DE102019109461A1 - Leistungsmodul mit zwischenkreiskondensator - Google Patents

Leistungsmodul mit zwischenkreiskondensator Download PDF

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Abstract

An einem Leistungsmodul (3) mit mindestens einem Leistungshalbleiterschalter (5) für einen Stromrichter ist ein Zwischenkreiskondensator (2) durch eine Schraubverbindung (8, 18) angebracht. Die Schraubverbindung (8, 18) stellt zugleich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Zwischenkreiskondensator (2) und einem Leitersubstrat (4) des Leistungsmoduls (3) her. Das Leitersubstrat (4) kann insbesondere ein Stanzgitter oder ein Leitersubstrat mit Keramikbasis sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Leistungsmodul mit mindestens einem Leistungshalbleiterschalter und einem Zwischenkreiskondensator für einen Stromrichter.
  • Stromrichter verfügen über ein Leistungsmodul, welches ein oder mehrere Leistungshalbleiterschalter umfasst, die die eigentlichen Schaltvorgänge durchführen, auf denen die Wirkung des Stromrichters beruht. Zum Stromrichter gehören ferner ein Gatetreibermodul zum Steuern der Leistungshalbleiterschalter, sowie ein übergeordnetes Regelsystem. Außerdem verfügt der Stromrichter über einen Zwischenkreis mit Zwischenkreiskondensator; Aufgabe des Zwischenkreiskondensators ist es unter anderem, bei Umschaltvorgängen des Stromrichters als Energiespeicher zu wirken.
  • Bei typischen Anwendungen von Stromrichtern der Leistungselektronik werden Ströme im Bereich von 10 A bis 2000 A (aber etwa auch im Bereich von 30 A bis 500 A) schnell geschaltet. Aufgrund von Induktivitäten im Leistungsmodul, etwa im Kommutierungskreis des Stromrichters, werden dabei hohe Spannungen induziert, welche zusätzlich zu der Zwischenkreisspannung an den Leistungshalbleiterschaltern anliegen. Die Induktivitäten sind dabei etwa Induktivitäten von Leitern im Leistungsmodul (parasitäre Induktivitäten). In herkömmlichen Systemen werden die Zwischenkreiskondensatoren außerhalb des Leistungsmoduls, aber möglichst nah am Leistungsmodul, angeordnet und mit hochstromtragfähigen Kupferleitungen (Busbar) mit den Terminalanschlüssen des Leistungsmoduls elektrisch leitend verbunden. Die Leistungshalbleiterschalter im Leistungsmodul sind über Dickdrahtbondverbindungen mit den Terminalanschlüssen elektrisch leitend verbunden. Alle diese elektrisch leitenden Verbindungselemente verursachen unerwünschte Induktivitäten. Bei Auslegung des Stromrichtersystems sind daher Leistungshalbleiterschalter mit einer entsprechend höheren Sperrspannung zu wählen, weshalb die Leistungshalbleiterschalter nicht vollständig kosteneffizient ausgenutzt werden können. Verringert man die Spannungsüberschwingungen, indem man die Dynamik des Stromrichters begrenzt, so steigen die Schaltverluste im Leistungsmodul und entsprechend sinkt die Energieeffizienz des Stromrichters.
  • Das US-Patent US 9,241,428 B1 betrifft einen kompakten hochintegrierten Motorinverter. Die darin verwendeten Leistungshalbleiter werden auf einer Seite gekühlt und sind auf der gegenüberliegenden Seite über eine Busbarstruktur verbunden. Die Busbarstruktur ist ferner mit einem Zwischenkreiskondensator verbunden. Auch wenn dieser Aufbau einen sehr kleinen Bauraum aufweist, ergibt sich dennoch eine relativ hohe parasitäre Induktivität im Kommutierungskreis, vor allem durch die parasitären Induktivitäten im Leistungsmodul selbst, von den Anschlussklemmen und von der Busbarstruktur.
  • Das US-Patent US 9,627,972 B2 betrifft einen Gleichspannungswandler mit Leistungshalbleiterschalter, diversen Kapazitäten, Induktivitäten und einem Logikbaustein. Ein Kupferstanzgitter verbindet die einzelnen Bauelemente miteinander. Die Kapazitäten sind mit dem Stanzgitter verlötet und stellen keine Zwischenkreiskondensatoren dar. Ferner sind die Kapazitäten relativ klein, größere Kapazitäten bzw. Kondensatoren können nicht auf diese Weise in ein System integriert werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung mit einem Leistungsmodul für einen Stromrichter und einem Zwischenkreiskondensator anzugeben, bei dem die parasitären Induktivitäten gegenüber dem Stand der Technik reduziert sind.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1.
  • Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst ein Leistungsmodul für einen Stromrichter und einen Zwischenkreiskondensator für den Stromrichter. Das Leistungsmodul umfasst mindestens einen Leistungshalbleiterschalter. Der prinzipielle Aufbau des Leistungsmoduls und die Schalttopologie zur Verbindung mit einem Zwischenkreis und mit dem dazugehörigen Zwischenkreiskondensator sind dem Fachmann bekannt, ebenso die Einsatzmöglichkeiten einer solchen Anordnung.
  • Erfindungsgemäß ist der Zwischenkreiskondensator durch eine Schraubverbindung mit dem Leistungsmodul verbunden. Zum einen dient die Schraubverbindung der mechanischen Befestigung des Zwischenkreiskondensators am Leistungsmodul.
  • Zum anderen stellt die Schraubverbindung erfindungsgemäß eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Zwischenkreiskondensator und einem Leitersubstrat des Leistungsmoduls her. Auf diese Weise entfällt eine Busbarstruktur oder sonstige elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Zwischenkreiskondensator und dem Leistungsmodul; dies hat unmittelbar eine Reduktion der Induktivität gegenüber dem Stand der Technik zur Folge. Dadurch verringern sich auch die Spannungsspitzen an den Leistungshalbleiterschaltern beim Schalten, wodurch sich die Lebensdauer der Leistungshalbleiterschalter erhöht, da sie in der sogenannten Safe Operating Area (SOA) betrieben werden können. Es werden ferner Schaltverluste vermindert und somit wird die Effizienz des Stromrichters gesteigert.
  • In Ausführungsformen beträgt die Kapazität des Zwischenkreiskondensators über 100 µF.
  • In einer Ausführungsform ist das Leitersubstrat ein Stanzgitter. Mindestens eine Gewindehülse für eine Befestigungsschraube für den Zwischenkreiskondensator ist an dem Stanzgitter angebracht. Bevorzugt sind zwei Gewindehülsen für Befestigungsschrauben für den Zwischenkreiskondensator an dem Stanzgitter angebracht.
  • In einer anderen Ausführungsform weist das Leitersubstrat eine Keramikbasis auf.
  • Mindestens eine Gewindehülse für eine Befestigungsschraube für den Zwischenkreiskondensator ist auf einer Leiteroberfläche des Leitersubstrats angebracht. Bevorzugt sind zwei Gewindehülsen für Befestigungsschrauben für den Zwischenkreiskondensator auf der Leiteroberfläche des Leitersubstrats angebracht. Es kann sich bei dem Leitersubstrat etwa um ein DCB-Substrat (Direct Copper Bonding) oder um ein AMB-Substrat (Active Metal Brazing) handeln. An den Befestigungsstellen der Gewindehülsen werden Durchbohrungen für die Befestigungsschrauben in die Keramikbasis eingebracht.
  • Sowohl in der Ausführungsform mit Stanzgitter als auch in der Ausführungsform mit Keramikbasis kann die mindestens eine Gewindehülse durch Löten oder Sintern an einer Leiteroberfläche des Leitersubstrats befestigt sein.
  • Alternativ kann in einer Ausführungsform, in der das Leitersubstrat ein Stanzgitter ist, mindestens ein Gewinde für eine Befestigungsschraube für den Zwischenkreiskondensator in das Stanzgitter geschnitten sein.
  • In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Leistungshalbleiterschalter räumlich zwischen dem Leitersubstrat und dem Zwischenkreiskondensator angeordnet.
  • In einer Ausführungsform ist in der Anordnung ein Kühlelement für das Leistungsmodul vorgesehen. Dieses Kühlelement ist vorzugsweise durch die mindestens eine Befestigungsschraube für den Zwischenkreiskondensator mit dem Leistungsmodul verbunden. Dabei ist die mindestens eine Befestigungsschraube gegen das Kühlelement elektrisch isoliert. Das Kühlelement kann insbesondere eine Kühlwanne mit Kühlmittel und einen Kühlkörper mit Kühlrippen umfassen.
  • Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.
    • 1 zeigt ein Schaltbild, das das Auftreten von parasitären Induktivitäten darstellt.
    • 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit Leistungsmodul und Zwischenkreiskondensator.
  • Die Zeichnungen zeigen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung und sind daher nicht als Beschränkung der Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele aufzufassen.
  • 1 stellt ein Ersatzschaltbild 100 für eine herkömmliche Anordnung aus Leistungsmodul und Zwischenkreiskondensator 2 dar. Der Zwischenkreiskondensator 2 ist mit einer Gleichspannungsquelle 101 verbunden. Der Zwischenkreiskondensator 2 bildet zusammen mit den Induktivitäten 102, 103, 104 und den Leistungshalbleiterschaltern 105 und 106 den Kommutierungskreis. Die Induktivität 102 stellt die Induktivität einer Busbarstruktur dar, die Induktivität 103 die Induktivität von Terminalanschlüssen, und die Induktivität 104 die Induktivität von Dickdrahtbondverbindungen. Alle diese Induktivitäten tragen zur Induktivität des Kreises bei und führen so zum Auftreten von hohen Spannungsspitzen an den Leistungshalbleiterschaltern 105, 106 bei schnellen Schaltvorgängen. Bei typischen Stromrichtern kann die Gesamtinduktivität im Kommutierungskreis bei etwa 40 nH liegen.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit Leistungsmodul 3 und Zwischenkreiskondensator 2 im Querschnitt. Im Leistungsmodul 3 ist ein Stanzgitter 4 aus Kupfer vorgesehen, mit dem zwei Leistungshalbleiterschalter 5 jeweils über eine Sinterschicht 6 elektrisch leitend verbunden sind. Auf der der Sinterschicht 6 abgewandten Seite der Leistungshalbleiterschalter 5 sind diese jeweils über eine Dickdrahtbondverbindung 7 mit dem Stanzgitter 4 elektrisch leitend verbunden. Über Schraubverbindungen, hier aus einer Gewindehülse 8 und einer Befestigungsschraube 18, ist der Zwischenkreiskondensator 2 elektrisch leitend mit dem Stanzgitter 4 verbunden. Die Gewindehülsen 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel auf das Stanzgitter 4 gelötet. Eine elektrisch isolierende, thermisch leitende Trennschicht 9 trennt das Stanzgitter 4 von einem Kühlkörper 13, der mit Kühlrippen 14 versehen ist. Zusammen mit einer Kühlwanne 16 bildet der Kühlkörper 13 ein Kühlelement, durch welches Kühlmittel 15 strömen kann. Das Kühlelement dient zur Kühlung des Leistungsmoduls 3. Das Kühlelement ist mit den Befestigungsschrauben 18 an dem Leistungsmodul 3 befestigt, mit denen auch der Zwischenkreiskondensator 2 an dem Leistungsmodul 3 befestigt ist. Die Befestigungsschrauben 18 sind dabei gegen Kühlwanne 16 und Kühlkörper 13 elektrisch isoliert, ein Teil dieser elektrischen Isolierung 17 ist dargestellt. Eine Dichtung 19 ist vorgesehen, um die Kontaktstelle zwischen Kühlkörper 13 und Kühlwanne 16 abzudichten. Ein Gehäuse 10 umschließt das Leistungsmodul 3; ein Verkapselungsmaterial 20 innerhalb des Gehäuses 10 umschließt Elemente des Leistungsmoduls 3, hier insbesondere die Leistungshalbleiterschalter 5 und die Gewindehülsen 8. Außerdem sind noch Gleichspannungsanschlüsse 11, 12 für das Leistungsmodul 3 dargestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anordnung
    2
    Zwischenkreiskondensator
    3
    Leistungsmodul
    4
    Leitersubstrat, Stanzgitter
    5
    Leistungshalbleiterschalter
    6
    Sinterschicht
    7
    Dickdrahtbondverbindung
    8
    Gewindehülse
    9
    Trennschicht
    10
    Gehäuse
    11
    Gleichspannungsanschluss
    12
    Gleichspannungsanschluss
    13
    Kühlkörper
    14
    Kühlrippe
    15
    Kühlmittel
    16
    Kühlwanne
    17
    elektrische Isolierung
    18
    Befestigungsschraube
    19
    Dichtung
    20
    Verkapselungsmaterial
    100
    Ersatzschaltbild
    101
    Gleichspannungsquelle
    102
    Induktivität
    103
    Induktivität
    104
    Induktivität
    105
    Leistungshalbleiterschalter
    106
    Leistungshalbleiterschalter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 9241428 B1 [0004]
    • US 9627972 B2 [0005]

Claims (8)

  1. Anordnung (1) aus einem Leistungsmodul (3), umfassend mindestens einen Leistungshalbleiterschalter (5), für einen Stromrichter und einem Zwischenkreiskondensator (2), gekennzeichnet durch eine Schraubverbindung (8, 18), welche den Zwischenkreiskondensator (2) mechanisch an dem Leistungsmodul (3) befestigt und zugleich den Zwischenkreiskondensator (2) elektrisch mit einem Leitersubstrat (4) des Leistungsmoduls (3) verbindet.
  2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Leitersubstrat ein Stanzgitter (4) ist und mindestens eine Gewindehülse (8) für eine Befestigungsschraube (18) für den Zwischenkreiskondensator (2) an dem Stanzgitter (4) angebracht ist.
  3. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Leitersubstrat (4) eine Keramikbasis aufweist, und mindestens eine Gewindehülse (8) für eine Befestigungsschraube (18) für den Zwischenkreiskondensator (2) auf einer Leiteroberfläche des Leitersubstrats (4) angebracht ist.
  4. Anordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die mindestens eine Gewindehülse (8) durch Löten oder Sintern an dem Leitersubstrat (4) befestigt ist.
  5. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Leitersubstrat ein Stanzgitter (4) ist und mindestens ein Gewinde für eine Befestigungsschraube (18) für den Zwischenkreiskondensator (2) in das Stanzgitter (4) geschnitten ist.
  6. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Leistungshalbleiterschalter (5) räumlich zwischen dem Leitersubstrat (4) und dem Zwischenkreiskondensator (2) angeordnet ist.
  7. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei durch die mindestens eine Befestigungsschraube (18) für den Zwischenkreiskondensator (2) ferner ein Kühlelement (13, 16) mit dem Leistungsmodul (3) verbunden ist.
  8. Anordnung (1) nach Anspruch 7, wobei das Kühlelement eine Kühlwanne (16) mit Kühlmittel (15) und einen Kühlkörper (13) mit Kühlrippen (14) umfasst.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020213972A1 (de) 2020-11-06 2022-05-12 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit einer geteilten Wärmesenke

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3839505C1 (en) * 1988-11-23 1990-02-22 Moestronik Gmbh, 8043 Unterfoehring, De Electrical power supply device
US20020024120A1 (en) * 2000-08-24 2002-02-28 Naoki Yoshimatsu Power module
DE10029122B4 (de) * 1999-12-27 2007-01-04 Mitsubishi Denki K.K. Wechselrichter
DE202006007475U1 (de) * 2006-05-09 2007-09-13 ICOS Gesellschaft für Industrielle Communications-Systeme mbH Schalteranordnung für Kommunikations-Datenströme, Schaltermodul für eine derartige Schalteranordnung sowie Kühlanordnung hierfür
US9576913B2 (en) * 2011-12-08 2017-02-21 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
EP3196932A1 (de) * 2016-01-21 2017-07-26 ABB Technology Oy Gekühlte elektrische baugruppe
DE102017109515A1 (de) * 2017-05-04 2018-11-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Halbleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3839505C1 (en) * 1988-11-23 1990-02-22 Moestronik Gmbh, 8043 Unterfoehring, De Electrical power supply device
DE10029122B4 (de) * 1999-12-27 2007-01-04 Mitsubishi Denki K.K. Wechselrichter
US20020024120A1 (en) * 2000-08-24 2002-02-28 Naoki Yoshimatsu Power module
DE202006007475U1 (de) * 2006-05-09 2007-09-13 ICOS Gesellschaft für Industrielle Communications-Systeme mbH Schalteranordnung für Kommunikations-Datenströme, Schaltermodul für eine derartige Schalteranordnung sowie Kühlanordnung hierfür
US9576913B2 (en) * 2011-12-08 2017-02-21 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
EP3196932A1 (de) * 2016-01-21 2017-07-26 ABB Technology Oy Gekühlte elektrische baugruppe
DE102017109515A1 (de) * 2017-05-04 2018-11-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Halbleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020213972A1 (de) 2020-11-06 2022-05-12 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit einer geteilten Wärmesenke
DE102020213972B4 (de) 2020-11-06 2022-10-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit einer geteilten Wärmesenke

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