DE10230156A1 - Power semiconductor module and circuit arrangement - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit einem Gehäuse, das vom Inneren nach Außen führende elektrische Kontaktelemente aufweist, einem einen Steueranschluss und Lastanschlüsse aufweisenden steuerbaren Leistungsschalter und elektrischen Verdrahtungselementen, die jeweils den Steueranschluss und die Lastanschlüsse mit den Kontaktelementen verbinden, wobei zumindest zwei vom Inneren des Gehäuses nach außen führende, weitere Kontaktelemente vorgesehen sind, die mit mindestens einem in Reihe zu einer Laststrecke des Leistungsschalters liegenden, lastseitigen Verdrahtungselement derart verbunden sind, dass eine über der durch dieses lastseitige Verdrahtungselement gebildete lastseitigen Impedanz abfallende Spannung von Außen abgreifbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltungsanordnung mit einem solchen Leistungshalbleitermodul.The present invention relates to a power semiconductor module having a housing which has electrical contact elements leading from the inside, a controllable circuit breaker having a control connection and load connections, and electrical wiring elements which in each case connect the control connection and the load connections to the contact elements, at least two from the inside of the Further contact elements leading to the outside are provided, which are connected to at least one load-side wiring element in series with a load path of the circuit breaker such that a voltage drop across the load-side impedance formed by this load-side wiring element can be tapped from the outside. The invention further relates to a circuit arrangement with such a power semiconductor module.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul sowie eine Schaltungsanordnung mit einem solchen Leistungshalbleitermodul.The present invention relates to a power semiconductor module and a circuit arrangement with such a power semiconductor module.

Ein solches Leistungshalbleitermodul weist ein Gehäuse mit mindestens einem darin angeordneten steuerbaren Schalter auf, der über Verbindungsleitungen und Kontaktanschlüsse in dem Gehäuse von außen kontaktierbar ist. Solche steuerbaren Leistungsschalter können beliebig ausgebildet sein, d. h. es kann sich hier um einen IGBT, einen Thyristor, einen MOSFET, einen JFET, einen Bipolartransistor oder dergleichen handeln. Der Aufbau und die Funktionsweise solcher Halbleitermodule bzw. steuerbarer Schalter ist vielfach bekannt, so dass hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann. Im folgenden soll als Beispiel eines steuerbaren Leistungsschalter von einem IGBT ausgegangen werden, ohne jedoch die Erfindung auf dieses Halbleiterbauelement zu beschränken.Such a power semiconductor module has a housing with at least one controllable switch arranged therein, the over Connection lines and contact connections in the housing of Outside is contactable. Such controllable circuit breakers can be any be trained, d. H. it can be an IGBT, a thyristor, a MOSFET, a JFET, a bipolar transistor or the like act. The structure and functioning of such semiconductor modules or controllable switch is widely known, so here on one detailed description can be omitted. The following is intended as an example of a controllable circuit breaker from an IGBT are assumed, but without the invention on this semiconductor device to restrict.

Moderne Halbleitermodule, die IGBTs oder MOSFETs enthalten, sind dazu ausgelegt, immer höhere Ströme bei immer größeren Frequenzen zu schalten. Werden hohe Ströme in sehr kurzer Zeit geschaltet, kann es vorkommen, dass die über der gesteuerten Strecke des IGBTs abfallende Spannung eine zulässige Spannung überschreitet. Ursache dafür ist eine schnelle Laständerung und damit einhergehend eine große Stromänderungssteilheit dI/dt, die in den im Leistungshalbleitermodul vorhandenen parasitären Induktivitäten (Streuinduktivitäten), die unter anderem von den mit den Lastanschlüssen des Leistungsschalters verbundenen elektrische Leitungen gebildet werden, eine zusätzliche Spannung induziert. Diese zusätzliche Spannung addiert sich zu der über der gesteuerten Strecke des Leistungsschalters ohnehin anliegenden Spannung. Insbe sondere bei sehr schnellen Schaltvorgängen kann dadurch die zulässige Spannung, für die der Leistungsschalter ausgelegt ist, überschritten werden mit der häufigen Folge, dass der Leistungsschalter beschädigt oder im Extremfall auch zerstört wird.Modern semiconductor modules, the IGBTs or MOSFETs are designed to keep getting higher currents at all times higher frequencies to switch. Become high currents switched in a very short time, it can happen that over the controlled distance of the IGBT falling voltage exceeds a permissible voltage. Cause for that is a quick load change and with it a big one Current variation slope dI / dt, which in the parasitic inductances (leakage inductances) present in the power semiconductor module, the including those with the load connections of the circuit breaker connected electrical lines are formed, an additional Voltage induced. This additional Tension adds to that above the controlled route of the circuit breaker anyway Tension. Especially with very fast switching operations can thereby the permissible Tension, for the circuit breaker is designed to be exceeded with the frequent consequence that the circuit breaker is damaged or in extreme cases also destroyed becomes.

Darüber hinaus wird durch schnelle Schaltvorgänge typischerweise auch eine unerwünschte EMV-Abstrahlung hervorgerufen, die im Betrieb des Halbleitermoduls andere elektrische Komponenten in der Nähe des Halbleitermoduls negativ beeinflussen können. Hierzu existieren Standards, die festlegen, welche maximale EMV-Abstrahlung ein elektrisches oder elektronisches Halbleiterbauelement maximal aufweisen darf.In addition, through fast switching operations typically also an unwanted EMC radiation caused other electrical during operation of the semiconductor module Nearby components of the semiconductor module can negatively influence. There are standards for this which determine which maximum EMC radiation an electrical or electronic semiconductor component may have a maximum.

Eine lediglich theoretische Lösung dieses Problems besteht darin, die Streuinduktivitäten und damit die an diesen abfallende Spannung zu verringern bzw. im Idealfall zu eliminieren. In der Praxis ist dies jedoch nur bedingt bzw. gar nicht möglich, da ein Leistungsschalter naturgemäß über Verbindungsleitungen mit den Außenanschlüssen des Halbleitermoduls verbunden werden muss und diese Verbindungsleitungen geeignet dimensioniert werden müssen, um den Strom möglichst verlustarm zu führen.A purely theoretical solution to this problem consists in the leakage inductances and thus those on them reduce falling voltage or ideally eliminate it. In practice, however, this is only possible to a limited extent or not at all, because a circuit breaker naturally by means of connecting lines with the external connections of the Semiconductor module must be connected and these connecting lines must be dimensioned appropriately, to the electricity as possible to lead with little loss.

Aus diesem Grunde wird bei Leistungshalbleitermodulen typischerweise die Schaltgeschwindigkeit so begrenzt, dass die durch Streuinduktivitäten hervorgerufene Spannung sowie die EMV-Abstrahlung den Betrieb des Halbleitermoduls nicht negativ beeinflussen. Der Leistungsschalter wird über eine Ansteuerschaltung so angesteuert, dass der Laststrom bei einer verhältnismäßig geringeren Frequenz geschaltet wird. Gemäß einem bevorzugten Ansteuerkonzept wird hierzu ein Hilfsemitter verwendet, der laststromseitig zwischen einem Laststreckenanschluss des Leistungsschalters und der Streuinduktivität vorgesehen ist. Die zwischen der Last und dem Hilfsemitter des Leistungsschalters abfallende Spannung wird dann als Eingangsgröße zur Steuerung des Leistungsschalters herangezogen.For this reason, power semiconductor modules typically the switching speed is limited so that by Leakage inductances Voltage as well as the EMC radiation the operation of the semiconductor module do not affect negatively. The circuit breaker is via a control circuit controlled so that the load current at a relatively lower Frequency is switched. According to one preferred control concept, an auxiliary emitter is used for this, the load current side between a load section connection of the circuit breaker and the leakage inductance is provided. The between the load and the auxiliary emitter of the circuit breaker falling voltage is then used as an input variable to control the circuit breaker used.

Bei dem Layout des Hilfsemitters wurde dabei lediglich auf eine Mit- bzw. Gegenkopplung gegenüber dem Leistungsschalter geachtet. Gegenüber dem Lastemitter wurde lediglich auf eine möglichst niedrige Gesamtinduktivität geachtet. Für die Ansteuerung mit einer Regelung der Stromanstiegsgeschwindigkeit dI/dt wurde dann die zwischen Lastemitter und Hilfsemitter liegende Streuinduktivität für die Ansteuerung herangezogen.With the layout of the help emitter was only on a positive or negative feedback compared to the Circuit breakers respected. Opposite the load emitter was just on one if possible low overall inductance respected. For the control with a regulation of the rate of current rise dI / dt then became the one between the load emitter and the auxiliary emitter leakage inductance for the Control used.

Problematisch darin ist, dass je nach Aufbau des Leistungsmoduls die Art und die Länge der verwendeten Leitungselemente zwischen Last und Hilfsemitter, die diese Streuinduktivität bilden, typischerweise sehr unterschiedlich sind, so dass damit auch die Streuinduktivitäten für die einzelnen, in einem Modul miteinander verschalteten Leistungsschalter oder bei unterschiedlichen Modulen mehr oder weniger stark variieren. Aufgrund der unterschiedlichen Streuinduktivitäten ergibt sich auch ein unterschiedlicher Spannungsabfall an dieser Induktivität, so dass eine definierte Steuerung oder Regelung nicht oder nur bedingt möglich ist.The problem is that ever after building the power module, the type and length of the used line elements between load and auxiliary emitter, the this leakage inductance form, are typically very different, so that too the leakage inductances for the individual circuit breakers interconnected in a module or vary more or less with different modules. Due to the different leakage inductances, there is also a different one Voltage drop across this inductor, so that a defined Control or regulation is not possible or only possible to a limited extent.

In einer alternativen Anwendung können beim Einsatz eines Leistungshalbleitermoduls in einem elektrischen Motor die Ströme in den Emitterpfaden des Leistungsschalters gemessen werden und für die Ansteuerung des Leistungsschalters herangezogen werden. Hierzu wurde bislang ein zwischen dem Leistungsschalter und dem Anschluss, der mit einem negativen Versorgungspotential beaufschlagt ist, liegender externer Messwiderstand (Shunt-Widerstand) eingebaut und die daran abfallende Spannung ausgewertet. Damit ist aber keine definierte Messung der lastseitig abfallenden Spannung und damit keine definierte Einstellung des elektrischen Motors möglich.In an alternative application, the Use of a power semiconductor module in an electric motor the streams measured in the emitter paths of the circuit breaker and for control circuit breaker. So far this has been one between the circuit breaker and the connector that is connected to a negative supply potential is applied, lying external Measuring resistor (shunt resistor) installed and the falling one Voltage evaluated. But this is not a defined measurement of the falling voltage on the load side and therefore no defined setting of the electric motor possible.

Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung bereitzustellen, mittels der eine verbesserte Regelung der Spannung über der gesteuerten Strecke eines Streuinduktivitäten aufweisenden Leistungshalbleitermoduls möglich ist.The present is based on this The invention has for its object to provide an arrangement by means of an improved regulation of the voltage across the controlled path of a power semiconductor module having leakage inductances possible is.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Leistungshalbleitermodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Demgemäß ist vorgesehen:

  • – Ein Leistungshalbleitermodul mit einem Gehäuse, das vom Inneren nach Außen führende elektrische Kontaktelemente aufweist, einem einen Steueranschluss und Lastanschlüsse aufweisenden steuerbaren Leistungsschalter und elektrischen Verdrahtungselementen, die jeweils den Steueranschluss und die Lastanschlüsse mit den Kontaktelementen verbinden, wobei zumindest zwei vom Inneren des Gehäuses nach Außen führende, weitere Kontaktelemente vorgesehen sind, die mit mindestens einem in Reihe zu einer Laststrecke des Leistungsschalter liegenden, lastseitigen Verdrahtungselement derart verbunden sind, dass eine über der durch dieses lastseitige Verdrahtungselement gebildete lastseitigen Impedanz abfallende Spannung von Außen abgreifbar ist (Patentanspruch 1).
  • – Eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul, mit einer den Steueranschluss des mindestens einen Leistungsschalters ansteuernden Ansteuerschaltung, die eingangsseitig über ein weiteres Kontaktelement und die ausgangsseitig über ein erstes Kontaktelement für den Steueranschluss mit dem Leistungshalbleitermodul verbunden ist, mit einer Regelungsschaltung zur Regelung der Stromanstiegsgeschwindigkeit eines Laststromes an dem Leistungsschalter, die eingangsseitig zwischen den beiden weiteren Kontaktelementen angeordnet ist und die ausgangsseitig mit dem Steueranschluss des Leistungsschalters verbunden ist (Patentanspruch 9).
According to the invention, this object is achieved by a power semiconductor module with the features of claim 1 and a circuit arrangement with the features of claim 9. Accordingly, it is provided:
  • - A power semiconductor module with a housing which has electrical contact elements leading from the inside, a controllable circuit breaker having a control connection and load connections, and electrical wiring elements which respectively connect the control connection and the load connections to the contact elements, at least two from the inside of the housing to the outside leading, further contact elements are provided which are connected to at least one load-side wiring element in series with a load path of the circuit breaker in such a way that a voltage drop across the load-side impedance formed by this load-side wiring element can be tapped from the outside (claim 1).
  • - A circuit arrangement with a power semiconductor module, with a control circuit which controls the control connection of the at least one power switch, which is connected on the input side via a further contact element and on the output side via a first contact element for the control connection to the power semiconductor module, with a control circuit for regulating the rate of current rise of a load current the circuit breaker, which is arranged on the input side between the two further contact elements and which is connected on the output side to the control connection of the circuit breaker (claim 9).

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, einen ersten und einen zweiten Anschluss für einen ersten und einen zweiten Hilfsemitter bereitzustellen. Mit dem Herausführen der beiden Hilfsemitteranschlüsse ist es möglich, die parasitäre Impedanz zwischen den beiden Anschlüssen exakt festzulegen, nämlich genau auf den Leitungsabschnitt, der von den beiden Hilfsemittern abgeklemmt wird. Die zwischen den beiden Hilfsemittern liegende parasitäre Impedanz ist somit unabhängig vom jeweils anderen Hilfsemitter und vom Lastemitter einstellbar, da der abgeklemmte Leitungsabschnitt und damit der Wert der parasitären Induktivität exakt bekannt sind.The basis of the present invention idea lies in connecting a first and a second for one to provide first and a second auxiliary emitter. By bringing out the two auxiliary emitter connections is it possible that parasitic Specify the impedance between the two connections precisely, namely precisely on the line section that is pinched off by the two auxiliary emitters becomes. The parasitic impedance between the two auxiliary emitters is therefore independent adjustable from the other auxiliary emitter and from the load emitter, since the disconnected line section and thus the value of the parasitic inductance exactly are known.

Der besondere Vorteil dieser Anordnung besteht darin, für jeden einzelnen Leistungsschalter innerhalb eines Leistungshalbleitermoduls weitestgehend den gleichen Wert der parasitären Impedanz für eine Strommessung, die die Grundlage für eine nachfolgende Regelung bildet, bereitzustellen. Für den Fall, dass verschiedene Leistungshalbleitermodule vorliegen, könnte der zweite Hilfsemitter stets so angebunden werden, dass eine einheitliche Ansteuerung aller Leistungsschalter bzw. eine einheitliche Stromauswertung für alle Leistungsmodule verwendet wird, sofern dies aus Platzgründen möglich ist.The particular advantage of this arrangement is for each individual circuit breaker within a power semiconductor module largely the same value of the parasitic impedance for a current measurement, which is the basis for forms a subsequent regulation. In the case, that different power semiconductor modules are available, the second auxiliary emitters are always connected in such a way that a uniform Control of all circuit breakers or a uniform current evaluation for all Power modules are used, if this is possible for reasons of space.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die parasitäre Impedanz resistiv und beispielsweise durch einen Shunt-Widerstand ausgebildet. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die parasitäre Impedanz induktiv und beispielsweise durch eine Streuinduktivität ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Streuinduktivität sich aus einem definierten Leitungsabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Hilfsemitter ergibt.In an advantageous embodiment the invention is the most parasitic Resistive impedance and, for example, a shunt resistor educated. In a further advantageous embodiment, the parasitic Impedance inductively and, for example, formed by a leakage inductance. It is particularly advantageous if this leakage inductance emerges a defined line section between the first and the second auxiliary emitter results.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Leistungsschalter als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder als Thyristor ausgebildet. Bei als IGBT ausgebildeten Halbleiterbauelementen ist das Problem der Streuinduktivitäten aufgrund der sehr hohen zu schaltenden Strömen und der hohen Frequenzen besonders gravierend und die erfindungsgemäße Lösung daher besonders vorteilhaft.In a further advantageous embodiment the circuit breaker as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or designed as a thyristor. For semiconductor components designed as IGBT is the problem of leakage inductance due to the very high currents to be switched and the high frequencies are particularly serious and therefore the solution according to the invention particularly advantageous.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Leistungsschalter als Leistungs-MOSFET oder als Leistungs-JFET ausgebildet.In a further advantageous embodiment the circuit breaker as a power MOSFET or as a power JFET educated.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Regelschaltung zur Regelung der Stromanstiegsgeschwindigkeit dI/dt vorgesehen. Eingangsseitig ist diese Regelschaltung zwischen den beiden Hilfsemitteranschlüssen angeordnet und greift somit die über der parasitären Impedanz abfallende Spannung ab. Ausgangsseitig erzeugt die Regelschaltung ein Ansteuersignal, welches dem Ansteuersignal einer Ansteuerschaltung, die den Schaltungszustand des Leistungsschalters steuert, überlagert wird.In an advantageous embodiment is a control circuit for regulating the rate of current rise dI / dt provided. On the input side, this control circuit is between the two auxiliary emitter connections arranged and thus engages the the parasitic Voltage drop. The control circuit generates on the output side a control signal which corresponds to the control signal of a control circuit, which controls the circuit state of the circuit breaker, superimposed becomes.

In einer schaltungstechnisch besonders bevorzugten Ausgestaltung kann diese Regelschaltung als einfacher Spannungsteiler, dem ein MOSFET nachgeschaltet ist, ausgebildet sein. Der Spannungsteiler erfasst dabei die Spannung über der parasitären Impedanz und steuert ausgehend davon den Leistungstransistor an. In einer schaltungstechnisch sehr einfachen Realisierung kann die Regelungsschaltung durch in Reihe geschaltete und gegeneinander angeordnete Dioden ausgebildet werden.In a circuit-wise particularly preferred embodiment, this control circuit can be as simple Voltage divider, which is followed by a MOSFET, is formed his. The voltage divider detects the voltage across the parasitic Impedance and controls the power transistor based on this. In a very simple implementation in terms of circuitry, the Control circuit by connected in series and against each other arranged diodes are formed.

In einer schaltungstechnisch sehr komfortablen Ausgestaltung besteht die Regelschaltung aus einem Komparator, dessen Eingänge zwischen den Hilfsemitteranschlüssen angeordnet sind und der ausgangsseitig eine programmgesteuerte Einheit ansteuert. Die programmgesteuerte Einheit, beispielsweise ein Mikrocontroller oder Mikroprozessor, erzeugt ein Ansteuersignal, welches der Treiberschaltung zugeführt wird.In a circuit-technically very convenient embodiment, the control circuit consists of a comparator, the inputs of which are arranged between the auxiliary emitter connections and which controls a program-controlled unit on the output side. The program-controlled unit, for example a microcontroller or microprocessor, he generates a drive signal which is fed to the driver circuit.

Moderne Leistungshalbleitermodule weisen eine Vielzahl von Leistungsschalter, die in dem Gehäuse eines einzigen Leistungshalbleitermoduls eingebettet sind, auf. Die Erfindung ist dann besonders vorteilhaft, wenn jeweils ein gemeinsamer Hilfsemitter vorgesehen ist, über den die Vielzahl von Leistungsschalter ausgangsseitig miteinander verbunden sind.Modern power semiconductor modules have a variety of circuit breakers in the housing of a single power semiconductor module are embedded on. The invention is particularly advantageous if there is a common auxiliary emitter is provided about the large number of circuit breakers on the output side are connected.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.Further advantageous configurations and developments of the invention are the dependent claims as well the description with reference to the drawing.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:The invention is described below of the embodiments shown in the figures of the drawing explained in more detail. It shows:

1 in einem schematischen Schaltbild ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls; 1 in a schematic circuit diagram, a first embodiment of a power semiconductor module according to the invention;

2 in einem schematischen Schaltbild ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls; 2 in a schematic circuit diagram, a second embodiment of a power semiconductor module according to the invention;

3 in einem schematischen Schaltbild ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls. 3 in a schematic circuit diagram, a third embodiment of a power semiconductor module according to the invention.

4 ein erstes Layoutbeispiel eines Leistungshalbleitermoduls mit einer Induktivität; 4 a first layout example of a power semiconductor module with an inductor;

5 ein zweites Layoutbeispiel eines Leistungshalbleitermoduls mit einem widerstand; 5 a second layout example of a power semiconductor module with a resistor;

6 ein drittes Layoutbeispiel eines Leistungshalbleitermoduls mit einer Induktivität und einem Widerstand; 6 a third layout example of a power semiconductor module with an inductor and a resistor;

7 ein viertes Layoutbeispiel eines Leistungshalbleitermoduls mit einer Induktivität und einem Widerstand; 7 a fourth layout example of a power semiconductor module with an inductor and a resistor;

8 ein Layoutbeispiel eines bekannten Leistungshalbleitermoduls. 8th a layout example of a known power semiconductor module.

In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern nichts anderes angegeben ist – mit gleichen Bezugszeichen versehen worden.In all figures of the drawing are same or functionally identical elements - unless otherwise stated is with have been provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einem schematischen Schaltbild ein erstes, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls. 1 shows a schematic circuit diagram of a first, particularly preferred embodiment of a power semiconductor module according to the invention.

In 1 ist mit Bezugszeichen 1 das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul bezeichnet. Das Leistungshalbleitermodul weist ein in 1 lediglich gestrichelt dargestelltes Gehäuse 2 auf. In diesem Gehäuse 2 sind mehrere Anschlusselemente 37, auf die später noch detailliert eingegangen wird, vorgesehen. Über die Anschlusselemente 37 ist das Leistungshalbleitermodul 1 von außen kontaktierbar. Das Leistungshalbleitermodul 1 weist ein oder mehrere steuerbare Leistungsschalter 10, von denen der besseren Übersicht wegen in 1 lediglich einer dargestellt ist, auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der steuerbare Leistungsschalter 10 als Insulated-Gate Bipolar Transistor, nachfolgend kurz als IGBT bezeichnet, ausgebildet. Ein IGBT weist bekanntlich einen als Gateanschluss G ausgebildeten Steueranschluss sowie zumindest zwei Lastanschlüsse, die bei einem IGBT bekanntlich als Kollektoranschluss C und Emitteranschluss E ausgebildet sind, auf. Der Gateanschluss G sowie die Kollektor- und Emitteranschlüsse C, E sind über elektrische Verbindungsleitungen mit den Kontaktanschlüssen 3, 4, 5 verbunden. Die Verbindungsleitung 11' zwischen dem Emitteranschluss E und dem Kontaktanschluss 5 definiert eine parasitäre Impedanz 11, die im Ausführungsbeispiel in 1 als In duktivität 11 dargestellt ist. Die Induktivität 11 stellt die Streuinduktivität 11 dar.In 1 is with reference numerals 1 referred to the power semiconductor module according to the invention. The power semiconductor module has an in 1 only dashed housing 2 on. In this case 2 are several connection elements 3 - 7 , which will be discussed in detail later. About the connection elements 3 - 7 is the power semiconductor module 1 contactable from outside. The power semiconductor module 1 has one or more controllable circuit breakers 10 , of which for the sake of clarity 1 only one is shown. In the present exemplary embodiment, the controllable circuit breaker is 10 as an insulated gate bipolar transistor, hereinafter referred to as IGBT. An IGBT is known to have a control connection formed as a gate connection G and at least two load connections which are known to be designed as a collector connection C and emitter connection E in an IGBT. The gate connection G and the collector and emitter connections C, E are connected to the contact connections via electrical connecting lines 3 . 4 . 5 connected. The connecting line 11 ' between the emitter connection E and the contact connection 5 defines a parasitic impedance 11 which in the exemplary embodiment in 1 as inductance 11 is shown. The inductance 11 represents the leakage inductance 11 represents.

Ferner ist eine Ansteuerschaltung 12 zur Ansteuerung des Leistungsschalters 10 vorgesehen.There is also a control circuit 12 to control the circuit breaker 10 intended.

Erfindungsgemäß weist das Leistungshalbleitermodul 1 in 1 zwei zusätzliche Außenanschlüsse 6, 7 auf. Der Kontaktanschluss 6, der direkt mit dem Emitter E und der Kontaktanschluss 7, der über die parasitäre Induktivität 11 mit dem Emitter E verbunden sind, bilden Hilfsemitteranschlüsse 6, 7. Diese beiden Anschlüsse 6, 7 sind zum einen mit dem emitterseitigen Bereich und zum anderen mit dem lastseitigen Bereich der Verbindungsleitung 11 verbunden.According to the invention, the power semiconductor module 1 in 1 two additional external connections 6 . 7 on. The contact connection 6 that is directly connected to the emitter E and the contact connector 7 that about the parasitic inductance 11 are connected to the emitter E, form auxiliary emitter connections 6 . 7 , These two connections 6 . 7 are on the one hand with the emitter-side area and on the other hand with the load-side area of the connecting line 11 connected.

Der Eingang 22 der Ansteuerschaltung 12 ist mit dem Anschluss 6 verbunden. Der Ausgang 23 der Ansteuerschaltung 12 ist über einen Vorwiderstand 13 mit dem Kontaktanschluss 3 und damit mit dem Steueranschluss G des IGBTs 10 verbunden.The entrance 22 the control circuit 12 is with the connection 6 connected. The exit 23 the control circuit 12 is through a series resistor 13 with the contact connector 3 and thus with the control port G of the IGBT 10 connected.

Die Schaltungsanordnung in 1 weist ferner eine Regelungsschaltung 14 zur Regelung der Stromanstiegsgeschwindigkeit dI/dt auf. Die Regelungsschaltung 14 ist außerhalb des Gehäuses 2 des Leistungshalbleitermoduls 1 angeordnet und an das Leistungshalbleitermoduls 1 über die Anschlüsse 6, 7 angekoppelt. Die Regelungsschaltung 14 enthält einen Spannungsteiler 15 bestehend aus zwei widerständen, einen als MOSFET ausgebildeten steuerbaren Schalter 16 sowie eine Zenerdiode 17. Der Spannungsteiler 15 ist zwischen den mit den Kontaktanschlüssen 6, 7 der Hilfsemitter verbundenen Verbindungsleitungen 18, 19 angeordnet. Am Mittelabgriff 20 des Spannungsteilers 15 ist ein Ansteuersignal U20 zur Ansteuerung des MOSFETs 16 abgreifbar. Ausgangsseitig ist der MOSFET 16 über die Zenerdiode 17 und dem Vorwiderstand 13 mit dem Steueranschluss G des IGBTs 10 verbunden.The circuit arrangement in 1 also has a control circuit 14 to regulate the rate of current rise dI / dt. The control circuit 14 is outside the case 2 of the power semiconductor module 1 arranged and to the power semiconductor module 1 over the connections 6 . 7 coupled. The control circuit 14 contains a voltage divider 15 Consists of two resistors, a controllable switch designed as a MOSFET 16 and a zener diode 17 , The voltage divider 15 is between those with the contact connections 6 . 7 the connecting lines connected to the auxiliary emitter 18 . 19 arranged. At the center tap 20 of the voltage divider 15 is a drive signal U20 for driving the MOSFET 16 tapped. The MOSFET is on the output side 16 via the zener diode 17 and the series resistor 13 with the control port G of the IGBT 10 connected.

In 1 erfasst der Spannungsteiler 15 die über der parasitären Induktivität 11 abfallende Spannung U6–U7. Das von dem MOSFET 16 ausgangsseitig bereitgestellte Signal U16 wird dem ausgangsseitig von der Ansteuerschaltung 12 bereitgestellten Signal U12 überlagert und dem Steuereingang G des Leistungsschalters 10 zugeführt.In 1 the voltage divider detects 15 that over the parasitic inductance 11 falling voltage U6 – U7. That from the MOSFET 16 Signal U16 provided on the output side becomes the output side of the control circuit 12 provided signal U12 superimposed and the control input G of the circuit breaker 10 fed.

2 zeigt in einem schematischen Schaltbild ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls. 2 shows in a schematic circuit picture a second embodiment of a power semiconductor module according to the invention.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 1 besteht hier die Regelungsschaltung 14 lediglich aus zwei in Reihe geschalteten Zenerdioden 17, 21, die gegeneinander angeordnet sind. Der Eingang 22 dieser Diodenreihenschaltung 17, 21 ist dabei mit dem zweiten Hilfsemitteranschluss 7 verbunden, während der Ausgang 25 mit dem Ausgang 23 der Ansteuerschaltung 12 verbunden ist. Jeweils eine Diode 17, 21 dient dabei der Einstellung der Schaltflanken des Leistungsschalters 10 bei einem Einschalt- bzw. bei einem Ausschaltvorgang.In contrast to the embodiment in 1 there is the control circuit here 14 only from two Zener diodes connected in series 17 . 21 that are arranged against each other. The entrance 22 this diode series connection 17 . 21 is with the second auxiliary emitter connection 7 connected while the exit 25 with the exit 23 the control circuit 12 connected is. One diode each 17 . 21 serves to set the switching edges of the circuit breaker 10 during a switch-on or switch-off process.

3 zeigt in einem schematischen Schaltbild ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Leistungshalbleitermoduls. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of an inventive arrangement of a power semiconductor module.

Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 ist hier zwischen den Hilfsemitteranschlüssen 6, 7 eine als Shunt-Widerstand 30 ausgebildete Impedanz vorgesehen. Die Regelungsschaltung 14 besteht hier aus einem Komparator 31 und einer programmgesteuerten Einheit 32. Die programmgesteuerte Einheit 32 kann beispielsweise als Mikrocontroller oder Mikroprozessor, die jeweils eine CPU enthält, ausgebildet sein. Der Komparator 31 ist eingangsseitig mit den Kontaktanschlüssen 6, 7 der beiden Hilfsemitter verbunden. Der Ausgang 33 des Komparators 31 ist mit einem Eingang des Mikrocontrollers 32 verbunden. Über eine Verbindungsleitung 34 steuert der Mikrocontroller 32 wiederum die Ansteuerschaltung 12 an. Es wäre auch denkbar, dass der Mikrocontroller Bestandteil der Ansteuerschaltung 12 oder umgekehrt ist.In contrast to the embodiments of the 1 and 2 is here between the auxiliary emitter connections 6 . 7 one as a shunt resistor 30 trained impedance provided. The control circuit 14 here consists of a comparator 31 and a program-controlled unit 32 , The program-controlled unit 32 can be designed, for example, as a microcontroller or microprocessor, each of which contains a CPU. The comparator 31 is on the input side with the contact connections 6 . 7 of the two auxiliary emitters connected. The exit 33 of the comparator 31 is with an input of the microcontroller 32 connected. Via a connecting line 34 controls the microcontroller 32 again the control circuit 12 on. It would also be conceivable for the microcontroller to be part of the control circuit 12 or vice versa.

Der Komparator 31 vergleicht die an den Hilfsemitteranschlüssen 6, 7 anliegende Potentiale U6, U7 und erzeugt in Abhängigkeit von der Potentialdifferenz U6–U7 ein Signal U31, welches der programmgesteuerten Einheit 32 zugeführt wird. In Abhängigkeit von der von dem Komparator 21 erfassten Potentialdifferenz U6–U7 und der Ansteuerlogik der Ansteuerschaltung 12. wird am Ausgang 23 der Ansteuerschaltung 12 ein Ansteuersignal U12 bereitgestellt. Dieses dient der Ansteuerung des Leistungsschalters 10.The comparator 31 compares that on the auxiliary emitter connections 6 . 7 applied potentials U6, U7 and, depending on the potential difference U6-U7, generates a signal U31, which is sent to the program-controlled unit 32 is fed. Depending on that of the comparator 21 detected potential difference U6-U7 and the control logic of the control circuit 12 , will be at the exit 23 the control circuit 12 a control signal U12 provided. This is used to control the circuit breaker 10 ,

Die Anordnung in 3 ist besonders vorteilhaft, wenn das Leistungshalbleitermodul 1 zum Schalten des Stromes IL bei einem in 3 nicht dargestellten elektrischen Motor verwendet wird. In diesem Falle wird die Regelungsschaltung 14 dazu verwendet, eine Regelschleife für den elektrischen Motor bereitzustellen, um den Regelwert gegen den Sollwert zu stellen. Insbesondere beim Anfahren eines Motor ist es erforderlich den Motorsollwert gezielt und definiert einzustellen. Mittels des definierten Mess-Widerstandes 30, der in dem Leistungshalbleitermodul 1 vorgesehen ist, und der Regelungsschaltung 14 lässt sich der Motorsollwert sehr elegant auf einen vorgegebenen Wert einstellen. Vorteilhafterweise ist hier keine eigens dafür vorgesehene externe Messeinrichtung sowie kein externer Shunt-Widerstand erforderlich.The arrangement in 3 is particularly advantageous if the power semiconductor module 1 for switching the current IL at an in 3 electric motor, not shown, is used. In this case the control circuit 14 used to provide a control loop for the electric motor to place the control value against the setpoint. Especially when starting a motor, it is necessary to set the motor setpoint in a targeted and defined manner. By means of the defined measuring resistance 30 that in the power semiconductor module 1 is provided, and the control circuit 14 the motor setpoint can be set very elegantly to a specified value. Advantageously, no specially provided external measuring device or external shunt resistor is required here.

In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde die Erfindung anhand eines als IGBT ausgebildeten Leistungsschalters erläutert. Die Erfindung sei jedoch nicht ausschließlich auf Leistungshalbleitermodule mit IGBTs beschränkt, sondern lässt sich selbstverständlich auf sämtliche Leistungshalbleitermodule mit wie auch immer ausgebildeten Leistungsschaltern, die beispielsweise als MOSFET, JFET, Thyristor, Bipolartransistor oder dergleichen ausgebildet sein können, erweitern. Darüber hinaus ließe sich die Regelschaltung 14 selbstverständlich auch durch eine beliebig andere Regel- oder Steueranordnung realisieren.In the above exemplary embodiments, the invention was explained on the basis of a circuit breaker designed as an IGBT. However, the invention is not limited exclusively to power semiconductor modules with IGBTs, but can of course also be extended to all power semiconductor modules with power switches of any kind, which can be designed, for example, as a MOSFET, JFET, thyristor, bipolar transistor or the like. In addition, the control circuit could 14 of course also by any other regulation or control arrangement.

Nachfolgend wird die Realisierung der Erfindung anhand dreier Layoutbeispiele eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls im Vergleich zu einem herkömmlichen Leistungshalbleitermodul dargestellt.Below is the realization the invention based on three layout examples of a power module according to the invention compared to a conventional one Power semiconductor module shown.

8 zeigt das bekannte Layoutbeispiel eines Leistungshalbleitermoduls 100 mit durch Leiterbahnen gebildeten parasitären Inpedanzen. Das Leistungshalbleitermodul 100 weist hier insgesamt sechs Leistungsschalter, die jeweils in einem gesonderten Chip 101106 angeordnet sind, auf. Jeweils ein Chip 101106 ist auf einem gesonderten Substratträger (DCB) 111116 gebondet. Jeweils ein Leistungsschalter ist über externe Gateanschlüsse G1–G6 und externe Emitteranschlüsse E1–E6 verbunden. 8th shows the known layout example of a power semiconductor module 100 with parasitic impedances formed by conductor tracks. The power semiconductor module 100 has a total of six circuit breakers, each in a separate chip 101 - 106 are arranged on. One chip each 101 - 106 is on a separate substrate carrier (DCB) 111 - 116 bonded. A circuit breaker is connected via external gate connections G1-G6 and external emitter connections E1-E6.

Im Unterschied dazu weist das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul 100 entsprechend 4, welches durch Leiterbahnen gebildete parasitäre Induktivitäten aufweist, neben den sechs Emitteranschlüssen E1–E6 sechs weitere Hilfsemitteraschlüsse EH1–EH2 auf. Jeweils ein erster Hilfsemitteranschluss E1–E6 kontaktiert hier einen jeweiligen Substratträger 111116, auf dem der jeweilige Leistungsschalter angeordnet ist. Jeweils ein zweiter Hilfsemitteranschluss EH1– EH6 kontaktiert den Chip 101106 des Leistungsschalters selbst. Es wird damit die Induktivität der Bonddrähte abgegriffen. 4 stellt somit eine Implementierung der Schaltungsvariante der 1 und 2 dar.In contrast to this, the power semiconductor module according to the invention has 100 corresponding 4 , which has parasitic inductances formed by conductor tracks, in addition to the six emitter connections E1-E6, six further auxiliary emitter connections EH1-EH2. A first auxiliary emitter connection E1-E6 contacts a respective substrate carrier here 111 - 116 on which the respective circuit breaker is arranged. A second auxiliary emitter connection EH1-EH6 contacts the chip 101 - 106 of the circuit breaker itself. The inductance of the bond wires is thus tapped. 4 thus represents an implementation of the circuit variant of 1 and 2 represents.

Im Unterschied dazu wird in 5 der widerstand an einer mäanderförmig ausgebildeten Leiterbahn 121126, die eine Widerstandstrecke bildet, abgegriffen. 5 stellt somit eine Implementierung der Schaltungsvariante in 3 dar. In 5 kontaktieren die ersten Hilfsemitteranschlüsse E1 –E6 wiederum einen Substratträger 111116, während die zweiten Hilfsemitteranschlüsse EH1–EH6 jeweils eine mäanderförmige Leiterbahn 121126 in der Nähe des Chips 101106 kontaktieren.In contrast, in 5 the resistance on a meandering track 121 - 126 , which forms a resistance path, tapped. 5 thus represents an implementation of the circuit variant in 3 in this 5 the first auxiliary emitter connections E1-E6 in turn contact a substrate carrier 111 - 116 , while the second auxiliary emitter connections EH1-EH6 each have a meandering conductor track 121 - 126 near the chip 101 - 106 to contact.

Das Layoutbeispiel in 6 zeigt eine Kombination der beiden Layoutbeispiele gemäß der 4 und 5, dass heißt hier wird sowohl die Induktivität der Bonddrähte sowie der Widerstand der mäanderförmigen Leiterbahn 121126 abgegriffen. Zu diesem Zweck kontaktieren die ersten Hilfsemitteranschlüsse E1–E6 den Substratträger 111116, während die zweiten Hilfsemitteranschlüsse EH1–EH6 jeweils einen Chip 101106 kontaktieren.The layout example in 6 shows a combination of the two layout examples according to the 4 and 5 that means here both the inductance of the bond wires and the resistance of the meandering conductor track 121 - 126 tapped. To the For this purpose, the first auxiliary emitter connections E1-E6 contact the substrate carrier 111 - 116 , while the second auxiliary emitter connections EH1-EH6 each have a chip 101 - 106 to contact.

Im Unterschied zu 6 ist in dem Layoutbeispiel in 7 die Impendanzstruktur schneckenförmig ausgebildet. Die Hilfsemitter E1–E6, EH1–EH6 kontaktieren dabei die Leiterbahnen 121126 in ihrem Zentrum und andererseits die Substratträger 111116.In contrast to 6 is in the layout example in 7 the impedance structure is helical. The auxiliary emitters E1-E6, EH1-EH6 contact the conductor tracks 121 - 126 in their center and on the other hand the substrate carrier 111 - 116 ,

Der besseren Übersicht wegen wurden in den vorstehenden 48 nicht sämtliche Bezugszeichen eingezeichnet.For the sake of clarity, the above have been described 4 - 8th not all reference numbers are drawn.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch das Bereitstellen von zwei zusätzlichen Hilfsemitteranschlüssen, an denen eine definierte Spannung einer lastseitigen Impedanz eines Leistungshalbleitermoduls abgreifbar ist, auf sehr einfache, jedoch nichts desto Trotz sehr effektive Weise eine definierte Regelung der Spannung über der gesteuerten Strecke eines Leistungsschalters in einem Leistungshalbleitermodul möglich ist.In summary it can be stated that by providing two additional auxiliary emitter connections which a defined voltage of a load-side impedance Power semiconductor module is tapped on very simple, however nevertheless a very effective way of a defined regulation of tension over the controlled path of a circuit breaker in a power semiconductor module possible is.

11
LeistungshalbleitermodulThe power semiconductor module
22
Gehäusecasing
3–53-5
Anschlusselemente, KontaktanschlüsseConnecting elements, contact terminals
6, 76 7
Kontaktanschlüsse der HilfsemitterContact connections of the auxiliary emitter
1010
Leistungsschalterbreakers
1111
(parasitäre) Induktivität, Streuinduktivität(Parasitic) inductance, leakage inductance
11'11 '
Verbindungsleitungconnecting line
1212
Ansteuerschaltungdrive circuit
1313
(Vor)Widerstand(Before) Resistance
1414
Regelungsschaltungcontrol circuit
1515
Spannungsteilervoltage divider
1616
MOSFET, steuerbarer SchalterMOSFET, controllable switch
1717
ZenerdiodeZener diode
18, 1918 19
Verbindungsleitungeninterconnectors
2020
Mittelabgriffcenter tap
2121
ZenerdiodeZener diode
2222
Eingang der Ansteuer-Schaltungentrance the control circuit
2323
Ausgang der Ansteuer-Schaltungoutput the control circuit
2424
Eingang der Dioden-Schaltungentrance the diode circuit
2525
Ausgang der Dioden-Schaltungoutput the diode circuit
3030
Shunt-WiderstandShunt resistor
3131
Komparatorcomparator
3232
programmgesteuerte Einheitprogrammatically unit
3333
Ausgang des Komparatorsoutput of the comparator
3434
Verbindungsleitungconnecting line
100100
LeistungshalbleitermodulThe power semiconductor module
101...106101 ... 106
Chipchip
111...116111 ... 116
Substratträgersubstrate carrier
121...126121 ... 126
Leiterbahnenconductor tracks
U6, U7U6, U7
Potential an den Hilfsemitternpotential to the help emitters
U12U12
Ausgangssignal der Ansteuerschaltungoutput the control circuit
U14U14
Ausgangssignal derRegelschaltungoutput derRegelschaltung
U16U16
Ausgangsignaloutput
U20U20
Ansteuersignalcontrol signal
U25U25
Ausgangssignal der Diodenreihenschaltungoutput the diode series connection
U31U31
Ausgangssignal des Komparatorsoutput of the comparator
G1...G6G1 ... G6
Gateanschlüssegates
E1...E6E1 ... E6
Hilfsemitterauxiliary emitter
EH1...EH6EH1 ... EH6
Hilfsemitterauxiliary emitter
GG
Gateanschlussgate terminal
Ee
Emitteranschlussemitter terminal
CC
Kollektoranschlusscollector connection
ILIL
Laststromload current

Claims (12)

Leistungshalbleitermodul 1 mit einem Gehäuse (2), das vom Inneren nach Außen führende elektrische Kontaktelemente (35) aufweist, einem einen Steueranschluss (G) und Lastanschlüsse (E, C) aufweisenden steuerbaren Leistungsschalter (10) und elektrischen Verdrahtungselementen, die jeweils den Steueranschluss (G) und die Lastanschlüsse (E, C) mit den Kontaktelementen (35) verbinden, wobei zumindest zwei vom Inneren des Gehäuses (2) nach Außen führende, weitere Kontaktelemente (6, 7) vorgesehen sind, die mit mindestens einem in Reihe zu einer Laststrecke des Leistungsschalter (10) liegenden, lastseitigen Verdrahtungselement (11') derart verbunden sind, dass eine über der durch dieses lastseitige Verdrahtungselement (11') gebildete lastseitigen Impedanz (11, 30) abfallende Spannung (U6–U7) von Außen abgreifbar ist.The power semiconductor module 1 with a housing ( 2 ), the electrical contact element leading from the inside to the outside ( 3 - 5 ), a controllable circuit breaker (A) having a control connection (G) and load connections (E, C) ( 10 ) and electrical wiring elements, each of the control connection (G) and the load connections (E, C) with the contact elements ( 3 - 5 ) connect, at least two from the inside of the housing ( 2 ) further contact elements leading to the outside ( 6 . 7 ) are provided, which are connected in series with a load path of the circuit breaker ( 10 ) lying, load-side wiring element ( 11 ' ) are connected in such a way that one over the wiring element ( 11 ' ) formed impedance on the load side ( 11 . 30 ) falling voltage (U6 – U7) can be tapped from the outside. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine lastseitige Impedanz (30) resistiv ist.Power semiconductor module according to claim 1, characterized in that at least one load-side impedance ( 30 ) is resistive. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die resistive Impedanz (30) als Shunt-Widerstand (30) ausgebildet ist.Power semiconductor module according to claim 2, characterized in that the resistive impedance ( 30 ) as a shunt resistor ( 30 ) is trained. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine lastseitige Impedanz (11) induktiv ist.Power semiconductor module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one load-side impedance ( 11 ) is inductive. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Impedanz (11) eine parasitäre Impedanz (11) ist, die aus elektrischen Verbindungsleitungen (11'), die innerhalb des Leistungshalbleitermoduls (1) mit Lastanschlüssen (E) verbunden sind, gebildet ist.Power semiconductor module according to claim 4, characterized in that the inductive impedance ( 11 ) a parasitic impedance ( 11 ), which consists of electrical connection lines ( 11 ' ) within the power semiconductor module ( 1 ) are connected to load connections (E). Leistungshalbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leistungsschalter (10) als Insulated-Gate Bipolar Transistor oder als Thyristor ausgebildet ist.Power semiconductor module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one power switch ( 10 ) is designed as an insulated gate bipolar transistor or as a thyristor. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leistungsschalter (10) als Leistungs-MOSFET oder als Leistungs-JFET ausgebildet ist.Power semiconductor module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one power switch ( 10 ) is designed as a power MOSFET or as a power JFET. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) mindestens zwei Leistungsschaltern (10) vorgesehen sind, bei denen jeweils ein weiterer Anschluss einen gemeinsamen Anschluss dieser Leistungsschalter bildet.Power semiconductor module according to one of the preceding claims, characterized in that in the housing ( 2 ) at least two circuit breakers ( 10 ) are provided, in each of which a further connection forms a common connection of these circuit breakers. Schaltungsanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer den Steueranschluss (G) des mindestens einen Leistungsschalters (10) ansteuernden Ansteuerschaltung (12), die eingangsseitig über ein weiteres Kontaktelement (6) und die ausgangsseitig über ein erstes Kontaktelement (3) für den Steueranschluss (G) mit dem Leistungshalbleitermodul (1) verbunden ist, mit einer Regelungsschaltung (14) zur Regelung der Stromanstiegsgeschwindigkeit eines Laststromes (IL) an dem Leistungsschalter (10), die eingangsseitig zwischen den beiden weiteren Kontaktelementen (6) angeordnet ist und die ausgangsseitig mit dem Steueranschluss (G) des Leistungsschalters (10) verbunden ist.Circuit arrangement with a power semiconductor module ( 1 ) according to one of the preceding claims, with a control connection (G) of the at least one circuit breaker ( 10 ) driving control circuit ( 12 ) on the input side via another contact element ( 6 ) and the output side via a first contact element ( 3 ) for the control connection (G) with the power semiconductor module ( 1 ) is connected to a control circuit ( 14 ) to regulate the rate of current rise of a load current (IL) at the circuit breaker ( 10 ) on the input side between the two other contact elements ( 6 ) is arranged and the output side with the control connection (G) of the circuit breaker ( 10 ) connected is. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsschaltung (14) einen Komparator (31) aufweist, dem ausgangsseitig eine programmgesteuerte Einheit (32) nachgeschaltet ist, der die Ansteuerschaltung (12) ansteuert.Circuit arrangement according to claim 9, characterized in that the control circuit ( 14 ) a comparator ( 31 ) has a program-controlled unit on the output side ( 32 ) which is connected to the control circuit ( 12 ) controls. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsschaltung (14) einen zwischen den weiteren Kontaktelementen (6) angeordneten Spannungsteiler (15) aufweist, dessen Mittelabgriff (20) mit einem Steueranschluss eines steuerbaren Schalters (16) verbunden ist, wobei der steuerbare Schalter (16) ausgangsseitig ein erstes Ansteuersignal (U16) zur Ansteuerung des Steueranschlusses (G) des Leistungsschalters (10) bereitstellt, welches einem von der Ansteuerschaltung (12) bereitgestellten zweiten Ansteuersignal (U12) überlagert wird.Power semiconductor module according to one of claims 9 or 10, characterized in that the control circuit ( 14 ) one between the other contact elements ( 6 ) arranged voltage divider ( 15 ), the center tap ( 20 ) with a control connection of a controllable switch ( 16 ) is connected, the controllable switch ( 16 ) a first control signal (U16) on the output side for controlling the control connection (G) of the circuit breaker ( 10 ) which is provided by the control circuit ( 12 ) provided second control signal (U12) is superimposed. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsschaltung (14) zumindest zwei antiparallel zueinander angeordnete Zenerdioden (17, 21) aufweist, wobei diese eingangsseitig mit einem der weiteren Kontaktelemente (6) und ausgangsseitig mit dem Steueranschluss (G) des Leistungsschalters (10) verbunden sind und ein erstes Ansteuersignal (U25) erzeugen, welches einem von der Ansteuerschal tung (12) bereitgestellten zweiten Ansteuersignal (U12) überlagert wird.Power semiconductor module according to one of claims 9 or 10, characterized in that the control circuit ( 14 ) at least two Zener diodes arranged antiparallel to each other ( 17 . 21 ), which is on the input side with one of the further contact elements ( 6 ) and on the output side with the control connection (G) of the circuit breaker ( 10 ) are connected and generate a first control signal (U25) which one of the control circuit ( 12 ) provided second control signal (U12) is superimposed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010030317B4 (en) * 2010-06-21 2016-09-01 Infineon Technologies Ag Circuit arrangement with shunt resistor
DE102022202702A1 (en) 2022-03-18 2023-09-21 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Electronic unit for an electrical device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10023950A1 (en) * 2000-05-16 2001-11-22 Bosch Gmbh Robert Semiconductor component with power switch connectable to load

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03263363A (en) * 1990-02-23 1991-11-22 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor device
JP2973799B2 (en) * 1993-04-23 1999-11-08 富士電機株式会社 Power transistor module
JP3454186B2 (en) * 1999-05-14 2003-10-06 株式会社日立製作所 Power converter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10023950A1 (en) * 2000-05-16 2001-11-22 Bosch Gmbh Robert Semiconductor component with power switch connectable to load

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010030317B4 (en) * 2010-06-21 2016-09-01 Infineon Technologies Ag Circuit arrangement with shunt resistor
US9661752B2 (en) 2010-06-21 2017-05-23 Infineon Technologies Ag Circuit arrangement with shunt resistor
DE102022202702A1 (en) 2022-03-18 2023-09-21 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Electronic unit for an electrical device

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