DE102021117924A1 - power module - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Leistungsmodul beschrieben umfassend: mehrere Gleichstromanschlüsse an einem ersten Ende des Leistungsmoduls zum Empfang eines Gleichstromeingangs, wobei die mehreren Gleichstromanschlüsse einen oder mehrere positive Gleichstromanschlüsse und einen oder mehrere negative Gleichstromanschlüsse umfassen; einen Wechselstromanschluss zum Bereitstellen eines Wechselstromausgangs; mehrere erste Schaltelemente, die elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei die ersten Schaltelemente in einer oder mehreren Reihen vorgesehen sind, die sich von dem ersten Ende des Leistungsmoduls zu einem zweiten Ende des Leistungsmoduls gegenüber dem ersten Ende erstrecken, wobei die ersten Schaltelemente selektiv den einen oder die mehreren positiven Gleichstromanschlüsse mit dem Wechselstromanschluss verbinden; eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen, die elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei die zweiten Schaltelemente in einer oder mehreren Reihen vorgesehen sind, die sich vom ersten Ende zum zweiten Ende des Leistungsmoduls erstrecken, wobei die zweiten Schaltelemente selektiv den einen oder die mehreren negativen Gleichstromanschlüsse mit dem Wechselstromanschluss verbinden; und eine erste Stromableitungsstruktur, die einen der Gleichstromanschlüsse am ersten Ende und einen ersten Gleichstromanschlusspunkt am oder nahe dem zweiten Ende verbindet, so dass der am jeweiligen Gleichstromanschluss empfangene Strom zu jeweiligen Schaltelementen am oder nahe dem zweiten Ende des Leistungsmoduls geleitet wird.A power module is described comprising: a plurality of DC power ports at a first end of the power module for receiving a DC power input, the plurality of DC power ports including one or more positive DC power ports and one or more negative DC power ports; an AC power connector for providing an AC power output; a plurality of first switching elements electrically connected in parallel, the first switching elements being provided in one or more rows extending from the first end of the power module to a second end of the power module opposite the first end, the first switching elements selectively switching the one or the connect multiple positive DC terminals to AC terminal; a plurality of second switching elements electrically connected in parallel, the second switching elements being provided in one or more rows extending from the first end to the second end of the power module, the second switching elements selectively connecting the one or more negative DC terminals to the AC terminal associate; and a first power dissipation structure connecting one of the DC ports at the first end and a first DC connection point at or near the second end such that power received at the respective DC port is routed to respective switching elements at or near the second end of the power module.

Description

GebietArea

Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein Leistungsmodul, das z. B. Schaltelemente enthält.The present description relates to a power module z. B. contains switching elements.

Hintergrundbackground

Viele Konfigurationen von Schaltanordnungen sind im Stand der Technik bekannt. Es besteht jedoch noch Bedarf an weiteren Entwicklungen in diesem Bereich.Many configurations of switch assemblies are known in the art. However, there is still a need for further developments in this area.

Kurzfassungshort version

In einem ersten Aspekt beschreibt diese Beschreibung ein Leistungsmodul, das Folgendes umfasst: mehrere Gleichstromanschlüsse an einem ersten Ende des Leistungsmoduls zum Empfang eines Gleichstromeingangs, wobei die mehreren Gleichstromanschlüsse einen oder mehrere positive Gleichstromanschlüsse und einen oder mehrere negative Gleichstromanschlüsse umfassen; einen Wechselstromanschluss zum Bereitstellen eines Wechselstromausgangs; mehrere erste Schaltelemente, die elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei die ersten Schaltelemente in einer oder mehreren Reihen vorgesehen sind, die sich von dem ersten Ende des Leistungsmoduls zu einem zweiten Ende des Leistungsmoduls gegenüber dem ersten Ende erstecken, wobei die ersten Schaltelemente selektiv den einen oder die mehreren positiven Gleichstromanschlüsse mit dem Wechselstromanschluss verbinden; eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen, die elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei die zweiten Schaltelemente in einer oder mehreren Reihen vorgesehen sind, die sich vom ersten Ende zum zweiten Ende des Leistungsmoduls erstrecken, wobei die zweiten Schaltelemente selektiv den einen oder die mehreren negativen Gleichstromanschlüsse mit dem Wechselstromanschluss verbinden; und eine erste Stromableitungsstruktur, die einen der Gleichstromanschlüsse am ersten Ende und einen ersten Gleichstromanschlusspunkt am oder nahe dem zweiten Ende verbindet, so dass der am jeweiligen Gleichstromanschluss empfangene Strom zu jeweiligen Schaltelementen am oder nahe dem zweiten Ende des Leistungsmoduls geleitet wird.In a first aspect, this specification describes a power module, comprising: a plurality of DC power ports at a first end of the power module for receiving a DC power input, the plurality of DC power ports including one or more positive DC power ports and one or more negative DC power ports; an AC power connector for providing an AC power output; a plurality of first switching elements electrically connected in parallel, the first switching elements being provided in one or more rows extending from the first end of the power module to a second end of the power module opposite the first end, the first switching elements selectively switching the one or the connect multiple positive DC terminals to AC terminal; a plurality of second switching elements electrically connected in parallel, the second switching elements being provided in one or more rows extending from the first end to the second end of the power module, the second switching elements selectively connecting the one or more negative DC terminals to the AC terminal associate; and a first power dissipation structure connecting one of the DC ports at the first end and a first DC connection point at or near the second end such that power received at the respective DC port is routed to respective switching elements at or near the second end of the power module.

In einigen Beispielen ist der AC-Anschluss am zweiten Ende des Leistungsmoduls vorgesehen.In some examples, the AC connector is provided at the second end of the power module.

In einigen Beispielen verbindet die erste Stromableitungsstruktur einen der negativen Gleichstromanschlüsse und den ersten Gleichstromanschlusspunkt, so dass der an dem jeweiligen negativen Gleichstromanschluss empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der Vielzahl von zweiten Schaltelementen am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.In some examples, the first current dissipation structure connects one of the negative DC terminals and the first DC connection point such that current received at the respective negative DC terminal is routed to respective switching elements of the plurality of second switching elements at or near the second end of the power module.

In einigen Beispielen umfasst das Leistungsmodul ferner eine zweite Stromableitungsstruktur, die einen zweiten der negativen Gleichstromanschlüsse und einen zweiten Gleichstromanschlusspunkt am oder in der Nähe des zweiten Endes verbindet, so dass der am zweiten der negativen Gleichstromanschlüsse empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der Vielzahl der zweiten Schaltelemente am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.In some examples, the power module further includes a second current dissipation structure connecting a second one of the negative DC terminals and a second DC connection point at or near the second end such that current received at the second one of the negative DC terminals flows to respective switching elements of the plurality of second switching elements conducted at or near the second end of the power module.

In einigen Beispielen verbindet die erste Stromableitungsstruktur einen der positiven Gleichstromanschlüsse und den ersten Gleichstromanschlusspunkt, so dass der an dem jeweiligen positiven Gleichstromanschluss empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der mehreren ersten Schaltelemente am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.In some examples, the first power dissipation structure connects one of the positive DC terminals and the first DC connection point such that the power received at the respective positive DC terminal is routed to respective switching elements of the plurality of first switching elements at or near the second end of the power module.

In einigen Beispielen umfasst das Leistungsmodul ferner eine zweite Stromableitungsstruktur, die einen zweiten der positiven Gleichstromanschlüsse und einen zweiten Gleichstromanschlusspunkt am oder in der Nähe des zweiten Endes verbindet, so dass der am zweiten der positiven Gleichstromanschlüsse empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der mehreren ersten Schaltelemente am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.In some examples, the power module further includes a second current dissipation structure that connects a second of the positive DC terminals and a second DC connection point at or near the second end such that current received at the second of the positive DC terminals to respective switching elements of the plurality of first switching elements at or near the second end of the power module.

In einigen Beispielen befindet sich der erste Gleichstromanschlusspunkt an oder in der Nähe eines entsprechenden Schaltelements, das dem zweiten Ende des Leistungsmoduls am nächsten liegt.In some examples, the first DC connection point is at or near a corresponding switching element that is closest to the second end of the power module.

In einigen Beispielen sind die ersten Schaltelemente in zwei Reihen angeordnet, die sich vom ersten Ende des Leistungsmoduls zum zweiten Ende des Leistungsmoduls erstrecken; und die zweiten Schaltelemente sind in zwei Reihen angeordnet, die sich vom ersten Ende zum zweiten Ende des Leistungsmoduls erstrecken.In some examples, the first switching elements are arranged in two rows extending from the first end of the power module to the second end of the power module; and the second switching elements are arranged in two rows extending from the first end to the second end of the power module.

In einigen Beispielen sind die zweiten Schaltelemente auf beiden Seiten der beiden Reihen der ersten Schaltelemente angeordnet; oder die ersten Schaltelemente sind auf beiden Seiten der beiden Reihen der zweiten Schaltelemente angeordnet.In some examples, the second switching elements are arranged on either side of the two rows of the first switching elements; or the first switching elements are arranged on both sides of the two rows of the second switching elements.

In einigen Beispielen ist das Leistungsmodul ein Halbbrücken-Leistungsmodul.In some examples, the power module is a half-bridge power module.

In einigen Beispielen ist das Leistungsmodul ein geformtes Leistungsmodul.In some examples, the power module is a molded power module.

In einigen Beispielen ist das Leistungsmodul ein gerahmtes Modul mit einer Gelfüllung.In some examples, the power module is a framed module with a gel fill.

In einem zweiten Aspekt beschreibt diese Beschreibung ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls oder eines Teils davon, wie oben unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt beschrieben.In a second aspect, this description describes a method for manufacturing a power module or part thereof as described above with reference to the first aspect.

In einem dritten Aspekt beschreibt diese Beschreibung ein computerlesbares Medium mit computerausführbaren Befehlen, die geeignet sind, einen 3D-Drucker oder eine additive Fertigungsvorrichtung zu veranlassen, ein Leistungsmodul ganz oder teilweise zu bilden, wie oben unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt beschrieben.In a third aspect, this specification describes a computer-readable medium having computer-executable instructions suitable for causing a 3D printer or additive manufacturing device to form in whole or in part a power module as described above with reference to the first aspect.

Figurenlistecharacter list

Beispielhafte Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die folgenden schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen:

  • 1 eine Draufsicht auf eine Schaltung ist;
  • 2 eine dreidimensionale Ansicht der Schaltung von 1 ist;
  • 3 eine Draufsicht auf eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ist;
  • 4 eine Draufsicht auf eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ist;
  • 5 eine dreidimensionale Ansicht einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ist;
  • 6 eine dreidimensionale Ansicht einer Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel ist;
  • 7 eine dreidimensionale Ansicht einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ist;
  • 8 eine Ansicht von oben auf eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ist;
  • 9 bis 12 dreidimensionale Ansichten von Schaltungen gemäß Ausführungsbeispielen sind;
  • 13 ein Schaltmodul zeigt, das in einem Ausführungsbeispiel verwendet wird;
  • 14 ein Schaltmodul zeigt, das der Schaltung der 1 und 2 entspricht;
  • 15 ein Schaltmodul zeigt, das der Schaltung der 3 und 4 entspricht; und
  • 16 ein Blockdiagramm einer Wechselrichterschaltung ist, die in Ausführungsbeispielen verwendet wird.
Exemplary embodiments will now be described with reference to the following schematic drawings, in which:
  • 1 Figure 12 is a plan view of a circuit;
  • 2 a three-dimensional view of the circuit of 1 is;
  • 3 Figure 12 is a top view of a circuit according to an embodiment;
  • 4 Figure 12 is a top view of a circuit according to an embodiment;
  • 5 Figure 13 is a three-dimensional view of a circuit according to one embodiment;
  • 6 Figure 12 is a three-dimensional view of a structure according to one embodiment;
  • 7 Figure 13 is a three-dimensional view of a circuit according to one embodiment;
  • 8th Figure 12 is a top view of a circuit according to one embodiment;
  • 9 until 12 12 are three-dimensional views of circuits according to example embodiments;
  • 13 Figure 12 shows a switching module used in one embodiment;
  • 14 shows a switching module that corresponds to the circuit of 1 and 2 is equivalent to;
  • 15 shows a switching module that corresponds to the circuit of 3 and 4 is equivalent to; and
  • 16 Figure 12 is a block diagram of an inverter circuit used in example embodiments.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Der für verschiedene Ausführungsformen der Erfindung angestrebte Schutzumfang ist in den unabhängigen Ansprüchen dargelegt. Die gegebenenfalls in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale, die nicht in den Anwendungsbereich der unabhängigen Ansprüche fallen, sind als Beispiele zu verstehen, die für das Verständnis verschiedener Ausführungsformen der Erfindung nützlich sind.The scope of protection sought for various embodiments of the invention is set out in the independent claims. Where appropriate, the embodiments and features described in the description that do not fall within the scope of the independent claims are to be understood as examples useful for understanding different embodiments of the invention.

In der Beschreibung und in den Zeichnungen beziehen sich gleiche Referenznummern durchgängig auf gleiche Elemente.Like reference numerals refer to like elements throughout the description and drawings.

Halbleiterbauelemente, z. B. schnell schaltende Halbleiterbauelemente, können von niedrig induktiven Verbindungen zu den mit ihnen verbundenen Komponenten profitieren. Dies gilt für die Verbindung zu Energiespeichern wie Kondensatoren, aber auch für die Verbindungen innerhalb eines Leistungsmoduls, bei dem Schaltmodule parallel angeordnet sind. Eine niedrige Induktivität kann z. B. wünschenswert sein, um ein schnelles Schalten mit geringen Überschwingungen, minimiertem Klingeln, geringen Schaltverlusten usw. zu ermöglichen.semiconductor devices, e.g. B. fast-switching semiconductor devices, can benefit from low inductive connections to the components connected to them. This applies to the connection to energy stores such as capacitors, but also to the connections within a power module in which switching modules are arranged in parallel. A low inductance can e.g. B. be desirable to enable fast switching with low overshoot, minimized ringing, low switching losses, etc.

Schaltungen mit geringer Induktivität können empfindlich auf kleine Induktivitätsunterschiede zwischen verschiedenen Chips reagieren, so dass Induktivitätsunterschiede zwischen parallelen Chips bei Schalttransienten erhebliche Stromabweichungen verursachen können. Unterschiede in den Induktivitäten oder Kopplungsinduktivitäten können zu einer asymmetrischen Stromverteilung führen und die Wahrscheinlichkeit von Fehlern in Szenarien wie Kurzschlüssen erhöhen. Daher sind Modulanordnungen erwünscht, die eine asymmetrische Stromverteilung vermeiden.Circuits with low inductance can be sensitive to small inductance differences between different chips, so inductance differences between parallel chips can cause significant current deviations during switching transients. Differences in inductances or coupling inductances can lead to asymmetric current distribution and increase the likelihood of errors in scenarios such as short circuits. Therefore, module arrangements that avoid asymmetrical current distribution are desirable.

1 ist eine Draufsicht auf eine Beispielschaltung, die allgemein mit der Referenznummer 10 bezeichnet wird. Die Schaltung 10 entspricht zum Beispiel einem Layout, das eine Halbbrückenschaltung ohne die Möglichkeit der Verwendung einer Stromableitung realisiert. Das Layout der Schaltung 10 kann ein Leistungsmodul mit einer Vielzahl von Gleichstromanschlüssen (DC) an einem ersten Ende des Leistungsmoduls zur Aufnahme eines DC-Eingangs und einem Wechselstromanschluss (AC) zur Bereitstellung eines AC-Ausgangs realisieren. Die mehreren Gleichstromanschlüsse können die negativen Gleichstromanschlüsse 11a und 11b und den positiven Gleichstromanschluss 12 umfassen. Das Leistungsmodul umfasst ferner eine Vielzahl von ersten Schaltelementen 14a bis 14h, die elektrisch parallelgeschaltet sind, und eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen 15a bis 15h, die elektrisch parallelgeschaltet sind. Wie in der Figur dargestellt, kann jedes der mehreren ersten Schaltelemente 14a bis 14h und/oder der mehreren zweiten Schaltelemente 15a bis 15h in einer oder mehreren Reihen vorgesehen sein, die sich von einem ersten Ende (z. B. mit den Gleichstromanschlüssen 11 und 12) des Leistungsmoduls zu einem zweiten Ende (z. B. mit dem Wechselstromanschluss 13) des Leistungsmoduls erstrecken. Bei den ersten und zweiten Schaltelementen 14 und 15 kann es sich um Halbleiter handeln. 1 FIG. 12 is a top view of an example circuit, generally designated by the reference numeral 10. FIG. The circuit 10 corresponds, for example, to a layout realizing a half-bridge circuit without the possibility of using a current sink. The circuit 10 layout may implement a power module having a plurality of direct current (DC) terminals at a first end of the power module for receiving a DC input and an alternating current (AC) terminal for providing an AC output. The plurality of DC terminals may include negative DC terminals 11a and 11b and positive DC terminal 12 . The power module further includes a plurality of first switching elements 14a to 14h electrically connected in parallel and a plurality of second switching elements 15a to 15h electrically connected in parallel. Like in the 1, each of the plurality of first switching elements 14a-14h and/or the plurality of second switching elements 15a-15h may be provided in one or more rows extending from a first end (e.g., with DC terminals 11 and 12) of the power module extend to a second end (e.g. to the AC power connector 13) of the power module. The first and second switching elements 14 and 15 may be semiconductors.

2 ist eine dreidimensionale Ansicht der Beispielschaltung 10, die mit der Referenznummer 20 bezeichnet wird. 2 FIG. 14 is a three-dimensional view of example circuit 10, designated by reference numeral 20. FIG.

Die Verbindungen zwischen den Gleichstromanschlüssen 11 und 12, den Schaltelementen 14 und 15 und dem Wechselstromanschluss 13 sind in dreidimensionaler Ansicht dargestellt. Der positive Gleichstromanschluss 12 ist beispielsweise elektrisch mit der mittleren Leiterbahn einer strukturierten Leitschicht verbunden, auf der die ersten Schaltelemente 14a bis 14h angebracht sind. Der negative Gleichstromanschluss 11a ist über die Kontakte 16a bis 16d elektrisch mit einer seitlichen Leiterbahn der strukturierten leitenden Schicht verbunden, die mit dem Wechselstromanschluss 13 verbunden ist, wo die ersten Schaltelemente 15a bis 15d angebracht sind; und der negative Gleichstromanschluss 11b ist über die Kontakte 17a bis 17d elektrisch mit einer anderen seitlichen Leiterbahn der strukturierten leitenden Schicht verbunden, wo die zweiten Schaltelemente 15e bis 15h angebracht sind. Die Schaltelemente 14a bis 14d und 14e bis 14h sind über die Kontakte 16e bis 16h bzw. 17e bis 17h elektrisch mit den seitlichen Leiterbahnen verbunden.The connections between the DC terminals 11 and 12, the switching elements 14 and 15 and the AC terminal 13 are shown in a three-dimensional view. The positive DC connection 12 is, for example, electrically connected to the central conductor track of a structured conductive layer on which the first switching elements 14a to 14h are attached. The negative DC terminal 11a is electrically connected via the contacts 16a to 16d to a side trace of the patterned conductive layer, which is connected to the AC terminal 13 where the first switching elements 15a to 15d are mounted; and the negative DC terminal 11b is electrically connected via the contacts 17a to 17d to another side conductive line of the patterned conductive layer where the second switching elements 15e to 15h are mounted. The switching elements 14a to 14d and 14e to 14h are electrically connected to the lateral conductor tracks via the contacts 16e to 16h and 17e to 17h.

In einer Schaltanordnung (z. B. Halbbrücken-Leistungsmodul), wie sie in Schaltung 10 dargestellt ist, kann es, wenn alle Schaltelemente 14 und 15 eingeschaltet sind (z. B. wenn ein Steuergerät falsche Befehle gibt, z. B. aufgrund von Problemen mit elektromagnetischer Interferenz (EMI) oder aufgrund einer defekten Treiberplatine oder aus einem anderen Grund), zu einem Kurzschluss (z. B. einem Durchschuss) kommen. Dies liegt daran, dass eine elektrische Verbindung vom positiven Gleichstromanschluss 12 zu den negativen Gleichstromanschlüssen 11 (11 a und/oder 11b) hergestellt werden kann, so dass ein Kurzschlussstrompfad entsteht, der einen sehr hohen Strom vom positiven Gleichstromanschluss 12 zu den negativen Gleichstromanschlüssen 11 verursacht. Dies kann wiederum einen sehr hohen Strom in den Schaltelementen 14 (14a bis 14h) und 15 (15a bis 15h) verursachen. Da beispielsweise die Schaltelemente 14a und 15a im Vergleich zu den Schaltelementen 14d und 15d einen wesentlich kürzeren Weg zu den Gleichstromanschlüssen 11a bzw. 11b haben, erzeugen die Schaltelemente 14a und 15a einen geringeren induktiven Weg für den Kurzschlussstrom als die Schaltelemente 14d und 15d. Es ist daher zu erwarten, dass der Kurzschlussstrom fast ausschließlich durch die Schaltelemente 14a, 14h und 15a, 15h fließt. Die Schaltelemente, die sich näher an der Wechselstromanschluss 13 befinden (z. B. in Richtung des zweiten Endes), erhalten möglicherweise nur eine relativ geringe Menge an Kurzschlussstrom, da die Induktivität aufgrund des längeren Weges von/zu den Gleichstromanschlüssen größer ist. Die Induktivitäten zwischen den Schaltelementen werden weiter unten unter Bezugnahme auf 14 näher beschrieben.In a switching arrangement (e.g. half-bridge power module) as shown in circuit 10, if all switching elements 14 and 15 are switched on (e.g. if a control device issues incorrect commands, e.g. due to Electromagnetic Interference (EMI) problems, or due to a defective driver board or other reason), a short circuit (e.g., a shoot through). This is because an electrical connection can be made from the positive DC terminal 12 to the negative DC terminals 11 (11a and/or 11b) creating a short circuit current path that causes a very high current from the positive DC terminal 12 to the negative DC terminals 11 . This in turn can cause a very high current in switching elements 14 (14a to 14h) and 15 (15a to 15h). For example, since switching elements 14a and 15a have a much shorter path to DC terminals 11a and 11b compared to switching elements 14d and 15d, switching elements 14a and 15a produce a smaller inductive path for the short-circuit current than switching elements 14d and 15d. It is therefore to be expected that the short-circuit current will flow almost exclusively through the switching elements 14a, 14h and 15a, 15h. The switching elements that are closer to the AC terminal 13 (e.g., towards the second end) may only receive a relatively small amount of short-circuit current since the inductance is larger due to the longer path from/to the DC terminals. The inductances between the switching elements are discussed below with reference to 14 described in more detail.

3 ist eine Draufsicht auf eine Schaltung eines Leistungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit der Referenznummer 30 bezeichnet wird. Ein Halbbrücken-Layout der Schaltung 30 kann beispielsweise die Anordnung einer Stromableitungsstruktur ermöglichen. Das Leistungsmodul kann eine Vielzahl von Gleichstromanschlüssen an einem ersten Ende des Leistungsmoduls zur Aufnahme eines Gleichstromeingangs umfassen, wobei die Vielzahl der Gleichstromanschlüsse einen oder mehrere positive Gleichstromanschlüsse 32 und einen oder mehrere negative Gleichstromanschlüsse 31a und 31b aufweist. Das Leistungsmodul umfasst ferner einen Wechselstromanschluss 33, z. B. an einem zweiten Ende, zur Bereitstellung eines Wechselstromausgangs. Das Leistungsmodul umfasst eine Vielzahl von ersten Schaltelementen 34a bis 34h, die elektrisch parallelgeschaltet sind. Die ersten Schaltelemente 34a bis 34h können in einer oder mehreren Reihen (z. B. Reihe 34a bis 34d und Reihe 34e bis 34h) vorgesehen sein, die sich vom ersten Ende des Leistungsmoduls zum zweiten Ende des Leistungsmoduls gegenüber dem ersten Ende erstrecken. Das Leistungsmodul umfasst auch eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen 35a bis 35h, die elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei die zweiten Schaltelemente 35a bis 35h in einer oder mehreren Reihen (z. B. Reihe 35a bis 35d und Reihe 35e bis 35h) vorgesehen sein können, die sich vom ersten Ende des Leistungsmoduls zum zweiten Ende des Leistungsmoduls gegenüber dem ersten Ende erstrecken. 3 14 is a top view of a circuit of a power module, generally designated by the reference numeral 30, according to one embodiment. A half-bridge layout of the circuit 30 can, for example, enable the arrangement of a current dissipation structure. The power module may include a plurality of DC ports at a first end of the power module for receiving a DC input, the plurality of DC ports having one or more positive DC ports 32 and one or more negative DC ports 31a and 31b. The power module further includes an AC power connector 33, e.g. B. at a second end, to provide an AC output. The power module includes a plurality of first switching elements 34a to 34h electrically connected in parallel. The first switching elements 34a-34h may be provided in one or more rows (eg, row 34a-34d and row 34e-34h) extending from the first end of the power module to the second end of the power module opposite the first end. The power module also includes a plurality of second switching elements 35a to 35h electrically connected in parallel, where the second switching elements 35a to 35h may be provided in one or more rows (e.g. row 35a to 35d and row 35e to 35h) that extend from the first end of the power module to the second end of the power module opposite the first end.

Einer der Unterschiede zwischen der Schaltung 30 und der unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebenen Schaltung 10, ist, dass die Schaltelemente 35a bis 35d zwar über die Kontakte 36a bis 36d mit einer ersten Seitenleitung verbunden sind, die erste Seitenbahn aber nicht elektrisch verbunden und von dem negativen Gleichstromanschluss 31a isoliert ist (im Gegensatz zu den Verbindungen zwischen den Schaltelementen 15a bis 15d und dem Gleichstromanschluss 11a). Auf diese Weise wird ein kurzer Strompfad zwischen dem positiven Gleichstromanschluss 32 und dem negativen Gleichstromanschluss 31 b vermieden. Die Mittel, mit denen die Schaltelemente 35a-35h und die Gleichstromanschlüsse 31 a und 31 b verbunden sind, werden weiter unten unter Bezugnahme auf 4 erläutert.One of the differences between circuit 30 and that referred to in FIG 1 and 2 circuit 10 described, is that while the switching elements 35a through 35d are connected to a first side trace via contacts 36a through 36d, the first side trace is not electrically connected and is isolated from the negative DC terminal 31a (unlike the connections between the switching elements 15a to 15d and the DC connection 11a). In this way, a short current path between the positive DC connection 32 and the negative DC connection 31b is avoided. The means, to which the switching elements 35a-35h and the DC terminals 31a and 31b are connected will be explained below with reference to FIG 4 explained.

4 ist eine Draufsicht auf eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit der Referenznummer 40 bezeichnet wird. Das Layout der Schaltung 40 zeigt z. B. eine auf der Schaltung angeordnete Stromableitungsstruktur. 4 14 is a top view of a circuit, generally designated by the reference numeral 40, according to one embodiment. The layout of the circuit 40 shows z. B. a current dissipation structure arranged on the circuit.

Die Schaltung 40 umfasst alle Elemente der Schaltung 30, wie sie in 3 beschrieben sind (einige davon sind verdeckt). Die Schaltung 40 umfasst ferner eine oder mehrere Stromableitungsstrukturen 41a und 41b (obwohl zwei Ableitungsstrukturen offenbart sind, kann die eine oder andere dieser Ableitungsstrukturen in einigen Ausführungsbeispielen weggelassen werden). Die erste Stromableitungsstruktur 41a verbindet den negativen Gleichstromanschluss 31a am ersten Ende und einen ersten Gleichstromanschlusspunkt 42a am oder in der Nähe des zweiten Endes, so dass der am negativen Gleichstromanschluss 31a empfangene Strom zu Schaltelementen (z. B. Schaltelementen 35c, 35d) am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird. In ähnlicher Weise verbindet die zweite Stromableitungsstruktur 41 b den negativen Gleichstromanschluss 31b am ersten Ende und einen zweiten Gleichstromanschlusspunkt 42b am oder in der Nähe des zweiten Endes, so dass der am negativen Gleichstromanschluss 31b empfangene Strom zu Schaltelementen (z. B. Schaltelementen 35e und 35f) am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.The circuit 40 includes all elements of the circuit 30 as shown in 3 are described (some of them are hidden). The circuit 40 further includes one or more current drain structures 41a and 41b (although two drain structures are disclosed, one or the other of these drain structures may be omitted in some embodiments). The first current dissipation structure 41a connects the negative DC connection 31a at the first end and a first DC connection point 42a at or near the second end, so that the current received at the negative DC connection 31a can be routed to switching elements (e.g. switching elements 35c, 35d) on or in near the second end of the power module. Similarly, the second current dissipation structure 41b connects the negative DC terminal 31b at the first end and a second DC connection point 42b at or near the second end such that the current received at the negative DC terminal 31b is routed to switching elements (e.g. switching elements 35e and 35f ) is conducted at or near the second end of the power module.

Der positive Gleichstromanschluss 32 ist beispielsweise mit der mittleren Leiterbahn einer strukturierten leitenden Schicht elektrisch verbunden, auf der die ersten Schaltelemente 34a bis 34h angebracht sind. Der negative Gleichstromanschluss 31a ist über Kontakte 36a bis 36d elektrisch mit einer seitlichen Leiterbahn einer strukturierten leitenden Schicht verbunden, die mit dem Wechselstromanschluss 33 verbunden ist, wo die zweiten Schaltelemente 35a bis 35d angebracht sind; und der negative Gleichstromanschluss 31b ist über Kontakte 37a bis 37d elektrisch mit der seitlichen Leiterbahn einer strukturierten leitenden Schicht verbunden, wo die zweiten Schaltelemente 35e bis 35h angebracht sind. Die Schaltelemente 34a bis 34d und 34e bis 34h sind über Kontakte 36e bis 36h bzw. 37e bis 37h elektrisch mit den seitlichen Leiterbahnen verbunden.The positive DC connection 32 is electrically connected, for example, to the center trace of a patterned conductive layer on which the first switching elements 34a to 34h are mounted. The negative DC terminal 31a is electrically connected via contacts 36a to 36d to a side trace of a patterned conductive layer, which is connected to the AC terminal 33 where the second switching elements 35a to 35d are mounted; and the negative DC terminal 31b is electrically connected via contacts 37a to 37d to the side trace of a patterned conductive layer where the second switching elements 35e to 35h are mounted. The switching elements 34a to 34d and 34e to 34h are electrically connected to the lateral conductor tracks via contacts 36e to 36h and 37e to 37h.

In der Beispielschaltung 40 stellt die Stromableitungsstruktur 41a die Verbindung zwischen dem negativen Gleichstromanschluss 31a und den Schaltelementen 35a bis 35d über den ersten Gleichstromanschlusspunkt 42a her. Die Stromableitungsstruktur 41b hat die gleiche Funktion in Bezug auf die Schaltelemente 35e bis 35h, den Gleichstromanschluss 31b und den Gleichstromanschlusspunkt 42b.In the example circuit 40, the current dissipation structure 41a establishes the connection between the negative DC connection 31a and the switching elements 35a to 35d via the first DC connection point 42a. The power dissipation structure 41b has the same function with respect to the switching elements 35e to 35h, the DC connection 31b and the DC connection point 42b.

So kann im Vergleich zu der in der Schaltung 10, die unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben ist, in einem Szenario, in dem alle Schaltelemente 34 und 35 eingeschaltet sind, eine elektrische Verbindung von dem positiven Gleichstromanschluss 32 zu dem negativen Gleichstromanschluss 31a über die Stromableitungsstruktur 41a hergestellt werden. Beispielsweise kann der Strompfad von dem positiven Gleichstromanschluss 32 durch die Schaltelemente 34a über das benachbarte Schaltelement 35a beginnen, seinen Fluss über die Kontakte 36a fortsetzen und den Gleichstromanschlusspunkt 42a passieren, bevor er schließlich den Gleichstromanschluss 31a erreicht. Gleichzeitig kann ein Strompfad über die Bauteile 34d und die benachbarten Schaltelemente 35d, 36d und 42a zum Anschluss 31a leitend sein.Thus, in comparison to that in the circuit 10 made with reference to FIG 1 and 2 is described, in a scenario in which all switching elements 34 and 35 are switched on, an electrical connection can be made from the positive DC connection 32 to the negative DC connection 31a via the current dissipation structure 41a. For example, the current path may start from the positive DC terminal 32 through the switching elements 34a via the adjacent switching element 35a, continue its flow via the contacts 36a and pass through the DC connection point 42a before finally reaching the DC connection point 31a. At the same time, a current path can be conductive via the components 34d and the adjacent switching elements 35d, 36d and 42a to the terminal 31a.

Im Gegensatz zu den oben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebenen Schaltungslayouts sind ein erster Pfad (mit Anschluss 32, Schaltelement 34a, Kontakt 36h, Schaltelement 35a, Kontakt 36a, Anschlusspunkt 42a und Anschluss 31a) und ein zweiter Pfad (mit Anschluss 32, Schaltelement 34d, Kontakt 36e, Schaltelement 35d, Kontakt 36d, Anschlusspunkt 42a und Anschluss 31a) von ähnlicher Länge und Induktivität. Dies gilt auch für die Pfade, die durch die Schaltelemente 34b und 35b, 34c und 35c, 34e und 35e, 34f und 35f, 34g und 35g sowie 34h und 35h führen. Die Induktivitäten durch die Pfade werden weiter unten unter Bezugnahme auf 15 näher beschrieben.Contrary to the above with reference to the 1 and 2 described circuit layouts are a first path (with connection 32, switching element 34a, contact 36h, switching element 35a, contact 36a, connection point 42a and connection 31a) and a second path (with connection 32, switching element 34d, contact 36e, switching element 35d, contact 36d, Terminal 42a and terminal 31a) of similar length and inductance. This also applies to the paths that lead through the switching elements 34b and 35b, 34c and 35c, 34e and 35e, 34f and 35f, 34g and 35g and 34h and 35h. The inductances through the paths are discussed below with reference to 15 described in more detail.

Die Ähnlichkeit der Länge der Leiterbahnen und damit die Ähnlichkeit der Induktivitäten dieser Bahnen kann zu einem gleichmäßig verteilten Kurzschlussstrom durch alle beteiligten Schaltelemente führen. Durch den symmetrischen Stromfluss kann eine Überhitzung einzelner Schaltelemente vermieden werden, die sonst mit sehr hohen Strömen belastet wären (z.B. 14a und 15a in Anordnung 10). Der Strom wird nicht nur durch einige wenige der Schaltelemente fließen, sondern muss symmetrisch durch alle angeordneten Schaltelemente fließen.The similarity in the length of the conductor tracks and thus the similarity in the inductances of these tracks can lead to an evenly distributed short-circuit current through all switching elements involved. Due to the symmetrical current flow, overheating of individual switching elements can be avoided, which would otherwise be loaded with very high currents (e.g. 14a and 15a in arrangement 10). The current will not only flow through a few of the switching elements, but must flow symmetrically through all arranged switching elements.

5 ist eine dreidimensionale Ansicht des Schaltkreises 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit der Referenznummer 50 bezeichnet wird. 5 13 is a three-dimensional view of circuitry 40, generally designated by reference numeral 50, according to one embodiment.

Wie aus der Ansicht 50 ersichtlich, können die Stromableitungsstrukturen 41a und 41b auf einer anderen Schicht als die Schaltmodulanordnung angeordnet sein. As can be seen from view 50, the current dissipation structures 41a and 41b can be arranged on a different layer than the switching module arrangement.

6 ist eine dreidimensionale Ansicht einer Struktur, wie z. B. der Stromableitungsstrukturen 41a und 41b gemäß einem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit der Referenznummer 60 bezeichnet wird. Die Ansicht 60 zeigt die Stromableitungsstrukturen 41a und 41b von oben, so dass sie in dieser Ausrichtung auf einem Leistungsmodul platziert werden können. 6 is a three-dimensional view of a structure, such as. B. the current dissipation structures 41a and 41b according to an embodiment, which is generally designated by the reference numeral 60. View 60 shows the current dissipation structures 41a and 41b from above so that they can be placed on a power module in this orientation.

7 ist eine dreidimensionale Ansicht der Schaltung 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit der Referenznummer 70 bezeichnet wird. Die Ansicht 70 zeigt eine gezoomte dreidimensionale Ansicht der Schaltung 40, in der die Verbindung zwischen der Stromableitungsstruktur 41a und dem negativen Gleichstromanschluss 31a deutlich dargestellt ist. 7 14 is a three-dimensional view of circuit 40, generally designated by reference numeral 70, according to one embodiment. View 70 shows a zoomed three-dimensional view of circuit 40 clearly showing the connection between current drain structure 41a and negative DC terminal 31a.

In einem Ausführungsbeispiel, wie es in den 3 bis 7 zeigt, verbindet die erste Stromableitungsstruktur 41a einen der negativen Gleichstromanschlüsse, wie z. B. den negativen Gleichstromanschluss 31a und den ersten Gleichstromanschlusspunkt 42a, so dass der am jeweiligen negativen Gleichstromanschluss 31a empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der mehreren zweiten Schaltelemente 34a bis 34d am oder nahe dem zweiten Ende des Leistungsmoduls geleitet wird.In an embodiment as shown in the 3 until 7 shows, the first current dissipation structure 41a connects one of the negative DC terminals, such as e.g. B. the negative DC terminal 31a and the first DC connection point 42a, so that the current received at the respective negative DC terminal 31a is directed to the respective switching elements of the plurality of second switching elements 34a to 34d at or near the second end of the power module.

In einem Ausführungsbeispiel, wie es in den 3 bis 7 dargestellt ist, umfasst das Leistungsmodul (optional) die zweite Stromableitungsstruktur 41b, die einen zweiten der negativen Gleichstromanschlüsse, wie beispielsweise den Gleichstromanschluss 31b, und einen zweiten Gleichstromanschlusspunkt 42b am oder in der Nähe des zweiten Endes verbindet, so dass der am zweiten der negativen Gleichstromanschlüsse 31b empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der Vielzahl der zweiten Schaltelemente 35a bis 35h am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.In an embodiment as shown in the 3 until 7 As shown, the power module includes (optional) the second current dissipation structure 41b that connects a second of the negative DC terminals, such as DC terminal 31b, and a second DC connection point 42b at or near the second end such that the second of the negative DC terminals 31b is routed to the respective switching elements of the plurality of second switching elements 35a to 35h at or near the second end of the power module.

Alternativ verbindet in einem Ausführungsbeispiel die erste Stromableitungsstruktur einen der positiven Gleichstromanschlüsse, wie den Gleichstromanschluss 32, und den ersten Gleichstromanschlusspunkt 41a, so dass der am jeweiligen positiven Gleichstromanschluss 32 empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen aus der Vielzahl der ersten Schaltelemente 34a bis 34h am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird. Alternativ oder zusätzlich, wenn das Leistungsmodul mehrere positive Gleichstromanschlüsse umfasst, kann die zweite Stromableitungsstruktur 41b einen zweiten der positiven Gleichstromanschlüsse und einen zweiten Gleichstromanschlusspunkt am oder in der Nähe des zweiten Endes verbinden, so dass der am zweiten der positiven Gleichstromanschlüsse empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der mehreren ersten Schaltelemente am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.Alternatively, in one embodiment, the first current dissipation structure connects one of the positive DC terminals, such as DC terminal 32, and the first DC connection point 41a, so that the current received at the respective positive DC terminal 32 is routed to the respective switching elements from the plurality of first switching elements 34a to 34h on or in near the second end of the power module. Alternatively or additionally, when the power module includes multiple positive DC terminals, the second current dissipation structure 41b can connect a second of the positive DC terminals and a second DC connection point at or near the second end such that the current received at the second of the positive DC terminals to the respective switching elements of the plurality of first switching elements is conducted at or near the second end of the power module.

In einem Ausführungsbeispiel befindet sich der erste Gleichstromanschlusspunkt 42a und/oder der zweite Gleichstromanschlusspunkt 42b an oder in der Nähe eines entsprechenden Schaltelements, das dem zweiten Ende des Leistungsmoduls am nächsten liegt. Beispielsweise kann sich der Gleichstromanschlusspunkt 42a am oder in der Nähe des Schaltelements 35d und der Gleichstromanschlusspunkt 42b am oder in der Nähe des Schaltelements 35e befinden.In one embodiment, the first DC connection point 42a and/or the second DC connection point 42b is at or near a corresponding switching element that is closest to the second end of the power module. For example, DC connection point 42a may be at or near switching element 35d and DC connection point 42b may be at or near switching element 35e.

In einem Ausführungsbeispiel sind die ersten Schaltelemente 34a bis 34h in zwei Reihen angeordnet, die sich vom ersten Ende des Leistungsmoduls zum zweiten Ende des Leistungsmoduls erstrecken; und die zweiten Schaltelemente 35a bis 35h sind in zwei Reihen angeordnet, die sich vom ersten Ende zum zweiten Ende des Leistungsmoduls erstrecken. Wie in 3 dargestellt, können die zweiten Schaltelemente 35a bis 35h auf beiden Seiten der beiden Reihen der ersten Schaltelemente 34a bis 34h vorgesehen sein. Alternativ können die ersten Schaltelemente 34a bis 34h auf beiden Seiten der beiden Reihen der zweiten Schaltelemente 35a bis 35h angeordnet sein.In one embodiment, the first switching elements 34a to 34h are arranged in two rows extending from the first end of the power module to the second end of the power module; and the second switching elements 35a to 35h are arranged in two rows extending from the first end to the second end of the power module. As in 3 As shown, the second switching elements 35a to 35h may be provided on both sides of the two rows of the first switching elements 34a to 34h. Alternatively, the first switching elements 34a to 34h can be arranged on both sides of the two rows of the second switching elements 35a to 35h.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Leistungsmodul ein Halbbrücken-Leistungsmodul.In one embodiment, the power module is a half-bridge power module.

Obwohl dies in den Beispielfiguren nicht dargestellt ist, können die hier beschriebenen Leistungsmodule auch als gerahmte Module mit Silikongel-Füllung oder gekapselt als geformte Leistungsmodule hergestellt werden.Although not shown in the example figures, the power modules described herein can also be manufactured as framed modules with silicone gel filling or encapsulated as molded power modules.

8 ist eine Draufsicht auf eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit der Referenznummer 80 bezeichnet wird. 8th 8 is a top view of a circuit, generally designated by the reference numeral 80, according to one embodiment.

Die Schaltung 80 stellt ein Leistungsmodul dar und umfasst einen positive Gleichstromanschluss 84, einen Wechselstromanschluss 83, Stromableitungsstrukturen 81a und 81b und eine Vielzahl von Schaltelementen (wie die oben beschriebenen Schaltelemente 34a bis 34h, 35a bis 35h). Die Stromableitungsstrukturen 81a und 81b umfassen Gleichstromanschlusspunkte 82a und 82b am oder in der Nähe des zweiten Endes, so dass der an dem jeweiligen Gleichstromanschluss empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird. Die Stromableitungsstrukturen 81a und 81b umfassen negative Gleichstromanschlüsse 85a bzw. 85, so dass die Gleichstromanschlüsse 85a und 85b Teil der Stromableitungsstruktur und nicht der integrierten Schaltung mit dem Schaltmodul sind.Circuit 80 represents a power module and includes a positive DC terminal 84, an AC terminal 83, current dissipation structures 81a and 81b, and a plurality of switching elements (such as switching elements 34a-34h, 35a-35h described above). The power dissipation structures 81a and 81b include DC connection points 82a and 82b at or near the second end so that the power received at the respective DC port is routed to the respective switching elements at or near the second end of the power module. The power dissipation structures 81a and 81b include negative DC terminals 85a and 85, respectively, so that the DC terminals 85a and 85b are part of the power dissipation structure and not the integrated circuit with the switching module.

Ein Vorteil der in 8 gezeigten Stromableitungsstrukturen 81a und 81b kann beispielsweise darin bestehen, dass sie zusammen mit allen anderen äußeren Anschlüssen als Teil eines Leiterrahmens angeordnet werden können. Der Leiterrahmen kann eine einzige Struktur sein, die alle äußeren Anschlüsse zusammen mit den direkt an ihnen befestigten Abschnitten des Innenleiters umfasst. Alle Anschlüsse können durch einen Tragrahmen (z. B. einem Dammbalken) verbunden sein. Der Tragrahmen kann aus einem Leiterblech, z. B. aus Kupfer, bestehen und durch Löten, Schweißen oder andere bekannte Techniken in Position gebracht und befestigt werden. Nach dem Umspritzen des Leistungsmoduls mit einer Vergussmasse können die Abschnitte des Tragrahmens, die die verschiedenen Anschlüsse verbinden, abgetrennt werden. Ein Vorteil der in 8 gezeigten Stromableitungsstruktur im Vergleich zu der in den 3 bis 7 gezeigten besteht darin, dass alle Anschlüsse und Stromableitungsstrukturen im Wesentlichen gleichzeitig in einem Verfahrensschritt platziert werden können, anstatt nacheinander wie bei den in den 3 bis 7 gezeigten Ausführungsformen.An advantage of the 8th The power dissipation structures 81a and 81b shown can consist, for example, in the fact that they can be arranged together with all other external connections as part of a lead frame. The leadframe can be a single structure that includes all of the outer leads together with the portions of the inner lead attached directly to them. All connections can be connected by a support frame (e.g. a stop log). The supporting frame can consist of a conductor plate, e.g. B. made of copper, and are brought into position and fixed by soldering, welding or other known techniques. After the power module has been overmolded with a potting compound, the sections of the support frame that connect the various terminals can be separated. An advantage of the 8th shown current dissipation structure compared to that in FIGS 3 until 7 is that all of the terminals and current-dissipation structures can be placed essentially simultaneously in one process step, rather than sequentially as with those in FIGS 3 until 7 embodiments shown.

9 ist eine dreidimensionale Ansicht einer Schaltung 90 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit der Referenznummer 90 bezeichnet wird. Beispielsweise kann ein Halbbrücken-Layout der Schaltung 90 die Platzierung einer Stromableitungsstruktur ermöglichen. Die Schaltung 90 zeigt die oben beschriebene Schaltung 80 ohne die Stromableitungsstrukturen 81a und 81b. Die Schaltung 90 umfasst einen positiven Gleichstromanschluss 84, einen Wechselstromanschluss 83 und eine Vielzahl von Schaltelementen (z. B. 34a bis 34h, 35a bis 35h). 9 FIG. 9 is a three-dimensional view of a circuit 90, generally designated by the reference numeral 90, according to one embodiment. For example, a half-bridge layout of circuit 90 may allow placement of a current sinking structure. The circuit 90 shows the circuit 80 described above without the current drain structures 81a and 81b. Circuit 90 includes a positive DC terminal 84, an AC terminal 83, and a plurality of switching elements (e.g., 34a through 34h, 35a through 35h).

10 ist eine dreidimensionale Ansicht der Schaltung 80 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit der Referenznummer 100 bezeichnet wird. Das Layout der Schaltung 100 zeigt beispielsweise eine auf der Schaltung angeordnete Stromableitungsstruktur. Wie oben unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 beschrieben, zielt die Anordnung der Vielzahl von Schaltelementen, Gleichstromanschlüssen und Stromableitungsstrukturen in der Schaltung 80 darauf ab, den Durchschussstrom im Falle eines Kurzschlusses auf die Vielzahl der Schaltelemente aufzuteilen. 10 14 is a three-dimensional view of circuit 80, generally designated by reference numeral 100, according to one embodiment. The layout of the circuit 100 shows, for example, a current dissipation structure arranged on the circuit. As above with reference to the 3 until 7 described, the arrangement of the plurality of switching elements, DC connections and current dissipation structures in the circuit 80 aims to share the shoot-through current among the plurality of switching elements in the event of a short circuit.

11 ist eine dreidimensionale Ansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit der Referenznummer 110 bezeichnet wird. Das Layout der Schaltung 110 kann beispielsweise die Platzierung einer Stromableitungsstruktur ermöglichen. Die Schaltung 110 ist ohne die Stromableitungsstruktur dargestellt (so dass die Komponenten der Schaltung 30 nicht verdeckt sind). Wie in der Ansicht 110 gezeigt, sind die Schaltelemente 34 oder 35 ohne die Stromableitungsstruktur nicht elektrisch mit den Gleichstromanschlüssen 31 und 32 verbunden. 11 13 is a three-dimensional view, generally designated by the reference numeral 110, according to one embodiment. For example, the layout of the circuit 110 may allow placement of a current drain structure. The circuit 110 is shown without the power dissipation structure (so that the components of the circuit 30 are not obscured). As shown in view 110, the switching elements 34 or 35 are not electrically connected to the DC terminals 31 and 32 without the current dissipation structure.

12 ist eine dreidimensionale Ansicht einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit der Referenznummer 120 bezeichnet wird. Die Schaltung 120 umfasst (verdeckte) Komponenten der Schaltung 30, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die Schaltung 120 umfasst ferner eine Stromableitungsstruktur 111. Die Schaltung 120 umfasst eine einzige Stromableitungsstruktur anstelle von zwei, wie in 4 beschriebene, Stromableitungsstrukturen 41a und 41b. Die Stromableitungsstruktur 111 umfasst einen ersten Gleichstromanschlusspunkt 112a und einen zweiten Gleichstromanschlusspunkt 112b. Beispielsweise kann die Verbindung an der ersten Gleichstromanschlussstelle 112a ermöglichen, dass der an der Gleichstromanschlussstelle 112a empfangene Strom zu Schaltelementen (z. B. 35c, 35d, 34c, 34d) am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird, und/oder die Verbindung an der zweiten Gleichstromanschlussstelle 112b kann ermöglichen, dass der an der Gleichstromanschlussstelle 112b empfangene Strom zu Schaltelementen (z. B. 34e, 34f, 35e, 35f) am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird. 12 12 is a three-dimensional view of a circuit, generally designated by the reference numeral 120, according to one embodiment. Circuit 120 includes (hidden) components of circuit 30 as referred to in FIG 3 described. The circuit 120 further includes a current drain structure 111. The circuit 120 includes a single current drain structure instead of two as in FIG 4 described current dissipation structures 41a and 41b. The current dissipation structure 111 comprises a first direct current connection point 112a and a second direct current connection point 112b. For example, the connection at the first DC power port 112a may allow the power received at the DC power port 112a to be routed to switching elements (e.g., 35c, 35d, 34c, 34d) at or near the second end of the power module, and/or the connection at the second DC connection point 112b may allow the power received at the DC connection point 112b to be routed to switching elements (e.g. 34e, 34f, 35e, 35f) at or near the second end of the power module.

13 ist ein Schaltplan einer beispielhaften Wechselrichterschaltung, die allgemein mit der Referenznummer 130 bezeichnet wird und zur Bereitstellung des Schaltkreises eines Halbleiter-Leistungsmoduls verwendet werden kann, wie oben unter Bezugnahme auf die 3 bis 12 beschrieben. Die Schaltung 130 zeigt zum Beispiel das Schema eines Halbbrücken-Leistungsmoduls, bei dem jede Schaltfunktion durch vier parallelgeschaltete Schaltelemente realisiert wird. Die Schaltung 130 umfasst eine Vielzahl von parallelgeschalteten Schaltelementen (z. B. Schaltelemente 34, 35) mit einem positiven Gleichstromanschluss (z. B. Gleichstromanschluss 32, 82), einem negativen Gleichstromanschluss (z. B. Gleichstromanschlüsse 31a, 31b, 81a, 81b) und einem Wechselstromanschluss (z. B. Wechselstromanschluss 33, 83). Dem Fachmann werden viele alternative Schaltungen bekannt sein, die verwendet werden könnten. 13 13 is a circuit diagram of an exemplary inverter circuit, generally designated by the reference numeral 130, which may be used to provide the circuitry of a solid state power module as referred to above with reference to FIG 3 until 12 described. The circuit 130 shows, for example, the schematic of a half-bridge power module in which each switching function is implemented by four switching elements connected in parallel. The circuit 130 comprises a plurality of switching elements (e.g. switching elements 34, 35) connected in parallel with a positive DC connection (e.g. DC connection 32, 82), a negative DC connection (e.g. DC connections 31a, 31b, 81a, 81b ) and an AC connector (e.g. AC connector 33, 83). Many alternative circuits that could be used will be apparent to those skilled in the art.

14 zeigt ein Schaltbild eines Schaltmoduls, das allgemein mit der Referenznummer 140 bezeichnet wird und der Schaltung der 1 und 2 entspricht. Das Schaltbild ist mit den jeweiligen Induktivitäten L1 bis L8 dargestellt, die den Schaltelementen T1 bis T8 entsprechen. So entsprechen beispielsweise die Schaltelemente T1 bis T4 den Schaltelementen 14a bis 14d und die Schaltelemente T5 bis T8 den Schaltelementen 15a bis 15d, die in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben werden. Beim Durchschalten (T1 bis T8 leitend) kann es vier verschiedene Strompfade mit vier verschiedenen Schleifeninduktivitäten geben, wie folgt:

  • • Erster Pfad - T1 mit T5 (benachbarter Partner), wobei die Induktivität in der gesamten Schleife L1+L5 (=2L) beträgt
  • • Zweiter Pfad - T2 mit T6, wobei die Induktivität in der gesamten Schleife L1+L2+L5+L6 (=4L) beträgt
  • • Dritter Pfad - T3 mit T7, wobei die Induktivität in der gesamten Schleife L1+L2+L3+L5+L6+L7 (=6L) beträgt
  • • Vierter Pfad - T4 mit T8, wobei die Induktivität in der gesamten Schleife L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7+L8 (=8L) beträgt
14 14 shows a circuit diagram of a switching module, generally designated by the reference numeral 140, and the circuit of FIG 1 and 2 is equivalent to. The circuit diagram is shown with the respective inductances L1 to L8, which correspond to the switching elements T1 to T8. For example, the switching elements T1 to T4 correspond to the switching elements 14a to 14d and the switching elements mente T5 to T8 the switching elements 15a to 15d with respect to the 1 and 2 to be discribed. When switching through (T1 to T8 conducting), there can be four different current paths with four different loop inductances, as follows:
  • • First path - T1 with T5 (neighboring partner), where the inductance in the whole loop is L1+L5 (=2L).
  • • Second path - T2 with T6, where the inductance in the whole loop is L1+L2+L5+L6 (=4L).
  • • Third path - T3 with T7, where the inductance in the whole loop is L1+L2+L3+L5+L6+L7 (=6L).
  • • Fourth path - T4 with T8, where the inductance in the whole loop is L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7+L8 (=8L).

Daher fließt der Kurzschlussstrom fast nur in T1 und T5, da die Induktivität im ersten Pfad im Vergleich zu allen anderen Pfaden deutlich geringer ist.Therefore, the short-circuit current flows almost exclusively in T1 and T5, since the inductance in the first path is significantly lower compared to all other paths.

15 zeigt ein Schaltbild eines Schaltmoduls, das allgemein mit der Referenznummer 150 bezeichnet ist und beispielsweise der Schaltung der 3 und 4 entspricht. Das Schaltbild ist mit den jeweiligen Induktivitäten L11 bis L18 dargestellt, die den Schaltelementen T11 bis T18 entsprechen. Beispielsweise entsprechen die Schaltelemente T11 bis T14 den Schaltelementen 34a bis 34d und die Schaltelemente T15 bis T18 den Schaltelementen 35a bis 35d, die in Bezug auf die 3 und 4 beschrieben werden. Beim Durchschalten (T11 bis T18 leitend) gibt es vier verschiedene Strompfade mit vier identischen Schleifeninduktivitäten:

  • • Erster Pfad - T11 mit T15, wobei die Induktivität in der gesamten Schleife L11+L15+L16+L17+L18 (=5L) beträgt
  • • Zweiter Pfad - T12 mit T16, wobei die Induktivität in der gesamten Schleife L11+L12+L16+L17+L18 (=5L) beträgt
  • • Dritter Pfad - T13 mit T17, wobei die Induktivität in der gesamten Schleife L11+L12+L13+L17+L8 (=5L) beträgt
  • • Dritter Pfad - T14 mit T18, wobei die Induktivität in der gesamten Schleife L11+L12+L13+L14+L18 (=5L) beträgt
15 FIG. 12 is a circuit diagram of a switching module, generally designated by the reference numeral 150, such as the circuit of FIG 3 and 4 is equivalent to. The circuit diagram is shown with the respective inductances L11 to L18, which correspond to the switching elements T11 to T18. For example, the switching elements T11 to T14 correspond to the switching elements 34a to 34d and the switching elements T15 to T18 correspond to the switching elements 35a to 35d with respect to FIG 3 and 4 to be discribed. When switching through (T11 to T18 conducting), there are four different current paths with four identical loop inductances:
  • • First path - T11 with T15, where the inductance in the whole loop is L11+L15+L16+L17+L18 (=5L).
  • • Second path - T12 with T16, where the inductance in the whole loop is L11+L12+L16+L17+L18 (=5L).
  • • Third path - T13 with T17, where the inductance in the whole loop is L11+L12+L13+L17+L8 (=5L).
  • • Third path - T14 with T18, where the inductance in the whole loop is L11+L12+L13+L14+L18 (=5L).

So kann der Kurzschlussstrom aufgrund der gleichen Induktivität in allen Pfaden symmetrisch sein. Alle Schaltelemente können daher eine ähnliche Strommenge leiten.So the short-circuit current can be symmetrical in all paths due to the same inductance. All switching elements can therefore conduct a similar amount of current.

16 ist ein Blockdiagramm einer Wechselrichterschaltung, die allgemein mit der Referenznummer 160 bezeichnet wird und in der drei der hier beschriebenen Leistungsmodule verwendet werden können. Die Wechselrichterschaltung 160 kann beispielsweise ein komplettes Wechselstrom-Wechselstrom-System mit einer dreiphasigen Wechselrichterschaltung umfassen, die durch drei (Halbbrücken-)Leistungsmodule, wie in 13 beschrieben, realisiert werden kann. Die Wechselrichterschaltung 160 kann einen Wechselstromeingang 171, einen Gleichrichter 172 zur Umwandlung einer Wechselstromquelle in ein Gleichstromsignal und einen Gleichstromspeicherkondensator 173 umfassen. Die Wechselrichterschaltung kann ferner ein Schaltmodul 174 (z. B. mit drei Halbbrücken-Leistungsmodulen) und ein Steuermodul 175 zur Steuerung des Schaltens der mehreren Schaltkomponenten umfassen. Die oben beschriebenen Schaltungen können verwendet werden, um das Schaltmodul 174 zu implementieren, wobei die Gleichspannung am Gleichstromspeicherkondensator die Gleichstromeingänge zu den Sammelschienen (z. B. zu den Anschlüssen aller Halbbrücken-Schaltmodule) liefert. 16 16 is a block diagram of an inverter circuit, generally designated by the reference numeral 160, in which three of the power modules described herein may be used. The inverter circuit 160 can, for example, comprise a complete AC-AC system with a three-phase inverter circuit, which is divided by three (half-bridge) power modules, as shown in FIG 13 described can be realized. Inverter circuit 160 may include an AC input 171 , a rectifier 172 for converting an AC source to a DC signal, and a DC storage capacitor 173 . The inverter circuit may further include a switching module 174 (e.g., having three half-bridge power modules) and a control module 175 for controlling switching of the multiple switching components. The circuitry described above can be used to implement the switching module 174, where the DC voltage on the DC storage capacitor provides the DC inputs to the bus bars (e.g., to the terminals of all half-bridge switching modules).

Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind nur als Beispiel zu verstehen. Der Fachmann wird sich vieler Modifikationen, Änderungen und Substitutionen bewusst sein, die vorgenommen werden könnten, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Ansprüche der vorliegenden Anmeldung sollen alle derartigen Modifikationen, Änderungen und Substitutionen nennen, die unter den Gedanken und den Bereich der Erfindung fallen.The embodiments of the invention described above are only to be understood as examples. Those skilled in the art will appreciate many modifications, changes, and substitutions that could be made without departing from the scope of the present invention. The claims of the present application are intended to recite all such modifications, changes and substitutions as fall within the spirit and scope of the invention.

Claims (12)

Leistungsmodul umfassend: eine Vielzahl von Gleichstromanschlüssen an einem ersten Ende des Leistungsmoduls zum Empfang eines Gleichstromeingangs, wobei die Vielzahl von Gleichstromanschlüssen einen oder mehrere positive Gleichstromanschlüsse und einen oder mehrere negative Gleichstromanschlüsse umfasst; einen Wechselstromanschluss zur Bereitstellung eines Wechselstromausgangs; eine Vielzahl von ersten Schaltelementen, die elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei die ersten Schaltelemente in einer oder mehreren Reihen vorgesehen sind, die sich von dem ersten Ende des Leistungsmoduls zu einem zweiten Ende des Leistungsmoduls, das dem ersten Ende gegenüberliegt, erstrecken, wobei die ersten Schaltelemente selektiv den einen oder die mehreren positiven Gleichstromanschlüsse mit dem Wechselstromanschluss verbinden; eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen, die elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei die zweiten Schaltelemente in einer oder mehreren Reihen vorgesehen sind, die sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des Leistungsmoduls erstrecken, wobei die zweiten Schaltelemente selektiv den einen oder die mehreren negativen Gleichstromanschlüsse mit dem Wechselstromanschluss verbinden; und eine erste Stromableitungsstruktur, die einen der Gleichstromanschlüsse am ersten Ende und einen ersten Gleichstromanschlusspunkt am oder in der Nähe des zweiten Endes verbindet, so dass der am jeweiligen Gleichstromanschluss empfangene Strom zu jeweiligen Schaltelementen am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.A power module comprising: a plurality of DC power connectors at a first end of the power module for receiving a DC power input, the plurality of DC power connectors including one or more positive DC power connectors and one or more negative DC power connectors; an AC power connector for providing an AC output; a plurality of first switching elements electrically connected in parallel, the first switching elements being provided in one or more rows extending from the first end of the power module to a second end of the power module opposite the first end, the first switching elements selectively connect the one or more positive DC terminals to the AC terminal; a plurality of second switching elements electrically connected in parallel, the second switching elements being provided in one or more rows extending from the first end to the second end of the power module, wherein the second switching elements selectively connect the one or more negative DC terminals to the AC terminal; and a first power dissipation structure connecting one of the DC ports at the first end and a first DC connection point at or near the second end such that power received at the respective DC port is routed to respective switching elements at or near the second end of the power module. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei der Wechselstromanschluss am zweiten Ende des Leistungsmoduls vorgesehen ist.power module claim 1 , wherein the AC connection is provided at the second end of the power module. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die erste Stromableitungsstruktur einen der negativen Gleichstromanschlüsse und den ersten Gleichstromanschlusspunkt so verbindet, dass der am jeweiligen negativen Gleichstromanschluss empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der Mehrzahl von zweiten Schaltelementen am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.power module claim 1 or claim 2 , wherein the first current dissipation structure connects one of the negative DC terminals and the first DC connection point such that the current received at the respective negative DC terminal is routed to the respective switching elements of the plurality of second switching elements at or near the second end of the power module. Leistungsmodul nach Anspruch 3, das ferner eine zweite Stromableitungsstruktur umfasst, die einen zweiten der negativen Gleichstromanschlüsse und einen zweiten Gleichstromanschlusspunkt am oder in der Nähe des zweiten Endes verbindet, so dass der am zweiten der negativen Gleichstromanschlüsse empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der Vielzahl der zweiten Schaltelemente am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.power module claim 3 further comprising a second current dissipation structure connecting a second of the negative DC terminals and a second DC connection point at or near the second end such that current received at the second of the negative DC terminals is directed to respective switching elements of the plurality of second switching elements at or in near the second end of the power module. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die erste Stromableitungsstruktur einen der positiven Gleichstromanschlüsse und den ersten Gleichstromanschlusspunkt so verbindet, dass der am jeweiligen positiven Gleichstromanschluss empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der mehreren ersten Schaltelemente am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.power module claim 1 or claim 2 , wherein the first current dissipation structure connects one of the positive DC terminals and the first DC connection point such that the current received at the respective positive DC terminal is routed to the respective switching elements of the plurality of first switching elements at or near the second end of the power module. Leistungsmodul nach Anspruch 5, das ferner eine zweite Stromableitungsstruktur umfasst, die einen zweiten der positiven Gleichstromanschlüsse und einen zweiten Gleichstromanschlusspunkt am oder in der Nähe des zweiten Endes verbindet, so dass der am zweiten der positiven Gleichstromanschluss empfangene Strom zu den jeweiligen Schaltelementen der mehreren ersten Schaltelemente am oder in der Nähe des zweiten Endes des Leistungsmoduls geleitet wird.power module claim 5 , further comprising a second current dissipation structure connecting a second of the positive DC terminals and a second DC connection point at or near the second end such that current received at the second of the positive DC terminals is directed to respective ones of the plurality of first switching elements at or in the Is conducted near the second end of the power module. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der erste Gleichstromanschlusspunkt an oder in der Nähe eines jeweiligen Schaltelements befindet, das dem zweiten Ende des Leistungsmoduls am nächsten liegt.A power module as claimed in any preceding claim, wherein the first DC connection point is at or near a respective switching element closest to the second end of the power module. Leistungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die ersten Schaltelemente in zwei Reihen vorgesehen sind, die sich vom ersten Ende des Leistungsmoduls zum zweiten Ende des Leistungsmoduls erstrecken; und die zweiten Schaltelemente in zwei Reihen vorgesehen sind, die sich vom ersten Ende zum zweiten Ende des Leistungsmoduls erstrecken.A power module according to any one of the preceding claims, wherein: the first switching elements are provided in two rows extending from the first end of the power module to the second end of the power module; and the second switching elements are provided in two rows extending from the first end to the second end of the power module. Leistungsmodul nach Anspruch 8, wobei: die zweiten Schaltelemente auf beiden Seiten der beiden Reihen der ersten Schaltelemente vorgesehen sind; oder die ersten Schaltelemente auf beiden Seiten der beiden Reihen der zweiten Schaltelemente angeordnet sind.power module claim 8 wherein: the second switching elements are provided on both sides of the two rows of the first switching elements; or the first switching elements are arranged on both sides of the two rows of the second switching elements. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leistungsmodul ein Halbbrücken-Leistungsmodul ist.Power module according to one of the preceding claims, wherein the power module is a half-bridge power module. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leistungsmodul ein geformtes Leistungsmodul ist.A power module according to any one of the preceding claims, wherein the power module is a molded power module. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Leistungsmodul ein gerahmtes Modul mit einer Gelfüllung ist.Power module according to one of Claims 1 until 11 , wherein the power module is a framed module with a gel filling.
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