DE102019100709A1 - Gleichtaktdrossel für parallel geschalteten leistungshalbleiter - Google Patents

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Fan Xu
Lihua Chen
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

Diese Offenbarung stellt GLEICHTAKTDROSSEL FÜR PARALLEL GESCHALTETEN LEISTUNGSHALBLEITER. Ein Leistungsmodul beinhaltet eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen. Die Schaltvorrichtungen sind elektrisch parallel gekoppelt und werden durch ein gemeinsames Gate-Signal ausgelöst. Die Schaltvorrichtungen sind weiterhin an einem Trägermaterial befestigt, das eine erste Spule und eine zweite Spule beinhaltet, die um eine gemeinsame Achse gebildet sind, um eine Gleichtaktdrossel in einer Gate-Strecke und einer Kelvin-Quellen-/Emitter-Strecke für jede der Schaltvorrichtungen zu definieren.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen eine Gleichtakt-Drosselschaltung, die in ein Leistungshalbleitermodul integriert ist.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Hybridelektro- und Elektrofahrzeuge nutzen elektrische Energie für den Antrieb. Zum Umwandeln der elektrischen Energie werden Leistungshalbleiter eingesetzt. Die Leistungshalbleiter sind dazu bemessen, eine vorgegebene Strommenge zu führen. In einer typischen Anwendung werden Leistungshalbleiter so gewählt, dass sie mehr Strom führen, als eventuell benötigt wird. Mit zunehmendem Strombedarf können die Kosten für die Leistungshalbleiter steigen. Weiterhin können mit zunehmendem Strombedarf zusätzliche thermische Steuerungen erforderlich sein, um die Leistungshalbleiter innerhalb vorgeschriebener Betriebstemperaturen zu halten.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein Leistungsmodul beinhaltet eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen, die elektrisch parallel gekoppelt sind und durch ein gemeinsames Gate-Signal ausgelöst werden, die an einem Trägermaterial befestigt sind, das eine erste Spule und eine zweite Spule beinhaltet, die um eine gemeinsame Achse gebildet sind, um eine Gleichtaktdrossel in einer Gate-Strecke und einer Kelvin-Quellen-/Emitter-Strecke von jeder der Schaltvorrichtungen zu definieren.
  • Der Gate-Eingang der Schaltvorrichtungen kann über die erste Spule oder die zweite Spule mit dem gemeinsamen Gate-Signal verbunden sein. Der Kelvin-Quellen-/Emitter-Ausgang der Schaltvorrichtungen kann durch die erste Spule oder die zweite Spule mit einem gemeinsamen Steuersignal verbunden sein. Eine Anzahl von Windungen der ersten Spule kann gleich einer Anzahl von Windungen der zweiten Spule sein. Das Leistungsmodul kann ferner einen Magnetkern beinhalten, der in einer durch die erste Spule und die zweite Spule definierten zentralen Position eingesetzt ist. Das Leistungsmodul kann ferner ein elektrisches Isolationsmaterial zwischen der ersten und der zweiten Spule beinhalten. Die erste Spule und die zweite Spule können als Kupfer-Leiterbahnen im Trägermaterial ausgebildet sein. Die erste Spule und die zweite Spule können sich in unterschiedlichen Ebenen des Trägermaterials befinden. Die zweite Spule kann konzentrisch zur ersten Spule sein.
  • Ein Leistungsmodul beinhaltet eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen, die elektrisch parallel gekoppelt sind und durch ein gemeinsames Gate-Signal ausgelöst werden, die an einem Trägermaterial befestigt sind, das eine erste Leiterbahn und eine zweite Leiterbahn beinhaltet, die um eine gemeinsame Achse in unterschiedlichen Ebenen gebildet sind, um eine Gleichtaktdrossel in einer Gate-Strecke und einer Kelvin-Quellen-/Emitter-Strecke von jeder der Schaltvorrichtungen zu definieren.
  • Die erste Leiterbahn oder die zweite Leiterbahn kann eine Spule in der Gate-Strecke bilden, die einen Gate-Eingang der Schaltvorrichtungen mit dem gemeinsamen Gate-Signal verbindet. Die erste Leiterbahn oder die zweite Leiterbahn kann eine Spule in der Kelvin-Quellen-/Emitter-Strecke bilden, die einen Kelvin-Quellen-/Emitter-Ausgang der Schaltvorrichtungen mit einem gemeinsamen Steuersignal verbindet. Eine Anzahl von Windungen der ersten Leiterbahn kann gleich einer Anzahl von Windungen der zweiten Leiterbahn sein. Das Leistungsmodul kann ferner einen Magnetkern beinhalten, der in einer durch die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn definierten zentralen Position eingesetzt ist. Die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn können als Kupfer-Leiterbahnen auf entsprechenden Ebenen des Trägermaterials ausgebildet sein.
  • Ein Traktionswechselrichter beinhaltet eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen, die elektrisch parallel gekoppelt sind und durch ein gemeinsames Gate-Signal ausgelöst werden, und eine gedruckte Leiterplatte, die Leiterbahnen beinhaltet, die ein Wicklungspaar für eine Gleichtaktdrossel in einer Gate-Strecke und einer Kelvin-Quellen-/Emitter-Strecke von jeder der Schaltvorrichtungen definieren.
  • Die Leiterbahnen können das Wicklungspaar in unterschiedlichen Ebenen der gedruckten Leiterplatte definieren. Die Leiterbahnen können das Wicklungspaar definieren, sodass jede der Wicklungen Leiterbahnen auf unterschiedlichen Ebenen der gedruckten Leiterplatte beinhaltet. Der Traktionswechselrichter kann ferner einen Magnetkern beinhalten, der in einer durch die gedruckte Leiterplatte definierten Öffnung eingesetzt und in einem durch die Wicklungen definierten zentralen Bereich angeordnet ist. Die Wicklungen können eine erste Spule in der Gate-Strecke bilden, die einen Gate-Eingang der Schaltvorrichtungen mit dem gemeinsamen Gate-Signal verbindet, und eine zweite Spule in der Kelvin-Quellen-/Emitter-Strecke, die einen Kelvin-Quellen-/Emitter-Ausgang der Schaltvorrichtungen mit einem gemeinsamen Steuersignal verbindet.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Diagramm eines elektrifizierten Fahrzeugs, das den Antriebsstrang und Energiespeicherkomponenten einschließlich einer elektrischen Maschine veranschaulicht.
    • 2 ist ein Diagramm eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine.
    • 3 ist ein Schaubild eines Ansteuerungsschaltkreises für parallel geschaltete Leistungsschaltvorrichtungen.
    • 4 ist eine mögliche Konfiguration für ein Leistungsmodul.
    • 5 ist eine weitere mögliche Konfiguration für ein Leistungsmodul.
    • 6 ist eine mögliche Konfiguration zum Parallelschalten von Leistungsschaltvorrichtungen in einem integrierten Leistungsmodul.
    • 7 ist eine mögliche Konfiguration für eine Gate-Schleife-Gleichtaktdrossel.
    • 8 ist eine mögliche Konfiguration zum Parallelschalten von Leistungsschaltvorrichtungen mittels einer Gleichtaktdrossel in einer Gate-Schleife für jede der Leistungsschaltvorrichtungen.
    • 9 ist eine mögliche Konfiguration für ein direktgebondetes Kupfer-Leistungsmodul.
    • 10 ist eine weitere mögliche Konfiguration für ein direkt gebundenes Kupfer-Leistungsmodul.
    • 11 ist eine mögliche Konfiguration zum Parallelschalten von Leistungsschaltvorrichtungen für direkt verbundene Kupfer-Leistungsmodule mittels einer Gleichtaktdrossel, die in einer der direkt verbundenen Kupferschichten ausgebildet ist.
    • 12 ist eine Draufsicht einer möglichen Konfiguration für eine Gleichtaktdrossel, die auf einer gedruckten Leiterplatte implementiert ist.
    • 13 ist eine Seitenansicht einer möglichen Konfiguration für eine Gleichtaktdrossel, die auf einer gedruckten Leiterplatte implementiert und mit einem Leistungsmodul gekoppelt ist.
    • 14 ist eine weitere mögliche Konfiguration für eine Gleichtaktdrossel, die auf einer gedruckten Leiterplatte implementiert ist.
    • 15 ist eine mögliche Konfiguration zum Parallelschalten von Leistungsmodulen mittels einer Gleichtaktdrossel, die auf einer gedruckten Leiterplatte implementiert ist.
    • 16 ist eine mögliche Konfiguration für mehrere Leistungsschaltvorrichtungen in einem Leistungsmodul mit einer aus Drähten gebildeten Gleichtaktdrossel.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in diesem Schriftstück beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele sind und andere Ausführungsformen unterschiedliche und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale sind möglicherweise vergrößert oder verkleinert dargestellt, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind in diesem Dokument offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für die Vermittlung der Lehre an einen Fachmann über die verschiedenen Anwendungen der vorliegenden Erfindung. Wie der Fachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von dargestellten 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 Implementierungen gewünscht sein.
  • 1 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug 112, das als Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können in der Lage sein, als Motor oder Generator zu arbeiten. Darüber hinaus 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 eine Antriebs- und Verlangsamungsfunktion bieten, wenn der Motor 118 ein- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 114 können auch als Generatoren wirken und können durch Rückgewinnung von Energie, die normalerweise als Wärme in einem Reibungs-Bremssystem verloren ginge, Kraftstoffeinsparungsvorzüge bieten. Die elektrischen Maschinen 114 können auch Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie ermöglichen, dass der Motor 118 bei effizienteren Drehzahlen arbeitet, und ermöglichen, dass das Hybridfahrzeug 112 im Elektrobetrieb unter bestimmten Bedingungen bei ausgeschaltetem Motor 118 betrieben wird. Ein elektrifiziertes Fahrzeug 112 kann auch ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) sein. In einer BEV-Konfiguration ist der Verbrennungsmotor 118 eventuell nicht vorhanden.
  • Eine Antriebsbatterie oder ein Akkupaket 124 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 114 genutzt werden kann. Das Fahrzeug-Akkupaket 124 kann einen Ausgangsgleichstrom (DC) mit hoher Spannung bereitstellen. Die Antriebsbatterie 124 kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 126 gekoppelt sein (kann ebenfalls als Traktions-Wechselrichter bezeichnet werden). Ein oder mehrere Schütze 142 können im geöffneten Zustand die Antriebsbatterie 124 von anderen Komponenten trennen und im geschlossenen Zustand die Antriebsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden. Das Leistungselektronikmodul 126 ist auch mit den elektrischen Maschinen 114 elektrisch gekoppelt und bietet die Fähigkeit, bidirektional Energie zwischen der Antriebsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Zum Beispiel kann eine Antriebsbatterie 124 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 mit einem Dreiphasenwechselstrom (AC) betrieben werden, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom umwandeln, um die elektrischen Maschinen 114 zu betreiben. In einem Regenerativmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasenwechselstrom von den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren dienen, in mit der Antriebsbatterie 124 kompatible Gleichspannung umwandeln.
  • Das Fahrzeug 112 kann einen variablen Spannungswandler (WC) (nicht abgebildet) beinhalten, der zwischen der Antriebsbatterie 124 und dem Leistungselektronikmodul 126 elektrisch gekoppelt ist. Der VVC kann ein DC/DC-Hochsetzsteller sein, der dazu konfiguriert ist, die von der Antriebsbatterie 124 bereitgestellte Spannung zu erhöhen. Durch Erhöhen der Spannung kann der Strombedarf gesenkt werden, was zu einer Reduzierung der Verdrahtungsgröße für das Leistungselektronikmodul 126 und die elektrische Maschinen 114 führt. Weiterhin können die elektrischen Maschinen 114 mit besserer Effizienz und geringeren Verlusten betrieben werden.
  • Über das Bereitstellen von Energie zum Antrieb hinaus kann die Antriebsbatterie 124 Energie für andere elektrische Bordsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein DC/DC-Wandlermodul 128 beinhalten, das den Hochspannungs-Ausgangsgleichstrom der Antriebsbatterie 124 in eine Niederspannungs-Gleichstromversorgung umwandelt, die mit Niederspannungsverbrauchern des Fahrzeugs kompatibel ist. Ein Ausgang des DC/DC-Wandlermoduls 128 kann mit einer Hilfsbatterie 130 (z. B. 12V-Batterie) elektrisch gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 zu laden. Die Niederspannungssysteme können mit der Hilfsbatterie elektrisch gekoppelt sein 130. Ein oder mehr elektrische Verbraucher 146 können mit der Hochspannungssammelschiene gekoppelt sein. Die elektrischen Verbraucher 146 können eine dazugehörige Steuerung aufweisen, die die elektrischen Verbraucher 146 bei Bedarf betreibt und steuert. Mögliche Beispiele für elektrische Verbraucher 146 sind ein Gebläse, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor.
  • Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann dazu konfiguriert sein, die Antriebsbatterie 124 von einer externen Stromquelle 136 zu laden. Die externe Stromquelle 136 kann eine Verbindung zu einem elektrischen Anschluss sein. Die externe Stromquelle 136 kann mit einer Ladevorrichtung oder Versorgungsausrüstung für Elektrofahrzeuge (EVSE) 138 elektrisch gekoppelt sein. Die externe Stromquelle 136 kann ein Stromverteilungsnetzwerk oder -netz sein, wie es von einem Stromversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Die EVSE 138 kann Schaltungstechnik und Steuerungen bereitstellen, um die Energieübertragung zwischen der Stromquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Stromquelle 136 kann für die EVSE 138 Gleichstrom oder Wechselstrom bereitstellen. Die EVSE 138 kann einen Ladestecker 140 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeanschluss 134 kann jede Art von Anschluss sein, der dazu konfiguriert ist, Leistung von der EVSE 138 zum Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeanschluss 134 kann mit einer Ladevorrichtung oder einem bordeigenen Leistungsumwandlungsmodul 132 elektrisch gekoppelt sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann die von der EVSE 138 bereitgestellte Leistung konditionieren, um für die Antriebsbatterie 124 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann an die EVSE 138 angeschaltet sein, um die Lieferung von Leistung an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die zu entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 134 passen. Alternativ können verschiedene als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschriebene Komponenten Leistung mittels einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
  • In einigen Konfigurationen kann das elektrifizierte Fahrzeug 112 dazu konfiguriert sein, einen externen Verbraucher mit Leistung zu versorgen. Beispielsweise kann das elektrifizierte Fahrzeug dazu konfiguriert sein, als Reservegenerator oder -stromanschluss zu fungieren. In derartigen Anwendungen kann ein Verbraucher mit dem EVSE-Stecker 140 oder einem anderen Anschluss verbunden sein. Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann dazu konfiguriert sein, Leistung zur Stromquelle 136 zurückzuführen. Beispielsweise kann das elektrifizierte Fahrzeug 112 dazu konfiguriert sein, Wechselstrom (AC) an das Stromnetz bereitzustellen. Die durch das elektrifizierte Fahrzeug gelieferte Spannung kann mit der Stromleitung synchronisiert sein.
  • Eine oder mehrere Radbremsen 144 können zur Verlangsamung des Fahrzeugs 112 und zum Verhindern der Bewegung des Fahrzeugs 112 bereitgestellt sein. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann andere Komponenten beinhalten, um die Radbremsen 144 zu betätigen. Der Einfachheit halber ist in der Figur eine einzelne Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144 dargestellt. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den anderen Radbremsen 144 wird stillschweigend vorausgesetzt. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung beinhalten, um das Bremssystem 150 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zur Verlangsamung des Fahrzeugs steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann auch autonom in Betrieb sein, um Eigenschaften wie Stabilitätskontrolle zu implementieren. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Anlegen einer geforderten Bremskraft implementieren, wenn diese durch eine andere Steuerung oder Teilfunktion angefordert wird.
  • Elektronische Module im Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kanälen zur Kommunikation beinhalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus, wie zum Beispiel ein Controller Area Network (CAN) sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk beinhalten, das durch die Normenfamilie 802 des Institute of Electrical und Elecronic Engineers (IEEE) definiert ist. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 130 beinhalten. Verschiedene Signale können über verschiedene Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten beinhalten, die dazu beitragen, Signale und Daten zwischen Modulen zu übertragen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht dargestellt, aber es kann stillschweigend vorausgesetzt werden, dass das Fahrzeugnetzwerk an jedes beliebige im Fahrzeug 112 vorhandene elektronische Modul angeschlossen werden kann. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
  • Die elektrische Maschine 114 kann eine Dreiphasenwechselstrommaschine sein. Die elektrische Maschine 114 kann drei Phaseneingänge aufweisen. Das Leistungselektronikmodul 126 kann dazu konfiguriert sein, die Dreiphasenspannungen / -Ströme an die elektrische Maschine bereitzustellen. 2 zeigt eine mögliche Konfiguration eines Traktionswechselrichters im Leistungselektronikmodul 126. Das Leistungselektronikmodul 126 kann dazu konfiguriert sein, Spannung selektiv von einer Hochspannungs-Gleichstromsammelschiene 214 mit jedem der Phaseneingänge der elektrischen Maschine 114 zu koppeln. Ein erstes Leistungsschaltmodul 202 kann dazu konfiguriert sein, eine Gleichstromsammelschienen-Leistungsklemme selektiv mit einem ersten Phaseneingang 218 zu koppeln. Ein zweites Leistungsschaltmodul 204 kann eine Gleichstromsammelschienen-Rückführungsklemme selektiv mit dem ersten Phaseneingang 218 koppeln. Ein drittes Leistungsschaltmodul 206 kann dazu konfiguriert sein, eine Gleichstromsammelschienen-Leistungsklemme selektiv mit einem zweiten Phaseneingang 216 zu koppeln. Ein viertes Leistungsschaltmodul 208 kann eine Gleichstromsammelschienen-Rückführungsklemme selektiv mit dem zweiten Phaseneingang 216 koppeln. Ein fünftes Leistungsschaltmodul 210 kann dazu konfiguriert sein, eine Gleichstromsammelschienen-Leistungsklemme selektiv mit einem dritten Phaseneingang 220 zu koppeln. Ein sechstes Leistungsschaltmodul 212 kann eine Gleichstromsammelschienen-Rückführungsklemme selektiv mit dem dritten Phaseneingang 220 koppeln.
  • Die Leistungsschaltmodule können aus einer oder mehreren Leistungsschaltvorrichtungen bestehen. Beispielsweise kann die Leistungsschaltvorrichtung bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT), Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET), oder andere Festkörperschaltvorrichtungen sein. Jedes der Leistungsschaltmodule kann einen dazugehörigen Steuereingang (z. B. Gate-Eingang) zum Steuern des Betriebs des Leistungsschaltmoduls aufweisen. Die Steuereingänge können mit einer Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die Leistungsschaltmodule zu betreiben, elektrisch gekoppelt sein. Es ist klar, dass jeder der Phaseneingänge der elektrischen Maschine 114 durch ein Paar Leistungsschaltmodule selektiv mit jeder Klemme der Hochspannungs-Gleichstromsammelschiene 214 gekoppelt ist. Die Leistungsschaltmodule können so betrieben werden, dass nur eines des mit einem Phaseneingang gekoppelten Paars von Leistungsschaltmodulen zu einer gegebenen Zeit eingeschaltet wird. In einigen Konfigurationen kann eine Diode über die Leistungsschaltmodule gekoppelt sein.
  • Die Leistungsschaltvorrichtungen können zwei Klemmen beinhalten, die den Hochleistungsstrom durch die Leistungsschaltvorrichtung handhaben. Beispielsweise beinhaltet ein IGBT eine Kollektor- (C) -Klemme und eine Emitter- (E) -Klemme und ein MOSFET beinhaltet eine Ablass- (D) -Klemme und eine Quellen- (S) Klemme. Die Leistungsschaltvorrichtungen können weiterhin einen oder mehr Steuereingänge beinhalten. Beispielsweise kann die Leistungsschaltvorrichtung eine Gate-Klemme (G) und eine Kelvin-Quellen-/Emitter-(K) -Klemme beinhalten. Die G- und K-Klemmen können eine Gate-Schleife zum Steuern der Leistungsschaltvorrichtung umfassen.
  • Die Leistungsschaltmodule können dazu konfiguriert sein, einen Bemessungsstrom zu führen und eine entsprechende Nennleistung aufzuweisen. Für einige Anwendungen können höhere Nennleistungen und/oder Nennströme für den einwandfreien Betrieb der elektrischen Maschine 114 erforderlich sein. Die Leistungsschaltmodule können dazu ausgelegt sein, eine Leistungsschaltvorrichtung zu beinhalten, die die gewünschte Nennleistung/den gewünschten Nennstrom handhaben kann. Die gewünschte Nennleistung/der gewünschte Nennstrom kann ebenfalls dadurch erreicht werden, dass elektrisch parallel gekoppelte Leistungsschaltvorrichtungen verwendet werden. Leistungsschaltvorrichtungen können elektrisch parallel gekoppelt und mit einem gemeinsamen Steuersignal gesteuert sein, sodass jede Leistungsschaltvorrichtung einen Anteil des Gesamtstroms führt, der dem Verbraucher zu-/von ihm weggeführt wird.
  • Probleme können in Anwendungen auftreten, bei denen Leistungsschaltvorrichtungen parallel gesteuert werden. Aufgrund von Variantenstreuung der Leistungsschaltvorrichtungen und uneinheitlichem Schaltungslayout können Sperrschichtkapazitäten und Übergangs-Streuinduktivitäten in in jeder Leiterbahn unterschiedlich sein. Folglich können die Schalt-Ausgleichsströme der parallel geschalteten Leistungsschaltvorrichtungen unsymmetrisch sein und unterschiedliche Einkreisungsfrequenzen und -amplituden aufweisen. Es kann ein Kreisstrom zwischen den parallel geschalteten Leistungsschaltvorrichtungen generiert werden. Aufgrund der Sperrschichtkapazitäten und Übergangs-Streuinduktivitäten der Leistungsschaltvorrichtung kann ein kreisender Schwingstrom in der Gate-Schaltung der Leistungsschaltvorrichtungen auftreten. Der Schwingstrom in der Gate-Strecke bewirkt das Laden und Entladen der Sperrschichtkapazität, was zu einer oszillierenden Gate-Spannung führt. Der Gate-Eingang der Leistungsschaltvorrichtung kann dazu konfiguriert sein, einer vorgegebenen Spannung standzuhalten. Gate-Spannungen, die die vorgegebene Spannung überschreiten, können die Leistungsschaltvorrichtung zerstören. Leistungsschaltvorrichtungen, die für höhere Schaltgeschwindigkeiten geeignet sind (z. B. Silizium-Karbid-MOSFET) können im Parallelbetrieb empfindlicher gegen die unsymmetrische Sperrschichtkapazität und Schaltungs-Streuinduktivität sein. Eine Lösung besteht darin, die Schaltgeschwindigkeit, die zu höheren Schaltverlusten führt, zu reduzieren. Eine bevorzugte Art und Weise kann darin bestehen, die Schwingungen zu reduzieren, um sicherzustellen, dass die Gate-Spannung unterhalb der vorgegebenen Spannung bleibt.
  • Um die Gate-Spannungsschwingung von parallel geschalteten Leistungsschaltvorrichtungen auszuschalten oder zu reduzieren, muss die GateSchleifen-Impedanz groß genug sein, um den Schwingstrom zu dämpfen. Allerdings reduziert eine größere Impedanz in der Gate-Schleife den Gate-Strom während Schalttransienten, was zu reduzierten Schaltgeschwindigkeiten und höheren Schaltverlusten führt. 3 veranschaulicht ein Schaltdiagramm eines Leistungsmoduls 300, das parallel geschaltete Leistungsschaltvorrichtungen (z. B. MOSFETs) mit einer Gleichtaktdrossel in den Gate-Strecken aufweist. Das Leistungsmodul 300 kann eine erste Leistungsschaltvorrichtung 302 und eine zweite Leistungsschaltvorrichtung 322 beinhalten. Das Leistungsmodul 300 kann eine Ablass-Klemme 342 und eine Quellen-Klemme 344 zum Verbinden mit externen Schaltungen aufweisen. Ablass-Klemmen der ersten Leistungsschaltvorrichtung 302 und der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 322 können mit der Ablass-Klemme 342 elektrisch gekoppelt sein. Die Kopplung für die erste Leistungsschaltvorrichtung 302 kann sich durch eine erste Ablass-Streuinduktivität (LD1 ) 304 auszeichnen. Die Kopplung für die zweite Leistungsschaltvorrichtung 322 kann sich durch eine zweite Ablass-Streuinduktivität (LD2 ) 324 auszeichnen. Im veranschaulichten Beispiel sind die Leistungsschaltvorrichtungen MOSFETs. In einer Konfiguration, in der die Leistungsschaltvorrichtungen IGBTs sind, können die Kollektor- (C) und Emitter- (E) - Klemmen gegen die Ablass- (D) bzw. die Quellen- (S) -Klemmen ausgetauscht werden.
  • Quellen-Klemmen der ersten Leistungsschaltvorrichtung 302 und der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 322 können mit der Quellen-Klemme 344 elektrisch gekoppelt sein. Die Kopplung für die erste Leistungsschaltvorrichtung 302 kann sich durch eine erste Quellen-Streuinduktivität (LS1 ) 314 auszeichnen. Die Kopplung für die zweite Leistungsschaltvorrichtung 322 kann sich durch eine zweite Quellen-Streuinduktivität (LS2 ) 334 auszeichnen.
  • Gate-Klemmen der ersten Leistungsschaltvorrichtung 302 und der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 322 können mit einer Gate-Treiberschaltung 340 elektrisch gekoppelt sein. Die Kopplung für die erste Leistungsschaltvorrichtung 302 kann sich durch eine erste Gate-Streuinduktivität (LG1 ) 308 und einen ersten Gate-Widerstand (RG1 ) 306 auszeichnen. Die Kopplung für die zweite Leistungsschaltvorrichtung 322 kann sich durch eine zweite Gate-Streuinduktivität (LG2 ) 328 und einen zweiten Gate-Widerstand (RG2 ) 326 auszeichnen. Die Gate-Treiberschaltung 340 kann eine integrierte Schaltung sein, die dazu konfiguriert ist, die richtigen Gate-Signale für die Leistungsschaltvorrichtungen bereitzustellen. Die Gate-Treiberschaltung 340 kann sicherstellen, dass die richtigen Spannungs- und Strompegel auf die Gate-Eingänge angelegt werden. Die Gate-Treiberschaltung 340 kann in das Leistungsmodul 300 integriert sein oder sich in einer externen gedruckten Leiterplatte (PCB) befinden.
  • Kelvin-Quellen-/Emitter-Klemmen der ersten Leistungsschaltvorrichtung 302 und der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 322 können mit der Gate-Treiberschaltung 340 elektrisch gekoppelt sein. Die Kopplung für die erste Leistungsschaltvorrichtung 302 kann sich durch eine erste Kelvin-Quellen-Streuinduktivität (LK1 ) 310 auszeichnen. Die Kopplung für die zweite Leistungsschaltvorrichtung 322 kann sich durch eine zweite Kelvin-Quellen-Streuinduktivität (LK2 ) 330 auszeichnen.
  • Die erste Leistungsschaltvorrichtung 302 kann sich ferner durch eine erste Kelvin-Quelle-zu-Quelle-Streuinduktivität (LKS1 ) auszeichnen, die die Induktivität zwischen der Kelvin-Quellen-Klemme und der Quellen-Klemme darstellt. Die zweite Leistungsschaltvorrichtung 322 kann sich ferner durch eine zweite Kelvin-Quelle-zu-Quelle-Streuinduktivität (LKS2 ) auszeichnen, die die Induktivität zwischen der Kelvin-Quellen-Klemme und der Quellen-Klemme darstellt. Die Sperrschichtkapazitäten zwischen jeder der Klemmen der ersten und zweiten Leistungsschaltvorrichtung (302, 322) sind nicht abgebildet.
  • Das Leistungsmodul beinhaltet ferner eine erste Gleichtaktdrossel (CM1) 316, die in der Gate-Strecke und der Kelvin-Quellen-Strecke der ersten Leistungsschaltvorrichtung 302 gekoppelt ist. Das Leistungsmodul beinhaltet ferner eine zweite Gleichtaktdrossel (CM2) 336, die in der Gate-Strecke und der Kelvin-Quellen-Strecke der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 322 gekoppelt ist. Für normale Gate-Ströme, die während Schalttransienten auftreten, beträgt die Ersatzimpedanz der Gleichtaktdrosseln (316, 336) null. Für Schwingströme, die zwischen den beiden Leistungsschaltvorrichtungen über die dazugehörigen Gate-Schaltungen fließen, weist jede Wicklung der Gleichtaktdrossel eine Ersatzimpedanz der Magnetisierungsinduktivität (LCM ) der Gleichtaktdrossel auf. Für jede Gate-Schaltung der parallel geschalteten Leistungsschaltvorrichtungen wird eine dem Zweifachen des LCM -Wertes entsprechende Impedanz in den Schwingstrompfad addiert. Die Gleichtaktdrossel ist ebenfalls auf Leistungsmodule anwendbar, die mehr als zwei Leistungsschaltvorrichtungen beinhalten. Die Verwendung der Gleichtaktdrosseln in den Gate-Schaltungen vermindert den Spitzenwert der Gate-Spannungsschwingungen. Durch Anpassen des LCM -Wertes der Gleichtaktdrossel kann der Spitzenwert der Gate-Spannungsschwingung verändert werden. Im Allgemeinen bewirkt das Erhöhen des LCM -Wertes einen kleineren Gate-Schwingstrom und eine kleinere Größe der Gate-Spannungsschwingung.
  • Die Gleichtaktdrossel kann auf unterschiedliche Art und Weise implementiert sein. Im Leistungselektronikmodul 126 können die eine oder mehr Leistungsschaltvorrichtungen in einem Leistungsmodul angeordnet sein, um die Leistungsdichte und die Bauteilzuverlässigkeit zu erhöhen. 4 und 5 veranschaulichen mögliche Schichtstrukturen für ein Leistungsmodul. 4 veranschaulicht eine erste Leistungsmodulstruktur 400. Die erste Leistungsmodulstruktur 400 kann ein Trägermaterial 404 auf der Unterseite beinhalten. Die erste Leistungsmodulstruktur 400 kann eine Leistungsschaltvorrichtung 402 beinhalten. Die erste Leistungsmodulstruktur 400 kann eine erste externe Leistungsklemme 414 beinhalten, die zwischen dem Trägermaterial auf der Unterseite 404 und der Leistungsschaltvorrichtung 402 zusammengefügt ist. Die erste externe Leistungsklemme 414 kann einer Ablass- oder Kollektorklemme der Leistungsschaltvorrichtung 402 entsprechen.
  • Die erste Leistungsmodulstruktur 400 kann eine zweite externe Leistungsklemme 416 beinhalten, die durch einen Kupfer-Abstandshalter 408 mit der Leistungsschaltvorrichtung 402 gekoppelt ist. Ein Trägermaterial auf der Oberseite 406 kann mit der zweiten externen Leistungsklemme 416 gekoppelt sein. Das Trägermaterial auf der Oberseite 406 und das Trägermaterial auf der Unterseite 404 können aus Kupfer hergestellt sein und eine Isolierschicht beinhalten. Die zweite externe Leistungsklemme 416 kann einer Quellen- oder Emitter-Klemme der Leistungsschaltvorrichtung 402 entsprechen.
  • Die erste Leistungsmodulstruktur 400 kann ferner externe Leistungsklemmen 412 beinhalten, die durch einen Drahtverbundanschluss 410 mit der Leistungsschaltvorrichtung 402 gekoppelt sind. Die externen Steuerklemmen 412 können eine Gate-Klemme und eine Kelvin-Quellen-/Emitter-Klemme beinhalten. Die erste Leistungsmodulstruktur 400 kann ein Gehäuse 418 beinhalten, dass die Struktur einschließt. Das Gehäuse 418 kann aus Kunststoff- und/oder Keramikmaterial ausgebildet sein.
  • 5 veranschaulicht eine zweite Leistungsmodulstruktur 500. Die zweite Leistungsmodulstruktur 500 kann ein Trägermaterial 504 beinhalten, das mit einer Leistungsschaltvorrichtung 502 gekoppelt ist. Die zweite Leistungsmodulstruktur 500 kann externe Leistungsklemmen 510 und externe Steuerklemmen 512 beinhalten. Die externen Leistungsklemmen 510 können an die Leistungsschaltvorrichtung 502 mittels erster Drahtverbundanschlüsse 508 gekoppelt sein. Die externen Leistungsklemmen 510 können eine Quellen-/Emitter-Klemme und eine Ablass-/Kollektorklemme beinhalten. Die externen Steuerklemmen 512 können an die Leistungsschaltvorrichtung 502 mittels zweiter Drahtverbundanschlüsse 506 gekoppelt sein. Die zweiten Drahtverbundanschlüsse 506 können dazu konfiguriert sein, einen Bemessungsstrom der Leistungsschaltvorrichtung 502 zu führen. Die zweite Leistungsmodulstruktur 500 kann ein Gehäuse 514 beinhalten, das die Struktur einschließt. Das Gehäuse 514 kann aus Kunststoff- und/oder Keramikmaterial ausgebildet sein.
  • 6 veranschaulicht ein Leistungsmodul 600, das eine erste Leistungsschaltvorrichtung 602 und eine zweite Leistungsschaltvorrichtung 604 beinhaltet, die hergestellt sein können, wie in 4 oder 5 veranschaulicht. Das Leistungsmodul 600 kann ein Trägermaterial 610 beinhalten. Die erste Leistungsschaltvorrichtung 602 und die zweite Leistungsschaltvorrichtung 604 können mit dem Trägermaterial 610 gekoppelt oder verbunden sein. Das Trägermaterial 610 kann eine Gate-Signal-Leiterbahn 606 und eine Kelvin-Quellen-/Emitter-Leiterbahn 608 beinhalten. Die Gate-Signal-Leiterbahn 606 und die Kelvin-Quellen-/Emitter-Leiterbahn 608 können Kupfer-Leiterbahnen sein, die in das Trägermaterial 610 geätzt oder an ihm befestigt sind. Das Leistungsmodul 600 beinhaltet eine externe Gate-Steuerklemme 626 und eine externe Kelvin-Quellen-/Emitter-Klemme 624. Die externe Gate-Steuerklemme 626 kann an die Gate-Signal-Leiterbahn 606 über einen ersten Drahtverbundanschluss 620 gekoppelt sein. Die externe Kelvin-Quellen-/Emitter-Klemme 624 kann an die Kelvin-Quellen-/Emitter-Leiterbahn 608 über einen zweiten Drahtverbundanschluss 622 gekoppelt sein.
  • Die Gate-Verbindung der ersten Leistungsschaltvorrichtung 602 kann mit der Gate-Signal-Leiterbahn 606 über einen dritten Drahtverbundanschluss 614 verbunden sein. Die Kelvin-Quellen-/Emitter-Verbindung der ersten Leistungsschaltvorrichtung 602 kann mit der Kelvin-Quellen-/Emitter-Leiterbahn 608 über einen vierten Drahtverbundanschluss 612 verbunden sein. Die Gate-Verbindung der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 604 kann mit der Gate-Signal-Leiterbahn 606 über einen fünften Drahtverbundanschluss 618 verbunden sein. Die Kelvin-Quellen-/Emitter-Verbindung der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 604 kann mit der Kelvin-Quellen-/Emitter-Leiterbahn 608 über einen sechsten Drahtverbundanschluss 616 verbunden sein. Das Leistungsmodul 600 kann ferner eine Gate-Treiberschaltung beinhalten, die mit der Gate-Signal-Leiterbahn 606 und der Kelvin-Quellen-/Emitter-Leiterbahn 608 elektrisch verbunden ist. Das Leistungsmodul 600 kann in einem Gehäuse eingeschlossen sein, sodass eine einzige, integrierte Komponente definiert ist. Das Leistungsmodul 600 verbindet die Klemmen der ersten Leistungsschaltvorrichtung 602 und der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 604 im Leistungsmodul 600. Für eine verbesserte Leistung kann es wünschenswert sein, die Gleichtaktdrossel einzubeziehen.
  • 7 veranschaulicht eine mögliche Konfiguration für eine Gate-Schleife-Gleichtakt- (CM) -Drossel 700. Die Gleichtaktdrossel 700 kann eine erste Spule 702 und eine zweite Spule 704 beinhalten. Die erste Spule 702 und die zweite Spule 704 können aus Kupferdrähten gebildet sein. Die Spulen können als Kupfer-Leiterbahnen in einem Trägermaterial gebildet sein. Die erste Spule 702 und die zweite Spule 704 können sich in unterschiedliche Ebenen oder in derselben Ebene befinden. Wenn die erste Spule 702 und die zweite Spule 704 in unterschiedlichen Ebenen implementiert sind, können die Spulenmuster dieselben sein, außer, dass die unterste Spule sich eventuell an jedem Ende weiter erstreckt, um eine Verbindung zu ermöglichen. Wenn die erste Spule 702 und die zweite Spule 704 in derselben Ebene implementiert sind, können die Spulen konzentrisch angeordnet sein. Das heißt, eine Spule kann die andere vollständig umgeben. Die Wicklungsrichtung und die Anzahl der Windungen kann dieselbe sein wie zum Ausbilden der Gleichtaktdrossel 700. Ein optionaler Magnetkern 714 kann in einer zentralen Position eingesetzt werden, die durch die Spulen zum Abstimmen des LCM -Werts definiert ist. Beispielsweise können höhere LCM -Werte durch Einsetzen eines Kerns 714 in den Spulen erreicht werden.
  • Die erste Spule 702 und die zweite Spule 704 können aus isoliertem Draht bestehen. Beispielsweise kann ein elektrisches Isoliermaterial zwischen Drähte eingesetzt sein oder die Spulenoberfläche kann isoliert sein. Die Spulen können Klemmen oder Verbindungspunkte beinhalten, um elektrische Verbindungen zu erleichtern. Die erste Spule 702 kann eine erste Klemme 706 und eine zweite Klemme 708 aufweisen, die an entgegen gesetzten Enden der ersten Spule 702 angeordnet sind. Die zweite Spule 704 kann eine dritte Klemme 710 und eine vierte Klemme 712 aufweisen, die an entgegen gesetzten Enden der zweiten Spule 704 angeordnet sind. Die erste Klemme 706 und die dritte Klemme 710 können so konfiguriert sein, dass die Klemmen zueinander versetzt sind. Die zweite Klemme 708 und die vierte Klemme 712 können so konfiguriert sein, dass die Klemmen zueinander versetzt sind. Dies ermöglicht es, dass die Verbindungen von mindestens einer Richtung freigelegt sind, um die Verbindung mit anderen Komponenten zu erleichtern.
  • 8 veranschaulicht ein Leistungsmodul 800, das die Gleichtaktdrossel 700 beinhaltet. Das Leistungsmodul 800 beinhaltet eine erste Leistungsschaltvorrichtung 802 und eine zweite Leistungsschaltvorrichtung 804, die mit einem Trägermaterial 836 gekoppelt sind. Das Leistungsmodul 800 kann eine Gate-Signal-Leiterbahn 806 und eine Kelvin-Quellen-/Emitter-Leiterbahn 808 beinhalten. Das Leistungsmodul 800 kann eine externe Gate-Steuerklemme 826 und eine externe Kelvin-Quellen-/Emitter-Klemme 824 beinhalten. Die externe Gate-Steuerklemme 826 kann an die Gate-Signal-Leiterbahn 806 über einen ersten Drahtverbundanschluss 820 gekoppelt sein. Die externe Kelvin-Quellen-/Emitter-Klemme 824 kann an die Kelvin-Quellen-/Emitter-Leiterbahn 808 über einen zweiten Drahtverbundanschluss 822 gekoppelt sein.
  • Das Leistungsmodul 800 kann eine Gleichtaktdrossel 700 beinhalten, die zwischen jeder Leistungsschaltvorrichtung und den Gate- und Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahnen elektrisch gekoppelt ist. Eine der Spulen kann in der Gate-Strecke elektrisch gekoppelt sein, um einen Gate-Eingang der Leistungsschaltvorrichtungen mit einem gemeinsamen Gate-Signal zu verbinden. Eine der Spulen kann in einer Kelvin-Source-/Emitterstrecke elektrisch gekoppelt sein, um einen Kelvin-Source-/Emitterausgang der Schaltvorrichtungen mit einem gemeinsamen Steuersignal zu verbinden. Ein Gate-Eingang der ersten Leistungsschaltvorrichtung 802 kann mit einer ersten Klemme 706 der ersten Spule (z. B. 702) der Gleichtaktdrossel 700 durch eine dritte Drahtbond-Verbindung 814 gekoppelt sein. Eine Kelvin-Source-/Emitter-Klemme der ersten Leistungsschaltvorrichtung 802 kann mit einer ersten Klemme (z. B. 710) der zweiten Spule 704 der Gleichtaktdrossel 700 durch eine vierte Drahtbond-Verbindung 812 gekoppelt sein. Die zweite Klemme (z. B. 708) der ersten Spule 702 der Gleichtaktdrossel 700 kann mit der Gate-Signal-Leiterbahn 806 durch eine fünfte Drahtbond-Verbindung 830 gekoppelt sein. Die zweite Klemme (z. B. 712) der zweiten Spule 704 der Gleichtaktdrossel 700 kann mit der Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 808 durch eine sechste Drahtbond-Verbindung 828 gekoppelt sein.
  • Ein Gate-Eingang der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 804 kann mit einer ersten Klemme (z. B. 706) der ersten Spule 702 der Gleichtaktdrossel 700 durch eine siebte Drahtbond-Verbindung 818 gekoppelt sein. Eine Kelvin-Source-/Emitter-Klemme der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 804 kann mit einer ersten Klemme (z. B. 710) der zweiten Spule 704 der Gleichtaktdrossel 700 durch eine achte Drahtbond-Verbindung 816 gekoppelt sein. Die zweite Klemme (z. B. 708) der ersten Spule 702 der Gleichtaktdrossel 700 kann mit der Gate-Signal-Leiterbahn 806 durch eine neunte Drahtbond-Verbindung 834 gekoppelt sein. Die zweite Klemme (z. B. 712) der zweiten Spule 704 der Gleichtaktdrossel 700 kann mit der Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 808 durch eine zehnte Drahtbond-Verbindung 832 gekoppelt sein.
  • Das Leistungsmodul 800 beinhaltet eine Gleichtaktdrossel 700 für jede der Leistungsschaltvorrichtungen (z. B. 802, 804), die parallel geschaltet sind. Das Beispiel veranschaulicht nur zwei Leistungsschaltvorrichtungen, aber es können zusätzliche Leistungsschaltvorrichtungen auf ähnliche Weise mittels der Gleichtaktdrossel 700 parallel geschaltet sein. Das Leistungsmodul 800 kann in einem Gehäuse eingeschlossen sein, um die Schaltung und die Komponenten zu schützen. Die Leistungsschaltvorrichtungen können durch die externe Gate-Steuerklemme 826 gesteuert werden. Durch Hinzufügen der Gleichtaktdrosseln 700 werden Schwingungen in den Gate-Signalen verhindert. Das Leistungsmodul 800 stellt eine gemeinsame Steuerschnittstelle (Gate- und Kelvin-Source-/Emitter-Klemmen) zu der externen Umgebung dar. Durch Integrieren der Gleichtaktdrosseln 700 in das Leistungsmodul 800 können Gate-Spannungsschwingungen vermindert oder ausgeschaltet werden. Die externe Schaltungstechnik ist auf dieselbe Weise an das Leistungsmodul 800 angeschaltet, unabhängig davon, wie viele Leistungsschaltvorrichtungen in das Leistungsmodul 800 integriert sind.
  • Die Steuerschnittstelle der Konfiguration von 8 beinhaltet die externe Gate-Steuerklemme 826 und eine externe Kelvin-Source-/Emitter-Klemme 824. Die externe Gate-Steuerklemme 826 und die externe Kelvin-Source-/Emitter-Klemme 824 sind mit der gemeinsamen Gate-Signal-Leiterbahn 806 und der gemeinsamen Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 808 verbunden. In anderen Konfigurationen kann jede der Leistungsschaltvorrichtungen (z. B. 802, 804) mit getrennten externen Gate-Steuerklemmen und Kelvin-Source-/Emitter-Klemmen gekoppelt sein. Das heißt, die externe Schnittstelle mit dem Leistungsmodul ist eine Gate-Steuerklemme und eine Kelvin-Source-/Emitter-Klemme für jede im Leistungsmodul enthaltene Leistungsschaltvorrichtung. Eine Verbindung zwischen den Gate-Steuerklemmen und den Kelvin-Source-/Emitter-Klemmen kann außerhalb des Leistungsmoduls hergestellt werden.
  • Die Leistungsmodule können direktgebondete Kupfer-(DBC)-Substrate beinhalten. 9 veranschaulicht eine mögliche erste DBC-Struktur 900. Die erste DBC-Struktur 900 beinhaltet eine untere Kupferschicht 906, die mit einer Keramikschicht 904 gekoppelt ist. Eine obere Kupferschicht ist mit der anderen Seite der Keramikschicht 904 gekoppelt. Die obere Kupferschicht kann geätzt sein, um eine oder mehr Leiterbahnen zu definieren. Beispielsweise kann die obere Kupferschicht eine erste Kupfer-Leiterbahn 916 beinhalten, an die die Leistungsschaltvorrichtung 902 gebondet ist. Die erste Kupfer-Leiterbahn 916 kann eine Signal- oder Leistungsstrecke definieren. Die obere Kupferschicht kann eine zweite Kupfer-Leiterbahn 914 beinhalten, die eine Signal- oder Leistungsstrecke definiert. Die zweite Leiterbahn 914 kann mit einer zugehörigen Klemme der Leistungsschaltvorrichtung 902 mittels einer ersten Drahtbond-Verbindung 912 verbunden sein. Die obere Kupferschicht kann eine dritte Kupfer-Leiterbahn 908 beinhalten, die eine Signal- oder Leistungsstrecke definiert. Die dritte Kupfer-Leiterbahn 908 kann mit einer zugehörigen Klemme der Leistungsschaltvorrichtung 902 mittels einer zweiten Drahtbond-Verbindung 910 verbunden sein.
  • 10 veranschaulicht eine mögliche zweite DBC-Struktur 1000. Die zweite DBC-Struktur 1000 kann eine untere Kupferschicht 1014 beinhalten, die mit einer ersten Keramikschicht 1012 gekoppelt ist. Die andere Seite der ersten Keramikschicht 1012 kann mit einer ersten Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1010 gekoppelt sein. Die erste Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1010 kann eine Kupfer-Leiterbahn 1016 zum Führen von Signal oder Leistung beinhalten. Die erste Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1010 kann mit einer Leistungsschaltvorrichtung 1002 gekoppelt sein. Beispielsweise kann die erste Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1010 eine Kupfer-Leiterbahn für Leistungssignale beinhalten. Die Kupfer-Leiterbahn 1016 kann mit dazugehörigen Klemmen der Leistungsschaltvorrichtung 1002 mittels einer Drahtbond-Verbindung 1018 verbunden sein.
  • Ein Kupfer-Abstandshalter 1004 kann mit der anderen Seite der Leistungsschaltvorrichtung 1002 gekoppelt sein und kann den elektrischen Stromdurchgang für ein Leistungssignal bereitstellen. Die zweite DBC-Struktur 1000 kann eine obere Kupferschicht 1008 beinhalten, unter der eine zweite Keramikschicht 1006 gebondet ist. Eine zweite Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1020 kann zwischen der zweiten Keramikschicht 1006 und dem Kupfer-Abstandshalter 1004 gekoppelt sein. Die zweite Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1020 kann eine leitfähige Strecke für eines oder mehr der Leistungssignale bereitstellen.
  • 11 veranschaulicht ein mögliches Leistungsmodul 1100 basierend auf einer DBC-Struktur. Das Leistungsmodul 1100 beinhaltet weiterhin Gleichtaktdrosseln in den Gate-Strecken der parallel geschalteten Leistungsschaltvorrichtungen. Die Gleichtaktdrosseln können als Bestandteil der DBC-Struktur implementiert werden. Das Leistungsmodul 1100 kann eine unterste Kupferschicht 1106 beinhalten. Direkt über der untersten Kupferschicht 1106 kann sich eine Keramikschicht 1108 befinden. An die Keramikschicht kann eine Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1110 gekoppelt sein. Eine erste Leistungsschaltvorrichtung 1102 und eine zweite Leistungsschaltvorrichtung 1104 können mit der Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1110 gekoppelt sein.
  • Die Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1110 kann eine Gate-Signal-Leiterbahn 1112 und eine Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 1114 beinhalten, die in die Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1100 geätzt oder anderweitig darin ausgebildet ist. Gleichtaktdrosseln können durch Ätzen von Spulen in die Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1100 definiert werden. Beispielsweise können eine erste äußere Spule 1120 und eine erste innere Spule 1122 in die Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1100 geätzt sein. Die erste äußere Spule 1120 kann an einem ersten Ende mit der Gate-Signal-Leiterbahn 1112 und an einem zweiten Ende mit einer Gate-Klemme der ersten Leistungsschaltvorrichtung 1102 elektrisch gekoppelt sein. Die erste innere Spule 1122 kann an einem ersten Ende mit der Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 1114 und an einem zweiten Ende mit einer Kelvin-Source-/Emitter-Klemme der ersten Leistungsschaltvorrichtung 1102 elektrisch gekoppelt sein. Die elektrische Kopplung kann über Drahtbond-Verbindungen hergestellt sein. Die erste äußere Spule 1120 und die erste innere Spule 1122 können so definiert sein, dass die Spulen definierende Leiterbahnen voneinander isoliert sind. Die Spulen können in einem quadratischen / rechteckigen Muster ausgebildet sein. Die Spulen können auch in einem kreisförmigen Muster ausgebildet sein. Ein optionaler erster Kern 1124 kann in einer mittleren Position, die durch eine erste äußere Spule 1120 und die erste innere Spule 1122 definiert ist, eingesetzt werden, um einen gewünschten LCM-Wert zu erreichen.
  • Eine zweite äußere Spule 1126 und eine zweite innere Spule 1128 können in die Leistungs-/Signal-Kupferschicht 1100 geätzt sein. Die zweite äußere Spule 1126 kann an einem ersten Ende mit der Gate-Signal-Leiterbahn 1112 und an einem zweiten Ende mit einer Gate-Klemme der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 1104 elektrisch gekoppelt sein. Die zweite innere Spule 1128 kann an einem ersten Ende mit der Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 1114 und an einem zweiten Ende mit einer Kelvin-Source-/Emitter-Klemme der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 1104 elektrisch gekoppelt sein. Die elektrische Kopplung kann über Drahtbond-Verbindungen hergestellt sein. Ein optionaler zweiter Kern 1130 kann in einer mittleren Position, die durch eine zweite äußere Spule 1126 und die zweite innere Spule 1128 definiert ist, eingesetzt werden, um einen gewünschten LCM -Wert zu erreichen.
  • Das Leistungsmodul 1100 kann eine externe Gate-Klemme 1118 und eine externe Kelvin-Source-/Emitter-Klemme 1116 zum Anschalten an andere Schaltungen beinhalten. Beispielsweise können die externen Klemmen mit einer Gate-Treiberschaltung verbunden sein.
  • Die Gleichtaktdrosseln können ebenfalls auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB) implementiert sein. 12 veranschaulicht eine mögliche Implementierung der PCB-Gleichtaktdrossel 1200. Die PCB-Gleichtaktdrossel 1200 kann auf einer Leiterplatte 1208 ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine erste Spule 1202 auf eine/r erste/n Oberfläche (z. B. Oberseite) der Leiterplatte 1208 ausgebildet/geätzt sein. Die erste Spule 1202 kann durch eine spulenförmige Kupfer-Leiterbahn ausgebildet sein. Ein zweite Spule 1204 kann auf eine/r zweite/n Oberfläche (z. B. Unterseite) der Leiterplatte 1208 in einer der ersten Spule 1202 ähnlichen Art und Weise ausgebildet/geätzt sein. Die PCB-Gleichtaktdrossel 1200 kann einen optionalen Kern 1206 beinhalten. Beispielsweise kann die Leiterplatte 1208 eine Öffnung definieren, in die der Kern 1206 eingesetzt werden kann. Die erste Spule 1202 und die zweite Spule 1204 können Verbindungspunkte für jedes Spulenende definieren. Die Verbindungspunkte können auf einer der Oberflächen der Leiterplatte 1208 definiert werden. Wenn beispielsweise die Verbindungspunkte auf derselben Oberfläche wie die zweite Spule 1204 definiert werden sollen, können die Verbindungspunkte der ersten Spule 1202 durch die Leiterplatte 1208 auf die andere Seite geführt werden. Durchgangsbohrungen können dazu definiert sein, eine Oberfläche mit der anderen elektrisch zu verbinden.
  • 13 veranschaulicht eine Seitenansicht einer PCB-Gleichtaktdrossel, die in eine Leistungsschaltvorrichtung 1218 integriert ist. Die Leistungsschaltvorrichtung 1218 kann mit einem Substrat 1216 gekoppelt sein. Eine Gate-Signal-Leiterbahn 1212 und eine Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 1214 können auf dem Substrat 1216 definiert sein. Die Leiterplatte 1208 kann mit der Leistungsmodul-Anordnung an jedem Punkt, an dem eine elektrische Verbindung erwünscht ist, über Lötperlen 1210 verbunden sein. Beispielsweise kann eine Lötperle 1210 in einer Position auf der Gate-Signal-Leiterbahn 1212 und auf einer Gate-Klemme der Leistungsschaltvorrichtung 1218 platziert sein. Ein erstes Ende und ein zweites Ende der ersten Spule 1202 können den Positionen der Lötperle 1210 entsprechen. Zusätzliche Lötperlen können in einer Position auf der Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 1214 und auf einer Kelvin-Source-/Emitter-Klemme der Leistungsschaltvorrichtung 1218 platziert sein. In geschmolzenem Zustand können die Lötperlen 1210 die PCB-Gleichtaktdrossel mechanisch und elektrisch mit der Leistungsmodul-Anordnung koppeln.
  • 14 veranschaulicht eine alternative Konfiguration für eine PCB-Gleichtaktdrossel 1400. In dieser Konfiguration können die Spulen durch Leiterbahnen auf beiden Seiten einer Leiterplatte 1402 definiert sein. Beispielsweise kann auf einer Oberseite der Leiterplatte 1402, ein erster Satz 1416 leitfähiger Leiterbahnen definiert sein. Der erste Satz 1416 kann einer ersten Spule entsprechen. Auf einer Unterseite der Leiterplatte 1402 kann ein zweiter Satz 1418 leitfähiger Leiterbahnen definiert sein. Eine erste Gruppe leitfähiger Durchgangsbohrungen 1412 kann definiert sein, Endpunkte des ersten Satzes 1412 leitfähiger Leiterbahnen mit Endpunkten des zweiten Satzes 1418 leitfähiger Leiterbahnen elektrisch zu koppeln. Die leitfähigen Durchgangsbohrungen 1412 können eine leitfähige Strecke von einer Seite der PCB zur anderen Seite bereitstellen. Der erste Satz 1412 und der zweite Satz 1418 sind verbunden, um eine spulenartige Struktur um die Leiterplatte 1402 zu bilden. Ein erster Endpunkt 1404 kann ein erstes Ende der ersten Spule definieren und ein zweiter Endpunkt 1408 kann ein zweites Ende der ersten Spule definieren.
  • Auf der Oberseite der Leiterplatte 1402 kann ein dritter Satz 1420 leitfähiger Leiterbahnen definiert sein. Der dritte Satz 1420 kann einer zweiten Spule entsprechen. Auf einer Unterseite der Leiterplatte 1402 kann ein vierter Satz 1422 leitfähiger Leiterbahnen definiert sein. Eine zweite Gruppe leitfähiger Durchgangsbohrungen 1414 kann definiert sein, Endpunkte des dritten Satzes 1420 leitfähiger Leiterbahnen mit Endpunkten des vierten Satzes 1422 leitfähiger Leiterbahnen elektrisch zu koppeln. Der dritte Satz 1420 und der vierte Satz 1422 sind verbunden, um eine spulenartige Struktur um die Leiterplatte 1402 zu bilden. Ein erster Endpunkt 1406 kann ein erstes Ende der zweiten Spule definieren und ein zweiter Endpunkt 1410 kann ein zweites Ende der zweiten Spule definieren.
  • Ein optionaler Kern 1424 kann innerhalb der Spulen platziert sein, um größere LCM -Werte zu erreichen. Beispielsweise kann die Leiterplatte 1402 eine Öffnung definieren, in die der Kern 1424 eingesetzt werden kann.
  • 15 veranschaulicht ein Leistungsmodul, das die PCB-Gleichtaktdrossel (z. B. 1200) nutzt. Das Leistungsmodul beinhaltet ein Substrat 1506, an dem eine erste Leistungsschaltvorrichtung 1502 und eine zweite Leistungsschaltvorrichtung 1504 angebaut sind. Das Leistungsmodul beinhaltet eine Gate-Signal-Leiterbahn 1508 und eine Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 1510. Eine PCB-Gleichtaktdrossel 1200 kann so angebaut sein, dass eine erste Verbindung an einer Gate-Klemme der ersten Leistungsschaltvorrichtung 1502 ausgerichtet ist, und eine zweite Verbindung an der Gate-Signal-Leiterbahn 1508 ausgerichtet ist. Die erste Verbindung und die zweite Verbindung können an Enden von einer der Spulen definiert sein. Ferner ist eine dritte Verbindung an einer Kelvin-Source-/Emitter-Klemme der ersten Leistungsschaltvorrichtung 1502 ausgerichtet und eine vierte Verbindung ist mit der Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 1510 ausgerichtet. Die dritte Verbindung und die vierte Verbindung sind an Enden von einer der Spulen definiert. Eine PCB-Gleichtaktdrossel 1200 kann auf ähnliche Weise zwischen der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 1504 und der Gate-Signal-Leiterbahn 1508 und der Kelvin-Source-/Emitter-Leiterbahn 1510 eingebaut sein. Die Verbindungen können gelötet sein, um die Verbindungen aufrecht zu erhalten. In anderen Konfigurationen können mehrere PCB-Gleichtaktdrosseln auf einer einzigen Leiterplatte ausgebildet sein. Die einzige Leiterplatte kann dann anstelle der mehreren Leiterplatten installiert sein.
  • In einigen Konfigurationen sind die Leistungsschaltvorrichtungen eventuell nicht in einem einzigen Leistungsmodul kombiniert. Stattdessen können individuelle Leistungsschaltvorrichtungen durch externe Verbindungen parallel geschaltet sein. Leistungsverbindungen von jeder Leistungsschaltvorrichtung können über Sammelschienen verbunden werden. Steuerklemmen können auf einer Ansteuerungs-Leiterplatte verbunden sein. Eine Gleichtaktdrossel kann ebenfalls für diese Konfigurationen implementiert sein.
  • Individuelle Leistungsmoduls können dazu bestimmt sein, die Gleichtaktdrossel von den Gate- und Kelvin-Source-/Emitter-Klemmen auf die externen Klemmen zu implementieren. Die Gleichtaktdrossel kann in einem einzigen Leistungsmodul implementiert werden, ähnlich den Konfigurationen, die in 8 oder 11 veranschaulicht sind. In anderen Konfigurationen kann die in 12-14 beschriebene PCB ebenfalls in ein einziges Leistungsmodul einbezogen sein. Die externen Steuerklemmen können aus Draht oder Leitungsgerüst hergestellt sein. Die Leitungsgerüste können so geführt sein, dass sie Spulen auf die vorstehend beschriebene Art und Weise bilden.
  • 16 veranschaulicht ein Leistungsmodul 1600, bei dem die Gleichtaktdrossel aus Drähten oder Leitern, die die äußere Schnittstelle bilden, ausgebildet ist. Das Leistungsmodul 1600 kann eine erste Leistungsschaltvorrichtung 1602 und eine zweite Leistungsschaltvorrichtung 1604 beinhalten, die auf einem Substrat 1622 aufgebaut sind. Ein erster Draht 1606 kann zu einer ersten Spule ausgebildet sein. Ein Ende des ersten Drahts 1606 kann außerhalb des Leistungsmoduls 1600 zugänglich sein. Ein zweiter Draht 1608 kann zu einer zweiten Spule ausgebildet sein. Ein Ende des zweiten Drahts 1608 kann außerhalb des Leistungsmoduls 1600 zugänglich sein. Die erste Spule und die zweite Spule können konzentrische Spulen in einer gleichen Ebene definieren oder können fast identische Spulen in unterschiedlichen Ebenen definieren. Ein erster Magnetkern 1626 kann in einem mittleren Bereich, der durch die erste und zweite Spule definiert wird, platziert sein. Ein weiteres Ende des ersten Drahts 1606 kann mit einer Gate-Klemme der ersten Leistungsschaltvorrichtung 1602 über eine erste Drahtbond-Verbindung 1618 elektrisch gekoppelt sein. Ein weiteres Ende des zweiten Drahts 1608 kann mit einer Kelvin-Source-/Emitter-Klemme der ersten Leistungsschaltvorrichtung 1602 über eine zweite Drahtbond-Verbindung 1620 elektrisch gekoppelt sein.
  • Ein dritter Draht 1610 kann zu einer dritten Spule ausgebildet sein. Ein Ende des dritten Drahts 1610 kann außerhalb des Leistungsmoduls 1600 zugänglich sein. Ein vierter Draht 1612 kann zu einer vierten Spule ausgebildet sein. Ein Ende des vierten Drahts 1612 kann außerhalb des Leistungsmoduls 1600 zugänglich sein. Die erste Spule und die zweite Spule können konzentrische Spulen in einer gleichen Ebene definieren oder können fast identische Spulen in unterschiedlichen Ebenen definieren. Ein zweiter Magnetkern 1624 kann in einem mittleren Bereich, der durch die erste und zweite Spule definiert ist, platziert sein. Ein weiteres Ende des dritten Drahts 1610 kann mit einer Gate-Klemme der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 1604 über eine dritte Drahtbond-Verbindung 1614 elektrisch gekoppelt sein. Ein weiteres Ende des vierten Drahts 1612 kann mit einer Kelvin-Source-/Emitter-Klemme der zweiten Leistungsschaltvorrichtung 1604 über eine vierte Drahtbond-Verbindung 1616 elektrisch gekoppelt sein.
  • Das Leistungsmodul 1600 kann in einem Gehäuse eingeschlossen sein. Die Steuerschnittstelle zum Leistungsmodul beinhaltet Enden der Drähte, die außerhalb des Leistungsmoduls 1600 zugänglich sind. Beispielsweise können die Enden der Drähte Stifte oder Klemmen zum Koppeln des Leistungsmoduls 1600 mit einer Leiterplatte bilden. In dieser Konfiguration ist jede Spule der Gleichtaktdrossel durch ein spulenförmiges Drahtstück ausgebildet. In dieser Konfiguration können die externen Gate-Klemmen (z. B. durch die Drähte 1606 und 1610 definiert) extern zusammen mit einem gemeinsamen Gate-Steuersignal gekoppelt sein. Die externen Kelvin Source-/Emitter-Klemmen (z. B. durch die Drähte 1608 und 1612 definiert) können extern zusammen mit einem gemeinsamen Steuersignal gekoppelt sein.
  • In anderen Konfigurationen kann die Gate Loop-Gleichtaktdrossel außerhalb des Leistungsmoduls implementiert sein. Beispielsweise kann eine Gleichtaktdrossel auf einer Gate-Treiberplatine installiert sein. Die Leistungsmodul-Steuerklemmen können mit der Gate-Treiberplatine verbunden sein und es können Signale durch die Gleichtaktdrossel geführt sein. Die Gleichtaktdrossel kann ebenfalls mit der Gate-Treiberschaltung verbunden sein. Die Gate-Treiberplatine kann ebenfalls verwendet werden, um die Gleichtaktdrosseln auszubilden, wie in Bezug auf 12-14 beschrieben.
  • Ein Vorteil des Hinzufügens der Gleichtaktdrossel in der Gate-Schaltung besteht darin, dass Schwingungen verhindert werden, die übermäßige Gate-Spannungen verursachen können. Der Nutzen kann erreicht werden, ohne die Schalttransientenzeit und den Schaltverlust in Verbindung mit dem Leistungshalbleiter zu erhöhen. Die Ansteuerungs-Loop weist einen kleinen Strom auf, sodass eventuelle zusätzlich durch die Gleichtaktdrossel verursachte Verluste geringfügig sind. Die in diesem Schriftstück beschriebenen Gleichtaktdrosseln können im Leistungsmodul oder auf der Ansteuerungs-Platine implementiert werden, was Möglichkeiten zu Kosteneinsparungen bietet. Die Implementierungen innerhalb des Leistungsmoduls bedienen sich vorhandener Strukturen und haben begrenzten Einfluss auf Leistungsmodulstruktur und -Volumen. Der LCM -Wert kann während der Designphase leicht abgestimmt werden, um einen erwünschten Wert zu erreichen. Durch Hinzufügen der Gleichtaktdrosseln für jeden Leistungshalbleiter können mehrere Leistungshalbleiter ohne Schwingungen in den Gate-Spannungen parallel geschaltet werden.
  • Die in diesem Schriftstück offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können an eine Verarbeitungsvorrichtung, eine Steuerung oder einen Computer, der jede vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder spezifische elektronische Steuereinheit beinhalten kann, übergeben oder von diesen implementiert werden. Analog können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als von einer Steuerung oder einem Computer ausführbare Daten und Anweisungen in vielen Formen gespeichert werden, einschließlich - aber nicht beschränkt auf - Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie z. B. ROM-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie z. B. Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und anderen magnetischen oder optischen Medien gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem über Software ausführbaren Objekt implementiert sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise mittels geeigneter Hardwarekomponenten, wie z. B. Application Specific Integrated Circuits (anwendungsspezifische integrierte Schaltungen / ASICs), Field-Programmable Gate Arrays (feldprogrammierbare Gate-Arrays / FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder sonstigen Hardwarekomponenten oder -Vorrichtungen, oder einer Kombination von Hardware, Software und Firmwarekomponenten verkörpert werden.
  • Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen von den Ansprüchen umfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Wörter sind eher beschreibender als eingrenzender Art und es wird klargestellt, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die evtl. nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Während verschiedene Ausführungsformen als gegenüber anderen Ausführungsformen oder Realisierungen nach dem früheren Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehreren wünschenswerten Eigenschaften vorteilhaft oder bevorzugt hätten beschrieben werden können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass eines oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Attribute des Systems als Ganzes zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können Folgendes beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein: Kosten, Stärke, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Als solche liegen Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem früheren Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften beschrieben werden, nicht außerhalb des Geltungsbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
  • Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungsmodul bereitgestellt, das eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen aufweist, die elektrisch parallel gekoppelt sind und durch ein gemeinsames Gate-Signal ausgelöst werden, die an einem Substrat befestigt sind, das eine erste Spule und eine zweite Spule beinhaltet, die um eine gemeinsame Achse gebildet sind, um eine Gleichtaktdrossel in einer Gate-Strecke und einer Kelvin-Source-/Emitterstrecke für jede der Schaltvorrichtungen zu definieren.
  • Nach einer Ausführungsform ist ein Gate-Eingang der Schaltvorrichtungen mit dem gemeinsamen Gate-Signal durch die erste Spule oder die zweite Spule verbunden.
  • Nach einer Ausführungsform ist ein Kelvin-Source-/Emitterausgang der Schaltvorrichtungen mit einem gemeinsamen Steuersignal durch die erste Spule oder die zweite Spule verbunden.
  • Nach einer Ausführungsform ist eine Anzahl von Windungen der ersten Spule gleich einer Anzahl von Windungen der zweiten Spule.
  • Nach einer Ausführungsform zeichnet sich die vorstehende Erfindung ferner durch einen Magnetkern aus, der in einer mittleren Position eingesetzt ist, die durch die erste Spule und die zweite Spule definiert ist.
  • Nach einer Ausführungsform zeichnet sich die vorstehende Erfindung weiterhin durch ein elektrisches Isolationsmaterial zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule aus.
  • Nach einer Ausführungsform sind die erste Spule und die zweite Spule als Kupfer-Leiterbahnen im Substrat ausgebildet.
  • Nach einer Ausführungsform befinden sich die erste Spule und die zweite Spule in unterschiedlichen Ebenen des Substrats.
  • Nach einer Ausführungsform ist die zweite Spule konzentrisch zur ersten Spule.
  • Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungsmodul bereitgestellt, das eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen aufweist, die elektrisch parallel gekoppelt sind und durch ein gemeinsames Gate-Signal ausgelöst werden, die an einem Substrat befestigt sind, das eine erste Leiterbahn und eine zweite Leiterbahn beinhaltet, die um eine gemeinsame Achse in unterschiedlichen Ebenen gebildet sind, um eine Gleichtaktdrossel in einer Gate-Strecke und einer Kelvin-Source-/Emitterstrecke für jede der Schaltvorrichtungen zu definieren.
  • Nach einer Ausführungsform bildet die erste Leiterbahn oder die zweite Leiterbahn eine Spule in der Gate-Strecke, die einen Gate-Eingang der Schaltvorrichtungen mit dem gemeinsamen Gate-Signal verbindet.
  • Nach einer Ausführungsform bildet die erste Leiterbahn oder die zweite Leiterbahn eine Spule in der Kelvin-Source-/Emitterstrecke, die einen Kelvin-Source-/Emitterausgang der Schaltvorrichtungen mit einem gemeinsamen Steuersignal verbindet.
  • Nach einer Ausführungsform ist eine Anzahl von Windungen der ersten Leiterbahn gleich einer Anzahl von Windungen der zweiten Leiterbahn.
  • Nach einer Ausführungsform zeichnet sich die vorstehende Erfindung ferner durch einen Magnetkern aus, der in einer mittleren Position eingesetzt ist, die durch die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn definiert ist.
  • Nach einer Ausführungsform sind die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn als Kupfer-Leiterbahnen auf entsprechenden Ebenen des Substrats ausgebildet.
  • Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Traktionswechselrichter bereitgestellt, der eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen beinhaltet, die elektrisch parallel gekoppelt sind und durch ein gemeinsames Gate-Signal ausgelöst werden, und eine gedruckte Leiterplatte, die Leiterbahnen beinhaltet, die ein Wicklungspaar für eine Gleichtaktdrossel in einer Gate-Strecke und einer Kelvin-Source-/Emitterstrecke von jeder der Schaltvorrichtungen definieren.
  • Nach einer Ausführungsform definieren die Leiterbahnen das Wicklungspaar in unterschiedlichen Ebenen der gedruckten Leiterplatte.
  • Nach einer Ausführungsform definieren die Leiterbahnen das Wicklungspaar so, dass jede der Wicklungen Leiterbahnen auf unterschiedlichen Ebenen der gedruckten Leiterplatte beinhaltet.
  • Nach einer Ausführungsform zeichnet sich die vorstehende Erfindung ferner durch einen Magnetkern aus, der in eine durch die gedruckte Leiterplatte definierte Öffnung eingesetzt und in einem durch die Wicklungen definierten mittleren Bereich angeordnet ist.
  • Nach einer Ausführungsform bilden die Wicklungen eine erste Spule in der Gate-Strecke, die einen Gate-Eingang der Schaltvorrichtungen mit dem gemeinsamen Gate-Signal verbindet, und eine zweite Spule in der Kelvin-Source-/Emitterstrecke, die einen Kelvin-Source-/Emitterausgang der Schaltvorrichtungen mit einem gemeinsamen Steuersignal verbindet.

Claims (15)

  1. Leistungsmodul, umfassend: eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen, die elektrisch parallel gekoppelt sind und durch ein gemeinsames Gate-Signal ausgelöst werden, die an einem Trägermaterial befestigt sind, das eine erste Spule und eine zweite Spule beinhaltet, die um eine gemeinsame Achse gebildet sind, um eine Gleichtaktdrossel in einer Gate-Strecke und einer Kelvin-Quellen-/Emitter-Strecke für jede der Schaltvorrichtungen zu definieren.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei ein Gate-Eingang der Schaltvorrichtungen mit dem gemeinsamen Gate-Signal durch die erste Spule oder die zweite Spule verbunden ist.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei ein Kelvin-Quellen-/Emitter-Ausgang der Schaltvorrichtungen mit einem gemeinsamen Steuersignal durch die erste Spule oder die zweite Spule verbunden ist.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei eine Anzahl von Windungen der ersten Spule gleich einer Anzahl von Windungen der zweiten Spule ist.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 1, umfassend einen Magnetkern, der in einer durch die erste Spule und die zweite Spule definierten zentralen Position eingesetzt ist.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 1, umfassend ein elektrisches Isolationsmaterial zwischen der ersten und der zweiten Spule.
  7. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die erste Spule und die zweite Spule als Kupfer-Leiterbahnen im Trägermaterial ausgebildet sind.
  8. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei sich die erste Spule und die zweite Spule in unterschiedlichen Ebenen des Trägermaterials befinden.
  9. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die zweite Spule konzentrisch zur ersten Spule ist.
  10. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die erste Spule und die zweite Spule als Kupfer-Leiterbahnen auf einer gleichen Ebene im Substrat ausgebildet sind.
  11. Traktionswechselrichter, umfassend: eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen, die elektrisch parallel gekoppelt sind und durch ein gemeinsames Gate-Signal ausgelöst werden; und eine gedruckte Leiterplatte, die Leiterbahnen beinhaltet, die ein Wicklungspaar für eine Gleichtaktdrossel in einer Gate-Strecke und einer Kelvin-Quellen-/Emitter-Strecke von jeder der Schaltvorrichtungen definieren.
  12. Traktionswechselrichter nach Anspruch 11, wobei die Leiterbahnen das Wicklungspaar in unterschiedlichen Ebenen der gedruckten Leiterplatte definieren.
  13. Traktionswechselrichter nach Anspruch 11, wobei die Leiterbahnen das Wicklungspaar so definieren, dass jede der Wicklungen Leiterbahnen auf unterschiedlichen Ebenen der gedruckten Leiterplatte beinhaltet.
  14. Traktionswechselrichter nach Anspruch 11, weiterhin einen Magnetkern umfassend, der in einer durch die gedruckte Leiterplatte definierten Öffnung eingesetzt und in einem durch die Wicklungen definierten zentralen Bereich angeordnet ist.
  15. Traktionswechselrichter nach Anspruch 11, wobei die Wicklungen eine erste Spule in der Gate-Strecke, die einen Gate-Eingang der Schaltvorrichtungen mit dem gemeinsamen Gate-Signal verbindet, und eine zweite Spule in der Kelvin-Quellen-/Emitter-Strecke, die einen Kelvin-Quellen-/Emitter-Ausgang der Schaltvorrichtungen mit einem gemeinsamen Steuersignal verbindet, bilden.
DE102019100709.7A 2018-01-15 2019-01-12 Gleichtaktdrossel für parallel geschalteten leistungshalbleiter Pending DE102019100709A1 (de)

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US15/871,770 2018-01-15
US15/871,770 US10476380B2 (en) 2018-01-15 2018-01-15 Common-mode choke for paralleled power semiconductor

Publications (1)

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DE102019100709A1 true DE102019100709A1 (de) 2019-07-18

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