DE102017125418A1 - Wechselrichter, der vorrichtungen mit common-source-induktivitätslayout wechselt, zum verhindern von durchschuss - Google Patents

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Abstract

Ein Phasenzweig in einer Wechselrichterbrücke weist einen oberen Transistor mit oberen Gate-, Kollektor- und Emitter-Terminals auf, wobei die oberen Gate- und Emitter-Terminals dazu angeordnet sind, eine obere Common-Source-Induktivität zu erstellen. Ein unterer Transistor weist untere Gate-, Kollektor- und Emitter-Terminals auf, wobei die unteren Gate- und Emitter-Terminals dazu angeordnet sind, eine untere Common-Source-Induktivität zu erstellen. Eine obere Diode ist über die oberen Kollektor- und Emitter-Terminals und im Wesentlichen parallel mit der oberen Common-Source-Induktivität gekoppelt. Eine untere Diode ist über die unteren Kollektor- und Emitter-Terminals und im Wesentlichen parallel mit der unteren Common-Source-Induktivität gekoppelt. Daher umgehen die Dioden im Wesentlichen die Common-Source-Induktivitäten wenn sie Kommutierungsstrom tragen, wenn einer der Transistoren ausschaltet. Dies ermöglicht es dem Phasenzweig, über deutliche Common-Source-Induktivität an den Gate-Terminals zu verfügen, und gleichzeitig „Durchschuss“ zu vermeiden.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Leistungsschaltvorrichtungen in einer Wechselrichterbrücke, und insbesondere Wechselrichter-Antriebssysteme für elektrifizierte Fahrzeuge, die getrennte Leistungsschaltvorrichtungen mit hoher Wechseleffizient verwenden.
  • Elektrofahrzeuge, wie zum Beispiel Hybridelektrofahrzeuge (HEVs), Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEVs) und Batterieelektrofahrzeuge (BEVs), verwenden Wechselrichterangetriebene elektrische Maschinen, um Traktionsmoment bereitzustellen. Ein typisches elektrisches Antriebssystem kann eine Gleichstrom (DC) -quelle (wie etwa einen Batteriesatz oder eine Brennstoffzelle), durch Leistungsschütze mit einem variablen Spannungswandler (WC) gekoppelt, beinhalten, um eine Hauptbusspannung über einen Haupt-DC-Verbindungskondensator zu regeln. Ein Wechselrichter ist zwischen Hauptbussen und einem Fahrmotor geschaltet, um die DC-Busleistung in eine Wechsel (AC) -spannung umzuwandeln, die mit den Wicklungen des Motors gekoppelt ist, um das Fahrzeug anzutreiben.
  • Der Wechselrichter umfasst Transistorschaltvorrichtungen (wie zum Beispiel Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, IGBTs), die in einer Brückenkonfiguration mit einer Vielzahl von Phasenzweigen verbunden sind. Eine typische Konfiguration beinhaltet einen Drehstrommotor, der durch einen Wechselrichter mit drei Phasenzweigen angetrieben wird. Eine elektronische Steuerung schaltet die Schalter ein und aus, um eine DC-Spannung von dem Bus in eine AC-Spannung umzuwandeln, die an den Motor angelegt wird. Der Wechselrichter kann die DC-Anschlussspannung impulsbreitenmodulieren, um einen Näherungswert eines sinusförmigen Stromausgangs zum Antreiben des Motors mit einer gewünschten Drehzahl und einem gewünschten Drehmoment bereitzustellen. Impulsbreitenmodulations-(PWM)-Steuersignale, die an den Gates der IGBTs anliegen, schalten diese wie erforderlich ein und aus, sodass der resultierende Strom einem gewünschten Strom entspricht.
  • Da jeder Phasenzweig des Wechselrichters ein Paar von oberen und unteren Wechseltransistoren aufweist, die über den DC-Anschluss verbunden sind, ist wichtig, dass beide Vorrichtungen in einer Phase nicht gleichzeitig leiten (d. h. eingeschaltet sind). Eine kurze Zeitspanne (bekannt als Totzeit) ist typischerweise in die PWM-Wechselsignale eingefügt, während derer sowohl die oberen als auch die unteren Wechselvorrichtungen eines Phasenzweiges ausgeschaltet sind, um einen solchen Durchschuss zu verhindern.
  • Common-Source-Induktivität betrifft eine Induktivität, die durch den Hauptleistungsschaltung (d. h. der Drain-Source- oder Kollektor-Emitter-Leistungsausgang des Transistors) und den Gate-Treiberschaltkreis (d. h. Gate-Source oder Gate-Emitter) in einem Leistungsschalttransistor gemeinsam verwendet wird. Die Common-Source-Induktivität trägt sowohl den Geräteausgangsstrom (z. B. Drain-Source-Strom), als auch den Gate-Lade-/Entladestrom. Ein Strom im Ausgangs- (Leistungsschaltung) Abschnitt der Common-Source-Induktivität modifiziert die Gate-Spannung auf eine Weise, die die Schaltleistung verstärkt (d. h. beschleunigt). Für eine Schaltbrücke kann die reduzierte Schaltzeit wünschenswert sein, da sie eine damit verbundene Reduzierung in der verbrauchten (d. h. verlorenen) Energie während der Schaltungstransition aufweisen kann, sofern andere mögliche Nebenwirkungen zurückgehalten sind. Zum Beispiel kann eine große Common-Source-Induktivität das Potential für das Auftreten von Durchschuss erhöhen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • In einem Aspekt der Erfindung ist ein Phasenzweig dazu ausgelegt, auf eine Weise, die „Durchschuss“ verhindert deutliche Common-Source-Induktivität an den Gate-Terminals zu besitzen. Ein oberer Transistor weist obere Gate-, Kollektor- und Emitter-Terminals auf, wobei die oberen Gate- und Emitter-Terminals dazu angeordnet sind, eine obere Common-Source-Induktivität zu erstellen. Ein unterer Transistor weist untere Gate-, Kollektor- und Emitter-Terminals auf, wobei die unteren Gate- und Emitter-Terminals dazu angeordnet sind, eine untere Common-Source-Induktivität zu erstellen. Eine obere Diode ist über die oberen Kollektor- und Emitter-Terminals und im Wesentlichen parallel mit der oberen Common-Source-Induktivität gekoppelt. Eine untere Diode ist über die unteren Kollektor- und Emitter-Terminals und im Wesentlichen parallel mit der unteren Common-Source-Induktivität gekoppelt. Daher umgehen die Dioden im Wesentlichen die Common-Source-Induktivitäten wenn sie Kommutierungsstrom tragen, wenn einer der Transistoren ausschaltet.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung, die einen äquivalenten Schaltkreis für einen Phasenzweig eines Wechselrichters zeigt, der ein Paar von IGBTs aufweist, die Common-Source-Induktivität auslösen.
    • 2 und 3 sind Diagramme, die jeweilige Änderungen in Ausgangsspannungsspitzen und Schaltenergie für variierende Niveaus von Common-Source-Induktivität zeigen.
    • 4 ist eine schematische Darstellung eines Wechselrichter-Phasenzweiges, der einen Kommutierungsstrom in einer oberen, anti-parallelen Diode während Ausschalten eines unteren Transistors zeigt.
    • 5 ist ein Diagramm, das Gate-Spannung in einem oberen Gate-Terminal zeigt, die von einer Kommutierungsspannung über die Common-Source-Induktivität für sowohl niedrige als auch hohe Niveaus von Common-Source-Induktivität veranlasst ist.
    • 6 ist eine schematische Darstellung, die einen äquivalenten Schaltkreis zeigt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet ist, um die Gate-Spannung, die vom Kommutierungsstrom veranlasst ist, zu reduzieren, ohne die Common-Source-Induktivität zu reduzieren.
    • 7 ist eine Darstellung, die ein Layout von IGBTs und Dioden in einem 2-in-1-Leistungsmodul für einen Phasenzweig anzeigt, mit einer Anordnung, die einen äquivalenten Schaltkreis, wie in 4 gezeigt, aufweist.
    • 8 ist eine Annotation der Darstellung aus 7, die das nahe Koppeln der Leistungsstromkreise für die oberen und unteren Transistoren zeigt.
    • 9 ist eine Darstellung, die ein Layout von IGBTs und Dioden in einem 2-in-1-Leistungsmodul für einen Phasenzweig der Erfindung anzeigt, mit einer Anordnung, die einen äquivalenten Schaltkreis, wie in 6 gezeigt, aufweist.
    • 10 ist eine Annotation der Darstellung aus 9, die die Segregation der Leistungsschaltungen für die oberen und unteren Transistoren zeigt.
    • 11 ist eine Darstellung, die ein Layout von IGBTs und Dioden in einem Paar von 1-in-1-Leistungsmodulen für einen Phasenzweig anzeigt, mit einer Anordnung, die einen äquivalenten Schaltkreis, wie in 4 gezeigt, aufweist.
    • 12 ist eine Darstellung, die ein Layout von IGBTs und Dioden in einem Paar von 1-in-1-Leistungsmodulen für einen Phasenzweig der Erfindung anzeigt, mit einer Anordnung, die einen äquivalenten Schaltkreis, wie in 6 gezeigt, aufweist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bei der Common-Source-Induktivität handelt es sich um eine Induktivität, die von einer Hauptleistungsschaltung und einer Gate-Treiberschaltung für eine Transistor-Schaltvorrichtung geteilt wird. Sie entsteht üblicherweise aus parasitischen Induktivitäten, die mit der Vorrichtungsverpackung und Spuren auf Leiterplatten verbunden sind. Im Rahmen der Schaltungsbrücken, die für DC-zu-AC-Leistungsumwandlung verwendet sind, kann die Anwesenheit von Common-Source-Induktivität vorteilhaft sein. 1 zeigt ein Beispiel eines Phasenzweiges 10 der Art, die oft in einem Wechselrichtertreibersystem in einem elektrifizierten Fahrzeug zum Antreiben eines Elektromotors verwendet ist. Leistungsschaltungsvorrichtungen 11 und 12 (wie etwa IGBTs oder Leistungs-MOSFETs) sind seriell über eine AC-Anschlussspannung verbunden, die positive und negative DC-Busse aufweist. Eine Verbindungsstelle 13 zwischen Transistoren 11 und 12 stellt einen AC-Ausgang des Phasenzweiges 10 bereit. Transistor 11 weist ein Gate-Terminal g1 und ein Emitter-Terminal (z. B. ein Kelvin-Emitter) e1 auf, und Transistor 12 weist ein Gate-Terminal g2 auf und ein Emitter-Terminal e2. Eine Gate-Induktivität 14, die mit Transistor 11 verbunden ist, ist magnetisch mit einer Ausgangsleistungsschaltungsinduktivität 15 gekoppelt, die ebenfalls mit einem Transistor 11 verbunden ist. Eine Gate-Induktivität 16, die mit Transistor 12 verbunden ist, ist magnetisch mit einer Ausgangsleistungsschaltungsinduktivität 17 gekoppelt, die ebenfalls mit einem Transistor 12 verbunden ist.
  • Das Koppeln zwischen einem Leistungsschaltung und einer Gate-Schaltung kann manchmal unerwünschte Wechselwirkungen erstellen, bei denen Änderungen im Ausgangsstrom einer Vorrichtung Änderungen im Gate-Signal, das versucht, die Vorrichtung zu steuern, verursachen können. Daher streben Ausgestaltungsregeln, die während der Weiterentwicklung von Transistorvorrichtungsverpackungen und Schaltkreisen, die derartige Vorrichtungen verwenden, verwendet werden, danach, die Common-Source-Induktivität zu verringern.
  • Für einen Transistor in einem Phasenzweig wird der Einfluss der Größe der Common-Source-Induktivität auf die Schaltzeit und den Spannungsüberschuss in 2 gezeigt, die die sich im Laufe der Zeit ändernde Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) über einen Transistor während einer Transition aus dem AN-Zustand in den AUS-Zustand, zeigt. Spuren 18A, 18B, 18C und 18D entsprechen einer Common-Source-Induktivität (LCSI) von jeweils 0 nH, 1 nH, 2 nH und 3 nH. Daher, während LCSI sich von 0 auf 3 nH erhöht, ist die Schaltungszeit vorteilhaft reduziert, während die Größe des Spannungsüberschuss oder -spitze im Wesentlichen konstant bleibt. Die reduzierte Schaltzeit führt zu einem niedrigeren Energieverlust (d. h. erhöhte Effizienz), wie in 3 gezeigt. Spuren 19A, 19B, 19C und 19D entsprechenjeweils einer LCSI von 0 nH, 1 nH, 2 nH und 3 nH. Daher fällt die verbrauchte Energie im Transistor von fast 19 mJ auf etwa 11 mJ wenn LCSI von 0 auf 3 nH steigt. Daher wurde erkannt, dass eine höhere LCSI Schaltungsverluste reduzieren kann und die gleichen Spannungsspitzen behalten kann.
  • Die Größe der Gate-Schaltungsinduktivität und/oder der Leistungsschaltung und des Grades von gegenseitigem Koppeln dazwischen kann leicht manipuliert (z. B. verbessert) werden, indem ein geeignetes Layout gewählt wird und/oder zusätzliche sich überlappende Spulen in PCB-Spuren, die leitende Pfade zu den Transistor-Gates oder Emittern bilden, eingeschlossen werden, um eine gewünschte Common-Source-Induktivität zu erlangen.
  • Falls LCSI jedoch zu stark erhöht ist, kann die mögliche Nebenwirkung eines Durchschusses wie in 4 gezeigt erfolgen. Ein konventioneller Phasenzweig 20 weist einen oberen Transistor 21 auf, der obere Gate-, Kollektor- und Emitter-Terminals aufweist, wobei die oberen Gate- und Emitter-Terminals eine obere Common-Source-Induktivität erstellen, die aus einer Gate-Schaltungsinduktivität 28 und Leistungsschaltungsinduktivität 29 besteht. Ein Gate-Treiber 30 und ein Gate-Widerstand 31 sind an das Gate-Terminal gekoppelt um die Schaltung des oberen Transistors 21 zu steuern. Eine obere Diode ist über die oberen Kollektor- und Emitter-Terminals in einer zum Transistor 21 anti-parallel liegenden Richtung gekoppelt.
  • Ein unterer Transistor 22, der untere Gate-, Kollektor- und Emitter-Terminals aufweist, ist seriell mit oberem Transistor 21 an einer Verbindungsstelle 25 zwischen positivem Bus 23 und negativem Bus 24 verbunden. Die unteren Gate- und Emitter-Terminals erstellen eine untere Common-Source-Induktivität, die aus einer Gate-Schaltungsinduktivität 32 und einer Leistungsschaltungsinduktivität 33 besteht. Ein Gate-Treiber 34 und ein Gate-Widerstand 35 sind an das Gate-Terminal gekoppelt um die Schaltung des unteren Transistors 22 zu steuern. Eine untere Diode ist über die unteren Kollektor- und Emitter-Terminals in einer zum Transistor 22 anti-parallel liegenden Richtung gekoppelt. 4 zeigt einen Schaltungszustand, in dem unterer Transistor 22 geleitet hat und dabei ist, durch Gate-Treiber 34 ausgeschaltet zu werden (Transistor 21 ist bereits AUS). Da der Transistor 22 ausschaltet, wird der Strom, der vom AC-Ausgang an Verbindungsstelle 25 durch Transistor 22 geflossen ist, vom Transistor 22 zur oberen Diode 26, wie vom Pfeil 36 gezeigt, kommutiert. Strom, der durch obere Diode 26 fließt, fließt ebenfalls durch Induktivität 29, wodurch ein Spannungsfall an Induktivität 29 verursacht ist, der daraufhin eine Spannung am Gate-Terminal von oberem Transistor 21 über Induktivität 28 induziert. 5 zeigt eine induzierte Gate-Spannung VGE für oberen Transistor 21 entlang eines Verlaufs 37. Für niedrige Niveaus von Common-Source-Induktivität LCSI, bleibt die induzierte Gate-Spannung VCE wie entlang Verlauf 38 gezeigt, inkonsequent. Bei einer höheren LCSI ist jedoch eine höhere Gate-Spannung VGE induziert, wie im Verlauf 39 gezeigt. Falls die Gate-Emitter-Spannung VGE die Schwellenwertspannung von Transistor 21 übersteigt, kann der obere Transistor 21 einschalten, was zu einem Durchschuss-Zustand führt, da beide Transistoren teilweise leiten könnten.
  • Die Erfindung ermöglicht gezieltes Erhöhen der Common-Source-Induktivität, wobei Erhöhen der VGE eines nicht geschalteten Transistors währen des Schaltungsvorganges seines komplementären Transistors im Phasenzweig verhindert wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wobei die Stromkommutationspfade sowohl eine anti-parallele Diode wie auch Strukturen, die die Common-Source-Induktivität erstellen, beinhalten, rekonfiguriert die vorliegende Erfindung die Platzierung der anti-parallelen Diode so, dass der Kommutationsstrom im Wesentlichen nicht durch die Common-Source-Induktivität fließt. Wie in 6 gezeigt, weist ein Phasenzweig 40 einen oberen Transistor auf (z. B. IGBT) 41 mit oberen Gate-, Kollektor- und Emitter-Terminals und einen niedrigen Transistor 42 mit niedrigen Gate-, Kollektor- und Emitter-Terminals. Transistoren 41 und 42 weisen eine Zwischenverbindungsstelle 45 auf und sind seriell zwischen einem positiven Bus 43 und einem negativen Bus 44 verbunden. Eine obere anti-parallele Diode 46 ist über die oberen Kollektor- und Emitter-Terminals des oberen Transistors 41 gekoppelt. Eine untere anti-parallele Diode 47 ist über die unteren Kollektor- und Emitter-Terminals des oberen Transistors 42 gekoppelt. Ein oberer Gate-Treiber 48 treibt das Gate-Terminal des Transistors 41 über einen Gate-Widerstand 49 an. Ein unterer Gate-Treiber 50 treibt das Gate-Terminal des Transistors 42 über einen Gate-Widerstand 51 an.
  • Die oberen Gate- und Emitter-Terminals sind angeordnet um eine obere LCSI als Ergebnis des Koppelns zwischen einer Gate-Induktivität 52 und einer Leistungsschaltungsinduktivität 53 zu erstellen. Die unteren Gate- und Emitter-Terminals sind angeordnet um eine untere LCSI als Ergebnis des Koppelns zwischen einer Gate-Induktivität 54 und einer Leistungsschaltungsinduktivität 55 zu erstellen. Obere Diode 46 ist im Wesentlichen parallel mit oberer Common-Source-Induktivität LCSI, so dass der Kommutierungsstrom durch die obere Diode 46 von der Induktivität 53 weggerichtet ist, wenn der niedrige Transistor 42 abschaltet. Insbesondere weist die obere Diode 46 einen Anodenterminal auf, der mit der Zwischenverbindungsstelle 45 verbunden ist, die im Wesentlichen die obere LCSI umgeht. Obwohl es schwierig sein kann sämtliche Common-Source-Induktivität aus der Schaltkreisverzweigung, die die obere Diode 46 enthält, zu entfernen, ist es ausreichend, dass die Mehrheit von Leistungsschaltungsinduktivität 53 parallel zu Diode 46 ist. Wie unten genauer beschrieben, können Strukturen, die für gezieltes Erhöhen des oberen LCSI (wie etwa Schaltungen in den Leitern oder Spuren, die das Gate-Treibersignal tragen) eingeführt werden, physisch von der oberen Diode 46 getrennt sein, um sicherzustellen dass Diode 46 parallel mit im Wesentlichen der gesamten oberen LCSI bleibt. Ebenso ist untere Diode 47 im Wesentlichen parallel mit unterer Common-Source-Induktivität LCSI, so dass der Kommutierungsstrom durch die untere Diode 47 von der Induktivität 55 weggerichtet ist, wenn der obere Transistor 41 abschaltet. Insbesondere weist die untere Diode 47 ein Anodenterminal auf, das mit dem negativen Bus-Terminal 44 verbunden ist, das im Wesentlichen die obere LCSI umgeht.
  • 7 zeigt ein direktgebundenes Kupfer- (DBC) Substrat 60, das zum Konstruieren einer Leistungskarte oder eines Leistungsmodul, die Halbleitervorrichtungen aufweisen, die einen Phasenzweig bilden. DBC-Substrat 60 kann eine Keramikschicht beinhalten, mit zwei Metallisierungsschichten, die Schaltungsspuren und Verbindungsflächen bilden, wobei die Halbleitervorrichtung und verschiedene Verbindungsdrähte an die Spuren gelötet/gebunden sind. Das Leistungsmodul kann ferner einen Leiterrahmen mit mehreren Eingangs-/Ausgangsstiften und einem überformten Körper, der das Modul umhüllt (nicht gezeigt). In einem herkömmlichen Layout, das in 7 gezeigt ist, ist eine einzelne leitfähige Kontaktfläche 61 auf einer Oberfläche des DBC-Substrates 60 bereitgestellt, um Halbleiterchips für eine obere IGBT 62 und eine obere Diode 63 zu empfangen, wobei das Löten der Chips 62 und 63 elektrischen Kontakt des Kollektor-Terminals der IGBT 62 und des Kathodenterminals der Diode 63 mit dem positiven Bus DC+ über Kontaktfläche 61 herstellt. Verbindungsdrähte 64 verbinden das Emitter-Terminal der IGBT 62 mit dem Anodenterminal der Diode 63. Eine Gate-Kontaktfläche 65 ist über eine gewundene Gate-Spur 66 und einen Verbindungsdraht 67 mit einem Gate-Terminal von IGBT 62 verbunden. Für den unteren Abschnitt des Phasenzweiges empfängt eine leitfähige Kontaktfläche 68 eine untere IGBT 70 und eine untere Diode 71. Eine gewundene Gate-Spur 72 und andere Aspekte des unteren Phasenzweiges sind ähnlich wie die für den oberen Phasenzweig. Kontaktflächen für einen Negativbus-DC- und einen Ausgangsverbindungsstellen-AC werden an entsprechenden Rändern des DBC 60 gezeigt.
  • Im Layout von 7 sind die Schaltvorrichtung und anti-parallele Diode für jede jeweilige Hälfte des Phasenzweiges nah aneinander, sowohl physisch als auch elektrisch. In dieser Anordnung, überlappen wie in 8 gezeigt eine Leistungsschaltung 73 für den oberen Phasenzweig und eine Leistungsschaltung 74 für den unteren Phasenzweig. Als Folge überlappt Gate-Spule 66 beide Leistungsschaltungen 73 und 74. Wenn die untere IGBT 70 abschaltet, ist magnetischer Fluss durch Leistungsschaltungen 73 und 74 gekoppelt und dann in Gate-Schaltungen 66, die die Gate-Spannung zum Ändern veranlassen.
  • 8 zeigt ein Beispiel eines verbesserten Layouts für eine 2-in-1-Leistungskarte der Erfindung, wobei ein Leistungsmodul-DBC-Substrat 75 eine Vielzahl von leitfähigen Schichten trägt, wobei die leitfähigen Schichten eine positive Schiene (d. h. Spur) DC+ und eine negative Schiene DC- definiert, die zwischen dem ersten und dem zweiten Montagebereich angeordnet sind. Zum Beispiel können Schienen DC+ und DC- zusammen mit einer Ausgangsschiene AC angeordnet sein, um eine Oberfläche von Substrat 75 zweizuteilen, und so den ersten und zweiten Montagebereich auf gegenüberliegenden Seiten der Schienen bereitzustellen. Getrennte leitfähige Kontaktflächen 76, 77, 78 und 79 werden jeweils für obere IGBT 80, obere Diode 81, untere Diode 82 und untere Diode 83 bereitgestellt. Daher sind obere IGBT 80 und untere Diode 83 im ersten Montagebereich montiert, und untere IGBT 82 und obere Diode 81 sind im zweiten Montagebereich montiert. Gate-Schaltungen können für jede IGBT in ihrem entsprechenden Montagebereich beinhaltet sein, doch da die anti-parallele Diode für jede IGBT sich im gegenüberliegenden Montagebereich befindet, koppelt sich die zusätzliche Common-Source-Induktivität im Wesentlichen nur an ihre eigene Leistungsschaltung. 10 zeigt eine obere Leistungsschaltung 84 und eine untere Leistungsschaltung 85. Daher umgeht jede Diode die gemeinsame Common-Source-Induktivität ihres passenden Transistors.
  • 11 zeigt ein Paar von 1-in-1 Leistungskarten, die miteinander verbunden sind, um einen Phasenzweig zu bilden. Ein oberes Phasenzweigsubstrat 90 empfängt eine obere IGBT 91 und eine untere Diode 92, die mit Schichten/Stiften für einen DC+-Bus, einem AC-Ausgang, einem Emitter-Stift e1 und einem Gate-Stift g1 verbunden sind. Ein unteres Phasenzweigsubstrat 93 empfängt eine untere IGBT 94 und eine untere Diode 95, die mit Schichten/Stiften für einen DC--Bus, einem AC-Ausgang, einem Emitter-Stift e2 und einem Gate-Stift g2 verbunden sind. Angesichts dessen, dass der Transistor und die Diode für jede Hälfte des Phasenzweiges nah zusammen verpackt werden, sind eine obere Leistungsschaltung 96 und eine untere Leistungsschaltung 97 wieder nahe aneinander gekoppelt. Dieses nahe Koppeln und die verbesserte Common-Source-Induktivität durch Verwenden von Schaltungs-Gate-Spuren erhöht die Möglichkeit für Durchschuss, der durch Kommutierungsstrom verursacht ist.
  • 12 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung für ein Paar von 1-in-1-Leistungskarten, wobei jede IGBT und ihre anti-parallele Diode voneinander beabstandet sind, indem sie auf gegenüberliegenden Seiten der Leistungskarten platziert sind. Daher trägt ein Substrat 100 eine obere IGBT 102 und eine untere Diode 103, während ein Substrat 101 eine untere IGBT 104 und eine obere Diode 105 trägt. Jedes Substrat muss Ausgangsstifte für einen positiven Bus DC+ und einen negativen Bus DC- bereitstellen und einen Ausgangs-AC, so dass die nötigen Verbindungen für jede IGBT mit ihrer Diode durchgeführt werden kann. Dennoch führt die Re-Organisierung der Komponenten dazu, dass eine obere Leistungsschaltung 106 von einer Leistungsschaltung 107 getrennt ist, so dass die verbundenen Flüsse nicht gekoppelt werden und Durchschuss-Probleme vermieden werden.

Claims (15)

  1. Phasenzweig, der Folgendes umfasst; einen oberen Transistor, der obere Gate-, Kollektor- und Emitter-Terminals aufweist, wobei die oberen Gate- und Emitter-Terminals dazu angeordnet sind, eine obere Common-Source-Induktivität zu erstellen; einen unteren Transistor, der untere Gate-, Kollektor- und Emitter-Terminals aufweist, wobei die unteren Gate- und Emitter-Terminals dazu ausgelegt sind, eine untere Common-Source-Induktivität zu erstellen; und eine obere Diode, die über die oberen Kollektor- und Emitter-Terminals und im Wesentlichen parallel mit der oberen Common-Source-Induktivität gekoppelt ist.
  2. Phasenzweig nach Anspruch 1, der ferner eine untere Diode umfasst, die über die unteren Kollektor- und Emitter-Terminals und im Wesentlichen parallel mit der unteren Common-Source-Induktivität gekoppelt ist.
  3. Phasenzweig nach Anspruch 2, wobei die Transistoren seriell zwischen einem positiven und einem negativen Busterminal verbunden sind und eine Zwischenverbindungsstelle aufweisen, die einen Ausgang des Phasenzweiges bereitstellt, und wobei die obere Diode ein Anodenterminal aufweist, das mit der Zwischenverbindungsstelle verbunden ist und im Wesentlichen die obere Common-Source-Induktivität umgeht.
  4. Phasenzweig nach Anspruch 3, wobei die untere Diode ein Anodenterminal aufweist, das mit dem negativen Busterminal verbunden ist, das im Wesentlichen die untere Common-Source-Induktivität umgeht.
  5. Phasenzweig nach Anspruch 4, der ferner ein Leistungsmodulsubstrat umfasst, das eine Vielzahl von leitfähigen Schichten trägt, wobei die leitfähigen Schichten eine positive Schiene und eine negative Schiene, die zwischen dem ersten und dem zweiten Montagebereicht angeordnet sind, definieren; wobei der obere Transistor und die untere Diode an das Substrat im ersten Montagebereich montiert sind; und wobei der untere Transistor und die obere Diode an das Substrat im zweiten Montagebereich montiert sind.
  6. Phasenzweig nach Anspruch 5, wobei die leitfähigen Schichten ferner eine obere Gate-Schaltung innerhalb des ersten Montagebereiches und eine untere Gate-Schaltung innerhalb deszweiten Montagebereiches definieren.
  7. Phasenzweig nach Anspruch 4, der ferner erste und zweite Leistungsmodulsubstrate umfasst, die jedes eine Vielzahl von leitfähigen Schichten trägt; wobei der untere Transistor und die untere Diode an das erste Substrat montiert sind; und wobei der untere Transistor und die obere Diode an das zweite Substrat montiert sind.
  8. Phasenzweig nach Anspruch 7, wobei die leitfähigen Schichten ferner eine obere Gate-Schaltung auf dem ersten Substrat und eine untere Gate-Schaltung auf dem zweiten Substrat definieren.
  9. Leistungswechselrichter, der Folgendes umfasst: eine DC-Anschlussspannung mit positiven und negativen Bussen, die dazu ausgelegt sind, DC-Versorgungsspannung zu empfangen; einen Phasenzweig, der einen oberen Transistor und einen unteren Transistor umfasst, die seriell zwischen den Bussen und einer oberen Diode gekoppelt sind, und eine untere Diode, die über jeweilige Kollektor- und Emitter-Terminals der jeweiligen oberen und unteren Transistoren gekoppelt sind, wobei eine Verbindungsstelle zwischen dem oberen und dem unteren Transistor dazu ausgelegt ist, an eine Ladung gekoppelt zu sein, wobei die oberen Gate- und Emitter-Terminals dazu angeordnet sind, eine obere Common-Source-Induktivität zu erstellen, wobei die unteren Gate- und Emitter-Terminals dazu angeordnet sind, ein untere Common-Source-Induktivität zu erstellen, wobei die obere Diode im Wesentlichen parallel an die obere Common-Source-Induktivität gekoppelt ist, und wobei die untere Diode im Wesentlichen parallel an die untere Common-Source-Induktivität gekoppelt ist; und einen Gate-Treiber, der an den Phasenzweig gekoppelt ist, der den oberen Transistor gemäß einem oberen Gate-Signal aktiviert und den unteren Transistor gemäß einem unteren Gate-Signal aktiviert.
  10. Leistungswechselrichter nach Anspruch 9, wobei die obere Diode ein Anodenterminal aufweist, das an die Verbindungsstellt verbunden ist, die im Wesentlichen die obere Common-Source-Induktivität umgeht, und wobei die untere Diode ein Anodenterminal aufweist, das an den negativen Bus gekoppelt ist und im Wesentlichen die untere Common-Source-Induktivität umgeht.
  11. Leistungswechselrichter nach Anspruch 9, wobei der Phasenzweig ferner ein Leistungsmodulsubstrat umfasst, das eine Vielzahl von leitfähigen Schichten trägt, wobei die leitfähigen Schichten eine positive Schiene und eine negative Schiene, die zwischen dem ersten und dem zweiten Montagebereich angeordnet sind, definieren; wobei der obere Transistor und die untere Diode an das Substrat im ersten Montagebereich montiert sind; und wobei der untere Transistor und die obere Diode an das Substrat im zweiten Montagebereich montiert sind.
  12. Leistungswechselrichter nach Anspruch 11, wobei die leitfähigen Schichten ferner eine obere Gate-Schaltung innerhalb des ersten Montagebereiches und eine untere Gate-Schaltung innerhalb deszweiten Montagebereiches definieren.
  13. Leistungswechselrichter nach Anspruch 9, wobei der Phasenzweig ferner erste und zweite Leistungsmodulsubstrate umfasst, die jedes eine Vielzahl von leitfähigen Schichten trägt; wobei der untere Transistor und die untere Diode an das erste Substrat montiert sind; und wobei der untere Transistor und die obere Diode an das zweite Substrat montiert sind.
  14. Leistungswechselrichter nach Anspruch 13, wobei die leitfähigen Schichten ferner eine obere Gate-Schaltung auf dem ersten Substrat und eine untere Gate-Schaltung auf dem zweiten Substrat definieren.
  15. Leistungswechselrichter nach Anspruch 9, wobei die jeder der Transistoren aus einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) bestehen.
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