DE112013007105B4 - Leistungsumwandlungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) mit:einem Paar von Leistungshalbleiterelementen (24a, 26a), die konfiguriert sind, ein Oberarmelement (24) und ein Unterarmelement (26) zu sein, wobei sie zwischen einer Positivpolaritätselektrode (P) und einer Negativpolaritätselektrode (N) in Reihe geschaltet sind;einer Kurzschlusserfassungsschaltung (24, 70, 74, 76), die konfiguriert ist, einen Kurzschluss in dem Unterarmelement (26) zu erfassen;einem Schaltelement für ein Schmelzen (30), das konfiguriert ist, zwischen einem Positivpolaritätsseitenanschluss (C) des Oberarmelements (24) auf der Seite der Positivpolaritätselektrode (P) und einem Negativpolaritätsseitenanschluss (E) des Unterarmelements (26) auf der Seite der Negativpolaritätselektrode (N) angeordnet zu sein und angesteuert zu werden, damit der Positivpolaritätsseitenanschluss (C) mit der Negativpolaritätselektrode (N) verbunden wird, wenn der Kurzschluss erfasst wird; undeinem Unterbrechungsteil (32, 34), der konfiguriert ist, aus einem dünnen Metalldraht hergestellt zu sein, damit der Negativpolaritätsseitenanschluss (E) des Unterarmelements (26) mit der Negativpolaritätselektrode (N) verbunden wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, wobei sie insbesondere eine Leistungsumwandlungsvorrichtung betrifft, die in der Lage ist, einen elektrischen Pfad umgehend zu unterbrechen, wenn ein Unterer-Arm-Element bzw. Unterarmelement, das ein Paar von Leistungshalbleiterelementen bildet, einen Kurzschluss verursacht.
  • Hintergrund
  • Herkömmlicherweise ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bekannt gewesen, die einen elektrischen Pfad unterbricht, wenn ein Leistungshalbleiterelement einen Kurzschluss verursacht (siehe beispielsweise Druckschrift JP 2008 - 235 502 A ). In dieser Leistungsumwandlungsvorrichtung ist das Leistungshalbleiterelement mit einem Positivpolaritätsanschluss über einen dünnen Metalldraht verbunden und mit einem Negativpolaritätsanschluss über einen dünnen Metalldraht verbunden. In diesem Aufbau fließt, wenn das Leistungshalbleiterelement einen Kurzschluss verursacht, ein Überstrom, der um ein Mehrfaches bis mehrere Dutzend Male größer als der Nennstrom ist, um den dünnen Metalldraht durch eine Selbsterwärmung zu schmelzen. Folglich ist es möglich, den elektrischen Pfad umgehend zu unterbrechen, wenn das Leistungshalbleiterelement einen Kurzschluss verursacht, und ein Zirkulieren des Überstroms zu verhindern.
  • Die Druckschrift JP 2006 - 280 014 A beschreibt eine Schutzschaltung für eine Leistungseinheit. Falls eine Bootstrap-Schaltung normal arbeitet, schaltet die Bootstrap-Schaltung ein Schaltelement durch interne Kondensatoren ein oder aus, wobei das Laden und Entladen von Energie wiederholt wird. Wenn andererseits eine Diode innerhalb der Bootstrap-Schaltung kurzgeschlossen wird und die Spannung des Anschlusses einer Steuer-IC ansteigt, wird eine Diode leitend und ein Transistor wird dadurch eingeschaltet. Daher wird die Leitung zwischen Eingangs- und GND kurzgeschlossen und eine Sicherung brennt durch. Hierdurch wird die Stromversorgung des Schaltelements unterbrochen und der Betrieb des Schaltelements gestoppt.
  • Kurzzusammenfassung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Im Übrigen kann, wenn beispielsweise eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die vorstehend beschrieben ist, in einem Fahrzeug eingebaut ist, wenn das Leistungshalbleiterelement einen Kurzschluss verursacht, und eine Batterieschmelzsicherung, die bei der stromaufwärts liegenden Seite bereitgestellt ist, durchbrennt, ein Fahren durch die Batterie nicht fortgesetzt werden. Daraufhin muss, um ein Auftreten einer derartigen Situation zu vermeiden, der dünne Metalldraht zu einem Zeitpunkt geschmolzen werden, der früher ist als ein Zeitpunkt, wenn die Batterieschmelzsicherung durchbrennt, wenn das Leistungshalbleiterelement einen Kurzschluss verursacht. Auch wenn die Schmelzeigenschaft des dünnen Metalldrahtes entsprechend einem derartigen Erfordernis spezifiziert ist, ist es jedoch schwierig zu verhindern, dass der dünne Metalldraht schmilzt, wenn ein Oberwellenstrom oder Übergangsstrom in einem normalen Gebrauchsbereich der Schmelzeigenschaft erzeugt wird.
  • In Anbetracht des vorstehend Beschriebenen weist die vorliegende Erfindung eine Aufgabe auf, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die veranlassen kann, dass eine Unterbrechung des elektrischen Pfads bzw. eine Elektrischer-Pfad-Unterbrechung nur stattfindet, wenn ein Leistungshalbleiterelement einen Kurzschluss verursacht, zu einem Zeitpunkt, der früher ist als ein Zeitpunkt, wenn eine Batterieschmelzsicherung durchbrennt.
  • Mittel zur Lösung der Aufgabe
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung umfasst ein Paar von Leistungshalbleiterelementen, die als ein Oberer-Arm-Element bzw. Oberarmelement und ein Unterer-Arm-Element bzw. Unterarmelement konfiguriert sind, wobei sie in Reihe zwischen einer Positivpolaritätselektrode und einer Negativpolaritätselektrode geschaltet sind, konfiguriert sind; eine Kurschlusserfassungsschaltung, die konfiguriert ist, einen Kurzschluss in dem Unterarmelement zu erfassen; ein Schaltelement für ein Schmelzen, das konfiguriert ist, zwischen einem Positivpolaritätsseitenanschluss des Oberarmelements auf der Seite der Positivpolaritätselektrode und einem Negativpolaritätsseitenanschluss des Unterarmelements auf der Seite der Negativpolaritätselektrode angeordnet zu sein und angesteuert zu werden, um den Positivpolaritätsseitenanschluss mit der Negativpolaritätselektrode zu verbinden, wenn der Kurzschluss erfasst wird; und einen Unterbrechungsteil, der konfiguriert ist, aus einem dünnen Metalldraht hergestellt zu sein, um den Negativpolaritätsseitenanschluss mit der Negativpolaritätselektrode zu verbinden.
  • Vorteil der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Elektrischer-Pfad-Unterbrechung nur stattfinden zu lassen, wenn das Leistungshalbleiterelement einen Kurzschluss verursacht, zu einem Zeitpunkt, der früher als ein Zeitpunkt ist, wenn die Batterieschmelzsicherung durchbrennt.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 2 umfasst strukturelle Diagramme eines Leistungsmoduls, das in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet ist;
    • 3 zeigt ein Diagramm, das ein Flussdiagramm eines Beispiels einer Steuerungsroutine veranschaulicht, die in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgeführt wird;
    • 4 zeigt ein Diagramm, das eine Kennlinie eines Schaltelements für ein Schmelzen veranschaulicht, das in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet ist;
    • 5 zeigt ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das veranschaulicht, dass ein elektrischer Pfad durch Ansteuerung eines Schaltelements für ein Schmelzen, um eingeschaltet zu sein, in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterbrochen wird;
    • 6 umfasst Querschnittsdarstellungen eines Kernteils einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, bevor und nachdem ein elektrischer Pfad in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterbrochen ist; und
    • 7 zeigt ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • Nachstehend werden spezifische Ausführungsbeispiele einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • 1 veranschaulicht ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ebenso veranschaulicht 2 strukturelle Diagramme eines Leistungsmoduls, das in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet ist. Es ist anzumerken, dass 2(A) eine Draufsicht des Leistungsmoduls veranschaulicht; 2(B) veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung des Leistungsmoduls, das in 2(A) veranschaulicht ist, die entlang der Linie III-III entnommen ist; und 2(C) veranschaulicht eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Kernteils des Leistungsmoduls, das in 2(B) veranschaulicht ist.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist beispielsweise in einem elektrischen Fahrzeug oder einem Hybridfahrzeug eingebaut, wobei sie eine Vorrichtung ist, um eine Leistung einer fahrzeuginternen Batterie umzuwandeln und die Leistung einem Motor für einen Antrieb und dergleichen zuzuführen. Wie es in 1 veranschaulicht ist, umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 eine fahrzeuginterne Batterie 12, eine Verstärkerschaltung bzw. Booster-Schaltung 14 und eine Umrichterschaltung bzw. Inverter-Schaltung 16.
  • Die fahrzeuginterne Batterie 12 ist eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Wasserstoff-Batterie, die aufgeladen und entladen werden kann, wobei sie eine Hochspannungsbatterie ist, die eine Gleichstromspannung von beispielsweise 240 V ausgeben kann. Die Ausgabe der fahrzeuginternen Batterie 12 ist mit einer Batterieschmelzsicherung 18 verbunden. Die Batterieschmelzsicherung 18 ist eine Schmelzsicherung, die eine Schmelzkennlinie bzw. Schmelzeigenschaft aufweist, die in einem normalen Gebrauchsbereich der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 nicht schmilzt bzw. durchbrennt, sondern durch eine Selbsterwärmung schmilzt bzw. durchbrennt, wenn ein Strom fließt, der größer oder gleich einem Nennstrom ist.
  • Die Verstärkerschaltung 14 ist mit der fahrzeuginternen Batterie 12 über die Batterieschmelzsicherung 18 verbunden und ist eine Schaltung, um eine Eingangsspannung, die von der fahrzeuginternen Batterie 12 zugeführt wird, auf eine vorbestimmte Gleichstromspannung (beispielsweise 650 V) hochzusetzen bzw. zu verstärken. Ebenso ist die Umrichterschaltung 16 mit der Verstärkerschaltung 14 verbunden und ist eine Schaltung, um eine Gleichstromspannung, die von der Verstärkerschaltung 14 zugeführt wird, in eine Wechselstromspannung umzuwandeln. Die Umrichterschaltung 16 ist mit einer Last, wie beispielsweise einem Motor für ein Fahren, verbunden. Diese Last wird mit einer Wechselstromleistung betrieben, die von der Umrichterschaltung 16 zugeführt wird.
  • Es ist anzumerken, dass die Last, die den Motor für ein Antreiben umfasst, der vorstehend beschrieben ist, ebenso als eine Leistungserzeugungseinrichtung bzw. als ein Leistungsgenerator fungieren kann. Wenn die Last als ein Leistungsgenerator fungiert, wandelt die Umrichterschaltung 16 eine Wechselstromspannung, die von der Lastseite zugeführt wird, in eine Gleichstromspannung um, um diese der Verstärkerschaltung 14 zuzuführen. Die Verstärkerschaltung 14 transformiert die Gleichstromspannung, die von der Umrichterschaltung 16 zugeführt wird, auf eine vorbestimmte Gleichstromspannung herunter (eine Spannung, die mit der Spannung der fahrzeuginternen Batterie 12 übereinstimmt). In diesem Fall kann die fahrzeuginterne Batterie 12 die Leistung, die durch die Last erzeugt wird, speichern.
  • Die Verstärkerschaltung 14 umfasst einen Filterkondensator 20, eine Drossel 22, ein Paar von Leistungshalbleiterelementen 24 und 26 und einen Glättungskondensator 28. Der Filterkondensator 20 ist parallel zu der fahrzeuginternen Batterie 12 geschaltet und ist ein Kondensator, um die Eingangsspannung, die von der fahrzeuginternen Batterie 12 der Verstärkerschaltung 14 zugeführt wird, zu stabilisieren. Die Drossel 22 ist konfiguriert, einen Anschluss aufzuweisen, der mit dem Positivpolaritätsanschluss der fahrzeuginternen Batterie 12 verbunden ist, und einen anderen Anschluss aufzuweisen, der mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt CL zwischen dem Paar von Leistungshalbleiterelementen 24 und 26 verbunden ist. Wenn die Spannung zwischen der Seite der fahrzeuginternen Batterie 12 und der Seite der Umrichterschaltung 16 umgewandelt wird, arbeitet die Drossel 22, um die Leistung zu entladen oder zu speichern.
  • Das Paar von Leistungshalbleiterelementen 24 und 26 ist ein Oberarmelement und ein Unterarmelement, die zwischen einer Positivpolaritätselektrode P und einer Negativpolaritätselektrode N in Reihe geschaltet sind. Das Leistungshalbleiterelement 24 oder das Oberarmelement, das mit der Positivpolaritätselektrode P verbunden ist, umfasst einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) 24a, der ein Schaltelement zur Ausführung von Schaltbetrieben ist, und eine Diode 24b, die parallel zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 24a angeschlossen ist. Die Diode 24b erlaubt es, dass ein Strom von dem Emitter E zu dem Kollektor C des IGBT 24a fließt.
  • Ebenso umfasst das Leistungshalbleiterelement 26, oder das Unterarmelement, das mit der Negativpolaritätselektrode N verbunden ist, einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) 26a, der ein Schaltelement ist, um Schaltbetriebe auszuführen, und eine Diode 26b, die parallel zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 26a angeschlossen ist. Die Diode 26b ermöglicht es, dass ein Strom von dem Emitter E zu dem Kollektor C des IGBT 26a fließt. Der andere Anschluss der Drossel 22, die vorstehend beschrieben ist, ist mit dem Emitter des IGBT 24a und dem Kollektor des IGBT 26a verbunden.
  • Der Glättungskondensator 28 ist zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N angeschlossen und ist ein Kondensator, um die Spannung zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N, nämlich der Ausgabe der Verstärkerschaltung 14, zu glätten. Die Positivpolaritätselektrode P und die Negativpolaritätselektrode N sind mit der Umrichterschaltung 16 verbunden. Die Umrichterschaltung 16 wandelt die Gleichstromspannung zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N in eine Wechselstromspannung um und führt diese der Last zu, die den Motor für ein Fahren umfasst.
  • Ebenso umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 ein Schaltelement 30, das zwischen dem Positivpolaritätsseitenanschluss des Oberarmelements 24 bei der Seite der Positivpolaritätselektrode P (nämlich der Kollektor C des IGBT 24a) und dem Negativpolaritätsseitenanschluss des Unterarmelements 26 bei der Seite der Negativpolaritätselektrode N (nämlich der Emitter E des IGBT 26a) angeordnet ist. Das Schaltelement 30 ist ein Element für ein Schmelzen bzw. Durchbrennen, um den elektrischen Pfad zu unterbrechen, das angesteuert wird, um eingeschaltet zu werden, wenn das Unterarmelement 26 einen Kurzschluss verursacht. Nachstehend wird das Schaltelement 30 als das „Schaltelement für ein Schmelzen 30“ bezeichnet.
  • Das Schaltelement für ein Schmelzen 30 ist ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), der eine hohe Spannungstoleranz und eine niedrige Kapazität aufweist, der eine Spannung, die zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N erzeugt wird (beispielsweise 650 V), tolerieren kann. Das Schaltelement für ein Schmelzen 30 ist konfiguriert, einen zugehörigen Kollektor C aufzuweisen, der mit dem Positivpolaritätsseitenanschluss des Oberarmelements 24 (nämlich der Kollektor C des IGBT 24a und die Positivpolaritätselektrode P) verbunden ist, und einen zugehörigen Emitter aufzuweisen, der mit dem Negativpolaritätsseitenanschluss des Unterarmelements 26 verbunden ist (nämlich der Emitter E des IGBT 26a).
  • Zusätzlich zu einer Verbindung mit dem Negativpolaritätsseitenanschluss des Unterarmelements 26 ist der Emitter E des Schaltelements für ein Schmelzen 30 mit der Negativpolaritätselektrode N verbunden. Der Emitter E des Schaltelements für ein Schmelzen 30 und der Negativpolaritätsseitenanschluss des Unterarmelements 26 sind miteinander durch einen Bonddraht 32 verbunden, der ein dünner Metalldraht ist. Ebenso sind der Emitter E des Schaltelements für ein Schmelzen 30 und die Negativpolaritätselektrode N miteinander durch einen Bonddraht 34 verbunden, der ein dünner Metalldraht ist. Die Bonddrähte 32 und 34 sind beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder Gold hergestellt.
  • Das Oberarmelement 24 und das Unterarmelement 26 der Verstärkerschaltung 14 und das Schaltelement für ein Schmelzen 30 sind jeweilige Halbleiterelemente, die in dem Leistungsmodul 40 durch ein Harzformen eingebaut sind, wie es in 2 veranschaulicht ist, wobei sie dünne, rechteckige Halbleiterchips sind. Das Leistungsmodul 40 ist ein Modul, das durch eine Harzversiegelung in einem Zustand erzeugt wird, bei dem der IGBT 24a und die Diode 24b des Oberarmelements 24 auf einer Leiterplatine 44 platziert sind, die aus einer Metallplatte hergestellt ist. Die Leistungsmodule 40 umfassen einen Harzteil 46, der aus einem Harz hergestellt ist, wie beispielsweise ein Epoxidharz, wobei er ausgebildet ist, eine nahezu rechteckige Form aufzuweisen.
  • Das Leistungsmodul 40 weist einen Teil der Positivpolaritätselektrode P, der mit dem Positivpolaritätsseitenanschluss des Oberarmelements 24 verbunden ist (nachstehend als der „Positivpolaritätsherausrageteil 50“ bezeichnet), der nach außen herausragt; einen Teil des Negativpolaritätsseitenanschlusses des Unterarmelements 26 (nachstehend als der „Negativpolaritätsherausrageteil 52“ bezeichnet), der nach außen herausragt; und einen Teil einer Verbindungselektrode auf, die der gemeinsame Verbindungspunkt CL zwischen dem Oberarmelement 24 und dem Unterarmelement 26 ist (nachstehend als der „Verbindungsherausrageteil 54“ bezeichnet), der nach außen herausragt. Ebenso weist das Leistungsmodul 40 einen Teil einer Steuerungselektrode auf, um den IGBT 24a des Oberarmelements 24 und den IGBT 26a des Unterarmelements 26 anzutreiben und zu steuern und um einen Strom zu erfassen (nachstehend als der „Steuerungsherausrageteil 56“ bezeichnet), der nach außen herausragt.
  • In dem Leistungsmodul 40 sind der Positivpolaritätsherausrageteil 50 und der Negativpolaritätsherausrageteil 52 eng angeordnet, um benachbart zueinander zu sein. Der Positivpolaritätsherausrageteil 50 umfasst einen Hauptkörperteil 50a und einen Herausrageteil 50b, der weiter aus dem Hauptkörperteil 50a herausragt. Der Herausrageteil 50b ist auf der externen Seite der Spitze des Negativpolaritätsherausrageteils 52 angeordnet, um benachbart zu der Spitze des Negativpolaritätsherausrageteils 52 zu sein. Das Schaltelement für ein Schmelzen 30 ist auf dem Herausrageteil 50b platziert. Das Schaltelement für ein Schmelzen 30 ist auf dem Herausrageteil 50b durch ein Lötmittel oder dergleichen fixiert, sodass der Kollektor die Oberfläche des Herausrageteils 50b kontaktiert und der Emitter auf der Oberfläche freigelegt ist. Der Negativpolaritätsherausrageteil 52 und der Emitter des Schaltelements für ein Schmelzen 30 sind miteinander durch einen Bonddraht (Bonddrähte) 32 verbunden.
  • Die Negativpolaritätselektrode N ist auf der externen Seite des Herausrageteils 50b angeordnet, um benachbart zu dem Herausrageteil 50b des Positivpolaritätsherausrageteils 50 zu sein. Die Negativpolaritätselektrode N und der Emitter des Schaltelements für ein Schmelzen 30 sind miteinander durch einen Bonddraht (Bonddrähte) 34 verbunden. Der Negativpolaritätsherausrageteil 52, der Herausrageteil 50b des Positivpolaritätsherausrageteils 50 und die Negativpolaritätselektrode N sind in einem Gehäuse, das aus einem Harz hergestellt ist, wie beispielsweise ein Epoxidharz, eingeformt bzw. eingegossen. Das Schaltelement für ein Schmelzen 30 und die Bonddrähte 32 und 34 sind durch ein gallertartiges Element 60 geschützt, das in das Gehäuse 58 eingefügt ist.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 umfasst eine Ansteuerungs-IC bzw. Treiber-IC für den oberen Arm 70, um den IGBT 24a des Oberarmelements 24 anzutreiben und zu steuern, und eine Ansteuerungs-IC bzw. Treiber-IC für den unteren Arm 72, um den IGBT 26a des Unterarmelements 26 durch eine PWM anzutreiben und zu steuern. Die Treiber-IC für den oberen Arm 70 gibt ein Ansteuerungssignal an das Gate des IGBT 24a aus, um das IGBT 24a durch eine PWM-Steuerung anzusteuern. Ebenso gibt die Treiber-IC für den unteren Arm 72 ein Ansteuerungssignal an das Gate des IGBT 26a aus, um den IGBT 26a durch eine PWM-Steuerung anzusteuern.
  • In der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10, die vorstehend beschrieben ist, fließt, wenn eine Spannung von der fahrzeuginternen Batterie 12 der Drossel 22 eingegeben wird, ein Strom durch den Positivpolaritätsanschluss der fahrzeuginternen Batterie 12; die Drossel 22; die Diode 24b des Oberarmelements 24; die Positivpolaritätselektrode P; die Lastseite; die Negativpolaritätselektrode N und den Negativpolaritätsanschluss der fahrzeuginternen Batterie 12 in dieser Reihenfolge, mit dem die Drossel 22 aufgeladen wird.
  • In einem derartigen Zustand fließt, wenn der IGBT 26a des Unterarmelements 26 durch das Ansteuerungssignal von der Treiber-IC für den unteren Arm 72 angesteuert wird, um eingeschaltet zu sein, ein Strom durch den Positivpolaritätsanschluss der fahrzeuginternen Batterie 12; die Drossel 22; den IGBT 26a des Unterarmelements 26; den Bonddraht 32; den Emitter des Schaltelements für ein Schmelzen 30; den Bonddraht 34; die Negativpolaritätselektrode N; und den Negativpolaritätsanschluss der fahrzeuginternen Batterie 12 in dieser Reihenfolge, wobei die Größe bzw. Menge des Stroms linear zunimmt, während die Zeit abläuft, wobei die Drossel 22 weiter mit dem ansteigenden Strom aufgeladen wird. In diesem Fall wird der Glättungskondensator 28 entladen, um die Leistungszufuhr bei der Lastseite aufrechtzuerhalten.
  • Als Nächstes fließt, wenn der IGBT 26a des Unterarmelements 26 angesteuert wird, um ausgeschaltet zu sein, ein Strom durch den Positivpolaritätsanschluss der fahrzeuginternen Batterie 12; die Drossel 22; die Diode 24b des Oberarmelements 24; die Positivpolaritätselektrode P; die Lastseite; die Negativpolaritätselektrode N; und den Negativpolaritätsanschluss der fahrzeuginternen Batterie 12 in dieser Reihenfolge, wobei die Menge bzw. Größe des Stroms linear abnimmt, während die Zeit abläuft, wobei die Drossel 22 mit dem abnehmenden Strom weiter entladen wird.
  • Wenn diese Verarbeitung ausgeführt wird, wird die Ausgabespannung der Verstärkerschaltung 14 höher als die Ausgabespannung der fahrzeuginternen Batterie 12, der Glättungskondensator 28 wird auf diese Spannung aufgeladen und eine Leistungszufuhr zu der Lastseite wird aufrechterhalten. Danach wiederholt der IGBT 26a des Unterarmelements 26 ein Einschalten und Ausschalten, was die Verstärkerschaltung 14 veranlasst, die Spannung, die höher als die Ausgabespannung der fahrzeuginternen Batterie 12 ist, zu der Lastseite kontinuierlich auszugeben.
  • Ebenso wird, wenn die Umrichterschaltung 16 eine Wechselstromspannung, die von der Lastseite als der Leistungsgenerator zugeführt wird, in eine Gleichstromspannung umwandelt, wenn der IGBT 24a des Oberarmelements 24 durch ein Ansteuerungssignal von der Treiber-IC für den oberen Arm 70 angesteuert wird, um eingeschaltet zu sein, die Spannung an die Drossel 22, den Filterkondensator 20 und die fahrzeuginterne Batterie 12 angelegt, was verursacht, dass die Drossel 22 durch eine Spannungsdifferenz zwischen der Gleichstromspannung durch die Umrichterschaltung 16 und der Spannung des Filterkondensators 20 aufgeladen wird. In diesem Fall fließt ein Strom durch die Seite der Umrichterschaltung 16; die Positivpolaritätselektrode P; den IGBT 24a des Oberarmelements 24; die Drossel 22; und den Filterkondensator 20 sowie die fahrzeuginterne Batterie 12 in dieser Reihenfolge, wobei die Größe bzw. Menge des Stroms linear zunimmt, während die Zeit abläuft.
  • Als Nächstes wird, wenn der IGBT 24a des Oberarmelements 24 angesteuert wird, um ausgeschaltet zu sein, die Drossel 22 durch die Spannung des Filterkondensators 20, der parallel geschaltet ist, entladen. In diesem Fall fließt ein Strom durch die Drossel 22; den Filterkondensator 20 und die fahrzeuginterne Batterie 12; die Negativpolaritätselektrode N; den Bonddraht 34; den Emitter des Schaltelements für ein Schmelzen 30; den Bonddraht 32; und die Diode 26b des Unterarmelements 26 in dieser Reihenfolge, wobei die Menge bzw. Größe des Stroms linear abnimmt, während die Zeit abläuft.
  • Wenn diese Verarbeitung ausgeführt wird, wird die Ausgabespannung der Verstärkerschaltung 14 niedriger als die Gleichstromspannung durch die Umrichterschaltung 16, wobei der Filterkondensator 20 und die fahrzeuginterne Batterie 12 auf diese Spannung geladen werden. Danach wiederholt der IGBT 24a des Oberarmelements 24 ein Einschalten und Ausschalten, was die Verstärkerschaltung 14 veranlasst, kontinuierlich die Spannung, die niedriger als die Gleichstromspannung durch die Umrichterschaltung 16 ist, an die Seite der fahrzeuginternen Batterie 12 auszugeben.
  • 3 zeigt ein Diagramm, das ein Flussdiagramm eines Beispiels einer Steuerungsroutine veranschaulicht, die in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgeführt wird.
  • In der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der IGBT 24a des Oberarmelements 24 einen Erfassungsemitter bzw. Sense-Emitter SE, um einen Kollektorstrom aufzuspalten. Dieser Sense-Emitter SE weist eine Funktion auf, einen sehr kleinen Strom von dem Kollektorstrom (beispielsweise ein Strom, der mehrere Tausendstel des Gesamtemitterstroms ist) abzuspalten. Der Sense-Emitter SE ist mit einem Stromerfassungswiderstand 74 verbunden. Der Stromerfassungswiderstand 74 weist einen Widerstandswert Rs auf und weist eine Funktion auf, einen Erfassungsstrom, der in dem Sense-Emitter SE fließt, in eine Erfassungsspannung Vs umzuwandeln, nämlich eine Funktion, diese als die Emitterspannung zu extrahieren.
  • Die Erfassungsspannung Vs, die von dem Erfassungsstrom durch den Stromerfassungswiderstand 74 umgewandelt wird, wird einer Vergleichseinrichtung 76 zugeführt. Die Vergleichseinrichtung 76 ist eine Vergleichseinrichtung, die auf der Grundlage der Erfassungsspannung Vs bestimmt, ob ein Strom, der größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist (nämlich ein Überstrom), in dem elektrischen Pfad zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N fließt, und die erfasst, ob ein Kurzschluss zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N (spezifisch ein Kurzschluss, der in dem IGBT 26a des Unterarmelements 26 erzeugt wird, wenn der IGBT 24a des Oberarmelements 24 angesteuert wird, um eingeschaltet zu sein) vorhanden ist.
  • Das Ausgabesignal der Vergleichseinrichtung 76 wird der Treiber-IC für den oberen Arm 70 zugeführt. In einem Umstand, wenn ein Ansteuerungssignal an den IGBT 24a des Oberarmelements 24 ausgegeben wird, um den IGBT 24a anzusteuern, um eingeschaltet zu sein (positive Bestimmung bei Schritt 100), bestimmt die Treiber-IC für den oberen Arm 70 auf der Grundlage des Signals von der Vergleichseinrichtung 76, ob ein Strom ISE, der in dem elektrischen Pfad zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N fließt, größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ISH ist (Schritt 110). Es ist anzumerken, dass der vorbestimmte Schwellenwert ISH ein minimaler Stromwert ist, mit dem bestimmt wird, dass ein Überstrom in dem elektrischen Pfad aufgrund eines Kurzschlusses, der zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N erzeugt ist, fließt.
  • Wenn bestimmt wird, dass der Strom ISE, der in dem elektrischen Pfad zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N fließt, größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ISH ist, bestimmt die Treiber-IC für den oberen Arm 70, dass die Positivpolaritätselektrode P und die Negativpolaritätselektrode N kurzgeschlossen sind, um einen Kurzschluss in dem IGBT 26a des Unterarmelements 26 zu erzeugen, wenn der IGBT 24a des Oberarmelements 24 angesteuert wird, um eingeschaltet zu sein (Schritt 120), wobei sie ein Ansteuerungssignal erzeugt, um das Schaltelement für ein Schmelzen 30 anzusteuern, um eingeschaltet zu sein (Schritt 130).
  • Die Ausgabeseite der Treiber-IC für den oberen Arm 70 ist mit der Eingabeseite eines Photokopplers 78 verbunden. Die Treiber-IC für den oberen Arm 70 gibt das Ansteuerungssignal, das wie vorstehend beschrieben erzeugt wird, an den Photokoppler 78 aus. Die Ausgabeseite des Photokopplers 78 ist mit einer schwebenden bzw. erdungsfreien (floating) Leistungsquelle 80 verbunden und ist mit der Eingabeseite eines Photokopplers 82 verbunden. Der Photokoppler 78 ist ein Element, um das Ansteuerungssignal der Treiber-IC für den oberen Arm 70 zu einem Photokoppler 82 zu übertragen, während das Signal durch eine Verwendung von Licht elektrisch isoliert ist. Die Ausgabeseite des Photokopplers 82 ist mit der Eingabeseite der Treiber-IC für den unteren Arm 72 verbunden. Der Photokoppler 82 ist ein Element, um das Übertragungssignal von dem Photokoppler 78 zu der Treiber-IC für den unteren Arm 72 zu übertragen, während das Signal durch eine Verwendung von Licht elektrisch isoliert ist.
  • Die Treiber-IC für den unteren Arm 72 ist mit dem Gate des Schaltelements für ein Schmelzen 30 verbunden, das vorstehend beschrieben ist. Auf der Grundlage des Ansteuerungssignals der Teiber-IC für den oberen Arm 70 über die Photokoppler 78 und 82 erfasst die Treiber-IC für den unteren Arm 72 einen Kurzschluss zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N, wobei sie ein Ansteuerungssignal erzeugt, das du dem Gate des Schaltelements für ein Schmelzen 30 zuzuführen ist. Spezifisch erzeugt, wenn die Positivpolaritätselektrode P und die Negativpolaritätselektrode N einen Kurzschluss verursachen, und die Treiber-IC für den oberen Arm 70 ein Ansteuerungssignal ausgibt, um das Schaltelement für ein Schmelzen 30 anzusteuern, um eingeschaltet zu sein, die Treiber-IC für den unteren Arm 72 ein Ansteuerungssignal, um das Schaltelement für ein Schmelzen 30 anzusteuern, um eingeschaltet zu sein.
  • 4 veranschaulicht ein Diagramm, das eine Kennlinie des Schaltelements für ein Schmelzen 30 darstellt, das in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet ist. 5 zeigt ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das veranschaulicht, dass ein elektrischer Pfad durch eine Ansteuerung des Schaltelements für ein Schmelzen 30, um eingeschaltet zu sein, in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterbrochen wird. 6 veranschaulicht Querschnittsdarstellungen eines Kernteils der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10, bevor und nachdem ein elektrischer Pfad in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterbrochen ist.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gibt, nachdem ein Ansteuerungssignal erzeugt worden ist, um das Schaltelement für ein Schmelzen 30 anzusteuern, um eingeschaltet zu sein, die Treiber-IC für den unteren Arm 72 das Ansteuerungssignal an das Gate des Schaltelements für ein Schmelzen 30 aus. Zu diesem Zeitpunkt steuert die Treiber-IC für den unteren Arm 72 das Schaltelement für ein Schmelzen 30 an, um in einem Nicht-Sättigungsbereich eingeschaltet zu sein. Beispielsweise wird die Spannung zwischen dem Gate und dem Emitter des Schaltelements für ein Schmelzen 30 auf 9 V in dem Nicht-Sättigungsbereich eingestellt.
  • Wenn das Schaltelement für ein Schmelzen 30 angesteuert wird, um eingeschaltet zu sein, wie es durch Pfeile in 5 und 6(A) bezeichnet ist, fließt ein Strom durch die Positivpolaritätselektrode P; den Kollektor des Schaltelements für ein Schmelzen 30; den Emitter; den Bonddraht 34; und die Negativpolaritätselektrode N in dieser Reihenfolge. Ebenso wird, wenn das Schaltelement für ein Schmelzen 30 angesteuert wird, um in dem Nicht-Sättigungsbereich eingeschaltet zu sein, ein übermäßiger Leistungsverlust in dem Schaltelement für ein Schmelzen 30 selbst erzeugt, wobei das Schaltelement für ein Schmelzen 30 thermisch zerstört wird.
  • Wenn das Schaltelement für ein Schmelzen 30 thermisch zerstört wird, zerbricht der Bonddraht 34, der das Schaltelement für ein Schmelzen 30 mit der Negativpolaritätselektrode N verbindet, aufgrund eines Stoßes bzw. Schocks, der durch die thermische Zerstörung erzeugt wird (6(B)). Wenn der Bonddraht 34 zerbricht, wird der elektrische Pfad zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N unterbrochen. Somit wird der Kurzschluss zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N beseitigt.
  • In dieser Konfiguration müssen für ein Unterbrechen des elektrischen Pfades, um eine Elektrischer-Pfad-Unterbrechung zu implementieren, wenn der IGBT 26a des Unterarmelements 26 einen Kurzschluss verursacht, die Bonddrähte 32 und 34 zwischen dem Negativpolaritätsseitenanschluss der Seite der Negativpolaritätselektrode N des Unterarmelements 26 (nämlich der Emitter E des IGBT 26a) und der Negativpolaritätselektrode N nicht durch eine Selbsterwärmung geschmolzen werden, wobei es ausreichend ist, das Schaltelement für ein Schmelzen 30 anzusteuern, um in dem Nicht-Sättigungsbereich eingeschaltet zu sein.
  • Diesbezüglich kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schmelzeigenschaft bzw. Schmelzkennlinie der Bonddrähte 32 und 34 sowie die Schmelzeigenschaft bzw. Schmelzkennlinie der Batterieschmelzsicherung 18 ebenso auf sichere Weise in dem normalen Gebrauchsbereich enthalten sein. Folglich ist es, wenn ein Wellen- oder Übergangsstrom in einem normalen Gebrauch erzeugt wird, möglich zu verhindern, dass die Bonddrähte 32 und 34 fälschlicherweise schmelzen, wobei es möglich ist, die Toleranz der Bonddrähte 32 und 34 für einen Wellen- oder Übergangsstrom sicherzustellen.
  • Ebenso ist es in der vorstehend beschriebenen Konfiguration für eine Unterbrechung des elektrischen Pfades, um die Elektrischer-Pfad-Unterbrechung zu implementieren, wenn der IGBT 26a des Unterarmelements 26 einen Kurzschluss verursacht, ausreichend, einen Kurzschluss zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N zu erfassen, um das Schaltelement für ein Schmelzen 30 anzusteuern, um in dem Nicht-Sättigungsbereich eingeschaltet zu sein. Wenn ein Kurzschluss in dem IGBT 26a des Unterarmelements 26 erzeugt wird, wenn der IGBT 24a des Oberarmelements 24 angesteuert wird, um eingeschaltet zu sein, wird die Erzeugung des Kurzschlusses durch die Treiber-IC für den oberen Arm 70 erfasst, zu der Treiber-IC für den unteren Arm 72 über die Photokoppler 78 und 82 übertragen, wobei dann die Treiber-IC für den unteren Arm 72 das Schaltelement für ein Schmelzen 30 ansteuert, um eingeschaltet zu sein.
  • Diesbezüglich wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Elektrischer-Pfad-Unterbrechung aufgrund eines Kurzschlusses in dem IGBT 26a des Unterarmelements 26 nicht implementiert, indem der Bonddraht 34 durch eine Selbsterwärmung schmilzt, sondern sie wird implementiert, indem der Bonddraht 34 durch einen Stoß bzw. Schock einer thermischen Zerstörung zerbrochen wird, die auftritt, wenn das Schaltelement für ein Schmelzen 30 selbst angesteuert wird, um in dem Nicht-Sättigungsbereich eingeschaltet zu sein. Folglich kann die Elektrischer-Pfad-Unterbrechung reaktionsfähig und umgehend ausgeführt werden.
  • Folglich ist es gemäß der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die Elektrischer-Pfad-Unterbrechung zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N nur zu implementieren, wenn der IGBT 26a des Unterarmelements 26 einen Kurzschluss verursacht, und die Unterbrechung bei einem Zeitpunkt zu implementieren, der früher als ein Zeitpunkt ist, wenn die Batterieschmelzsicherung 18 schmilzt bzw. durchbrennt. Folglich ist es gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich zu vermeiden, dass die Elektrischer-Pfad-Unterbrechung zwischen der Positivpolaritätselektrode P und der Negativpolaritätselektrode N durch einen Faktor ausgeführt wird, der zu einem Kurzschluss des IGBT 26a des Unterarmelements 26 unterschiedlich ist, und zu vermeiden, dass die Batterieschmelzsicherung 18 geschmolzen wird bzw. durchbrennt, wenn der IGBT 26a des Unterarmelements 26 einen Kurzschluss verursacht.
  • Es ist anzumerken, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einem normalen Gebrauch ein Strom durch einen Pfad des Unterarmelements 26; des Bonddrahtes 32; des Emitters des Schaltelements für ein Schmelzen 30; des Bonddrahtes 34; und der Negativpolaritätselektrode N fließt. Folglich ist die Induktanz des elektrischen Pfades vergleichsweise niedrig, wobei ein Verlust, der in dem elektrischen Pfad erzeugt wird, begrenzt wird. Folglich ist es gemäß der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, den Verlust auf dem elektrischen Pfad in einem normalen Gebrauch zu verringern.
  • Ebenso ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Schaltelement für ein Schmelzen 30 ein Halbleiterelement, das angesteuert wird, um in dem Nicht-Sättigungsbereich eingeschaltet zu werden, wenn der IGBT 26a des Unterarmelements 26 einen Kurzschluss verursacht, wobei es somit lediglich eine niedrige Stromkapazität aufweisen muss, die ausreichend ist, um die zugehörige Funktion zu verwirklichen. Folglich ist es gemäß der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich zu vermeiden, dass das Schaltelement für ein Schmelzen 30 größer ist, und das Gerät 10 selbst zu verkleinern.
  • Ebenso ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Bonddraht 34 zum Unterbrechen des elektrischen Pfades kein Draht, der eine Harzeinformung aufweist, die unter Verwendung eines Epoxydharzes oder dergleichen auf der Hauptkörperseite des Leistungsmoduls 40 aufgebracht wird, sondern ein Draht, der durch das gallertartige Element 60 geschützt wird. Folglich ist es gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das zu einer Konfiguration unterschiedlich ist, in der der Bonddraht 34 eine Harzeinformung aufweist, die ein Harzeinformen anwendet, möglich, einen Umstand zu vermeiden, bei dem der elektrische Pfad durch den Bonddraht 34 aufgrund des Harzeinformens nicht unterbrochen wird. Ebenso ist es diesbezüglich möglich zu vermeiden, dass die Batterieschmelzsicherung 18 geschmolzen wird, wenn der IGBT 26a des Unterarmelements 26 einen Kurzschluss verursacht.
  • Es ist anzumerken, dass in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Sense-Emitter SE des IGBT 24a des Oberarmelements 24, der Stromerfassungswiderstand 74, die Vergleichseinrichtung 76 und die Treiber-IC für den oberen Arm 70 einer „Kurzschlusserfassungsschaltung“, die in den Patentansprüchen beschrieben ist, entsprechen; der Bonddraht 34 entspricht einem „Unterbrechungsteil“, der in den Patentansprüchen beschrieben ist; und die Treiber-IC für den oberen Arm 70 und die Treiber-IC für den unteren Arm 72 entsprechen einer „Schmelzsicherungsansteuerungsschaltung“, die in den Patentansprüchen beschrieben ist.
  • Im Übrigen wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zur Erfassung eines Kurzschlusses in dem Unterarmelement 26 ein Strom verwendet, der in dem Sense-Emitter SE des IGBT 24a des Oberarmelements 24 fließt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt, sondern es wird, wie es in 7 veranschaulicht ist, eine Schmelzsicherung-IC 102 neu in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 angeordnet, wobei die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterarmelements 26 verwendet werden kann, um einen Kurzschluss des Unterarmelements 26 zu erfassen.
  • In diesem modifizierten Beispiel kann die Schmelzsicherung-IC 102 die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterarmelements 26 überwachen, um einen Kurzschluss in dem Unterarmelement 26 durch ein Verfahren, beispielsweise DESAT, zu erfassen. In diesem Fall kann die Schmelzsicherung-IC 102 das Schaltelement für ein Schmelzen 30 ansteuern, um in dem Nicht-Sättigungsbereich eingeschaltet zu sein, wenn ein Kurzschluss in dem Unterarmelement 26 erfasst wird. In diesem modifizierten Beispiel kann im Wesentlichen der gleiche Effekt wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erhalten werden. Es ist anzumerken, dass in diesem modifizierten Beispiel die Schmelzsicherung-IC 102 einer „Kurzschlusserfassungsschaltung“ entspricht, die in den Patentansprüchen beschrieben ist.
  • Ebenso wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Kurzschluss in dem Unterarmelement 26 erfasst, das die Verstärkerschaltung 14 bildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt, sondern ein Kurzschluss kann in einem Armelement erfasst werden, das die Umrichterschaltung 16 bildet.
  • Ebenso werden in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen als Schaltelemente, die in dem Oberarmelement 24 und dem Unterarmelement 26 oder den Leistungshalbleitern beinhaltet sind, die IGBTs 24a und 26a verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt, sondern es können Leistungs-MOSFETs verwendet werden.
  • Ebenso ist in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in einem elektrischen Fahrzeug oder einem Hybridfahrzeug eingebaut. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt, sondern sie kann in einem Gerät eingebaut sein, das zu einem Fahrzeug unterschiedlich ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Leistungsumwandlungsvorrichtung
    12
    Fahrzeuginterne Batterie
    14
    Verstärkerschaltung
    16
    Umrichterschaltung
    18
    Batterieschmelzsicherung
    24
    Oberarmelement
    26
    Unterarmelement
    30
    Schaltelement für ein Schmelzen
    32, 34
    Bonddraht
    40
    Leistungsmodul
    70
    Treiber-IC für den oberen Arm
    72
    Treiber-IC für den unteren Arm
    P
    Positivpolaritätselektrode
    N
    Negativpolaritätselektrode
    CL
    Gemeinsamer Verbindungspunkt

Claims (10)

  1. Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) mit: einem Paar von Leistungshalbleiterelementen (24a, 26a), die konfiguriert sind, ein Oberarmelement (24) und ein Unterarmelement (26) zu sein, wobei sie zwischen einer Positivpolaritätselektrode (P) und einer Negativpolaritätselektrode (N) in Reihe geschaltet sind; einer Kurzschlusserfassungsschaltung (24, 70, 74, 76), die konfiguriert ist, einen Kurzschluss in dem Unterarmelement (26) zu erfassen; einem Schaltelement für ein Schmelzen (30), das konfiguriert ist, zwischen einem Positivpolaritätsseitenanschluss (C) des Oberarmelements (24) auf der Seite der Positivpolaritätselektrode (P) und einem Negativpolaritätsseitenanschluss (E) des Unterarmelements (26) auf der Seite der Negativpolaritätselektrode (N) angeordnet zu sein und angesteuert zu werden, damit der Positivpolaritätsseitenanschluss (C) mit der Negativpolaritätselektrode (N) verbunden wird, wenn der Kurzschluss erfasst wird; und einem Unterbrechungsteil (32, 34), der konfiguriert ist, aus einem dünnen Metalldraht hergestellt zu sein, damit der Negativpolaritätsseitenanschluss (E) des Unterarmelements (26) mit der Negativpolaritätselektrode (N) verbunden wird.
  2. Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, ferner mit: einer Schmelzsicherungsansteuerungsschaltung (70, 72), die konfiguriert ist, das Schaltelement für ein Schmelzen (30) anzusteuern, um eingeschaltet zu sein, wenn der Kurzschluss durch die Kurzschlusserfassungsschaltung (24, 70, 74, 76) erfasst wird.
  3. Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Schmelzsicherungsansteuerungsschaltung (70, 72) das Schaltelement für ein Schmelzen (30) ansteuert, um in einem Nicht-Sättigungsbereich eingeschaltet zu sein.
  4. Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Schaltelement für ein Schmelzen (30) ein hochspannungstoleranter IGBT mit kleiner Kapazität ist, der für eine Spannung zwischen der Positivpolaritätselektrode (P) und der Negativpolaritätselektrode (N) tolerant ist.
  5. Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei das Schaltelement für ein Schmelzen (30) implementiert ist, einen Kollektor, der mit dem Positivpolaritätsseitenanschluss (C) verbunden ist, und einen Emitter aufzuweisen, der mit dem Negativpolaritätsseitenanschluss (E) verbunden ist, wobei der dünne Metalldraht des Unterbrechungsteils (32, 34) zwischen dem Emitter des Schaltelements für ein Schmelzen (30) und der Negativpolaritätselektrode (N) angeordnet ist.
  6. Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Negativpolaritätsseitenanschluss (E) mit dem Emitter des Schaltelements für ein Schmelzen (30) über einen dünnen Metalldraht verbunden ist.
  7. Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kurzschlusserfassungsschaltung (24, 70, 74, 76) den Kurzschluss in dem Unterarmelement (26) auf der Grundlage eines Stroms erfasst, der in einem Sense-Emitter (SE) fließt, wenn das Oberarmelement (24) angesteuert wird, um eingeschaltet zu sein.
  8. Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kurzschlusserfassungsschaltung (24, 70, 74, 76) den Kurzschluss in dem Unterarmelement (26) auf der Grundlage einer Spannung zwischen einem Kollektor und einem Emitter des Unterarmelements (26) erfasst.
  9. Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Paar der Leistungshalbleiterelemente (24a, 26a) in einem Leistungsmodul eingebaut ist, wobei ein Harzeinformen angewendet worden ist.
  10. Leistungsumwandlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Paar der Leistungshalbleiterelemente (24a, 26a) aus Elementen besteht, die eine Verstärker- oder eine Heruntersetzschaltung oder eine Umrichterschaltung bilden.
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