DE112019003082T5

DE112019003082T5 - Power module device

Info

Publication number: DE112019003082T5
Application number: DE112019003082.5T
Authority: DE
Inventors: Yun Zheng; Takashi Kumagai; Kazuya Yamamoto; Koyoku Ko
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2021-03-04
Also published as: JPWO2019244833A1; WO2019244833A1; CN112272866A; CN112272866B; JP6952894B2

Abstract

Es ist ein Ziel, eine Technik bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Leistungsmodul selbst dann zu schützen, wenn eine Spannung, die eine Nennisolationsstehspannung des Leistungsmoduls übersteigt, an das Leistungsmodul angelegt wird, ohne durch die Isolationsstehspannung der Isolationsschicht innerhalb des Leistungsmoduls beeinflusst zu sein. Eine Leistungsmodulvorrichtung umfasst ein Leistungsmodul (23), einen Drahtleiter (1), eine Wärmesenke (11), eine Isolationsschicht (10), die eine Modulbasisplatte (3) und eine Wärmesenke (11) isoliert, und ein Element, das eine elektrostatische Kapazität oder eine parasitäre Kapazität aufweist und zwischen dem Drahtleiter (1) und der Modulbasisplatte (3) geschaltet ist. Eine parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht (2) und die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität des Elements, das die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität aufweist, sind zueinander parallel geschaltet, wobei die parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht (2) und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht (10) in Reihe zueinander geschaltet sind, wobei die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität des Elements, das die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität aufweist und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht (10) in Reihe zueinander geschaltet sind.It is an object to provide a technique capable of protecting a power module even when a voltage exceeding a rated insulation withstand voltage of the power module is applied to the power module without being influenced by the insulation withstand voltage of the insulation layer inside the power module be. A power module device comprises a power module (23), a wire conductor (1), a heat sink (11), an insulation layer (10) which insulates a module base plate (3) and a heat sink (11), and an element which has an electrostatic capacitance or has a parasitic capacitance and is connected between the wire conductor (1) and the module base plate (3). A parasitic capacitance C1 of the insulation layer (2) arranged in the module and the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance of the element which has the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance are connected in parallel to one another, the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module (2) and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer (10) are connected in series with one another, the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance of the element having the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer (10) in Are connected in series to each other.

Description

Technischer BereichTechnical part

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur zum Sicherstellen einer Stehspannung eines Leistungsmoduls.The present invention relates to a structure for ensuring a withstand voltage of a power module.

Hintergrundbackground

Bei einem Leistungsmodul ist eine Isolationsschicht zwischen einer Leistungseinheit und einer wärmeableitenden Basisplatte angeordnet. Die Stehspannung eines herkömmlichen Leistungsmoduls ist durch eine Dicke der Isolationsschicht bestimmt, die zwischen der Leistungseinheit und der wärmeableitenden Basisplatte angeordnet ist (siehe beispielsweise Patentdokument 1).In the case of a power module, an insulation layer is arranged between a power unit and a heat-dissipating base plate. The withstand voltage of a conventional power module is determined by a thickness of the insulation layer interposed between the power unit and the heat dissipating base plate (see, for example, Patent Document 1).

Dokumente des Stands der TechnikPrior art documents

PatentdokumentePatent documents

Patentdokument 1: internationale Veröffentlichung Nr. 2012/086417Patent Document 1: International Publication No. 2012/086417

Überblickoverview

Durch die Erfindung zu lösendes ProblemProblem to be solved by the invention

Wenn eine Spannung, die die Nenn-Stehspannung des Leistungsmoduls übersteigt, an das Leistungsmodul angelegt wird, tritt ein Isolationsdurchschlag des Leistungsmoduls aufgrund einer Verschlechterung der Isolationsschicht innerhalb des Leistungsmoduls auf. Die Isolationsstehspannung gibt eine Obergrenze einer Spannung an, die an ein Isolationselement angelegt werden kann, ohne den Isolationsdurchschlag auszulösen.When a voltage exceeding the rated withstand voltage of the power module is applied to the power module, insulation breakdown of the power module occurs due to deterioration of the insulation layer inside the power module. The insulation withstand voltage indicates an upper limit of a voltage that can be applied to an insulation element without triggering the insulation breakdown.

Die Isolationsstehspannung, die für Leitungsspannungen benötigt wird, ist abhängig von verschiedenen Typen der Oberleitungen einer Eisenbahn, sodass bei einem Test der Isolationsstehspannung eines Schienenfahrzeugs ein Leistungsmodul in Übereinstimmung mit der jeweils benötigten Isolationsstehspannung ausgewählt wird. Wenn beispielsweise die Oberleitungsspannung [U] gleich oder größer ist als 600 V Gleichspannung und gleich oder kleiner als 1200 V, wird die Isolationsstehspannung mit [2×U+1500] zu gleich oder größer als 2700 V und gleich oder kleiner als 3900 V berechnet, und zwar in Übereinstimmung mit dem internationalen Standard IEC 30077-1 für Eisenbahnen. Somit muss ein Leistungsmodul ausgewählt werden, bei dem die Isolationsstehspannung 3900 V übersteigt.The insulation withstand voltage that is required for line voltages depends on different types of overhead lines in a railway, so that when testing the insulation withstand voltage of a rail vehicle, a power module is selected in accordance with the insulation withstand voltage required in each case. For example, if the overhead contact line voltage [U] is equal to or greater than 600 V DC and equal to or less than 1200 V, the insulation withstand voltage with [2 × U + 1500] is calculated to be equal to or greater than 2700 V and equal to or less than 3900 V, in accordance with the international standard IEC 30077-1 for railways. A power module must therefore be selected for which the insulation withstand voltage exceeds 3900 V.

Bei einem für ein Schienenfahrzeug verwendeten Leistungsmodul werden die Kosten im Allgemeinen mit zunehmender Stehspannung größer. Es ist somit hilfreich, ein weniger teures Leistungsmodul mit niedriger Isolationsstehspannung zu verwenden, um die Kosten eines Produkts zu reduzieren.In the case of a power module used for a rail vehicle, the costs generally increase as the withstand voltage increases. It is thus helpful to use a less expensive, low insulation withstand voltage power module to reduce the cost of a product.

Es sei beispielsweise ein Fall angenommen, in dem dann, wenn ein Isolationsstehspannungstest eines Schienenfahrzeugs mit 4 kV durchgeführt wird, ein weniger teures Leistungsmodul mit einer Isolationsstehspannung von 2,5 kV verwendet wird. Wenn die Spannung von 4 kV an dieses Leistungsmodul angelegt wird, tritt ein Isolationsdurchschlag des Leistungsmoduls auf.For example, assume a case where, when an insulation withstand voltage test of a rail vehicle is carried out at 4 kV, a less expensive power module with an insulation withstand voltage of 2.5 kV is used. If the voltage of 4 kV is applied to this power module, an insulation breakdown of the power module occurs.

Das in Patentdokument 1 beschriebene Leistungsmodul zeigt das Problem, dass die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls von der Dicke der Isolationsplatte abhängt, die in dem Leistungsmodul verwendet wird. Insbesondere muss die Dicke der Isolationsplatte in dem Leistungsmodul erhöht werden, um das Auftreten des Isolationsdurchschlags zu verhindern. Jedoch nimmt ein Wärmewiderstand der Isolationsplatte zu, wenn die isolierende Platte dicker wird, und die Wärmeableitungseigenschaften des Leistungsmoduls nehmen ab.The power module described in Patent Document 1 has a problem that the insulation withstand voltage of the power module depends on the thickness of the insulation plate used in the power module. In particular, the thickness of the insulation plate in the power module must be increased in order to prevent the insulation breakdown from occurring. However, thermal resistance of the insulating plate increases as the insulating plate becomes thicker, and the heat dissipation properties of the power module decrease.

Es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Technik bereitzustellen, die ein Leistungsmodul selbst dann schützen kann, wenn eine Spannung, die die Nenn-Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls übersteigt, an das Leistungsmodul angeschlossen wird, ohne von der Isolationsstehspannung der Isolationsplatte in dem Leistungsmodul beeinflusst zu werden.It is thus an object of the present invention to provide a technique that can protect a power module even when a voltage exceeding the rated insulation withstand voltage of the power module is connected to the power module without being influenced by the insulation withstand voltage of the insulation plate in the power module to become.

Mittel zum Lösen des ProblemsMeans of solving the problem

Eine Leistungsmodulvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: Ein Leistungsmodul, das eine in dem Modul angeordnete Isolationsschicht, eine Modulbasisplatte und einen Modulanschluss aufweist; einen Drahtleiter, der dem Modulanschluss elektrische Leistung zuführt; eine Wärmesenke, die durch das Leistungsmodul erzeugte Wärme abgibt; eine Isolationsschicht, die zwischen der Modulbasisplatte und der Wärmesenke angeordnet ist und die Modulbasisplatte und die Wärmesenke isoliert; ein Element, das eine elektrostatische Kapazität oder eine parasitäre Kapazität aufweist und zwischen dem Drahtleiter und der Modulbasisplatte geschaltet ist; und einen Widerstand, der zwischen der Modulbasisplatte und der Wärmesenke geschaltet ist, so dass er elektrisch parallel zu einem Element, das die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität aufweist, oder elektrisch parallel zu der Isolationsschicht angeordnet ist, und der thermisch und mechanisch an der Wärmesenke befestigt ist, wobei eine parasitäre Kapazität der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht und die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität des Elements, das die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität aufweist, zueinander parallel geschaltet sind, wobei die parasitäre Kapazität der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht und die parasitäre Kapazität der Isolationsschicht in Reihe zueinander geschaltet sind, wobei die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität des Elements, das die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität aufweist, und die parasitäre Kapazität der Isolationsschicht zueinander in Reihe geschaltet sind, und wobei der Widerstand parallel zu der parasitären Kapazität der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht oder parallel zu der parasitären Kapazität der Isolationsschicht geschaltet ist.A power module device according to the present invention comprises: a power module having an insulation layer arranged in the module, a module base plate, and a module terminal; a wire conductor that supplies electrical power to the module terminal; a heat sink that releases heat generated by the power module; an insulation layer that is disposed between the module base plate and the heat sink and insulates the module base plate and the heat sink; an element having an electrostatic capacitance or a parasitic capacitance and connected between the wire conductor and the module base plate; and a resistor that is connected between the module base plate and the heat sink so that it is arranged electrically in parallel with an element having the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance, or electrically in parallel with the insulation layer, and which is thermally and mechanically connected to the heat sink is attached, wherein a parasitic capacitance of the insulation layer arranged in the module and the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance of the element, which the electrostatic capacitance or the having parasitic capacitance, are connected in parallel to one another, the parasitic capacitance of the insulation layer arranged in the module and the parasitic capacitance of the insulation layer being connected in series with one another, the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance of the element, the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance and the parasitic capacitance of the insulation layer are connected in series to one another, and wherein the resistor is connected in parallel to the parasitic capacitance of the insulation layer arranged in the module or in parallel to the parasitic capacitance of the insulation layer.

Wirkungen der ErfindungEffects of the invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Element, welches die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität aufweist, zwischen dem Drahtleiter und der Modulbasisplatte geschaltet, sodass selbst dann, wenn die Spannung, die die Nenn-Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls übersteigt, an das Leistungsmodul angelegt wird, das Leistungsmodul unter Verwendung der elektrostatischen Kapazität oder der parasitären Kapazität des Elements, das die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität aufweist, geschützt werden kann. Die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls wird durch die elektrostatische Kapazität oder parasitäre Kapazität des Elements, das die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität aufweist, und die parasitäre Kapazität der Isolationsschicht bestimmt, sodass verhindert werden kann, dass die Isolationsstehspannung der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht von der Isolationsstehspannung der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht abhängt.According to the present invention, the element having the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance is connected between the wire conductor and the module base plate, so that even if the voltage exceeding the rated insulation withstand voltage of the power module is applied to the power module, the Power module can be protected using the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance of the element having the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance. The insulation withstand voltage of the power module is determined by the electrostatic capacitance or parasitic capacitance of the element, which has the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance, and the parasitic capacitance of the insulation layer, so that the insulation withstand voltage of the insulation layer arranged in the module can be prevented from being different from the insulation withstand voltage depends on the insulation layer arranged in the module.

Diese und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlicher.These and other objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention with reference to the accompanying drawings.

FigurenlisteFigure list

1 FIG. 14 is a cross-sectional view of a power module device according to Embodiment 1. FIG.
2 FIG. 13 is a plan view of a power module device according to Embodiment 1. FIG.
3 FIG. 13 is a perspective view of a capacitor included in the power module device according to Embodiment 1. FIG.
4th FIG. 13 is a cross-sectional view showing a position of a resistor in the power module device according to Embodiment 1. FIG.
5 FIG. 13 is a cross-sectional view showing a position of the resistor in the power module device according to Embodiment 1. FIG.
6th is a schematic representation of a parasitic capacitance of an insulation layer arranged in the module and a parasitic capacitance of an insulation layer.
7th FIG. 13 is an explanatory diagram for describing FIG 6th .
8th is a schematic view of a parasitic capacitance of an insulation layer arranged in the module, a parasitic capacitance of the insulation layer and an electrostatic capacitance of a capacitor.
9 FIG. 13 is an explanatory diagram for describing FIG 8th .
10 FIG. 12 is a cross-sectional view of a power module device according to Embodiment 2. FIG.
11 FIG. 13 is a cross-sectional view of an attachment structure of a printing substrate included in the power module device according to Embodiment 2. FIG.
12th FIG. 13 is a plan view of a printing substrate included in the power module device according to Embodiment 2. FIG.
13th FIG. 13 is a perspective view of a fixing part included in the power module device according to Embodiment 2. FIG.
14th FIG. 3 is a cross-sectional view of a power module device according to Embodiment 3. FIG.
15th FIG. 4 is a cross-sectional view of a power module device according to an embodiment 4. FIG.
16 FIG. 13 is a perspective view of a first resistor included in the power module device according to Embodiment 4. FIG.
17th FIG. 13 is a perspective view of a second resistor included in the power module device according to Embodiment 4. FIG.
18th FIG. 13 is a schematic view of a parasitic capacitance of an insulation layer arranged in the module, a parasitic capacitance of an insulation layer, and a resistance value of the first and second resistors.
19th FIG. 13 is an explanatory diagram for describing FIG 18th .
20th FIG. 13 is a plan view of a printing substrate included in a power module device according to Embodiment 5. FIG.
21 FIG. 13 is a cross-sectional view of the power module device according to Embodiment 5. FIG.
22nd FIG. 13 is a cross-sectional view of another example of the power module device according to Embodiment 5. FIG.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

<Ausführungsform 1><Embodiment 1>

Eine Ausdrucksform 1 der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungsmodulvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1. 2 ist eine Draufsicht der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Kondensators, der in der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 enthalten ist. 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Position eines Widerstands 13 in der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt. 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Position eines Widerstands 13a in der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.An Expression 1 of the present invention will be described below using the drawings. 1 FIG. 14 is a cross-sectional view of a power module device according to Embodiment 1. FIG. 2 FIG. 14 is a plan view of the power module device according to Embodiment 1. FIG. 3 FIG. 13 is a perspective view of a capacitor included in the power module device according to Embodiment 1. FIG. 4th Fig. 13 is a cross-sectional view showing a position of a resistor 13th in the power module device according to Embodiment 1. FIG. 5 Fig. 13 is a cross-sectional view showing a position of a resistor 13a in the power module device according to Embodiment 1. FIG.

Die Leistungsmodulvorrichtung umfasst eine Struktur einer Leistungsmoduleinheit 24, weshalb die Leistungsmoduleinheit 24 beschrieben wird. Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst die Leistungsmoduleinheit 24 ein Leistungsmodul 23, einen Drahtleiter 1, eine Wärmesenke 11, eine zusätzliche Basisplatte 4, eine Isolationsschicht 10, einen Kondensator 12 und einen Widerstand 13.The power module device includes a structure of a power module unit 24, so the power module unit 24 will be described. As in 1 and 2 As shown, the power module unit 24 includes a power module 23 , a wire conductor 1 , a heat sink 11 , an additional base plate 4th , an insulation layer 10 , a capacitor 12th and a resistor 13th .

Das Leistungsmodul 23 umfasst einen Modulanschluss 22, ein Substrat 26, einen Chip 27, eine in dem Modul angeordnete Isolationsschicht 2 und eine Modulbasisplatte 3. Das Leistungsmodul 23 umfasst eine Leistungseinheit 25. Insbesondere umfasst die Leistungseinheit 25 den Modulanschluss 22, einen Leiter 28, den Chip 27, das Substrat 26 und die in dem Modul angeordnete Isolationsschicht 2. Der Modulanschluss 22 und der Chip 27 sind miteinander über den Leiter 28 verbunden. Der Chip 27 ist an dem Substrat 26 angebracht. Die in dem Modul angeordnete Isolationsschicht 2, welche einen notwendigen Isolationsabstand erfüllt, ist zwischen dem Substrat 26 und der Modulbasisplatte 3 angeordnet.The power module 23 includes a module connection 22nd , a substrate 26, a chip 27, an insulation layer arranged in the module 2 and a module base plate 3 . The power module 23 comprises a power unit 25. In particular, the power unit 25 comprises the module connection 22nd , a conductor 28, the chip 27, the substrate 26 and the insulation layer arranged in the module 2 . The module connection 22nd and the chip 27 are connected to each other via the conductor 28. The chip 27 is attached to the substrate 26. The insulation layer arranged in the module 2 , which meets a necessary isolation distance, is between the substrate 26 and the module base plate 3 arranged.

Der Drahtleiter 1 ist mit dem Modulanschluss 27 elektrisch verbunden, um dem Chip 27 über den Modulanschluss 22 elektrische Leistung zuzuführen. Die zusätzliche Basisplatte 4 ist mit der Modulbasisplatte 3 elektrisch und thermisch verbunden. Die zusätzliche Basisplatte 4 verteilt Wärme, die in dem Leistungsmodul 23 erzeugt wird. Die Isolationsschicht 10 ist zwischen der zusätzlichen Basisplatte 4 und der Wärmesenke 11 angeordnet. Die Isolationsschicht 10 isoliert die zusätzliche Basisplatte 4 und die Wärmesenke 11 und weist eine Isolationsstehspannung auf, die gleich oder größer ist als die Isolationsstehspannung, die in einem Isolationsstehspannungstest verlangt ist. Die Wärmesenke 11 verteilt die Wärme der zusätzlichen Basisplatte 4 über die Isolationsschicht 10.The wire conductor 1 is electrically connected to the module connection 27 to the chip 27 via the module connection 22nd supply electrical power. The additional base plate 4th is with the module base plate 3 electrically and thermally connected. The additional base plate 4th distributes heat that is in the power module 23 is produced. The insulation layer 10 is between the additional base plate 4th and the heat sink 11 arranged. The insulation layer 10 insulates the additional base plate 4th and the heat sink 11 and has an insulation withstand voltage that is equal to or greater than the insulation withstand voltage required in an insulation withstand voltage test. The heat sink 11 distributes the heat from the additional base plate 4th over the insulation layer 10 .

Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist eine Schraube 5, die ein Schraubdurchgangsloch 15 durchsetzt, das in dem Drahtleiter 1 ausgebildet ist, an den Modulanschluss 22 geschraubt, wodurch der Drahtleiter 1 an dem Leistungsmodul 23 befestigt ist. Eine Schraube 6, die ein Schraubdurchgangsloch 17 durchsetzt, das in der Modulbasisplatte 3 und einem Abstandhalter 7 ausgebildet ist, ist an ein Schraubloch 18 geschraubt, das in der zusätzlichen Basisplatte 4 ausgebildet ist, wodurch das Leistungsmodul 23 an der zusätzlichen Basisplatte 4 mechanisch und elektrisch befestigt ist.As in 1 and 2 Shown is a screw 5 penetrating a screw through hole 15 made in the wire conductor 1 is formed on the module connection 22nd screwed, making the wire conductor 1 on the power module 23 is attached. A screw 6 penetrating a screw through hole 17 made in the module base plate 3 and a spacer 7 is screwed to a screw hole 18 formed in the additional base plate 4th is formed, whereby the power module 23 on the additional base plate 4th mechanically and electrically attached.

In einem Zustand, in dem eine Isolationsbuchse 9 in ein Schraubdurchgangsloch 21, das in der zusätzlichen Basisplatte 4 ausgebildet ist, ein Durchgangsloch, das in der Isolationsschicht 10 ausgebildet ist, und ein Loch 20a eingefügt ist, das in der Wärmesenke 11 ausgebildet ist, durchsetzt eine Schraube 8 ein Schraubdurchgangsloch 19 in der Isolationsbuchse 9, um mit einem Schraubloch 20 verschraubt zu sein, das an einer unteren Seite des Lochs 20a in der Wärmesenke 11 ausgebildet ist, sodass die zusätzliche Basisplatte 4 an der Isolationsschicht 10 und der Wärmesenke 11 befestigt ist. Die Isolationsbuchse 9 durchsetzt das Schraubloch 20, um einen Kriechabstand zwischen der zusätzlichen Basisplatte 4 und der Schraube 8 sicherzustellen. Eine Position, an der der Kriechabstand nötig ist, ist durch einen Pfeil in 4 angegeben.In a state in which an insulating bushing 9 in a screw through hole 21 in the additional base plate 4th is formed, a through hole that is in the insulation layer 10 is formed, and a hole 20a is inserted, which is in the heat sink 11 is formed, a screw 8 penetrates a screw through hole 19 in the insulating sleeve 9 to be screwed with a screw hole 20 formed on a lower side of the hole 20a in the heat sink 11 is formed so that the additional base plate 4th on the insulation layer 10 and the heat sink 11 is attached. The insulating bushing 9 penetrates the screw hole 20 in order to create a creeping distance between the additional base plate 4th and the screw 8 to ensure. A position where the creeping distance is necessary is indicated by an arrow in 4th specified.

Wie in 1 gezeigt, ist der Kondensator 12 elektrisch zwischen dem Drahtleiter 1 und der Modulbasisplatte 3 angeschlossen. Wie in 3 gezeigt, umfasst der Kondensator 12 ein Körperteil 12a, ein Ende 12b und das andere Ende 12c. Das eine Ende 12b und das andere Ende 12c des Kondensator 12 sind mit einem rechten Winkel gebogen. Ein umgebogenes Teil des einen Endes 12b des Kondensators 12 ist mit dem Drahtleiter 1 durch Löten verbunden. Ein umgebogenes Teil des anderen Endes 12c des Kondensators ist mit dem Abstandhalter 7 durch Löten verbunden. Das Körperteil 12a des Kondensators 12 ist an der zusätzlichen Basisplatte 4 angeordnet, und das Körperteil 12a des Kondensators 12 ist an der zusätzlichen Basisplatte 4 durch ein Befestigungsmittel mechanisch befestigt.As in 1 shown is the capacitor 12th electrically between the wire conductor 1 and the module base plate 3 connected. As in 3 shown comprises the capacitor 12th one body portion 12a, one end 12b, and the other end 12c. One end 12b and the other end 12c of the capacitor 12th are bent at a right angle. A bent part of one end 12b of the capacitor 12th is with the wire conductor 1 connected by soldering. A bent part of the other end 12c of the capacitor is connected to the spacer 7 by soldering. The body part 12a of the capacitor 12th is on the additional base plate 4th arranged, and the body part 12a of the capacitor 12th is on the additional base plate 4th mechanically attached by a fastener.

Die zusätzliche Basisplatte 4 weist keine elektrisch verbundene Position auf und hat ein freies (floating) Potenzial, weshalb der Widerstand 13, der den Isolationsstehspannungstest besteht (siehe 1, 4 und 7(a)), zwischen die Modulbasisplatte 3, die elektrisch parallel zu der Wärmesenke 11 als eine Kapazitätskomponente geschaltet ist, die zwischen der Modulbasisplatte 3 und der Wärmesenke 11 ausgebildet ist, eingefügt wird, sodass elektrische Ladung, die in der Kondensatorkomponente zwischen einem Endbereich des Substrats 26 und der Modulbasisplatte 3 gespeichert ist, entladen wird. Wenn in dem Isolationsstehspannungstest Gleichspannung angelegt wird, wird ein Durchschlag des Leistungsmoduls 23 unterdrückt. Alternativ kann der Widerstand 13a, der den Isolationsstehspannungstest erfüllt (siehe 5 und 7(b)), zwischen dem Drahtleiter 1, der elektrisch parallel geschaltet ist, und der Modulbasisplatte 3 eingefügt werden, als Kapazitätskomponente, die zwischen dem Drahtleiter 1 und der Modulbasisplatte 3 ausgebildet ist. Alternativ können der Widerstand 13 und der Widerstand 13a hinzugefügt werden.The additional base plate 4th has no electrically connected position and has a free (floating) potential, which is why the resistor 13th that passes the insulation withstand voltage test (see 1 , 4th and 7 (a) ), between the module base plate 3 that are electrically in parallel with the heat sink 11 is connected as a capacitance component between the module base plate 3 and the heat sink 11 is formed, is inserted so that electric charge stored in the capacitor component between an end portion of the substrate 26 and the module base plate 3 is stored, is discharged. If DC voltage is applied in the insulation withstand voltage test, the power module breaks down 23 suppressed. Alternatively, the resistance 13a that fulfills the insulation withstand voltage test (see 5 and 7 (b) ), between the wire conductor 1 , which is electrically connected in parallel, and the module base plate 3 be inserted as a capacitance component between the wire conductor 1 and the module base plate 3 is trained. Alternatively, you can use the resistance 13th and the resistance 13a to be added.

Nun werden eine Funktion und eine Wirkung einerNow a function and an effect become one

Stehspannungsstruktur eines Leistungsmoduls 23 gemäß der Ausführungsform 1 im Vergleich zu einem Problem der herkömmlichen Technik beschrieben. 6 ist eine schematische Ansicht einer parasitären Kapazität C1 des Leistungsmoduls 23 und einer parasitären Kapazität C2 der Isolationsschicht 10. 7 ist ein erläuterndes Diagramm, um 6 zu beschreiben. Insbesondere ist 7(a) ein Beispiel für das Hinzufügen des Widerstands 13, und 7(b) ist ein Beispiel für das Hinzufügen des Widerstands 13a. 8 ist eine schematische Ansicht der parasitären Kapazität C1 des Leistungsmoduls 23, der parasitären Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 und einer elektrostatischen Kapazität C3 des Kondensators 12. 9 ist ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung der 8. Insbesondere ist 9(a) ein Beispiel für das Hinzufügen des Widerstands 13, und 9(b) ist ein Beispiel für das Hinzufügen des Widerstands 13a.Withstand voltage structure of a power module 23 according to Embodiment 1 in comparison with a problem in the conventional art. 6th Fig. 13 is a schematic view of a parasitic capacitance C1 of the power module 23 and a parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 . 7th is an explanatory diagram to 6th to describe. In particular is 7 (a) an example of adding the resistor 13th , and 7 (b) is an example of adding the resistor 13a . 8th Figure 13 is a schematic view of the parasitic capacitance C1 of the power module 23 , the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 and an electrostatic capacitance C3 of the capacitor 12th . 9 FIG. 13 is an explanatory diagram for describing FIG 8th . In particular is 9 (a) an example of adding the resistor 13th , and 9 (b) is an example of adding the resistor 13a .

Die parasitäre Kapazität wird erzeugt, wenn zwei leitfähige Elemente miteinander über eine isolierende Schicht verbunden sind. Wenn d (mm) eine Dicke eines isolierenden Elements ist, welches zwischen den leitfähigen Elementen angeordnet ist, S eine Fläche des isolierenden Elements ist und ε_S die relative Permittivität des isolierenden Elements ist wird eine parasitäre Kapazität C durch eine Gleichung (1) ausgedrückt. ε₀ gibt die Vakuumpermittivität von 8,855 × 10^-12 an.
[Gleichung 1] $C= ε_{0} ε_{s} \frac{s}{d}$

The parasitic capacitance is generated when two conductive elements are connected to one another via an insulating layer. When d (mm) is a thickness of an insulating member interposed between the conductive members, S is an area of the insulating member, and ε _{S is} the relative permittivity of the insulating member, a parasitic capacitance C is expressed by an equation (1). ε ₀ indicates the vacuum permittivity of 8.855 × 10 ^-12 .
[Equation 1]

C = ε_{0} ε_{s} \frac{s}{d}

Das Leistungsmodul 24 umfasst die parasitären Kapazitäten C1 und C2, wie in 6 gezeigt. Wenn in dem Leistungsmodul 23 eine durch die parasitäre Kapazität C1 des Leistungsmoduls 23 bestimmte hohe Isolationsstehspannung benötigt wird, muss eine Dicke der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 erhöht werden. Indem jedoch die Dicke der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 erhöht wird, wird ein Wärmewiderstand der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 groß, und die Wärmeverteilungseigenschaften des Leistungsmodus 23 nehmen ab. Deshalb ist es unrealistisch, durch Erhöhen der Dicke der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 eine höhere Isolationsstehspannung zu erreichen.The power module 24 includes the parasitic capacitances C1 and C2, as in FIG 6th shown. If in the power module 23 one by the parasitic capacitance C1 of the power module 23 A certain high insulation withstand voltage is required, the insulation layer arranged in the module must have a thickness 2 increase. However, by the thickness of the insulation layer arranged in the module 2 is increased, a thermal resistance of the insulation layer arranged in the module is increased 2 large, and the heat dissipation properties of the power mode 23 decrease. Therefore it is unrealistic to increase the thickness of the insulation layer placed in the module 2 to achieve a higher insulation withstand voltage.

Wie in 6 und den 7(a) und 7(b) gezeigt, ist die Wärmesenke 11 über die Isolationsschicht 10 mit der Modulbasisplatte 3 des Leistungsmoduls 23 verbunden, sodass die parasitäre Kapazität C1 des Leistungsmoduls 23 und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 in Reihe geschaltet sind. Wenn an beiden Enden des Leistungsmoduls 23 und der Wärmesenke 11 eine externe Hochspannung angelegt wird, wird die Spannung auf die parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 aufgeteilt.As in 6th and the 7 (a) and 7 (b) shown is the heat sink 11 over the insulation layer 10 with the module base plate 3 of the power module 23 connected so that the parasitic capacitance C1 of the power module 23 and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 are connected in series. If at both ends of the power module 23 and the heat sink 11 an external high voltage is applied, the voltage is applied to the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 divided up.

Wenn die aufgeteilte externe Hochspannung U ist, Q eine gesamte Last der externen Hochspannung U ist, U1 die an die in dem Modul angeordnete Isolationsschicht 2 angelegte Spannung ist und U2 die an die Isolationsschicht 10 angelegte Spannung ist, ergeben sich eine Gleichung (2) und eine Gleichung (3).
[Ausdruck 2] $U=U1+U2=Q/C1+Q/C2$

[Ausdruck 3]

U=Q/C1,U2=Q/C2

When the split external high voltage is U, Q is a total load of the external high voltage U, U1 is applied to the insulation layer arranged in the module 2 is applied voltage and U2 is applied to the insulation layer 10 is applied voltage, an equation (2) and an equation (3) result.
[Expression 2]

U = U1 + U2 = Q / C1 + Q / C2

[Expression 3]

U = Q / C1, U2 = Q / C2

Gemäß der Gleichung (2) und der Gleichung (3) nimmt die angelegte Spannung (U1, U2) zu, wenn die parasitäre Kapazität (C1, C2) klein wird.According to equation (2) and equation (3), the applied voltage (U1, U2) increases when the parasitic capacitance (C1, C2) becomes small.

Im Allgemeinen ist die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 viel größer als die parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2. Wenn somit die externe Hochspannung an das Leistungsmodul 23 und die Wärmesenke 11 angelegt wird, wird der größte Teil der externen Hochspannung an die in dem Modul angeordnete Isolationsschicht 2 angelegt, und das Leistungsmodul 23 geht aufgrund der Verschlechterung der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 kaputt.In general, the parasitic capacitance C2 is the insulation layer 10 much greater than the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 . When thus the external high voltage to the power module 23 and the heat sink 11 is applied, most of the external high voltage is applied to that in the module arranged insulation layer 2 applied, and the power module 23 goes due to the deterioration of the insulation layer arranged in the module 2 broken.

Wenn die Dicke d der Isolationsschicht 10 erhöht wird, kann die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 gleich oder kleiner gemacht werden als die parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2. Wenn jedoch die Dicke d der Isolationsschicht 10 erhöht wird, nimmt auch der Wärmewiderstand der Isolationsschicht 10 zu, sodass die Wärmeverteilungseigenschaften des Leistungsmoduls 23 abnehmen und eine größere Wärmesenke benötigt wird. Nachdem zudem in der letzten Zeit die Verkleinerung der Vorrichtung gefordert wird, kann die Dicke d der Isolationsschicht 10 schwer vergrößert werden.When the thickness d of the insulation layer 10 is increased, the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 can be made equal to or smaller than the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 . However, if the thickness d of the insulation layer 10 is increased, the thermal resistance of the insulation layer also decreases 10 too, so that the heat distribution properties of the power module 23 decrease and a larger heat sink is needed. In addition, since downsizing of the device has recently been demanded, the thickness d of the insulation layer may be increased 10 difficult to magnify.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform 1 ist, wie 1 gezeigt, die Wärmesenke 11 über die zusätzliche Basisplatte 4 und die Isolationsschicht 10 mit der Modulbasisplatte 3 des Leistungsmoduls 23 verbunden, und der Kondensator 12 ist zwischen dem Drahtleiter 1, der mit dem Modulanschluss 22 des Leistungsmoduls 23 verbunden ist, und der Modulbasisplatte 3 angeschlossen, wodurch das Leistungsmodul 23 vor der Spannung geschützt ist, die größer ist als die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23.According to the present embodiment 1 is how 1 shown the heat sink 11 via the additional base plate 4th and the insulation layer 10 with the module base plate 3 of the power module 23 connected, and the capacitor 12th is between the wire conductor 1 , the one with the module connection 22nd of the power module 23 connected, and the module base plate 3 connected, making the power module 23 is protected from the voltage that is greater than the insulation withstand voltage of the power module 23 .

Wie in 8 und den 9(a) und 9(b) gezeigt, sind, wenn C3 die elektrostatische Kapazität des Kondensators 12 ist, die parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 und die elektrostatische Kapazität C3 des Kondensators parallel geschaltet, die parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 in Reihe geschaltet und die elektrostatische Kapazität C3 des Kondensators 12 und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 in Reihe geschaltet.As in 8th and the 9 (a) and 9 (b) shown are when C3 is the electrostatic capacity of the capacitor 12th is the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 and the electrostatic capacitance C3 of the capacitor connected in parallel, the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 connected in series and the electrostatic capacitance C3 of the capacitor 12th and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 connected in series.

Wenn U die an die Leistungsmoduleinheit 24 angelegte externe Hochspannung ist, Q eine gesamte Last der externen Hochspannung U ist, U1 die an den Kondensator 12 angelegte Spannung ist und U2 die an die Isolationsschicht 10 angelegte Spannung ist, ergeben sich eine Gleichung (4) und eine Gleichung (5).
[Ausdruck 4] $U=U1+U2=Q/ ((C1+C3)),U2=Q/C2$

[Ausdruck 5]

U1=Q/ ((C1+C3)),U2=Q/C2

If U is the external high voltage applied to the power module unit 24, Q is a total load of the external high voltage U, U1 is the one on the capacitor 12th is applied voltage and U2 is applied to the insulation layer 10 is applied voltage, an equation (4) and an equation (5) result.
[Expression 4]

U = U1 + U2 = Q / ((C1 + C3)), U2 = Q / C2

[Expression 5]

U1 = Q / ((C1 + C3)), U2 = Q / C2

Das Leistungsmodul 23 ist parallel zu dem Kondensator 12 angeordnet, weshalb die Spannung U1 auch an beiden Enden des Leistungsmoduls 23 angelegt wird. Gemäß Gleichung 4 und Gleichung 5 nimmt die angelegte Spannung zu, wenn die parasitäre Kapazität klein wird.The power module 23 is in parallel with the capacitor 12th arranged, which is why the voltage U1 at both ends of the power module 23 is created. According to Equation 4 and Equation 5, the applied voltage increases when the parasitic capacitance becomes small.

Die parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 ist viel kleiner als die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10, sodass in einem Fall, in dem der Kondensator 12 nicht vorgesehen ist, ein großer Teil der externen Hochspannung an das Leistungsmodul 23 angelegt wird, wenn ein Spannungsstoß angelegt wird, und das Leistungsmodul 23 geht kaputt. Deshalb wird die elektrostatische Kapazität C3 des Kondensators 12 wie folgt ausgewählt.The parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 is much smaller than the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 so in a case where the capacitor 12th not provided a large part of the external high voltage to the power module 23 is applied when a surge is applied, and the power module 23 breaks. Therefore, the electrostatic capacity becomes C3 of the capacitor 12th selected as follows.

Eine Summe aus der parasitären Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 und der elektrostatischen Kapazität C3 des Kondensator 12 muss größer sein als die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10, weshalb die elektrostatische Kapazität C3 so ausgewählt wird, dass wenigstens C3 > C2 - C1 gilt. Wenn die Spannung, die größer ist als die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23, an die Leistungsmoduleinheit 24 angelegt wird, können die parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2, die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 und die elektrostatische Kapazität C3 des Kondensators 12 die obige Gleichung 4 erfüllen, und die Spannung kann auf die parasitäre Kapazität C1 + die elektrostatische Kapazität C3 und die parasitäre Kapazität C2 aufgeteilt werden.A sum of the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 and the electrostatic capacitance C3 of the capacitor 12th must be greater than the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 , which is why the electrostatic capacitance C3 is selected such that at least C3> C2-C1 holds true. If the voltage is greater than the insulation withstand voltage of the power module 23 , is applied to the power module unit 24, the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 , the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 and the electrostatic capacitance C3 of the capacitor 12th satisfy the above equation 4, and the voltage can be divided into the parasitic capacitance C1 + the electrostatic capacitance C3 and the parasitic capacitance C2.

Es wird ein Fall betrachtet, in dem ein Element, das eine elektrostatische Kapazität aufweist, zwischen der Modulbasisplatte 3, die elektrisch parallel zu der parasitären Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 und elektrisch in Reihe mit dem Kondensator 12 angeordnet ist, und der Wärmesenke 11 hinzugefügt wird. Das Element hat die elektrostatische Kapazität C4. In dem Fall, wenn C1 + C3 ≤ C2 + C4 gilt, wird die elektrostatische Kapazität C4, die eine Isolationsstehspannung aufweist, die größer ist als die an die Leistungsmoduleinheit 24 angelegte Spannung, als die elektrostatische Kapazität C4 ausgewählt. Hierdurch wird die Hochspannung auf C1 + C3 und C2 + C4 aufgeteilt, wenn die Spannung, die größer ist als die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 an die Leistungsmoduleinheit 24 angelegt wird, und das Leistungsmodul 23 kann vor der Spannung, die größer ist als die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23, geschützt werden.Consider a case where an element having an electrostatic capacity is sandwiched between the module base plate 3 that are electrically parallel to the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 and electrically in series with the capacitor 12th is arranged, and the heat sink 11 will be added. The element has the electrostatic capacity C4. In the case where C1 + C3 C2 + C4 holds, the electrostatic capacitance C4 having an insulation withstand voltage larger than the voltage applied to the power module unit 24 is selected as the electrostatic capacitance C4. This divides the high voltage between C1 + C3 and C2 + C4 if the voltage is greater than the insulation withstand voltage of the power module 23 is applied to the power module unit 24, and the power module 23 can withstand the voltage that is greater than the insulation withstand voltage of the power module 23 , to be protected.

Nun wird die Auswahl eines Widerstandswerts Rd der Widerstände 13 und 13a beschrieben. Zunächst wird der Fall des Widerstands 13a beschrieben. Wie in 9(b) gezeigt, wird der Widerstand 13a so ausgewählt, dass der Widerstandswert Rd kleiner ist als ein Isolationswiderstandswert eines Elements, das eine elektrostatische Kapazität oder eine parasitäre Kapazität elektrisch parallel zu dem Widerstand 13a aufweist. Die große Spannung wird an den Widerstand 13a angelegt, weshalb der Widerstand 13a mit einem geeigneten Widerstandswert Rd ausgewählt werden muss. In der Ausführungsform 1 ist der Widerstand 13a elektrisch parallel zu dem Kondensator 12 verbunden, und er ist mit dem Drahtleiter 1 und der Modulbasisplatte 1 elektrisch verbunden. Ein Körperteil des Widerstands 13a ist thermisch und mechanisch an der Wärmesenke 11 befestigt. Hierbei ist das Element, das die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität aufweist, elektrisch parallel zu dem Kondensator 12 geschaltet.Now is the selection of a resistance value Rd of the resistors 13th and 13a described. First is the case of resistance 13a described. As in 9 (b) shown is the resistance 13a is selected so that the resistance value Rd is smaller than an insulation resistance value of an element having an electrostatic capacitance or a parasitic capacitance electrically in parallel with the resistor 13a having. The big voltage is applied to the resistor 13a created why the resistance 13a with a suitable resistance value Rd must be selected. In the embodiment 1 is the resistance 13a electrically in parallel with the capacitor 12th connected, and he is with the wire conductor 1 and the module base plate 1 electrically connected. A body part of resistance 13a is thermally and mechanically on the heat sink 11 attached. Here, the element that has the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance is electrically in parallel with the capacitor 12th switched.

In einem Fall, in dem beispielsweise die parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 500 pF ist, wird die Impedanz der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 mit Rz bezeichnet. Es gilt Rz = 1/2πfC, und die Frequenz des Isolationsstehspannungstests wird mit 60 Hz angenommen.In a case in which, for example, the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 500 pF, becomes the impedance of the insulation layer arranged in the module 2 designated with Rz. Rz = 1 / 2πfC applies, and the frequency of the insulation withstand voltage test is assumed to be 60 Hz.

Somit gilt Rz = 1/(2π×60Hz×500×10^-12F) = 5,3 MΩ. In einem Fall, in dem die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 1000 pF beträgt, wird die elektrostatische Kapazität C3 des Kondensators 12 durch eine Gleichung 6 ausgedrückt. Der Widerstandswert Rd des Widerstands 13a ist kleiner als 5,3 MΩ.
[Ausdruck 6] $C3 \geq C2-C1=500pF$

Thus, Rz = 1 / (2π × 60Hz × 500 × 10 ^-12 F) = 5.3 MΩ. In a case where the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 1000 pF, the electrostatic capacitance becomes C3 of the capacitor 12th expressed by an equation 6. The resistance value Rd of the resistor 13a is less than 5.3 MΩ.
[Expression 6]

C3 \geq C2-C1 = 500pF

In dem Fall, in dem angenommen wird, dass die externe Hochspannung 3900 V ist, gibt es kein Problem, wenn der Kondensator 12 so ausgewählt wird, dass er eine Stehspannung von 3900 V oder mehr hat. Dies bedeutet, dass das Leistungsmodul 23 vor der externen Hochspannung geschützt werden kann, wenn die elektrostatische Kapazität C3 des Kondensators gleich oder größer ist als 500 pF.In the case where it is assumed that the external high voltage is 3900 V, there is no problem if the capacitor 12th is selected so that it has a withstand voltage of 3900 V or more. This means that the power module 23 can be protected from the external high voltage if the electrostatic capacitance C3 of the capacitor is equal to or greater than 500 pF.

Wenn die externe Hochspannung von 3900 V an die Leistungsmoduleinheit 24 angelegt wird, ist in einem Fall, in dem der Widerstandswert Rd des Widerstands 13a 50 kΩ ist, basierend auf einer Annahme, dass 2000 V an den Widerstandswert 13a angelegt werden, eine an den Widerstand 13a angelegte elektrische Leistung gleich V²/Rd = 2000²V/50 kΩ = 80 W. Ferner entlädt der Widerstand 13a die Last, die in der elektrostatischen Kapazität C3 des Kondensators 12 und der parasitären Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 gespeichert ist, und erzeugt somit Wärme. Wenn angenommen wird, dass die elektrostatische Kapazität des Kondensators 12 500 pF beträgt, gilt für eine Entladungszeit τ = RC = 50 kΩ × 1000 pF = 50 µsec.When the external high voltage of 3900 V is applied to the power module unit 24, in a case where the resistance value Rd of the resistor 13a 50 kΩ, based on an assumption that 2000 V to the resistance value 13a be applied, one to the resistor 13a applied electrical power equals V ² / Rd = 2000 ² V / 50 kΩ = 80 W. Furthermore, the resistor discharges 13a the load that is in the electrostatic capacitance C3 of the capacitor 12th and the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 is stored and thus generates heat. Assuming that the electrostatic capacity of the capacitor 12th 500 pF, the following applies for a discharge time τ = RC = 50 kΩ × 1000 pF = 50 µsec.

Die an eine Leistungsmodulvorrichtung angelegte externe Hochspannung wird für eine extrem kurze Zeit angelegt und ist beispielsweise ein Spannungsstoß durch einen Blitz. Der Isolationsstehspannungstest wird im Allgemeinen während einer Minute ausgeführt, sodass es ausreichend ist, dass der Widerstand 13a der Überlast für eine Minute standhalten kann. Jedoch ist die an die Leistungsmoduleinheit 24 in dem Stehspannungstest angelegte Spannung etwa zehnmal größer als die Spannung, die normalerweise an die Leistungsmoduleinheit 24 angelegt wird, weshalb die von dem Widerstand 13a bei dem Stehspannungstest erzeugte Wärme in Betracht gezogen werden muss.The external high voltage applied to a power module device is applied for an extremely short time and is, for example, a surge caused by lightning. The insulation withstand voltage test is generally carried out for one minute, so that it is sufficient that the resistance 13a can withstand the overload for one minute. However, the voltage applied to the power module unit 24 in the withstand voltage test is about ten times greater than the voltage normally applied to the power module unit 24, hence that from the resistor 13a heat generated in the withstand voltage test must be taken into account.

Eine Größe des Widerstands muss vergrößert werden, sodass der Widerstand, der den Widerstandswert von 50 kΩ aufweist, der Überlast bei 2000 V standhält. Die Erhöhung der Größe des Widerstands führt nicht nur zu einer Erhöhung der Herstellungskosten sondern auch zu Schwierigkeiten in Bezug auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibration und Gewicht. Das Körperteil des Widerstands 13a ist jedoch in der vorliegenden Ausführungsform 1 thermisch und mechanisch an der Wärmesenke 11 befestigt, weshalb die Wärmeableitungseigenschaften des Widerstands 13a verbessert werden und die Spannung wird an den Widerstand 13a nur für eine extrem kurze Zeit angelegt. Somit ist es ausreichend, dass eine Nennleistung des Widerstands 13a in Übereinstimmung mit einer durch den Widerstand 13a verbrauchten Leistung ausgelegt wird, und der Widerstand 13a kann verkleinert werden. Die während des Normalbetriebs des Leistungsmoduls an den Widerstand 13a angelegte Spannung ist ausreichend niedriger als beim Isolationsstehspannungstest, weshalb die durch den Widerstand 13a beim Normalbetrieb verbrauchte Leistung klein ist und kein Problem darstellt.A size of the resistor needs to be increased so that the resistor having the resistance value of 50 kΩ can withstand the overload at 2000V. The increase in the size of the resistor leads not only to an increase in the manufacturing cost but also to difficulties in terms of resistance to vibration and weight. The body part of the resistance 13a however, in the present embodiment 1 is thermally and mechanically attached to the heat sink 11 attached, which is why the heat dissipation properties of the resistor 13a be improved and the voltage is applied to the resistor 13a only applied for an extremely short time. Thus, it is sufficient that a rated power of the resistor 13a in accordance with one through the resistance 13a consumed power is designed, and the resistance 13a can be scaled down. The during normal operation of the power module to the resistor 13a applied voltage is sufficiently lower than in the insulation withstand voltage test, which is why the through the resistor 13a power consumed during normal operation is small and not a problem.

Die Stehspannung eines Außengehäuses eines metallverkleideten Widerstands und eines Körperteils darin ist beispielsweise gleich oder größer als 3000 V und gleich oder kleiner als 4500 V, und der metallverkleidete Widerstand ist in nennenswerten Stückzahlen einfach am Markt erhältlich. Somit kann der metallverkleidete Widerstand als der Widerstand 13a verwendet werden. 16 stellt ein Beispiel eines Außengehäuses des metallverkleideten Widerstands dar.The withstand voltage of an outer housing of a metal-clad resistor and a body part therein is, for example, equal to or greater than 3000 V and equal to or less than 4500 V, and the metal-clad resistor is easily available on the market in significant numbers. Thus, the metal-clad resistor can be used as the resistor 13a be used. 16 Figure 3 illustrates an example of an outer housing of the metal-clad resistor.

Der Widerstand 13, der den Isolationsstehspannungstest besteht, wird zwischen der Modulbasisplatte 3, die elektrisch in Reihe mit dem Widerstand 13a geschaltet ist, und der Wärmesenke 11 eingefügt, sodass die in der elektrostatischen Kapazität C3 und der parasitären Kapazität C1 gespeicherte Ladung entladen werden kann. In diesem Fall ist der Widerstandswert Rd des Widerstands 13 gleich dem Widerstandswert Rd des Widerstands 13a.The resistance 13th that passes the insulation withstand voltage test is placed between the module base plate 3 that are electrically in series with the resistor 13a is switched, and the heat sink 11 is inserted so that the charge stored in the electrostatic capacitance C3 and the parasitic capacitance C1 can be discharged. In this case, the resistance value is Rd of the resistor 13th equal to the resistance value Rd of the resistor 13a .

Wie in 9(a) gezeigt, wird der Widerstand 13a weggelassen, und der Widerstand 13, der den Isolationsstehspannungstest besteht, wird zwischen der Modulbasisplatte 3, die elektrisch parallel zu der parasitären Kapazität C2 geschaltet ist, und der Wärmesenke 11 eingefügt, sodass die in der elektrostatischen Kapazität C3 und der parasitären Kapazität C1 gespeicherte Ladung entladen werden kann. In diesem Fall ist der Widerstandswert Rd des Widerstands 13 gleich dem Widerstandswert Rd des Widerstands 13a. Ein Körperteil des Widerstands 13 ist thermisch und mechanisch an der Wärmesenke 11 befestigt.As in 9 (a) shown is the resistance 13a omitted, and the resistance 13th that passes the insulation withstand voltage test is placed between the module base plate 3 , which is electrically connected in parallel with the parasitic capacitance C2, and the heat sink 11 is inserted so that the charge stored in the electrostatic capacitance C3 and the parasitic capacitance C1 can be discharged. In this case, the resistance value is Rd of the resistor 13th equal to the resistance value Rd of the resistor 13a . A body part of resistance 13th is thermally and mechanically on the heat sink 11 attached.

Ist ferner die elektrische Kapazität C3 des Kondensators 12 erhöht, kann selbst in einem Fall, in dem die an die beiden Enden der Leistungsmoduleinheit 24 angelegte Spannung zwei- oder dreimal so groß ist wie die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23, das Leistungsmodul 23 vor dem Isolationsdurchschlag geschützt werden.Is also the electrical capacitance C3 of the capacitor 12th can be increased even in a case where the voltage applied to both ends of the power module unit 24 is two or three times as large as the insulation withstand voltage of the power module 23 , the power module 23 protected from the insulation breakdown.

Wie vorangehend beschrieben, ist bei der Leistungsmodulvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Kondensator 12 zwischen dem Drahtleiter 1 und der Modulbasisplatte 3 geschaltet, sodass selbst in einem Fall, in dem die Spannung die Nennisolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 übersteigt, an das Leistungsmodul 23 angelegt wird, das Leistungsmodul 23 unter Verwendung der elektrostatischen Kapazität C3 des Kondensators 12 geschützt werden.As described above, in the power module device according to Embodiment 1, the capacitor is 12th between the wire conductor 1 and the module base plate 3 switched, so even in a case where the voltage is the rated insulation withstand voltage of the power module 23 exceeds, to the power module 23 is applied, the power module 23 using the electrostatic capacitance C3 of the capacitor 12th to be protected.

Die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 wird durch die elektrostatische Kapazität C3 des Kondensators 12 und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 bestimmt, sodass verhindert werden kann, dass die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 von der Isolationsstehspannung der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 abhängt.The insulation withstand voltage of the power module 23 is determined by the electrostatic capacitance C3 of the capacitor 12th and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 determined so that the insulation withstand voltage of the power module can be prevented 23 on the insulation withstand voltage of the insulation layer arranged in the module 2 depends.

Der Isolationsstehspannungstest eines Schienenfahrzeugs umfasst einen Stehspannungstest mit Wechselspannung und einen Stehspannungstest mit Gleichspannung sodass, wenn der Gleichspannungstest vorgenommen wird, der Widerstand nicht in der Leistungsmoduleinheit 24 vorgesehen sein kann, sodass dann, wenn es keinen Entladungsweg für die elektrostatische Entladung gibt, das Leistungsmodul 23 kaputtgehen kann. Nicht nur der Kondensator 12 sondern auch der Widerstand 13a sind notwendig, um zu verhindern, dass das Leistungsmodul 23 kaputtgeht. Der Widerstand 13a wird weggelassen, und der Widerstand 13, der den Isolationsstehspannungstest besteht, wird zwischen die Modulbasisplatte 3, die elektrisch in Reihe geschaltet ist, und die Wärmesenke 11 eingefügt, sodass die in der elektrostatischen Kapazität C3 und der parasitären Kapazität C1 gespeicherte Ladung entladen werden kann.The insulation withstand voltage test of a rail vehicle comprises a withstand voltage test with AC voltage and a withstand voltage test with DC voltage so that when the DC voltage test is carried out, the resistor cannot be provided in the power module unit 24, so that if there is no discharge path for the electrostatic discharge, the power module 23 can break. Not just the capacitor 12th but also the resistance 13a are necessary to prevent the power module 23 breaks down. The resistance 13a is omitted, and the resistance 13th that passes the insulation withstand voltage test is placed between the module base plate 3 , which is electrically connected in series, and the heat sink 11 is inserted so that the charge stored in the electrostatic capacitance C3 and the parasitic capacitance C1 can be discharged.

Entsprechend ist es möglich, ein teures Leistungsmodul mit hoher Stehspannung für ein Schienenfahrzeug nicht zu verwenden, sondern ein weniger teures Leistungsmodul mit niedrigerer Isolationsstehspannung als jemals zuvor zu verwenden. Somit können die Herstellungskosten eines Produkts reduziert werden, und das Produkt kann verkleinert werden. Die Fläche der zusätzlichen Basisplatte 4 ist größer als die der Modulbasisplatte 3, weshalb die zusätzliche Basisplatte 4 als ein Wärmeverteiler wirkt. Folglich werden die Wärmeabgabeeigenschaften des Leistungsmoduls 23 verbessert. Die gleiche Wirkung kann erhalten werden, indem die Mehrzahl von Isolationsschichten 10 und zusätzliche Basisplatten 4 sich überlappen, oder eine Kombination hiervon.Accordingly, it is possible not to use an expensive power module with a high withstand voltage for a rail vehicle, but to use a less expensive power module with a lower insulation withstand voltage than ever before. Thus, the manufacturing cost of a product can be reduced and the product can be downsized. The area of the additional base plate 4th is larger than that of the module base plate 3 , which is why the additional base plate 4th acts as a heat spreader. As a result, the heat dissipation properties of the power module become 23 improved. The same effect can be obtained by adding the plurality of insulating layers 10 and additional base plates 4th overlap, or a combination of these.

<Ausführungsform 2><Embodiment 2>

Nun wird eine Leistungsmodulvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 beschrieben. 10 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2. 11 ist eine Querschnittsansicht einer Anbringungsstruktur eines Drucksubstrats 43, das in der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 enthalten ist. 12 ist eine Draufsicht des Drucksubstrats 43, das in der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 enthalten ist. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Befestigungsteils 52, das in der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 enthalten ist. Bei der Ausführungsform 2 werden den konstituierenden Elementen, die den in 1 beschriebenen gleich sind, die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, und deren Beschreibung wird weggelassen.A power module device according to Embodiment 2 will now be described. 10 FIG. 13 is a cross-sectional view of a power module device according to Embodiment 2. FIG. 11 Fig. 13 is a cross-sectional view of a mounting structure of a printing substrate 43 included in the power module device according to Embodiment 2. 12th Fig. 3 is a plan view of the print substrate 43 included in the power module device according to Embodiment 2. 13th FIG. 14 is a perspective view of a fixing part 52 included in the power module device according to Embodiment 2. FIG. In Embodiment 2, the constituent elements corresponding to the in 1 are assigned the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

Wie in 10 gezeigt, wird bei der Ausführungsform 2 der Kondensator 12 der ersten Ausführungsform 1 durch das Drucksubstrat 3 ersetzt.As in 10 In Embodiment 2, the capacitor is shown 12th of the first embodiment 1 by the printing substrate 3 replaced.

Wie in 11 gezeigt, umfasst das Drucksubstrat 43 eine Komponentenfläche 41, welche eine Vorderfläche ist, und eine Lötfläche 42, welche eine Rückfläche ist. Ein Kupferfolienmuster 48 ist an einem Teil der Komponentenfläche 41 des Drucksubstrats 43 angebracht und geätzt. Ein Kupferfolienmuster 49 ist an einem Teil der Lötfläche 42 des Drucksubstrats 43 angebracht und geätzt.As in 11 shown comprises the printing substrate 43 a component surface 41, which is a front surface, and a soldering surface 42, which is a rear surface. A copper foil pattern 48 is on part of the component surface 41 of the print substrate 43 attached and etched. A copper foil pattern 49 is on part of the soldering surface 42 of the print substrate 43 attached and etched.

Das Drucksubstrat 43 ist an dem Drahtleiter 1 und der Modulbasisplatte 3 unter Verwendung von Befestigungsteilen 52 und 53, welche Leitfähigkeit aufweisen, befestigt. Die Befestigungsteile 52 und 53 weisen eine gleiche Struktur auf. Wie in den 11 bis 13 gezeigt, ist ein Schraubdurchgangsloch 46 in einem Endbereich des Kupferfolienmusters 48 ausgebildet, und eine Schraube 50 durchsetzt ein Schraubdurchgangsloch 58, das in einem Endbereich des Befestigungsteils 52 ausgebildet ist, und das Schraubdurchgangsloch 46, um mit einer Mutter 55 verschraubt zu werden, sodass der eine Endbereich des Befestigungsteils 52 an dem Drucksubstrat 53 befestigt ist.The print substrate 43 is on the wire conductor 1 and the module base plate 3 using fasteners 52 and 53 which have conductivity. The fastening parts 52 and 53 have the same structure. As in the 11 to 13th As shown, a screw through hole 46 is formed in one end portion of the copper foil pattern 48, and a screw 50 penetrates a screw through hole 58 formed in an end portion of the fixing member 52 and the screw through hole 46 to be connected to a Nut 55 to be screwed so that the one end portion of the fixing part 52 is fixed to the printing substrate 53.

Ein Isolationsabstand, der der verlangten Isolationsstehspannung genügt, wird zwischen einem Kopf der Schraube 50 und dem Kupferfolienmuster 49, das an der Lötfläche 42 angebracht ist, eingehalten.An insulation distance which satisfies the required insulation withstand voltage is maintained between a head of the screw 50 and the copper foil pattern 49 which is attached to the soldering surface 42.

Wie in den 10 bis 13 gezeigt, ist ein Schraubdurchgangsloch auch in einem Endbereich des Drahtleiters 1 ausgebildet, und eine Schraube 44 durchsetzt ein Schraubdurchgangsloch 57, das in dem anderen Endbereich des Befestigungsteils 52 ausgebildet ist, und das Schraubdurchgangsloch des Drahtleiters 1, um mit einer Mutter 54 verbunden zu werden, wodurch der andere Endbereich des Befestigungsteil 52 an dem Drahtleiter 1 befestigt ist. Somit sind das Drucksubstrat 43 und der Drahtleiter 1 über das Befestigungsteil 52 miteinander befestigt.As in the 10 to 13th shown, a screw through hole is also in an end portion of the wire conductor 1 and a screw 44 penetrates a screw through hole 57 formed in the other end portion of the fixing part 52 and the screw through hole of the wire conductor 1 to be connected to a nut 54, whereby the other end portion of the fastening part 52 to the wire conductor 1 is attached. Thus are the print substrate 43 and the wire conductor 1 fastened to one another via the fastening part 52.

Wie in den 11 bis 12 gezeigt, ist ein Durchgangsloch 47 in einem Endbereich des Kupferfolienmusters 49 ausgebildet, und eine Schraube 51 durchsetzt ein Schraubdurchgangsloch 59, das in einem Endbereich des Befestigungsteils 53 ausgebildet ist, und das Schraubdurchgangsloch 47, um mit einer Mutter 56 verbunden zu werden, sodass der eine Endbereich des Befestigungsteils 53 an dem Drucksubstrat 43 befestigt ist. Ein Isolationsabstand, der der verlangten Isolationswiderstandsspannung genügt, wird zwischen einem Kopf der Schraube 51 und dem Kupferfolienmuster 48, das an der Komponentenfläche 41 angebracht ist, eingehalten.As in the 11 to 12th As shown, a through hole 47 is formed in one end portion of the copper foil pattern 49, and a screw 51 penetrates a screw through hole 59 formed in an end portion of the fixing part 53 and the screw through hole 47 to be connected to a nut 56 so that the one End portion of the fastening part 53 on the printing substrate 43 is attached. An insulation distance which satisfies the required insulation resistance voltage is maintained between a head of the screw 51 and the copper foil pattern 48 which is attached to the component surface 41.

Wie in 10 und 13 gezeigt, durchsetzt die Schraube 5 das Schraubdurchgangsloch 58, das in dem anderen Endbereich des Befestigungsteils 53 ausgebildet ist, und den Abstandshalter 7, um mit der Modulbasisplatte 3 verschraubt zu werden, sodass der andere Endbereich des Befestigungsteils 53 an der Modulbasisplatte 3 befestigt ist. Entsprechend sind das Drucksubstrat 43 und das Leistungsmodul 23 über das Befestigungsteil 53 aneinander befestigt.As in 10 and 13th As shown, the screw 5 penetrates the screw through hole 58 formed in the other end portion of the fixing part 53 and the spacer 7 to connect with the module base plate 3 to be screwed so that the other end portion of the fastening part 53 on the module base plate 3 is attached. The printing substrate is accordingly 43 and the power module 23 fastened to one another via the fastening part 53.

Nun wird die Funktion und die Wirkung einer Stehspannungsstruktur des Leistungsmoduls 23 gemäß der Ausführungsform 2 unter Verwendung der 8, der 10 und der 11 beschrieben.Now the function and the effect of a withstand voltage structure of the power module 23 according to the embodiment 2 using the 8th , of the 10 and the 11 described.

Auf eine Weise, die dem in 8, 10 und 11 gezeigten Fall der Ausführungsform 1 ähnlich ist, sind die zusätzliche Basisplatte 4 und die Wärmesenke 11 über die Isolationsschicht 10 voneinander isoliert, sodass es die parasitäre Kapazität C2 gibt. Wie in 11 gezeigt, sind das Kupferfolienmuster 48, das an der Komponentenfläche 41 angebracht ist, und das Kupferfolienmuster 49, das an der Lötfläche 42 angebracht ist, über eine Isolationsschicht 43a voneinander isoliert, sodass es die parasitäre Kapazität gibt. Die parasitäre Kapazität des Drucksubstrats 43 wird hier mit C3 bezeichnet. Wenn Sp eine Fläche der Isolationsschicht 43a des Drucksubstrat 43 ist, dp ein Abstand zwischen dem Kupferfolienmuster 48, das an der Komponentenfläche 41 angebracht ist, und dem Kupferfolienmuster 49, das an der Lötfläche 42 angebracht ist, ist, und ε_sp die relative Permittivität der Isolationsschicht 43a ist, ergibt sich eine Gleichung (7). ε0 gibt die Permittivität des Vakuums an und ist 8,855 × 10^-12.
[Gleichung 7] $C3= ε_{0} ε_{sp} \frac{Sp}{dp}$

In a way similar to the one in 8th , 10 and 11 The case shown is similar to Embodiment 1, the additional base plate 4th and the heat sink 11 over the insulation layer 10 isolated from each other so that there is the parasitic capacitance C2. As in 11 As shown, the copper foil pattern 48 attached to the component surface 41 and the copper foil pattern 49 attached to the soldering surface 42 are isolated from each other via an insulating layer 43a so that there is the parasitic capacitance. The parasitic capacitance of the print substrate 43 is referred to here as C3. When Sp is an area of the insulating layer 43a of the printing substrate 43 is, dp is a distance between the copper foil pattern 48 attached to the component surface 41 and the copper foil pattern 49 attached to the soldering surface 42, and ε _{sp is} the relative permittivity of the insulating layer 43a, an equation (7 ). ε0 indicates the permittivity of the vacuum and is 8.855 × 10 ^-12 .
[Equation 7]

C3 = ε_{0} ε_{sp} \frac{Sp}{dp}

Die parasitäre Kapazität C3 des Drucksubstrats 43 wird größer gewählt als eine Differenz zwischen der parasitären Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 und der parasitären Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2. Beispielsweise erfüllt die parasitäre Kapazität C3 des Drucksubstrats 43 eine Gleichung (8) und eine Gleichung (9), wenn die parasitäre Kapazität C1 des Leistungsmoduls 23 gleich 100 pF ist, die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 gleich 1000 pF ist, die spezifische Permittivität des Drucksubstrats 43 gleich 5 ist und ein Abstand zwischen der Komponentenfläche 41 des Drucksubstrats 43 und der Lötfläche 42 gleich 1 mm ist, da die Permittivität von Luft gleich 8,855 × 10^-12 ist.
[Gleichung 8] $C3 \geq C2-C1=900pF$

[Gleichung 9]

C3= ε_{0} ε_{p} \frac{Sp}{dp}

The parasitic capacitance C3 of the print substrate 43 is selected to be greater than a difference between the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 and the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 . For example, the parasitic capacitance C3 of the print substrate satisfies 43 an equation (8) and an equation (9) when the parasitic capacitance C1 of the power module 23 is equal to 100 pF, the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 is equal to 1000 pF, the specific permittivity of the print substrate 43 is equal to 5 and a distance between the component face 41 of the printing substrate 43 and the soldering area 42 is 1 mm since the permittivity of air is 8.855 × 10 ^-12 .
[Equation 8]

C3 \geq C2-C1 = 900pF

[Equation 9]

C3 = ε_{0} ε_{p} \frac{Sp}{dp}

Aus der Gleichung (8) und der Gleichung (9) ergibt sich eine Gleichung (10).
[Gleichung 10] $900 pF=5 \times 8,855 \times 10^{-12} \times \frac{Sp}{dp}$

Equation (10) results from equation (8) and equation (9).
[Equation 10]

900 pF = 5 \times 8th, 855 \times 10^{-12} \times \frac{Sp}{dp}

In einem Fall, in dem dp = 0.5 mm und sp = 100 cm^-2 angenommen werden, beträgt die parasitäre Kapazität C3 des Drucksubstrats 43 gemäß Gleichung (10) 900 pF, wenn die Kupferfolienmuster 48 und 49 eine Fläche von 10 cm × 10 cm aufweisen, d. h. die Kupferfolienmuster 48 und 49 eine Fläche von 100 cm² haben.In a case where dp = 0.5 mm and sp = 100 cm ^{-2 are} assumed, the parasitic capacitance is C3 of the printing substrate 43 according to equation (10) 900 pF if the copper foil patterns 48 and 49 have an area of 10 cm × 10 cm, ie the copper foil patterns 48 and 49 have an area of 100 cm ² .

Bei einer solchen Konfiguration wird, wenn die Hochspannung an die beiden Enden des Leistungsmoduls 23 und der Wärmesenke 11 über den Drahtleiter 1 angelegt wird, die Spannung in eine zusammengesetzte parasitäre Kapazität C1 + C3 der parasitären Kapazität C3 des Drucksubstrats 43 und der parasitären Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 und die parasitäre Kapazität C2 der isolierenden Schicht 10 aufgeteilt, sodass das Leistungsmodul 23 vor der Isolationsdurchschlagsspannung geschützt werden kann.With such a configuration, when the high voltage is applied to both ends of the Power module 23 and the heat sink 11 over the wire conductor 1 is applied, the voltage into a composite parasitic capacitance C1 + C3 of the parasitic capacitance C3 of the print substrate 43 and the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 and the parasitic capacitance C2 of the insulating layer 10 split so that the power module 23 can be protected from the insulation breakdown voltage.

Ferner wird die parasitäre Kapazität C3 des Drucksubstrats 43 erhöht, sodass selbst in dem Fall, in dem die Spannung, die an die beiden Enden der Leistungsmoduleinheit 24 angelegt wird, zwei- oder dreimal so groß ist wie die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23, das Leistungsmodul 23 vor dem Isolationsdurchschlag geschützt werden kann.Further, the parasitic capacitance becomes C3 of the print substrate 43 is increased so that even in the case where the voltage applied to both ends of the power module unit 24 is two or three times as large as the insulation withstand voltage of the power module 23 , the power module 23 can be protected from the insulation breakdown.

In einer der Ausführungsform 1 ähnlichen Weise ist der Widerstand 13 zwischen der Modulbasisplatte 3 und der Wärmesenke 11 elektrisch angeschlossen, sodass er elektrisch parallel zu dem Drucksubstrat 43 oder elektrisch parallel zu der Isolationsschicht 10 angeordnet ist. Der Widerstandswert Rd des Widerstands 13 wird auf eine Weise ausgewählt, die der der Ausführungsform 1 ähnlich ist.In a manner similar to Embodiment 1, the resistor is 13th between the module base plate 3 and the heat sink 11 electrically connected so that it is electrically in parallel with the print substrate 43 or electrically parallel to the insulation layer 10 is arranged. The resistance value Rd of the resistor 13th is selected in a manner similar to that of the embodiment 1 is similar.

Das Körperteil des Widerstands 13 ist thermisch und mechanisch an der Wärmesenke 11 befestigt. Bei einer solchen Konfiguration sind die Wärmeabgabeeigenschaften des Widerstands 13 erhöht, sodass es ausreichend ist, wenn eine Nennleistung des Widerstands 13 mit einer Kurzzeit-Nennleistung ausgelegt ist, so dass der Widerstand 13 verkleinert werden kann. Es kann ein kommerziell verfügbarer Widerstand als der Widerstand 13 verwendet werden. Die Stehspannung eines Außengehäuses eines metallverkleideten Widerstands und eines Körperteils darin ist beispielsweise gleich oder größer als 3000 V und gleich oder kleiner als 4500 V, und der metallverkleidete Widerstand ist in nennenswerten Stückzahlen einfach am Markt erhältlich. Somit kann der metallverkleidete Widerstand als der Widerstand 13 verwendet werden. Hierbei ist das Element, das die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität elektrisch parallel aufweist, das Drucksubstrat 43.The body part of the resistance 13th is thermally and mechanically on the heat sink 11 attached. With such a configuration, the heat releasing properties are the resistor 13th increased so that it is sufficient if a rated power of the resistor 13th is designed with a short-term rated power, so that the resistance 13th can be reduced in size. There may be a more commercially available resistor than the resistor 13th be used. The withstand voltage of an outer housing of a metal-clad resistor and a body part therein is, for example, equal to or greater than 3000 V and equal to or less than 4500 V, and the metal-clad resistor is easily available on the market in significant numbers. Thus, the metal-clad resistor can be used as the resistor 13th be used. Here, the element that has the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance electrically in parallel is the printing substrate 43 .

Wie vorangehend beschrieben, ist bei der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 das Drucksubstrat 43 elektrisch zwischen den Drahtleiter 1 und die Modulbasisplatte 3 geschaltet, sodass selbst in einem Fall, in dem die Spannung, die die Nennisolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 übersteigt, an das Leistungsmodul 23 angelegt wird, das Leistungsmodul 23 unter Verwendung der parasitären Kapazität C3 des Drucksubstrats 43 geschützt werden kann.As described above, in the power module device according to Embodiment 2, the printing substrate is 43 electrically between the wire conductors 1 and the module base plate 3 switched, so even in a case where the voltage that is the rated insulation withstand voltage of the power module 23 exceeds, to the power module 23 is applied, the power module 23 using the parasitic capacitance C3 of the print substrate 43 can be protected.

Die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 wird durch die parasitäre Kapazität C3 des Drucksubstrats 43 und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 bestimmt, sodass verhindert werden kann, dass die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 von der Isolationsstehspannung der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 des Leistungsmoduls 23 abhängt.The insulation withstand voltage of the power module 23 is caused by the parasitic capacitance C3 of the print substrate 43 and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 determined so that the insulation withstand voltage of the power module can be prevented 23 on the insulation withstand voltage of the insulation layer arranged in the module 2 of the power module 23 depends.

Der Isolationsstehspannungstest eines Schienenfahrzeugs umfasst einen Stehspannungstest mit Wechselspannung und einen Stehspannungstest mit Gleichspannung, sodass dann, wenn die Gleichspannung angelegt wird, der Widerstand nicht in dem Leistungsmodul 24 angeordnet sein kann, sodass, wenn kein Entladungsweg zur elektrischen Entladung besteht, das Leistungsmodul 23 kaputt gehen kann. Der Widerstand 13 ist notwendig, um zu verhindern, dass das Leistungsmodul 23 kaputt geht.The insulation withstand voltage test of a rail vehicle includes a withstand voltage test with alternating voltage and a withstand voltage test with direct voltage, so that when the direct voltage is applied, the resistor cannot be arranged in the power module 24, so that if there is no discharge path for electrical discharge, the power module 23 can break. The resistance 13th is necessary to prevent the power module 23 breaks down.

Entsprechend ist es möglich, ein nicht teures Leistungsmodul mit einer hohen Stehspannung für Schienenfahrzeuge sondern ein weniger teures Leistungsmodul mit niedrigerer Isolationsstehspannung als jemals zuvor zu verwenden. Somit können die Herstellungskosten eines Produkts reduziert werden, und das Produkt kann verkleinert werden. Die Fläche der zusätzlichen Basisplatte 4 ist größer als die der Modulbasisplatte 3, sodass die zusätzliche Basisplatte 4 als ein Wärmeverteiler wirkt. Entsprechend werden die Wärmeabgabeeigenschaften des Leistungsmoduls 23 erhöht.Accordingly, it is possible to use an inexpensive power module with a high withstand voltage for rail vehicles, but rather a less expensive power module with a lower insulation withstand voltage than ever before. Thus, the manufacturing cost of a product can be reduced and the product can be downsized. The area of the additional base plate 4th is larger than that of the module base plate 3 so that the additional base plate 4th acts as a heat spreader. The heat dissipation properties of the power module are accordingly 23 elevated.

<Ausführungsform 3><Embodiment 3>

Nun wird eine Leistungsmodulvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 beschrieben. 14 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3. In der Ausführungsform 3 werden konstituierenden Elementen, die denen der Ausführungsformen 1 und 2 gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deren Beschreibung wird weggelassen.A power module device according to Embodiment 3 will now be described. 14th Fig. 13 is a cross-sectional view of a power module device according to Embodiment 3. In Embodiment 3, constituent elements that are the same as Embodiments 1 and 2 are given the same reference numerals and descriptions thereof are omitted.

Wie in 14 gezeigt, ist in der Ausführungsform 3 der Kondensator 12 der Ausführungsform 1 durch ein Isolationsmaterial 63 ersetzt.As in 14th In Embodiment 3, as shown, is the condenser 12th of embodiment 1 by an insulating material 63 replaced.

In einer Weise, die der der Ausführungsform 1 ähnlich ist, sind die zusätzliche Basisplatte 4 und die Wärmesenke 11 über die Isolationsschicht 10 voneinander isoliert, sodass die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 besteht. In der Ausführungsform 3 umfasst die Leistungsmoduleinheit 24 einen Drahtleiter 61 anstelle des Drahtleiters 1, und sie umfasst eine zusätzliche Basisplatte 62 anstatt der zusätzlichen Basisplatte 4. Ein Endbereich des Drahtleiters 81 ist dick ausgebildet, und ein Endbereich der zusätzlichen Basisplatte 62 ist ebenfalls dick ausgebildet. Das Isolationsmaterial 63 ist zwischen einem verdickten Teil des Drahtleiters 61 und einem verdickten Teil der zusätzlichen Basisplatte 62 angeordnet, und diese verdickten Teile sind mit einem Klebstoff befestigt.In a manner similar to that of Embodiment 1, there are additional base plates 4th and the heat sink 11 over the insulation layer 10 isolated from each other, so that the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 consists. In Embodiment 3, the power module unit 24 includes a wire conductor 61 instead of the wire conductor 1 and it includes an additional base plate 62 in place of the additional base plate 4th . An end portion of the wire conductor 81 is made thick, and an end portion of the additional base plate 62 is also made thick. The insulation material 63 is between a thickened part of the wire conductor 61 and a thickened part of the additional base plate 62 is arranged, and these thickened parts are fixed with an adhesive.

Wie in 8 und 14 gezeigt, ist die parasitäre Kapazität C3 des isolierenden Materials 83 zwischen dem verdickten Teil des Drahtleiters 61 und dem verdickten Teil der zusätzlichen Basisplatte 62 angeordnet.As in 8th and 14th As shown, the parasitic capacitance C3 of the insulating material 83 is arranged between the thickened part of the wire conductor 61 and the thickened part of the additional base plate 62.

Das isolierende Material 63 ist so gewählt, dass die parasitäre Kapazität C3 größer ist als eine Differenz zwischen der parasitären Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 und der parasitären Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2. Beispielsweise erfüllt die parasitäre Kapazität C3 des Isolationsmaterials 63 die Gleichung (8) und die Gleichung (9) wenn die parasitäre Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 gleich 100 pF ist, die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 gleich 1000 pF ist, die spezifische Permittivität des Isolationsmaterials 63 gleich 5 ist und ein Abstand zwischen einem verdickten Teil des Drahtleiters 61 und einem verdickten Teil der zusätzlichen Basisplatte 62 gleich 1 mm ist, da die Permittivität von Luft gleich 8,855 × 10^-12 ist.The insulating material 63 is chosen so that the parasitic capacitance C3 is greater than a difference between the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 and the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 . For example, the parasitic capacitance C3 of the insulation material meets 63 the equation (8) and the equation (9) when the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 is equal to 100 pF, the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 is equal to 1000 pF, the specific permittivity of the insulation material 63 is 5 and a distance between a thickened part of the wire conductor 61 and a thickened part of the additional base plate 62 is 1 mm because the permittivity of air is 8.855 × 10 ^-12 .

Eine Gleichung (10) ist durch die Gleichung (8) und die Gleichung (9) gegeben.An equation (10) is given by the equation (8) and the equation (9).

In einem Fall, in dem dp = 0,5 mm und sp = 100 cm^-2 angenommen werden, ist gemäß Gleichung (10) die parasitäre Kapazität C3 des Isolationsmaterials 63 900 pF, wenn eine Fläche des verdickten Teils des Drahtleiters 61 und des verdickten Teils der zusätzlichen Basisplatte 62 100 cm² ist.In a case where dp = 0.5 mm and sp = 100 cm ^{-2 are} assumed, according to equation (10), the parasitic capacitance C3 of the insulating material 63 is 900 pF when an area of the thickened part of the wire conductor 61 and the thickened Part of the additional base plate 62 is 100 cm ² .

Mit einer solchen Struktur wird, wenn die Hochspannung an die beiden Enden des Leistungsmoduls 23 und der Wärmesenke 11 über den Drahtleiter 61 angelegt wird, in eine zusammengesetzte parasitäre Kapazität C1 + C3 aus der parasitären Kapazität C3 des Isolationsmaterials 63 und der parasitären Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 und der parasitären Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 geteilt, sodass das Leistungsmodul 23 vor der Isolationsdurchschlagsspannung geschützt werden kann.With such a structure, when the high voltage is applied to both ends of the power module 23 and the heat sink 11 is applied via the wire conductor 61, into a composite parasitic capacitance C1 + C3 from the parasitic capacitance C3 of the insulation material 63 and the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 divided so that the power module 23 can be protected from the insulation breakdown voltage.

Ferner wird die parasitäre Kapazität C3 des Isolationsmaterials 63 erhöht, sodass selbst in dem Fall, in dem die Spannung, die an die beiden Enden der Leistungsmoduleinheit 24 angelegt wird, zwei- oder dreimal so groß ist wie die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23, das Leistungsmodul 23 vor dem Isolationsdurchschlag geschützt.Furthermore, the parasitic capacitance becomes C3 of the insulation material 63 is increased so that even in the case where the voltage applied to both ends of the power module unit 24 is two or three times as large as the insulation withstand voltage of the power module 23 , the power module 23 protected from the insulation breakdown.

In einer Weise, die der der Ausführungsform 1 ähnlich ist, ist der Widerstand 13 elektrisch zwischen der Modulbasisplatte 3 und der Wärmesenke 11 geschaltet, sodass er elektrisch parallel zu dem Isolationsmaterial 63 oder elektrisch parallel zu der Isolationsschicht 10 angeordnet ist. Der Widerstandswert Rd des Widerstands 13 wird auf eine Weise ausgewählt, die der der Ausführungsform 1 ähnlich ist.In a manner similar to that of Embodiment 1, the resistance is 13th electrically between the module base plate 3 and the heat sink 11 switched so that it is electrically parallel to the insulation material 63 or electrically parallel to the insulation layer 10 is arranged. The resistance value Rd of the resistor 13th is selected in a manner similar to that of Embodiment 1. FIG.

Das Körperteil des Widerstands 13 ist thermisch und mechanisch an der Wärmesenke 11 befestigt. Bei einer solchen Konfiguration sind die Wärmeverteilungseigenschaften des Widerstands 13 verbessert, sodass es ausreicht, wenn die Nennleistung des Widerstands 13 in Übereinstimmung mit einer Kurzzeit-Nennleistung ausgelegt ist, und der Widerstand 13 kann verkleinert werden. Ein kommerziell verfügbarer Widerstand kann als der Widerstand 13 verwendet werden. Die Stehspannung eines Außengehäuses eines metallverkleideten Widerstands und eines Körperteils darin ist beispielsweise gleich oder größer als 3000 V und gleich oder kleiner als 4500 V, und der metallverkleidete Widerstand ist in nennenswerten Stückzahlen einfach am Markt erhältlich. Somit kann der metallverkleidete Widerstand als der Widerstand 13 verwendet werden. Hierbei ist das Element, das die elektrostatische Kapazität oder die parasitäre Kapazität elektrisch parallel aufweist, das isolierende Material 63.The body part of the resistance 13th is thermally and mechanically on the heat sink 11 attached. With such a configuration, the heat dissipation properties are the resistor 13th improved so that it is enough if the rated power of the resistor 13th is designed in accordance with a short-term power rating, and the resistance 13th can be scaled down. A commercially available resistor can be called the resistor 13th be used. The withstand voltage of an outer housing of a metal-clad resistor and a body part therein is, for example, equal to or greater than 3000 V and equal to or less than 4500 V, and the metal-clad resistor is easily available on the market in significant numbers. Thus, the metal-clad resistor can be used as the resistor 13th be used. Here, the element that has the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance electrically in parallel is the insulating material 63 .

Wie vorangehend beschrieben ist bei der Stehspannungsstruktur des Leistungsmoduls 23 gemäß der Ausführungsform 3 das Isolationsmaterial 63 zwischen dem Drahtleiter 1 und der Modulbasisplatte 3 angeschlossen, sodass selbst in dem Fall, in dem die Spannung, die die Nennisolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 übersteigt, an das Leistungsmodul 23 angeschlossen ist, das Leistungsmodul 23 unter Verwendung der parasitären Kapazität C3 des Isolationsmaterials 63 geschützt.As described above, the withstand voltage structure of the power module 23 according to the embodiment 3 the insulation material 63 between the wire conductor 1 and the module base plate 3 connected, so even in the event that the voltage that is the rated insulation withstand voltage of the power module 23 exceeds, to the power module 23 connected, the power module 23 using the parasitic capacitance C3 of the insulation material 63 protected.

Die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 wird durch die parasitäre Kapazität C3 des Isolationsmaterials 63 und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 bestimmt, sodass verhindert werden kann, dass die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 von der Isolationsstehspannung der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 des Leistungsmoduls 23 abhängt.The insulation withstand voltage of the power module 23 is caused by the parasitic capacitance C3 of the insulation material 63 and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 determined so that the insulation withstand voltage of the power module can be prevented 23 on the insulation withstand voltage of the insulation layer arranged in the module 2 of the power module 23 depends.

Der Isolationsstehspannungstest eines Schienenfahrzeugs umfasst einen Stehspannungstest mit Gleichspannung und einen Stehspannungstest mit Wechselspannung, sodass dann, wenn die Gleichspannung angelegt wird, der Widerstand nicht in dem Leistungsmodul 24 angeordnet sein kann, sodass, falls es keinen Entladepfad zur elektrostatischen Entladung gibt, das Leistungsmodul 23 kaputt gehen kann. Der Widerstand 13 ist notwendig, um die Möglichkeit zu verhindern, dass das Leistungsmodul 23 kaputt geht.The insulation withstand voltage test of a rail vehicle includes a withstand voltage test with direct voltage and a withstand voltage test with alternating voltage, so that when the direct voltage is applied, the resistor cannot be arranged in the power module 24, so that if there is no discharge path for the electrostatic discharge, the power module 23 can break. The resistance 13th is necessary to prevent the possibility of the power module 23 breaks down.

Entsprechend ist es möglich, ein teures Leistungsmodul mit hoher Stehspannung für Schienenfahrzeuge nicht zu verwenden sondern ein günstigeres Leistungsmodul mit niedriger Isolationsstehspannung als jemals zuvor zu verwenden. Somit können die Herstellungskosten eines Produkts verringert werden, und das Produkt kann verkleinert werden. Die Fläche der zusätzlichen Basisplatte 4 ist größer als die der Modulbasisplatte 3, weshalb die zusätzliche Platte 4 als ein Wärmeverteiler wirkt. Entsprechend werden die Wärmeverteilungseigenschaften des Leistungsmoduls 23 verbessert.Accordingly, it is possible not to use an expensive power module with a high withstand voltage for rail vehicles, but to use a cheaper power module with a low insulation withstand voltage than ever before. Thus, the manufacturing cost of a product can be reduced and the product can be downsized. The area of the additional base plate 4th is larger than that of the module base plate 3 which is why the additional plate 4th acts as a heat spreader. The heat distribution properties of the power module are accordingly 23 improved.

<Ausführungsform 4><Embodiment 4>

Nun wird eine Leistungsniveauvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 beschrieben. 15 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4. 16 ist eine perspektivische Ansicht eines Widerstands 71, der in der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 enthalten ist. 17 ist eine perspektivische Ansicht eines Widerstands 72, der in der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 enthalten ist. 18 ist eine schematische Ansicht der parasitären Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2, der parasitären Kapazität C2 der Isolationsschicht 10, eines Widerstandswerts R71 des Widerstands 71 und eines Widerstandswerts R72 des Widerstands 72. 19 ist ein erläuterndes Diagramm zum Beschreiben der 18. In der Ausführungsform 4 werden für konstituierende Elemente, die den in den Ausführungsformen 1 bis 3 beschriebenen gleich sind, die gleichen Bezugszeichen zugeordnet und deren Beschreibung wird weggelassen.A performance level device according to Embodiment 4 will now be described. 15th FIG. 14 is a cross-sectional view of a power module device according to Embodiment 4. FIG. 16 Fig. 3 is a perspective view of a resistor 71 included in the power module device according to Embodiment 4. 17th Fig. 3 is a perspective view of a resistor 72 included in the power module device according to Embodiment 4. 18th is a schematic view of the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 , the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 , a resistance value R71 of the resistor 71 and a resistance value R72 of the resistor 72 . 19th FIG. 13 is an explanatory diagram for describing FIG 18th . In Embodiment 4, constituent elements that are the same as those described in Embodiments 1 to 3 are assigned the same reference numerals and descriptions thereof are omitted.

Wie in 15 gezeigt, ist in der Ausführungsform 4 der Kondensator 12 der Ausführungsform 1 durch den Widerstand 71 ersetzt. Der Widerstand 72 wird zwischen der Modulbasisplatte 3, die mit dem Widerstand 71 elektrisch in Reihe geschaltet ist, und der Wärmesenke 11 hinzugefügt.As in 15th shown is in the embodiment 4th the capacitor 12th of embodiment 1 by the resistor 71 replaced. The resistance 72 is between the module base plate 3 that with the resistance 71 is electrically connected in series, and the heat sink 11 added.

Wie in 15 und 16 gezeigt, ist der Widerstand 71 zwischen den Drahtleiter 1 und der Modulbasisplatte 3 geschaltet. Der Widerstand 71 umfasst ein Körperteil 73a, ein Ende 74b und das andere Ende 74c. Das eine Ende 74b des Widerstands 71 und der Drahtleiter 1 sind elektrisch miteinander verbunden. Das andere Ende 74c des Widerstands 71 und die Modulbasisplatte 3 sind elektrisch miteinander verbunden.As in 15th and 16 shown is the resistance 71 between the wire conductors 1 and the module base plate 3 switched. The resistance 71 includes a body portion 73a, one end 74b, and the other end 74c. One end 74b of the resistor 71 and the wire conductor 1 are electrically connected to each other. The other end 74c of the resistor 71 and the module base plate 3 are electrically connected to each other.

Wie in 15 und 17 gezeigt, ist der Widerstand 72 zwischen der Modulbasisplatte 3 und der Wärmesenke 11 geschaltet. Das eine Ende 76b des Widerstands 72 und die Modulbasisplatte 3 sind elektrisch miteinander verbunden. Das andere Ende 76c des Widerstands 72 und die Wärmesenke 11 sind elektrisch miteinander verbunden, der Widerstand 71 entspricht einem ersten Widerstand und der Widerstand 72 entspricht einem zweiten Widerstand.As in 15th and 17th shown is the resistance 72 between the module base plate 3 and the heat sink 11 switched. One end 76b of the resistor 72 and the module base plate 3 are electrically connected to each other. The other end 76c of the resistor 72 and the heat sink 11 are electrically connected to each other, the resistor 71 corresponds to a first resistance and the resistance 72 corresponds to a second resistor.

Ein Bodenteil 73a des Widerstands 71 und ein Bodenteil 75a des Widerstands 72 sind thermisch und mechanisch an der Wärmesenke 11 befestigt, sodass der Widerstand 71 und der Widerstand 72 Wärme abgeben. Ferner sind der Widerstand 71, der Widerstand 72 und das Leistungsmodul 23 an der Wärmesenke 11 mit dazwischenliegenden Abständen angeordnet, weshalb ein geforderter Isolationsabstand erfüllt ist.A bottom part 73a of the resistor 71 and a bottom part 75a of the resistor 72 are thermally and mechanically on the heat sink 11 attached so that the resistance 71 and the resistance 72 Give off heat. Further are the resistance 71 , the resistance 72 and the power module 23 at the heat sink 11 arranged with spaces in between, which is why a required insulation distance is met.

In einer Weise, die der in Ausführungsform 1 ähnlich ist, sind, wie in 15 bis 19 gezeigt, die zusätzliche Basisplatte 4 und die Wärmesenke 11 über die Isolationsschicht 10 voneinander isoliert, sodass es die parasitäre Kapazität C2 gibt. Der Leiter und die Modulbasisplatte sind über die in dem Modul angeordnete Isolationsschicht isoliert, sodass es die parasitäre Kapazität C1 gibt.In a manner similar to that in Embodiment 1, as shown in FIG 15th to 19th shown, the additional base plate 4th and the heat sink 11 over the insulation layer 10 isolated from each other so that there is the parasitic capacitance C2. The conductor and the module base plate are insulated by the insulation layer arranged in the module, so that there is the parasitic capacitance C1.

Wenn angenommen wird, dass die parasitäre Kapazität C1 500 pF ist und die parasitäre Kapazität C2 1000 pF ist, wird die Impedanz der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 mit Rz bezeichnet. Rz = 1/2πfC ist erfüllt, und ein Frequenzdesisolationsstehspannungstest wird mit 60 Hz angenommen.Assuming that the parasitic capacitance C1 is 500 pF and the parasitic capacitance C2 is 1000 pF, the impedance of the insulation layer arranged in the module becomes 2 designated with Rz. Rz = 1 / 2πfC is fulfilled, and a frequency desisolation withstand voltage test is assumed to be 60 Hz.

Somit ist Rz=1/(2π×60Hz×500×10^-12F) = 5,3 MΩ erfüllt. Ein Widerstandswert von weniger als 5,3 MΩ, wird für den Widerstandswert R71 des Widerstands 71 und den Widerstandswert R72 des Widerstands 72 gewählt.Thus Rz = 1 / (2π × 60Hz × 500 × 10 ^-12 F) = 5.3 MΩ is fulfilled. A resistance value less than 5.3 MΩ is used for the resistance value R71 of the resistor 71 and the resistance value R72 of the resistor 72 elected.

Wenn zum Beispiel die externe Hochspannung von 3900 V an die Leistungsmoduleinheit 24 angelegt wird, ist, in einem Fall, in dem der Widerstandswert R71 des Widerstands 71 und der Widerstandswert R72 des Widerstands 72 50 kΩ ist, basierend auf der Annahme, dass 3900 V an den Widerstand 71 und den Widerstand 72 angelegt werden, eine elektrische Leistung P an dem Widerstand 71 und dem Widerstand 72 gleich V²/(R71 + R72) = 3900²V/(50 kΩ + 50 kΩ) = 152 W. 76 W werden jeweils an den Widerstand 71 und den Widerstand 72 angelegt. Eine nennenswerte Menge an Wärme wird durch den Widerstand 71 und den Widerstand 72 während des Isolationsstehspannungstests erzeugt, sodass dann, wenn der Widerstand 71 und Widerstand 72 aus Metall gefertigt sind und an der Wärmesenke 11 angeordnet sind, die Wärme des Widerstands 71 und des Widerstands 72 abgeführt werden kann.For example, when the external high voltage of 3900 V is applied to the power module unit 24, in a case where the resistance value R71 of the resistor 71 and the resistance value R72 of the resistor 72 50 kΩ is based on the assumption that 3900 V is applied to the resistor 71 and the resistance 72 are applied, an electric power P to the resistor 71 and the resistance 72 equal to V ² / (R71 + R72) = 3900 ² V / (50 kΩ + 50 kΩ) = 152 W. 76 W are each applied to the resistor 71 and the resistance 72 created. A significant amount of heat is generated by the resistor 71 and the resistance 72 generated during the insulation withstand voltage test, so that when the resistance 71 and resistance 72 are made of metal and attached to the heat sink 11 are arranged, the warmth of resistance 71 and resistance 72 can be discharged.

In dem obigen Fall wird für den Widerstand 71 und den Widerstand 72 ein Widerstand ausgewählt, der eine Nennleistung hat, die gleich oder größer als 76 W ist, und der eine Isolationsstehspannung aufweist, die gleich oder größer ist als die in einem Isolationsstehspannungstest verlangte Spannung. Die Nennleistung des Widerstands 71 und des Widerstands 72 wird unter Berücksichtigung der Wärmeerzeugung des Widerstands 71 und des Widerstands 72 bestimmt. Die an eine Leistungsmodulvorrichtung angelegte externe Hochspannung ist eine Spannung, die über eine extrem kurze Zeit angelegt wird, wie etwa ein Spannungsstoß durch einen Blitz. Der Isolationsstehspannungstest wird im Allgemeinen über eine Minute durchgeführt, sodass es für den Widerstand 71 und den Widerstand 72 ausreicht, der Überlast während einer Minute standzuhalten. Der Widerstand ist thermisch mit der Wärmesenke verbunden, sodass die Wärmeableitungseigenschaften des Widerstands verbessert werden. Die Spannung wird an den Widerstand während einer extrem kurzen Zeitdauer angelegt, sodass es ausreichend ist, dass die Nennleistung des Widerstands 13a in Übereinstimmung mit der verbrauchten Leistung eines tatsächlichen Widerstands ausgelegt wird, und der Widerstand kann verkleinert werden. Die an den Widerstand während der normalen Verwendung der Leistungsmodulvorrichtung angelegte Spannung ist um ein ausreichendes Maß niedriger als zu einer Zeit des Isolationsstehspannungstests, sodass die bei der normalen Verwendung des Widerstands verbrauchte Leistung klein ist und kein Problem darstellt.In the above case is used for the resistor 71 and the resistance 72 a resistor is selected that has a rating equal to or greater than 76 W and that has an insulation withstand voltage equal to or greater than that in FIG voltage required for an insulation withstand voltage test. The rated power of the resistor 71 and resistance 72 is taking into account the heat generation of the resistor 71 and resistance 72 certainly. The external high voltage applied to a power module device is a voltage applied for an extremely short time such as a surge caused by lightning. The insulation withstand voltage test is generally done over a minute, so it's for resistance 71 and the resistance 72 sufficient to withstand the overload for one minute. The resistor is thermally connected to the heat sink so that the heat dissipation properties of the resistor are improved. The voltage is applied to the resistor for an extremely short period of time so that it is sufficient that the resistor's power rating 13a is designed in accordance with the consumed power of an actual resistor, and the resistor can be downsized. The voltage applied to the resistor during normal use of the power module device is sufficiently lower than at a time of the insulation withstand voltage test that the power consumed in normal use of the resistor is small and not a problem.

Die Stehspannung eines Außengehäuses eines metallverkleideten Widerstands und eines Körperteils darin ist beispielsweise gleich oder größer als 3000 V und gleich oder kleiner als 4500 V, und der metallverkleidete Widerstand ist in nennenswerten Stückzahlen einfach am Markt erhältlich. Somit kann der metallverkleidete Widerstand als der Widerstand 71 und 72 verwendet werden. 16 stellt ein Beispiel eines Außengehäuses des metallverkleideten Widerstands dar.The withstand voltage of an outer housing of a metal-clad resistor and a body part therein is, for example, equal to or greater than 3000 V and equal to or less than 4500 V, and the metal-clad resistor is easily available on the market in significant numbers. Thus, the metal-clad resistor can be used as the resistor 71 and 72 be used. 16 Figure 3 illustrates an example of an outer housing of the metal-clad resistor.

Wie vorangehend beschrieben ist bei der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der Widerstand 71 zwischen dem Drahtleiter 1 und der Modulbasisplatte 3 angeschlossen, und der Widerstand 72 ist zwischen der Modulbasisplatte 3 und der Wärmesenke 11 angeschlossen, sodass selbst in einem Fall, in dem die Spannung, die die Nennisolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 übersteigt, an das Leistungsmodul 23 angelegt wird, das Leistungsmodul 23 unter Verwendung der in dem Widerstand 71 und dem Widerstand 72 geteilten Widerstandsspannung geschützt werden kann.As described above, in the power module device according to Embodiment 4, the resistance is 71 between the wire conductor 1 and the module base plate 3 connected, and the resistor 72 is between the module base plate 3 and the heat sink 11 connected, so even in a case where the voltage that is the rated insulation withstand voltage of the power module 23 exceeds, to the power module 23 is applied, the power module 23 using the in the resistor 71 and the resistance 72 divided resistance voltage can be protected.

Die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 wird durch den Widerstand 71 und den Widerstand 72 bestimmt, sodass verhindert werden kann, dass die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 von der Isolationsstehspannung der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 des Leistungsmoduls 23 abhängt. Entsprechend ist es möglich, ein teures Leistungsmodul mit hoher Stehspannung für Schienenfahrzeuge nicht zu verwenden und stattdessen ein weniger teures Leistungsmodul mit niedrigerer Isolationsstehspannung als jemals zuvor zu verwenden. Somit können die Herstellungskosten eines Produkts reduziert werden, und das Produkt kann verkleinert werden. Die Fläche der zusätzlichen Basisplatte 4 ist größer als die der Modulbasisplatte 3, sodass die zusätzliche Basisplatte 4 als ein Wärmeverteiler wirkt. Entsprechend sind die Wärmeabführungseigenschaften des Leistungsmoduls 23 erhöht. Die Widerstandsspannungsteilung wird verwendet sodass selbst dann, wenn die Spannung in dem Isolationsstehspannungstest auf die Gleichspannung gewechselt wird, die gleiche vorangehend beschriebene Wirkung erreicht werden kann.The insulation withstand voltage of the power module 23 is through the resistance 71 and the resistance 72 determined so that the insulation withstand voltage of the power module can be prevented 23 on the insulation withstand voltage of the insulation layer arranged in the module 2 of the power module 23 depends. Accordingly, it is possible not to use an expensive power module with a high withstand voltage for rail vehicles and instead use a less expensive power module with a lower insulation withstand voltage than ever before. Thus, the manufacturing cost of a product can be reduced and the product can be downsized. The area of the additional base plate 4th is larger than that of the module base plate 3 so that the additional base plate 4th acts as a heat spreader. The heat dissipation properties of the power module are corresponding 23 elevated. The resistance voltage division is used so that even if the voltage is changed to the DC voltage in the insulation withstand voltage test, the same effect as described above can be obtained.

<Ausführungsform 5><Embodiment 5>

Nun wird eine Leistungsmodulvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 beschrieben. 20 ist eine Draufsicht eines Drucksubstrats 81, das in der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 enthalten ist. 21 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 5. 22 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 5. In der Ausführungsform 5 werden als konstituierende Elemente, die den in den Ausführungsformen 1 bis 4 gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deren Beschreibung wird weggelassen.A power module device according to Embodiment 5 will now be described. 20th Fig. 3 is a plan view of a printing substrate 81 included in the power module device according to Embodiment 5. 21 FIG. 13 is a cross-sectional view of a power module device according to Embodiment 5. FIG. 22nd Fig. 13 is a cross-sectional view of another example of the power module device according to Embodiment 5. In Embodiment 5, constituent elements that are the same as those in Embodiments 1 to 4 are given the same reference numerals and descriptions thereof are omitted.

Wie in den 21 und 22 gezeigt sind in einer der Ausführungsform 1 ähnlichen Weise die zusätzliche Basisplatte 4 und die Wärmesenke 11 über die Isolationsschicht 10 isoliert, sodass es die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 gibt. In der Ausführungsform 5 ist der Drahtleiter 1 der Ausführungsform 1 durch das Drucksubstrat 81 ersetzt.As in the 21 and 22nd in a manner similar to embodiment 1, the additional base plate is shown 4th and the heat sink 11 over the insulation layer 10 isolated so that there is the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 gives. In the embodiment 5, the wire conductor is 1 of embodiment 1 by the printing substrate 81 replaced.

Wie in 20 gezeigt, ist ein Kupferfolienmuster 82a an einer Seite einer Komponentenfläche 82 des Drucksubstrats 81 angebracht und geätzt. Ein Kupferfolienmuster 82b ist an der anderen Seite der Komponentenfläche 82 des Drucksubstrats 81 mit einem Abstand von der einen Seite angebracht und geätzt. Ein Kondensator 84 ist zwischen dem Kupferfolienmuster 82a und dem Kupferfolienmuster 82b montiert.As in 20th shown is a copper foil pattern 82a on one side of a component surface 82 of the print substrate 81 attached and etched. A copper foil pattern 82b is on the other side of the component surface 82 of the print substrate 81 attached at a distance from one side and etched. A capacitor 84 is between the copper foil pattern 82a and the copper foil pattern 82b.

Der Widerstand 84 umfasst ein Körperteil 84a, ein Ende 84b und das andere Ende 84c. Das eine Ende 84b des Kondensators 84 ist elektrisch mit dem Kupferfolienmuster 82a verbunden. Das andere Ende 84c des Kondensators 84 ist elektrisch mit dem Kupferfolienmuster 82b verbunden. Das Kupferfolienmuster 82a des Drucksubstrats 81 ist mit dem Modulanschluss 22 elektrisch verbunden und führt dem Chip 27 über den Modulanschluss 22 elektrische Leistung zu. Das Kupferfolienmuster 82a entspricht einem ersten Kupferfolienmuster, und das Kupferfolien musste 82b entspricht einem zweiten Kupferfolienmuster.The resistance 84 includes a body portion 84a, one end 84b, and the other end 84c. One end 84b of the capacitor 84 is electrical with the copper foil pattern 82a connected. The other end 84c of the capacitor 84 is electrically connected to the copper foil pattern 82b. The copper foil pattern 82a of the print substrate 81 is with the module connection 22nd electrically connected and leads the chip 27 via the module connection 22nd electrical power too. The copper foil pattern 82a corresponds to a first copper foil pattern, and the copper foil had to 82b corresponds to a second copper foil pattern.

Wie in 20 und 21 gezeigt, ist eine Schraube 5, die ein Schraubdurchgangsloch 83, das in dem Kupferfolienmuster 82a ausgebildet ist, an den Modulanschluss 22 geschraubt, sodass das Kupferfolienmuster 82a des Drucksubstrats 81 elektrisch und mechanisch an dem Leistungsmodul 23 befestigt ist. Ein sechseckiger Abstandshalter 87, der ein Schraubdurchgangsloch 83, das in dem Kupferfolienmuster 82b gebildet ist, durchsetzt, ist an die zusätzliche Basisplatte 4 über die Modulbasisplatte 3 geschraubt, sodass das Kupferfolienmuster 82b des Drucksubstrats 81 elektrisch und mechanisch mit der zusätzlichen Basisplatte 4 verbunden ist. Der Widerstand gegenüber Vibration wird durch eine solche Struktur weiter verbessert.As in 20th and 21 Shown is a screw 5 having a screw through hole 83 formed in the copper foil pattern 82a is formed on the module connection 22nd screwed so that the copper foil pattern 82a of the print substrate 81 electrically and mechanically on the power module 23 is attached. A hexagonal spacer 87 penetrating a screw through hole 83 formed in the copper foil pattern 82b is attached to the additional base plate 4th via the module base plate 3 screwed so that the copper foil pattern 82b of the print substrate 81 electrically and mechanically with the additional base plate 4th connected is. Resistance to vibration is further improved by such a structure.

Mit einer solchen Konfiguration wird, wenn die Hochspannung an die beiden Enden des Leistungsmoduls 23 und der Wärmesenke 11 über das Kupferfolienmuster 82a des Drucksubstrats 81 angelegt wird, die Spannung in eine zusammengesetzte parasitäre Kapazität C1 + C3 der elektrostatischen Kapazität C3 des Kondensators 84 und der parasitären Kapazität C1 der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 geteilt, wodurch das Leistungsmodul 23 vor der Isolationsdurchschlagsspannung geschützt werden kann.With such a configuration, when the high voltage is applied to the two ends of the power module 23 and the heat sink 11 over the copper foil pattern 82a of the print substrate 81 is applied, the voltage into a composite parasitic capacitance C1 + C3 of the electrostatic capacitance C3 of the capacitor 84 and the parasitic capacitance C1 of the insulation layer arranged in the module 2 and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 divided, making the power module 23 can be protected from the insulation breakdown voltage.

Die elektrostatische Kapazität C3 des Kondensators 84 wird ferner erhöht, sodass selbst in dem Fall, in dem die Spannung, die an die beiden Enden der Leistungsmoduleinheit 24 angelegt wird, zwei- oder dreimal so groß ist wie die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23, das Leistungsmodul 23 vor dem Isolationsdurchschlag geschützt werden kann.The electrostatic capacity C3 of the capacitor 84 is further increased so that even in the case where the voltage applied to both ends of the power module unit 24 is two or three times as large as the insulation withstand voltage of the power module 23 , the power module 23 can be protected from the insulation breakdown.

In der Weise, die der der Ausführungsform 1 ähnlich ist, wird der Widerstand 13a, der elektrisch parallel zu der elektrostatischen Kapazität C3 des Kondensators 84 angeschlossen ist, oder, wie in 22 gezeigt, der Widerstand 13a weggelassen wird, und der Widerstand 13 zwischen die Modulbasisplatte 3 und die Wärmesenke 11 geschaltet wird, um elektrisch parallel zu dem Isolationsmaterial 10 angeordnet zu sein.In a manner similar to that of Embodiment 1, the resistance becomes 13a , which is electrically in parallel with the electrostatic capacitance C3 of the capacitor 84 connected, or, as in 22nd shown the resistance 13a is omitted, and the resistance 13th between the module base plate 3 and the heat sink 11 is switched to be electrically in parallel with the insulation material 10 to be arranged.

Der Widerstandswert Rd der Widerstände 13a und 13 wird auf eine Weise ausgewählt, die der der Ausführungsform 1 ähnlich ist. Das Körperteil des Widerstands 13a und des Widerstands 13d ist jeweils thermisch und mechanisch an der Wärmesenke 11 befestigt. Bei einer solchen Konfiguration sind die Wärmeabgabeeigenschaften der Widerstände 13a und 13 verbessert, sodass es ausreicht, wenn die Nennleistung der Widerstände 13a und 13b mit einer Kurzzeit-Nennleistung ausgelegt ist, und die Widerstände 13a und 13 können verkleinert werden. Ein kommerziell erhältlicher Widerstand kann für die Widerstände 13a und 13 verwendet werden.
Die Stehspannung eines Außengehäuses eines metallverkleideten Widerstands und eines Körperteils darin ist beispielsweise gleich oder größer als 3000 V und gleich oder kleiner als 4500 V, und der metallverkleidete Widerstand ist in nennenswerten Stückzahlen einfach am Markt erhältlich. Somit kann der metallverkleidete Widerstand als der Widerstand 13a und 13 verwendet werden.The resistance value Rd of the resistors 13a and 13th is selected in a manner similar to that of Embodiment 1. FIG. The body part of the resistance 13a and the resistor 13d is thermally and mechanically on the heat sink, respectively 11 attached. With such a configuration, the heat dissipation properties of the resistors are 13a and 13th improved so that it is enough if the rated power of the resistors 13a and 13b is designed with a short-term rated power, and the resistors 13a and 13th can be scaled down. A commercially available resistor can be used for the resistors 13a and 13th be used.
The withstand voltage of an outer housing of a metal-clad resistor and a body part therein is, for example, equal to or greater than 3000 V and equal to or less than 4500 V, and the metal-clad resistor is easily available on the market in significant numbers. Thus, the metal-clad resistor can be used as the resistor 13a and 13th be used.

Es können auch der Widerstand 13 und der Widerstand 13a vorgesehen sein, und in diesem Fall wird die gleiche Wirkung erzielt. Hierbei ist das Element, das die elektrisch parallele elektrostatische Kapazität oder parasitäre Kapazität aufweist, der Kondensator 84.It can also be resistance 13th and the resistance 13a may be provided, and in this case the same effect is obtained. Here, the element that has the electrically parallel electrostatic capacitance or parasitic capacitance is the capacitor 84 .

Wie vorangehend beschrieben, ist bei der Leistungsmodulvorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 das Kupferfolienmuster 82a des Drucksubstrats 81 elektrisch und mechanisch mit dem Modulanschluss 22 verbunden, das Kupferfolienmuster 82b des Drucksubstrats 81 ist elektrisch und mechanisch mit der Modulbasisplatte 3 verbunden und der Kondensator 84 ist zwischen dem Kupferfolienmuster 82a und dem Kupferfolienmuster 82b angeschlossen, sodass selbst dann, wenn die Spannung, die die Nennisolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 übersteigt, an das Leistungsmodul 23 angelegt wird, das Leistungsmodul 23 unter Verwendung der elektrostatischen Kapazität C3 des Kondensators 84 geschützt werden kann.As described above, in the power module device according to Embodiment 5, the copper foil pattern is 82a of the print substrate 81 electrically and mechanically with the module connection 22nd connected, the copper foil pattern 82b of the print substrate 81 is electrical and mechanical with the module base plate 3 connected and the capacitor 84 is between the copper foil pattern 82a and the copper foil pattern 82b so that even if the voltage that is the rated insulation withstand voltage of the power module 23 exceeds, to the power module 23 is applied, the power module 23 using the electrostatic capacitance C3 of the capacitor 84 can be protected.

Die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 ist durch die elektrostatische Kapazität C3 des Kondensators 84 und die parasitäre Kapazität C2 der Isolationsschicht 10 bestimmt, sodass verhindert werden kann, dass die Isolationsstehspannung des Leistungsmoduls 23 von der Isolationsstehspannung der in dem Modul angeordneten Isolationsschicht 2 abhängt.The insulation withstand voltage of the power module 23 is due to the electrostatic capacitance C3 of the capacitor 84 and the parasitic capacitance C2 of the insulation layer 10 determined so that the insulation withstand voltage of the power module can be prevented 23 on the insulation withstand voltage of the insulation layer arranged in the module 2 depends.

Der Isolationsstehspannungstest eines Schienenfahrzeugs umfasst einen Stehspannungstest mit Wechselspannung und einen Stehspannungstest mit Gleichspannung, sodass dann, wenn die Gleichspannung angelegt wird, der Widerstand nicht in der Leistungsmoduleinheit 24 angeordnet sein kann, sodass dann, wenn kein Entladungspfad für elektrostatische Entladung vorhanden ist, das Leistungsmodul 23 kaputt gehen kann. Nicht nur der Kondensator 84 sondern auch der Widerstand 13 sind notwendig, um die Möglichkeit zu verhindern, dass das Leistungsmodul 23 kaputt geht.The insulation withstand voltage test of a rail vehicle includes a withstand voltage test with AC voltage and a withstand voltage test with DC voltage, so that when the DC voltage is applied, the resistor cannot be arranged in the power module unit 24, so that if there is no discharge path for electrostatic discharge, the power module 23 can break. Not just the capacitor 84 but also the resistance 13th are necessary to prevent the possibility of the power module 23 breaks down.

Entsprechend ist es möglich, ein teures Leistungsmodul mit hoher Stehspannung für Schienenfahrzeuge nicht zu verwenden, und stattdessen ein weniger teures Leistungsmodul mit niedrigerer Isolationsspannung als jemals zuvor zu verwenden. Somit können Herstellungskosten eines Produkts reduziert werden, und das Produkt kann verkleinert werden. Die Fläche der zusätzlichen Basisplatte 4 ist größer als die der Modulbasisplatte 3, sodass die zusätzliche Basisplatte 4 als ein Wärmeverteiler wirkt. Entsprechend sind die Wärmeabgabeeigenschaften des Leistungsmoduls 23 verbessert.Accordingly, it is possible not to use an expensive power module with high withstand voltage for rail vehicles and instead use a less expensive power module with lower insulation voltage than ever before. Thus, a manufacturing cost of a product can be reduced and the product can be downsized. The area of the additional base plate 4th is larger than that of the module base plate 3 so that the additional base plate 4th acts as a heat spreader. The heat dissipation properties of the power module are corresponding 23 improved.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist die vorangehende Beschreibung in allen ihren Aspekten erläuternd und beschränkt nicht die Erfindung. Verständlicherweise können zahlreiche Abwandlungen und Variationen erdacht werden, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described in detail, the foregoing description is in all aspects illustrative and not limited to the invention. Obviously, numerous modifications and variations can be devised without departing from the scope of the invention.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die obigen Ausführungsformen beliebig kombiniert werden, oder jede Ausführungsform kann im Rahmen der Erfindung auf geeignete Weise abgewandelt oder weggelassen werden.According to the present invention, the above embodiments can be arbitrarily combined, or each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Drahtleiter,Wire conductor,
22: in dem Modul angeordnete Isolationsschicht,insulation layer arranged in the module,
33: Modulbasisplatte,Module base plate,
44th: zusätzliche Basisplatte,additional base plate,
1010: Isolationsschicht,Insulation layer,
1111: Wärmesenke,Heat sink,
1212th: Kondensator,Capacitor,
13, 13a13, 13a: Widerstand,Resistance,
2222nd: Modulanschluss,Module connection,
2323: Leistungsmodul,Power module,
4343: Drucksubstrat,Print substrate,
6363: Isolationsmaterial,Insulation material,
71, 7271, 72: Widerstand,Resistance,
8181: Drucksubstrat,Print substrate,
82a,82a,: 82b Kupferfolienmuster,82b copper foil pattern,
8484: Kondensatorcapacitor

Claims

A power module device comprising: a power module, which has an insulation layer arranged in the module, a module base plate and a module connection; a wire conductor that supplies electrical power to the module terminal; a heat sink that releases heat generated by the power module; an insulation layer that is disposed between the module base plate and the heat sink and insulates the module base plate and the heat sink; an element having an electrostatic capacitance or a parasitic capacitance and connected between the wire conductor and the module base plate; and a resistor that is connected between the module base plate and the heat sink so that it is arranged electrically in parallel with an element having the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance, or electrically in parallel with the insulation layer, and which is thermally and mechanically attached to the heat sink is wherein a parasitic capacitance of the insulation layer arranged in the module and the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance of the element having the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance are connected in parallel to one another, wherein the parasitic capacitance of the insulation layer arranged in the module and the parasitic capacitance of the insulation layer are connected in series with one another, wherein the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance of the element having the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance and the parasitic capacitance of the insulating layer are connected in series with each other, and wherein the resistor is connected in parallel to the parasitic capacitance of the insulation layer arranged in the module or in parallel to the parasitic capacitance of the insulation layer.

Power module device according to Claim 1 wherein the element having the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance is a capacitor, and the capacitor has an electrostatic capacitance.

Power module according to Claim 1 wherein the element having the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance is a printing substrate, and wherein the printing substrate has a parasitic capacitance.

Power module according to Claim 1 wherein the element having the electrostatic capacitance or the parasitic capacitance is an insulating material, and wherein the insulating material has a parasitic capacitance.

A power module device comprising: a power module, which has an insulation layer arranged in the module, a module base plate and a module connection; a wire conductor that supplies electrical power to the module terminal; a heat sink that releases heat generated by the power module; an insulation layer that is disposed between the module base plate and the heat sink and insulates the module base plate and the heat sink; a first resistor connected between the wire conductor and the module base plate and thermally and mechanically connected to the heat sink; and a second resistor which is connected between the module base plate and the heat sink and which is thermally and mechanically connected to the heat sink, a parasitic capacitance of the insulation layer arranged in the module and the first resistor being connected in parallel to one another, the parasitic capacitance of the in the insulation layer arranged in the module and a parasitic capacitance of the insulation layer are connected in series with one another, and wherein the second resistor and the parasitic capacitance of the insulation layer are connected in parallel.

A power module device comprising: a power module, which has an insulation layer arranged in the module, a module base plate and a module connection; a print substrate having a first copper foil pattern electrically and mechanically connected to the module connector and a second copper foil pattern electrically and mechanically connected to the module base plate; a heat sink that releases heat generated by the power module; an insulation layer that is disposed between the module base plate and the heat sink and insulates the module base plate and the heat sink; a capacitor connected between the first copper foil pattern and the second copper foil pattern; and a resistor which is connected between the module base plate and the heat sink so that it is arranged electrically parallel to the capacitor or electrically parallel to the insulation layer and which is thermally and mechanically attached to the heat sink, wherein a parasitic capacitance of the insulation layer arranged in the module and an electrostatic capacitance of the capacitor are connected in parallel to one another, wherein the parasitic capacitance of the insulation layer arranged in the module and the parasitic capacitance of the insulation layer are connected in series with one another, wherein the electrostatic capacitance of the capacitor and the parasitic capacitance of the insulation layer are connected in series with one another, and wherein the resistor is connected in parallel to the parasitic capacitance of the insulation layer arranged in the module or in parallel to the parasitic capacitance of the insulation layer.