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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte, eine Leistungshalbleiterschaltzelle und ein Fahrzeug.
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Leistungshalbleiterschaltzellen umfassen zumindest einen Leistungshalbleiter, einen Gatetreiber und zusätzliche passive elektrische oder elektronische Bauteile. Mehrere Leistungshalbleiterschaltzellen werden gemeinsam genutzt, um Steuergeräte wie beispielsweise Onboard-Ladevorrichtungen oder DC-DC-Wandler auszubilden.
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Die Leistungshalbleiter werden je nach Verfügbarkeit generell von unterschiedlichen Herstellern bezogen, die jedoch bezüglich der Leistungshalbleiter voneinander abweichende Leistungshalbleiterlayouts verwenden. Es gibt also kein einheitliches (genormtes) Leistungshalbleiterlayout. Das führt dazu, dass Leiterplatten mit unterschiedlichen Layouts zur Aufnahme der bezüglich ihres Layouts voneinander abweichenden Leistungshalbleiter entwickelt, produziert und vorgehalten werden müssen, da die Verfügbarkeit der jeweiligen Leistungshalbleiter starken Schwankungen unterworfen ist.
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Alternativ kann eine Leiterplatte entsprechend einem Kombinationslayout vorgesehen sein, die Bestückungsplätze für die unterschiedlichen Leistungshalbleiterlayouts vorsieht. Dies führt jedoch zu einem erhöhten Platzbedarf wodurch eine kompakte Bauweise verhindert wird. Zudem führen die größeren Abmessungen zu längeren Leiterbahnen auf der Leiterplatte, was höhere Induktivitäten des Kommutierungs- und des Gateloops zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter nach sich zieht. Daher sind die Leistungscharakteristiken solcher Leiterplatten durch die Kompatibilität mit unterschiedlichen Leistungshalbleiterlayouts nachteilig beeinflusst.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatte, eine Leistungshalbleiterschaltzelle und ein Fahrzeug bereitzustellen mittels denen die Nachteile bekannter Ansätze ausgeräumt oder zumindest verringert werden können. Bevorzugt ist eine Kompatibilität mit unterschiedlichen Leistungshalbleiterlayouts wünschenswert ohne dass dabei der Platzbedarf über Gebühr erhöht und die Leistungscharakteristiken in unakzeptabler Weise herabgesetzt werden.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, von denen jeder für sich oder in (Sub-)Kombination Aspekte der Erfindung darstellen kann.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Leiterplatte für eine Leistungshalbleiterschaltzelle bereitgestellt. Die Leiterplatte weist eine Bestückungsseite zum Bestücken der Leiterplatte mit elektrischen oder elektronischen Komponenten und eine Lötseite zum Verlöten der elektrischen oder elektronischen Komponenten auf. Auf der Bestückungsseite sind mehrere Anschlusspads für Leistungshalbleiter derart angeordnet, dass durch paarweise zusammenwirkende Anschlusspads zumindest ein erster Bestückungsplatz und ein zweiter Bestückungsplatz ausgebildet sind. Der erste Bestückungsplatz ist eingerichtet, um einen Leistungshalbleiter eines ersten Leistungshalbleiterlayouts aufzunehmen. Der zweite Bestückungsplatz ist eingerichtet, um einen Leistungshalbleiter eines zweiten Leistungshalbleiterlayouts aufzunehmen. Das erste Leistungshalbleiterlayout und das zweite Leistungshalbleiterlayout sind voneinander verschieden. Der erste Bestückungsplatz und der zweite Bestückungsplatz überlappen einander räumlich.
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Die Leiterplatte ist also generell mit Leistungshalbleitern unterschiedlicher Leistungshalbleiterlayouts kompatibel. Dennoch weist die Leiterplatte vorteilhafte Eigenschaften auf. Die Überlappung der Bestückungsplätze bewirkt eine Reduktion des von der Leiterplatte benötigten Platzbedarfs, insbesondere gegenüber Leiterplatten, die ebenfalls mit unterschiedlichen Leistungshalbleiterlayouts kompatibel ist, deren Bestückungsplätze aber einander nicht überlappen. Dadurch, dass die Bestückungsplätze einander überlappen, können auch die Leitungslängen der Leiterbahnen auf der Leiterplatte, die genutzt werden, um die Bestückungsplätze zu kontaktieren, gegenüber einer Konfiguration mit nicht überlappenden Bestückungsplätzen verkürzt werden. Deshalb weist die Leiterplatte verglichen mit bekannten Konfigurationen von Leiterplatten mit nicht überlappenden Bestückungsplätzen reduzierte Induktivitäten der Leiterbahnen auf. Folglich sind die Leistungscharakteristiken der Leiterplatte und der darauf montierten Leistungshalbleiter gegenüber Leiterplatten mit nicht überlappenden Bestückungsplätze verbessert. Die so ausgebildete Leiterplatte ermöglicht dank ihrer reduzierten Abmessungen (gegenüber einer Konfiguration mit nicht überlappenden Bestückungsplätzen) eine kompakte Bauweise von elektronischen Komponenten, in welche die Leiterplatte eingefügt wird.
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Unter einem Anschlusspad wird vorliegend eine Gruppe von Anschlusspins verstanden, die auf der Bestückungsseite oder der Lötseite der Leiterplatte ausgebildet sind und zur Kopplung mit dem Leistungshalbleiter eingerichtet sind, insbesondere zur Kopplung mit Kontaktanschlüssen des Leistungshalbleiters. Die Anschlusspins sind in der Regel gruppiert entlang zumindest einer Dimension oder entlang zweier Dimensionen (entsprechend einem kartesischen Koordinatensystem). Insbesondere können mittels der Anschlusspins dem Leistungshalbleiter ausgehend von Leiterbahnen der Leiterplatte Signale zur Verfügung gestellt werden oder von dem Leistungshalbleiter Signale empfangen werden, die dann mittels der Leiterbahnen auf der Leiterplatte geführt werden.
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Unter einem Leistungshalbleiter wird vorliegend ein elektronisches Bauteil verstanden, das basierend auf einem Eingangssignal ein verstärktes Ausgangssignal bereitstellen kann, insbesondere in Bezug auf eine Spannungsamplitude oder eine Stromstärke. Der Leistungshalbleiter ist insofern ein aktives elektrisches Bauteil. Die jeweilige Verstärkung des Leistungshalbleiters wird typischerweise über ein Steuersignal geregelt. Eine beispielhafte Ausbildung des Leistungshalbleiters kann ein Feldeffekttransistor sein, dessen Gatespannung genutzt werden kann, um einen Verstärkungsfaktor zu definieren.
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Unter einem Leistungshalbleiterlayout wird vorliegend die räumliche Ausbildung des Leistungshalbleiters verstanden. Die räumliche Ausbildung umfasst dabei nicht nur die Abmessungen des Leistungshalbleiters (Länge, Breite und Höhe) selbst, sondern auch die Anordnung, Position, Abmessungen und Anzahl der Kontaktanschlüsse des jeweiligen Leistungshalbleiters. Ebenfalls sind dabei die Signale zu berücksichtigen, die an den jeweiligen Kontaktanschlüssen anzulegen sind oder die von den jeweiligen Kontaktanschlüssen bereitgestellt werden.
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Unter einer räumlichen Überlappung kann vorliegend verstanden werden, dass die Bestückungsplätze entlang zumindest einer Dimension einander zumindest teilweise überspannen. Bevorzugt überspannen die Bestückungsplätze einander zumindest entlang zweier Dimensionen, die zueinander orthogonal orientiert sind (entsprechend einem kartesischen Koordinatensystem). Bezüglich der Leiterplatte überlappen die Bestückungsplätze einander in der Regel flächenweise. Das bedeutet, dass die von den jeweiligen Bestückungsplätzen überspannte Fläche der Bestückungsseite der Leiterplatte zumindest eine gemeinsame Teilfläche aufweist, die von beiden Bestückungsplätzen in Anspruch genommen wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Leiterplatte eine Anzahl von Anschlusspads auf, sodass die Leiterplatte mit zumindest zwei Leistungshalbleitern gleichzeitig bestückbar ist. Das bedeutet, dass die Leiterplatte unabhängig vom jeweiligen Leistungshalbleiterlayout mit zumindest zwei Leistungshalbleitern bestückt werden kann. Somit ist die Leiterplatte für eine größere Anzahl an unterschiedlichen Anwendungen einsetzbar, da für vielerlei Anwendungen eine Mehrzahl an Leistungshalbleitern notwendig ist. Die Leistungshalbleiter, mit denen eine Leiterplatte bestückt wird, weisen in der Regel das gleiche Leistungshalbleiterlayout auf. Vorteilhaft können vorliegend aber auch Leistungshalbleiter abweichender Leistungshalbleiterlayout auf der Leiterplatte montiert werden.
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Bevorzugt sind Anschlusspads, die paarweise einen ersten Bestückungsplatz ausbilden, und Anschlusspads, die paarweise einen zweiten Bestückungsplatz ausbilden, alternierend zueinander angeordnet. Das bedeutet, dass die Anschlusspads, die unterschiedlichen Bestückungsplatz-Typen entsprechend unterschiedlichen Leistungshalbleiterlayouts zugeordnet sind, abwechselnd auf der Leiterplatte angeordnet sind. Dadurch wird die Überlappung der Bestückungsplätze gewährleistet.
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In einer besonderen Ausgestaltung ist ein Leistungshalbleiter des ersten Leistungshalbleiterlayouts in einem ersten Bestückungsplatz gegenüber einem Leistungshalbleiter des zweiten Leistungshalbleiterlayouts in einem zweiten Bestückungsplatz bezüglich eines Gateanschlusses des jeweiligen Leistungshalbleiters seitenverkehrt angeordnet. Die Seitenverkehrung kann durch eine Rotation eines der Leistungshalbleiter gewährleistet werden. Dadurch können die Leiterbahnen, die benötigt werden, um den Gateanschluss des jeweiligen Leistungshalbleiters zu realisieren, vorteilhaft verkürzt werden. Zudem ist es so möglich, jeweils einheitliche räumliche Anordnungen von Anschlusspins der Anschlusspads zu nutzen, um den Gateanschluss, und optional auch den Sourceanschluss, von Leistungshalbleitern unterschiedlicher Leistungshalbleiterlayouts zu realisieren. Obwohl die Leiterplatte geeignet ist, um Leistungshalbleiter unterschiedlicher Leistungshalbleiterlayouts aufzunehmen, müssen also nicht unterschiedliche räumliche Anordnungen von Anschlusspins der verschiedenen Anschlusspads bezüglich der verschiedenen Leistungshalbleiterlayouts vorgesehen werden. In anderen Worten können für jedes Anschlusspad die primären Anschlusspins, die zur Kontaktierung des Gate-Kontakanschlusses und optional des Source-Kontaktanschlusses genutzt werden, in gleicher Weise mit den Leiterbahnen gekoppelt werden. Dadurch kann die Länge der benötigten Leiterbahnen reduziert werden. Dies führt zu einer besonders vorteilhaften Reduktion der Induktivität des Gateloops. Somit sind die Leistungscharakteristiken der Leiterplatte bzw. der montierten Leistungshalbleiter verbessert.
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Optional ist die Leiterplatte derart eingerichtet, dass in Abhängigkeit des verwendeten Leistungshalbleiterlayouts unterschiedliche Anschlusspads den Leistungshalbleiter des entsprechenden Leistungshalbleiterlayouts derart kontaktieren, sodass bei einem ersten Leistungshalbleiter ein positives Zwischenkreispotential und bei einem zweiten Leistungshalbleiter ein negatives Zwischenkreispotential abgreifbar ist. Das bedeutet, dass zwei Leistungshalbleiter verwendet werden können, um entsprechende Zwischenkreispotentiale bereitzustellen, die für verschiedene Anwendungen vorteilhaft sind, beispielsweise bei einem DC-DC-Wandler.
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Alternativ oder kumulativ weist die Leiterplatte auf der Bestückungsseite zusätzlich zumindest einen Bestückungsplatz für zumindest einen Kondensator auf. Der Kondensator kann dann vorteilhaft als Zwischenkreiskondensator nutzbar sein. Dadurch können die Leiterbahnen besonders kurz ausgebildet sein, sodass die Induktivitäten reduziert sind.
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Optional ist der Kondensator unabhängig vom verwendeten Leistungshalbleiterlayout derart kontaktierbar, dass der Kondensator als Zwischenkreiskondensator nutzbar ist. Das bedeutet, dass der Bestückungsplatz für den Kondensator insbesondere derart eingerichtet ist, dass er unabhängig vom verwendeten Leistungshalbleiterlayout ist. Dadurch wird die Komplexität der Leiterplatte bezüglich ihrer Leiterbahnen reduziert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Leistungshalbleiterschaltzelle umfassend zumindest eine Leiterplatte wie zuvor beschrieben bereitgestellt. Die Leistungshalbleiterschaltzelle umfasst einen ersten, auf der Bestückungsseite der Leiterplatte angeordneten Leistungshalbleiter und einen zweiten, auf der Bestückungsseite der Leiterplatte angeordneten Leistungshalbleiter. Der erste Leistungshalbleiter und der zweite Leistungshalbleiter sind derart kontaktiert, dass die Leistungshalbleiter als ein Zwischenkreis eingerichtet sind.
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Dadurch ist die Leistungshalbleiterschaltzelle vorteilhaft direkt für diverse Anwendungsfälle vorbereitet, beispielsweise als Stromregler einer Onboard-Ladevorrichtung.
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Optional umfasst die Leistungshalbleiterschaltzelle ferner einen auf der Bestückungsseite der Leiterplatte angeordneten Kondensator, der derart kontaktiert ist, dass der Kondensator als Zwischenkreiskondensator eingerichtet ist. Dadurch können vorteilhaft Stromschwankungen bezüglich einer nachgelagerten Last vermieden werden. Der Zwischenkreiskondensator kann derartige Stromschwankungen ausgleichen.
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Alternativ oder kumulativ ist die Leistungshalbleiterschaltzelle zur Verwendung in einer Onboard-Ladevorrichtung oder einem Stromwandler eingerichtet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein Fahrzeug mit einer Leiterplatte wie zuvor beschrieben oder einer Leistungshalbleiterschaltzelle wie zuvor beschrieben bereitgestellt. Das Fahrzeug ist ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung können zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge insbesondere Landfahrzeuge mit einer elektrischen Maschine umfassen, nämlich unter anderem Elektroroller, E-Scooter, Zweiräder, Motorräder, Dreiräder, Trikes, Quads, Gelände- und Straßenfahrzeuge wie Personenkraftwagen, Busse, Lastkraftwagen, Traktoren und andere Nutzfahrzeuge, Schienenfahrzeuge (Bahnen), aber auch Wasserfahrzeuge (Boote) und Luftfahrzeuge wie Hubschrauber, Multicopter, Propellerflugzeuge und Strahlflugzeuge, welche zumindest einen dem Vortrieb des Fahrzeugs dienenden Elektromotor aufweisen. Fahrzeuge können bemannt oder unbemannt sein. Neben reinen Elektrofahrzeugen (BEV) können auch Plug-In-Hybride (PHEV) und Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV) umfasst sein.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- - 1 eine schematische Darstellung einer Leiterplatte,
- - 2 eine schematische Darstellung von unterschiedlichen Leistungshalbleiterlayouts,
- - 3A und 3B schematische Darstellungen einer Leiterplatte mit unterschiedlichen Leistungshalbleitern,
- - 4A und 4B schematische Darstellungen der Schaltkreise der Leistungshalbleiterschaltzelle in Abhängigkeit der verwendeten Leistungshalbleiter, und
- - 5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Onboard-Ladevorrichtung.
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Alle nachstehend in Bezug auf die Ausführungsbeispiele und/oder die begleitenden Figuren offengelegten Merkmale können allein oder in einer beliebigen Unterkombination mit Merkmalen der Aspekte der vorliegenden Offenbarung, einschließlich Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen, kombiniert werden, vorausgesetzt, die sich ergebende Merkmalskombination ist für einen Fachmann auf dem Gebiet der Technik sinnvoll.
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Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeutet die Formulierung „mindestens eines von A, B und C“ beispielsweise (A), (B), (C), (A und B), (A und C), (B und C) oder (A, B und C), einschließlich aller weiteren möglichen Kombinationen, wenn mehr als drei Elemente aufgeführt sind. Mit anderen Worten, der Begriff „mindestens eines von A und B“ bedeutet im Allgemeinen „A und/oder B“, nämlich „A“ allein, „B“ allein oder „A und B“.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Leiterplatte 10. Die Leiterplatte 10 weist eine Bestückungsseite 12 und eine der Bestückungsseite 12 entgegengesetzte Lötseite 14 auf.
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2 zeigt eine schematische Darstellung von unterschiedlichen Leistungshalbleiterlayouts. Im linken Teilbild 16A ist ein erstes Leistungshalbleiterlayout 18A eines ersten Leistungshalbleiters 20A gezeigt. Im mittleren Teilbild 16B ist ein zweites Leistungshalbleiterlayout 18B eines zweiten Leistungshalbleiters 20B gezeigt.
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Die Leistungshalbleiter 20A, 20B erstrecken sich entlang zweier zueinander senkrecht angeordneter Dimensionen X und Y entsprechend einem kartesischen Koordinatensystem 22. Jeder Leistungshalbleiter 20A, 20B weist mehrere Kontaktanschlüsse 24 auf. Die Kontaktanschlüsse 24 sind generell gruppiert und, hier, in Reihen entlang der x-Richtung angeordnet. Die Kontaktanschlüsse 24 dienen zur Signalübertragung (Eingabe und Ausgabe) zwischen Leiterbahnen der Leiterplatte 10 und dem jeweiligen Leistungshalbleiter 20A, 20B.
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Die beiden Leistungshalbleiterlayouts 18A, 18B unterscheiden sich voneinander insbesondere hinsichtlich der Position des jeweiligen Gate-Kontaktanschlusses 26 relativ zum jeweiligen Source-Kontaktanschluss 28. Während beim ersten Leistungshalbleiterlayout 18A der Gate-Kontaktanschluss 26 entlang der x-Richtung entsprechend einer Draufsicht auf den Leistungshalbleiter 20A links vom Source-Kontaktanschluss 28 angeordnet ist, ist er beim zweiten Leistungshalbleiterlayout 18B entsprechend einer Draufsicht auf den Leistungshalbleiter 20B rechts vom Source-Kontaktanschluss 28 angeordnet. Das führt dazu, dass ein Bestückungsplatz der Leiterplatte 10 nicht gleichermaßen mit Leistungshalbleitern 20A, 20B der voneinander abweichenden Leistungshalbleiterlayouts 18A, 18B bestückt werden kann, denn dann würden zumindest bei einem Leistungshalbleiterlayout 18A, 18B die Kontakte vertauscht sein.
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Eventuelle Sekundärschaltkreise auf der Leiterplatte 10, die die Fehlkontaktierung kompensieren könnten, würden in den jeweiligen Schaltkreisen zu einer drastisch erhöhten Induktivität führen, was die Leistungsfähigkeit der Leistungshalbleiter 20A, 20B auf der Leiterplatte 10 unakzeptabel beeinflussen würde. In anderen Worten, um eine optimale Leistungseffizienz der bestückten Leiterplatte 10 zu erzielen, muss eine Fehlkontaktierung vermieden werden.
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Zudem sollten die Leiterbahnen auf der Leiterplatte 10 möglichst kurz sein, wodurch die Induktivität der jeweiligen Schaltkreise ebenfalls reduziert werden kann.
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Die relative Position der übrigen Kontaktanschlüsse 24 der jeweiligen Leistungshalbleiterlayouts 18A, 18B relativ zum Gate-Kontaktanschluss 26 und dem Source-Kontaktanschluss 28 spielt dagegen nur eine untergeordnete Rolle, da diese frei addressierbar sind. Insofern ist es ohne Bedeutung, wenn gemäß dem ersten Leistungshalbleiterlayout 18A ein bestimmter Kontaktanschluss 24 für eine bestimmte Funktion genutzt wird, der gemäß dem zweiten Leistungshalbleiterlayout 18B für eine abweichende Funktion genutzt wird.
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Im rechten Teilbild 16C sind die zur Kühlung der Leistungshalbleiter 20A, 20B vorgesehenen freien Kühlflächen 29 gezeigt, die unabhängig vom jeweiligen Leistungshalbleiterlayout 18A, 18B bei den abweichenden Layouts im Wesentlichen übereinstimmen.
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3A und 3B zeigen schematische Darstellungen einer Leiterplatte 10 mit unterschiedlichen Leistungshalbleitern 20A, 20B. In 3A sind zwei Leistungshalbleiter 20A eines ersten Leistungshalbleiterlayouts 18A auf der Bestückungsseite 12 der Leiterplatte 10 montiert. In 3B sind zwei Leistungshalbleiter 20B eines zweiten Leistungshalbleiterlayouts 18B auf der Bestückungsseite 12 der Leiterplatte 10 montiert.
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Zur Kontaktierung der Leistungshalbleiter 20A, 20B werden Anschlusspads 30 genutzt, die jeweils mehrere Anschlusspins 32 aufweisen. Die Anschlusspins 32 eines Anschlusspads 30 sind gruppiert, hier entlang einer Reihe in y-Richtung. Die unterschiedlichen Anschlusspads 30 sind entlang der y-Richtung auf der sich in der x-y-Ebene erstreckenden Leiterplatte 10 verteilt.
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Die Anschlusspads 30 sind derart angeordnet, dass sie paarweise Bestückungsplätze 34A, 34B für Leistungshalbleiter 20A, 20B der unterschiedlichen Leistungshalbleiterlayouts 18A, 18B bereitstellen. Um eine Platzersparnis zu ermöglichen, sind die Anschlusspads 30 zudem derart angeordnet, dass sich die unterschiedlichen Bestückungsplätze 34A, 34B zumindest teilweise überlappen, und zwar in der x-y-Ebene. In anderen Worten greifen die unterschiedlichen Bestückungsplätze 34A, 34B ineinander. Dadurch können die erforderlichen Abmessungen der Leiterplatte 10 reduziert werden, sodass ebenfalls die benötigte Leiterbahnlänge reduziert werden kann, was verringerte Induktivitäten in den unterschiedlichen Schaltkreisen ermöglicht, insbesondere dem Kommutierungsloop und dem Gateloop.
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Insbesondere sind die Anschlusspads 30 der unterschiedlichen Bestückungsplätze 34A, 34B in alternierender Weise angeordnet, also abwechselnd, hier, entlang der y-Richtung.
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Die alternierende Anordnung der Anschlusspads 30 der unterschiedlichen Bestückungsplätze 34A, 34B erlaubt zusätzlich, dass insbesondere der Gate-Kontaktanschluss 26 immer in gleicher Weise kontaktiert werden kann, unabhängig vom Leistungshalbleiterlayout 18A, 18B, sofern der jeweilige Leistungshalbleiter 20A, 20B im entsprechenden Bestückungsplatz 34A, 34B montiert wird. Vorliegend ist der Gate-Kontaktanschluss 26 der Leistungshalbleiter 20A, 20B mit einem Punkt 36 markiert. Zu sehen ist, dass der Gate-Kontaktanschluss 26 beim Leistungshalbleiter 20A des ersten Leistungshalbleiterlayouts 18A rechts von der freien Kühlfläche 29 angeordnet ist, wohingegen er beim Leistungshalbleiter 20B des zweiten Leistungshalbleiterlayouts 18B links von der freien Kühlfläche 29 angeordnet ist (in dieser Draufsicht). Durch die alternierende Anordnung der Anschlusspads 30 in Kombination mit der Rotation der Leistungshalbleiter 20A, 20B wird somit ermöglicht, dass der Gateloop immer gleich geschlossen wird. Ohne die Rotation eines der Leistungshalbleitertypen würde der Gate-Kontaktanschluss 26 ansonsten für eines der Leistungshalbleiterlayouts 18A, 18B entlang der x-Richtung am entgegengesetzten Ende des Anschlusspads 30 angeordnet sein müssen. Das würde zu einer komplexen Leiterbahnauslegung führen, um mit beiden Leistungshalbleiterlayouts 18A, 18B kompatibel sein zu können. Dies würde ebenfalls, aufgrund der erhöhten benötigten Leiterbahnlänge eine erhöhte Induktivität nach sich ziehen, die die Leistungscharakteristik der Leistungshalbleiter 20A, 20B nachteilig beeinflusst.
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Das bedeutet, dass der Gateloop vorliegend vorteilhaft immer gleich geschlossen und der Kommutierungsloop je nach verwendetem Lieferant abwechselnd geschlossen wird. Somit kann insbesondere die erforderliche Leiterbahnlänge des Gateloops reduziert werden, was zu einer Reduktion der Induktivität führt. Da das Gatesignal wesentlich zur Steuerung der Leistungshalbleiter 20A, 20B beiträgt, kann deren Leistungscharakteristik dadurch verbessert werden.
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Zu sehen ist ferner, dass auf der Bestückungsseite 12 der Leiterplatte 10 ein Bestückungsplatz für einen Kondensator 38 vorgesehen ist, der als Zwischenkreiskondensator verwendet wird. Dadurch, dass die Bestückungsplätzen 34A, 34B der Leistungshalbleiter 20A, 20B einander räumlich in der x-y-Ebene überlagern, kann der der Kondensator 38 in unmittelbarer Nähe zu beiden Bestückungsplätzen 34A, 34B angeordnet werden. Somit wird die benötigte Leiterbahnlänge nochmals reduziert, was sich vorteilhaft auf die Leistungscharakteristik des so ausgebildeten Schaltkreises auswirkt.
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Durch die Leistungshalbleiter 20A, 20B, die als ein Zwischenkreis eingerichtet sind, wird die Leistungshalbleiterschaltzelle 40 ausgebildet. Vorliegend umfasst die Leistungshalbleiterschaltzelle 40 zudem den als Zwischenkreiskondensator wirkenden Kondensator 38.
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4A und 4b zeigen schematische Darstellungen der Schaltkreise 42A, 42B der Leistungshalbleiterschaltzelle 40 in Abhängigkeit der verwendeten Leistungshalbleiter 20A, 20B.
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In 4A werden zwei Leistungshalbleiter 20A des ersten Leistungshalbleiterlayouts 18A verwendet, wohingegen in 4B zwei Leistungshalbleiter 20B des zweiten Leistungshalbleiterlayouts 18B verwendet werden.
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Die Kontaktierung der jeweiligen Leistungshalbleiter 20A, 20B ist zur besseren Übersichtlichkeit jeweils nur für einen Leistungshalbleiter 20A, 20B gezeigt. Der jeweils zweite Leistungshalbleiter 20A, 20B wird aber in entsprechender Weise kontaktiert.
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Vorliegend umfasst jedes Anschlusspad 30 elf Anschlusspins 32. Ein Vergleich zwischen den unterschiedlichen Schaltkreisen 42A, 42B zeigt, dass für den ersten Leistungshalbleiter 20A der Gate-Pin 50 und der Source-Pin 52 in gleicher Weise kontaktiert werden wie für den zweiten Leistungshalbleiter 20B. Unterschiede in der Kontaktierung bestehen lediglich hinsichtlich der sekundären Kontakt-Pingruppen 54, 56 und 58. Während die sekundäre Kontakt-Pingruppe 54 Anschlüsse für die Anschlusspins 3 - 11 des ersten Anschlusspads 30 umfasst (1 und 2 entsprechen Gate-Pin 50 und Source-Pin 52), das zur Kontaktierung des ersten Leistungshalbleiters 20A genutzt wird und die sekundäre Kontakt-Pingruppe 56 Anschlüsse für die Anschlusspins 12 - 22 des zweiten Anschlusspads 30 umfasst, das zur Kontaktierung des ersten Leistungshalbleiters 20A genutzt wird, umfasst die sekundäre Kontakt-Pingruppe 58 des zweiten Leistungshalbleiterlayouts 18B lediglich Anschlüsse für die Anschlusspins 3 - 7. Die übrigen Anschlusspins 32 können beim zweiten Leistungshalbleiterlayouts 18B unkontaktiert bleiben. Wesentlich ist, dass bei beiden Schaltkreisen 42A, 42B die primären Anschluss-Pins des Gate-Pins 50 und des Source-Pins 52 in gleicher Weise kontaktiert werden. Die Abgriffe 44, 46, 48 für die positive Zwischenkreisspannung ZW+, die Phase und die negative Zwischenkreisspannung ZW- werden in gleicher Weise realisiert. Dadurch kann die Induktivität vorteilhaft reduziert werden, so dass gute Leistungscharakteristiken erzielt werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 60 mit einer Onboard-Ladevorrichtung 62. Die Onboard-Ladevorrichtung 62 umfasst zumindest eine, in der Regel mehrere, Leistungshalbleiterschaltzelle 40 mit entsprechenden Leistungshalbleitern 20A, 20B.
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Die Onboard-Ladevorrichtung 62 ist mit einem Ladeanschluss 64 des Fahrzeugs 60 und zumindest einer Energiespeichervorrichtung 66 gekoppelt und regelt den Ladevorgang der Energiespeichervorrichtung 66, wenn eine externe Stromquelle mit dem Ladeanschluss 64 gekoppelt ist.
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In der vorliegenden Anmeldung kann auf Mengen und Zahlen Bezug genommen werden. Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind solche Mengen und Zahlen nicht als einschränkend zu betrachten, sondern als Beispiele für die möglichen Mengen oder Zahlen im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung. In diesem Zusammenhang kann in der vorliegenden Anmeldung auch der Begriff „Mehrzahl“ verwendet werden, um auf eine Menge oder Zahl zu verweisen. In diesem Zusammenhang ist mit dem Begriff „Mehrzahl“ jede Zahl gemeint, die größer als eins ist, z. B. zwei, drei, vier, fünf, usw. Die Begriffe „etwa“, „ungefähr“, „nahe“ usw. bedeuten plus oder minus 5 % des angegebenen Wertes.
