DE102017119949A1 - Dual-gate-halbleitervorrichtungen zum reduzieren von schaltverlust - Google Patents

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Zhuxiam Xu
Chingchi Chen
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Abstract

Ein Fahrzeug beinhaltet eine elektrische Maschine, die Antriebskraft für das Fahrzeug bereitstellt, und einen Leistungsumrichter, der Leistung unter Verwendung eines ersten und zweiten Schalters, die als eine Halbbrücke konfiguriert sind, von einer Antriebsbatterie zu der elektrischen Maschine leitet. Der erste Schalter weist ein erstes Gate, eine erste Gate-Zuleitung, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und eine erste Induktivität aufweist, und eine zweite Gate-Zuleitung auf, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und eine zweite Induktivität aufweist, die größer als die erste Induktivität ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen einen Halbleiterschalter mit mehreren Gate-Zuleitungen, wobei jedes Gates induktiv mit einer Induktivität in der Leistungsschaltung gekoppelt ist.
  • HINTERGRUND
  • Elektrifizierte Fahrzeuge, einschließlich Hybridelektrofahrzeuge (HEVS) und Batterieelektrofahrzeuge (BEVs), sind davon abhängig, dass eine Antriebsbatterie einem Antriebsmotor Leistung und einen Leistungsumrichter dazwischen bereitstellt, um Gleichstrom(DC)-leistung in Wechselstrom(AC)-leistung umzuwandeln. Der typische AC-Antriebsmotor ist ein 3-Phasen-Motor, der durch 3 sinusförmige Signale angetrieben werden kann, die jeweils mit einem Phasenversatzwinkel von 120° angetrieben werden. Die Antriebsbatterie ist dazu ausgelegt, in einem bestimmten Spannungsbereich zu arbeiten und einen maximalen Strom bereitzustellen. Die Antriebsbatterie wird alternativ als eine Hochspannungsbatterie bezeichnet, wobei eine Anschlussspannung einer typischen Antriebsbatterie bei über 100 Volt DC liegt. Jedoch kann verbesserte Leistung elektrischer Maschinen erreicht werden, indem in einem anderen Spannungsbereich gearbeitet wird, typischerweise bei Spannungen, die größer als die Anschlussspannung der Antriebsbatterie sind. Gleichermaßen werden die Stromanforderungen zum Antreiben einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs für gewöhnlich als Hochstrom bezeichnet, wobei der Strom beim Betrieb 600 Ampere übersteigen kann. Der Einfluss von störenden Induktivitäten eines Schalters, wie zum Beispiel eines Halbleiterschalters oder eines Leistungsmoduls, der zum Umschalten der Spannung und des Stroms verwendet wird, kann häufig zu einer induktiven Kopplung zwischen der Leistungszuleitung und der Steuerzuleitung führen. Diese induktive Kopplung kann verzögerte Übergänge und Schaltverluste bereitstellen.
  • Viele elektrifizierte Fahrzeuge beinhalten einen Gleichspannungswandler, der auch als variabler Spannungswandler (VVC) bezeichnet wird, um die Spannung der Antriebsbatterie in einen operationellen Spannungspegel der elektrischen Maschine umzuwandeln. Die elektrische Maschine, die einen Antriebsmotor enthalten kann, kann eine hohe Spannung und hohen Strom erfordern. Aufgrund der Spannungs-, Strom- und Schaltanforderungen wird typischerweise ein Halbleiterschalter, wie zum Beispiel ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) verwendet, um die Signale in dem Leistungsumrichter und dem VVC zu erzeugen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein Leistungsmodul beinhaltet einen ersten Halbleiterschalter mit einem ersten Gate, einer ersten Gate-Zuleitung, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und eine erste Induktivität aufweist, und einer zweiten Gate-Zuleitung, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und eine zweite Induktivität aufweist, die größer als die erste Induktivität ist.
  • Ein Fahrzeug beinhaltet eine elektrische Maschine, die zum Bereitstellen von Antriebskraft für das Fahrzeug konfiguriert ist, und einen Leistungsumrichter, der zum Leiten von Leistung unter Verwendung eines ersten und zweiten Schalters, die als eine Halbbrücke konfiguriert sind, von einer Antriebsbatterie zu der elektrischen Maschine konfiguriert ist. Der erste Schalter weist ein erstes Gate, eine erste Gate-Zuleitung, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und eine erste Induktivität aufweist, und eine zweite Gate-Zuleitung auf, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und eine zweite Induktivität aufweist, die größer als die erste Induktivität ist.
  • Eine Leistungsschaltkomponente beinhaltet einen monolithischen IGBT-Die mit einem Emitter, ein Substrat, welches den Die trägt, und eine Leistungsemitterzuleitung, die von dem Substrat getragen wird. Die Komponente beinhaltet ferner eine erste Kelvin-Emitterzuleitung, die durch das Substrat getragen wird und induktiv über eine erste Induktivität mit dem Emitter gekoppelt ist, und eine zweite Kelvin-Emitterzuleitung, die durch das Substrat getragen wird, die induktiv mit dem Emitter gekoppelt ist und eine zweite Induktivität aufweist, die größer als die erste Induktivität ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm eines Hybridfahrzeugs, das typische Antriebsstrang- und Energiespeicherkomponenten mit einem variablen Spannungswandler und Leistungsumrichter dazwischen veranschaulicht.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines variablen Spannungswandlers eines Fahrzeugs.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm eines Umrichters für elektrische Maschinen eines Fahrzeugs.
  • 4A ist ein schematisches Diagramm einer Gate-Treiberschaltung für einen IGBT mit einem einzelnen Gate-Schaltungskopplungskoeffizienten zwischen einer Gate-Schaltungsinduktivität und einer Leistungsschaltungsinduktivität.
  • 4B ist ein schematisches Diagramm einer Gate-Treiberschaltung für einen IGBT mit Dual-Gate-Schaltungskopplungskoeffizienten unter Verwendung von zwei Gate-Anschlüssen.
  • 4C ist ein schematisches Diagramm einer Gate-Treiberschaltung für einen IGBT mit Dual-Gate-Schaltungskopplungskoeffizienten unter Verwendung von drei Gate-Anschlüssen.
  • 4D ist ein schematisches Diagramm einer Gate-Treiberschaltung für einen IGBT mit Dual-Gate-Schaltungskopplungskoeffizienten unter Verwendung von Dual-Kelvin-Emittern.
  • 5A ist ein schematisches Diagramm eines typischen Phasenzweigs des Umrichters aus 3, der zum Antreiben einer elektrischen Maschine verwendet wird.
  • 5B ist eine Veranschaulichung eines Entwurfs eines typischen Phasenzweigs mit Dual-IGBTs, wobei jeder Dual-Gate-Anschlüsse aufweist.
  • 5C ist eine Veranschaulichung eines Entwurfs eines typischen Phasenzweigs mit Dual-IGBTs, wobei jeder Dual-Gate-Anschlüsse mit asymmetrischer Zuleitungslänge aufweist.
  • 5D ist eine Veranschaulichung eines Entwurfs eines typischen Phasenzweigs mit Dual-IGBTs, wobei jeder drei Gate-Anschlüsse mit asymmetrischer Zuleitungslänge aufweist.
  • 6A ist eine perspektivische Ansicht eines Entwurfs eines IGBT mit Dual-Gate-Anschlüssen mit asymmetrischer Zuleitungslänge.
  • 6B ist eine Veranschaulichung eines Entwurfs eines IGBT und eines Zuleitungsrahmens mit Dual-Gate-Anschlüsse.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind die hier offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert sein können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, welche nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
  • Halbleitervorrichtungen (SSD), wie zum Beispiel Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFETs) oder Bipolartransistoren (BJTs), werden häufig in einer Vielzahl von Industrieanwendungen verwendet, wie zum Beispiel elektrische Motorantriebe, Leistungsumrichter und Leistungsmodule. Der Betrieb eines IGBT und eines MOSFET ist spannungsgesteuert, wobei der Betrieb auf einer Spannung basiert, die an ein Gate des IGBT oder MOSFET angelegt wird, während der Betrieb eines BJT stromgesteuert ist, wobei der Betrieb auf einem Strom basiert, der an eine Basis des BJT angelegt wird. Hier wird die Verwendung eines IGBT besprochen, die Struktur und die Verfahren können jedoch auf andere SSDs angewendet werden. Der Betrieb eines IGBT wird durch eine Gate-Spannung, die durch einen Gate-Treiber geliefert wird, gesteuert. Konventionelle Gate-Treiber basieren typischerweise auf einer Spannung, die größer als eine Schwellenspannung ist, die an das IGBT-Gate mit einem strombegrenzenden Widerstand angelegt wird, der typischerweise aus einer schaltbaren Spannungsquelle und einem Gate-Widerstand besteht. Ein geringer Gate-Widerstand würde zu einer schnellen Schaltgeschwindigkeit und geringem Schaltverlust führen, kann aber auch höhere Belastungen der Halbleitervorrichtungen bewirken, z. B. übermäßige Spannungsbelastungen. Daher ist der Gate-Widerstand ausgewählt, um einen Kompromiss zwischen Schaltverlust, Schaltverzögerung und Belastungen anzustreben. Wenn ein IGBT ausgeschaltet wird, reduziert der Gate-Widerstand den Strom, der vom Gate fließt, und erhöht dadurch eine Abschaltzeit des IGBT. Der IGBT kann während des Einschaltens und des Abschaltens ebenfalls keine gleichen Verluste aufweisen, daher wird ein Gate-Treiber verwendet, der einen Einschaltwiderstand bereitstellt, der sich von dem Abschaltwiderstand unterscheidet.
  • Ein weiterer Faktor, der in Bezug auf Schaltverluste einer Halbleitervorrichtung zu bedenken ist, ist eine Common-Source-Induktivität. Bei der Common-Source-Induktivität handelt es sich um eine Induktivität, die von einer Hauptleistungsschaltung und einer Gate-Treiberschaltung in einem Schaltkreis einer MOSFET-Schaltung geteilt wird. Bei einer MOSFET-Schaltung ist der Source-Stift sowohl in der Leistungsschaltung (ein Hochspannungs- und Hochstrom-Strömungspfad vom Drain zur Source, Ids, der verwendet wird, um einer Last Leistung bereitzustellen) als in dem Regelkreis gemein (ein Niederspannungs- und Niederstrom-Strömungspfad durch das Gate und die Source, Vgs, der verwendet wird, um die Strömungsleistung zu der Last zu steuern). Hier werden der Begriff und die Prinzipien auf einen IGBT angewendet, wobei der Emitterstift sowohl in der Leistungsschaltung (Strom, der vom Kollektor zu dem Emitter strömt, Ic) und dem Regelkreis (Spannung durch das Gate und den Emitter, Vge) gemein ist, dort wird der Begriff Common-Source-Induktivität verwendet, um auf die Common-Emitter-Induktivität zu verweisen. Common-Source-Induktivität ist typischerweise eine störende Induktivität, die mit der Vorrichtungsverpackung und den Leiterplattenbahnen assoziiert ist. Common-Source-Induktivität kann die Einschalt-Schaltleistung durch Reduzieren der Schaltgeschwindigkeit und Erhöhen der Schaltverluste verschlechtern, dies führt zu Gate Ringing, was dann Gate-Oxidabbau oder Steuerinstabilität bewirken kann.
  • Hier werden Dual-Gate-Steuerpfadschaltungen zum Einschalten und Abschalten verwendet, dies beinhaltet eine Dual-Kelvin-Emittervorrichtung und eine Dual-Gate-Zuleitungsvorrichtung. Obwohl hauptsächlich die Verwendung einer Dual-Gate-Zuleitungsvorrichtung besprochen wird, können die Konzepte auf Dual-Kelvin-Emittervorrichtungen angewendet werden. Eine Dual-Gate-Zuleitungsvorrichtung stellt eine Verbesserung der Schaltleistung und eine Verlustreduzierung durch die Konfiguration von Dual-Common-Source-Induktivitäten bereit. Ein Steueranschluss ist konfiguriert, um eine bestimmte Common-Source-Induktivität, die an das Einschalten angepasst ist, und eine bestimmte Common-Source-Induktivität aufzuweisen, die an das Abschalten angepasst ist. Die Verwendung von unabhängigen Common-Source-Induktivitäten zum Einschalten und Abschalten gestattet es dem Entwickler der Vorrichtung oder des Moduls, die Vorrichtung derart, anzupassen, dass die induktive Spannungsübersteigung reduziert wird und über die eines geringeren Gate-Widerstands. Die Verwendung eines niedrigeren Gate-Widerstands führt zu höheren Schaltgeschwindigkeiten und reduzierten Verlusten.
  • Eine SSD, die mit mehreren Gate-Leads gepackt ist, ebenfalls als Gate-Anschlüsse bezeichnet, kann mit unterschiedlichen Induktivitäten konfiguriert sein, die mit jeder Gate-Zuleitung assoziiert sind. Die Struktur mit mehreren Gate-Anschlüssen kann zwei oder mehr Gate-Zuleitungen beinhalten. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung mit zwei Gate-Anschlüssen konfiguriert sein, um einen unterschiedlichen Kopplungskoeffizienten zwischen jede, Gate-Anschluss und der Hauptleistungsschaltung aufzuweisen, wodurch dedizierte Common-Source-Induktivitäten für das Einschalten und Abschalten der Vorrichtung erzeugt werden. Der Kopplungskoeffizient kann eine positive Zahl, eine negative Zahl oder null sein. Die Leistungsschaltungsinduktivität beinhaltet all die störenden Induktivitäten in der Leistungsschaltung (z. B. Induktivität auf der Emitterseite oder der Kollektorseite, Induktivität oberer oder unterer Vorrichtungen, Kondensator-ESL, Busleisteninduktivitäten usw.). Diese Vorrichtungen, die mir mehreren Gate-Anschlüssen gepackt sind, können bei vielen Anwendungen verwendet und daran angepasst werden, darunter Automobilumrichter und Automobilgleichspannungswandler.
  • Der Wert des Kopplungskoeffizienten, z. B. eine Kopplungsinduktivität, basiert auf einem Gate-Widerstand, einer Eingangskapazität des IGBT zwischen dem Gate und dem Emitter des IGBT, wobei ein Kollektor des IGBT mit dem Emitter kurzgeschlossen ist, der DC-Busspannung, dem Laststrom und der Leistungsschaltungsstreuinduktivität.
  • 1 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug 112, das als ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können dazu in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator zu arbeiten. Außerdem ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch mit einem Motor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist auch mechanisch mit einer Antriebswelle 120 gekoppelt, die mechanisch mit den Rädern 122 gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 114 können Antriebs- und Abbremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Motor 118 an- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 114 können auch als Generatoren fungieren und können Kraftstoffeffizienzvorteile bereitstellen, indem Energie rückgewonnen wird, die normalerweise als Hitze in einem Reibungsbremssystem verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 114 können auch Fahrzeugemissionen reduzieren, indem ermöglicht wird, dass der Motor 118 bei effizienteren Geschwindigkeiten arbeitet, und ermöglicht wird, dass das Hybrid-Elektrofahrzeug 112 im Elektrobetrieb betrieben wird, wobei der Motor 118 unter bestimmten Bedingungen aus ist. Ein elektrifiziertes Fahrzeug 112 kann auch ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) sein. In einer BEV-Konfiguration ist der Motor 118 möglicherweise nicht vorhanden. In anderen Konfigurationen kann das elektrifizierte Fahrzeug 112 ein volles Hybrid-Elektrofahrzeug (FHEV) ohne Plug-in-Fähigkeit sein.
  • Eine Antriebsbatterie oder ein Batteriepack 124 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Das Fahrzeugbatteriepack 124 kann einen Hochspannungsgleichstrom(DC)-ausgang bereitstellen. Die Antriebsbatterie 124 kann elektrisch mit einem oder mehreren elektronischen Leistungsmodulen 126 gekoppelt sein. Ein oder mehrere Schütze 142 können die Antriebsbatterie 124 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet sind, und die Antriebsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das elektronische Leistungsmodul 126 ist auch elektronisch mit den elektrischen Maschinen 114 gekoppelt und stellt die Möglichkeit bereit, Energie bidirektional zwischen der Antriebsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Beispielsweise kann eine Antriebsbatterie 124 eine Gleichstromspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 mit einem 3-Phasen-Wechselstrom (AC) arbeiten können, um zu funktionieren. Das elektronische Leistungsmodul 126 kann die Gleichstromspannung in einen 3-Phasen-Wechselstrom umwandeln, um die elektrischen Maschinen 114 zu betreiben. In einem Regenerativmodus kann das elektronische Leistungsmodul 126 den 3-Phasen-Wechselstrom von den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die Gleichstromspannung umwandeln, die mit der Antriebsbatterie 124 kompatibel ist.
  • Das Fahrzeug 112 kann einen variablen Spannungswandler (VVC) 152 beinhalten, der elektrisch zwischen der Antriebsbatterie 124 und dem elektronischen Leistungsmodul 126 gekoppelt ist. Der VVC 152 kann ein Gleichstromaufwärtswandler sein, der konfiguriert ist, um die Spannung, die von der Antriebsbatterie 124 bereitgestellt ist, zu erhöhen oder zu steigern. Durch Erhöhen der Spannung kann der Strombedarf gesenkt werden, was zu einer Reduktion der Kabelgröße für das elektronische Leistungsmodul 126 und die elektrischen Maschinen 114 führt. Ferner können die elektrischen Maschinen 114 mit besserer Effizienz und geringeren Verlusten betrieben werden.
  • Neben dem Bereitstellen von Antriebsenergie kann die Antriebsbatterie 124 Energie für weitere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein Gleichspannungswandlermodul 128 beinhalten, das den Hochspannungsgleichstromausgang der Antriebsbatterie 124 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt, die mit Niederspannungsfahrzeugladungen kompatibel ist. Ein Ausgang des Gleichspannungswandlermoduls 128 kann elektrisch mit einer Hilfsbatterie 130 (z. B. einer 12-V-Batterie) gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 aufzuladen. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit der Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Eine oder mehrere elektrische Lasten 146 können mit dem Hochspannungsbus gekoppelt sein. Die elektrischen Lasten 146 können eine zugeordnete Steuerung aufweisen, welche die elektrischen Lasten 146 gegebenenfalls betreibt und steuert. Bespiele für elektrische Lasten 146 können ein Gebläse, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor sein.
  • Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann konfiguriert sein, um die Antriebsbatterie 124 von einer externen Stromquelle 136 aus aufzuladen. Die externe Stromquelle 136 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Stromquelle 136 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder Elektrofahrzeugversorgungsgerät (EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Stromquelle 136 kann ein elektrisches Stromversorgungsnetz sein, wie es von einem elektrischen Versorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Das EVSE 138 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Stromquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Stromquelle 136 kann dem EVSE 138 elektrische Energie als Gleichstrom oder Wechselstrom bereitstellen. Das EVSE 138 kann einen Ladestecker 140 zum Einstecken in einen Ladeport 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeport 134 kann jede Art von Port sein, der konfiguriert ist, um Strom von dem EVSE 138 an das Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeport 134 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem fahrzeugseitigen Leistungsumwandlungsmodul 132 gekoppelt sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann die Leistung konditionieren, die von dem EVSE 138 zugeführt wird, um der Antriebsbatterie 124 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann mit dem EVSE 138 kommunizieren, um die Stromabgabe an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeports 134 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung von drahtloser induktiver Kopplung übertragen.
  • Eine oder mehrere Radbremsen 144 können bereitgestellt sein, um das Fahrzeug 112 abzubremsen und eine Bewegung des Fahrzeugs 112 zu verhindern. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können ein Teil einer Bremsanlage 150 sein. Die Bremsanlage 150 kann weitere Komponenten beinhalten, um die Radbremsen 144 zu betreiben. Der Einfachheit halber zeigt die Figur eine einzige Verbindung zwischen der Bremsanlage 150 und einer der Radbremsen 144. Eine Verbindung zwischen der Bremsanlage 150 und den weiteren Radbremsen 144 wird impliziert. Die Bremsanlage 150 kann eine Steuerung beinhalten, um die Bremsanlage 150 zu überwachen und zu koordinieren. Die Bremsanlage 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zum Fahrzeugabbremsen steuern. Die Bremsanlage 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann auch autonom arbeiten, um Funktionen, wie etwa Stabilitätskontrolle, umzusetzen. Die Steuerung der Bremsanlage 150 kann ein Verfahren zum Anwenden einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn dies von einer weiteren Steuerung oder einer Unterfunktion angefordert wird.
  • Elektronische Module im Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kommunikationskanälen beinhalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus, wie etwa ein Controller Area Network (CAN), sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernetnetzwerk beinhalten, das von der Normengruppe des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802 definiert ist. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Stromsignale von der Hilfsbatterie 130 beinhalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Beispielsweise können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuerungssignale über ein CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Software-Komponenten beinhalten, die eine Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen unterstützen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, es kann jedoch impliziert werden, dass das Netzwerk mit jedem elektronischen Modul verbunden werden kann, das in dem Fahrzeug 112 vorhanden ist. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
  • 2 zeigt ein Diagramm eines VVC 152, der als ein Aufwärtswandler ausgelegt ist. Der VVC 152 kann Eingangsanschlüsse enthalten, die durch die Schütze 142 mit Anschlüssen der Antriebsbatterie 124 gekoppelt sein können. Der VVC 152 kann Ausgangsanschlüsse enthalten, die mit Anschlüssen des elektronischen Leistungsmoduls 126 gekoppelt sind. Der VVC 152 kann betrieben werden, um zu verursachen, dass eine Spannung an den Ausgangsanschlüssen höher ist als eine Spannung an den Eingangsanschlüssen. Das Fahrzeug 112 kann eine VVC-Steuerung 200 enthalten, die elektrische Parameter (z. B. Spannung und Strom) an verschiedenen Positionen innerhalb des VVC 152 überwacht und steuert. In manchen Konfigurationen kann die VVC-Steuerung 200 als Teil des VVC 152 enthalten sein. Die VVC-Steuerung 200 kann eine Ausgangsspannungsreferenz bestimmen V * / dc . Die VVC-Steuerung 200 kann basierend auf den elektrischen Parametern und der Spannungsreferenz, V * / dc ., ein Steuerungssignal bestimmen, das genügt, um zu verursachen, dass der VVC 152 die erwünschte Ausgangsspannung erreicht. In manchen Konfigurationen, kann das Steuerungssignal als ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal umgesetzt werden, in dem ein Arbeitszyklus des PWM-Signals vielfältig ist. Das Steuerungssignal kann in einer vorbestimmten Schaltfrequenz betrieben werden. Die VVC-Steuerung 200 kann dem VVC 152 befehlen, die erwünschte Ausgangsspannung unter Verwendung des Steuerungssignals bereitzustellen. Das spezielle Steuerungssignal, bei dem der VVC 152 betrieben wird, kann direkt in Zusammenhang mit der Menge der Spannungssteigerung sein, der von dem VVC 152 bereitzustellen ist.
  • Die Ausgangsspannung des VVC 152 kann gesteuert werden, um die erwünschte Referenzspannung zu erreichen. In manchen Konfigurationen kann der VVC 152 ein Aufwärtswandler sein. In einer Aufwärtswandlerkonfiguration, in der die VVC-Steuerung 200 den Arbeitszyklus steuert, kann die ideale Beziehung zwischen der Eingangsspannung Vin und der Ausgangsspannung Vout und dem Arbeitszyklus D unter Verwendung der folgenden Gleichung veranschaulicht werden:
    Figure DE102017119949A1_0002
  • Der erwünschte Arbeitszyklus D kann bestimmt werden, indem die Eingangsspannung (z. B. Antriebsbatteriespannung) gemessen wird und die Ausgangsspannung auf die Referenzspannung eingestellt wird. Der VVC 152 kann ein Abwärtswandler sein, der die Spannung von Eingang auf Ausgang reduziert. In einer Abwärtskonfiguration kann eine unterschiedliche Expression, die die Eingangs- und die Ausgangsspannung mit dem Arbeitszyklus in Verbindung bringt, abgeleitet werden. In manchen Konfigurationen, kann der VVC 152 ein Abwärts-Aufwärts-Wandler sein, der die Eingangsspannung erhöhen oder verringern kann. Die Steuerungsstrategie, die hierin beschrieben ist, ist nicht auf eine spezielle variable Spannungswandlertopologie beschränkt.
  • In Bezug auf 2 kann der VVC 152 das Spannungspotenzial der elektrischen Leistung, die von der Antriebsbatterie 124 bereitgestellt ist, steigern oder verstärken. Die Antriebsbatterie 124 kann Hochspannungs(HV)-gleichstrom bereitstellen. In manchen Konfigurationen kann die Antriebsbatterie 124 eine Spannung zwischen 150 und 400 Volt bereitstellen. Das Schütz 142 kann elektrisch in Reihe zwischen der Antriebsbatterie 124 und dem VVC 152 geschaltet sein. Wenn das Schütz 142 geschlossen ist, kann der Hochspannungsgleichstrom von der Antriebsbatterie 124 an den VVC 152 übertragen werden. Ein Eingangskondensator 202 kann elektrisch parallel zu der Antriebsbatterie 124 gekoppelt sein. Der Eingangskondensator 202 kann die Busspannung stabilisieren und jedwede Spannung und Stromwelligkeit reduzieren. Der VVC 152 kann den Hochspannungsgleichstrom empfangen und das Spannungspotenzial der Eingangsspannung nach dem Arbeitszyklus steigern oder verstärken.
  • Der Ausgangskondensator 204 kann elektrisch zwischen den Ausgangsanschlüssen des VVC 152 gekoppelt sein. Der Ausgangskondensator 204 kann die Busspannung stabilisieren und Spannung und Stromwelligkeit am Ausgang des VVC 152 reduzieren.
  • Weiter in Bezug auf 2 kann der VVC 152 eine erste Schaltvorrichtung 206 und eine zweite Schaltvorrichtung 208 enthalten, um eine Eingangsspannung zu steigern, um die gesteigerte Ausgangsspannung bereitzustellen. Die Schaltvorrichtungen 206, 208 können dazu ausgelegt sein, selektiv einen Strom zu einer elektrischen Last zu strömen (z. B. elektronisches Leistungsmodul 126 und elektrische Maschinen 114). Jede Schaltvorrichtung 206, 208 kann individuelle durch eine Gate-Treiberschaltung (nicht gezeigt) der VVC-Steuerung 200 gesteuert werden und kann jede Art von steuerbarem Schalter enthalten (z. B. einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder Feldeffekttransistor (FET)).
  • Die Gate-Treiberschaltung kann elektrische Signale an jede der Schaltvorrichtungen 206, 208 bereitstellen, die auf dem Steuerungssignal basieren (z. B. Arbeitszyklus des PWM-Steuerungssignals). Eine Diode kann über jede der Schaltvorrichtungen 206, 208 gekoppelt sein. Die Schaltvorrichtungen 206, 208 können jeweils einen zugeordneten Schaltverlust aufweisen. Die Schaltverluste sind diejenigen Leistungsverluste, die während Zustandsänderungen der Schaltvorrichtung auftreten (z. B. an/aus- und aus/an-Übergänge). Die Schaltverluste können durch den Strom, der hindurchfließt, und die Spannung an der Schaltvorrichtung 206, 208 während des Übergangs quantifiziert werden. Die Schaltvorrichtungen können auch zugeordnete Leitverluste aufweisen, die auftreten, wenn die Vorrichtung angeschaltet ist.
  • Das Fahrzeugsystem kann Sensoren zum Messen elektrischer Parameter des VVC 152 enthalten. Ein erster Spannungssensor 210 kann dazu ausgelegt sein, die Eingangsspannung zu messen (z. B. Spannung der Batterie 124) und der VVC-Steuerung 200 ein entsprechendes Eingangssignal (Vbat) bereitzustellen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der erste Spannungssensor 210 die Spannung an dem Eingangskondensator 202 messen, die der Batteriespannung entspricht. Ein zweiter Spannungssensor 212 kann die Ausgangsspannung des VVC 152 messen und der VVC-Steuerung 200 ein entsprechendes Eingangssignal (Vdc) bereitzustellen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der zweite Spannungssensor 212 die Spannung an dem Ausgangskondensator 204 messen, die der Gleichstrombusspannung entspricht. Der erste Spannungssensor 210 und der zweite Spannungssensor 212 können eine Schaltung enthalten, um die Spannungen eine Ebene zu skalieren, die für die VVC-Steuerung 200 angemessen ist. Die VVC-Steuerung 200 kann eine Schaltung enthalten, um die Signale von dem ersten Spannungssensor 210 und dem zweiten Spannungssensor 212 zu filtern und zu digitalisieren.
  • Ein Eingangsinduktor 214 kann elektrisch in Reihe zwischen der Antriebsbatterie 124 und den Schaltvorrichtungen 206, 208 geschaltet sein. Der Eingangsinduktor 214 kann zwischen Speichern und Freigeben von Energie in dem VVC 152 abwechseln, um das Bereitstellen der variablen Spannungen und Ströme als VVC-Ausgang 152 und das Erreichen der erwünschten Spannungssteigerung zu ermöglichen. Ein Stromsensor 216 kann den Eingangsstrom durch den Eingangsinduktor 214 messen und der VVC-Steuerung 200 ein entsprechendes Stromsignal (IL) bereitzustellen. Der Eingangsstrom durch den Eingangsinduktor 214 kann ein Ergebnis der Spannungsdifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung des VVC 152, der Leitzeit der Schaltvorrichtungen 206, 208 und der Induktivität L des Eingangsinduktors 214 sein. Die VVC-Steuerung 200 eine Schaltung enthalten, um das Signal von dem Stromsensor 216 zu skalieren, zu filtern und zu digitalisieren.
  • Die VVC-Steuerung 200 kann programmiert sein, um die Ausgangsspannung des VVC 152 zu steuern. Die VVC-Steuerung 200 kann Eingaben von dem VVC 152 und anderen Steuerungen über das Fahrzeugnetzwerk empfangen und die Steuerungssignale bestimmen. Die VVC-Steuerung 200 kann die Eingangssignale (Vbat, Vdc, IL, V * / dc ) überwachen, um die Steuerungssignale zu bestimmen. Die VVC-Steuerung 200 kann der Gate-Treiberschaltung zum Beispiel Steuerungssignale bereitstellen, die einem Arbeitszyklusbefehl entsprechen. Die Gate-Treiberschaltung kann dann jede Schaltvorrichtung 206, 208 basierend auf dem Arbeitszyklusbefehl steuern.
  • Die Steuerungssignale an den VVC 152 können dazu ausgelegt sein, die Schaltvorrichtungen 206, 208 in einer speziellen Schaltfrequenz anzutreiben. Innerhalb jedes Zyklus der Schaltfrequenz können die Schaltvorrichtungen 206, 208 in dem angegebenen Arbeitszyklus betrieben werden. Der Arbeitszyklus definiert die Zeit, die die Schaltvorrichtungen 206, 208 in einem an-Zustand und einem aus-Zustand sind. Der Arbeitszyklus von 100 % kann zum Beispiel die Schaltvorrichtungen 206, 208 in einem kontinuierlichen an-Zustand ohne Ausschalten betreiben. Ein Arbeitszyklus von 0 % kann die Schaltvorrichtungen 206, 208 in einem kontinuierlichen aus-Zustand ohne Anschalten betreiben. Ein Arbeitszyklus von 50 % kann die Schaltvorrichtungen 206, 208 im halben Zyklus in einem an-Zustand und im halben Zyklus im aus-Zustand betreiben. Die Steuerungssignale für die zwei Schalter 206, 208 können komplementär sein. Das heißt, das Steuerungssignal, das an eine der Schaltvorrichtungen (z. B. 206) gesendet wird, kann eine invertierte Version des Steuerungssignals sein, das an die andere Schaltvorrichtung (z. B. 208) gesendet wird.
  • Der Strom, der von den Schaltvorrichtungen 206, 208 gesteuert wird, kann eine Welligkeitskomponente enthalten, die eine Größe aufweist, die mit einer Größe des Stroms und dem Arbeitszyklus und der Schaltfrequenz der Schaltvorrichtungen 206, 208 variiert. In Bezug auf den Eingangsstrom tritt die Worst-Case-Welligkeitsstromgröße unter relativ hohen Eingangsstrombedingungen auf. Wenn der Arbeitszyklus festgelegt ist, verursacht ein Anstieg des Induktorstroms einen Anstieg in der Größe des Welligkeitsstroms, wie in 4 gezeigt. Die Größe des Welligkeitsstroms bezieht sich auch auf den Arbeitszyklus. Die höchste Größe des Welligkeitsstroms tritt auf, wenn der Arbeitszyklus gleich 50 % ist. Die allgemeine Beziehung zwischen der Induktorwelligkeitsstromgröße und dem Arbeitszyklus kann wie in 5 gezeigt sein. Basierend auf diesen Fakten kann es von Vorteil sein, Maßnahmen umzusetzen, um die Welligkeitsstromgröße unter Hochstrom- und mittleren Arbeitszyklusbedingungen zu reduzieren.
  • Bei der Konzeption des VVC 152 können die Schaltfrequenz und der Induktivitätswert des Induktors 214 ausgewählt werden, um eine maximale zulässige Welligkeitsstromgröße zu erfüllen. Die Welligkeitskomponente kann eine periodische Variation sein, die auf einem Gleichstromsignal erscheint. Die Welligkeitskomponente kann durch eine Welligkeitskomponentengröße und eine Welligkeitskomponentenfrequenz definiert sein. Die Welligkeitskomponente kann Oberwellen aufweisen, die in einem hörbaren Frequenzbereich sind, der die Geräuschsignatur des Fahrzeugs ergänzen kann. Ferner kann die Welligkeitskomponente Schwierigkeiten mit genauem Steuern von Vorrichtungen verursachen, die von den Quellen versorgt werden. Während Schaltübergängen können die Schaltvorrichtungen 206, 208 bei dem maximalen Induktorstrom (Gleichstrom plus Welligkeitsstrom) ausschalten, der bei den Schaltvorrichtungen 206, 208 eine große Spannungsspitze verursachen kann. Aufgrund der Größen- und Kosteneinschränkungen kann der Induktivitätswert basierend auf dem geleiteten Strom ausgezählt werden. Im Allgemeinen kann die Induktivität aufgrund von Sättigung sinken, wenn der Strom steigt.
  • Die Schaltfrequenz kann ausgewählt werden, um eine Größe der Welligkeitsstromkomponente in Worst-Case-Szenarien zu begrenzen (z. B. höchste Eingangsstrom- und/oder Arbeitszyklus nahe 50 %-Bedingungen). Die Schaltfrequenz der Schaltvorrichtungen 206, 208 kann ausgewählt werden, um eine Frequenz zu sein (z. B. 10 kHz), die größer ist als eine Schaltfrequenz des Motor-/Generatorumrichters (z. B. 5 kHz), der mit einem Ausgang des VVC 152 gekoppelt ist. In manchen Anwendungen kann die Schaltfrequenz des VVC 152 als eine vorbestimmte feste Frequenz ausgewählt werden. Die vorbestimmte feste Frequenz wird im Allgemeinen ausgewählt, um Geräusch- und Welligkeitsstromspezifikationen zu erfüllen. Jedoch kann die Auswahl der vorbestimmten festen Frequenz nicht beste Leistung über alle Arbeitsbereiche des VVC 152 bereitstellen. Die vorbestimmte feste Frequenz kann beste Ergebnisse unter einem bestimmten Satz von Betriebsbedingungen bereitstellen, kann aber unter anderen Betriebsbedingungen ein Kompromiss sein.
  • Erhöhen der Schaltfrequenz kann die Welligkeitsstromgröße und niedrigere Spannungsbelastung bei den Schaltvorrichtungen 206, 208 verringern, kann aber zu höheren Schaltverlusten führen. Während die Schaltfrequenz für Worst-Case-Welligkeitsbedingungen ausgewählt werden kann, kann der VVC 152 für einen kleinen Prozentsatz der gesamten Betriebszeit unter den Worst-Case-Welligkeitsbedingungen arbeiten. Dies kann zu unnötig hohen Schaltverlusten führen, die die Kraftstoffeffizienz senken könnten. Außerdem kann die feste Schaltfrequenz das Geräuschspektrum in einem sehr engen Bereich konzentrieren. Die erhöhte Geräuschdichte in diesem engen Bereich kann zu spürbaren Problemen mit Geräuschen, Vibration und Härte (NVH) führen.
  • Die VVC-Steuerung 200 kann programmiert sein, um die Schaltfrequenz der Schaltvorrichtungen 206, 208 basierend auf dem Arbeitszyklus und dem Eingangsstrom zu variieren. Die Variation der Schaltfrequenz kann den Kraftstoffverbrauch verbessern, indem Schaltverluste reduziert werden und Probleme mit NVH reduziert werden, während unter Worst-Case-Welligkeitsbedingungen Welligkeitsstromziele erhalten werden.
  • Unter relativ hohen Strombedingungen können die Schaltvorrichtungen 206, 208 erhöhte Spannungsbelastung erleben. Bei einem maximalen Betriebsstrom des VVC 152 kann es erwünscht sein, eine relativ hohe Schaltfrequenz auszuwählen, die die Welligkeitskomponentengröße mit einem angemessenen Niveau von Schaltverlusten reduziert. Die Schaltfrequenz kann basierend auf der Eingangsstromgröße ausgewählt werden, sodass die Schaltfrequenz steigt, wenn die Eingangsstromgröße steigt. Die Schaltfrequenz kann bis zu einer vorbestimmten maximalen Schaltfrequenz erhöht werden. Die vorbestimmte maximale Schaltfrequenz kann auf einem Niveau sein, das einen Kompromiss zwischen niedrigeren Welligkeitskomponentengrößen und höheren Schaltverlusten bereitstellt. Die Schaltfrequenz kann in diskreten Stufen oder kontinuierlich in dem Betriebsstrombereich geändert werden.
  • Die VVC-Steuerung 200 kann programmiert sein, um die Schaltfrequenz als Reaktion darauf zu reduzieren, dass der Stromeingang geringer ist als ein vorbestimmter maximaler Strom. Der vorbestimmte maximale Strom kann ein maximaler Betriebsstrom des VVC 152 sein. Die Veränderung der Schaltfrequenz kann auf der Größe des Stromeingangs an den Schaltvorrichtungen 206, 208 basieren. Wenn ein Strom größer ist als der vorbestimmte maximale Strom, kann die Schaltfrequenz auf eine vorbestimmte maximale Schaltfrequenz eingestellt werden. Wenn der Strom sinkt, sinkt die Größe der Welligkeitskomponente. Durch Betrieb bei niedrigeren Schaltfrequenzen, wenn der Strom sinkt, werden Schaltverluste reduziert. Die Schaltfrequenz kann basierend auf dem Leistungseingang an den Schaltvorrichtungen variiert werden. Wenn die Eingangsleistung eine Funktion des Eingangsstroms und der Batteriespannung ist, können die Eingangsleistung und der Eingangsstrom auf eine ähnliche Weise verwendet werden.
  • Da der Welligkeitsstrom auch von dem Arbeitszyklus betroffen ist, kann die Schaltfrequenz basierend auf dem Arbeitszyklus variiert werden. Der Arbeitszyklus kann basierend auf dem Verhältnis der Eingangsspannung zu der Ausgangsspannung bestimmt werden. Daher kann die Schaltfrequenz auch basierend auf dem Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung variiert werden. Wenn der Arbeitszyklus nahe 50 % ist, ist die vorhergesagte Welligkeitsstromgröße ein maximaler Wert und die Schaltfrequenz kann auf die vorbestimmte maximale Frequenz eingestellt werden. Die vorbestimmte maximale Frequenz kann ein maximaler Schaltfrequenzwert sein, der ausgewählt wird, um die Welligkeitsstromgröße zu minimieren. Die Schaltfrequenz kann in diskreten Stufen oder kontinuierlich in dem Arbeitszyklusbereich geändert werden.
  • Die VVC-Steuerung 200 kann programmiert werden, um die Schaltfrequenz von der vorbestimmten maximalen Frequenz als Reaktion auf eine Größe einer Differenz zwischen dem Arbeitszyklus und dem Arbeitszykluswert (z. B. 50 %) zu reduzieren, bei dem die vorhergesagte Welligkeitskomponentengröße ein Maximum ist. Wenn die Größe der Differenz geringer ist als ein Schwellenwert, kann die Schaltfrequenz auf die vorbestimmte Frequenz eingestellt werden. Wenn die Größe der Differenz sinkt, kann die Schaltfrequenz in Richtung der vorbestimmten maximalen Frequenz erhöht werden, um die Welligkeitskomponentengröße zu reduzieren. Wenn die Größe der Differenz geringer ist als ein Schwellenwert, kann die Schaltfrequenz auf die vorbestimmte maximale Frequenz eingestellt werden.
  • Die Schaltfrequenz kann darauf beschränkt werden, zwischen der vorbestimmten maximalen Frequenz und einer vorbestimmten minimalen Frequenz zu sein. Die vorbestimmte minimale Frequenz kann ein Frequenzniveau sein, das höher ist als eine vorbestimmte Schaltfrequenz des elektronischen Leistungsmoduls 126, das mit einem Ausgang des Variablen Spannungswandlers 152 gekoppelt ist. Die Schaltfrequenz kann auch auf störender Induktivität im Zusammenhang mit dem Gate des IGBT basieren.
  • In Bezug auf 3 wird ein System 300 zum Steuern eines elektronischen Leistungsmoduls (PEM) 126 bereitgestellt. Das PEM 126 von 3 enthält der Darstellung nach eine Vielzahl von Schaltern 302 (z. B. IGBTs), dazu ausgelegt, kollektiv als ein Umrichter mit einem ersten, zweiten und dritten Phasenzweig 316, 318, 320 zu arbeiten. Während der Umrichter als ein 3-Phasen-Wandler gezeigt ist, kann der Umrichter zusätzliche Phasenzweige enthalten. Der Umrichter kann zum Beispiel ein 4-Phasen-Wandler, ein 5-Phasen-Wandler, ein 6-Phasen-Wandler, etc. sein. Außerdem kann das PEM 126 mehrere Umwandler enthalten, wobei jeder Umrichter in dem PEM 126 drei oder mehr Phasenzweige enthält. Das System 300 kann zum Beispiel zwei oder mehr Umrichter in dem PEM 126 steuern. Das PEM 126 kann ferner einen Gleichstromwandler enthalten, der Hochleistungsschalter (z. B. IGBTs) aufweist, um eine elektronische Leistungsmoduleingangsspannung in eine elektronische Leistungsmodulausgangsspannung durch Steigerung, Verringerung oder eine Kombination davon umzuwandeln.
  • Wie in 3 gezeigt, kann der Umrichter ein Wechselrichter sein. Im Betrieb empfängt der Wechselrichter Gleichstrom von einer Gleichstromverbindung 306 durch einen Gleichstrombus 304 und wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um. Der Wechselstrom wird durch die Phasenströme ia, ib und ic übertragen, um eine Gleichstrommaschine anzutreiben, die auch als eine elektrische Maschine 114 bezeichnet wird, wie ein 3-Phasen-Permanentmagnetsynchronmotor (PMSM), wie in 3 dargestellt. In einem solchen Beispiel kann die Gleichstromverbindung 306 eine Gleichstromspeicherbatterie enthalten, um dem Gleichstrombus 304 Gleichstrom bereitzustellen. In einem weiteren Beispiel kann der Umrichter als ein Wechselrichter arbeiten, der Wechselstrom von der Wechselstrommaschine 114 (z. B. Generator) in Gleichstrom umwandelt, den der Gleichstrombus 304 der Gleichstromverbindung 306 bereitstellen kann. Ferner kann das System 300 das PEM 126 in anderen elektronischen Leistungstopologien steuern.
  • In fortgesetztem Bezug auf 3 enthält jeder der Phasenzweige 316, 318, 320 in dem Umrichter Stromschalter 302, die durch verschiedene Arten von steuerbaren Schaltern umgesetzt werden können. In einer Ausführungsform kann jeder Stromschalter 302 eine Diode und einen Transistor (z. B. einen IGBT) enthalten. Die Dioden von 3 sind als Da1, Da2, Db1, Db2, Dc1 und Dc2 markiert, während die IGBTs von 3 jeweils als Sa1, Sa2, Sb1, Sb2, Sc1 und Sc2 markiert sind. Die Stromschalter Sa1, Sa2, Da1 und Da2 sind Teil eines Phasenzweigs A des 3-Phasen-Wandlers, der in 3 als der erste Phasenzweig A 316 markiert ist. Ebenso sind die Stromschalter Sb1, Sb2, Db1 und Db2 Teil eines Phasenzweigs B 318 und die Stromschalter Sc1, Sc2, Dc1 und Dc2 sind Teil eines Phasenzweigs C 320 des 3-Phasen-Wandlers. Der Umrichter kann in Abhängigkeit von der speziellen Konfiguration des Umrichters jedwede Zahl von Stromschaltern 302 oder Schaltelementen enthalten. Die Dioden (Dxx) sind parallel mit den IGBTs (Sxx) verbunden, jedoch, da die Polaritäten für richtigen Betrieb umgekehrt werden, wird diese Konfiguration oft als anti-parallel verbunden bezeichnet. Eine Diode in dieser anti-parallelen Konfiguration wird auch eine freilaufende Diode genannt.
  • Wie in 3 gezeigt, werden Stromsensoren CSa, CSb und CSc bereitgestellt, um Stromfluss in den jeweiligen Phasenzweigen 316, 318, 320 zu erfassen. 3 zeigt die aktuellen Sensoren CSa, CSb und CSc separat von dem PEM 126. Jedoch können Stromsensoren CSa, CSb und CSc abhängig von seiner Konfiguration als Teil des PEM 126 integriert werden. Stromsensoren CSa, CSb und CSc von 3 sind in Reihe mit jedem der Phasenzweige A, B und C installiert (d. h. Phasenzweige 316, 318, 320 in 3) und stellen die jeweiligen Rückkopplungssignale ias, ibs und ics (auch in 3 gezeigt) für das System 300 bereit. Die Rückkopplungssignale ias, ibs und ics können rohe Stromsignale sein, die von einer Logikvorrichtung (LD) 310 verarbeitet werden oder mit Daten oder Informationen über den Stromfluss durch die jeweiligen Phasenzweige 316, 318, 320 eingebettet oder codiert sein können. Die Stromschalter 302 (z. B. IGBTs) können auch eine Stromerfassungsfähigkeit enthalten. Die Stromerfassungsfähigkeit kann enthalten, dass sie mit einem Stromspiegelausgang konfiguriert ist, die Daten/Signale bereitstellen kann, die für ias, ibs und ics repräsentativ sind. Die Daten/Signale können eine Richtung eines Stromflusses, eine Größe des Stromflusses oder sowohl die Richtung als auch die Größe des Stromflusses durch die jeweiligen Phasenzweige A, B und C angeben.
  • Wieder in Bezug auf 3 enthält das System 300 auch eine Logikvorrichtung (LD) oder Steuerung 310. Die Steuerung oder LD 310 kann durch verschieden Arten oder Kombinationen von elektronischen Vorrichtungen und/oder mikroprozessorbasierten Computern oder Steuerungen umgesetzt werden. Um ein Verfahren zum Steuern des PEM 126 umzusetzen, kann die Steuerung 310 ein Computerprogramm oder einen Algorithmus ausführen, das/der mit dem Verfahren eingebettet oder codiert ist und einem auf flüchtigen und/oder Dauerspeicher 312 gespeichert ist. Alternativ kann Logik in diskreter Logik, einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller oder einer Logik- oder Gate-Anordnung auf einem oder mehreren integrierten Schaltungschips codiert sein. Wie in der Ausführungsform von 3 gezeigt, empfängt und verarbeitet die Steuerung 310 die Rückkopplungssignale ias, ibs und ics, um die Phasenströme ia, ib und ic zu steuern, sodass die Phasenströme ia, ib und ic nach verschiedenen Strom- oder Spannungsmustern durch die Phasenzweige 316, 318, 320 und in die jeweiligen Wicklungen der elektrischen Maschine 114 strömen. Die Spannungsmuster können zum Beispiel Muster der Phasenströme ia, ib und ic enthalten, die in den und weg von dem Gleichstrombus 304 oder einem Gleichstrombuskondensator 308 strömen. Der Gleichstrombuskondensator 308 von 3 wird separat von dem PEM 126 gezeigt. Jedoch kann der Gleichstrombuskondensator 308 als Teil des PEM 126 integriert sein.
  • Wie in 3 gezeigt, kann ein Speichermedium 312 (nachstehend „Speicher“) wie ein computerlesbarer Speicher das Computerprogramm oder den Algorithmus speichern, das/der mit dem Verfahren eingebettet oder codiert ist. Außerdem kann der Speicher 312 Daten und Informationen über die verschiedenen Betriebsbedingungen oder -komponenten in dem PEM 126 speichern. Der Speicher 312 kann zum Beispiel Daten und Informationen über Stromfluss durch die jeweiligen Phasenzweige 316, 318, 320 speichern. Der Speicher 312 kann wie in 3 gezeigt Teil der Steuerung 310 sein. Jedoch kann der Speicher 312 an jeder geeigneten Stelle positioniert werden, die der Steuerung 310 zugänglich ist.
  • Wie in 3 gezeigt, überträgt die Steuerung 310 mindestens ein Steuerungssignal 236 an das Leistungswandlersystem 126. Das Leistungswandlersystem 126 empfängt das Steuerungssignal 322, um die Schaltkonfiguration des Umrichters und daher den Stromfluss durch die jeweiligen Phasenzweige 316, 318 und 320 zu steuern. Die Schaltkonfiguration ist ein Satz von Schaltzuständen der Stromschalter 302 in dem Umrichter. Im Allgemeinen bestimmt die Schaltkonfiguration des Umrichters, wie der Umrichter Leistung zwischen der Gleichstromverbindung 306 und der elektrischen Maschine 114 umwandelt.
  • Um die Schaltkonfiguration des Umrichters zu steuern, ändert der Umrichter den Schaltzustand jedes Stromschalters 302 in dem Umrichter basierend auf dem Steuerungssignal 322 entweder in einen AN-Zustand oder einen AUS-Zustand. In der gezeigten Ausführungsform stellt die Steuerung/LD 310 die Gate-Spannung (Vg) für jeden Stromschalter 302 bereit, um den Stromschalter 302 entweder in AN- oder AUS-Zustände zu wechseln, und treibt daher den Schaltzustand jedes Stromschalters 302 an. Die Gate-Spannungen Vga1, Vga2, Vgb1, Vgb2, Vgc1 und Vgc2 (in 3 gezeigt) steuern den Schaltzustand und Eigenschaften der jeweiligen Stromschalter 302. Während der Umrichter in 3 als eine spannungsgesteuerte Vorrichtung gezeigt ist, kann der Umrichter eine stromgesteuerte Vorrichtung sein oder durch andere Strategien gesteuert sein, die den Stromschalter 302 zwischen AN- und AUS-Zuständen zu wechseln. Die Steuerung 310 kann den Gate-Treiber für jeden IGBT basierend auf der Drehzahl der elektrischen Maschine 114, dem Spiegelstrom oder einer Temperatur des IGBT-Schalters wechseln. Der Wechsel des Gate-Treibers kann aus einer Vielzahl von Gate-Treiberströmen ausgewählt werden, in denen der Wechsel-Gate-Treiberstrom proportional zu einem Wechsel in der IGBT-Schaltgeschwindigkeit ist.
  • Wie auch in 3 gezeigt, enthält jeder Phasenzweig 316, 318 und 320 zwei Schalter 302. Jedoch kann nur ein Schalter von jedem der Zweige 316, 318, 320 in dem AN-Zustand sein, ohne die Gleichstromverbindung 306 kurzzuschließen. Daher ist in jedem Phasenzweig der Schaltzustand des unteren Schalters typischerweise gegensätzlich zum Schaltzustands des entsprechenden oberen Schalters. Folglich bezieht sich ein HOHER Zustand eines Phasenzweigs auf den oberen Schalter in dem Zweig im AN-Zustand, wobei der untere Schalter im AUS-Zustand ist. Ebenso bezieht sich ein NIEDRIGER Zustand des Phasenzweigs auf den oberen Schalter in dem Zweig im AUS-Zustand, wobei der untere Schalter im AN-Zustand ist. Infolgedessen können IGBTs mit Stromspiegelfähigkeit auf allen IGBTs, einer Teilmenge von IGBTs (z. B. Sa1, Sb1, Sc1) oder einem einzigen IGBT sein.
  • Zwei Situationen können während eines aktiven Zustands des 3-Phasen-Wandlers auftreten, wovon ein Beispiel in 2 gezeigt ist: (1) zwei Phasenzweige sind in dem HOHEN Zustand, während der dritte Phasenzweig in dem NIEDRIGEN Zustand ist, oder (2) ein Phasenzweig ist in dem HOHEN Zustand, während die beiden anderen Phasenzweige in dem NIEDRIGEN Zustand sind. Daher ist ein Phasenzweig in dem 3-Phasen-Wandler, die als die „Referenz“-Phase für einen spezifischen aktiven Zustand des Umrichters definiert sein kann, in einem Zustand, der gegensätzlich zu den anderen beiden Phasenzweigen, oder „Nicht-Referenz“-Phasen“, ist, die denselben Zustand aufweisen. Folglich sind die Nicht-Referenz-Phasen entweder beide in dem HOHEN Zustand oder beide in dem NIEDRIGEN Zustand während eines aktiven Zustands des Umrichters.
  • 4A ist ein schematisches Diagramm einer Gate-Treiberschaltung 400 für einen IGBT 402 mit einem einzelnen Gate-Schaltungskopplungskoeffizienten zwischen einer Gate-Schaltungsinduktivität 404 und einer Leistungsschaltungsinduktivität 406. In dieser Ausführungsform wird eine einzelne Gate-Zuleitung zum Steuern des Einschaltens und des Abschaltens über die Verwendung eines ein-Widerstands 408A und eines ausWiderstands 408B verwendet. Der ein-Widerstand 408A und der aus-Widerstand 408B sind ausgewählt, um das Einschalten und das Abschalten des IGBT 402 unabhängig einzustellen, wenn sie durch einen Gate-Treiber 410 angetrieben werden. Diese Gate-Treiberschaltung 400 kann eine Miller-Klemmenverbindung 412 beinhalten, um das Verhindern eines Durchschusses zu unterstützen. Ein Durchschuss ist ein Zustand, bei dem eine obere Vorrichtung und eine untere Vorrichtung in einer Halbbrückenkonfiguration gleichzeitig leiten. Bei dieser Gate-Treiberschaltung 400 bestehet ebenfalls eine gemeinsame Induktivität zwischen der Gate-Schaltungsinduktivität 404 und der Leistungsschaltungsinduktivität 406. Diese gemeinsame Induktivität weist einen Induktivitätskoeffizienten auf, das heißt in der Gate-Einschaltschaltung, der Gate-Abschaltschaltung und der Miller-Klemmenverbindung. In der Vergangenheit mussten die Entwickler von Schaltkreisen diesen einzelnen Koeffizienten in Bezug auf alle drei Aspekte des Betriebs beachten.
  • Hier werden Schaltkreise offenbart, die unabhängige Induktivitätskoeffizienten aufweisen, die an das Einschalten und Abschalten angepasst sind. In einigen Ausführungsformen ist eine Miller-Klemmenverbindung mit einem Induktivitätskoeffizienten bereitgestellt, der sich von dem Einschalt- und dem Abschaltkoeffizienten unterscheidet.
  • 4B ist ein schematisches Diagramm einer Gate-Treiberschaltung 420 für einen IGBT 422 mit Dual-Gate-Schaltungskopplungskoeffizienten unter Verwendung von zwei Gate-Anschlüssen. In dieser Ausführungsform sind Kopplungskoeffizienten zwischen den Gate-Schaltungsinduktivitäten 424A, 424B und einer Leistungsschaltungsinduktivität 426 getrennt und unabhängig. In dieser Ausführungsform gestattet die Verwendung von Dual-Gate-Zuleitungen, dass die Gate-Treiberschaltung 420 sowohl an das Einschalten als auch an das Abschalten über die Verwendung eines ein-Widerstands 428A und eines ausWiderstands 428B angepasst werden kann. Der ein-Widerstand 428A und der ausWiderstand 428B sind ausgewählt, um das Einschalten und das Abschalten des IGBT 422 unabhängig einzustellen, wenn sie durch einen Gate-Treiber 430 angetrieben werden. Diese Gate-Treiberschaltung 420 kann eine Miller-Klemmenverbindung 432 beinhalten, um das Verhindern eines Durchschusses zu unterstützen. Ein Durchschuss ist ein Zustand, bei dem eine obere Vorrichtung und eine untere Vorrichtung in einer Halbbrückenkonfiguration gleichzeitig leiten. Diese Gate-Treiberschaltung 420 weist eine gemeinsame „ein“-Induktivität zwischen der Gate-Schaltungsinduktivität 424A und der Leistungsschleifeninduktivität 426 und eine gemeinsame „aus“-Induktivität zwischen der Gate-Schaltungsinduktivität 424B und der Leistungsschaltungsinduktivität 426 auf. Eine Miller-Klemmenverbindung 432 kann ebenfalls parallel zu dem ein-Widerstand 428A oder dem aus-Widerstand 428B geschaltet sein. Wenn die Miller-Klemmenverbindung 432 parallel zu dem ein-Widerstand 428A geschaltet ist, wird die Miller-Klemme einen induktiven Koeffizienten auf der Grundlage der gemeinsamen „ein“-Induktivität zwischen der Gate-Schaltungsinduktivität 424A und der Leistungsschleifeninduktivität 426 aufweisen. Wenn die Miller-Klemmenverbindung 432 parallel zu dem aus-Widerstand 428B geschaltet ist, wird die Miller-Klemme einen induktiven Koeffizienten auf der Grundlage der gemeinsamen „aus“-Induktivität zwischen der Gate-Schaltungsinduktivität 424B und der Leistungsschleifeninduktivität 426 aufweisen.
  • 4C ist ein schematisches Diagramm einer Gate-Treiberschaltung für einen IGBT 442 mit drei Gate-Schaltungskopplungskoeffizienten unter Verwendung von drei Gate-Anschlüssen. In dieser Ausführungsform sind Kopplungskoeffizienten zwischen einer Miller-Klemmenverbindung 452, den Gate-Schaltungsinduktivitäten 444A, 444B und einer Leistungsschaltungsinduktivität 446 getrennt und unabhängig. Die Verwendung von drei Gate-Zuleitungen gestattet, dass die Gate-Treiberschaltung 440 an das Einschalten und an das Abschalten über die Verwendung eines ein-Widerstands 448A und eines ausWiderstands 448B angepasst werden kann. Der ein-Widerstand 448A und der ausWiderstand 448B sind ausgewählt, um das Einschalten und das Abschalten des IGBT 442 unabhängig einzustellen, wenn sie durch einen Gate-Treiber 450 angetrieben werden. Diese Gate-Treiberschaltung 440 weist der Darstellung nach die Miller-Klemmenverbindung 452 auf, um das Verhindern eines Durchschusses zu unterstützen. Diese Gate-Treiberschaltung 440 weist eine gemeinsame „ein“-Induktivität zwischen der Gate-Schaltungsinduktivität 444A und der Leistungsschleifeninduktivität 446 und eine gemeinsame „aus“-Induktivität zwischen der Gate-Schaltungsinduktivität 444B und der Leistungsschaltungsinduktivität 446 auf. Diese Gate-Treiberschaltung 440 weist der Darstellung nach ebenfalls eine Miller-Klemmenverbindung 452 auf, die einen getrennten und unabhängigen induktiven Koeffizienten aufweist, da sie die „ein“-Gate-Schaltungsinduktivität 444A oder die „aus“-Gate-Schaltungsinduktivität 444B nicht teilt.
  • 4D ist ein schematisches Diagramm einer Gate-Treiberschaltung 460 für einen IGBT 462 mit Dual-Gate-Schaltungskopplungskoeffizienten unter Verwendung von Dual-Kelvin-Emittern. In dieser Ausführungsform sind Kopplungskoeffizienten zwischen den Kelvin-Emitterschaltungsinduktivitäten 464A, 464B und einer Leistungsschaltungsinduktivität 466 getrennt und unabhängig. Die Dual-Kelvin-Emitterzuleitungen gestatten, dass die Gate-Treiberschaltung 460 an das Einschalten und an das Abschalten über die Verwendung eines ein-Widerstands 468A und eines ausWiderstands 468B angepasst werden kann. Der ein-Widerstand 468A und der ausWiderstand 468B sind ausgewählt, um das Einschalten und das Abschalten des IGBT 462 unabhängig einzustellen, wenn sie durch einen Gate-Treiber 470 angetrieben werden. Der ein-Widerstand 468A und die Kelvin-Emitter-ein-Induktivität 464A befinden sich in einem Rücklaufpfad des Niederspannungseinschaltregelkreises (d. h. Gate-Schaltung) und der ausWiderstand 468B und die Kelvin-Emitter-ein-Induktivität 464B befinden sich in einem Rücklaufpfad des Niederspannungsabschaltregelkreises. Diese Gate-Treiberschaltung 460 weist eine gemeinsame „ein“-Induktivität zwischen der Gate-Schaltungsinduktivität 464A und der Leistungsschleifeninduktivität 466 und eine gemeinsame „aus“-Induktivität zwischen der Gate-Schaltungsinduktivität 464B und der Leistungsschaltungsinduktivität 466 auf. Der ein-Widerstand 468A und der aus-Widerstand 468B sind ausgewählt, um das Einschalten und das Abschalten des IGBT 462 unabhängig einzustellen, wenn sie durch einen Gate-Treiber 470 angetrieben werden. Wenn diese Gate-Treiberschaltung 460 Dual-Kelvin-Emitter mit unterschiedlichen und unabhängigen Gate-Regelkreisinduktoren 464A, 464B in dem Rücklaufpfad nutzt, werden Sperrdioden 472A, 472B zum Steuern des Stromflusses in den Regelkreisen verwendet.
  • 5A ist ein schematisches Diagramm eines typischen Phasenzweigs 500 des Umrichters aus 3, der zum Antreiben einer elektrischen Maschine verwendet wird. Diese Schaltung kann über diskrete Komponenten umgesetzt werden oder diese Schaltung kann in einem gepackten Modul umgesetzt werden. Diskrete Komponenten können in Standardvorrichtungspackungen gepackt werden, darunter O-252 DPAK, TO-263 D2PAK, TO-220, TO-247, oder in Modulpackungen, darunter Keramiksubstrate, Metallsubstrate, spritzpressartige Leistungsmodule (TPM), Leistungsmodule auf der Grundlage von DBC- und Drahtbonding-Technologien. Der IGBT und die Dioden können Standardvorrichtungen oder Vorrichtungen mit großer Bandlücke (WBG) sein, darunter Silicium, Siliciumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) oder in der Industrie bekannte Technologien. Der IGBT und die Diode können monolithisch getrennt sein, wie zum Beispiel ein Silicium-IGBT mit einer SiC-Diode, oder der IGBT und die Diode können monolithisch sein. Gleichermaßen können der obere IGBT und die Diode und der untere IGBT und die Diode diskret sein oder sie können monolithisch sein. Die Gate-Widerstände Rg1 und Rg2 sind typischerweise kein monolithisch integrierter Aspekt des Dies. Eine IGBT-Vorrichtung wird häufig in der Form von Bonddrähten bereitgestellt, darunter feste Drähte, geflochtene Drähte, Bänder oder Klemmen, sie stellen die elektrische Verbindung und Stromführungskapazität von dem Die zu den Zuleitungen der Packung oder des Moduls bereit. Die Gate-Widerstände sind ebenfalls typischerweise mit dem Gate des IGBT über die Bonddrähte verbunden.
  • 5B ist eine Veranschaulichung eines Entwurfs eines typischen Phasenzweigs 510 mit Dual-IGBTs (S1, S2), wobei jeder Dual-Gate-Anschlüsse (gon1, goff1, gon2, goff2) aufweist. Die Dual-IGBT-Komponente, die ebenfalls als Halbbrückenmodul 510 bezeichnet wird, beinhaltet einen positiven Leistungsanschluss 512, der mit dem Kollektor des High-Side-IGBT verbunden ist, einen Lastausgang 514, der mit dem Emitter des High-Side-IGBT und dem Kollektor des Low-Side-IGBT verbunden ist, und einen negativen Leistungsanschluss 516, der mit dem Emitter des Low-Side-IGBT verbunden ist. Der High-Side-IGBT oder -Schalter 1 (S1) 526 beinhaltet zwei Gate-Zuleitungen, eine Abschalt-Gate-Zuleitung (goff1) 518A und eine Einschalt-Gate-Zuleitung (gon1) 518B. In dieser Veranschaulichung sind die Gate-Zuleitungen (goff1 und gon1) verbunden und als ein einzelner Leiter dargestellt, wobei ein einzelner Gate-Bonddraht 520 die Verbindung mit dem Gate-Pad der Leistungsvorrichtung bereitstellt. Eine Kelvin-Emitter-Zuleitung 522 ist mit dem Emitter des Dies über einen Kelvin-Emitterbonddraht 514 verbunden. Der Low-Side-IGBT oder -Schalter 2 (S2) 536 beinhaltet zwei Gate-Zuleitungen, eine Abschalt-Gate-Zuleitung (goff2) 528A und eine Einschalt-Gate-Zuleitung (gon2) 528B. In dieser Veranschaulichung sind die Gate-Zuleitungen (goff2 und gon2) verbunden und als ein einzelner Leiter dargestellt, wobei ein einzelner Gate-Bonddraht 530 die Verbindung mit dem Gate-Pad der Leistungsvorrichtung bereitstellt. Eine Kelvin-Emitter-Zuleitung 532 ist mit dem Emitter des Dies über einen Kelvin-Emitterbonddraht 534 verbunden.
  • In anderen Ausführungsformen können die Abschalt-Gate-Zuleitung (goff1) 518A und die Einschalt-Gate-Zuleitung (gon1) 518B getrennt sein, wohingegen jede mit dem Gate-Pad über einen Abschalt-Gate-Bonddraht und einen Einschalt-Gate-Bonddraht verbunden ist. Um den Kopplungskoeffizienten der Abschalt-Gate-Zuleitung und der Einschalt-Gate-Zuleitung einzustellen, können der Abschalt-Gate-Bonddraht und der Einschalt-Gate-Bonddraht ferner mit unterschiedlichen Impedanzen konfiguriert sein. Die unterschiedlichen Impedanzen können auf unterschiedlichen Längen der Bonddrähte, unterschiedlichen für die Bonddrähte verwendeten Materialen, unterschiedlichen Leitungswegen der Bonddrähte und unterschiedlichen Durchmessern der Bonddrähte beruhen. Zum Beispiel kann ein Bonddraht in der Nähe des Lastausgangs 514 verlaufen, während der andere Bonddraht weg von dem Lastausgang 514 verlaufen kann (wie zum Beispiel auf der anderen Seite des Moduls). Gleichermaßen können die Abschalt-Gate-Zuleitung (goff2) 528A und die Einschalt-Gate-Zuleitung (gon2) 528B getrennt sein, wohingegen jede mit dem Gate-Pad über einen Abschalt-Gate-Bonddraht und einen Einschalt-Gate-Bonddraht verbunden ist. Der Kopplungskoeffizient der Abschalt-Gate-Zuleitung und der Einschalt-Gate-Zuleitung kann eingestellt werden, wenn der Abschalt-Gate-Bonddraht und der Einschalt-Gate-Bonddraht mit unterschiedlichen Impedanzen konfiguriert sind. Die unterschiedlichen Impedanzen können auf unterschiedlichen Längen der Bonddrähte, unterschiedlichen für die Bonddrähte verwendeten Materialen, unterschiedlichen Leitungswegen der Bonddrähte und unterschiedlichen Durchmessern der Bonddrähte beruhen. Zum Beispiel kann ein Bonddraht in der Nähe des Lastausgangs 514 verlaufen, während der andere Bonddraht weg von dem Lastausgang 514 verlaufen kann (wie zum Beispiel auf der anderen Seite des Moduls).
  • 5C ist eine Veranschaulichung eines Entwurfs eines typischen Phasenzweigs 540 mit Dual-IGBTs (S1, S2), wobei jeder Dual-Gate-Anschlüsse (gon1, goff1, gon2, goff2) aufweist. Die Dual-IGBT-Komponente, die ebenfalls als Halbbrückenmodul 540 bezeichnet wird, beinhaltet einen positiven Leistungsanschluss 542, der mit dem Kollektor des High-Side-IGBT verbunden ist, einen Lastausgang 544, der mit dem Emitter des High-Side-IGBT und dem Kollektor des Low-Side-IGBT verbunden ist, und einen negativen Leistungsanschluss 546, der mit dem Emitter des Low-Side-IGBT verbunden ist. Der High-Side-IGBT oder -Schalter 1 (S1) 556 beinhaltet zwei Gate-Zuleitungen, eine Abschalt-Gate-Zuleitung (goff1) 548A und eine Einschalt-Gate-Zuleitung (gon1) 548B. In dieser Veranschaulichung sind die Gate-Zuleitungen (goff1 und gon1) verbunden und als ein einzelner Leiter dargestellt, wobei ein einzelner Gate-Bonddraht 550 die Verbindung mit dem Gate-Pad der Leistungsvorrichtung bereitstellt. Eine Kelvin-Emitter-Zuleitung 552 ist mit dem Emitter des Dies über einen Kelvin-Emitterbonddraht 564 verbunden. Der Low-Side-IGBT oder -Schalter 2 (S2) 566 beinhaltet zwei Gate-Zuleitungen, eine Abschalt-Gate-Zuleitung (goff2) 558A und eine Einschalt-Gate-Zuleitung (gon2) 558B. In dieser Veranschaulichung sind die Gate-Zuleitungen (goff2 und gon2) verbunden und als ein einzelner Leiter dargestellt, wobei ein einzelner Gate-Bonddraht 560 die Verbindung mit dem Gate-Pad der Leistungsvorrichtung bereitstellt. Eine Kelvin-Emitter-Zuleitung 562 ist mit dem Emitter des Dies über einen Kelvin-Emitterbonddraht 564 verbunden.
  • In dieser Veranschaulichung ist die Abschalt-Gate-Zuleitung (goff1) 548A der Darstellung nach länger als die Einschalt-Gate-Zuleitung (gon1) 548B und die Abschalt-Gate-Zuleitung (goff2) 558A ist der Darstellung nach länger als die Einschalt-Gate-Zuleitung (gon1) 558B. In einer anderen Ausführungsform kann eine der Gate-Zuleitungen, zum Beispiel die Abschalt-Gate-Zuleitung (goff1) 548A, in der Nähe des Lastausgangs 544 verlaufen, um den Kopplungskoeffizienten einzustellen, während die andere Gate-Zuleitung, die Einschalt-Gate-Zuleitung (gon1) 548B weg vom Lastausgang 544 verlaufen kann. Gleichermaßen die Abschalt-Gate-Zuleitung (goff2) 558A, in der Nähe des Lastausgangs 544 verlaufen, um den Kopplungskoeffizienten einzustellen, während die andere Gate-Zuleitung, die Einschalt-Gate-Zuleitung (gon2) 558B weg vom Lastausgang 544 verlaufen kann.
  • 5D ist eine Veranschaulichung eines Entwurfs eines typischen Phasenzweigs 570 mit Dual-IGBTs (S1, S2), wobei jeder Dual-Gate-Anschlüsse (gon1, goff1, gon2, goff2) und Gate-Klemmverbindungen (gclamp1, gclamp2) aufweist. Die Dual-IGBT-Komponente, die ebenfalls als Halbbrückenmodul 570 bezeichnet wird, beinhaltet einen positiven Leistungsanschluss 572, der mit dem Kollektor des High-Side-IGBT verbunden ist, einen Lastausgang 574, der mit dem Emitter des High-Side-IGBT und dem Kollektor des Low-Side-IGBT verbunden ist, und einen negativen Leistungsanschluss 576, der mit dem Emitter des Low-Side-IGBT verbunden ist. Der High-Side-IGBT oder -Schalter 1 (S1) 586A beinhaltet drei Gate-Zuleitungen, eine Abschalt-Gate-Zuleitung (goff1) 578A, eine Einschalt-Gate-Zuleitung (gon1) 578B und eine Klemmen-Gate-Zuleitung (gclamp 1) 578C. In dieser Veranschaulichung sind die Gate-Zuleitungen (goff1, gon1 und gclamp1) verbunden und als ein einzelner Leiter dargestellt, wobei ein einzelner Gate-Bonddraht 580 die Verbindung mit dem Gate-Pad der Leistungsvorrichtung bereitstellt. Eine Kelvin-Emitter-Zuleitung 582 ist mit dem Emitter des Dies über einen Kelvin-Emitterbonddraht 584 verbunden. Der Low-Side-IGBT oder -Schalter 2 (S2) 586B beinhaltet drei Gate-Zuleitungen, eine Abschalt-Gate-Zuleitung (goff2) 588A, eine Einschalt-Gate-Zuleitung (gon2) 588B und eine Klemmen-Gate-Zuleitung (gclamp 2) 578C. In dieser Veranschaulichung sind die Gate-Zuleitungen (goff2, gon2 und gclamp2) verbunden und als ein einzelner Leiter dargestellt, wobei ein einzelner Gate-Bonddraht 590 die Verbindung mit dem Gate-Pad der Leistungsvorrichtung bereitstellt. Eine Kelvin-Emitter-Zuleitung 592 ist mit dem Emitter des Dies über einen Kelvin-Emitterbonddraht 594 verbunden.
  • In anderen Ausführungsformen können die Abschalt-Gate-Zuleitung (goff1) 578A, die Einschalt-Gate-Zuleitung (gon1) 578B und die Klemmen-Gate-Zuleitung (gclamp1) 578C getrennt sein, wohingegen jede mit dem Gate-Pad über einen Abschalt-Gate-Bonddraht und einen Einschalt-Gate-Bonddraht verbunden ist. Um den Kopplungskoeffizienten der Abschalt-Gate-Zuleitung und der Einschalt-Gate-Zuleitung einzustellen, können der Abschalt-Gate-Bonddraht, der Einschalt-Gate-Bonddraht und der Klemmen-Gate-Bonddraht ferner mit unterschiedlichen Impedanzen konfiguriert sein. Die unterschiedlichen Impedanzen können auf unterschiedlichen Längen der Bonddrähte, unterschiedlichen für die Bonddrähte verwendeten Materialen, unterschiedlichen Leitungswegen der Bonddrähte und unterschiedlichen Durchmessern der Bonddrähte beruhen. Zum Beispiel kann ein Bonddraht in der Nähe des Lastausgangs 514 verlaufen, während die anderen Bonddrähte weg von dem Lastausgang 514 verlaufen kann (wie zum Beispiel auf der anderen Seite des Moduls). Gleichermaßen können die Abschalt-Gate-Zuleitung (goff2) 588A, die Einschalt-Gate-Zuleitung (gon2) 588B und die Klemmen-Gate-Zuleitung (gclamp2) 588C getrennt sein, wohingegen jede mit dem Gate-Pad über einen Abschalt-Gate-Bonddraht und einen Einschalt-Gate-Bonddraht und einen Klemmen-Gate-Bonddraht verbunden ist. Der Kopplungskoeffizient der Abschalt-Gate-Zuleitung, der Einschalt-Gate-Zuleitung und der Klemmen-Gate-Zuleitung kann eingestellt werden, wenn der Abschalt-Gate-Bonddraht und der Einschalt-Gate-Bonddraht mit unterschiedlichen Impedanzen konfiguriert sind. Die unterschiedlichen Impedanzen können auf unterschiedlichen Längen der Bonddrähte, unterschiedlichen für die Bonddrähte verwendeten Materialen, unterschiedlichen Leitungswegen der Bonddrähte und unterschiedlichen Durchmessern der Bonddrähte beruhen. Zum Beispiel kann ein Bonddraht in der Nähe des Lastausgangs 514 verlaufen, während die anderen Bonddrähte weg von dem Lastausgang 514 verlaufen kann (wie zum Beispiel auf der anderen Seite des Moduls).
  • Hier wird eine Leistungsschaltung gebildet, wenn Leistung von dem „DC+“-Anschluss zu der Last (AC) oder von der Last (AC) zu dem „DC–“-Anschluss strömt. Somit wird die Leistungsschaltung 595 vom „DC+“-Anschluss zum „DC–“-Anschluss gebildet. Auf der Grundlage der Richtung des durch die Leistungsschaltung 595 strömenden Stroms wird ein Induktionsfeld erzeugt 596, welches positive Feldlinien 596A und negative Feldlinien 596B beinhaltet. Die Feldlinien basieren auf dem Kreuzprodukt des Stromvektors und eines Rotationsvektors des induzierten Magnetfelds. In dieser Veranschaulichung können sich die positiven Feldlinien 596A dem Gedanken nach von der Bildebene nach oben erstrecken und die negativen Feldlinien 596B können sich dem Gedanken nach nach unten in die Bildebene bewegen. Die Leistungsschaltung 595 führt typischerweise Hochstrom von einer Hochspannungsquelle. Im Gegensatz dazu beinhaltet der Regelkreis 597 eine Gate-Einschaltschaltung 597A und eine Gate-Abschaltschaltung 597B. Die Gate-Einschaltschaltung 597A produziert ein positives Magnetfeld 598A und die Gate-Abschaltschaltung 597B produziert ein negatives Magnetfeld 598B. In dieser Veranschaulichung können die Einschaltschaltung 597A und die Abschaltschaltung 597B konfiguriert sein, um eine unterschiedliche Impedanz aufzuweisen und einen unterschiedlichen gemeinsamen Induktivitätskoeffizienten durch Ändern der Gate-Schaltungsbereiche oder -positionen aufzuweisen. In diesem Beispiel weist die Einschaltschaltung 597A eine positive Beziehung mit der Leistungsschaltung 595 auf und die Abschaltschaltung 597B weist eine positive Beziehung mit der Leistungsschaltung 595 auf. Hier wird ebenfalls gezeigt, dass die Gate-Klemmenzuleitungen 578C und 588C größtenteils von der Gate-Einschaltschaltung 598A und der Gate-Abschaltschaltung 598B durch die Anordnung der Kelvin-Emitterzuleitung oder der Emittererfassungszuleitungen 582 und 592 isoliert sind. Diese Veranschaulichung zeigt eine Ausführungsform, die Konzepte können jedoch in anderen Vorführungen verwendet werden, zum Beispiel können die Einschaltschaltung 598A und die Abschaltschaltung 598B konfiguriert sein, um eine negative Beziehung mit der Leistungsschaltung 595 aufzuweisen. Die Einschaltschaltung 598A und die Abschaltschaltung 598B können ebenfalls eine entgegengesetzt gerichtete Beziehung mit der Leistungsschaltung 595 aufweisen, wohingegen die gemeinsame induktive Kopplung unterschiedliche sein kann.
  • Die 5A–5D wurden als IGBTs veranschaulicht und beschrieben, andere Leistungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Leistungs-MOSFETs, können jedoch unter Verwendung dieser Konzepte durch Ändern der Referenzen zu Kollektor und Emitter mit Drain und Source hergestellt werden.
  • 6A ist eine perspektivische Ansicht eines Entwurfs einer Leistungsvorrichtungsschaltung 600 mit Dual-Gate-Anschlüssen mit asymmetrischer Zuleitungslänge. Die Leistungsschaltung 600 beinhaltet eine Leistungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen IGBT-Die 602, einen Emitterbonddraht 604, einen Gate-Bonddraht 606, eine Emitterzuleitung 608 und zwei Gate-Zuleitungen. Die Emitterzuleitung kann eine Kelvin-Emitterzuleitung sein oder sie kann eine Leistungsemitterzuleitung sein. Die beiden Gate-Zuleitungen sind eine Abschalt-Gate-Zuleitung (goff1) 610A und eine Einschalt-Gate-Zuleitung (gon1), die drei Segmente umfasst, das ersten Segment ist mit der Abschalt-Gate-Zuleitung (goff1) 610A geteilt, das zweite Segment 610B und das dritte Segment 610C. Die Segmente (610A, 610B, 610C) können aus demselben Material hergestellt sein oder sie können eine Kombination mehrerer Materialen sein, wie zum Beispiel Metalle, Legierungen, Verbundstoffe oder Verbindungen. Die Segmente werden typischerweise als ein Zuleitungsrahmen der elektronischen Leitungsvorrichtung bezeichnet, wie zum Beispiel ein IGBT-Zuleitungsrahmen. In dieser Veranschaulichung sind die Gate-Zuleitungen (610A, 610B, 610C) mit einem einzelnen Gate-Bonddraht 606 mit dem IGBT-Die 602 verbunden, der die Verbindung mit dem Gate-Pad der Leistungsvorrichtung bereitstellt. In einer anderen Ausführungsform kann die Gate-Zuleitung getrennt sein, wohingegen jede mit dem Gate-Pad über einen dedizierten Bonddraht verbunden ist. Um den Kopplungskoeffizienten der Abschalt-Gate-Zuleitung und der Einschalt-Gate-Zuleitung einzustellen, können der Abschalt-Gate-Bonddraht und der Einschalt-Gate-Bonddraht ferner mit unterschiedlichen Impedanzen konfiguriert sein. Ein Beispiel für die Gate-Zuleitungen (610A, 610B, 610C), die aus unterschiedlichen Materialen hergestellt sind, kann die Gate-Zuleitungen 610A und 610C, die ein Metall oder eine Legierung sind, und das zweite Segment 610B beinhalten, welches ein polykristallines Silicium ist.
  • Diese Veranschaulichung kann verwendet werden, um andere Leistungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Leistungs-MOSFETs, durch Ändern der Referenzen zu Kollektor und Emitter mit Drain und Source zu veranschaulichen.
  • 6B ist eine Veranschaulichung eines Entwurfs eines IGBT und eines Zuleitungsrahmens mit Dual-Gate-Anschlüsse. Zum Beispiel kann diese Veranschaulichung eine Gestaltung einer TO-220-Packung mit 5 Stiften sein. Die diskrete Komponente 650 beinhaltet der Darstellung nach ein Substrat 652, welches einen Leistungsvorrichtungsdie 654 trägt, der einen Gate-Emitterbonddraht 656 aufweist, welcher den Die 654 mit den Dual-Gate-Zuleitungen 660A und 660B (ebenfalls als Stifte bezeichnet) verbindet. Die diskrete Komponente 650 beinhaltet der Darstellung nach ebenfalls eine Emitterzuleitung 662 (zum Beispiel einen Kelvin-Emitter), einen Emitter-Bonddraht 658, einen Emitterleistungsbonddraht 664 (bei dem es sich um ein Band, Kabel oder eine Klemme handeln kann), eine Leistungsemitterzuleitung 666 und einen Leistungskollektor (668A und 668B). Konzepte in dieser Veranschaulichung können auf anderen Vorrichtungspackungen angewendet werden, darunter TO-252 (DPAK), TO-263 (D2PAK), TO-220, TO-247.
  • Ferner wurden die 5B–D, 6A und 6B als Dual-Gate-Komponenten und -Module gezeigt und beschrieben, die Konzepte können jedoch in einem Dual-Erfassungsemitter verwendet werden. Zum Beispiel kann die diskrete Komponente 650 ein Substrat 652, welches einen Leistungsvorrichtungsdie 654 trägt, der einen Emitterbonddraht 656 aufweist, welcher den Die 654 mit den Dual-Erfassungs(oder Kelvin)-Emitterzuleitungen 660A und 660B (ebenfalls als Stifte bezeichnet) verbindet, beinhalten. Die diskrete Komponente 650 beinhaltet der Darstellung nach ebenfalls eine Gate-Zuleitung 662, einen Gate-Bonddraht 658, einen Emitterleistungsbonddraht 664 (bei dem es sich um ein Band, Kabel oder eine Klemme handeln kann), eine Leistungsemitterzuleitung 666 und einen Leistungskollektor (668A und 668B).
  • Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon implementiert werden, die/der eine bereits bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine spezielle elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert werden, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen, darunter unter anderem Information, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie Nur-Lese-Speicher(ROM)-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie Disketten, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Direktzugriffsspeichern (RAM) und weiteren magnetischen und optischen Medien gespeichert sind, durchführbar sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem durch Software ausführbaren Objekt ausgeführt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten ausgeführt werden, wozu etwa anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), feldprogrammierbare Gate-Anordnungen (FPGA), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder sonstige Hardwarekomponenten oder -vorrichtungen oder eine Kombination aus Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten zählen.
  • Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen eventuell so beschrieben wurden, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften Vorteile bereitstellen oder bevorzugt werden, wird der Durchschnittsfachmann doch erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die sich nach der spezifischen Anwendung und Umsetzung richten. Diese Attribute können unter anderem Folgendes einschließen: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, bequeme Montage usw. Daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • (IEEE) 802 [0032]

Claims (15)

  1. Leistungsmodul, umfassend: einen ersten Halbleiterschalter mit einem ersten Gate; eine erste Gate-Zuleitung, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und eine erste Induktivität aufweist; und eine zweite Gate-Zuleitung, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und eine zweite Induktivität aufweist, die größer als die erste Induktivität ist.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Miller-Klemmenzuleitung, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und die eine Miller-Klemmeninduktivität aufweist, die keiner als die erste Induktivität und die zweite Induktivität ist.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die erste Induktivität auf einem ersten Bonddraht basiert, der zwischen dem ersten Gate und der ersten Gate-Zuleitung gekoppelt ist, und die zweite Induktivität auf einem zweiten Bonddraht basiert, der zwischen dem ersten Gate und der zweiten Gate-Zuleitung gekoppelt ist.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 3, wobei der erste Halbleiterschalter Folgendes ausbildet eine Leistungsschaltung, die durch einen Hochstrom-Strömungspfad von einer Hochstromversorgung durch eine Leistungsinduktivität, die mit Drahtbonding einer ersten Emitterzuleitung des ersten Halbleiterschalters und dem ersten Halbleiterschalter assoziiert ist, und zurück zu der Hochstromversorgung definiert ist, einen ersten Regelkreis, der durch einen ersten Niederstrom-Strömungspfad von einer Niederstromversorgung durch die erste Gate-Zuleitung des ersten Halbleiterschalters und zurück zu der Niederstromversorgung definiert ist, und einen zweiten Regelkreis, der durch einen zweiten Niederstrom-Strömungspfad von der Niederstromversorgung durch die zweite Gate-Zuleitung des ersten Halbleiterschalters und zurück zu der Niederstromversorgung definiert ist, wobei ein erster Kopplungskoeffizient zwischen der Leistungsinduktivität und der ersten Induktivität größer ist als ein zweiter Kopplungskoeffizient zwischen der Leistungsinduktivität und der zweiten Induktivität.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zweiten Halbleiterschalter mit einem zweiten Gate, eine dritte Gate-Zuleitung, die mit dem zweiten Gate gekoppelt ist und eine dritte Induktivität aufweist, und eine vierte Gate-Zuleitung, die mit dem zweiten Gate gekoppelt ist und eine vierte Induktivität aufweist, die größer als die dritte Induktivität ist.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 5, wobei der erste Halbleiterschalter Folgendes ausbildet eine Leistungsschaltung, die durch einen Hochstrom-Strömungspfad von einer Hochstromversorgung durch eine Leistungsinduktivität, die mit Drahtbonding einer zweiten Emitterzuleitung des zweiten Halbleiterschalters und dem zweiten Halbleiterschalter assoziiert ist, und zurück zu der Hochstromversorgung definiert ist, einen dritten Regelkreis, der durch einen dritten Niederstrom-Strömungspfad von einer Niederstromversorgung durch die dritte Gate-Zuleitung des zweiten Halbleiterschalters und zurück zu der Niederstromversorgung definiert ist, und einen vierten Regelkreis, der durch einen vierten Niederstrom-Strömungspfad von der Niederstromversorgung durch die vierte Gate-Zuleitung des zweiten Halbleiterschalters und zurück zu der Niederstromversorgung definiert ist, wobei ein dritter Kopplungskoeffizient zwischen der Leistungsinduktivität und der dritten Induktivität größer ist als ein vierter Kopplungskoeffizient zwischen der Leistungsinduktivität und der vierten Induktivität.
  7. Fahrzeug, umfassend: eine elektrische Maschine, die zum Bereitstellen von Antriebskraft für das Fahrzeug konfiguriert ist; und einen Leistungsumrichter, der zum Leiten von Leistung von einer Antriebsbatterie zu der elektrischen Maschine unter Verwendung eines ersten und zweiten Schalters, die als eine Halbbrücke konfiguriert sind, konfiguriert ist, wobei der erste Schalter Folgendes aufweist ein erstes Gate, eine erste Gate-Zuleitung, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und eine erste Induktivität aufweist, und eine zweite Gate-Zuleitung, die mit dem ersten Gate gekoppelt ist und eine zweite Induktivität aufweist, die größer als die erste Induktivität ist.
  8. Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei der erste Schalter Folgendes ausbildet eine Leistungsschaltung, die durch einen Hochstrom-Strömungspfad von der Antriebsbatterie durch eine Leistungsinduktivität, die mit dem ersten Schalter und Drahtbonding einer Packung des ersten Schalters assoziiert ist, durch die elektrische Maschine und zurück zu der Antriebsbatterie definiert ist, einen ersten Regelkreis, der durch einen ersten Niederstrom-Strömungspfad von einer Niederspannungsversorgung durch die erste Gate-Zuleitung des ersten Schalters und zurück zu der Niederspannungsversorgung definiert ist, und einen zweiten Regelkreis, der durch einen zweiten Niederstrom-Strömungspfad von der Niederspannungsversorgung durch die zweite Gate-Zuleitung des ersten Schalters und zurück zu der Niederspannungsversorgung definiert ist, wobei eine erste gemeinsame Induktivität zwischen der Leistungsinduktivität und der ersten Induktivität größer ist als eine zweite gemeinsame Induktivität zwischen der Leistungsinduktivität und der zweiten Induktivität.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei der erste Schalter Folgendes ausbildet eine Leistungsschaltung, die durch einen Hochstrom-Strömungspfad von der Antriebsbatterie durch eine Leistungsinduktivität, die mit dem ersten Schalter und Drahtbonding einer Packung des ersten Schalters assoziiert ist, durch die elektrische Maschine und zurück zu der Antriebsbatterie definiert ist, einen ersten Regelkreis, der durch einen ersten Niederstrom-Strömungspfad von einer Niederspannungsversorgung durch die erste Gate-Zuleitung des ersten Schalters und zurück zu der Niederspannungsversorgung definiert ist, und einen zweiten Regelkreis, der durch einen zweiten Niederstrom-Strömungspfad von der Niederspannungsversorgung durch die zweite Gate-Zuleitung des ersten Schalters und zurück zu der Niederspannungsversorgung definiert ist, wobei ein erster Kopplungskoeffizient zwischen der Leistungsinduktivität und der ersten Induktivität größer ist als ein zweiter Kopplungskoeffizient zwischen der Leistungsinduktivität und der zweiten Induktivität.
  10. Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei der erste Kopplungskoeffizient positiv ist und der zweite Kopplungskoeffizient negativ ist.
  11. Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei der Leistungsumrichter Folgendes aufweist ein zweites Gate auf dem zweiten Schalter, eine dritte Gate-Zuleitung, die mit dem zweiten Gate gekoppelt ist, die eine dritte Induktivität aufweist, und eine vierte Gate-Zuleitung, die mit dem zweiten Gate gekoppelt ist, die eine vierte Induktivität aufweist, die größer als die dritte Induktivität ist.
  12. Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei der zweite Schalter Folgendes ausbildet eine Leistungsschaltung, die durch einen Hochstrom-Strömungspfad von der Antriebsbatterie durch eine Leistungsinduktivität, die mit dem zweiten Schalter und Drahtbonding einer Packung des zweiten Schalters assoziiert ist, durch die elektrische Maschine und zurück zu der Antriebsbatterie definiert ist, einen dritten Regelkreis, der durch einen dritten Niederstrom-Strömungspfad von einer Niederspannungsversorgung durch die erste Gate-Zuleitung des ersten Schalters und zurück zu der Niederspannungsversorgung definiert ist, und einen vierten Regelkreis, der durch einen vierten Niederstrom-Strömungspfad von der Niederspannungsversorgung durch die zweite Gate-Zuleitung des zweiten Schalters und zurück zu der Niederspannungsversorgung definiert ist, wobei eine dritte gemeinsame Induktivität zwischen der Leistungsinduktivität und der dritten Induktivität größer ist als eine vierte gemeinsame Induktivität zwischen der Leistungsinduktivität und der vierten Induktivität.
  13. Leistungsschaltkomponente, umfassend: einen monolithischen IGBT-Die mit einem Emitter; ein Substrat, welches den Die trägt; eine Leistungsemitterzuleitung, die von dem Substrat getragen wird; eine erste Kelvin-Emitterzuleitung, die durch das Substrat getragen wird und induktiv über eine erste Induktivität mit dem Emitter gekoppelt ist; und eine zweite Kelvin-Emitterzuleitung, die durch das Substrat getragen wird, die induktiv mit dem Emitter gekoppelt ist und eine zweite Induktivität aufweist, die größer als die erste Induktivität ist.
  14. Leistungsschaltkomponente nach Anspruch 13, wobei die erste Induktivität auf einem ersten Bonddraht basiert, der zwischen dem Emitter und der ersten Kelvin-Emitterzuleitung gekoppelt ist, und die zweite Induktivität auf einem zweiten Bonddraht basiert, der zwischen dem Emitter und der zweiten Kelvin-Emitterzuleitung gekoppelt ist.
  15. Leistungsschaltkomponente nach Anspruch 14, wobei die Leistungsschaltkomponente Folgendes ausbildet eine Leistungsschaltung, die durch einen Hochstrom-Strömungspfad von einer Hochstromversorgung durch eine Leistungsinduktivität, die mit Drahtbonding einer Packung des IGBT-Dies und dem monolithischen IGBT-Die assoziiert ist, und zurück zu der Hochstromversorgung definiert ist, einen ersten Regelkreis, der durch einen Niederstrom-Strömungspfad von einer Niederstromversorgung durch die erste Kelvin-Emitterzuleitung des Schalters und zurück zu der Niederstromversorgung definiert ist, und einen zweiten Regelkreis, der durch einen Niederstrom-Strömungspfad von einer Niederstromversorgung durch die zweite Kelvin-Emitterzuleitung des Schalters und zurück zu der Niederstromversorgung definiert ist, wobei ein erster Kopplungskoeffizient zwischen der Leistungsinduktivität und der ersten Induktivität größer ist als ein zweiter Kopplungskoeffizient zwischen der Leistungsinduktivität und der zweiten Induktivität.
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