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Die Erfindung betrifft ein Schaltermodul mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Inverteranordnung mit dem Schaltermodul sowie ein entsprechendes Fahrzeug.
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Für den Antrieb bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen werden Inverter benötigt, welche aus einer von einer Batterie oder einem Generator bereitgestellten Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugen, um einen Elektromotor für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs anzutreiben. Kernkomponenten des Inverters sind Schaltelemente, welche in Abhängigkeit der Phasenlage elektrische Verbindungen herstellen bzw. aufheben. Für die Schaltelemente werden insbesondere Halbleiterschaltelemente eingesetzt, welche zwar die Schaltfrequenz sowie den Schaltstrom vertragen, sich jedoch im Betrieb stark erwärmen und daher entsprechend anwendungsgerecht platziert werden müssen.
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Es ist bekannt, die Schaltelemente flächig nebeneinander zu positionieren, so dass diese von der Unterseite aktiv gekühlt und von der Oberseite durch Konvektion und/oder Wärmestrahlung passiv gekühlt werden können.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltermodul für eine Inverteranordnung von einem Fahrzeug bereitzustellen, welche besonders einfach integrierbar ist. Diese Aufgabe wird durch ein Schaltermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Inverteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung mit den Figuren.
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Erfindungsgemäß wird ein Schaltermodul vorgeschlagen, welches für eine Inverteranordnung von einem Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug ausgebildet. Jedenfalls weist das Fahrzeug mindestens einen Traktionsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs auf. Der Traktionsmotor ist als ein Elektromotor ausgebildet.
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Die Inverteranordnung hat die Funktion, ausgehend von einer Gleichspannungsversorgung und/oder DC-Versorgung, eine Wechselspannungsversorgung, insbesondere eine AC-Versorgung, bereitzustellen.
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Das Schaltermodul weist genau oder mindestens eine Schaltereinrichtung auf. Somit kann in dem Schaltermodul jeweils genau eine Schalteinrichtung oder alternativ zwei oder mehr Schalteinrichtungen vorgesehen sein. Die Schalteinrichtung kann als High-Side-Schalteinrichtungen oder als Low-Side-Schalteinrichtung ausgebildet sein. Für den Fall, dass das Schaltermodul zwei oder mehr Schalteinrichtungen aufweist, kann mindestens oder genau eine Schalteinrichtung als High-Side-Schalteinrichtung und genau oder mindestens eine Schalteinrichtung als Low-Side-Schalteinrichtung ausgebildet sein.
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Die Inverteranordnung weist eine Zwischenkreiskondensatoreinrichtung und mindestens einen Phasenausgang auf. Das Schaltermodul weist eingangsseitig einen Eingangsanschluss zur Kontaktierung mit der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung und ausgangsseitig einen Ausgangsanschluss zur Kontaktierung mit dem mindestens einen Phasenausgang. Insbesondere ist die High-Side-Schalteinrichtung mit einem DC(+)-Ausgang der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung und/oder die Low-Side-Schalteinrichtung mit einem DC(-)-Ausgang der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung über den Eingangsanschluss verbindbar oder verbunden.
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Das Schaltermodul weist einen Grundkörper auf, wobei der Grundkörper mindestens eine Modulhauptseite bildet. Die Schalteinrichtung ist auf der Modulhauptseite oder zumindest parallel zu der Modulhauptseite angeordnet. Die Modulhauptseite ist vorzugsweise die Seite des Schaltermoduls und/oder des Grundkörpers mit der größten Fläche. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Schaltermodul und/oder der Grundkörper jeweils zwei Modulhauptseiten aufweisen, welche sich gegenüberliegen. Beispielsweise kann eine erste Modulhauptseite durch eine Vorderseite und eine zweite Modulhauptseite als eine Rückseite des Schaltermoduls und/oder des Grundkörpers ausgebildet sein. Umlaufend sind Seitenflächen angeordnet, wobei die Seitenflächen jedoch kleiner oder bevorzugt sogar deutlich kleiner als die Modulhauptseite(n) ausgebildet sind. Insbesondere kann das Schaltermodul ein Gehäuse aufweisen, wobei das Gehäuse den Grundkörper bildet oder mitbildet.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Eingangsanschluss und der Ausgangsanschluss an gegenüberliegenden Seiten des Schaltermoduls angeordnet sind und/oder sich in eine Y-Richtung bzw. negative Y--Richtung erstrecken. Die Höhe des Schaltermoduls erstreckt sich in der Z-Richtung, die Dicke des Schaltermoduls erstreckt sich in der X-Richtung.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass das Schaltermodul durch die symmetrische Anordnung von dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss besonders einfach in die Inverteranordnung integriert werden kann. Insbesondere kann das Schaltermodul mit einer Montagerichtung in einer negativen Z-Richtung in die Inverteranordnung montiert werden.
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Bevorzugt weist das Schaltermodul eine Kühleinrichtung auf, wobei die Kühleinrichtung parallel zu der Modulhauptseite ausgerichtet ist und/oder sich parallel zu einer Y-Z-Ebene erstreckt. Bevorzugt ist die Kühleinrichtung als eine aktive Kühleinrichtung, im Speziellen als eine Flüssigkühleinrichtung ausgebildet. Insbesondere ist die Kühleinrichtung dem Schaltermodul selektiv und/oder exklusiv zugeordnet.
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Für die konstruktive Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Kühleinrichtung einen Kühlanschluss aufweist, wobei sich der Kühlanschluss in eine negative Z-Richtung erstreckt. Somit wird eine Seitenfläche des Schaltermoduls durch den Kühlanschluss belegt. Damit wird die Überlegung der Erfindung weitergeführt, das Schaltermodul mit einer Montagerichtung in einer negativen Z-Richtung in die Inverteranordnung zu montieren.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Schaltermodul einen Steuer-und/oder Messanschluss auf, wobei sich der Steuer-und/oder Messanschluss in eine positive Z-Richtung erstreckt. Insbesondere ist der Steuer-und/oder Messanschluss gegenüberliegend zu dem Kühlanschluss angeordnet. Somit wird eine andere, insbesondere gegenüberliegende Seitenfläche des Schaltermoduls durch den Steuer-und/oder Messanschluss belegt. Auch damit wird die Überlegung der Erfindung weitergeführt, das Schaltermodul mit einer Montagerichtung in einer negativen Z-Richtung in die Inverteranordnung zu montieren.
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Insgesamt werden zwei gegenüberliegende Seiten des Schaltermoduls für den Eingangsanschluss und der Ausgangsanschluss und zwei gegenüberliegende Seiten für den Kühlanschluss und den Steuer-und/oder Messanschluss verwendet. Damit wird jeder Seitenfläche des Schaltermoduls eine entsprechende Funktion zugewiesen. Dadurch, dass die Seitenflächen für die Anschlüsse verwendet werden, wird zudem die Dicke des Schaltermoduls in einer Richtung senkrecht zu der Modulhauptseite nicht vergrößert, so dass die Schaltermodule platzsparend in der Inverteranordnung positioniert und in der beschriebenen Montagerichtung montiert werden können.
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Es ist bevorzugt, dass das Schaltermodul mindestens einen Leistungshalbleiter als Schalteinrichtung aufweist. Es ist vorgesehen, dass sich dieser Leistungshalbleiter parallel zu der Modulhauptseite und/oder in der Y-Z Ebene erstreckt. Der Leistungshalbleiter ist besonders bevorzugt ungehäust ausgebildet. Das Halbleitermaterial kann hierbei z.B. Si, SiC, GaN etc. sein. Halbleitertypen können z.B. IGBT, Mosfet, Kaskoden etc. sein.
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Es ist besonders bevorzugt, dass das Schaltermodul eine Keramik-Kupfer-Platine aufweist, wobei sich die Keramik-Kupfer-Platine parallel zu der Modulhauptseite erstreckt und/oder parallel zu der Y-Z-Ebene ausgerichtet ist. Die Keramik-Kupfer-Platine ist bevorzugt als eine DCB (Direct-Bond-Copper-Substrat) oder als eine IMS (Insulated metal substrate) ausgebildet. Die Keramik-Kupfer-Platine ist besonders vorteilhaft beim Abtransport und/oder Ableitung von Wärmeenergie. Bevorzugt wird die Schalteinrichtung oder Schalteinrichtungen, insbesondere ausgebildet als Leistungshalbleiter, als Dies auf die Keramik-Kupfer-Platine unmittelbar aufgebracht, insbesondere aufgelötet. Die Kühleinrichtung steht in einem thermischen Kontakt mit der Keramik-Kupfer-Platine. Beispielsweise ist die Kühleinrichtung deckungsgleich zu der Keramik-Kupfer-Platine ausgebildet. Die Keramik-Kupfer-Platine ist bevorzugt rechteckig ausgebildet.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Eingangsanschluss eine Eingangskontaktfläche und der Ausgangsanschluss eine Ausgangskontaktfläche auf. Die Eingangskontaktfläche und die Ausgangskontaktfläche erstrecken sich in der X-Y-Ebene und/oder senkrecht zu der Ebene der Modulhauptseite.
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Ein Ausgang der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung weist eine Eingangsgegenkontaktfläche auf, welche sich bevorzugt in der gleichen Ebene wie die Eingangskontaktfläche erstreckt. Der Phasenausgang weist eine Ausgangsgegenkontaktfläche auf, welche sich bevorzugt in der gleichen Ebene wie die Ausgangskontaktfläche erstreckt.
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Mit diesem Aufbau ist es möglich, das Schaltermodul bei einer Montage des Schaltermoduls in einer negativen Z-Richtung kraftschlüssig gegen die Gegenkontaktflächen zu fahren und dadurch elektrisch zu kontaktieren. Alternativ oder ergänzend kann der Kühlanschluss in Z-Richtung angeschlossen werden, um somit bei einer Montage des Schaltermoduls in einer negativen Z-Richtung gegen einen Gegenkühlanschluss der Inverteranordnung zu fahren, um die Kühleinrichtung fluidtechnisch zu verbinden. Mit dieser Weiterbildung wird die Überlegung der Erfindung weitergeführt, das Schaltermodul mit einer Montagerichtung in einer negativen Z-Richtung in die Inverteranordnung zu montieren.
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Bei einer Weiterbildung oder Alternative der Erfindung weist das Schaltermodul mindestens eine High-Side-Schalteinrichtung und mindestens eine Low-Side-Schalteinrichtung auf. Insbesondere bildet dieses Schaltermodul eine Halbbrücke. In dieser Ausgestaltung kann durch ein einziges platzsparendes Schaltermodul ein Phasenausgang über die gesamte Phase versorgt werden. Es ist auch möglich, dass pro Phasenausgang zwei oder mehr derartige Schaltermodule vorgesehen sind.
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Für den Fall, dass das Schaltermodul zwei der Schalteinrichtungen aufweist, wobei einer der Schalteinrichtungen als eine High-Side-Schalteinrichtung und eine der Schalteinrichtungen als eine Low-Side-Schalteinrichtung ausgebildet ist, ist es bevorzugt, dass dieses Schaltermodul zwei Keramik-Kupferplatinen mit den darauf angeordneten Schalteinrichtungen aufweist, wobei die Kühleinrichtung zwischen den Schalteinrichtungen und/oder den Keramik-Kupfer-Platinen angeordnet ist, um beide Schalteinrichtungen aktiv zu kühlen. Insgesamt ergibt sich ein Sandwichaufbau für dieses Schaltermodul.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet die Inverteranordnung für das Fahrzeug, wobei die Inverteranordnung eine Mehrzahl von Schaltermodulen aufweist, wie diese zuvor beschreiben worden sind und/oder nach einem der Ansprüche 1 bis 8. Dabei können auch unterschiedliche Schaltermodule in die Inverteranordnung eingesetzt werden.
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Die Inverteranordnung hat die Funktion, ausgehend von einer Gleichspannungsversorgung und/oder DC-Versorgung, eine Wechselspannungsversorgung, insbesondere eine AC-Versorgung, bereitzustellen.
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Die Inverteranordnung weist die Zwischenkreiskondensatoreinrichtung und mindestens einen der Phasenausgänge auf, wobei die Schalteinrichtungen und/oder die Schaltermodule eingangsseitig mit der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung und ausgangsseitig mit dem mindestens einen Phasenausgang verbunden sind. Vorzugsweise weist die Inverteranordnung genau drei Phasenausgänge auf, um die AC-Versorgung dreiphasig zu betreiben. Die Schalteinrichtungen sind eingangsseitig mit der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung und ausgangsseitig mit dem mindestens einen Phasenausgang verbunden. Mit dieser Ausgestaltung und der entsprechenden Ansteuerung der Schaltermodule und/oder der Schalteinrichtungen kann ein bevorzugt dreiphasiger Wechselstrom/Wechselspannung als AC-Versorgung erzeugt werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass mehrere der Schaltermodule mit parallel ausgerichteten Modulhauptseiten in einem Stapel und/oder in einer Reihe stehend in der Inverteranordnung angeordnet sind. Somit stehen die Schaltermodule parallel und/oder hochkant, in einer gemeinsamen Reihe in der Inverteranordnung. Besonders bevorzugt sind die Schaltermodule in einer Blickrichtung senkrecht auf die Modulhauptseiten deckungsgleich oder zumindest überlappend angeordnet. Insbesondere sind die Schaltermodule wie ein Stapel angeordnet, wobei die Schaltermodule in Stapelrichtung bevorzugt voneinander beabstandet sind.
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Diesem Gegenstand liegt die Überlegung zugrunde, dass bislang stets die Schaltermodule in einer gemeinsamen Ebene flächig nebeneinander positioniert worden sind, um von einer Rückseite besonders gut aktiv gekühlt werden zu können und von einer Vorderseite zusätzlich durch Konvektion/Wärmestrahlung passiv gekühlt zu werden. Diese Anordnung hat jedoch zum einen den Nachteil, dass die benötigte Fläche vergleichsweise groß ist, zum anderen kann es zu Leitungslängenproblemen bei den High-Side-Schalteinrichtungen und den Low-Side-Schalteinrichtungen kommen, wenn diese hintereinander angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Inverteranordnung ermöglicht dagegen die Nutzung der dritten Dimension, um den notwendigen Bauraum für die Schaltermodule in der Inverteranordnung zu verkleinern. Diese platzsparende Anordnung wird durch die spezifische Gestaltung der Schaltermodule ermöglicht.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Inverteranordnung einen oder mehrere Befestigungskörper auf, wobei die Befestigungskörper ausgebildet sind, das Schaltermodul in negativer Z-Richtung zu befestigen. Insbesondere wird das Schaltermodul bei der Montage mit dem Befestigungskörper in die negative Z-Richtung bewegt, so dass die Eingangskontaktflächen und die Ausgangskontaktflächen und/oder der Kühlanschluss funktionsgerecht montiert werden. Bevorzugt ist der oder die Befestigungskörper als Leisten ausgebildet, wobei sich die Leisten in X-Richtung erstrecken.
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Vorzugsweise erstrecken sich alle Steuer-und/oder Meßanschlüsse der Schaltermodule in der Inverteranordnung in die gleiche Richtung, so dass die Gesamtheit der Schaltermodule von einer Seite kontaktiert werden kann.
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Besonders bevorzugt weist die Inverteranordnung eine Steuer- und/oder Meßplatine auf, wobei die Steuer- und/oder Meßplatine auf die Mehrzahl der Schaltermodule aufgesetzt wird, wobei die in eine gemeinsame, positive Z-Richtung weisenden Steuer- und/oder Messanschlüsse von der Steuer-und/oder Meßplatine aufgenommen werden können. Dieser Aufbau erleichtert die Kontaktierung der Schaltermodule und erlaubt eine platzsparende Bauweise.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Schaltermodule mit den parallelen Modulhauptseiten parallel zur der Y-Z-Ebene ausgerichtet und/oder parallel versetzt zueinander angeordnet. Die Zwischenkreiskondensatoreinrichtung erstreckt sich mit einer Kondensatorhauptseite oder einer allgemeinen Flächenerstreckung parallel zu der X-Y-Ebene. Die Kondensatorhauptseite ist die Seite der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung mit der größten Fläche. Die Modulhauptseiten bzw. deren Ebenen stehen damit senkrecht zu der Flächenerstreckung und/oder Kondensatorhauptseite der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung bzw. deren Ebene. Durch diese Anordnung können die Schaltermodule beispielsweise parallel zueinander an einer Seitenfläche der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung platzsparend angeordnet werden.
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Funktional betrachtet ist es bevorzugt, dass jedem Phasenausgang mindestens eine High-Side-Schalteinrichtung und mindestens eine Low-Side-Schalteinrichtung zugeordnet ist. Damit kann mit jedem Phasenausgang eine vollständige Phase geschaltet und/oder erzeugt werden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind jedem Phasenausgang zwei oder mehr High-Side-Schalteinrichtungen und/oder zwei oder mehr Low-Side-Schalteinrichtungen zugeordnet.
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Bei einer ersten Alternative der Erfindung sind alle High-Side-Schalteinrichtungen eines gemeinsamen Phasenausgangs nebeneinander angeordnet und/oder sind alle Low-Side-Schalteinrichtungen des Phasenausgangs nebeneinander angeordnet. Es wird somit eine Gruppe von High-Side-Schalteinrichtungen und eine Gruppe von Low-Side-Schalteinrichtungen gebildet, welche nebeneinander angeordnet sind.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Anschluss auf der Zwischenkreiskondensatoreinrichtungsseite sehr einfach realisiert werden kann.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung sind die High-Side-Schalteinrichtungen und die Low-Side-Schalteinrichtungen symmetrisch zu einer Mittelebene angeordnet sind. Die Mittelebene erstreckt sich in der Y-Z-Ebene, wobei die Mittelebene die Schalteinrichtungen eines Phasenausgangs symmetrisch teilt. Insbesondere ist mindestens eine High-Side-Schalteinrichtungen zwischen zwei Low-Side-Schalteinrichtungen angeordnet. Es können auch zwei oder mehr High-Side-Schalteinrichtungen zwischen den zwei Low-Side-Schalteinrichtungen angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend ist mindestens eine Low-Side-Schalteinrichtungen zwischen zwei High-Side-Schalteinrichtungen des Phasenausgangs angeordnet. Es können auch zwei oder mehr Low-Side-Schalteinrichtungen zwischen zwei High-Side-Schalteinrichtungen des Phasenausgangs angeordnet sein. Die Anordnung symmetrisch angeordneten Schalteinrichtungen bietet den Vorteil von minimaler, kommutierender Zellen, welche die notwendigen Ausgleichsströme im Bereich des Zwischenkreises der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung verkleinern.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung wird durch ein Fahrzeug mit der Inverteranordnung gebildet, wie diese zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Das Fahrzeug weist mindestens einen Traktionsmotor auf, wobei die Inverteranordnung ausgebildet ist, eine AC-Versorgung für den Traktionsmotor bereit zu stellen und/oder den Traktionsmotor mit Wechselspannung und Wechselstrom zu versorgen.
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Die nachfolgende Beschreibung sowie die Figuren offenbaren bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. In den Figuren ist dargestellt:
- 1 eine schematische, dreidimensionale Darstellung von einer Inverteranordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine Detailansicht der Inverteranordnung aus der 1;
- 3 eine weitere Detailansicht der Inverteranordnung aus den vorhergehenden Figuren;
- 4 a, b eine schematische Draufsicht auf einen Anschlussbereich der Inverteranordnung der vorhergehenden Figuren mit unterschiedlichen Anordnungen der Schaltermodule;
- 5 a, b, c eine dreidimensionale Darstellung in verschiedenen Ansichten von einem Schaltermodul für die Inverteranordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 6 a, b eine dreidimensionale Darstellung in verschiedenen Ansichten von dem Schaltermodul in einem eingebauten Zustand;
- 7 a, b eine dreidimensionale Darstellung in verschiedenen Ansichten von einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung des Schaltermoduls für die Inverteranordnung der vorhergehenden Figuren;
- 8 a, b, c eine Draufsicht auf verschiedene Varianten einer Keramik-Kupfer-Platine für die Schaltermodule der vorhergehenden Figuren.
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In den Figuren sind gleiche oder entsprechende Komponenten oder Bereiche mit gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung bezieht sich in gleicher Weise jeweils auf alle Figuren.
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Die 1 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung eine Inverteranordnung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Inverteranordnung 1 kann auch als ein Wechselrichter bezeichnet werden. Die Inverteranordnung 1 hat die Funktion aus einer DC-Versorgung 2, welche beispielsweise von einer Batterie oder von einer Brennstoffzelle stammt, eine AC- Versorgung bereitzustellen. Sie dient insbesondere zur Bereitstellung der AC-Versorgung für ein Fahrzeug, im Speziellen zur Versorgung eines Elektromotors ausgebildet als Traktionsmotor für das Fahrzeug.
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Die Inverteranordnung 1 weist eine Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 auf, wobei die Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 eingangsseitig mit der Batterie bzw. Brennstoffzelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Ferner weist die Inverteranordnung 1 drei Phasenausgänge 5 a, b, c auf, an denen drei Phasen für die AC-Versorgung bereitgestellt werden. Die Phasenausgänge 5a, b, c sind als leitende T-förmige Körper ausgebildet, wobei der stehende Schenkel einen Anschluss in Richtung Elektromotor und der liegende Schenkel einen Kontakt in Richtung der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 bildet.
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Zwischen der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 und den Phasenausgängen 5 a, b, c sind eine Vielzahl von parallel angeordneten Schaltermodulen 6 elektrisch zwischengeschaltet. Die Schaltermodule 6 weisen jeweils einen Eingangsanschluss 7 zur Kontaktierung mit der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 sowie einen Ausgangsanschluss 8 zur parallelen Kontaktierung mit einem der Phasenausgänge 5 a, b, c, insbesondere im Bereich des liegenden Schenkels auf.
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Zur Vereinfachung der Beschreibung wird eine Flächenerstreckung der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 mit einer Ebene aufgespannt von einer X-Richtung und einer Y-Richtung und die Höhe der Inverteranordnung 1 mit einer Z-Richtung bezeichnet.
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Die 2 zeigt in einer schematischen, dreidimensionalen Draufsicht den Anschlussbereich der Inverteranordnung 1 im Bereich der Schaltermodule 6. Dieser Darstellung sind ausgangsseitig zu den Schaltermodulen 6 die Phasenausgänge 5 a, b, c und eingangsseitig High-Side-Ausgänge 9 a sowie Low-Side-Ausgänge 9b der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 dargestellt. An den High-Side-Ausgängen 9 a liegt eine DC(+)-Spannung der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4, an den Low-Side-Ausgängen 9 b liegt eine DC(-)-Spannung der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 an. Die Eingangsanschlüsse 7 sind wahlweise mit den High-Side-Ausgängen 9 a oder mit den Low-Side-Ausgängen 9 b elektrisch leitend verbunden. Die Ausgangsanschlüsse 8 sind mit den Phasenausgängen 5 a, b, c elektrisch leitend verbunden. Jedem Phasenausgang 5a, b, c sind jeweils eine Gruppe von Schaltermodulen 6 zugeordnet, die mit einem High-Side-Ausgang 9a, und jeweils eine Gruppe von Schaltermodulen 6 zugeordnet, die mit einem Low-Side-Ausgang 9b, verbunden sind.
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Die 3 zeigt in einer schematischen, dreidimensionalen Darstellung den Bereich der Inverteranordnung 1 bei den Schaltermodulen 6 in einer vergrößerten Darstellung. Es ist zu entnehmen, dass die Schaltermodule 6 jeweils einen Grundkörper 10 aufweisen, welcher eine quaderförmige Form oder die Form eines Rechtecks bildet. Die Schaltermodule 6 weisen jeweils eine Modulhauptseite 10 a, b auf, wobei die Modulhauptseiten 10 a, b Vorderseite bzw. eine Rückseite des Grundkörpers 9 bzw. des Schaltermoduls 6 bilden. Umlaufend weist das Schaltermodul 6 Seitenflächen auf, welche flächenmäßig deutlich kleiner als die Modulhauptseiten 11 a, b ausgebildet sind.
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Die Modulhauptseiten 11 a, b erstrecken sich parallel zu der Y-Z Ebene. Insbesondere sind die Schaltermodule 6 hochkant in der Inverteranordnung 1 angeordnet. Einige und in diesem Ausführungsbeispiel alle Schaltermodule 6 sind in einer gemeinsamen Reihe stehend angeordnet und/oder so, dass die Modulhauptseiten 11 a, b der verschiedenen Schaltermodule 6 parallel zueinander angeordnet sind. Die Schaltermodule 6 sind in einem Stapel angeordnet. Betrachtet man die Schaltermodule 6 in X-Richtung, so sind diese deckungsgleich positioniert. Zwischen den Schaltermodulen 6 ist ein Abstand vorgesehen, so dass sich die Schaltermodule 6 nicht versehentlich kontaktieren und zudem die Kühlung verbessert ist.
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Es ist zu erkennen, dass auf den Schaltermodulen 6 Schalteinrichtungen 11 und optional ergänzend Diodeneinrichtungen 12 angeordnet sind. Die Schalteinrichtungen 12 und optional ergänzend die Diodeneinrichtungen 13 erstrecken sich parallel zu der Modulhauptseite 11 a, b und/oder in der Y-Z-Ebene insbesondere sind die Schalteinrichtungen 12 als Leistungshalbleiter ausgebildet. Die Schalteinrichtungen 12 und optional ergänzend die Diodeneinrichtungen 13 sind als ungehäuste Bauteile ausgebildet. Beispielsweise sind die Schalteinrichtungen 12 als ungehäuste IGBT-Chips ausgebildet, um auf diese Weise jedweden gehäusebezogenen elektrischen Widerstand (DFPR, Die-Free Package Resistance) sowie den Wärmewiderstand des Gehäuses (Rth,JC) zu verringern und dadurch die Energieeffizienz sowie die Wärmeleistung zu verbessern.
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Die Eingangsanschlüsse 7 weisen jeweils eine Eingangskontaktfläche 14 auf, wobei die Eingangskontaktflächen 14 parallel zu der X-Y-Ebene ausgerichtet sind und flächig auf eine Eingangsgegenkontaktfläche 15 von dem High-Side-Ausgang 9a bzw. dem Low-Side-Ausgang 9b aufliegen. Die Ausgangsanschlüsse 8 weisen jeweils eine Ausgangskontaktfläche 16 auf, welche jeweils in der X-Y-Ebene liegen und flächig kontaktieren auf einer Ausgangsgegenkontaktfläche 17 von den Phasenausgängen 5 a, b, c aufliegen.
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Die Schaltermodule 6 weisen jeweils eine Kühleinrichtung 18 auf, wobei die Kühleinrichtung 18 parallel zu den Modulhauptseiten 11 a, b ausgerichtet ist und/oder sich parallel zu der Y-Z-Ebene erstreckt. Die Kühleinrichtung 18 weist Kühlanschlüsse 18 auf, welche sich in Richtung der negativen Z-Achse erstrecken und welche in Gegenkühlanschlüsse 20 durch eine Bewegung von dem Schaltermodul 6 in die negative Z-Richtung angeschlossen werden können.
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Das Schaltermodul 6 kann durch eine Bewegung in die negative Z-Richtung somit sowohl elektrisch kontaktiert als auch an den Kühlkreislauf angeschlossen werden.
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Das Schaltermodul 6 weist jeweils eine Keramik-Kupfer-Platine 21 auf, welche parallel zu der Hauptmodulhauptseite 10 a, b ausgerichtet ist und/oder diese bildet. Die Keramik-Kupfer-Platine 21 ist insbesondere als eine Direktbond-Kupfer-Substrat (DCB, Direct Copper Bonding) ausgebildet. Insbesondere werden Schalteinrichtung 12 und/oder die Diodeneinrichtung 13 direkt auf das DCB-Substrat aufgebracht, dessen Ausdehnungskoeffizient gleich dem von Silizium ist.
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Insbesondere ist die Kühleinrichtung 18 im thermischen Kontakt mit der Keramik-Kupfer-Platine 20. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Keramik-Kupfer-Platine 20 das gleiche Format wie die Kühleinrichtung 18 auf und/oder ist deckungsgleich zu dieser ausgebildet. Insbesondere kühlt die Kühleinrichtung 18 die Keramik-Kupfer-Platine 21 vollflächig.
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Die Schaltermodule 6 weisen jeweils einen Steuer- und/oder Messanschluss 21 auf, wobei der Steuer- und/oder Messanschluss 21 durch eine Mehrzahl von Pins 23 gebildet wird, wobei die Pins 23 sich in die positive Z-Richtung erstrecken.
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Somit können die Schaltermodule 6 durch eine Steuer- und/oder Meßplatine 23 ( 1) kontaktiert werden, indem die Steuer- und/oder Meßplatine 23 auf die Schaltermodule 6 in negativer Z-Richtung aufgesetzt wird.
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Zusammenfassend weist das Schaltermodul 6 auf zwei gegenüberliegenden Seiten, insbesondere in Y- Richtung, den Eingangsanschluss 7 und den Ausgangsanschluss 8 und/oder auf zwei gegenüberliegenden Seiten, insbesondere in Z-Richtung, den Kühlanschluss 19 und den Steuer-und/oder Messanschluss 22 auf.
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Die Inverteranordnung 1 ermöglicht die Nutzung der dritten Dimension, um den notwendigen Bauraum von Seiten der Leistungshalbleiter der Inverteranordnung 1 zu verkleinern, wie in den Figuren zu sehen ist.
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Die Inverteranordnung 1 zeichnet sich dadurch aus, dass
- - Mehrere Schaltermodule 6 zu einer elektrischen Phase zusammen geschaltet werden,
- - Ein oder mehrere Schaltermodule 6, innerhalb einer elektrischen Phase, jeweils einen High-Side- und eine Low-Side-Schalter bilden, wobei die Schaltermodule 6 eines Schalters parallel geschaltet werden,
- - Mehrere Phasen, in den Figuren sind es drei, für einen elektrischen Antrieb aufgebaut werden,
- - eine ein- oder mehrteilige Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4, die die Schalteinrichtungen 12, insbesondere Leistungshalbleiter, auf DC-Seite versorgt,
- - einen gemeinsamen Zu- und Ablauf für das Kühlmittel, um eine serielle oder parallele Kühlung der Schaltermodule 6 zu ermöglichen,
- - Eine Leiterplatte, ausgebildet als Steuer-und/oder Meßplatine 24, die mindestens Funktionalitäten für die Ansteuerung der Schaltermodule 6 sorgt und notwendige Schutzbeschaltungen für die Halbleiter beinhalten kann. Die Leiterplatte ermöglicht hierbei die elektrische Kontaktierung der Schaltermodule 6 für die Mess- und Steueranschlüsse. Zudem stellt die Leiterplatte eine funktionsgemäße Parallelschaltung mehrerer Dies pro topologischen Schalter her.
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In der in 4a gezeigten, Inverteranordnung 1 sind jeweils vier Schaltermodule 6 pro topologischem Schalter miteinander verschaltet. Ein Schaltermodul 6 beinhaltet hierbei die schaltenden Leistungshalbleiter als Schaltereinrichtung 12. Eine andere Anzahl parallel verschalteter Schaltermodule 6 je topologischem Schalter ist ebenso möglich. Die topologischen Schalter werden zu eine schaltenden High-Side und Low-Side verschaltet, welche einen Wechselstrom einer Phase darstellen kann.
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Die Inverteranordnung 1 stellt drei elektrische Phasen dar, die zum Betrieb einer elektrischen Maschine eingesetzt werden können. An einer anderen Seite werden die Leistungshalbleiter an die Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 über die Anschlüsse DC+ und DC- angeschlossen.
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An der unteren Seite werden die Kühleinrichtungen 18 in eine Kühlmittelverteilung gesteckt. Befestigung und Positionierung der Module wird über Niederhalter ausgebildet als die Befestigungskörper 28 realisiert, die mit dem Verteiler oder dem Gehäuse verbunden werden. An der oberen Seite werden die Mess- und Steuerkontakte, die den Steuer- und/oder Messanschluss 22 bilden, der Schaltermodule 6 mit einer Leiterplatte, ausgebildet als die Steuer-und/oder Meßplatine 24, verbunden, die eine Treiber- und Steuerschaltung enthalten kann.
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Die 4 a, b zeigen zwei Alternativen zur Anordnung von den Schaltermodulen 6 in der Inverteranordnung 1 mit Bezug auf einen der Phasenausgänge 5 a, b, c. In der 4 a sind die Schaltermodule 6 in zwei Gruppen angeordnet, wobei die zwei Gruppen nebeneinander positioniert sind. Eine erste Gruppe mit vier Schaltermodulen 6, welche mit einem Low-Side-Ausgang 9 b eingangsseitig kontaktiert ist, sowie eine zweite Gruppe mit vier Schaltermodulen 6, wobei die jeweiligen Eingangsanschlüsse 7 mit einem High-Side-Ausgang 9a der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 kontaktiert sind. Somit bilden die Schaltermodule 6 der ersten Gruppe bzw. deren Schalteinrichtungen 12 Low-Side-Schalteinrichtungen und die Schaltermodule 6 bzw. deren Schalteinrichtungen 12 High-Side-Schaltereinrichtungen. Es ist zu erkennen, dass die Ausgänge 9 a, b der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 sehr einfach arrangiert werden können.
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Dagegen zeigt die 4 b eine Verteilung der Schaltermodule 6, wobei diese jedoch nicht in Gruppen geordnet, sondern gemischt angeordnet sind. Insbesondere sind die Schaltermodule 6 symmetrisch zu einer Mittelebene 25 positioniert. Diese Anordnung führt dazu, dass die Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 mehr Ausgänge 9 a, b bereitstellen muss. Allerdings weist dieser Anordnung den Vorteil auf, dass weniger Ausgleichsströme im Betrieb entstehen. Genauer betrachtet sind zwischen zwei Schaltermodulen 6 mit Low-Side-Schaltermodulen jeweils zwei Schaltermodule 6 mit High-Side-Schaltereinrichtungen angeordnet.
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Somit hat der Einsatz von diskreten Schaltermodulen 6 gegenüber dem Einsatz diskreter Halbbrücken den Vorteil, dass unterschiedliche Anordnungen der Potentialschalter möglich sind. In den 4a, b sind zwei mögliche Varianten der Anordnung zu sehen, wobei die linke Anordnung jener entspricht, die ebenso in den vorhergehenden Figuren zu sehen sind. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass alle Mess- und Steueranschlüsse eines Potentials nach beieinanderliegen, ebenso kann der Anschluss auf der DC Seite recht einfach realisiert werden. Die Anordnung in der 4b bietet den Vorteil minimaler kommutierender Zellen, welches die notwendigen Ausgleichsströme im Bereich des Zwischenkreises minimiert.
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In der Inverteranordnung 1 können durch den diskreten Ansatz auch auf einfache Art und Weise mehr als ein Halbleitermaterial/-typ eingesetzt werden. Das Halbleitermaterial kann hierbei z.B. Si, SiC, GaN sein. Halbleitertypen können z.B. IGBT, Mosfet, Kaskoden sein. Bei dem Einsatz mehrerer Halbleitermaterialien und -typen ergeben sich weitere Anordnungen neben den gezeigten in den 4a, b.
- - Es können neben vier parallelen Schaltermodulen 6 auch eine andere Anzahl parallel eingesetzt werden.
- - Es können verschiedene Leistungshalbleiter, zB. Si-IGBT, SiC-Mosfet, SiC Kaskode, GaN?, innerhalb einer elektrischen Phase eingesetzt werden.
- - Es können mehrere unterschiedliche Halbleitertypen gleichzeitig innerhalb des Inverteraufbaus eingesetzt werden, z.B. Si-IGBT und SiC-Mosfet.
- - Die Leiterplatte kann neben den Treiberfunktionalitäten auch Controllboardfunktionalitäten in einem Schaltungsträger enthalten. Alternativ kann die Inverteranordnung 1 auch mehrere Schaltungsträger beinhalten.
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Die 5 a, b, c zeigen eines der Schaltermodule 6 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung in verschiedenen Ansichten. In diesen Darstellungen ist nochmals zu erkennen, dass der Grundkörper 10 durch die Keramik-Kupfer-Platine 21 mitgebildet ist, wobei auf einer Rückseite der Keramik-Kupfer-Platine 21 die Kühleinrichtung 18 flächendeckend angeordnet ist. In die X-Richtung gehen jeweils der Eingangsanschluss 7 sowie auf einer gegenüberliegenden Seite der Ausgangsanschluss 8. Der Eingangsanschluss 7 sowie der Ausgangsanschluss 8 weisen jeweils einen Teilabschnitt auf, welcher in der gleichen Ebene wie die Keramik-Kupfer-Platine 21 liegt und diese flächig kontaktiert. An einem freien Ende von dem Eingangsanschluss 7 bzw. Ausgangsanschluss 8 ist ein Teilbereich um 90° verschwenkt oder umgebogen, so dass die Eingangskontaktfläche 14 bzw. die Ausgangskontaktfläche 16 gebildet ist, welche in Richtung der negativen Z-Richtung orientiert sind. An der Oberseite des Schaltermoduls 6 ist der Steuer-und/oder Messanschluss 22 angeordnet, welcher durch vier Pins gebildet wird, wobei die Pins 23 die folgenden Zuordnungen haben:
- - Drain
- - Gate
- - Kelvin-Source
- - Source
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Das Schaltermodul 6 weist an der Unterseite (negative Z-Richtung) einen Positionierkörper 26 auf, wobei der Positionierkörper 26 bei diesem Ausführungsbeispiel als ein L-Profil ausgebildet ist. Der Positionierkörper 26 kann auch einstückig mit der Kühleinrichtung 18 ausgebildet sein. Der Positionierkörper 26 steht über den Grundkörper 10 des Schaltermoduls 6 in Y-Richtung beidseitig über, so dass Positionierlaschen 27 gebildet sind. Die Positionierlaschen 27 weisen einen stehenden Schenkel, welcher in der Y-Z-Ebene ausgerichtet ist, sowie einen liegenden Schenkel auf, welcher in der X-Y-Ebene ausgerichtet ist.
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An der Unterseite des Schaltermoduls 6 sind die zwei Kühlanschlüsse 19 angeordnet, welche sich in die negative Z-Richtung erstrecken und welche rohrförmig ausgebildet sind.
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In der 6 a, b sind zwei Schaltermodule 6 in Einbaulage in der Inverteranordnung 1 gezeigt. Die Schaltermodule 6 werden über Befestigungskörper 28 in der Inverteranordnung 1 befestigt. Die Befestigungskörper 28 sind als Leisten ausgebildet und weisen Befestigungsaufnahmen 29 zur Aufnahme der Positionierlaschen 27 auf. Die Befestigungsaufnahmen 29 sind korrespondierend zu den Positionierlaschen 27 ausgebildet.
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Die Befestigungskörper 28 weisen mechanische Schnittstellen 30 auf, wobei die mechanischen Schnittstellen 30 ausgebildet sind, den Befestigungskörper 28 bei der Montage in der negativen Z-Richtung zu befestigen und bei der Befestigung in diese Richtung zu ziehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die mechanischen Schnittstellen 30 als Durchgangsöffnungen ausgebildet, so dass Schraubmittel eingeführt werden, welche die Befestigungskörper 28 in Richtung der negativen Z-Richtung befestigen. Die Befestigungsaufnahmen 30 sind so ausgebildet, dass diese eine Befestigungskraft in negative Z-Richtung übertragen können, wobei bei der Montage die Schaltermodule 6 in die negative Z-Richtung gezogen werden, so dass zum einen die Kühlanschlüsse 19 angeschlossen werden und zum andern die Anschlüsse 7, 8 über die jeweiligen Kontaktflächen 14, 16 auf die jeweiligen Gegenkontaktflächen 15, 17 gepresst werden, um den elektrischen Kontakt herzustellen oder zu verbessern.
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Wie sich aus den 6 a, b ergibt, ist eines der Schaltermodule 6 mit einer High-Side-Schalteinrichtung und eines der Schaltermodule 6 mit einer Low-Side-Schalteinrichtung ausgestattet. Um eine Fehlmontage zu vermeiden, sind die Positionierlaschen 27 bzw. die Befestigungsaufnahmen 29 spiegelverkehrt zueinander ausgebildet, so dass im Sinn der Fehlervermeidung „Poka Yoke“ nur passende Schaltermodule 6 montiert werden können.
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In den 7 a, b ist eine alternative Bauform für die Schaltermodule 6 gezeigt. In dieser alternativen Ausgestaltung sind die Schaltermodule 6 jeweils als Halbbrücken ausgebildet und weisen jeweils zwei Schaltereinrichtungen 12, nämlich eine High-Side-Schaltereinrichtung und eine Low-Side-Schaltereinrichtung auf. Ferner umfasst das Schaltermodul 6 zwei Keramik-Kupfer-Platinen 21, wobei die Kühleinrichtung 18 zwischen den zwei Keramik-Kupfer-Platinen 21 angeordnet ist. Auf jeder der Keramik-Kupfer-Platine 21 ist eine der Schalteinrichtungen 12 angeordnet. Nicht dargestellt ist die Positionierkörper 26, welcher jedoch noch aufgesetzt werden kann. Das Schaltermodul 6 weist zwei Eingangsanschlüsse 7 auf, so dass dieser mit DC+ und DC- der Zwischenkreiskondensatoreinrichtung 4 verbunden werden kann. Allerdings weist das Schaltermodul 6 nur einen Ausgangsanschluss 8 zur elektrischen Verbindung mit einem der Phasenausgänge 5a, b, c auf. Jede der Keramik-Kupfer-Platinen 21 weist einen eigenen Steuer- und/oder Messanschluss 22 auf, welche sich jedoch mit den Pins 23 gemeinsam in die Z-Richtung erstrecken.
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Somit wird in den 7a, b ein alternativer Aufbau einer Halbbrückenanordnung gezeigt, die nur aus einem Baustein besteht. Hierbei werden die Halbleiter der Highside auf der einen Seite und die Halbleiter der Lowside auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet. Jede Seite verfügt im Bereich des Kühlers über eine eigene Kühlfläche, welche parallel geschaltet vom Kühlmittel durchflossen werden. Die AC-Lasche als Ausgangsanschluss 8 verbindet die beiden topologischen Schalter innerhalb der Anordnung zu einer elektrischen Halbbrücke und führt diese nach außen. Neben den dargestellten Steuer- und Messanschlüssen 22 können weitere angeordnet werden, so wie es in den vorhergehenden Figuren beschrieben wurde. In der Halbbrückenanordnung können ebenso Positionierlaschen 27 für eine Orientierung und Befestigung vorgesehen werden.
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Das Schaltermodul 6 ermöglicht die Nutzung der dritten Dimension, um den notwendigen Bauraum von Seiten der Leistungshalbleiter der Inverteranordnung 1 zu minimieren.
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Das Schaltermodul 6 zeichnet sich dadurch aus, dass
- - Ein oder mehrere Leistungshalbleiter (Dies) als Schalteinrichtungen 12 je Schaltermodul 6 in der Y-Z-Ebene angeordnet werden,
- - das Schaltermodul 6 auf gegenüberliegenden Seiten in der Y-Richtung über die Leistungsanschlüsse für Drain und Source verfügt,
- - das Schaltermodul 6 mit der Kühleinrichtung 18 über eine integrierte Fluidkühlung verfügt, welche ihren Zu- und Ablauf in negativer Z-Richtung hat und
- - das Schaltermodul 6 über Steuer- und Messanschlüsse (z.B. Drain, Gate, Kelvin-Source, Power-Source) in positiver Z-Richtung verfügt,
- - das Schaltermodul 6 über Befestigungspunkte (z.B. Positionierlaschen 27) zur Montage verfügt.
- - Es können neben zwei parallelen Leistungshalbleitern auch eine andere Anzahl parallel eingesetzt werden.
- - Es können verschiedene Leistungshalbleiter, zB. Si-IGBT, SiC-Mosfet, SiC Kaskode, GaN?, in der Chipanordnung eingesetzt werden.
- - Es können mehrere unterschiedliche Halbleitertypen gleichzeitig innerhalb des Inverteraufbaus eingesetzt werden, z.B. Si-IGBT und SiC-Mosfet.
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In dem Schaltermodul 6 können ein oder mehrere Leistungshalbleiter als Schalteinrichtungen 12 parallel eingesetzt werden, wie in Bild 5 a, b wenn statt der Diodeneinrichtung 13 eine zweite Schaltereinrichtung 12 verwendet wird, so dass beispielhaft zwei SiC-Mosfets als Schaltereinrichtungen 12 eingesetzt werden. Des Weiteren können auch mehrere Leistungshalbleiterelemente zu einem topologischen Schalter angeordnet werden, z.B. Si-IGBT + Diode (beispielhaft in Bild 5a dargestellt) oder SiC-Kascode. In dem Schaltermodul 6 werden gemeinsame Steuer- und Messanschlüsse für alle Halbleiter eines Schaltermoduls 6 nach oben geführt. Diese könnten alternativ auch für jeden Halbleiter einzeln ausgeführt werden.
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Die 8 a, b, c zeigen unterschiedliche Ausführungsformen für die Gestaltung der Keramik-Kupfer-Platine 21.
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Die Schaltereinrichtung 12 sowie optional ergänzend die Diodeneinrichtung 13 werden auf einer DBC (Isolationskeramik) als Keramik-Kupfer-Platine 21 angeordnet, welche den Drain mit den Halbleitern, also mit der Schaltereinrichtung 12 und optional ergänzend der Diodeneinrichtung 13 verbindet. Die Halbleiterelemente, also die Schaltereinrichtungen 12 und optional ergänzend die Diodeneinrichtung 13, werden wie in den vorhergehenden Figuren auf Kupferabschnitten der Keramik-Kupfer-Platine 21 aufgebracht.
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Die Keramik-Kupfer-Platine 21, insbesondere die DBC, kann ebenso die Positionierung der Steuer- und Messanschlüsse 22 übernehmen. An dieser Stelle muss die Kupferbeschichtung der Keramik-Kupfer-Platine 21 in mehrere Teile unterteilt werden (8a). Alternativ können diese als Teil des Leadframes auch ohne Berührung der DBC angeordnet werden (8b). Der Eingangsanschluss 7 wird z. b. in den 5a, b, c nicht mit der Kupferbeschichtung der Keramik-Kupfer-Platine 21/DBC verbunden. Dies kann in einer alternativen Anordnung realisiert werden, wie in 8a gezeigt wird, wobei dann noch eine Verbindung, z.B. über Bond-Drähte, zwischen der dem Eingangsanschluss und den Source Kontakten der Halbleiter, insbesondere der Schalteinrichtung 12 und/oder der Diodeneinrichtung 13 benötigt. Die Mess- und Steueranschlüsse 22, die nicht über die Kupferbeschichtung der Keramik-Kupfer-Platine 21/DBC mit ihrem Ziel verbunden sind, werden mit nicht eingezeichneten Verbindungen mit ihren Zielen, z.B. durch Bond-Drähte, verbunden.
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Die Keramik-Kupfer-Platine 21 / DBC wird auf der Unterseite flächig mit der Kühlereinrichtung 18 durch Löten oder Sintern verbunden, um eine Wärmeübertragung in das Kühlmittel zu ermöglichen. Die Kühleinrichtung 18 verfügt in der dem Schaltermodul 6 über einen Zufluss und einen Abfluss für das Kühlmedium, welcher mit Hilfe einer Dichtung mit der Kühlung verbunden werden kann. Ergänzend verfügt die Kühlereinrichtung 18 oder ein Gehäuse über die Positionierlaschen 27, die für die Orientierung und Befestigung des Schaltermoduls 6 in einem Verbund, z.B. Inverteraufbau, benötigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Inverteranordnung
- 2
- DC-Versorgung
- 3
- AC-Versorgung
- 4
- Zwischenkreiskondensatoreinrichtung
- 5a, b, c
- Phasenausgänge
- 6
- Schaltermodule
- 7
- Eingangsanschluss
- 8
- Ausgangsanschluss
- 9a
- High-Side-Ausgänge
- 9b
- Low-Side-Ausgänge
- 10
- Grundkörper
- 11a,b
- Modulhauptseiten
- 12
- Schalteinrichtungen
- 13
- Diodeneinrichtungen
- 14
- Eingangskontaktfläche
- 15
- Eingangsgegenkontaktfläche
- 16
- Ausgangskontaktfläche
- 17
- Ausgangsgegenkontaktfläche
- 18
- Kühleinrichtung
- 19
- Kühlanschlüsse
- 20
- Gegenkühlanschlüsse
- 21
- Keramik-Kupfer-Platine
- 22
- Steuer- und/oder Messanschluss
- 23
- Pins
- 24
- Steuer-und/oder Meßplatine
- 25
- Mittelebene
- 26
- Positionierkörper
- 27
- Positionierlaschen
- 28
- Befestigungskörper
- 29
- Befestigungsaufnahmen
- 30
- mechanische Schnittstellen
