DE102017215419A1 - Capacitor unit and assembly for power electronics - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kondensatoreinheit (1; 16; 24) für eine Leistungselektronik, aufweisend wenigstens zwei gegenpolige Anschlüsse (4, 5; 17, 18; 31, 32) zum elektrischen Verbinden der Kondensatoreinheit (1; 16; 24) mit einer Leiterplatte (2) oder einem Leistungsmodul (23). Um parasitäre Anschlussinduktivitäten der Kondensatoreinheit (1; 16; 24) zu senken, weist jeder Anschluss (4, 5) ein Kontaktelement (6, 7) auf, wobei die Kontaktelemente (6, 7) benachbart und parallel zueinander verlaufen und beabstandet voneinander angeordnet sind, oder weist jeder Anschluss (17, 18) mehrere in einer Reihe beabstandet voneinander angeordnete, parallel zueinander verlaufende Anschlussfahnen (19, 20) auf, wobei die Anschlussfahnen (19, 20) des einen Anschlusses (17, 18) in der Reihe im Wechsel mit den Anschlussfahnen (19, 20) des anderen Anschlusses (17, 18) angeordnet sind, oder ist jeder Anschluss (25, 26) als Teil einer Press-Fit-Verbindung ausgebildet.The invention relates to a capacitor unit (1; 16; 24) for power electronics, comprising at least two opposite-pole terminals (4, 5; 17, 18; 31, 32) for electrically connecting the capacitor unit (1; 16; 24) to a printed circuit board ( 2) or a power module (23). In order to lower parasitic connection inductances of the capacitor unit (1; 16; 24), each connection (4, 5) has a contact element (6, 7), the contact elements (6, 7) being adjacent and parallel to one another and spaced from one another , or each terminal (17, 18) a plurality of spaced in a row spaced, mutually parallel terminal lugs (19, 20), wherein the terminal lugs (19, 20) of the one terminal (17, 18) in the row in alternation are arranged with the terminal lugs (19, 20) of the other terminal (17, 18), or each terminal (25, 26) is formed as part of a press-fit connection.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kondensatoreinheit für eine Leistungselektronik, aufweisend wenigstens zwei gegenpolige Anschlüsse zum elektrischen Verbinden der Kondensatoreinheit mit einer Leiterplatte oder mit einem Leistungsmodul. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Baugruppe für eine Leistungselektronik, aufweisend eine Leiterplatte oder ein Leistungsmodul.The invention relates to a capacitor unit for power electronics, comprising at least two opposite-pole terminals for electrically connecting the capacitor unit to a printed circuit board or to a power module. Furthermore, the invention relates to an assembly for power electronics, comprising a printed circuit board or a power module.
Für Anwendungen in der Leistungselektronik, beispielsweise in einem DC-DC Wandler, einem Ladegerät und dergleichen, werden schnellschaltende Leistungshalbleiter benötigt, was wiederum niederinduktive Zwischenkreiskondensatoren erforderlich macht. Für derartige Anwendungen eignen sich Folienkondensatoren aufgrund der günstigen Anschaffungskosten, der selbstheilenden Eigenschaften und der geringen Ausfallrate. Allerdings weisen heute verfügbare Folienkondensatoren für derartige Anwendungen hohe parasitäre Anschlussinduktivitäten auf. Dieser induktive Anteil erzeugt Probleme bei der Anwendung in der Leistungselektronik, beispielsweise eine hohe Überspannung bei schnellen Schaltvorgängen.For applications in power electronics, for example in a DC-DC converter, a charger and the like, fast switching power semiconductors are needed, which in turn makes low-inductive DC link capacitors necessary. Foil capacitors are suitable for such applications because of the low acquisition costs, the self-healing properties and the low failure rate. However, film capacitors available today for such applications have high parasitic connection inductances. This inductive component generates problems in the application in power electronics, for example, a high overvoltage during fast switching operations.
Um den induktiven Anteil im Folienkondensator zu reduzieren, können die elektrischen Verbindungen (HV(+) und HV(-)-Stromschienen) so ausgelegt werden, dass eine räumliche Entfernung zwischen den beiden Stromschienen möglichst gering ist. Zudem kann durch eine abwechselnde Polkontaktierung von einzelnen Folienkondensatoren eines Zwischenkreiskondensators an die positiven (+) und negativen (-) Stromschienen die parasitäre Anschlussinduktivität gesenkt werden, wodurch der Zwischenkreiskondensator verbesserte elektrische Eigenschaften aufweist. Dadurch kann eine volldifferentielle Stromverteilung erreicht werden, die eine minimale Induktivität und homogene Stromauslastung der Folienkondensatoren bietet. Jeder Folienkondensator wird dabei über eine eigene Anschlussleitung („Anschlussfinger“) mit Strom versorgt. In jeder dieser Anschlussleitungen wird allerdings aufgrund der Stromdichte ein parasitäres Magnetfeld erzeugt.In order to reduce the inductive component in the film capacitor, the electrical connections (HV (+) and HV (-) - busbars) can be designed so that a spatial distance between the two busbars is minimized. In addition, by an alternating Polkontaktierung of individual film capacitors of a DC link capacitor to the positive (+) and negative (-) power rails, the parasitic terminal inductance can be lowered, whereby the DC link capacitor has improved electrical properties. This allows a fully differential current distribution can be achieved, which provides a minimum inductance and homogeneous current utilization of the film capacitors. Each film capacitor is thereby supplied with power via its own connection cable ("connection finger"). In each of these connecting lines, however, a parasitic magnetic field is generated due to the current density.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, parasitäre Anschlussinduktivitäten einer eingangs genannten Kondensatoreinheit zu senken.An object of the invention is to reduce parasitic connection inductances of a capacitor unit mentioned above.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren wiedergegeben, wobei diese Ausgestaltungen jeweils für sich genommen oder in unterschiedlicher Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander einen weiterbildenden oder vorteilhaften Aspekt der Erfindung darstellen können.This object is solved by the independent claims. Advantageous embodiments are described in the dependent claims, the following description and the figures These refinements, taken alone or in a different combination of at least two of these embodiments, can represent a further developing or advantageous aspect of the invention with one another.
Eine erfindungsgemäße Kondensatoreinheit für eine Leistungselektronik umfasst wenigstens zwei gegenpolige Anschlüsse zum elektrischen Verbinden der Kondensatoreinheit mit einer Leiterplatte oder einem Leistungsmodul, wobei jeder Anschluss ein Kontaktelement aufweist, wobei die Kontaktelemente benachbart und parallel zueinander verlaufen und beabstandet voneinander angeordnet sind, oder wobei jeder Anschluss mehrere in einer Reihe beabstandet voneinander angeordnete, parallel zueinander verlaufende Anschlussfahnen aufweist, wobei die Anschlussfahnen des einen Anschlusses in der Reihe im Wechsel mit den Anschlussfahnen des anderen Anschlusses angeordnet sind, oder wobei jeder Anschluss als Teil einer Press-Fit-Verbindung ausgebildet ist.A capacitor unit according to the invention for power electronics comprises at least two opposing terminals for electrically connecting the capacitor unit with a printed circuit board or a power module, each terminal having a contact element, wherein the contact elements adjacent and parallel to each other and spaced from each other, or wherein each terminal more in a plurality of spaced apart, mutually parallel terminal lugs, wherein the terminal lugs of the one terminal in the row are arranged in alternation with the terminal lugs of the other terminal, or wherein each terminal is formed as part of a press-fit connection.
Erfindungsgemäß kann jeder Anschluss der Kondensatoreinheit ein Kontaktelement zum elektrischen Verbinden der Kondensatoreinheit mit einem weiteren elektrischen Bauteil, insbesondere einer Leiterplatte oder einem Leistungsmodul, aufweisen, wobei die Kontaktelemente benachbart und parallel zueinander verlaufen und beabstandet voneinander angeordnet sind.According to the invention, each terminal of the capacitor unit may have a contact element for electrically connecting the capacitor unit to a further electrical component, in particular a printed circuit board or a power module, wherein the contact elements are adjacent and parallel to each other and spaced from each other.
Jedes Kontaktelement kann blockförmig und langgestreckt ausgebildet sein. Unter einer blockförmigen Ausbildung des jeweiligen langgestreckt ausgebildeten Kontaktelements ist eine Ausbildung des Kontaktelements als langgestreckter massiver Block mit einer polygonalen, beispielsweise quadratischen oder rechteckigen, oder abgerundeten, beispielsweise kreisrunden oder elliptischen, Querschnittsfläche zu verstehen. Das blockförmige Kontaktelement ist also nicht beispielsweise plattenförmig, hohlförmig oder entlang seiner Längserstreckung unterbrochen ausgebildet. Unter einer langgestreckten Ausbildung des jeweiligen blockförmigen Kontaktelements ist eine Ausbildung des Kontaktelements zu verstehen, bei die Länge des Kontaktelements um ein Mehrfaches oder Vielfaches größer ist als die übrigen Abmessungen, beispielsweise eine Breite und eine Höhe, des Kontaktelements. Durch die blockförmige und langgestreckte Ausbildung des jeweiligen Kontaktelements kann somit eine relativ große Kontaktfläche zwischen dem Kontaktelement bzw. dem Anschluss und einem weiteren elektrischen Bauteil, insbesondere einer Leiterplatte, hergestellt werden, so dass relativ starke Ströme unter relativ geringen Verlusten über das Kontaktelement übertragen werden können.Each contact element may be formed block-shaped and elongated. Under a block-shaped design of the respective elongated contact element is an embodiment of the contact element as an elongated solid block with a polygonal, for example, square or rectangular, or rounded, for example, circular or elliptical, cross-sectional area to understand. The block-shaped contact element is therefore not formed, for example, plate-shaped, hollow or interrupted along its longitudinal extent. Under an elongated design of the respective block-shaped contact element is to be understood a design of the contact element, wherein the length of the contact element is greater by a multiple or multiple than the other dimensions, such as a width and a height of the contact element. As a result of the block-shaped and elongated design of the respective contact element, a relatively large contact area between the contact element or the connection and a further electrical component, in particular a printed circuit board, can be produced so that relatively strong currents can be transmitted via the contact element with relatively low losses ,
Unter der benachbarten und beabstandeten Anordnung der gegenpoligen Kontaktelemente ist eine Anordnung der Kontaktelemente in einem relativ geringen Abstand zueinander zu verstehen. Insbesondere kann der Abstand zwischen den Kontaktelementen um ein Mehrfaches oder Vielfaches kleiner sein als eine Länge der Kontaktelemente. Dass die gegenpoligen Kontaktelemente parallel zueinander verlaufen, soll zudem bedeuten, dass der Abstand zwischen den Kontaktelementen entlang der Längserstreckung der Kontaktelemente konstant ist. Der konstante Abstand zwischen den gegenpoligen Kontaktelementen kann durch eine geradlinige oder zumindest abschnittsweise gekrümmte Ausbildung der Kontaktelemente verwirklicht sein. Da die gegenpoligen Kontaktelemente benachbart und parallel zueinander verlaufen und beabstandet voneinander angeordnet sind, können sich die bei einem entgegengesetzten Stromfluss durch die gegenpoligen Kontaktelemente bildenden Induktivitäten gleichmäßig gegenseitig kompensieren bzw. aufheben, wodurch diese parasitären Anschlussinduktivitäten beseitig oder zumindest weitgehend reduziert werden können.Under the adjacent and spaced arrangement of the opposite pole contact elements is an arrangement of the contact elements in a relatively small distance from each other to understand. In particular, the distance between the contact elements may be smaller by a multiple or a multiple than a length of the contact elements. The fact that the anti-polar contact elements are parallel to each other, should also mean that the distance between the contact elements along the longitudinal extension of the contact elements is constant. The constant distance between the mutually opposite contact elements can be realized by a rectilinear or at least partially curved configuration of the contact elements. Since the opposite-pole contact elements are adjacent and parallel to each other and spaced from each other, the inductances forming at an opposite current flow through the opposing contact elements can evenly compensate or cancel each other, whereby these parasitic Anschlußinduktivitäten eliminated or at least can be largely reduced.
Erfindungsgemäß kann alternativ jeder Anschluss mehrere in einer Reihe beabstandet voneinander angeordnete, parallel zueinander verlaufende Anschlussfahnen zum elektrischen Verbinden der Kondensatoreinheit mit einem weiteren elektrischen Bauteil, insbesondere einer Leiterplatte, aufweisen, wobei die Anschlussfahnen des einen Anschlusses in der Reihe im Wechsel mit den Anschlussfahnen des anderen Anschlusses angeordnet sind.According to the invention, alternatively, each terminal may comprise a plurality of terminal lugs spaced apart from one another and parallel to one another for electrically connecting the capacitor unit to a further electrical component, in particular a printed circuit board, the terminal lugs of one terminal in the row alternating with the terminal lugs of the other Connection are arranged.
Dass die Anschlussfahnen in einer Reihe angeordnet sind, soll bedeuten, dass die Anschlussfahnen bezüglich einer geradlinigen oder zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildeten gedachten Linie hintereinander entlang dieser Linie angeordnet sind, um die Reihe zu bilden. Dass die Anschlussfahnen in der Reihe beabstandet voneinander angeordnet sind, soll bedeuten, dass die Anschlussfahnen entlang der gedachten Linie beabstandet voneinander angeordnet sind. Die Anschlussfahnen des einen Anschlusses sind dabei derart in der Reihe beabstandet voneinander angeordnet, dass der Abstand zwischen diesen Anschlussfahnen größer ist als eine bezüglich der gedachten Linie der Reihe gegebene Breite der Anschlussfahnen des anderen Anschlusses. Vorzugsweise sind die Anschlussfahnen jedes Anschlusses in der Reihe gleichmäßig beabstandet voneinander angeordnet.That the terminal lugs are arranged in a row, to mean that the terminal lugs are arranged with respect to a rectilinear or at least partially curved imaginary imaginary line behind the other along this line to form the row. The fact that the terminal lugs in the row are spaced from one another means that the terminal lugs are spaced along the imaginary line. The terminal lugs of one terminal are spaced apart from one another in such a way that the distance between these terminal lugs is greater than a width of the terminal lugs of the other terminal given with respect to the imaginary line of the row. Preferably, the terminal lugs of each terminal in the row are equally spaced from each other.
Durch die benachbarte Anordnung der gegenpoligen Anschlussfahnen können sich die bei einem entgegengesetzten Stromfluss durch die gegenpoligen Anschlussfahnen bildenden Induktivitäten gleichmäßig gegenseitig kompensieren bzw. aufheben, wodurch diese parasitären Anschlussinduktivitäten beseitig oder zumindest weitgehend reduziert werden können. Die parasitären Anschlussinduktivitäten werden umso stärker reduziert, je größer die räumliche Auflösung der Anschlussfahnen ist, also je mehr Anschlussfahnen die dadurch gebildete Reihe bei gleichbleibender Länge der Reihe aufweist.As a result of the adjacent arrangement of the mutually opposite terminal lugs, the inductances forming in the case of an opposite current flow through the opposing terminal lugs can uniformly compensate each other or cancel each other, whereby these parasitic connection inductances can be eliminated or at least substantially reduced. The parasitic connection inductances are reduced the greater the larger the spatial resolution of the terminal lugs, that is, the more connecting lugs the series formed thereby has the same length of the series.
Erfindungsgemäß kann alternativ jeder Anschluss als Teil einer Press-Fit-Verbindung ausgebildet sein. Insbesondere kann jeder Anschluss wenigstens ein Press-Fit-Kontaktloch oder wenigstens einen Press-Fit-Einpressstift aufweisen.Alternatively, according to the invention, each connection may be formed as part of a press-fit connection. In particular, each connection can have at least one press-fit contact hole or at least one press-fit press-fit pin.
Die Press-Fit-Technologie wird üblicherweise zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Leistungsmodul verwendet. Durch die Press-Fit-Technologie wird ein Kraftschluss zwischen der Leiterplatte und dem Leistungsmodul hergestellt. Das Grundprinzip der Press-Fit-Technologie ist die größere Ausdehnung eines Press-Fit-Einpressstifts an dem Leistungsmodul im Vergleich zu einem Press-Fit-Kontaktloch an der Leiterplatte. Beim Einpressen des Press-Fit-Einpressstifts in das Press-Fit-Kontaktloch wird der Press-Fit-Einpressstift plastisch und/oder elastisch verformt und es wird ein gasdichter Kontakt mit niederohmigem Widerstand hergestellt. Hierzu sind nur geringe Einpresskräfte bei gleichzeitig hohen Haltekräften erforderlich.The press-fit technology is commonly used to connect a printed circuit board to a power module. The press-fit technology creates a positive connection between the printed circuit board and the power module. The basic principle of press-fit technology is the greater expansion of a press-fit press-in pin on the power module compared to a press-fit contact hole on the circuit board. When the press-fit press-fit pin is pressed into the press-fit contact hole, the press-fit press-in pin is plastically and / or elastically deformed and a gastight contact with low-resistance is produced. For this purpose, only low insertion forces are required with high holding forces.
Die Press-Fit-Technologie ermöglicht die Herstellung von zuverlässigen, lötfreien Verbindungen. Es können Einsparungen im Herstellungsprozess dadurch erreicht werden, dass die Verbindung bereits während der Montage des Einpresskontakts zustande kommt. Eine Zuführung von Lot und Flussmittel bzw. eine Wärmezufuhr wird nicht benötigt, sondern lediglich eine Einpresskraft.The press-fit technology enables the production of reliable, solderless connections. Savings in the manufacturing process can be achieved in that the connection already comes about during the installation of the press-fit contact. A supply of solder and flux or a heat supply is not needed, but only a press-in force.
Die Ausbildung der elektrischen Anschlüsse der erfindungsgemäßen Kondensatoreinheit als Press-Fit-Verbindungsteile hat den Vorteil, dass die Kondensatoreinheit unmittelbar mit einem Leistungsmodul verbunden werden kann, ohne die Zwischenschaltung einer Leiterplatte, an der die Kondensatoreinheit angeordnet ist und die über eine Press-Fit-Technologie mit dem Leistungsmodul verbunden wird. Dies macht eine Leiterplatte überflüssig, was mit einer Kostenersparnis einhergeht. Zudem kann die Kondensatoreinheit kompakter bzw. bauraumsparender ausgebildet und flexibler an das Leistungsmodul angebunden werden. Der Anpressvorgang, bei dem die Kondensatoreinheit an das Leistungsmodul angepresst wird, kann unter Zuhilfenahme einer Zentriervorrichtung erfolgen.The formation of the electrical connections of the capacitor unit according to the invention as press-fit connection parts has the advantage that the capacitor unit can be directly connected to a power module without the interposition of a printed circuit board on which the capacitor unit is arranged and via a press-fit technology connected to the power module. This makes a printed circuit board unnecessary, which goes hand in hand with cost savings. In addition, the capacitor unit can be made more compact and space-saving and can be connected more flexibly to the power module. The pressing process, in which the capacitor unit is pressed against the power module, can take place with the aid of a centering device.
Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung ist der Anschluss beispielsweise der Kondensatoreinheit gemäß
Die Kondensatoreinheit kann beispielsweise zur Ausbildung eines Zwischenkreises eines DC-DC-Wandlers, eines Ladegeräts oder dergleichen eingesetzt werden. Die Kondensatoreinheit kann einen Snubberkondensator ausbilden.The capacitor unit can be used, for example, to form a DC link of a DC-DC converter, a charger or the like. The capacitor unit may form a snubber capacitor.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens ein Anschluss randseitig an einem eigenen Anschlussblech angeordnet, mit dem Folienkondensatoren der Kondensatoreinheit elektrisch verbunden sind, die parallel zueinander angeordnete Längsmittelachsen und stirnseitig angeordnete elektrische Anschlüsse aufweisen. Die Verwendung entsprechender Anschlussbleche macht eine flächige Anordnung der Folienkondensatoren möglich, um eine kompakte Ausbildung der Kondensatoreinheit mit einer Vielzahl von Folienkondensatoren zu ermöglichen. Umfasst die Kondensatoreinheit die oben beschriebenen Kontaktelemente, können diese randseitig an dem jeweiligen Anschlussblech angeordnet und stoffschlüssig mit dem Anschlussblech verbunden sein. Umfasst die Kondensatoreinheit die oben beschriebenen Anschlussfahnen, können diese randseitig aus dem jeweiligen Anschlussblech herausgeführt und monolithisch mit dem Anschlussblech hergestellt sein. Jeder Folienkondensator ist als Folienwickelkondensator ausgebildet. Jeder Folienkondensator ist zylinderförmig ausgebildet und kann eine kreisförmige oder polygonale Querschnittsfläche aufweisen, die quer zu der Längsmittelachse des Folienkondensators ausgerichtet ist. Die axialen Endflächen jedes Folienkondensators bilden dessen Stirnseiten aus, an denen jeweils ein elektrischer Anschluss des Folienkondensators angeordnet ist. Durch die parallele Anordnung der Längsmittelachsen der Folienkondensatoren können diese dichter gepackt werden, um eine kompakt ausgebildete Kondensatoreinheit bereitstellen zu können. Die Längsmittelachsen der Folienkondensatoren können senkrecht zu einem Abschnitt des jeweiligen Anschlussblechs verlaufen, mit dem die Folienkondensatoren elektrisch verbunden sind. Vorzugsweise ist jeder Anschluss entsprechend randseitig an einem eigenen Anschlussblech angeordnet. Hierdurch ist statt der Verwendung von Einzelanschlüssen eine gemeinsame elektrische Kontaktierung der Folienkondensatoren über die Anschlussbleche möglich.According to an advantageous embodiment, at least one connection is arranged at the edge on a separate connection plate with which the film capacitors of the capacitor unit are electrically connected, which have mutually parallel longitudinal central axes and end-side arranged electrical connections. The use of corresponding connection plates makes a planar arrangement of the film capacitors possible in order to allow a compact design of the capacitor unit with a plurality of film capacitors. If the capacitor unit comprises the above-described contact elements, these can be arranged on the edge side on the respective connection plate and can be connected in a material-locking manner to the connection plate. If the capacitor unit comprises the connection lugs described above, these can be led out of the respective connection plate on the edge side and produced monolithically with the connection plate. Each film capacitor is designed as a film winding capacitor. Each film capacitor is cylindrically shaped and may have a circular or polygonal cross-sectional area which is oriented transversely to the longitudinal center axis of the film capacitor. The axial end surfaces of each film capacitor form its end faces, on each of which an electrical connection of the film capacitor is arranged. Due to the parallel arrangement of the longitudinal central axes of the film capacitors, these can be packed more tightly in order to be able to provide a compact capacitor unit. The longitudinal central axes of the film capacitors can run perpendicular to a portion of the respective connection plate with which the film capacitors are electrically connected. Preferably, each connection is arranged according to the edge on a separate connection plate. As a result, instead of the use of individual connections, a common electrical contacting of the film capacitors via the connection plates is possible.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Anschlussblech randseitig einen von den Folienkondensatoren weg weisenden, abgewinkelten Anschlussabschnitt aufweist, an dem der Anschluss angeordnet ist. Hierdurch kann ein Abschnitt des Anschlussblechs, mit dem die Folienkondensatoren elektrisch verbunden sind, senkrecht zu einer Montageebene ausgerichtet sein, an der die Kondensatoreinheit montiert wird. Hierdurch wird die Höhe der Kondensatoreinheit unabhängig von einer Höhe der Folienkondensatoren, und hängt stattdessen von einer Breite der Folienkondensatoren und einer Stapelung der Folienkondensatoren in der senkrecht auf der Montageebene stehenden Höhenrichtung ab. An dem Anschlussabschnitt kann ein Kontaktelement angeordnet sein, dass parallel zu einem freien Ende des Anschlussabschnitts verläuft. Alternativ können an dem Anschlussabschnitt die Anschlussfahnen angeordnet sein, die sich zumindest teilweise senkrecht zu dem Anschlussabschnitt erstrecken.A further advantageous embodiment provides that the connection plate on the edge side has an angled connection section facing away from the film capacitors, on which the connection is arranged. Thereby, a portion of the terminal plate, with which the film capacitors are electrically connected, perpendicular to a Be aligned mounting plane on which the capacitor unit is mounted. As a result, the height of the capacitor unit is independent of a height of the film capacitors, and instead depends on a width of the film capacitors and a stacking of the film capacitors in the height direction perpendicular to the mounting plane. At the connection portion, a contact element may be arranged, which runs parallel to a free end of the connection portion. Alternatively, the connection lugs may be arranged on the connection section, which lugs extend at least partially perpendicular to the connection section.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist jede Anschlussfahne um einen rechten Winkel abgewinkelt ausgebildet. Auch hierdurch kann ein Abschnitt des Anschlussblechs, mit dem die Folienkondensatoren elektrisch verbunden sind, senkrecht zu einer Montageebene ausgerichtet sein, an der die Kondensatoreinheit montiert wird. Jede Anschlussfahne kann einen gekrümmten Verlauf oder wenigstens eine quer zu der Längserstreckung der Anschlussfahne verlaufende Knicklinie aufweisen.According to a further advantageous embodiment, each terminal lug is angled at a right angle. This also makes it possible for a section of the connecting plate, with which the film capacitors are electrically connected, to be aligned perpendicular to a mounting plane on which the capacitor unit is mounted. Each terminal lug may have a curved course or at least one bending line extending transversely to the longitudinal extension of the connection lug.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Kondensatoreinheit wenigstens zwei innere Anschlussbleche einer ersten Polarität, die benachbart zu einander gegenüberliegenden Stirnseiten jedes Folienkondensators angeordnet sind, wenigstens zwei äußere Anschlussbleche einer zweiten Polarität, die auf den Folienkondensatoren abgewandten Seiten der inneren Anschlussbleche angeordnet sind, und wenigstens zwei elektrische Isolierschichten, die jeweils zwischen einem inneren Anschlussblech und einem äußeren Anschlussblech angeordnet sind, wobei benachbarte Folienkondensatoren über ihre elektrischen Anschlüsse auf jeder der beiden Stirnseiten im Wechsel elektrisch mit den dortigen Anschlussblechen verbunden sind, wobei an den inneren Anschlussblechen Durchbrechungen ausgebildet sind, durch die die elektrisch mit den äußeren Anschlussblechen verbundenen elektrischen Anschlüsse der Folienkondensatoren verlaufen. Durch diese Ausgestaltung werden eine bessere Stromverteilung und geringere parasitäre Induktivitäten der Verbindungen zwischen den Folienkondensatoren und den Anschlussblechen erreicht. Gemäß dieser Ausgestaltung sind auf jeder der Stirnseiten ein positives Anschlussblech und ein negatives Anschlussblech vorhanden, zwischen denen die jeweilige elektrische Isolierschicht angeordnet ist. Da benachbarte Folienkondensatoren über ihre elektrischen Anschlüsse auf jeder der beiden Stirnseiten im Wechsel elektrisch mit den dortigen Anschlussblechen verbunden sind, können sich durch diese Verbindungen realisierte Induktivitäten gegenseitig kompensieren bzw. aufheben.According to a further advantageous embodiment, the capacitor unit comprises at least two inner terminal plates of a first polarity, which are arranged adjacent to opposite end faces of each film capacitor, at least two outer terminal plates of a second polarity, which are arranged on the film capacitors opposite sides of the inner terminal plates, and at least two electrical insulating layers, which are each arranged between an inner terminal plate and an outer terminal plate, wherein adjacent film capacitors are electrically connected via their electrical connections on each of the two end faces alternately with the local terminal plates, wherein on the inner terminal plates perforations are formed through which the electrically connected to the outer terminal plates connected electrical connections of the film capacitors. This embodiment achieves a better current distribution and lower parasitic inductances of the connections between the film capacitors and the terminal plates. According to this embodiment, a positive terminal plate and a negative terminal plate are present on each of the end faces, between which the respective electrical insulating layer is arranged. Since adjacent film capacitors are electrically connected in alternation via their electrical connections on each of the two end faces to the terminal plates there, inductances realized by these connections can compensate each other or cancel each other out.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Kondensatoreinheit wenigstens ein U-förmig ausgebildetes inneres Anschlussblech einer ersten Polarität, wenigstens ein U-förmig ausgebildetes äußeres Anschlussblech einer zweiten Polarität, das das innere Anschlussblech außen zumindest teilweise umgreift, und wenigstens eine zwischen dem inneren Anschlussblech und dem äußeren Anschlussblech angeordnete elektrische Isolierschicht, wobei jedes Anschlussblech zwei parallel zueinander und beabstandet voneinander verlaufende Schenkel, mit denen Folienkondensatoren der Kondensatoreinheit, die parallel zueinander angeordnete Längsmittelachsen und stirnseitig angeordnete elektrische Anschlüsse aufweisen, elektrisch verbunden sind, und einen die Schenkel miteinander verbindenden Steg aufweist, wobei an jedem Steg jeweils wenigstens ein Press-Fit-Kontaktloch angeordnet ist, wobei an dem Steg des äußeren Anschlussblechs eine mit dem Press-Fit-Kontaktloch an dem Steg des inneren Anschlussblechs fluchtende, größer als dieses Press-Fit-Kontaktloch dimensionierte Durchbrechung ausgebildet ist, und wobei an dem Steg des inneren Anschlussblechs eine mit dem Press-Fit-Kontaktloch an dem Steg des äußeren Anschlussblechs fluchtende, größer als dieses Press-Fit-Kontaktloch dimensionierte Durchbrechung ausgebildet ist. Hiernach werden die elektrischen Anschlüsse der Kondensatoreinheit also jeweils durch wenigstens ein Press-Fit-Kontaktloch, vorzugsweise jeweils durch zwei oder mehrere Press-Fit-Kontaktlöcher gebildet. An dem Leistungsmodul sind Press-Fit-Einpressstifte entsprechend angeordnet, so dass die elektrische Verbindung zwischen der Kondensatoreinheit und dem Leistungsmodul durch ein Anpressen der Kondensatoreinheit an das Leistungsmodul auf einfache Art und Weise hergestellt werden kann. Das jeweilige Press-Fit-Kontaktloch kann beispielsweise vorgebohrt werden. Durch eine ausreichende Dimensionierung der Anschlussbleche ist eine Mitführung des Gleichstroms möglich. Hierzu werden also keine zusätzlichen Gleichstromstromschienen benötigt. Die Anschlussbleche bzw. deren Formgebung ermöglichen ferner eine einfache Ankopplung an eine Sammelschiene.According to a further advantageous embodiment, the capacitor unit comprises at least one U-shaped inner terminal plate of a first polarity, at least one U-shaped outer terminal plate of a second polarity, which surrounds the inner terminal plate outside at least partially, and at least one between the inner terminal plate and the outer connecting plate arranged electrical insulating layer, wherein each connecting plate two parallel to each other and spaced from each other extending legs, with which foil capacitors of the capacitor unit, the mutually parallel longitudinal central axes and frontally arranged electrical connections are electrically connected, and having a leg interconnecting web, wherein At least one press-fit contact hole is arranged on each web, wherein at the web of the outer connecting plate one with the press-fit contact hole at the web of the Ren the connecting plate aligned, greater than this press-fit contact hole sized opening is formed, and wherein at the web of the inner terminal plate with the press-fit contact hole on the web of the outer terminal plate aligned larger than this press-fit contact hole dimensioned Aperture is formed. After that, the electrical connections of the capacitor unit are thus each formed by at least one press-fit contact hole, preferably in each case by two or more press-fit contact holes. Press-fit press-fit pins are correspondingly arranged on the power module, so that the electrical connection between the capacitor unit and the power module can be produced in a simple manner by pressing the capacitor unit onto the power module. The respective press-fit contact hole can be predrilled, for example. By sufficient dimensioning of the connection plates, a carrying of the direct current is possible. For this purpose, no additional DC busbars are needed. The connection plates or their shape also allow easy coupling to a busbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass benachbarte Folienkondensatoren über ihre elektrischen Anschlüsse auf jeder der beiden Stirnseiten im Wechsel elektrisch mit den dortigen Schenkeln verbunden sind, wobei an den Schenkeln des inneren Anschlussblechs Durchbrechungen ausgebildet sind, durch die die elektrisch mit den Schenkeln des äußeren Anschlussblechs verbundenen elektrischen Anschlüsse der Folienkondensatoren verlaufen. Durch die Ausgestaltung werden eine bessere Stromverteilung und geringere parasitäre Induktivitäten der Verbindungen zwischen den Folienkondensatoren und den Anschlussblechen erreicht. Gemäß dieser Ausgestaltung sind auf jeder der Stirnseiten ein positiver Schenkel und ein negativer Schenkel vorhanden, zwischen denen die jeweilige elektrische Isolierschicht angeordnet ist. Da benachbarte Folienkondensatoren über ihre elektrischen Anschlüsse auf jeder der beiden Stirnseiten im Wechsel elektrisch mit den dortigen Schenkeln verbunden sind, können sich durch diese Verbindungen realisierte Induktivitäten gegenseitig kompensieren bzw. aufheben.A further advantageous embodiment provides that adjacent film capacitors are electrically connected via their electrical connections on each of the two end faces alternately with the local legs, wherein on the legs of the inner terminal plate openings are formed through which the electrically connected to the legs of the outer terminal plate connected electrical connections of the film capacitors run. The design achieves a better current distribution and lower parasitic inductances of the connections between the film capacitors and the terminal plates. According to this embodiment are on each of the end faces a positive leg and a negative leg exist, between which the respective electrical insulating layer is arranged. Since adjacent film capacitors are electrically connected in alternation via their electrical connections on each of the two end faces to the legs there, inductances realized by these connections can compensate each other or cancel each other out.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Kondensatoreinheit wenigstens ein Gehäuse, in dem die Folienkondensatoren und die Anschlussbleche angeordnet sind und an dem für jeden elektrischen Anschluss der Kondensatoreinheit jeweils eine Durchbrechung ausgebildet ist. Das Gehäuse schützt die darin angeordneten Komponenten, insbesondere vor einer Berührung bei dem Anpressen der Kondensatoreinheit an ein Leistungsmodul.According to a further advantageous embodiment, the capacitor unit comprises at least one housing, in which the film capacitors and the terminal plates are arranged and on which an opening is formed for each electrical connection of the capacitor unit. The housing protects the components arranged therein, in particular against contact during the pressing of the capacitor unit to a power module.
Vorteilhafterweise sind die elektrischen Anschlüsse der Folienkondensatoren durch Löten, Widerstandschweißen oder Laserschweißen mit dem jeweiligen Anschlussblech verbunden.Advantageously, the electrical connections of the film capacitors are connected by soldering, resistance welding or laser welding to the respective connection plate.
Eine erfindungsgemäße Baugruppe für eine Leistungselektronik umfasst wenigstens eine Leiterplatte oder ein Leistungsmodul und wenigstens eine Kondensatoreinheit nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander, die über ihre Anschlüsse elektrisch mit der Leiterplatte bzw. dem Leistungsmodul verbunden ist.An assembly according to the invention for power electronics comprises at least one printed circuit board or a power module and at least one capacitor unit according to one of the aforementioned embodiments or any combination of at least two of these configurations with each other, which is electrically connected via their terminals to the circuit board or the power module.
Mit der Baugruppe sind die oben mit Bezug auf die Kondensatoreinheit genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Leiterplatte stellt vorzugsweise eine möglichst niederinduktive Referenzebene dar.With the assembly, the advantages mentioned above with respect to the condenser unit are connected accordingly. The printed circuit board preferably represents a preferably low-inductive reference plane.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leiterplatte als Mehrlagenplatine ausgebildet. Die Kondensatoreinheit ist in diesem Fall für eine Montage an einer Mehrlagenplatine auszulegen.According to an advantageous embodiment, the circuit board is designed as a multilayer board. The capacitor unit is to be designed in this case for mounting on a multilayer board.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Anschlüsse der Kondensatoreinheit durch Löten, Widerstandschweißen, Laserschweißen oder jeweils über wenigstens eine Schraubverbindung mit der Leiterplatte verbunden sind. Weist die Kondensatoreinheit beispielsweise blockförmige Kontaktelemente auf, können die Kontaktelemente jeweils beispielsweise über wenigstens eine Schraubverbindung mit der Leiterplatte verbunden sein. Umfasst die Kondensatoreinheit die Anschlussfahnen, können diese beispielsweise über ein SMT-Lötverfahren mit der Leiterplatte verbunden werden.A further advantageous embodiment provides that the connections of the capacitor unit are connected to the circuit board by soldering, resistance welding, laser welding or in each case via at least one screw connection. If the capacitor unit has, for example, block-shaped contact elements, the contact elements can each be connected, for example via at least one screw connection, to the printed circuit board. If the capacitor unit includes the terminal lugs, these can be connected to the printed circuit board, for example via an SMT soldering method.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Baugruppe; -
2 eine schematische Darstellung eines Abschnitts der in1 gezeigten Kondensatoreinheit; -
3 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Kondensatoreinheit; -
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Baugruppe vor einer Montage; und -
5 eine schematische Darstellung der in4 gezeigten Baugruppe nach der Montage.
-
1 a schematic representation of an embodiment of an assembly according to the invention; -
2 a schematic representation of a portion of in1 shown capacitor unit; -
3 a schematic and perspective view of a portion of another embodiment of a capacitor unit according to the invention; -
4 a schematic representation of another embodiment of an assembly according to the invention prior to assembly; and -
5 a schematic representation of in4 shown assembly after assembly.
In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical components are provided with the same reference numerals.
Die Baugruppe
Jeder Anschluss
Jeder Anschluss
Folglich umfasst die Kondensatoreinheit
Benachbarte Folienkondensatoren
Jeder Anschluss
Die Baugruppe
Jeder Anschluss
Die Kondensatoreinheit
Jedes Anschlussblech
An dem Steg
Benachbarte Folienkondensatoren
Die Kondensatoreinheit
Es ist anzumerken, dass die Anzahl der Press-Fit-Einpressstifte
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Baugruppemodule
- 22
- Leiterplattecircuit board
- 33
- Kondensatoreinheitcondenser unit
- 44
- Anschluss von 3Connection of 3
- 55
- Anschluss von 3Connection of 3
- 66
- Kontaktelement von 4Contact element of 4
- 77
- Kontaktelement von 5Contact element of 5
- 88th
- AnschlussblechFlashing
- 99
- AnschlussblechFlashing
- 1010
- Folienkondensatorfilm capacitor
- 1111
- Anschlussabschnitt von 8Connection section of 8
- 1212
- Anschlussabschnitt von 9Connection section of 9
- 1313
- Isolierschichtinsulating
- 1414
- Anschluss von 10Connection of 10
- 1515
- Durchbrechung an 9Breakthrough at 9
- 1616
- Kondensatoreinheitcondenser unit
- 1717
- Anschluss von 16Connection of 16
- 1818
- Anschluss von 16Connection of 16
- 1919
- Anschlussfahne von 17Connection flag of 17
- 2020
- Anschlussfahne von 18Connection flag of 18
- 2121
- Kontaktfläche von 19, 20Contact area of 19, 20
- 2222
- Baugruppemodule
- 2323
- Leistungsmodulpower module
- 2424
- Kondensatoreinheitcondenser unit
- 2525
- Anschluss von 24Connection of 24
- 2626
- Anschluss von 24Connection of 24
- 2727
- Anschluss von 23Connection of 23
- 2828
- Anschluss von 23Connection of 23
- 2929
- Press-Fit-EinpressstiftPress-fit press-fit pin
- 3030
- Press-Fit-KontaktlochPress-fit contact hole
- 3131
- inneres Anschlussblechinner connecting plate
- 3232
- äußeres Anschlussblechouter connection plate
- 3333
- Isolierschichtinsulating
- 3434
- Schenkel von 31Thighs of 31
- 3535
- Schenkel von 31Thighs of 31
- 3636
- Schenkel von 32Thighs of 32
- 3737
- Schenkel von 32Thighs of 32
- 3838
- Steg von 31Footbridge of 31
- 3939
- Steg von 32Footbridge of 32
- 4040
- Durchbrechung an 39Opening at 39
- 4141
- Durchbrechung an 38Opening at 38
- 4242
- Gehäusecasing
- 4343
- Durchbrechung von 42Breakthrough of 42
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- CN 102683024 A [0006, 0020]CN 102683024A [0006, 0020]
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