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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Nebenschlüsse.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Für die Qualitätssicherung und die Produktbewertung sind genaue Strommessungen erforderlich. Da Strom nicht nichteingreifend gemessen werden kann, werden Widerstandsnebenschlüsse in Stromflussbahnen platziert, um den Stromfluss indirekt zu messen. Eigeninduktivitäten, die dem Nebenschluss zugeordnet werden, können die Messbandbreiten verengen und Messfehler verursachen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Nebenschluss beinhaltet einen Leistungsanschluss, der einen ebenen ersten Potentialbereich (first potential region - FPR) aufweist, der über ein Widerstandselement mit einem zweiten Potentialbereich (second potential region - SPR) verbunden ist, wobei der SPR vom FPR versetzt ist und zu diesem parallel verläuft. Der Nebenschluss beinhaltet einen Sensoranschluss, der einen ersten Potentialleiter (first potential lead - FPL), der mit dem FPR verbunden ist, und einen zweiten Potentialleiter (second potential lead - SPL) aufweist, der mit dem SPR verbunden ist und vom FPL durch eine Isolierplatte getrennt ist. Der SPL und die Platte decken das Widerstandselement ab.
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Ein Nebenschluss beinhaltet einen Leistungsanschluss, der einen im Wesentlichen ebenen ersten Potentialbereich (FPR) aufweist, der über ein Widerstandselement, das einen vorbestimmten Widerstand aufweist, mit einem zweiten Potentialbereich (SPR) verbunden ist, der im Wesentlichen parallel zum FPR verläuft. Der Nebenschluss beinhaltet einen Sensoranschluss, der einen ersten Potentialleiter (FPL) aufweist, der mit dem FPR an einer Vielzahl von Lötstellen verbunden ist. Der FPL weist eine spitze Form auf, die derartig Strombahnen definiert, dass die Strombahnen durch den Sensoranschluss ähnliche Längen aufweisen. Die ähnlichen Längen verringern die Widerstandsabweichung unter den Strombahnen und beinhalten einen zweiten Potentialleiter (SPL), der mit dem SPR verbunden ist und vom FPL durch eine Isolierplatte getrennt ist. Der SPL und die Platte decken das Widerstandselement ab.
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Ein Nebenschluss beinhaltet einen Leistungsanschluss, der einen im Wesentlichen ebenen ersten Potentialbereich (FPR) aufweist, der über ein Widerstandselement, das einen vorbestimmten Widerstand aufweist und derartig eine nichtgeradlinige Anordnung entlang einer Ebene des FPR aufweist, dass Strombahnen durch das Widerstandselement gleich sind, mit einem zweiten Potentialbereich (SPR) verbunden ist, der im Wesentlichen parallel zum FPR verläuft. Der Nebenschluss beinhaltet einen Sensoranschluss, der einen ersten Potentialleiter (FPL), der mit dem FPR verbunden ist, und einen zweiten Potentialleiter (SPL) aufweist, der mit dem SPR verbunden ist. Der SPL ist vom FPL durch eine Isolationsschicht getrennt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht eines geradlinigen ebenen Nebenschlusses.
- 2 ist eine Draufsicht eines geradlinigen ebenen Nebenschlusses.
- 3 ist eine Draufsicht eines ebenen Nebenschlusses mit 90°.
- 4 ist eine isometrische Ansicht eines ebenen Nebenschlusses mit 90°.
- 5 ist eine Seitenansicht eines ebenen Nebenschlusses mit 90°.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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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 könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert sein können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich 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 vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
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Indirektes Messen des Schaltungsstroms kann über einen Spannungsabfallwert und das ohmsche Gesetz erhalten werden. Der Spannungsabfall kann über einen Widerstand gemessen werden. Der Widerstand kann einen genauen, vorgegebenen und unerheblichen Widerstand aufweisen. Der Widerstand kann derartig verkleinert werden, dass vernachlässigbare Stromverluste oder - unterbrechungen auftreten. Der Spannungsabfall über den Widerstand kann gemessen werden, um den Stromfluss durch die Schaltung unter Verwendung des ohmschen Gesetzes zu bestimmen. Indirektes Messen des Schaltungsstroms führt zu Messfehlers aufgrund der Minimalgröße des Widerstands und Eigeninduktivitäten oder Schall, die dem Widerstand zugeordnet werden. Ein Nebenschluss kann eine im Wesentlichen ebene Struktur aufweisen, um die Bandbreite des Nebenschlusses zu verbessern. Der ebene Nebenschluss kann eine Gegeninduktivität (Strom vom Leistungsanschluss und Spannung vom Signalanschluss) zwischen 0,1-5,0 nH aufweisen und der ebene Nebenschluss kann eine Eigeninduktivität (Leistungsanschlussschleife) von 0,5-10,0 nH aufweisen, was ähnlich zu anderen nichtebenen Nebenschlüssen ist. Der ebene Nebenschluss kann eine Bandbreite von 50-200 MHz aufweisen, was breiter als nichtebene Nebenschlüsse ist, die typischerweise eine Bandbreite von ungefähr 7,2 MHz aufweisen.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Seitenansicht eines geradlinigen ebenen Nebenschlusses 100 gezeigt. Der Nebenschluss beinhaltet an einem Ende einen Leistungsanschluss 118. Der Leistungsanschluss 118 kann Elektrizität von einer relativ hohen Stromquelle leiten. Zum Beispiel kann ein Leistungsmodul eines Wechselrichters, der IGBTs beinhaltet, mit dem Leistungsanschluss 118 verbunden sein. Der Nebenschluss kann mit der Leistungsseite oder der Erdungsseite verbunden sein. Strom wird von der Quelle durch den ersten Potentialbereich (FPR) 102 des Leistungsanschlusses 118 eingespeist. Der Strom fließt durch die Widerstandselemente 106 zum zweiten Potentialbereich (SPR) 104. Der FPR 102 kann ein vom SPR 104 verschiedenes elektrisches Potential aufgrund des Spannungsabfalls über die Widerstandselemente 106 aufweisen. Der FPR 102 und der SPR 104 sind durch die Isolierung 114 getrennt. Der Strom kann in beide Richtungen fließen, was einen Spannungsabfall über den Widerstand erzeugt.
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Der FPR 102 und der SPR 104 können eine ebene Auslegung aufweisen und der FPR 102 und der SPR 104 sind Leiter. Jede Art von leitfähigem Material kann verwendet werden (z. B. Kupfer, Silber, Gold). Leiter bezieht sich auf jedes leitfähige Material, das typischerweise verwendet wird, um Elektrizität zu leiten. Zum Beispiel weist Kupfer einen spezifischen Widerstand von 1.68 × 10-8 auf. Jedes Material, das einen spezifischen Widerstand aufweist, der geringer als eins ist, kann für die Zwecke dieser Anmeldung als ein Leiter angesehen werden. Die Isolierung 114 kann jede Art von isolierendem oder dielektrischem Material sein (z. B. Epoxid). Jedes Material, das einen spezifischen Widerstand größer als 1 aufweist. Obwohl sie als zwei Schichten gezeigt werden, kann der SPR 104 auf und unter dem FPR 102 ein einzelnes Stück sein, dass um den FPR 102 gewickelt ist. Das heißt, dass 1 eine Querschnittsansicht des Nebenschlusses 100 sein kann.
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Der SPR 104 kann vom FPR 102 derartig versetzt sein, dass sich der SPR 104 über und unter dem FPR 102 befindet. Der SPR 104 und der FPR 102 können parallel verlaufen. Die Widerstandselemente 106 können jede Art von Widerstandsmaterial sein (z. B. Blei, Karbon, Folie). Jedes Material, das einen spezifischen Widerstand größer als 1 aufweist. Es kann eine beliebige Anzahl an Widerstandselementen 106 verwendet werden. Die Widerstandselemente 106 können an den FPR 102 und SPR 104 über Lötstellen 116 gelötet sein. Es kann eine beliebige Art von Lötmittel verwendet werden (z. B. Blei, Zink, Zinn). Es können andere Verbindungstechniken verwendet werden, die den FPR 102, den SPR 104 und die Widerstandselemente 106 verbinden (z. B. leitfähiges Epoxid, gesinterte Metallverbindungen, Diffusionsschweißen). Die Widerstandselemente 106 können eben sein und auf derselben Ebene wie der SPR 104 liegen.
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Der Nebenschluss 100 kann außerdem einen Signalanschluss 120 an einem Ende beinhalten, um den Spannungsabfall über den Widerstand zu messen. Der Signalanschluss kann einen ersten Potentialleiter (FPL) 108 und einen zweiten Potentialleiter (SPL) 110 beinhalten, unterbringen oder festlegen. Der FPL 108 kann elektrisch mit dem FPR 102 derartig verbunden sein, dass ein Spannungsabfall über die Widerstandselemente 106 durch einen Spannungsmesser oder ein Oszilloskop gemessen werden kann. Zum Beispiel kann der FPL 108 an den FPR 102 gelötet sein. Der SPL 110 kann vom FPL 108 durch eine Isolierplatte 112 getrennt sein. Die Isolierplatte 112 und der SPL 110 sind um mindestens einen Abschnitt der Widerstandselemente 106 gewickelt oder bedecken diese. Die Isolierplatte kann ferner Schall abhalten und die Eigeninduktivität der empfindlichen Spannungsmessung begrenzen. Die Isolierplatte 112 kann Kurzschlüsse zwischen der SPL und den Widerstandselementen 106 verhindern. Der SPL 110 kann mit dem SPR 104 verbunden sein, um die Sensormessung ordnungsgemäß zu erden, die durch den SPL 110 und den FPL 108 durchgeführt wird. In einigen Ausführungsformen können der FPL 108 und der SPL 110 Teil einer Oszilloskopsonde (nicht gezeigt) sein. Der FPL 108 und der SPL 110 können mit dem Oszilloskop zum Messen des Spannungsabfalls über das Widerstandselement 106 verbunden sein.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird eine Draufsicht auf den Nebenschluss 100 gezeigt. Der Nebenschluss weist einen Leistungsanschluss 118 auf. Der FPR 102 leitet elektrischen Strom vom Leistungsanschluss 118. Der FPR 102 ist mit den Widerstandselementen 106 (nicht gezeigt) verbunden. Die Widerstandselemente 106 mit einem SPR 104 über Lötstellen 116 verbunden sein. Ein Isolator 114 trennt den FPR 102 und den SPR 104. Ein Signalanschluss 120 beinhaltet einen SPL 110, der einen Abschnitt der Widerstandselemente 106 und des Nebenschlusses 100 bedeckt. Der SPL 110 ist an den SPR 104 über Lötstellen 116 gelötet, die gleich oder verschieden zu den Lötstellen 116 sein können, die den SPR und die Widerstandselemente 106 verbinden.
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Unter Bezugnahme auf die 3-5 wird eine Draufsicht auf den Nebenschluss 200 gezeigt. Der Nebenschluss 200 weist einen FPR 202 auf, der an eine Vielzahl von Widerstandselementen 206 mit Lötstellen 216 gelötet ist. Die Widerstandselemente 206 sind ferner mit dem SPR 204 über Lötstellen 216 verbunden. Sowohl der FPR 202 als auch der SPR 204 weisen eine 90°-Ecke 222 auf, um sicherzustellen, dass der Anschluss 218 gebildet ist, um sich mit einem Leistungsmodul eines Wechselrichters zu verbinden. Die Ecke 222 kann verschiedene Biegegrade aufweisen, um in unterschiedliche Leistungsmodule zu passen. Zum Beispiel kann die Ecke 222 135° aufweisen. Die Widerstandselemente 206 sind nichtgeradlinig zwischen dem FPR 202 und dem SPR 204 verteilt. Das heißt, dass die Leiterbahnen durch den FPR 202 und den SPR 204 ähnliche Längen aufweisen, wodurch relative Unterschiede der Länge zwischen den Strombahnen durch die Widerstandselemente 206 verkleinert werden. Der FPR 202 und der SPR 204 können durch eine Isolierplatte 214 getrennt sein. Der FPR 202, der SPR 204 und die Isolierplatte 214 können aus einer Platine aus isolierten Metallsubstrat (insulated metal substrate - IMS) gebildet sein, die eine erste leitfähige Schicht, eine zweite leitfähige Schicht bzw. eine Isolationsschicht aufweist. Die obere leitfähige Schicht 202 kann geätzt sein, um die Isolationsschicht 214 freizulegen. Die Lötstellen 216 können die Widerstandselemente 206 verbinden, die an der Isolationsschicht 214 mit dem FPR 202 und dem SPR 204 angeordnet sind. Ein FPL 208 kann mit dem FPR 202 über eine Auskragung verbunden sein, die sich von der FRP 202 erstreckt. Ein SPL 210 kann mit dem SPR 204 verbunden sein. Ein Signalanschluss 220 kann einen FPL 208 und einen SPL 210 unterbringen. Der SPL 210 kann das Außengehäuse eines SMC-Steckers sein. Das Gehäuse kann elektrisch mit dem SPR 204 derartig verbunden sein, dass das Potential des SPR 204 und des SPL 210 identisch sind. Der FPL 208 kann elektrisch mit dem FPR 202 über einen Leiter 224 (z. B. Draht) verbunden sein.
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Da alle Leiter an sich dem Elektronenfluss auf Grundlage der Länge der Leitungsbahn widerstehen, kann die Länge zwischen dem FPR 202 bzw. dem SPR 204 und dem Anschluss 218 einen Einfluss auf den Spannungsabfall haben. Das heißt, dass unähnliche Längen von leitfähigem Material in der Bahn Fehler und Ungenauigkeiten in der Spannungsabfallmessung verursachen können. Die 90°-Ecke kann unähnliche Längen der Strombahn verursachen. Der Nebenschluss 200 ist deshalb derartig konstruiert, dass die Verbindungsecke des FPR 202 und der Widerstandselemente 206 nichtgeradlinig sind, was sicherstellt, dass eine Vielzahl von Strombahnen unter der FPR 202 ähnliche Längen aufweisen, um die Widerstandsabweichung der Strombahnen zu verringern. Die ähnlichen Längen können außerdem auch die Induktivitätsabweichung der Strombahnen verringern. Die im Wesentlichen ähnlichen Strombahnlängen können ebenfalls Hitzebereiche innerhalb der Leitungsbahn verringern.
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Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um 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. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Attributen können unter anderem folgende gehören: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Von daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
