DE102009054542A1 - Electronic power amplifier i.e. pulse width controller, for electric motor of servo steering mechanism in automotive applications, has voltage intermediate circuit with capacitor element mechanically directly connected to power circuit - Google Patents

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Abstract

The amplifier has a power circuit comprising a half bridge to provide load current and a direct current (DC) voltage intermediate circuit with a capacitor element (4a) e.g. film capacitor, as an electrical energy buffer. The capacitor element of the DC voltage intermediate circuit is mechanically directly connected to the power circuit. A part of the DC voltage intermediate circuit is positioned over or adjacent to the power circuit. The power circuit has a power circuit substrate (5) or a power circuit board extending in an x-y-plane of a Cartesian coordinate system.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Endstufe für eine elektrische Last und/oder eine elektrische Antriebseinheit, aufweisend wenigstens ein Kondensatorelement als elektrischen Energiepuffer.The The invention relates to an electronic power amplifier for an electrical load and / or an electric drive unit, comprising at least one capacitor element as an electrical energy buffer.

Es ist heute beim Betrieb von auf Pulsweitenmodulation (PWM) basierenden Endstufen in Automotive-Applikationen üblich, einen Gleichspannungszwischenkreis umfassend wenigstens ein Kondensatorelement, auch als DC-Zwischenkreis bezeichnet, getrennt von einer Leistungsschaltung zur Bereitstellung eines Laststroms über einen so genannten Leadframe zu verbinden.It is today in the operation of pulse width modulation (PWM) based Amplifiers in automotive applications usual, a DC voltage intermediate circuit comprising at least one capacitor element, also as a DC intermediate circuit designated, separate from a power circuit for deployment of a load current to connect a so-called leadframe.

Aufgrund der relativ hohen Pulsströme zwischen der Leistungsschaltung und dem Gleichspannungszwischenkreis, insbesondere bei der Ansteuerung sehr leistungsfähiger induktiver Aktoren wie beispielsweise Elektromotoren von Servolenkungen, entsteht aufgrund der Induktivität der elektrischen Verbindungsleitungen bei einem Strombedarfsanstieg der Leistungsschal tung ein Spannungseinbruch an den Versorgungsanschlüssen der Leistungsschaltung, bei einem Strombedarfsabfall der Leistungsschaltung eine Spannungsüberhöhung an den Versorgungsanschlüssen der Leistungsendstufe.by virtue of the relatively high pulse currents between the power circuit and the DC link, especially in the control of very powerful inductive actuators such For example, electric motors of power steering, arises due the inductance the electrical connection lines at a power demand increase the power circuit a voltage dip at the supply terminals of Power circuit, with a power demand drop of the power circuit a voltage increase the supply connections the power output stage.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Endstufe für eine elektrische Last sowie eine elektrische Antriebseinheit zu beschreiben, die verbesserte elektrische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere soll ein Spannungsabfall zwischen einer Leistungsschaltung und einem Gleichspannungszwischenkreis einer Endstufe reduziert werden.task The invention is an electronic power amplifier for an electrical Load as well as an electric drive unit to describe the have improved electrical properties. In particular, should a voltage drop between a power circuit and a DC intermediate circuit of an amplifier can be reduced.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, den notwendigen Gleichspannungszwischenkreis sehr nahe an der Leistungsschaltung anzuordnen, um ein optimales elektrisches Verhalten zu erreichen.to solution This task has proven to be advantageous, the necessary DC link very close to the power circuit to arrange for optimum electrical behavior.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch verwirklicht, dass die Kondensatorelemente des Gleichspannungszwischenkreis direkt mechanisch mit der Halbleiter-Endstufe bzw. Leistungsschaltung verbunden werden.This is characterized according to the invention realizes that the capacitor elements of the DC intermediate circuit directly mechanically with the semiconductor output stage or power circuit get connected.

Bevorzugt wird der Gleichspannungszwischenkreis dabei insbesondere über oder neben der Leistungsschaltung, insbesondere einer Halbleiter-Endstufe umfassend wenigstens eine Halbbrücke, positioniert. Gegebenenfalls kann der Gleichspannungszwischenkreis bei zwei- oder mehrseitigen Anschlüssen der Halbleiter-Endstufe für den Gleichspannungszwischenkreis auch aufgeteilt werden. Beispielsweise kann ein erstes Kondensatorelement über und ein zweites Kondensatorelement unter der Leistungsschaltung angeordnet werden.Prefers In this case, the DC voltage intermediate circuit is in particular via or in addition to the power circuit, in particular a semiconductor power amplifier comprising at least one half-bridge, positioned. Optionally, the DC voltage intermediate circuit in two- or multi-sided terminals of the semiconductor power amplifier for the DC intermediate circuit also be split. For example, a first capacitor element via and a second capacitor element is arranged below the power circuit become.

Aufgrund der kurzen induktivitätsarmen Anbindung des Zwischenkreises kommt es gegenüber den heute im Automotive-Bereich bekannten Applikationen beim Schalten der Halbleiter-Endstufe nur zu kleinen Spannungsüberhöhungen an der Halbleiter-Endstufe, was die Auswahl von weniger spannungsfesten Schaltelementen ermöglicht, da eine bessere Ausnutzung des Betriebsspannungsbereichs möglich ist. Weiterhin führt diese kurze, induktivitätsarme Anbindung des Zwischenkreises zu geringerer HF-Abstrahlung.by virtue of the short low inductance Connection of the DC link is compared to today known in the automotive sector Applications when switching the semiconductor power amplifier only to small voltage increases the semiconductor power amplifier, resulting in the selection of less voltage-proof Allows switching elements, because a better utilization of the operating voltage range is possible. Continue leads this short, low-inductance Connection of the DC link to lower RF radiation.

Die elektronische Endstufe umfasst vorzugsweise wenigstens eine Leistungsschaltung mit mindestens zwei Halbleiter-Schaltelementen, wobei die elektronische Endstufe insbesondere als PWM-Endstufe ausgebildet ist und zumindest ein erstes Low-Side-Schalterelement und wenigstens ein erstes High-Side-Schalterelement aufweist. Eine PWM-Endstufe mit einem Low-Side- und einem High-Side-Schaltlement wird besonders bevorzugt als Halbbrücke bezeichnet.The Electronic power amplifier preferably comprises at least one power circuit with at least two semiconductor switching elements, wherein the electronic output stage is designed in particular as a PWM output stage is and at least a first low-side switch element and at least a first high-side switch element having. A PWM power amplifier with a low-side and a high-side Schaltlement is particularly preferably referred to as half bridge.

Die elektronische Endstufe ist bevorzugt mit einer im Wesentlichen induktiven Last verbunden, welche mittels einer PWM-Ansteuerung der elektronischen Endstufe angesteuert wird.The Electronic power amplifier is preferred with a substantially inductive Load connected, which by means of a PWM control of the electronic power amplifier is controlled.

Die Leistungsschaltung ist vorzugsweise parallel zur x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems angeordnet und das wenigstens ein Kondensatorelement ist in einem definierten Abstand in z-Richtung zur Leistungsschaltung angeordnet. Mit anderen Worten ist das wenigstens eine Kondensatorelement über oder unter der Leistungsschaltungsplatine bzw. des Leistungsschaltungssubstrats angeordnet. Hierdurch können die Zuleitungsinduktivitäten gering gehalten werden oder sogar weitestgehend vermieden werden, da eine sehr kurze Zuleitungs leiterstrecke ermöglicht wird. Dies ermöglicht eine schnelle Energieabgabe und gute Energiekopplung des wenigstens einen Kondensatorelements an die Leistungsschaltung.The Power circuit is preferably parallel to the x-y plane of a Cartesian Coordinate system arranged and the at least one capacitor element is at a defined distance in the z-direction to the power circuit arranged. In other words, the at least one capacitor element is over or under the power circuit board and the power circuit substrate, respectively arranged. This allows the supply inductances be kept low or even avoided as far as possible because a very short lead wire conductor is made possible. This allows a fast energy release and good energy coupling of at least one Capacitor element to the power circuit.

Die Halbleiter-Schalterelemente sind bevorzugt als Transistorelemente, insbesondere als MOSFETs, ausgebildet.The Semiconductor switch elements are preferred as transistor elements, in particular as MOSFETs.

Die elektronische Endstufe ist bevorzugt so ausgebildet, dass die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Halbleiter-Schalterelementen und dem wenigstens einen Kondensatorelement möglichst kurz ist.The Electronic power amplifier is preferably designed so that the electrical Connecting lines between the semiconductor switch elements and the at least one capacitor element is as short as possible.

Die elektronische Endstufe umfasst zweckmäßigerweise drei Halbbrücken für eine Drehstromapplikation.The Electronic power amplifier expediently comprises three half-bridges for a three-phase application.

Das wenigstens eine Kondensatorelement ist bevorzugt als Folienkondensator oder Elektrolytkondensator (Elko) ausgebildet.The at least one capacitor element is preferred as a foil capacitor or electrolyte capacitor (Elko) is formed.

Die elektronische Endstufe umfasst zweckmäßigerweise drei Bestandteile: die Leistungsschaltung, den Gleichspannungszwischenkreis sowie eine Halterung für den Gleichspannungszwischenkreis. Diese drei Bestandteile sind insbesondere in einer gemeinsamen Baugruppe angeordnet, welche besonders bevorzugt ein gemeinsames Gehäuse aufweist, das ganz besonders bevorzugt als gemeinsames Spritzguss- oder Vergussmassengehäuse ausgebildet ist.The Electronic power amplifier expediently comprises three components: the power circuit, the DC link and a holder for the DC intermediate circuit. These three components are particular arranged in a common assembly, which is particularly preferred a common housing particularly preferred as a common injection molding or potting compound housing is trained.

Die gemeinsame Baugruppe ist vorzugsweise mittels geeigneter mechanischer und wärmetechnischer Verbindungstechnik leistungsschaltungsseitig an einem Kühlkörper befestigt.The common assembly is preferably by means of suitable mechanical and thermo-technical Connection technology on the power circuit side attached to a heat sink.

Die Halterung ist zweckmäßigerweise als mechanisches und/oder elektrisches Verbindungselement, insbesondere als Spritzgussteil oder Vergussmassenteil ausgebildet und zwischen der Leistungsschaltung und dem Gleichspannungszwischenkreis angeordnet.The Holder is expediently as a mechanical and / or electrical connection element, in particular designed as an injection molded part or Vergussmassenteil and between the power circuit and the DC intermediate circuit arranged.

Das wenigstens eine Kondensatorelement ist bevorzugt direkt mit der Leistungsschaltung elektrisch kontaktiert.The at least one capacitor element is preferably directly with the Power circuit contacted electrically.

Die Kondensatorelementanschlüsse ragen vorzugsweise seitlich oder oberseitig aus einem Modulgehäuse heraus. Insbesondere weist das Modulgehäuse diesbezüglich separate Energieversorgungsanschlüsse auf.The Capacitor element connections preferably project laterally or top side out of a module housing. In particular, the module housing in this regard separate power supply connections.

Das Halterungsmodul umfasst bevorzugt eine Wärmeableitungselement, insbesondere aus Metall, welches thermische Wärme des wenigstens einen Kondensatorelement ableitet.The Bracket module preferably comprises a heat dissipation element, in particular made of metal, which has thermal heat which derives at least one capacitor element.

Die Leistungsschaltung umfasst vorzugsweise einen Shunt zur Strommessung und/oder ein Temperatursensorelement und/oder andere passive, elektronische Bauelemente, insbesondere jeweils mit eigenen Anschlüssen versehen, welche besonders bevorzugt separat aus dem Modulgehäuse herausgeführt sind.The Power circuit preferably includes a shunt for current measurement and / or a temperature sensor element and / or other passive, electronic Components, in particular each provided with its own connections, which are particularly preferably led out separately from the module housing.

Die elektronische Endstufe umfasst in einer Ausgestaltung vorzugsweise ein oder mehrere Wirbelstrombleche, welche insbesondere eine Kompensationsfläche in x-z- und/oder y-z-Richtung aufweisen.The electronic power amplifier preferably comprises in one embodiment one or more eddy current plates, which in particular have a compensation surface in x-z and / or y-z direction exhibit.

Das mindestens eine Wirbelstromblech ist bevorzugt in die gemeinsame Baugruppe integriert, insbesondere in ein Gehäuse eingespritzt oder eingelegt angeordnet.The At least one eddy current plate is preferred in the common Integrated assembly, in particular injected or inserted into a housing arranged.

Es ist bevorzugt, die Induktivität durch Verwendung einer doppellagigen Leiterstruktur (Plus und Minus der Halbleiter-Endstufe) in Verbindung mit Kondensatorelementen mit radialen Anschlüssen weiter zu verringern, wobei die Kondensatorelemente auf der doppellagigen Leiterstruktur positioniert und dort mit der Plus- und Minuslage verbunden sind. Die Kondensatorelemente sind dabei in z-Richtung bezüglich ihrer beiden Pole angeordnet und die Leistungsschaltung ist parallel zur x-y-Ebene angeordnet.It is preferred, the inductance by using a double-layered conductor structure (plus and minus the semiconductor power amplifier) in connection with capacitor elements with radial connections on reduce, with the capacitor elements on the double-layered Ladder structure positioned and there with the plus and minus position are connected. The capacitor elements are in the z-direction with respect to their two poles arranged and the power circuit is parallel to arranged x-y plane.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen sowie der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen genannt. Die Ausführungsbeispiele werden unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben.Further advantageous embodiments of the invention are in the claims and the following, detailed Description of exemplary embodiments called. The embodiments will be with reference to figures closer described.

In den Figuren zeigen:In show the figures:

1 eine erste Ausgestaltung einer Endstufen-Baugruppe, 1 a first embodiment of an output stage assembly,

2 eine zweite Ausgestaltung einer Endstufen-Baugruppe, 2 a second embodiment of an output stage assembly,

3 ein Modulgehäuse, 3 a module housing,

4 eine Halterung für zwei Kondensatorelemente und 4 a holder for two capacitor elements and

5 eine Anordnung umfassend zwei Wirbelstrombleche. 5 an arrangement comprising two eddy current plates.

1 zeigt eine elektronische Endstufe 1 zur Ansteuerung eines in der 1 nicht dargestellten elektrischen Aktors. 1 shows an electronic power amplifier 1 for controlling one in the 1 not shown electrical actuator.

Insbesondere handelt es sich um eine gepulste Endstufe 1 zur Bereitstellung eines Stroms für eine induktive Last, wie beispielsweise einen verhältnismäßig leistungsfähigen Elektromotor. Die elektronische Endstufe 1 umfasst ein Modulgehäuse 2 und eine darauf angeordnete und befestigte Halterung 3 zur Aufnahme eines Gleichspannungszwischenkreises. Im Ausführungsbeispiel umfasst der Gleichspannungszwischenkreis zwei Kondensatorelemente 4a und 4b, die in die Halterung 3 aufgenommen sind.In particular, it is a pulsed output stage 1 for providing a current for an inductive load, such as a relatively powerful electric motor. The electronic power amplifier 1 includes a module housing 2 and a bracket disposed and mounted thereon 3 for receiving a DC voltage intermediate circuit. In the exemplary embodiment, the DC voltage intermediate circuit comprises two capacitor elements 4a and 4b in the holder 3 are included.

Das Modulgehäuse 2 enthält ein in der Figur mittels Strichpunktlinien dargestelltes Leistungsschaltungssubstrat 5. Auf dem Leistungsschaltungssubstrat 5 ist eine Leistungsschaltung für die elektronische Endstufe 1 in herkömmlicher Weise aufgebracht. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich beispielsweise um eine gedruckte Schaltung mit mehreren Halbleiterschaltelementen wie beispielsweise MOSFETs. Die Leistungsschaltung dient zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung eines Elektromotors, und umfasst im Ausführungsbeispiel je drei Low-Side-Transistoren und High-Side-Transistoren zur Bereitstellung eines dreiphasigen Laststroms durch die Endstufe 1. Weitere Teile der Endstufe 1, wie beispielsweise eine Regelschaltung zu Bereitstellung einer Regelspannung für die Leistungsschaltung, sind in der 1 nicht dargestellt.The module housing 2 includes a power circuit substrate shown by dashed lines in the figure 5 , On the power circuit substrate 5 is a power circuit for the electronic power amplifier 1 applied in a conventional manner. The exemplary embodiment is, for example, a printed circuit with a plurality of semiconductor switching elements such as MOSFETs. The power circuit is used for the pulse width modulated control of an electric motor, In the exemplary embodiment, each comprises three low-side transistors and high-side transistors for providing a three-phase load current through the output stage 1 , Other parts of the power amplifier 1 , such as a control circuit for providing a control voltage for the power circuit, are in the 1 not shown.

Das Modulgehäuse 2 weist eine Mehrzahl von Hochstromanschlüssen 6a bis 6e in Form von Anschlussbeinen auf. Im Ausführungsbeispiel weist das Modulgehäuse 2 zwei seitlich angeordnete Hochstromanschlüsse 6a und 6e zur Energieversorgung der Leistungsschaltung sowie drei weitere Hochstromanschlüsse 6b bis 6d auf. Die Hochstromanschlüsse 6b bis 6d dienen im Ausführungsbeispiel zum Anschluss einer dreiphasigen elektri schen Last. Die Hochstromanschlüsse 6a bis 6e sind im in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten abgewinkelt und auf der längeren Seitenfläche des Modulgehäuses 2 angeordnet. Selbstverständlich sind auch andere Anschlussvarianten möglich, beispielsweise eine horizontale Kontaktierung.The module housing 2 has a plurality of high current terminals 6a to 6e in the form of connecting legs. In the exemplary embodiment, the module housing 2 two side-mounted high-current connections 6a and 6e for power supply of the power circuit as well as three further high current connections 6b to 6d on. The high current connections 6b to 6d serve in the embodiment for connecting a three-phase electrical rule's load. The high current connections 6a to 6e are in the 1 illustrated embodiment angled down and on the longer side surface of the module housing 2 arranged. Of course, other connection variants are possible, for example, a horizontal contact.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Leistungsschaltung weitere passive Bauelemente, beispielsweise interne und/oder externer Sensoren, wie beispielsweise einem Shunt oder Magnetsensor zur Strommessung oder einem Temperatursensor. Diese werden elektrisch über weitere, in der 1 nicht dargestellte Anschlussbeine kontaktiert. Beispielsweise können weitere, nicht hochstromfeste Anschlussbeine zwischen den Hochstromanschlüssen 6a und 6e vorgesehen sein.According to a further embodiment, the power circuit comprises further passive components, for example internal and / or external sensors, such as a shunt or magnetic sensor for current measurement or a temperature sensor. These will be electrically over, in the 1 not shown connecting legs contacted. For example, other non-high-current connecting legs between the high-current terminals 6a and 6e be provided.

Auf den kürzeren Stirnflächen des Modulgehäuses 2 sind Kondensatorelementanschlüsse 7a bis 7d angeordnet. Die Kondensatorelementanschlüsse 7a bis 7d sind im Ausführungsbeispiel nach oben abgebogen und elektrisch direkt mit Kondensatoranschlüssen 8 der zwei Kondensatorelemente 4a und 4b verbunden. Beispeilsweise sind die Kondensatoranschlüsse 8 mit den Kondensatorelementanschlüsse 7a bis 7d verpresst, verschweißt oder verlötet.On the shorter end faces of the module housing 2 are capacitor element terminals 7a to 7d arranged. The capacitor element connections 7a to 7d are bent in the embodiment upwards and electrically directly with capacitor terminals 8th the two capacitor elements 4a and 4b connected. For example, the capacitor terminals 8th with the capacitor element terminals 7a to 7d pressed, welded or soldered.

Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Kondensatorelementen 4a und 4b jeweils um Elektrolytkondensatoren in radialer Bauform. Jedes der Kondensatorelemente 4a und 4b weist daher einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss an gegenüberliegenden Polen des Kondensators auf. Diese sind elektrisch mittels der Kondensatorelementanschlüsse 7a bis 7d mit positiven beziehungsweise negativen Anschlusslagen des Leistungsschaltungssubstrats 5 verbunden.In the exemplary embodiment, the capacitor elements 4a and 4b each to electrolytic capacitors in radial design. Each of the capacitor elements 4a and 4b therefore has a positive terminal and a negative terminal on opposite poles of the capacitor. These are electrically by means of the capacitor element terminals 7a to 7d with positive or negative connection layers of the power circuit substrate 5 connected.

Zur besseren Darstellung ist das Modulgehäuse 2 in der 3 allein dargestellt. Darin kann man insbesondere die Anordnung der Hochstromanschlüsse 6a bis 6e sowie der Kondensatorelementanschlüsse 7a bis 7d erkennen.For better illustration, the module housing 2 in the 3 shown alone. In particular, this can be the arrangement of the high-current connections 6a to 6e and the capacitor element terminals 7a to 7d detect.

Die 4 zeigt eine Ansicht der Halterung 3 zur Aufnahme der Kondensatorelemente 4 allein. In der 4 ist zu erkennen, dass es sich bei der Halterung 3 im Wesentlichen um ein Kunststoffmodul mit zwei darin angeordneten halbzylinderförmigen Vertiefungen 10 handelt. Je nach Anzahl, Umfang und Art der verwendeten Kondensatorelemente 4 kann die Halterung 3 auch andere Vertiefungen 10, beispielsweise zur Aufnahme eines einzelnen Radialkondensators, umfassen.The 4 shows a view of the holder 3 for receiving the capacitor elements 4 alone. In the 4 it can be seen that it is the holder 3 essentially a plastic module with two semi-cylindrical recesses arranged therein 10 is. Depending on the number, size and type of capacitor elements used 4 can the holder 3 also other wells 10 For example, to accommodate a single radial capacitor include.

Die Halterung 3 wird beispielsweise als Spritzgussteil hergestellt. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Halterung 3 zumindest einen Wärme leitenden Teil auf, beispielsweise ein in eine Kunststoffaufnahme eingebettetes Metallteil aus Kupfer oder Aluminium. Dadurch kann eine wärmetechnische Kopplung der Kondensatorelemente 4 an das Modulgehäuse 2 bewirkt werden.The holder 3 is manufactured for example as an injection molded part. In a preferred embodiment, the holder 3 at least one heat-conducting part, for example, an embedded in a plastic receptacle metal part made of copper or aluminum. This can be a thermo-technical coupling of the capacitor elements 4 to the module housing 2 be effected.

In einer besonders leistungsfähigen Ausgestaltung der Endstufe 1 ist unterhalb der Leistungsschaltung an dem Modulgehäuse 2 ein Kühlkörper angeordnet, über den die durch die Leistungsschaltung und die Ladung und Entladung der Kondensatorenelemente 4 erzeugte thermische Energie abgeführt werden kann. Beispielsweise kann ein Kupferblech auf der Unterseite des Modulgehäuses 2 angeordnet werden, dass die darin erzeugt Wärme aufnimmt und an ein umgebendes Metallgehäuse oder -teil abführt. Um eine Wärmeübertragung von den Kondensatorelementen 4 auf den unterhalb des Modulgehäuses 2 angeordneten Kühlkörper zu verbessern, kann der Kühlkörper durch eine entsprechende Aussparung in dem Modulgehäuse 2 thermisch direkt mit der Halterung 3 verbunden werden.In a particularly powerful embodiment of the power amplifier 1 is below the power circuit on the module housing 2 a heat sink arranged over which the through the power circuit and the charge and discharge of the capacitor elements 4 generated thermal energy can be dissipated. For example, a copper sheet on the bottom of the module housing 2 arranged to receive the heat generated therein and dissipates it to a surrounding metal housing or part. To transfer heat from the capacitor elements 4 on the below the module housing 2 arranged to improve heat sink, the heat sink can by a corresponding recess in the module housing 2 thermally directly with the holder 3 get connected.

In 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Endstufen-Baugruppe zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung eines elektrischen Aktors. Gemäß der Ausgestaltung nach 2 ist in ein Modulgehäuse 2 eine Halterung 3 integriert. Insbesondere sind eine Leistungsschaltung und die Halterung 3 in ein gemeinsames Modulgehäuse integriert.In 2 shows a further embodiment of an output stage module for the pulse width modulated control of an electrical actuator. According to the embodiment according to 2 is in a module housing 2 a bracket 3 integrated. In particular, a power circuit and the holder 3 integrated into a common module housing.

Beispielsweise können das Modulgehäuse 2 und die Halterung 3 durch Verguss des Leistungsschaltungssubstrats 5 mit einer Vergussmasse hergestellt werden. Dabei kann die Vergussmasse selbst eine Wärme leitende Verbindung zwischen den Kondensatorelementen 4 und dem Modulgehäuse 2 herstellen.For example, the module housing 2 and the holder 3 by encapsulation of the power circuit substrate 5 be produced with a potting compound. In this case, the potting compound itself a heat conductive connection between the capacitor elements 4 and the module housing 2 produce.

Die Endstufe 1 gemäß 2 ist ähnlich aufgebaut wie in der 1 dargestellte Endstufe 1. Darüber hinaus umfasst die Endstufe 1 gemäß 2 in das Modulgehäuse 2 eingegossener Wirbelstrombleche 9a und 9b. Die Wirbelstrombleche 9a und 9b verhindern eine Induktion einer Spannung in die darunter liegende Leistungsschaltung beim Laden und Entladen der Kondensatorelemente 4a und 4b.The final stage 1 according to 2 is similar in structure as in the 1 illustrated power amplifier 1 , In addition, the power amplifier includes 1 according to 2 in the module housing 2 cast eddy currents che 9a and 9b , The eddy current plates 9a and 9b prevent induction of voltage into the underlying power circuit during charging and discharging of the capacitor elements 4a and 4b ,

In der 5 sind die Wirbelstrombleche 9a und 9b zur besseren Darstellung separat dargestellt. Bei dem Wirbelstromblech 9a handelt es sich um ein L-förmiges Wirbelstromblech mit einem kurzen und einem längeren Schenkel. Beide Schenkel sind senkrecht zu einer darunter liegenden Schaltung in einer x-y-Ebene angeordnet. Der längere Schenkel ist parallel zu einer linken Seitenfläche des Modulgehäuses 2 angeordnet, während der kürzerer Schenkel parallel zu der vorderen Stirnfläche des Modulgehäuses 2 angeordnet ist. Bei dem Wirbelstromblech 9b handelt es sich um ein U-förmiges Wirbelstromblech mit einem kurzen Mittelteil sowie zwei längeren Schenkeln, die ebenfalls senkrecht auf der Schaltungsebene stehen. Die zwei längeren Schenkel sind in einem mittleren Bereich beziehungsweise in einem Bereich der rechten Seitenfläche des Modulgehäuses 2 angeordnet. Der Mittelteil ist im Bereich der vorderen Stirnfläche des Modulgehäuses 2 angeordnet.In the 5 are the eddy current plates 9a and 9b shown separately for better illustration. In the case of the eddy current plate 9a it is an L-shaped eddy current plate with a short and a longer leg. Both legs are arranged perpendicular to an underlying circuit in an xy plane. The longer leg is parallel to a left side surface of the module housing 2 arranged while the shorter leg parallel to the front face of the module housing 2 is arranged. In the case of the eddy current plate 9b it is a U-shaped eddy current plate with a short middle section and two longer legs, which are also perpendicular to the circuit level. The two longer legs are in a central region or in an area of the right side surface of the module housing 2 arranged. The middle part is in the region of the front end face of the module housing 2 arranged.

Durch die in den 1 bis 5 dargestellte Anordnungen kann die Länge der elektrischen Verbindung zwischen den Kondensatorelementen 4a und 4b und der Leistungsschaltung des Modulgehäuses 2 besonders kurz gestaltet werden. Beispielsweise beträgt die Anschlusslänge in einem Ausführungsbeispiel nur wenige Zentimeter, etwa 2 bis 3 Zentimeter. Darüber hinaus sind die Kondensatoranschlüsse 8 der Kondensatorelemente 4a und 4b direkt mit den Kondensatoranschlusselementen 7a bis 7d der Leistungsschaltung verbunden. Dadurch werden die elektrischen Eigenschaften dieser Verbindung optimiert. Insbesondere wird die Induktivität sowie der elektrische Widerstand und somit die Impedanz der elektrischen Verbindungen minimiert. Es treten keine zusätzlichen Induktivitäten oder Übergangswiderstände wie bei bekannten Steck-, Löt- oder Kabelverbindungen auf.By in the 1 to 5 arrangements shown can be the length of the electrical connection between the capacitor elements 4a and 4b and the power circuit of the module housing 2 be made particularly short. For example, the connection length in one embodiment is only a few centimeters, about 2 to 3 centimeters. In addition, the capacitor connections 8th the capacitor elements 4a and 4b directly with the capacitor connection elements 7a to 7d connected to the power circuit. This optimizes the electrical properties of this connection. In particular, the inductance and the electrical resistance and thus the impedance of the electrical connections is minimized. There are no additional inductances or contact resistance as in known plug, solder or cable connections.

Zudem ist die elektronische Endstufe 1 als besonders kompakte Baugruppe ausgestaltet. Dies ermöglicht eine einfache, Platz sparende Montage.In addition, the electronic power amplifier 1 designed as a particularly compact assembly. This allows a simple, space-saving installation.

11
Endstufefinal stage
22
Modulgehäusemodule housing
33
Halterungbracket
44
Kondensatorelementcapacitor element
55
LeistungsschaltungssubstratPower circuit substrate
66
HochstromanschlussHigh-current connector
77
KondensatorelementanschlussCapacitor element connection
88th
Kondensatoranschlusscapacitor terminal
99
WirbelstromblechEddy current sheet
1010
Vertiefungdeepening

Claims (15)

Elektronische Endstufe (1) für eine elektrische Last, aufweisend eine Leistungsschaltung mit wenigstens einer Halbbrücke zur Bereitstellung eines Laststroms sowie einen Gleichspannungszwischenkreis mit wenigstens einem Kondensatorelement (4) als elektrischen Energiepuffer, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Kondensatorelement (4) des Gleichspannungszwischenkreises mechanisch direkt mit der Leistungsschaltung verbunden ist.Electronic power amplifier ( 1 ) for an electrical load, comprising a power circuit having at least one half-bridge for providing a load current and a DC voltage intermediate circuit having at least one capacitor element ( 4 ) as an electrical energy buffer, characterized in that the at least one capacitor element ( 4 ) of the DC intermediate circuit is mechanically connected directly to the power circuit. Elektronische Endstufe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Gleichspannungszwischenkreises oder der gesamte Gleichspannungszwischenkreis über oder neben der Leistungsschaltung positioniert ist.Electronic power amplifier ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a part of the DC voltage intermediate circuit or the entire DC voltage intermediate circuit is positioned above or next to the power circuit. Elektronische Endstufe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschaltung eine sich im Wesentlichen in einer x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems erstreckende Leistungsschaltungsplatine oder ein Leistungsschaltungssubstrat (5) umfasst und das wenigstens eine Kondensatorelement (4) in einem definierten Abstand in einer z-Richtung des kartesischen Koordinatensystems über der Leistungsschaltungsplatine beziehungsweise dem Leistungsschaltungssubstrats (5) angeordnet ist.Electronic power amplifier ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the power circuit comprises a power circuit board extending substantially in an xy plane of a Cartesian coordinate system or a power circuit substrate ( 5 ) and the at least one capacitor element ( 4 ) at a defined distance in a z-direction of the Cartesian coordinate system over the power circuit board or the power circuit substrate ( 5 ) is arranged. Elektronische Endstufe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschaltung eine sich in einer x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems erstreckende, doppellagige Leiterstruktur mit einer positiven und einer negative Anschlusslage umfasst und das wenigstens eine Kondensatorelement (4) radiale Anschlüsse (8) aufweist, wobei das wenigstens eine Kondensatorelement (4) in z-Richtung bezüglich seiner beiden Pole auf der doppellagigen Leiterstruktur angeordnet ist und seine positiven und negativen Anschlüsse (8) mit der positiven beziehungsweise negativen Anschlusslage verbunden sind.Electronic power amplifier ( 1 ) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the power circuit comprises a double-layered conductor structure with a positive and a negative connection layer extending in an xy plane of a Cartesian coordinate system, and the at least one capacitor element ( 4 ) radial connections ( 8th ), wherein the at least one capacitor element ( 4 ) is arranged in the z-direction with respect to its two poles on the double-layered conductor structure and its positive and negative terminals ( 8th ) are connected to the positive or negative connection position. Elektronische Endstufe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Halterung (3) für den Gleichspannungszwischenkreis, wobei die Leistungsschaltung, die Halterung (3) und der Gleichspannungszwischenkreis in einer gemeinsamen Baugruppe angeordnet sind.Electronic power amplifier ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized by a holder ( 3 ) for the DC intermediate circuit, wherein the power circuit, the holder ( 3 ) and the DC voltage intermediate circuit are arranged in a common assembly. Elektronische Endstufe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (3) als mechanisches und/oder elektrisches Verbindungselement, insbesondere als Spritzgussteil, ausgebildet und zwischen der Leistungsschaltung und dem Gleichspannungszwischenkreis angeordnet ist.Electronic power amplifier ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the holder ( 3 ) is designed as a mechanical and / or electrical connection element, in particular as an injection molded part, and is arranged between the power circuit and the DC voltage intermediate circuit. Elektronische Endstufe (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Baugruppe ein gemeinsames Gehäuse aufweist, wobei das gemeinsame Gehäuse als Spritzguss- oder Vergussmassengehäuse ausgebildet ist.Electronic power amplifier ( 1 ) according to claim 5 or 6, characterized in that the common assembly has a common housing, wherein the common housing is formed as an injection molding or Vergussmassengehäuse. Elektronische Endstufe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der gemeinsame Baugruppe mittels mechanischer und wärmetechnischer Verbindungstechnik auf Seiten der Leistungsschaltung ein Kühlkörper befestigt ist.Electronic power amplifier ( 1 ) according to one of claims 5 to 7, characterized in that on the common assembly by means of mechanical and thermal connection technology on the side of the power circuit, a heat sink is attached. Elektronische Endstufe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Baugruppe mindestens ein in die gemeinsame Baugruppe integriertes, insbesondere ein in ein Gehäuse der Baugruppe eingespritztes oder eingelegtes, Wirbelstromblech (9) umfasst.Electronic power amplifier ( 1 ) according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the common assembly at least one integrated in the common assembly, in particular an injected or inserted into a housing of the assembly, eddy current sheet ( 9 ). Elektronische Endstufe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschaltung in einem Modulgehäuse (2) mit Kondensatorelementanschlüssen (7) und diesbezüglich separaten Energieversorgungsanschlüssen (6a, 6e) angeordnet ist, wobei die Kondensatorelementanschlüsse (7) seitlich oder oberseitig aus dem Modulgehäuse (2) herausragen und das wenigstens eine Kondensatorelement (4) elektrisch direkt kontaktieren.Electronic power amplifier ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the power circuit in a module housing ( 2 ) with capacitor element terminals ( 7 ) and in this respect separate power supply connections ( 6a . 6e ), wherein the capacitor element terminals ( 7 ) laterally or topside of the module housing ( 2 protrude) and the at least one capacitor element ( 4 ) Contact directly electrically. Elektronische Endstufe (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschaltung mindestens ein weiteres passives, elektrisches Bauelement, insbesondere einen Shunt zur Strommessung und/oder ein Temperatursensorelement, umfasst.Electronic power amplifier ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the power circuit comprises at least one further passive, electrical component, in particular a shunt for current measurement and / or a temperature sensor element. Elektronische Endstufe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Endstufe (1) als Pulsweitensteuerung ausgebildet ist und die Leistungsschaltung zumindest ein erstes Low-Side-Haltleiterschalterelement und wenigstens ein erstes High-Side-Halbleiterschalterelement aufweist.Electronic power amplifier ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the electronic power amplifier ( 1 ) is designed as a pulse width control and the power circuit has at least a first low-side semiconductor switch element and at least one first high-side semiconductor switch element. Elektronische Endstufe (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltelemente über elektrische Verbindungsleitungen mit dem wenigstens einen Kondensatorelement (4) verbunden sind, wobei die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Halbleiterschalterelementen und dem wenigstens einen Kondensatorelement (4) möglichst kurz sind.Electronic power amplifier ( 1 ) according to claim 12, characterized in that the semiconductor switching elements via electrical connection lines with the at least one capacitor element ( 4 ), wherein the electrical connection lines between the semiconductor switch elements and the at least one capacitor element ( 4 ) are as short as possible. Elektronische Endstufe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschaltung drei Halbbrücken zur Bereitstellung von Lastströmen für drei unterschiedliche Phasen einer dreiphasigen Last aufweist.Electronic power amplifier ( 1 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the power circuit comprises three half-bridges for providing load currents for three different phases of a three-phase load. Elektrische Antriebseinheit umfassend eine elektronische Endstufe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 sowie eine im Wesentlichen induktive Last, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Endstufe (1) mit der im Wesentlichen induktiven Last verbunden und dazu eingerichtet ist, die induktive Last mittels einer Pulsweitenregelung der elektronischen Endstufe (1) anzusteuern.Electric drive unit comprising an electronic power amplifier ( 1 ) according to one of claims 1 to 14 and a substantially inductive load, characterized in that the electronic power amplifier ( 1 ) is connected to the substantially inductive load and is adapted to the inductive load by means of a pulse width control of the electronic power amplifier ( 1 ) head for.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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