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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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 ).
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß der
Erfindung kann ein solcher Effekt erzielt werden, dass das Verringern
des Gleichtaktstroms gestattet, die Leitungs- und Strahlungsstörungen
zu verringern wie oben beschrieben.
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Die
Erfindung wird nun anhand der folgenden beigefügten Zeichnungen,
in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, beschrieben.
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1 ist
eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls
für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform
1 der Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Draufsicht des in 1 gezeigten Wechselrichtermoduls;
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3 ist
eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls
für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform
2 der Erfindung zeigt;
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4 ist
eine Draufsicht des in 3 gezeigten Wechselrichtermoduls;
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5 ist
eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls
für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform
3 der Erfindung zeigt;
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6 ist
eine Draufsicht des in 5 gezeigten Wechselrichtermoduls;
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7 ist
eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls
für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform
4 der Erfindung zeigt;
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8 ist
eine Draufsicht des in 7 gezeigten Wechselrichtermoduls;
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9 ist
eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls
für einen Stromrichter gemäß Ausführungsform
5 der Erfindung zeigt;
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10 ist
eine Draufsicht des in 9 gezeigten Wechselrichtermoduls;
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11 ist
eine Schnittansicht, welche einen Aufbau eines Wechselrichtermoduls
mit einem IGBT und einer Diode, welche unabhängig befestigt
sind, in einem herkömmlichen Stromrichter zeigt;
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12 ist
eine Draufsicht des in 11 gezeigten Wechselrichtermoduls;
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13 ist
ein Hauptstromkreis-Schaltbild eines herkömmlichen Wechselrichters;
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14 zeigt
ein äußeres Erscheinungsbild eines Wechselrichtermoduls
mit einem zwei Elemente umfassenden Aufbau, welches Wechselrichtermodul
im Hauptstromkreis des herkömmlichen Wechselrichters verwendet
wird;
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15 ist
eine Schnittansicht des in 14 gezeigten
Wechselrichtermoduls;
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16 ist
eine Draufsicht des in 15 gezeigten Wechselrichtermoduls;
und
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17 ist
ein Hauptstromkreis-Schaltbild eines das herkömmliche Wechselrichtermodul
verwendenden Wechselrichters.
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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.
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Ausführungsform 1
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsform 2
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsform 3
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsform 4
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsform 5
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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