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Allgemeiner Stand der Technik
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Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft gekapselte Leistungstransistoren und Leistungsbausteine oder -module.
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Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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Aus der
EP 1 237 271 A2 ist eine Schaltungsanordnung für einen Treiber für Leistungshalbleitermodule bekannt.
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Aus der
US 2013 / 0 162 322 A1 ist eine Hochgeschwindigkeits-Gate-Treiberschaltung mit niedrigem Verlust bekannt.
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Ferner sind in der Technik mehrere Elektronikanordnungen oder -systeme bezüglich sogenannter Leistungsbausteine, z.B. DC/DC-Wandler oder Batterieladegerät, bekannt. Diese Leistungsanordnungen umfassen oftmals Topologien, die eine zwei Halbbrücken umfassende sogenannte H-Brücken-Konfiguration umfassen. In einigen Fällen umfassen die Elektronikanordnungen mehrere Halbbrücken, die parallel miteinander verbunden angeordnet sind (d.h. eine parallele Konfiguration), wobei die Halbbrücken derart gesteuert werden können, dass die verschiedenen Halbbrücken Leistungssignale mit unterschiedlichen Phasen liefern oder außer Phase sind, um die Welligkeit eines resultierenden Leistungssignals zu reduzieren.
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Ein Beispiel für eine derartige H-Brücken-Konfiguration aus Transistoren ist in 3 gezeigt. Insbesondere zeigt 3 eine H-Brücken-Anordnung 300, die vier Transistoren umfasst, z.B. Bipolartransistoren 301, 302, 303 und 304, die jeweils zwei gesteuerte Anschlüsse 305 beziehungsweise 306 umfassen, und einen Steueranschluss 318. Eine derartige Konfiguration wird oftmals als Schaltnetzteil oder als ein DC/DC-Wandler in der Kraftfahrzeugtechnologie verwendet. Einer der gesteuerten Anschlüsse 305 des ersten und zweiten Transistors 301 und 302 ist mit einem ersten Spannungspegel einer Spannungsquelle 307 verbunden, während der andere der gesteuerten Anschlüsse 306 mit einem ersten Knoten 308 beziehungsweise einem zweiten Knoten 309 verbunden ist. Ein erster gesteuerter Anschluss 306 des dritten Transistors 303 ist auch mit dem ersten Knoten 308 verbunden, während ein erster gesteuerter Anschluss 306 des vierten Transistors 304 mit dem zweiten Knoten 309 verbunden ist. Die zweiten gesteuerten Anschlüsse 306 sind mit einem zweiten Spannungspegel der Spannungsquelle 307 verbunden. Der erste Knoten 308 und der zweite Knoten 309 sind mit einem Primärteil eines Transformators 310 verbunden, während äußere Anschlüsse des Sekundärteils des Transformators 310 über Dioden 311 und 312 mit einem entsprechenden dritten Knoten 313 verbunden sind. Ein mittlerer Anschluss des Sekundärteils des Transformators 310 ist mit einem ersten Spannungsausgangsanschluss 314 verbunden. Der dritte Knoten ist mit einem zweiten Spannungsausgangsanschluss 315 über eine Filterschaltung verbunden, die einen Induktor 316, der in Reihe geschaltet ist, und einen Kondensator 317, der parallel geschaltet ist, umfasst.
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Außerdem umfasst jeder der vier Transistoren eine Diode 319, die zwischen die beiden gesteuerten Anschlüsse 305 und 306 jedes Transistors geschaltet ist und als ein Schutz für die vier Transistoren fungiert.
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Ein typischer Leistungspegel von solchen Transformatoren ist in der Größenordnung von 3,5 kW, während die Schaltfrequenz im Bereich von 100 kHz liegt und der Spannungspegel ist in der Größenordnung von einigen hundert Volt.
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4 zeigt einen schematischen Schaltplan eines Leistungsbausteins 400, der einen ersten Transistor 401, einen zweiten Transistor 402, einen dritten Transistor 403 und einen vierten Transistor 404 umfasst. Die Transistoren sind Feldeffekttransistoren und umfassen jeweils einen Sourceanschluss S und einen Drainanschluss D und einen Gateanschluss G. Weiterhin umfasst der Leistungsbaustein 400 eine erste Treibereinheit 405, eine zweite Treibereinheit 406, eine dritte Treibereinheit 407 und eine vierte Treibereinheit 408. Jeder der vierten Transistoren 401 bis 404 ist mit einer jeweiligen der Treibereinheiten 405 bis 408 verbunden, insbesondere sind die Sourceanschlüsse jedes der vier Transistoren mit einer entsprechenden Treibereinheit verbunden, und die Gateanschlüsse jedes der vier Transistoren sind mit der jeweiligen Treibereinheit verbunden. Außerdem sind die Drainanschlüsse des ersten Transistors 401 und des dritten Transistors 403 mit einem ersten Spannungspegel 409 verbunden, und die Drainanschlüsse des zweiten und des vierten Transistors sind mit den Sourceanschlüssen des ersten Transistors beziehungsweise des dritten Transistors verbunden. Weiterhin sind die Sourceanschlüsse des zweiten Transistors 402 und des vierten Transistors 404 mit einem zweiten Spannungspegel 410 verbunden.
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Während ein funktionierender Leistungsbaustein bereitgestellt wird, besteht möglicherweise immer noch Raum für Verbesserungen.
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Kurze Darstellung der Erfindung
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Somit besteht möglicherweise immer noch ein Bedarf an der Bereitstellung von Leistungsbausteinen, die eine hohe Leistung und ein einfaches Layout aufweisen.
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Gemäß einem Aspekt der beanspruchten Erfindung wird ein Leistungsbaustein (der auch als Power-Package bezeichnet werden kann) gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Der Leistungsbaustein umfasst insbesondere Folgendes: ein Gehäuse, das einen ersten äußeren Anschlusspin, einen zweiten äußeren Anschlusspin und einen zwischen dem ersten äußeren Anschlusspin und dem zweiten äußeren Anschlusspin angeordneten mittleren Anschlusspin umfasst, einen Transistor, der einen ersten gesteuerten Anschluss, einen zweiten gesteuerten Anschluss und einen Steueranschluss umfasst und in dem mindestens einen Gehäuse untergebracht ist, wobei der Steueranschluss des mindestens einen Transistors mit dem mittleren Anschlusspin verbunden ist, und eine Treibereinheit, die einen ersten Schnittstellenpin und einen zweiten Schnittstellenpin umfasst, wobei der erste Schnittstellenpin mit dem ersten äußeren Anschlusspin des Gehäuses verbunden ist und der zweite Schnittstellenpin mit dem mittleren Anschlusspin des Gehäuses verbunden ist, wobei der erste gesteuerte Anschluss des Transistors mit dem ersten äußeren Anschlusspin verbunden ist und der zweite gesteuerte Anschluss des Transistors mit dem zweiten äußeren Anschlusspin verbunden ist, wobei der erste äußere Anschlusspin durch eine erste Verbindung mit dem ersten Schnittstellenpin verbunden ist, wobei der mittlere Anschlusspin durch eine zweite Verbindung mit dem zweiten Schnittstellenpin verbunden ist und der zweite äußere Anschlusspin durch eine dritte Verbindung mit einem Spannungspegel verbunden ist, und wobei die erste Verbindung und die dritte Verbindung einander nicht kreuzen (bzw. miteinander kreuzungsfrei ausgebildet sind).
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Leistungsbaustein ein spannungsgesteuerter Leistungstransistorbaustein (der auch als Power-Transistor-Package bezeichnet werden kann), insbesondere ein gekapselter spannungsgesteuerter Leistungstransistor, wobei der Transistor ein spannungsgesteuerter Transistor ist, der in dem Gehäuse gekapselt (oder gepackaged) ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der beanspruchten Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungsbausteins gemäß Anspruch 9 bereitgestellt. Das Verfahren umfasst insbesondere Folgendes: Bereitstellen eines Transistors, der einen ersten gesteuerten Anschluss, einen zweiten gesteuerten Anschluss und einen Steueranschluss umfasst; Unterbringen des Transistors in einem Gehäuse, das einen ersten äußeren Anschlusspin, einen zweiten äußeren Anschlusspin und einen mittleren Anschlusspin umfasst, wobei der Steueranschluss mit dem mittleren Anschlusspin verbunden ist und der erste gesteuerte Anschluss und der zweite gesteuerte Anschluss mit dem ersten äußeren Anschlusspin beziehungsweise dem zweiten äußeren Anschlusspin verbunden sind; Verbinden des ersten äußeren Anschlusspins mit einer Treibereinheit durch eine erste Verbindungsleitung und des mittleren Anschlusspins mit der Treibereinheit durch eine zweite Verbindungsleitung; Verbinden des zweiten äußeren Anschlusspins mit einem Spannungspegel durch eine dritte Verbindung, wobei die erste Verbindung und die dritte Verbindung einander nicht kreuzen (bzw. miteinander kreuzungsfrei ausgebildet sind).
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Durch Bereitstellen eines gekapselten oder gehäusten Transistors, der einen mit dem Steueranschluss des gehäusten Transistors verbundenen mittleren Anschlusspin umfasst, kann es möglich sein, eine Elektronikanordnung, z.B. einen Leistungsbaustein bereitzustellen, wobei das Layout vereinfacht werden kann. Beispielsweise kann ein Leistungsbaustein, der einen als ein mittlerer Anschlusspin angeordneten Steueranschlusspin umfasst, ein Layout ermöglichen, das weniger oder sogar keine Kreuzungen von Verbindungen zwischen den gehäusten Transistoren und einer Treibereinheit und einem Treiber des Leistungsbausteins umfasst. Insbesondere kann das Reduzieren oder sogar Vermeiden von Kreuzungen von Verbindungen sogar in dem Fall einer sogenannten H-Brücken-Anordnung oder von Halbbrückenanordnungen, die oft in Leistungsbausteinen verwendet werden, möglich sein.
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Wegen des Layouts oder der Platzierung der Transistoren oder Schaltelemente von Ausführungsbeispielen kann es möglich sein, Komponenten, z.B. die Transistoren und ihre entsprechenden Verbindungswege, auf Leiterplatten symmetrisch anzuordnen. Weiterhin kann es möglich sein, die Transistoren (und optional Treibereinheiten) näher aneinander anzuordnen, so dass das Steuern vereinfacht werden kann und dynamische Verluste aufgrund kürzerer Verbindungsleitungen reduziert werden können. Zudem können die kürzeren Verbindungsleitungen auch elektromagnetische Verluste, Störanfälligkeit und Emission von elektromagnetischen Wellen reduzieren. Indem eine engere Platzierung der Elektronikelemente, z.B. Transistoren, gestattet wird, kann auch eine vergrößerte Leistungsdichte gestattet werden.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen, die aufgenommen sind, um ein eingehenderes Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung bereitzustellen und die einen Teil der Patentschrift bilden, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Es zeigen:
- 1 einen schematischen Schaltplan eines Leistungsbausteins gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Leistungsbausteins gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 einen Schaltplan eines üblichen Leistungsbausteins;
- 4 einen schematischen Schaltplan eines üblichen Leistungsbausteins.
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Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen
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Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele des Leistungsbausteins erläutert. Es ist anzumerken, dass im Kontext des Leistungsbausteins oder des Leistungsmoduls beschriebene Ausführungsformen auch mit Ausführungsformen des Verfahrens zum Herstellen eines Leistungsbausteins und umgekehrt kombiniert werden können.
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Gemäß einem beispielhaften Aspekt wird ein Leistungsbaustein bereitgestellt, der Folgendes umfasst: eine erste Treibereinheit, die einen ersten Schnittstellenanschluss und einen zweiten Schnittstellenanschluss umfasst; eine zweite Treibereinheit, die einen ersten Schnittstellenanschluss und einen zweiten Schnittellenanschluss umfasst; ein erstes elektronisches Schaltelement, das einen ersten Schaltanschluss und einen zweiten Schaltanschluss umfasst; ein zweites elektronisches Schaltelement, das einen erste Schaltanschluss und einen zweiten Schaltanschluss umfasst, wobei der zweite Schaltanschluss des ersten elektronischen Schaltelements durch eine erste Verbindungsleitung mit dem ersten Schnittstellenanschluss des ersten Ansteuerelements verbunden ist und wobei der zweite Schaltanschluss des ersten elektronischen Schaltelements durch eine zweite Verbindungsleitung mit dem zweiten Schnittstellenanschluss des ersten Ansteuerelements verbunden ist, wobei der erste Schaltanschluss des zweiten elektronischen Schaltelements durch eine dritte Verbindungsleitung mit dem ersten Schnittstellenanschluss des zweiten Ansteuerelements verbunden ist und wobei der zweite Schaltanschluss des zweiten elektronischen Schaltelements durch eine vierte Verbindungsleitung mit dem zweiten Schnittstellenanschluss des zweiten Ansteuerelements verbunden ist und wobei die erste Verbindungsleitung, die zweite Verbindungsleitung, die dritte Verbindungsleitung und die vierte Verbindungsleitung einander nicht kreuzen (bzw. miteinander kreuzungsfrei ausgebildet sind).
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Insbesondere kann das elektronische Schaltelement eine Diode oder ein Transistor sein. Falls das Schaltelement durch eine Diode gebildet wird, kann ein Schaltanschluss durch eine Kathode der Diode und der andere Schaltanschluss durch eine Anode der Diode gebildet werden.
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Insbesondere kann der Leistungsbaustein auf einer Leiterplatte, z.B. einer gedruckten Leiterplatte oder einem Systemträger, angeordnet sein. Insbesondere können die gehäusten oder gekapselten Transistoren Leistungstransistoren sein, d.h. dass sie ausgelegt sind, einer hohen Spannung (mehreren hundert Volt, z.B. im Bereich von 100 Volt bis 1000 Volt, insbesondere etwa 300 bis 700 Volt) und/oder einer hohen Leistung (mehreren hundert Watt, z.B. im Bereich von 200 Watt bis 5000 Watt, insbesondere im Bereich von 500 Watt bis 3500 Watt) und/oder einer hohen Schaltfrequenz (bis zum Bereich von 50 kHz bis 1000 kHz) standzuhalten. Insbesondere darf die erste Verbindung die zweite Verbindung und die dritte Verbindung nicht kreuzen, und die zweite Verbindung darf die dritte Verbindung nicht kreuzen. Mit anderen Worten können die Verbindungen überkreuzungs- oder überquerungsfrei sein. Insbesondere können die Verbindungen oder Verbindungsleitungen auf einer gleichen Höhe oder in einer Ebene angeordnet sein und die Verbindungen oder Verbindungsleitungen können zueinander in einer Ansicht senkrecht zur Ebene überkreuzungsfrei sein. Beispielsweise können die Verbindungen oder Verbindungsleitungen elektrisch leitende Verbindungen sein. Insbesondere kann die Treibereinheit oder der Treiber den oder die Transistoren des Leistungsbausteins ansteuern.
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Der Ausdruck „kreuzen einander nicht“ oder „überkreuzungsfrei“ kann insbesondere bezeichnen, dass zwei Verbindungen, z.B. Signal- oder Stromverbindungsleitungen zueinander kreuzungsfrei sind. Mit einer anderen Formulierung kann gesagt werden, dass eine der beiden Verbindungen durch einen ersten Bereich des Leistungsbausteins, z.B. auf einer Leiterplatte, geführt ist, während die andere der beiden Verbindungen durch einen zweiten Bereich des Leistungsbausteins geführt ist und der erste und zweite Bereich verschieden oder voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten bezeichnet der Ausdruck „kreuzen nicht“ oder „kreuzungsfrei“ insbesondere, dass die jeweiligen Leitungen oder Verbindungswege mit Schnittstellen verbunden sind, ohne einander zu kreuzen. Die jeweiligen Verbindungsleitungen oder Verbindungswege können in unterschiedlichen verschiedenen Abschnitten oder Bereichen angeordnet sein.
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Insbesondere kann der Leistungsbaustein eine mehrstufige Leistungsanordnung sein, d.h. eine Leistungsanordnung, die mehrere Schaltelemente, z.B. Transistoren oder Dioden, umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind.
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Der Ausdruck „Leistungsbaustein“ kann insbesondere eine Anordnung bezeichnen, die gekapselte Komponenten umfasst. Es ist jedoch nicht notwendig (aber möglich), dass die Anordnung selbst gekapselt ist. Somit kann der Ausdruck „Leistungsbaustein“ eine Anordnung, z.B. einen DC/DC-Wandler oder ein Schaltnetzteil, bezeichnen, die an einer Platine, z.B. einer gedruckten Leiterplatte, angebracht ist und gekapselte oder gehäuste Leistungstransistoren und Treibereinheiten umfasst, die gekapselt oder nicht gekapselt sein können, wo aber die Anordnung selbst nicht gekapselt ist.
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Insbesondere können der oder die Spannungspegel die Versorgungsspannung bilden oder definieren, mit der der Leistungsbaustein betrieben wird.
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Der Ausdruck „Steueranschluss“ kann insbesondere den Anschluss eines Transistors bezeichnen, der den Transistor steuert oder schaltet, z.B. kann er durch den Gateanschluss eines Feldeffekttransistors, dem Gateanschluss eines IGBT oder die Basis im Fall eines Bipolartransistors gebildet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Leistungsbaustein weiterhin: ein zweites Gehäuse, das einen ersten äußeren Anschlusspin, einen zweiten äußeren Anschlusspin und einen zwischen dem ersten und zweiten äußeren Anschlusspin angeordneten mittleren Anschlusspin umfasst; einen zweiten Transistor, der einen ersten gesteuerten Anschluss, einen zweiten gesteuerten Anschluss und einen Steueranschluss umfasst und in dem mindestens einen Gehäuse untergebracht ist, wobei der Steueranschluss des zweiten Transistors mit dem mittleren Anschlusspin des zweiten Gehäuses verbunden ist; und eine zweite Treibereinheit, die einen ersten Schnittstellenpin und einen zweiten Schnittstellenpin umfasst, wobei der erste Schnittstellenpin der zweiten Treibereinheit mit dem ersten äußeren Anschlusspin des zweiten Gehäuses verbunden ist und der zweite Schnittstellenpin der zweiten Treibereinheit mit dem mittleren Anschlusspin des zweiten Gehäuses verbunden ist; wobei der erste gesteuerte Anschluss des zweiten Transistors mit dem ersten äußeren Anschlusspin des zweiten Gehäuses verbunden ist und der zweite gesteuerte Anschluss des zweiten Transistors mit dem zweiten äußeren Anschlusspin des zweiten Gehäuses verbunden ist, wobei der erste äußere Anschlusspin des Gehäuses durch eine vierte Verbindung mit dem ersten Schnittstellenpin der zweiten Treibereinheit verbunden ist, wobei der mittlere Anschlusspin des zweiten Gehäuses durch eine fünfte Verbindung mit dem zweiten Schnittstellenpin der zweiten Treibereinheit verbunden ist und der zweite äußere Anschlusspin des zweiten Gehäuses durch eine sechste Verbindung mit einem weiteren Spannungspegel verbunden ist, und wobei die vierte Verbindung und die sechste Verbindung einander nicht kreuzen.
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Insbesondere darf die vierte Verbindung die erste Verbindung, die zweite Verbindung, die dritte Verbindung, die fünfte Verbindung und die sechste Verbindung nicht kreuzen oder überqueren. Die sechste Verbindung darf die erste Verbindung, die zweite Verbindung, die dritter Verbindung, die vierte Verbindung und die fünfte Verbindung nicht kreuzen oder überqueren. Insbesondere können die Verbindungen oder Verbindungsleitungen überkreuzungs- oder überquerungsfrei sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Leistungsbausteins bildet der Leistungsbaustein eine Halbbrückenanordnung.
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Der Ausdruck „Halbbrücke“ kann insbesondere eine einzelne Richtungskonfiguration einer sogenannten „H-Brücke“ bezeichnen, die wiederum eine Elektronikschaltung ist, die das Anlegen einer Spannung an eine Last in beiden Richtungen ermöglicht.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Leistungsbausteins umfasst der Leistungsbaustein weiterhin eine zweite Halbbrückenanordnung, die zusammen mit der ersten Halbbrückenanordnung eine H-Brücken-Anordnung bildet.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Leistungsbaustein weiterhin mehrere Halbbrückenanordnungen, wobei mindestens zwei der mehreren Halbbrückenanordnungen parallel zueinander geschaltet sind.
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Insbesondere können Phasen von schaltenden, steuernden oder Ansteuersignalen der Halbbrückenanordnung, die zueinander parallel geschaltet sind, verschieden sein. Zudem kann es möglich sein, eine Mehrphasenanordnung bereitzustellen, die ermöglicht, dass Welligkeit reduziert werden kann, die sich aus dem Schalten der Halbbrückenanordnungen ergibt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Leistungsbaustein weiterhin eine Steuereinheit, die an die Treibereinheit angeschlossen ist und betätigt werden kann zum Steuern der Treibereinheit.
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Insbesondere kann die Steuereinheit ein Mikrocontroller sein. Beispielsweise können sowohl die Treibereinheit als auch die zweite Treibereinheit mit der gleichen Steuereinheit verbunden sein. Insbesondere kann die Steuereinheit betätigt werden zum Steuern der Treibereinheit und/oder der zweiten Treibereinheit.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Leistungsbausteins umfasst die Steuereinheit einen ersten steuernden Anschluss, der auf einer ersten seitlichen Seite der Steuereinheit angeordnet ist, und einen zweiten steuernden Anschluss, der auf einer zweiten seitlichen Seite der Steuereinheit angeordnet ist.
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Insbesondere können die erste seitliche Seite und die zweite seitliche Seite gegenüberliegende Seiten der Steuereinheit(en) sein. Bei einigen Ausführungsformen können der erste steuernde Anschluss und/oder der zweite steuernde Anschluss durch eine Menge von steuernden Teilanschlüssen gebildet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Leistungsbaustein weiterhin eine erste Diode und eine zweite Diode, wobei die erste Diode zwischen den ersten gesteuerten Anschluss und den zweiten gesteuerten Anschluss des Transistors geschaltet ist und der zweite gesteuerte Anschluss des Transistors und die zweite Diode zwischen den ersten gesteuerten Anschluss und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors geschaltet sind.
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Die Dioden können besonders nützlich sein zum Bereitstellen eines Oberspannungsschutzes für die Transistoren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Leistungsbausteins ist der gehäuste Transistor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Feldeffekttransistor und einem Bipolartransistor.
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Insbesondere können die Transistoren Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) sein, z.B. sogenannte Leistungs-MOSFETs oder IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
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Insbesondere kann im Fall eines FET die Sequenz der Anschlusspins des ersten Gehäuses Drain-Gate-Source sein, während das zweite Gehäuse die Sequenz Source-Gate-Drain aufweisen kann, wenn auf die Seite des gekapselten Leistungstransistors geblickt wird, wo die Anschlusspins angeordnet sind und eine auf der Bodenseite angeordnete Rückseite des gekapselten Leistungstransistors aufweisen. Im Fall eines Bipolartransistors kann die Sequenz der Anschlusspins des ersten Gehäuses Kollektor-Basis-Emitter sein, während das zweite Gehäuse Emitter-Basis-Kollektor aufweisen kann, wenn die in der gleichen Orientierung angeordneten Gehäuse betrachtet werden.
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Auf veranschaulichende Weise kann gesagt werden, dass das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse zueinander gespiegelt sind. Jedoch können nicht nur die Gehäuse gespiegelt sein, sondern es können natürlich auch die im Gehäuse angeordneten Transistoren bezüglich ihrer gesteuerten Anschlüsse gespiegelt sein.
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Durch Bereitstellen eines Leistungsbausteins, der zwei gespiegelte Gehäuse umfasst, wobei der Steueranschluss jedes in den Gehäusen angeordneten Transistors mit dem mittleren Anschlusspin verbunden ist, kann es möglich sein, etwaige Überkreuzungen von Verbindungsleitungen zwischen den Gehäusen und mit den Gehäusen verbundenen Treibereinheiten zu vermeiden. Das heißt, es kann möglich sein, Verbindungsleitungen eines Leistungsbausteins zu entwirren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Leistungsbaustein weiterhin die Treibereinheit, und die zweite Treibereinheit umfasst eine andere Sequenz der Schnittstellenpins.
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Das heißt, die erste Treibereinheit und die zweite Treibereinheit können zueinander gespiegelt sein, wenn die Schnittstellenpins und/oder der innere Aufbau oder das innere Layout betrachtet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Leistungsbausteins wird die erste Verbindung durch einen ersten Bereich des Leistungsbausteins und die dritte Verbindung durch einen zweiten Bereich des Leistungsbausteins geführt, und der erste und zweite Bereich sind voneinander verschieden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des spannungsgesteuerten Leistungstransistorbausteins ist der Transistor ein Feldeffekttransistor, und der Steueranschluss des Transistors ist ein Gateanschluss.
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Insbesondere kann der Feldeffekttransistor ein MOSFET sein, z.B. ein Leistungs-MOSFET.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des spannungsgesteuerten Leistungstransistorbausteins ist der Transistor ein IGBT, und der Steueranschluss des Transistors ist ein Gateanschluss.
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Zusammenfassend kann ein Kern eines Ausführungsbeispiels in der Bereitstellung eines Leistungsbausteins oder eines gekapselten Leistungsmoduls gesehen werden, das einen gekapselten Transistor und eine mit dem Transistor verbundene und zum Ansteuern des Transistors ausgelegte Treibereinheit umfasst. Ein Steueranschluss des Transistors ist mit einem mittleren Anschlusspin des Gehäuses des Transistors verbunden, und äußere Anschlusspins des Gehäuses sind mit der Spannungseinheit beziehungsweise mit einem Spannungspegel verbunden, wobei die Verbindungen überkreuzungsfrei sind. Die Offenbarung der Verwendung von gespiegelten Bauelementen, z.B. Transistoren oder Treibereinheiten, für das Ausbilden von Leistungsbausteinen kann in mehreren verschiedenen Leistungsanordnungen verwendet werden, z.B. in Leistungsbausteinen, die Leistungs-MOSFETs umfassen, umfassend IGBTs oder Dioden, oder Leistungsbausteine, die Halbbrücken-, H-Brücken-, Mehrphasen-Konfigurationen oder parallele Konfigurationen umfassen, die die oben erwähnten Leistungsbausteine umfassen. Weiterhin kann die Offenbarung auch geeignet sein zum Bereitstellen von gespiegelten Treibereinheiten und/oder Steuereinheiten, die steuernde Anschlüsse auf zwei Seiten der Steuereinheit umfassen, wodurch ein Layout der Leistungsbausteine mit geringer Komplexität und/oder einer reduzierten Anzahl von Überkreuzungen von Verbindungsleitungen ermöglicht wird.
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Bei Ausführungsbeispielen können mehrere Transistoren oder Schaltelemente Teil des Leistungsbausteins sein, und jeweilige mehrere Treibereinheiten können ebenfalls vorgesehen sein, an die die mehreren Transistoren angeschlossen sind. Die mehreren Transistoren und/oder Treibereinheiten können in zwei Gruppen unterteilbar sein, wobei das Layout der Mitglieder der einen Gruppe bezüglich des Layouts der Mitglieder der anderen Gruppe gespiegelt sein kann. Aufgrund der Spiegelung kann es möglich sein, Überkreuzungen oder Überquerungen von Verbindungsleitungen zu reduzieren oder zu vermeiden, die jeden Transistor mit der beziehungsweise den jeweiligen der Treibereinheiten und/oder Spannungspegel verbinden.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.
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Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
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1 zeigt einen schematischen Schaltplan eines Leistungsbausteins 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, umfassend einen ersten Transistor 101, einen zweiten Transistor 102, einen dritten Transistor 103 und einen vierten Transistor 104. Die Transistoren sind Feldeffekttransistoren und umfassen jeweils einen Sourceanschluss S und einen Drainanschluss D und einen Gateanschluss G. Wie in 1 zu sehen ist, ist der Gateanschluss zwischen dem Source- und dem Drainanschluss in jedem der Transistoren 101 bis 104 angeordnet. Weiterhin umfasst der Leistungsbaustein 100 eine erste Treibereinheit 105, eine zweite Treibereinheit 106, eine dritte Treibereinheit 107 und eine vierte Treibereinheit 108. Jeder der vierten Transistoren 101 bis 104 ist mit einer jeweiligen der Treibereinheiten 105 bis 108 verbunden.
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Insbesondere sind die Sourceanschlüsse jedes der vier Transistoren mit einer jeweiligen Treibereinheit verbunden, und die Gateanschlüsse jedes der vier Transistoren sind mit der jeweiligen Treibereinheit verbunden. Zusätzlich sind die Drainanschlüsse des ersten Transistors 101 und des dritten Transistors 103 mit einem ersten Spannungspegel 109 verbunden und die Drainanschlüsse des zweiten und des vierten Transistors sind mit den Sourceanschlüssen des ersten Transistors beziehungsweise des dritten Transistors verbunden.
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Weiterhin sind die Sourceanschlüsse des zweiten Transistors 102 und des vierten Transistors 104 mit einem zweiten Spannungspegel 110 verbunden.
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Wie in 1 zu sehen ist, ist die Sequenz der gesteuerten beziehungsweise Steueranschlüsse der Transistoren für den ersten/dritten Transistor und den zweiten/vierten Transistor verschieden. Während die Sequenz bei dem ersten Transistor 101 und dem zweiten Transistor 102 S-G-D lautet, lautete die Sequenz bei dem dritten Transistor 103 und dem vierten Transistor 104 D-G-S, wenn die Transistoren von der gleichen Seite betrachtet werden.
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Da zwei verschiedene gehäuste Transistoren vorgesehen sind, die eine unterschiedliche Sequenz von Anschlusspins umfassen, während der Gateanschluss in der Mitte angeordnet ist, ist es möglich, jeden der Transistoren durch Verbindungsleitungen mit einer jeweiligen Treibereinheit zu verbinden, während ein Überkreuzen der Verbindungsleitungen vermieden wird. Somit kann das Schaltungslayout weniger komplex sein, was zu einem weniger komplexen Leiterplattenlayout führt, da das Überkreuzen der Verbindungsleitungen auf ein Minimum reduziert werden kann. Dies kann auch die zum Herstellen der Leiterplatte benötigte Zeit reduzieren. Außerdem kann ein derartiges Layout das optimale Steuern von symmetrischen Anordnungen oder Modulen gestatten.
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2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Leistungsbausteins 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Insbesondere umfasst der Leistungsbaustein 200 einen ersten Transistor 201, einen zweiten Transistor 202, einen dritten Transistor 203 und einen vierten Transistor 204. Die Transistoren sind Feldeffekttransistoren und umfassen jeweils einen Sourceanschluss S und einen Drainanschluss D und einen Gateanschluss G. Wie in 2 zu sehen ist, ist der Gateanschluss zwischen dem Source- und dem Drainanschluss in jedem der Transistoren 201 bis 204 angeordnet. Zudem umfasst der Leistungsbaustein 200 eine erste Treibereinheit 205, eine zweite Treibereinheit 206, eine dritte Treibereinheit 207 und eine vierte Treibereinheit 208. Jeder der vierten Transistoren 201 bis 204 ist mit einer jeweiligen der Treibereinheiten 205 bis 208 verbunden.
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Außerdem sind die Drainanschlüsse des ersten Transistors 201 und des dritten Transistors 203 mit einem ersten Spannungspegel 209 (hoher Pegel, +) verbunden, und die Drainanschlüsse des zweiten Transistors 202 und des vierten Transistors 204 sind mit den Sourceanschlüssen des ersten Transistors beziehungsweise des dritten Transistors verbunden.
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Weiterhin sind die Sourceanschlüsse des zweiten Transistors 202 und des vierten Transistors 204 mit einem zweiten Spannungspegel 210 (niedrige Spannung, Masse) verbunden.
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Außerdem umfasst der Leistungsbaustein 200 einen Mikrocontroller 211, der mit allen vier Treibereinheiten 205 bis 208 verbunden ist und zum Steuern der Treibereinheiten und somit der Transistoren verwendet werden kann.
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Wie in 2 zu sehen ist, ermöglicht das verwendete Layout und insbesondere die Bereitstellung von zwei Arten oder Versionen von Treibereinheiten und Transistoren ein allgemeines Layout des Leistungsbausteins, das eine geringe Komplexität und keine Überkreuzungen oder Überquerungen von Verbindungen aufweist. Aus Gründen der Deutlichkeit sind elektrisch leitende Verbindungen in 2 als straffierte Bereiche 212 dargestellt.
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Es sei angemerkt, dass der Ausdruck „umfassend“ andere Elemente und Merkmale nicht ausschließt und dass „ein/eine/eines“ mehrere nicht ausschließt. Außerdem können in Assoziation mit verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Elemente kombiniert werden.
