform 4 unterscheidet sich von Ausführungsform 3 darin, dass eine Kupferplatte 41 an der Oberseite des Kollektors C2 der Halbleiterspitze auf der Seite des unteren Zweigs 6 durch Löten angebracht ist, um die Kupferplatte 41 und die Ausgangselektrode 19 (C2E1) mittels einer Sammelschiene oder eines Elektrodrahts 16 zu verdrahten.
  • In einem anderen Fall kann es möglich sein, die Kupferplatte 41 entsprechend an der Oberseite des Emitters auf der Seite des oberen Zweigs E1 anzubringen, um die Verdrahtung zwischen der Kupferplatte 41 und der Ausgangselektrode der positiven Seite 17 (C1) beziehungsweise zwischen der Kupferplatte 41 und der Ausgangselektrode der negativen Seite 18 (E2) mittels einer Sammelschiene oder eines Elektrodrahts auszuführen.
  • Gemäß dem Wechselrichtermodul 25d für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 4, wobei das Wechselrichtermodul 25d einen solchen Aufbau hat, ist die Kupferplatte 41 an der Oberseite der Halbleiterspitze 5 oder 6 angebracht. Dies erlaubt, die Verdrahtungsverbindung durch Löten oder dergleichen zwischen der Halbleiterspitze 5 oder 6 und der Elektrode 19 oder 17 und 28 mittels einer Sammelschiene oder des Elektrodrahts 16 leicht auszuführen.
  • Das heißt, die direkte Verdrahtungsverbindung der Halbleiterspitze 5 oder 6 mittels einer Sammelschiene oder des Elektrodrahts 16 (insbesondere einer Sammelschiene) wie in Ausführungsform 3 gezeigt ist nicht leicht auszuführen. Das Anbringen der Kupferplatte 41 wie oben beschrieben erlaubt hingegen ein leichtes Ausführen des obigen.
  • Zusätzlich zum vorangehenden wird der Abstand zwischen der Kupferplatte 41 und dem Kupfersockel 1 groß. Eine potentialfreie Kapazität zwischen der Kupferplatte 41 und dem Kupfersockel 1 nimmt ab, da eine elektrostatische Kapazität umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den Elektroden ist. Ein solcher Aufbau erlaubt, die mit einem eine heftige Potentialschwankung aufweisenden Teil verbundene potentialfreie Kapazität zu verringern, um den Gleichtaktstrom zu verringern, so dass ein Stromrichter mit geringeren Störungen geschaffen werden kann.
  • Ausführungsform 5
  • 9 ist eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung zeigt. 10 ist eine Draufsicht des in 9 ge zeigten Wechselrichtermoduls.
  • In der obigen Beschreibung werden ein IGBT und eine Diode zur Vereinfachung als eine einzige Halbleiterspitze beschrieben. In der Praxis sind die Halbleiterspitzen 5 und 6 der IGBTs der Seiten des oberen und unteren Zweigs und der Dioden 43 und 44 jedoch einzeln auf den Kupfermustern 33 und 34 angebracht wie in 11 und 12 gezeigt. 11 und 12 zeigen ein Beispiel des einzeln angebrachten IGBT und der einzeln angebrachten Diode auf der Grundlage eines in 15 und 16 gezeigten herkömmlichen Beispiels. Die Diode 43 ist mittels eines Drahts 45 mit dem Kupfermuster 34 verbunden, während der IGBT 6 mittels eines Drahts 46 mit der Diode 44 verbunden ist wie in 11 und 12 gezeigt.
  • Andererseits sind im Wechselrichtermodul 25d gemäß Ausführungsform 5 das Kupfermuster 33 und durch Teilen des Kupfermusters 34 im herkömmlichen Fall in zwei Teile gebildete Kupfermuster 47 und 48 jeweils unabhängig auf der Keramikplatte 2 angebracht und befestigt. Der IGBT auf der Seite des unteren Zweigs 6 ist auf einem Kupfermuster 47 befestigt, wobei der Emitter E2 an der Oberseite angebracht ist. Der Emitter E2 ist mittels eines Drahts 50 mit dem anderen Kupfermuster 48 verbunden. Die Diode 44 ist auf dem Kupfermuster 48 befestigt, wobei eine Anode A2 an der Oberseite angebracht ist. Die Anode A2 ist mittels eines Drahts 51 mit dem Kupfermuster 47 verbunden. Das Wechselrichtermodul 25d hat einen solchen Aufbau.
  • Das heißt, ein Merkmal ist, dass die Diode 44 auf der Seite des unteren Zweigs gegenüber dem herkömmlichen Fall umgedreht und auf dem Kupfermuster 48 befestigt ist, wobei eine Kathode k2 an der Unterseite liegt.
  • Ein Wechselrichtermodul 25e eines Stromrichters gemäß Ausführungsform 5, welches Wechselrichtermodul 25e einen solchen Aufbau hat, hat den folgenden Effekt. Die Halbleiterspitze auf der Seite des unteren Zweigs 6 ist auf den Kupfermustern 9 und 14 befestigt, wobei in den Ausführungsformen 2 bis 4 eine Oberfläche des Emitters E2 an der Unterseite liegt. Im Fall eines Aufbaus, bei welchem die Oberfläche des Emitters E2 mit den Kupfermustern 9 und 14 in Kontakt steht, ist jedoch eine zusätzliche Struktur erforderlich, bei welcher eine Gate-Klemme und eine Emitterklemme isoliert sind, da die Gate-Klemme und die Emitterklemme in einem tatsächlichen Aufbau eines IGBT an derselben Oberfläche offenliegen.
  • In Ausführungsform 5 hingegen muss die Gate-Klemme nicht unbedingt von der Emitterklemme isoliert sein, da der Emitter E2 des IGBT auf der Seite des unteren Zweigs 6 an der Oberseite angebracht ist.
  • Überdies sind die Kupfermuster 47 und 48, welche durch Teilen eines Kupfermusters 34 im herkömmlichen Fall in zwei Teile gebildet sind, unabhängig angebracht und befestigt. Der IGBT auf der Seite des unteren Zweigs 6 ist auf dem einen Kupfermuster 47 befestigt, wobei der Emitter E2 an der Oberseite angebracht ist. Der Emitter E2 ist mittels des Drahts 50 mit dem anderen Kupfermuster 48 verbunden. Die Diode 44 ist auf dem anderen Kupfermuster 48 befestigt, wobei die Anode A2 an der Oberseite angebracht ist. Die Anode A2 ist mittels des Drahts 51 mit dem Kupfermuster 47 verbunden. Das Wechselrichtermodul 25e gemäß Ausführungsform 5 hat einen solchen Aufbau.
  • Dies erlaubt, dass das Kupfermuster 47, auf welchem der IGBT auf der Seite des unteren Zweigs 6 befestigt ist, als eine Klemme C2E1 dient, so dass die Fläche der Klemme C2E1 mehr als diejenige des herkömmlichen Falls verkleinert werden kann.
  • Eine potentialfreie Kapazität nimmt ab, wenn die Fläche der Klemme C2E1 verringert wird, da eine elektrostatische Kapazität eines Kondensators proportional zur Fläche einer Elektrode zunimmt. Es versteht sich von selbst, dass die minimale eine Verdrahtung noch zulassende Fläche des Kupfermusters 47, welche die Klemme C2E1 sein soll, zum Beispiel erlaubt, dass die potentialfreie Kapazität extrem klein ist. Eine neue potentialfreie Kapazität wird in diesem Fall zwischen der Kathode k2 der Diode 44 auf der Seite des unteren Zweigs und dem Kupfersockel 1 gebildet. Die potentialfreie Kapazität weist jedoch keine durch Schalten verursachte Potentialschwankung auf, so dass kein Gleichtaktstrom fließt. Dies erlaubt, den Gleichtaktstrom zu verringern, so dass ein Stromrichter mit geringen Störungen geschaffen werden kann.
  • Die IGBT-Wechselrichtermodule 25a, 25b, 25c, 25d und 25e mit einem 2-in-1-Aufbau gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5 dienen als Beispiele zur Beschreibung wie oben beschrieben. Die Aufbaustrukturen in den Ausführungsformen 1 bis 5 lassen sich ungeachtet einer Anzahl von Wechselrichterzweigen oder einer Halbleiterart anwenden.
  • Folglich wird erreicht, dass die zwischen einem inneren Verbindungspunkt der Schaltzweig-Reihenschaltung und einem Kupfersockel zur Kühlung gebildete potentialfreie Kapazität verringert wird, um einen Lade-/Entladestrom zu verringern, so dass die durch den Gleichtaktstrom verursachten Leitungs- und Strahlungsstörungen verringert werden können. Dies erlaubt nicht nur, die Einwirkung auf eine externe Einrichtung zu verringern, sondern auch einen Vorteil zu erzielen, der darin besteht, dass eine Norm zu Leitungs- und Strahlungsstörungen leicht eingehalten werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2004-7888 A [0006]

Claims (5)

  1. Wechselrichtermodul für einen Stromrichter, welches eine oder mehrere in einem Gehäuse untergebrachte Phasen einer Schaltzweig-Reihenschaltung aufweist, wobei die Schaltzweig-Reihenschaltung zwei vertikal in Reihe geschaltete Zweige enthält, jeder Zweig ein Schaltelement und eine anti-parallel zum Schaltelement geschaltete Diode aufweist, das Wechselrichtermodul einen Sockel zur Kühlung außerhalb des Gehäuses besitzt und das Wechselrichtermodul dadurch gekennzeichnet ist, dass ein mit einer Klemme auf der Seite des hohen Potentials eines unteren Zweigs in der Schaltzweig-Reihenschaltung in Kontakt stehendes erstes Befestigungsmuster so eingerichtet ist, dass seine Fläche kleiner ist als diejenige eines mit einer Klemme auf der Seite des hohen Potentials eines oberen Zweigs in Kontakt stehenden zweiten Befestigungsmusters.
  2. Wechselrichtermodul für einen Stromrichter, welches eine oder mehrere in einem Gehäuse untergebrachte Phasen einer Schaltzweig-Reihenschaltung aufweist, wobei die Schaltzweig-Reihenschaltung zwei vertikal in Reihe geschaltete Zweige enthält, jeder Zweig ein Schaltelement und eine anti-parallel zum Schaltelement geschaltete Diode umfasst, das Wechselrichtermodul einen Sockel zur Kühlung außerhalb des Gehäuses besitzt und das Wechselrichtermodul dadurch gekennzeichnet ist, dass ein oberer Zweig in der Schaltzweig-Reihenschaltung so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des hohen Potentials mit einem ersten Befestigungsmuster in Kontakt steht, ein unterer Zweig so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des niedrigen Potentials mit einem zweiten Befestigungsmuster in Kontakt steht, und eine Klemme auf der Seite des niedrigen Potentials des oberen Zweigs und eine Klemme auf der Seite des hohen Potentials des unteren Zweigs mit einem dritten Befestigungsmuster verdrahtet und verbunden sind.
  3. Wechselrichtermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemme auf der Seite des niedrigen Potentials des oberen Zweigs oder die Klemme auf der Seite des hohen Potentials des unteren Zweigs direkt mit einer Ausgangselektrode eines Schaltmoduls verdrahtet und verbunden ist, wobei die Klemme als ein innerer Verbindungspunkt der Schaltzweig-Reihenschaltung dient.
  4. Wechselrichtermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallplatte auf der Klemme auf der Seite des niedrigen Potentials des oberen Zweigs oder auf der Klemme auf der Seite des hohen Potentials des unteren Zweigs angebracht ist, wobei die Klemme als der innere Verbindungspunkt der Schaltzweig-Reihenschaltung dient, und die Metallplatte mittels einer Sammelschiene oder eines Elektrodrahts mit der Ausgangselektrode des Schaltmoduls verdrahtet ist.
  5. Wechselrichtermodul für einen Stromrichter, welches eine oder mehrere in einem Gehäuse untergebrachte Phasen einer Schaltzweig-Reihenschaltung aufweist, wobei die Schaltzweig-Reihenschaltung zwei vertikal in Reihe geschaltete Zweige enthält, jeder Zweig ein Schaltelement und eine anti-parallel zum Schaltelement geschaltete Diode umfasst, das Wechselrichtermodul einen Sockel zur Kühlung außerhalb des Gehäuses besitzt und das Wechselrichtermodul dadurch gekennzeichnet ist, dass ein oberer Zweig in der Schaltzweig-Reihenschaltung so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des hohen Potentials mit einem Befestigungsmuster in Kontakt steht, das Schaltelement auf der Seite des unteren Zweigs so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des hohen Potentials mit einem Befestigungsmuster in Kontakt steht, und die Diode auf der Seite des unteren Zweigs so angebracht ist, dass eine Klemme auf der Seite des niedrigeren Potentials mit einem Befestigungsmuster in Kontakt steht.
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