DE19541111A1

DE19541111A1 - Stromrichter und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE19541111A1
Application number: DE1995141111
Authority: DE
Inventors: Hideo Okayama; Hisashi Fukumori
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-10-26
Filing date: 1995-10-24
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2015-10-25
Also published as: DE19541111B4; JPH08126302A; CN1122068A; JP3213671B2; CN1047483C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stromrichter bzw. Leistungswandler, wie einen Wech selrichter, der ein selbstlöschendes Halbleiterele ment verwendet und insbesondere auf eine Anordnung und ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen in ei nem Dämpfungskreis, der für den Schutz eines selbst löschenden Halbleiterelementes verwendet wird.

Fig. 29 zeigt schematisch ein Beispiel eines Strom richters nach dem Stand der Technik, wie in der japa nischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 4 (1992)-229078 offenbart ist, und genauer eine Anordnung und ein Verfahren des Verbindens von Bauteilen in einem Dämp fungskreis, der zum Schutz eines selbstlöschenden Halbleiterelementes eingeschlossen ist. In dieser Darstellung ist ein Gate-Turn-Off-Thyristor oder ab schaltbarer Thyristor (im folgenden kurz als GTO be zeichnet) 1 als selbstlöschendes Halbleiterelement, eine Dämpfungsdiode 2 und ein Dämpfungskondensator 3 vorgesehen, wobei ein aus der Reihenverbindung der Dämpfungsdiode 2 und des Dämpfungskondensators 3 zu sammengesetzter Dämpfungskreis einen Überbrückungs kreis für das selbstlöschende Halbleiterelement 1 bildet. Weiterhin ist eine Kondensatorabdeckung 4, die als eine Elektrode des Dämpfungskondensators 3 an seinem einen Anschluß ausgebildet ist, eine andere Elektrode 5 des Dämpfungskondensators 3, der an sei nem anderen Anschluß ausgebildet ist, ein Verbin dungselement 6 zur elektrischen Verbindung der Anode der Dämpfungsdiode 2 mit einer Elektrode 4 des Dämp fungskondensators 3, ein Verbindungselement 7 zur elektrischen Verbindung des GTO 1 mit der anderen Elektrode 5 des Dämpfungskondensators 3 und ein Kühl element 9 für den GTO 1 und die Dämpfungsdiode 2 ein geschlossen. Die in der obigen Patentanmeldung ange führte Beschreibung basiert auf dem Konzept, daß eine Verringerung der parasitären Induktivitäten, die in dem Dämpfungskreis existieren, durch einen Aufbau erzielt wird, bei dem ein Anschluß 4 des Dämpfungs kondensators 3, der einen mit dem GTO 1 verbundenen Dämpfungskreis darstellt, als hochleitende Kondensa torabdeckung verwendet wird, die teilweise den Kon densator 3 umgibt und auch das solch eine Anordnung adäquat ist, um die Länge der elektrischen Leitungs schleife des Dämpfungskreises zu minimieren. Es wird angenommen, daß der darin verwendete GTO 1 einen Ab schaltstrom von 2 kA und eine Nennspannung von 4,5 kV in etwa aufweist. Ein Siliziumwafer eines typischen bekannten GTOs mit solchen elektrischen Größen weist etwa 4 Inches im Durchmesser auf. Die statische Kapa zität des Dämpfungskondensators 3, der darin be schrieben wird, ist 2,5 µf. Die in dem obigen bekann ten Beispiel verwendete Dämpfungsdiode ist insbeson dere eine Diode des Bolzentyps mit einem niedrigen Nennstrom und einer relativ großen parasitären Induk tivität. Die Dämpfungsdiode 2 ist fest an dem Kühl element 9 befestigt.

Da der Leistungswandler bzw. Stromrichter nach dem Stand der Technik wie oben aufgebaut ist, sind seine elektrischen Größen größer als 6 kV und 6 kA, wenn ein selbstlöschendes Leiterelement, wie ein GTO ange wandt wird, der unter Verwendung eines neuen, zur Zeit entwickelten Siliziumwafers hergestellt wird, das einen Durchmesser von 6 oder mehr Inches auf weist. Daher ist der gewünschte Isolierpegel voll ständig unterschiedlich von dem jedes üblichen GTOs, bei dem der Durchmesser des Siliziumwafers 4 Inches oder dergleichen ist, und die benötigte Isolierent fernung muß unvermeidbar größer gemacht werden als bisher bekannt ist. Darüber hinaus ist der zu unter brechende Strom durch Abschalten des selbstlöschenden Elementes erhöht, wodurch eine Erhöhung des Strom, der durch den Dämpfungskreis überbrückt wird und ein Dämpfungskondensator mit einem größeren Nennstrom und einer größeren statischen Kapazität (z. B. 6 µf oder so, wenn der Abschaltstrom 6 kA ist) und auch eine Dämpfungsdiode benötigt wird, so daß die Entfernung zwischen den zu verbindenden Anschlüssen unvermeidbar länger wird. Folglich wird die elektrische Lei tungsschleife des Dämpfungskreises verlängert und es wird schwierig, selbst bei der direkten Anwendung des bekannten Verbindungsverfahrens für den Dämpfungs kreis das Grundkonzept des Standes der Technik zu verfolgen, das die Länge der elektrischen Leitungs schleife minimiert. Wenn die GTO-Schaltfrequenz zum Zwecke der Verbesserung der Steuerleistungsfähigkeit eines selbstlöschenden Halbleiterelementes erhöht wird, wird der durch den Dämpfungskreis fließende effektive Strom erhöht, was möglicherweise eine Erhö hung der Abmessung des Dämpfungskondensators und der Dämpfungsdiode bewirken könnte, wodurch weitere Schwierigkeiten in der Realisierung des oben erwähn ten Grundkonzeptes auftreten könnte.

Bei dem Anstieg der parasitären Induktivität, die in dem Dämpfungskreis vorhanden ist, werden auch die Abschaltverluste erhöht, die bei der Stromunterbre chung des selbstlöschenden Halbleiterelementes be wirkt werden. Dieses Phänomen wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 30 erläutert. Diese Darstellung zeigt typische Wellenformen einer Anoden-Kathoden spannung V_AK und eines Anoden-Kathodenstroms I_AK bei der Stromunterbrechung des selbstlöschenden Halblei terelementes. Da der Strom in dem selbstlöschenden Halbleiterelement von dem Wert bei der Stromunterbre chung hervorgebracht wird, wird jeder überschüssige Strom zu dem Dämpfungskreis abgeleitet. Der so umge leitete Strom I_SN erzeugt eine Ladungsspannung V_CS am Dämpfungskondensator. Zusätzlich wird der Bypassstrom I_SN bei einer Stromänderungsrate gleich dem absoluten Wert der Stromänderungsrate di/dt des Nutzstroms I_AK nach Fig. 30 variiert, so daß eine Spannung V_LS in dem Dämpfungskreis erzeugt wird, die durch das Pro dukt einer solchen Stromänderungsrate und der parasi tären Induktivität bestimmt ist. Dabei erhöht sich eine Übergangsspannung V_DS, die in der Dämpfungsdiode erzeugt wird, in Übereinstimmung mit einem Anstieg des absoluten Werts der Stromänderungsrate di/dt. Daher ist die dem selbstlöschenden Halbleiterelement zugeführte Spannung die Summe der Ladespannung V_CS des Dämpfungskondensators, der induzierten Spannung V_LS aufgrund der parasitären Induktivität und der Übergangsspannung V_DS der Dämpfungsdiode, so daß eine Spitzenspannung V_DSP erzeugt wird, die zum Zeitpunkt T1 in Fig. 30 dargestellt ist. Die aus der Stromände rungsrate di/dt des Stroms I_SN, der zu dem Dämpfungs kreis abgeleitet wird, hergeleiteten Spannung wird nicht länger nach dem Zeitpunkt T1 erzeugt, wenn der Abschaltvorgang des selbstlöschenden Halbleiterele mentes beendet ist, wodurch die dem selbstlöschenden Halbleiterelement zugeführte Spannung V_AK nur auf die Dämpfungskondensator-Ladespannung V_CS reduziert wird. Zwischenzeitlich erzeugt die in der parasitären In duktivität gesammelte Energie eine überschüssige La despannung für den Dämpfungskondensator und diese Spannung ist einer der Faktoren, die den Maximalwert V_DM der dem Halbleiterelement zum Zeitpunkt T2 zuge führten Spannung erhöht. Da der Verlust des selbst löschenden Halbleiterelementes während seines Ab schaltvorganges ungefähr aus dem Produkt des Stroms I_AK und der Spannung V_AK des selbstlöschenden Halb leiterelementes berechnet werden kann, bewirkt die parasitäre Induktivität des Dämpfungskreises einen Anstieg dieses Verlustes. Es sei bemerkt, daß dieser Verlust nicht nur ein Faktor ist, durch den der Wir kungsgrad des Leistungswandlers verschlechtert wird, sondern abhängig von dem Ausmaß des Verlustes kann auch der ausgeglichene Zustand hinsichtlich der Kühl fähigkeit des selbstlöschenden Halbleiterelementes verschlechtert werden und einen möglichen Durchbruch des Elementes aufgrund des resultierenden Temperatur anstieges bewirkt werden.

Wenn die in dem Dämpfungskreis extierende parasitäre Induktivität somit erhöht wird, kann der Dämpfungs kreis seine Grundfunktion nicht mehr ausführen, die in dem Schutz des selbstlöschenden Halbleiterelemen tes liegt und kann im Gegenteil die Zuverlässigkeit des Leistungswandlers verschlechtern oder kann eine Verringerung des Abschaltstromes in der Verwendung des Halbleiterelementes benötigen, wodurch die An wendbarkeit des Elementes verringert wird.

Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um die oben erwähnten Schwierigkeiten zu lösen. Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesser ten Leistungswandler oder Stromrichter mit einem selbstlöschenden Halbleiterelement großer elektri scher Nennwerte zu schaffen, bei dem eine in einem für den Schutz des Halbleiterelementes verwendeten Dämpfungskreis existierende parasitäre Induktivität verringert werden kann, selbst wenn Bauteile bzw. Bauelemente des Dämpfungskreises solcher großer Ab messungen sind.

Entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungswandler oder Stromrichter vorgesehen, bei dem eine Anodenfläche und eine Kathodenfläche eines selbstlöschenden Halb leiterelementes, eine Anodenfläche und eine Kathoden fläche einer Dämpfungsdiode und zwei Elektrodenflä chen eines Dämpfungskondensators so angeordnet sind, daß sie positionsmäßig parallel zueinander sind, und das selbstlöschende Halbleiterelement, die Dämpfungs diode und der Dämpfungskondensator sind gegenseitig durch breite Leiter verbunden, die positionsmäßig parallel zueinander sind.

Entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungswandler vor gesehen, bei dem ein selbstlöschendes Halbleiterele ment, eine Dämpfungsdiode und ein Dämpfungskondensa tor so angeordnet und derart verbunden sind, daß die Mitten einer Anodenfläche und einer Kathodenfläche des selbstlöschenden Halbleiterelementes, die Mitten einer Anodenfläche und einer Kathodenfläche der Dämp fungsdiode die Mitten der zwei Elektrodenflächen des Dämpfungskondensators positionsmäßig zueinander aus gerichtet sind.

Entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungswandler vor gesehen, bei dem in bezug auf eine Anodenfläche und eine Kathodenfläche eines selbstlöschenden Halblei terelementes, einer Anodenfläche und einer Kathoden fläche einer Dämpfungsdiode und zwei Elektrodenflä chen eines Dämpfungskondensators die Breite eines breiten Leiters zum Verbinden mindestens zwei der obigen Elektrodenflächen miteinander größer als die Breite der kleineren der zwei Elektrodenflächen ist.

Entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Leistungswandler vorgesehen, bei dem in bezug auf eine Vielzahl von breiten Leitern zwei in einer Aufsicht übereinanderliegenden Leiter gegenseitig so angeordnet sind, daß der schmalere in der Aufsicht in dem breiteren eingeflossen ist.

Entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Leistungswandler vorgesehen, bei dem in bezug auf eine Vielzahl von breiten Leitern zwei dieser Leiter, die benachbart zueinander ange ordnet sind und in denen Ströme in gegenseitig umge kehrten Richtungen fließen, in der Nähe zueinander angeordnet sind und gegenseitig gekoppelt sind.

Entsprechend einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Leistungswandler vorgesehen, bei dem in bezug auf eine Vielzahl von breiten Leitern Teile so angeordnet sind, daß sie parallel und nächst einem Paar dieser Leiter positioniert sind, die be nachbart zueinander liegen und in denen Ströme in gegenseitig umgekehrten Richtungen fließen, wobei die Teile gegenseitig gekoppelt sind.

Entsprechend einem siebenten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Leistungswandler vorgesehen, bei dem ein Kreis mit einem selbstlöschenden Halbleiter element, eine Dämpfungsdiode, ein Dämpfungskondensa tor und breite Leiter so ausgebildet ist, daß seine Fläche in seiner Seitenansicht kleiner als seine ge samte Querschnittsfläche ist.

Aufgrund des erwähnten Aufbaus ist der Leistungswand ler gemäß der Erfindung in der Lage, die Induktivität in dem Dämpfungskreis zu verringern, um als Konse quenz den Verlust zum Unterbrechungszeitpunkt des selbstlöschenden Elementes zu reduzieren.

Entsprechend einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Leistungswandler vorgesehen, bei dem breite, mit zwei Elektroden eines Dämpfungskon densators verbundene Leiter so angeordnet sind, daß sie parallel und nächst zueinanderliegen und ein Paar bilden und ein dielektrisches Element zwischen die derartigen, Paare bildenden breiten Leitern eingefügt ist.

Aufgrund des obigen Aufbaus ist der Leistungswandler gemäß der Erfindung in der Lage, gleichwertig die Kapazität eines Dämpfungskondensators zu erhöhen, um dabei den Verlust zum Unterbrechungszeitpunkt eines selbstlöschenden Halbleiterelementes zu reduzieren.

Entsprechend einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungswandleran ordnung vorgesehen, die eine Mehrzahl von Leistungs wandlern umfaßt, von denen jeder den obigen Aufbau aufweist, bei dem die jeweiligen selbstlöschenden Halbleiterelemente in Reihe oder in Reihenparallel schaltung miteinander verbunden sind. In diesem Fall wird es möglich, die Induktivität des Dämpfungskrei ses in dem Hochspannungs-Leistungswandler oder Lei stungswandler großer Kapazität zu verringern und so mit den Verlust zum Unterbrechungszeitpunkt jedes selbstlöschenden Halbleiterelementes zu reduzieren.

Entsprechend einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Dreipegelwechselrichter vorgesehen, der eine Leistungswandleranordnung des obigen Aufbaus verwendet. In diesem Fall kann die Induktivität jedes Dämpfungskreises verringert werden, um dabei den Ver lust zum Unterbrechungszeitpunkt jedes selbstlöschen den Halbleiterelementes zu reduzieren.

Entsprechend einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstel lung eines Leistungswandlers vorgesehen. Das Verfah ren umfaßt die Schritte des Anordnens aller Elektro den eines selbstlöschenden Halbleiterelementes, einer Dämpfungsdiode und eines Dämpfungskondensators parallel zueinander und des Verbindens des selbstlö schenden Halbleiterelementes, der Dämpfungsdiode und des Dämpfungskondensators gegenseitig mittels paralleler breiter Leiter. Da ein Biegen in U-Form oder dergleichen nicht notwendig ist, wird es mög lich, die Arbeit des Zusammensetzens zu vereinfachen, um dabei die Produktionskosten zu verringern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Dämpfungs kreisaufbaus nach einem ersten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Dämpfungskreis aufbau des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 eine erläuternde Darstellung, die die Mitte einer Elektrode eines Dämpfungs kondensators beschreibt,

Fig. 4 ein Konstruktionsmodell des Dämpfungs kreises,

Fig. 5 Kennlinien der Induktivität des Dämp fungskreises nach dem Modell nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Dämpfungs kreisaufbaus nach einem zweiten Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 eine Aufsicht auf den Dämpfungskreis aufbau nach dem zweiten Ausführungs beispiel der Erfindung,

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Dämpfungs kreisaufbaus nach einem dritten Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 eine Seitenansicht eines Dämpfungs kreisaufbaus nach einem vierten Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 10 eine Seitenansicht eines Dämpfungs kreisaufbaus nach einem fünften Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 11 eine Seitenansicht eines Dämpfungs kreisaufbaus nach einem sechsten Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 12 eine Aufsicht auf einen Dämpfungs kreisaufbau nach einem siebenten Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 13 eine Aufsicht auf einen Dämpfungs kreisaufbau nach einem achten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 14 eine Seitenansicht eines Dämpfungs kreisaufbaus nach einem neunten Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 15A bis 15D Verbindungsbeispiele von Dämpfungs kreisen für die Reihenschaltung von selbstlöschenden Halbleiterelementen,

Fig. 16 eine Aufsicht auf einen Dämpfungs kreisaufbau nach einem zehnten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 17 eine Seitenansicht des Dämpfungskreis aufbaus nach dem zehnten Ausführungs beispiel der Erfindung,

Fig. 18 eine Schaltungsdarstellung eines Drei pegel-Wechselrichters in einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 19A und 19B erläuternde Darstellungen, die die Funktion eines bei dem Dreipegel-Wech selrichter nach dem elften Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung angewand ten Dämpfungskreises darstellen,

Fig. 20 eine Seitenansicht des Dämpfungskreis aufbaus nach dem elften Ausführungs beispiel der Erfindung,

Fig. 21 eine andere Seitenansicht des Dämp fungskreisaufbaus nach dem elften Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 22 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Dreipegel-Wechselrichters nach einem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 23A und 23B erläuternde Darstellungen, die den Betrieb eines bei dem Dreipegel-Wech selrichter nach dem zwölften Ausfüh rungsbeispiel angewandten Dämpfungs kreises darstellen,

Fig. 24 eine Seitenansicht des Dämpfungskreis aufbaus nach dem zwölften Ausführungs beispiel der Erfindung,

Fig. 25 eine andere Seitenansicht des Dämp fungskreisaufbaus nach dem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 26 eine Seitenansicht eines Dämpfungs kreisaufbaus nach einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 27 eine andere Seitenansicht des Dämp fungskreisaufbaus nach dem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 28 eine Seitenansicht eines Dämpfungs kreisaufbaus nach einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 29 einen Dämpfungsaufbau nach dem Stand der Technik, und

Fig. 30 eine erläuternde Darstellung, die die Funktion eines Dämpfungskreises dar stellt, der für ein selbstlöschendes Halbleiterelement verwendet wird.

Ausführungsbeispiel 1

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die den Aufbau eines Dämpfungskreises für ein selbstlöschendes Halbleiterelement zeigt. Obwohl ein GTO-Thyristor (im folgenden nur als GTO bezeichnet) als Beispiel eines selbstlöschenden Halb leiterelementes 1 verwendet wird, kann jeder andere Typ einschließlich eines rückwärts leitenden GTO-Thy ristors, eine IGBT, eines SI-Thyristors, eines SICs und so weiter angewandt werden, wenn dessen Elektro denfläche flach und eben ist. In Fig. 1 sind eine Freilaufdiode, ein Dämpfungswiderstand und andere zusätzliche Bauteile, die in einem Dämpfungsenergie Rückkopplungskreis verwendet werden, weggelassen. Allerdings ist es selbstverständlich, daß solche Bau teile in dem in der Zeichnung dargestellten Grundauf bau verwendbar sind. Es ist weiter offensichtlich, daß jede Isolierung und eine Druckschweißstruktur auch weggelassen sind. Fig. 1 umfaßt einen GTO 1, eine flache Dämpfungsdiode 1, die nicht vom Ansatztyp (stud type) ist, einen Dämpfungskondensator 3, eine Kühlrippe (oder Leiter) 10, die unter Druck mit einer Anode des GTOs 1 verschweißt ist, eine Kühlrippe bzw. ein Kühlelement (oder Leiter) 11, das unter Druck auf die Kathode des GTOs 1 geschweißt ist, Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3, ein bandförmiger breiter Leiter 14 für die elektrische Verbindung des Kühlelementes 10 (Erweiterung der Anode des GTOs 1) mit der Anode der Dämpfungsdiode 2, einen breiten Leiter 15 für die elektrische Verbindung der Kathode der Dämpfungsdiode 2 mit einer Elektrode 12 des Dämp fungskondensators 3 und einen breiten Leiter 16 für die elektrische Verbindung der anderen Elektrode 13 des Dämpfungskondensators 3 mit dem Kühlelement 11 (Erweiterung der Kathode des GTOs 1). Die Funktion des Kühlens der Dämpfungsdiode 2 kann durch Zusammen fügen des Kühlelementes 10 mit dem breiten Leiter 14 oder durch zusätzliches Vorsehen einer geeigneten Kühlanordnung, wie einer individuellen Kühlrippe er zielt werden.

Zuerst wird die Beschreibung von "paralleler Posi tionsbeziehung zwischen Elektrodenflächen" gegeben. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, die eine Seitenansicht des Dämpfungskreisaufbaus ist, sind die gesamten sechs Elektroden derart positioniert, daß wechselsei tig kein Winkel gebildet wird, d. h. die jeweiligen Erweiterungsebenen der Anodenfläche und der Kathoden fläche der Dämpfungsdiode 2 und die Flächen der zwei Elektroden 12, 13 des Dämpfungskondensators schneiden nicht räumlich die Anodenfläche oder Kathodenfläche des GTOs 1. Diese Positionsbeziehung wird hier als "parallele Positionsbeziehung der Elektrodenflächen" bezeichnet. Aufgrund dieser Anordnung kann die Zusam menbautechnik merkbar im Vergleich mit Beispielen nach dem Stand der Technik vereinfacht werden, wo durch folglich die Zusammenbauarbeit weniger kompli ziert ist.

Beim Herstellen des Leistungswandlers bzw. Stromrich ters der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren die Schritte des Anordnens des GTOs 1, der Dämpfungs diode 2 und des Dämpfungskondensators 3 in der Weise, daß die jeweiligen oder Elektrodenflächen parallel zueinander angeordnet sind, und dann des Verbindens der Elektrodenflächen des GTOs 1, der Dämpfungsdiode 2 und des Dämpfungskondensators mittels der zueinan der parallelen breiten Leiter 14, 15 und 16.

Da die traditionelle Arbeit des U-förmigen Biegens oder dergleichen für die breiten Leiter 14, 15 und 16 insbesondere nicht notwendig ist, können die Produk tionskosten relativ zu solchen Leitern verringert werden. Darüber hinaus realisiert diese Konstruktion leicht die unten erwähnte parallele Positionsbezie hung der breiten Leiter, um dabei die Leitungsinduk tivität zu verringern.

Nun wird die "lineare Positionsbeziehung zwischen Elektrodenflächen" beschrieben. Eine Aufsicht auf den Dämpfungskreisaufbau ist in Fig. 2 dargestellt. Für die Einfachheit der Erklärung zeigt Fig. 2 individu ell die Verbindung des GTOs 1 und der Dämpfungsdiode 2, die Verbindung der Dämpfungsdiode 2 und des Dämp fungskondensators 3 und die Verbindung des Dämpfungs kondensators 3 mit dem GTO 1. Allerdings sind in der Praxis diese Bauteile mit wechselseitiger Überlage rung zusammengesetzt. Wie in Fig. 2 dargestellt wird, ist die Voraussetzung solcher Positionsbeziehung, daß in der Aufsicht eine gerade Mittellinie AB, die die Mitte A des GTOs 1 und die Mitte B der Dämpfungsdiode 2 passiert, eine gerade Mittellinie BC, die durch die Mitte B der Dämpfungsdiode und die Mitte C einer der Elektroden 12 des Dämpfungskondensators 3 geht, und eine gerade Mittellinie DA, die durch die Mitte D der anderen Elektrode 13 des Dämpfungskondensators 3 und die Mitte A des GTOs 1 geht, in Ausrichtung zueinan der sind. Solche Positionsbeziehung ist hier als "li neare Positionsbeziehung zwischen Elektrodenflächen" definiert. Jede der Elektroden 12 und 13 des Dämp fungskondensators 3 besteht normalerweise aus einem Satz von einigen Anschlüssen (z. B. drei in diesem Ausführungsbeispiel), wie in der Aufsicht der Fig. 3 gezeigt wird. Die Mitte der Elektrode 12 oder 13 des Dämpfungskondensators 3 bedeutet die Mitte eines der artigen Satzes von Anschlüssen, wie in Fig. 3 gezeigt wird. Diese Konstruktion stellt die gegenseitige Überlagerung der breiten Leiter in der Aufsicht si cher, um als Folge die unten erwähnten Leitungsinduk tivität zu verringern.

Als nächstes wird die Beschreibung der "parallelen Positionsbeziehung zwischen breiten Leitern" gegeben. In Fig. 1, die eine Seitenansicht des Dämpfungskreis aufbaus zeigt, sind die breiten Leiter 14, 15 und 16 so angeordnet, daß sie keinen Winkel miteinander bil den, d. h. in einer solchen Positionsbeziehung, daß die Ausbreitungsebenen der breiten Leiter 14, 15 und 16 räumlich nicht die Anodenfläche oder Kathodenflä che des GTOs 1 schneiden. Diese Positionsbeziehung ist hier als "parallele Positionsbeziehung zwischen breiten Leitern" bezeichnet. Solche Konstruktion ist für die Verringerung der weiter unten erwähnten Lei tungsinduktivität wirksam.

Die Breiten der breiten Leiter sind in der folgenden leise vorgeschrieben. Insbesondere wird eine Erklä rung unter der Bedingung gegeben, daß ein Leiter zur Verbindung mindestens zweier Elektrodenanschlüsse breiter als ein schmaler Anschluß aus den zwei Elek trodenanschlüssen, die dadurch verbunden sind, ist. Es ist extrem selten, daß die Anode (Kathode) des GTOs 1, die Anode (Kathode) der Dämpfungsdiode 2 und die Elektroden 12, 13 des Dämpfungskondensators exakt die gleiche Breite aufweisen. Daher wird die obige Bedingung beschrieben unter der Annahme, daß, wie in Fig. 2 gezeigt wird, die Breiten der jeweiligen Elek troden des GTOs 1, des Dämpfungskondensators 3 und der Dämpfungsdiode 2 in dieser Reihenfolge sequen tiell größer sind. Der breite Leiter 14, der für die Verbindung des Kühlelementes 10 des GTOs 1 mit der Anode der Dämpfungsdiode 2 verwendet wird, ist in der Breite größer als mindestens die Elektrode der Dämp fungsdiode 2, und der breite Leiter 15, der für die Verbindung der Kathode der Dämpfungsdiode 2 mit der Elektrode 12 des Dämpfungskondensators 3 verwendet wird, ist in der Breite größer als mindestens die Elektrode der Dämpfungsdiode 2 und der breite Leiter 16, der für die Verbindung der Elektrode 13 des Dämp fungskondensators 3 mit dem Kühlelement 11 des GTOs 1 verwendet wird, ist in der Breite größer als minde stens die Elektrode 13 des Dämpfungskondensators 3. Die breiten Leiter 14, 15 und 16 nach Fig. 2 sind spezifische Beispiele, die die zuvor erwähnte Vor schrift relativ zu den Breiten der breiten Leiter erfüllt und die minimale Bedingung hinsichtlich der Leiterbreiten wird hier definiert als "Vorschrift der Breiten der breiten Leiter". Dieser Aufbau realisiert eine gleichmäßige Verteilung des Hochfrequenzstroms, wodurch die unten erwähnte Leitungsinduktivität ver ringert wird.

Nun wird eine weitere Beschreibung hinsichtlich der Vorschrift relativ zu der wechselseitigen Kopplung der breiten Leiter gegeben. Genauer gesagt, wird die Kopplung beschrieben, die durch die wechselseitige Induktivität zwischen dem breiten Leiter 15, der für die Verbindung der Kathode der Dämpfungsdiode 2 mit der Elektrode 12 des Dämpfungskondensators 3 verwen det wird, und dem breiten Leiter 16 bewirkt wird, der für die Verbindung der Elektrode 13 des Dämpfungskon densators 3 mit der Kathode des GTOs 1 verwendet wird. Es wird zuerst auf das "Electrical Engineering Handbook" (Institute of Electrical Engineers) Bezug genommen, in dem die wechselseitige Induktivität M zwischen zwei geschlossenen Kreisen entsprechend der Gleichung (1) erhalten werden kann, die die Neumann- Formel ist.

Wenn somit die zwei Stromwerte zueinander gleich sind, ist die wechselseitige Induktivität M invers proportional zu dem Leitungs-zu-Leitungsabstand und direkt proportional zu dem Cosinus des Winkels θ, der durch die Stromvektoren gebildet wird. In Beziehung zu der Selbstinduktivität L_s jeder Leitung kann die Leitungsinduktivität L erhalten werden entsprechend Gleichung (2).

L = L_s + M (2).

Da dieser Wert nicht negativ wird, ist es notwendig, um diesen zu minimieren, die wechselseitige Indukti vität M an den Wert der Selbstinduktivität L_s anzunä hern, indem die wechselseitige Induktivität M auf den größtmöglichen absoluten Wert mit einem negativen Zeichen gesetzt wird. In anderen Worten gesagt, müs sen die in den zwei Leitungen fließenden Ströme di rekt umgekehrt zueinander sein, d. h. der Winkel θ wird auf 180° gesetzt (cosθ = -1) und der Leitungs zu-Leitungsabstand r ist möglicherweise minimiert. Die Positionsbeziehung der Leitungen, die die obigen Bedingungen erfüllt, wird hier als "Vorschrift der wechselseitigen Kopplung zwischen den breiten Lei tern" bezeichnet. Aufgrund dieses Aufbaus ist es mög lich, die Leitungsinduktivität zu verringern.

Im folgenden wird eine Erläuterung gegeben, insbeson dere unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2. In Fig. 1 sind die breiten Leiter 14 und 16 in der zuvor erwähnten Beziehung von zwei Leitungen und auch breiten Leiter 15 und 16 sind in der gleichen Beziehung. Hinsichtlich der in den brei ten Leitern 14, 15 und 16 fließenden Ströme werden, wenn der GTO 1 zur Unterbrechung der Ströme ausge schaltet wird, die unterbrochenen Ströme zu dem Rei henkreis abgeleitet, der aus der Dämpfungsdiode und dem Dämpfungskondensator 3 gebildet wird. Es ist da her aus dem Kirchhoffschen Gesetz offensichtlich, daß die absoluten Werte der Ströme die gleichen sind in den gesamten breiten Leitern. Der Winkel θ, der durch die Stromvektoren der breiten Leiter 14, 15 und den Stromvektor des breiten Leiters 16 gebildet wird, ist 180°, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist. Da die in den breiten Leiter 14, 15 und 16 fließenden Ströme bei Stromunterbrechung durch den GTO 1 Hochfrequenzströme sind, tritt unvermeidlich der Skineffekt zusammen damit auf, so daß die Ströme gleichmäßig in den brei ten Leiter fließen. Folglich heben sich der von dem breiten Leiter 14 erzeugte Magnetfluß und der von dem breiten Leiter 16 erzeugte Magnetfluß gegeneinander auf, wodurch eine Erhöhung des absoluten Wertes der wechselseitigen Induktivität M und weiter eine Ver ringerung der Leitungsinduktivität L bewirkt wird. Um eine solche Wirkung der Verringerung der Leitungsin duktivität L zu beweisen, zeigt Fig. 5 graphisch die Ergebnisse von dreidimensionalen Analysen der Lei tungsinduktivitäten und der aktuellen Widerstände, die unter Verwendung eines einfachen Modells in Fig. 4 mit einer zwischenliegenden hohlen Breite X als Parameter erhalten werden. Wie aus diesen Kennlinien zu erkennen ist, verringert sich die Induktivität abhängig von dem Anstieg der Breite X. Dies bedeutet, daß die gegenseitige Kopplung induziert wird, wenn der breite Leiter versetzt wird, um um 5 mm näher zu sein in Vergleich mit einer Länge von 130 mm und die Leitungsinduktivität kann verringert werden durch Maximierung der Breite X in einer begrenzten Dimen sion (210 mm).

Unter Zusammenfassung des oben Gesagten muß "die parallele Positionsbeziehung zwischen den Elek trodenflächen" des GTOs 1, der Dämpfungsdiode 2 und des Dämpfungskondensators 3 die Bedingungen erfüllen, die die Verwendung von breiten Leitern als Verbin dungsmittel der Elektrodenflächen ermöglichen, wo durch die geringste Biegearbeit verlangt wird, und weiterhin kann die erwähnte Positionsbeziehung die Selbstinduktivität der Verbindungsanordnung verrin gern, um gegebenenfalls die Gesamtinduktivität des Dämpfungskreises zu verringern. Auch muß "die lineare Positionsbeziehung zwischen den Elektrodenflächen" des GTOs 1, der Dämpfungsdiode 2 und des Dämpfungs kondensators 3 die Bedingungen erfüllen, daß die Richtungen der Ströme in den breiten Leitern nur auf 00 und 1800 gesetzt werden, und diese Positionsbezie hung kann die wechselseitige Induktivität zwischen den breiten Leitern erhöhen, um gegebenenfalls die Gesamtinduktivität des Dämpfungskreises zu verrin gern. Was die "parallele Positionsbeziehung zwischen den breiten Leitern" und "die Vorschrift der Breiten der breiten Leitern" betrifft, insbesondere relativ für die Verwendung eines breiten Leiters, größer in der Breite als die schmalere der zwei Elektroden, die durch ihn verbunden werden sollen, ist es notwendig, die Bedingungen zu erfüllen, die ein gleichmäßiges Fließen der Hochfrequenzströme in den Flächen der breiten Leiter ermöglichen und die die Gesamtindukti vität des Dämpfungskreises verringern können. Was die "Vorschrift der wechselseitigen Kopplung zwischen breiten Leitern" für die nahe Anordnung der breiten Leiter betrifft, bei der die darin fließenden Ströme richtungsmäßig zueinander umgekehrt sind, um so die gegenseitige Kopplungsdichte zu verbessern und dabei den absoluten Wert der gegenseitigen Induktivität zu erhöhen, liegt die Bedingung darin, die gesamte In duktivität in dem Dämpfungskreis zu verringern. Bei einem Aufbau, bei dem der Dämpfungskreis, der durch Erfüllen der Grundbedingungen realisiert wird, mit einem Bypasskreis für ein selbstlöschende Halbleiter element verbunden ist, wird es möglich, die entspre chend Fig. 30 erzeugte Spitzenspannung V_DSP zu redu zieren, wodurch eine Verringerung des Abschaltverlu stes erzielt wird.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau ist es weiterhin vorteilhaft, daß der Seitenansichtsbereich des Krei ses, der aus dem Löschhalbleiterelement, der Dämp fungsdiode, dem Dämpfungskondensator und den breiten Leitern besteht, im Vergleich mit der Gesamtquer schnittsfläche verringert werden kann. Im Fall, daß die anderen Bedingungen die gleichen sind, ist die Induktivität im Kreis ungefähr proportional zu der durch den Kreis umgebenen Fläche, so daß die Induk tivität der obigen Anordnung reduziert wird.

Ausführungsbeispiel 2

Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 6 eine An ordnung eines Dämpfungskreises, der für ein selbst löschendes Halbleiterelement gebildet wird, in einer anderen Kombination, auf der Grundlage des Entwurf konzepts des ersten Ausführungsbeispiels. Die Figur umfaßt einen GTO 1, eine Dämpfungsdiode 2, einen Dämpfungskondensator 3, ein Kühlelement (oder Leiter) 10, der unter Druck mit der Anode des GTOs 1 ver schweißt ist, ein Kühlelement (oder Leiter) 11, der unter Druck mit der Kathode des GTOs 1 verschweißt ist, Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3, einen breiten Leiter 14 zur elektrischen Verbin dung des Kühlelementes 11 (Erweiterung der Kathode des GTOs 1) mit der Kathode der Dämpfungsdiode 2, einen breiten Leiter 15 zur elektrischen Verbindung der Anode der Dämpfungsdiode 2 mit einer Elektrode 12 des Dämpfungskondensators 3 und einen breiten Leiter 16 zur elektrischen Verbindung der anderen Elektrode 13 des Dämpfungskondensators 3 mit dem Kühlelement 10 (Erweiterung der Anode des GTOs 1). Die Funktion des Kühlens der Dämpfungsdiode 2 kann durch Zusammenfügen des Kühlelementes 11 mit dem breiten Leiter 14 oder zusätzliches Vorsehen einer adäquaten Kühlanordnung, wie ein individuelles Kühlelement erzielt werden.

In Fig. 6 liegt der Unterschied zu Fig. 1 in der Rei henfolge der Verbindung der Dämpfungsdiode 2 und des Dämpfungskondensators 3, die parallel mit dem GTO 1 verbunden sind. Genauer gesagt, sind in Fig. 1 die Dämpfungsdiode 2 und der Dämpfungskondensator 3 par allel in dieser Reihenfolge von der Anodenseite des GTOs 1 mit diesem verbunden, während in Fig. 6 der Dämpfungskondensator 3 und die Dämpfungsdiode 2 parallel in dieser Reihenfolge von der Anodenseite des GTOs 1 mit diesem verbunden sind. Fig. 6 ist eine Seitenansicht der Dämpfungskreisanordnung, wobei die gesamten Elektrodenflächen in paralleler Positions beziehung und die gesamten breiten Leiter in einer parallelen Positionsbeziehung angeordnet sind. Wie weiter in der Aufsicht nach Fig. 7 gezeigt wird, sind die gesamten Elektrodenflächen in einer linearen Po sitionsbeziehung angeordnet. Auch sind die Vorschrif ten relativ zu den Breiten der breiten Leiter und zu der gegenseitigen Kopplungsbeziehung zwischen den breiten Leitern die gleichen wie die in Fig. 1. Daher ist es offensichtlich, daß die Dämpfungskreisanord nung nach Fig. 6 äquivalent zu der zuvor erwähnten nach Fig. 1 in bezug auf die Wirkung der Verringerung der Induktivität in dem Dämpfungskreis nach Fig. 1 ist.

Ausführungsbeispiel 3

Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 8 zeigt die Anordnung eines Dämpfungskreises, der für ein selbst löschendes Halbleiterelement gebildet wird, in einer anderen Kombination auf der Grundlage des Entwurfkon zepts des ersten Ausführungsbeispiels. Diese Figur umfaßt einen GTO 1, eine Dämpfungsdiode 2, einen Dämpfungskondensator 3, ein Kühlelement (oder Leiter) 10, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1 ver schweißt ist, ein Kühlelement (oder Leiter) 11, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1 verschweißt ist, Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3, einen breiten Leiter 14 zur elektrischen Verbin dung des Kühlelementes 10 mit der Anode der Dämp fungsdiode 2, einen breiten Leiter 15 zur elektri schen Verbindung der Kathode der Dämpfungsdiode 2 mit einer Elektrode 12 des Dämpfungskondensators 3 und einen breiten Leiter 16 zur elektrischen Verbindung der anderen Elektrode 13 des Dämpfungskondensators 3 mit dem Kühlelement 11.

In Fig. 8 liegt der Unterschied zu Fig. 1 in der Ent fernungsbeziehung der Dämpfungsdiode 2 und des Dämp fungskondensators 3 zu dem GTO 1. Genauer gesagt, ist in Fig. 1 die Dämpfungsdiode 2 näher an den GTO 1 als der Dämpfungskondensator 3, während in Fig. 8 der Dämpfungskondensator 3 näher an dem GTO 1 angeordnet ist als die Dämpfungsdiode 2. Obwohl eine Aufsicht auf den Dämpfungskreisaufbau nach Fig. 8 hier wegge lassen ist, ist offensichtlich, daß der Dämpfungs kreisaufbau nach Fig. 8 die Techniken nach Fig. 1 annimmt, um die Induktivität des Dämpfungskreises geeignet zu verringern.

Ausführungsbeispiel 4

Im folgenden wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 9 zeigt die Anordnung eines Dämpfungskreises, der für ein selbst löschendes Halbleiterelement gebildet wird, in einer anderen Kombination basierend auf dem Entwurfskonzept des ersten Ausführungsbeispiels. Diese Figur umfaßt einen GTO 1, eine Dämpfungsdiode 2, einen Dämpfungs kondensator 3, ein Kühlelement (oder Leiter) 10, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1 verschweißt ist, ein Kühlelement (oder Leiter) 11, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1 verschweißt ist, Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3, einen breiten Leiter 14 zur elektrischen Verbindung des Kühlelemen tes 11 mit der Kathode der Dämpfungsdiode 2, einen breiten Leiter 15 zur elektrischen Verbindung der Anode der Dämpfungsdiode 2 mit einer Elektrode des Dämpfungskondensators 3 und einen breiten Leiter 16 zur elektrischen Verbindung der anderen Elektrode 13 des Dämpfungskondensators 3 mit dem Kühlelement 10.

In Fig. 9 liegt der Unterschied zu Fig. 6 in der Ent fernungsbeziehung der Dämpfungsdiode 2 und des Dämp fungskondensators 3 zu dem GTO 1. Genauer gesagt, ist in Fig. 6 die Dämpfungsdiode 2 näher an dem GTO 1 als der Dämpfungskondensator 3 angeordnet, während in Fig. 9 der Dämpfungskondensator 3 näher an dem GTO 1 angeordnet ist als die Dämpfungsdiode 2. Obwohl die Aufsicht der Dämpfungskreisanordnung nach Fig. 9 hier weggelassen ist, ist es offensichtlich, daß der Dämp fungskreisaufbau nach Fig. 9 die gleichen Techniken der Fig. 6 annimmt, um die Induktivität des Dämp fungskreises geeignet zu verringern.

Ausführungsbeispiel 5

Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Fig. 10 zeigt den Aufbau eines Dämpfungskreises, der für ein selbstlö schendes Halbleiterelement gebildet wird, wobei teil weise das Entwurfskonzept des ersten Ausführungsbei spiels modifiziert wird. Die Figur umfaßt einen GTO 1, eine Dämpfungsdiode 2, einen Dämpfungskondensator 3, ein Kühlelement 10, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1 verschweißt ist, ein Kühlelement 11, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1 verschweißt ist, Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3, einen breiten Leiter 14 zur elektrischen Verbin dung des Kühlelementes 10 mit der Anode der Dämp fungsdiode 2, einen breiten Leiter 15 der elektri schen Verbindung der Kathode der Dämpfungsdiode 2 mit einer Elektrode 12 des Dämpfungskondensators 3 und einen breiten Leiter 16 zur elektrischen Verbindung der anderen Elektrode 13 des Dämpfungskondensators 3 mit dem Kühlelement 11.

In Fig. 10 liegt der Unterschied zu Fig. 1 darin, daß die Flächen der Elektroden 12 und 13 des Dämpfungs kondensators 3 nicht in paralleler Positionsbeziehung zu den jeweiligen Elektrodenflächen des GTOs 1 und der Dämpfungsdiode 2 liegen. Genauer gesagt, sind in Fig. 1 die Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskonden sators 3 so festgelegt, daß sie gegenseitig unter schiedliche Höhen haben und die gesamten Elektroden sind in einer parallelen Positionsbeziehung angeord net, während in Fig. 10 die Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3 die gleiche Höhe aufweisen und L-förmige breite Leiter 15 und 16 werden verwen det. Aufgrund dieses Aufbaus ist das Ausführungsbei spiel nach Fig. 10 vorteilhafter als das zuvor er wähnte Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 darin, daß die Selbstinduktivität des breiten Leiters 15 verringert wird, um gegebenenfalls die Gesamtinduktivität in dem Dämpfungskreis zu verringern. Ein solcher Verdienst wird von dem Gedanken hergeleitet, daß die nicht parallelen Teile der breiten Leiter 15 und 16 mehr in dem breiten Leiter 16 nach Fig. 1 existieren als in dem breiten Leiter 16 nach Fig. 10. Obwohl eine Auf sicht auf den Dämpfungskreis nach Fig. 10 hier wegge lassen wird, ist es offensichtlich, daß die mit dem Dämpfungskreis nach Fig. 10 erzielte Wirkung der Ver ringerung der gesamten Induktivität in dem Dämpfungs kreis besser als die Wirkung des Aufbaus nach Fig. 1 ist.

Ausführungsbeispiel 6

Im folgenden das sechste Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beige fügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 11 zeigt die An ordnung eines Dämpfungskreises, der für ein selbstlö schendes Halbleiterelement gebildet wird, indem teil weise das Entwurfskonzept des ersten Ausführungsbei spiels modifiziert wird. In der Figur ist ein GTO 1, eine Dämpfungsdiode 2, ein Dämpfungskondensator 3, ein Kühlelement 10, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1 verbunden ist, ein Kühlelement 11, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1 verschweißt ist, Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3, ein breiter Leiter 14 zur elektrischen Verbindung des Kühlelementes 11 mit der Kathode der Dämpfungsdiode 2, ein breiter Leiter 15 zur elektrischen Verbindung der Anode der Dämpfungsdiode 2 mit einer Elektrode 12 des Dämpfungskondensators 3 und ein breiter Leiter 16 zur elektrischen Verbindung der anderen Elektrode 13 des Dämpfungskondensators 3 mit dem Kühlelement 10 vorgesehen sind.

In Fig. 11 liegt der Unterschied zu Fig. 6 darin, daß die Flächen der Elektroden 12 und 13 des Dämpfungs kondensators 3 nicht in paralleler Positionsbeziehung zu den jeweiligen Elektrodenflächen des GTOs 1 und der Dämpfungsdiode 2 angeordnet sind. Genauer gesagt, sind in Fig. 6 die Elektroden 12 und 13 des Dämp fungskondensators 3 so angeordnet, daß sie gegensei tig unterschiedliche Höhen aufweisen und die gesamten Elektroden sind in einer parallelen Positionsbezie hung, während in Fig. 11 Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3 die gleichen Höhen aufweisen und L-förmige breite Leiter 15 und 16 werden verwen det. Aufgrund dieses Aufbaus ist das sechste Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 11 vorteilhafter zu dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 darin, daß die Selbstinduktivität des breiten Leiters 16 verrin gert wird, um gegebenenfalls die Gesamtinduktivität des Dämpfungskreises zu verringern. Ein solcher Er folg wird aus dem Gedanken hergeleitet, daß die nichtparallelen Bereiche der breiten Leiter 15 und 16 mehr in dem breiten Leiter 16 nach Fig. 6 vorhanden sind als in dem breiten Leiter 16 nach Fig. 11. Ob wohl eine Aufsicht auf den Dämpfungskreis nach Fig. 11 hier weggelassen ist, ist es offensichtlich, daß die mit dem Dämpfungskreisaufbau nach Fig. 11 erziel te Wirkung zur Verringerung der Gesamtinduktivität in dem Dämpfungskreis besser als die Wirkung des Aufbaus nach Fig. 6 ist.

Ausführungsbeispiel 7

Im folgenden wird das siebente Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 12 zeigt den Aufbau eines Dämpfungskreises, der für ein selbstlöschendes Halbleiterelement gebildet wird, indem teilweise das Entwurfskonzept des ersten Aus führungsbeispiels verändert wird. Die Figur umfaßt einen GTO 1, eine Dämpfungsdiode 2, einen Dämpfungs kondensator 3, ein Kühlelement 10, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1 verschweißt ist, eine Kühl element 11, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1 verschweißt ist, Elektroden 12 und 13 der Dämp fungsdiode 3, einen breiten Leiter 14 zur elektri schen Verbindung des Kühlelementes 10 mit der Anode der Dämpfungsdiode 2, einen breiten Leiter 15 zur elektrischen Verbindung der Kathode der Dämpfungsdio de 2 mit einer Elektrode 12 des Dämpfungskondensators 3 und einen breiten Leiter 16 zur elektrischen Ver bindung der anderen Elektrode 13 des Dämpfungskonden sators 3 mit dem Kühlelement 11.

In Fig. 12 liegt der Unterschied zu Fig. 2 darin, daß die Elektrodenflächen des GTOs 1 nicht in linearer Positionsbeziehung zu den jeweiligen Elektrodenflä chen der Dämpfungsdiode 2 und des Dämpfungskondensa tors 3 angeordnet sind. Genauer gesagt, sind in Fig. 2 die geraden Linien AB, BC und DA in Ausrichtung zueinander angeordnet, während in Fig. 12 die geraden Linien AB und AD nicht mit der geraden Linie BC aus gerichtet sind. Allerdings sind, falls die Seitenan sicht des Dämpfungskreisaufbaus nach Fig. 12 die gleiche wie in Fig. 1 ist, die gesamten Elektroden flächen in der parallelen Positionsbeziehung und auch die gesamten breiten Leiter sind in der parallelen Positionsbeziehung. Die Vorschrift relativ zu den Breiten der breiten Leiter ist, wie in Fig. 12 ge zeigt wird, erfüllt. Es ist offensichtlich, daß mit der Ausnahme, daß die gesamten Elektrodenflächen nicht in Ausrichtung zueinander liegen, die in dem Dämpfungskreis nach Fig. 12 erzielte Wirkung zur Ver ringerung der Gesamtinduktivität im wesentlichen gleich zu der mit dem Aufbau nach Fig. 2 ist.

Ausführungsbeispiel 8

Im folgenden wird das achte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 13 zeigt den Aufbau eines Dämpfungskreises, der für ein selbstlö schendes Halbleiterelement gebildet wird, bei dem teilweise das Entwurfskonzept des ersten Ausführungs beispiels geändert ist. Die Figur umfaßt einen GTO 1, eine Dämpfungsdiode 2, ein Kühlelement 10, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1 verschweißt ist, ein Kühlelement 11, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1 verschweißt ist, Elektroden 12 und 13 eines Dämpfungskondensators (nicht dargestellt), einen breiten Leiter 14 zur elektrischen Verbindung des Kühlelementes 10 mit der Anode der Dämpfungsdiode 2, einen breiten Leiter 15 zur elektrischen Verbindung der Kathode der Dämpfungsdiode 2 mit einer Elektrode 12 des Dämpfungskondensators 3 und einen breiten Lei ter 16 zur elektrischen Verbindung der anderen Elek trode 13 des Dämpfungskondensators 2 mit dem Kühlele ment 11.

In Fig. 13 liegt der Unterschied zu Fig. 2 darin, daß die Elektrodenflächen des GTOs 1 nicht in linearer Positionsbeziehung zu den jeweiligen Elektrodenflä chen der Dämpfungsdiode 2 und des Dämpfungskondensa tors 3 liegen. Genauer gesagt, sind in Fig. 2 die geraden Linien AB, BC und DA in Ausrichtung zueinan der angeordnet, während in Fig. 13 die geraden Linien AB und AD nicht in Ausrichtung mit der geraden Linie BC sind. Allerdings sind, falls die Seitenansicht des Dämpfungskreisaufbaus nach Fig. 13 die gleiche ist wie in Fig. 1, die gesamten Elektrodenflächen in paralleler Positionsbeziehung und auch die gesamten breiten Leitern sind in der parallelen Positionsbe ziehung.

Die Vorschrift relativ zu den Breiten der breiten Leiter wird erfüllt, wie in Fig. 13 gezeigt wird. Hinsichtlich der Breiten der breiten Leiter ist die ses Ausführungsbeispiel im Vergleich mit Fig. 12 vor teilhafter mit der Begründung, daß in seiner Aufsicht die Tangentenlinien P1 und P2 der Elektroden des GTOs 1 zu den Elektroden der Dämpfungsdiode 2 innerhalb des breiten Leiters 14 liegen und die Tangentenlinien Q1 und Q2 der Elektroden der Dämpfungsdiode 2 zu ei ner Elektrode 12 des Dämpfungskondensators 3 inner halb des breiten Leiters 15 liegen und auch die Tan gentenlinien R1 und R2 der anderen Elektrode 13 des Dämpfungskondensators 3 zu den Elektroden GTOs 1 in nerhalb des breiten Leiters 16 liegen, wodurch es möglich gemacht wird, die Konzentration des elektri schen Feldes zu vermeiden, die ansonsten durch die Hochfrequenzströme bewirkt werden könnte, die zu dem Dämpfungskreis zur Abschaltzeit des GTOs 1 abgeleitet werden. In Fig. 12 kann die Konzentration der elek trischen Felder insbesondere an der Verbindungsstelle des Kühlelementes 10 und des breiten Leiters 14 auf treten. Bei Auftreten einer solchen Konzentration der elektrischen Felder entstehen einige Probleme ein schließlich eines lokalen Wärmeverlustes und eines Anstiegs der Sperrschichttemperatur in dem GTO 1, wodurch möglicherweise ein Durchbruch des Elementes bewirkt werden könnte. Daher ist es mit der Ausnahme, daß die gesamten Elektroden nicht in Ausrichtung sind, offensichtlich möglich, mit dem Dämpfungskreis aufbau nach Fig. 13, die adäquate Wirkung des Absen kens der Gesamtinduktivität in dem Dämpfungskreis im wesentlich ähnlich zu dem Aufbau nach Fig. 2 zu er reichen und die Temperaturanstiege, die in den brei ten Leitern induziert werden, können in geeigneter Weise vergleichmäßigt werden. Es ist selbstverständ lich, daß die in bezug auf die Breiten der breiten Leiter angewandte Idee zum Vermeiden der Konzentra tion von elektrischen Feldern auf jedes andere Aus führungsbeispiel gleichfalls anwendbar ist. Obwohl die in Fig. 13 verwendeten breiten Leitern 14, 15 und 16 in der Aufsicht rechteckig sind, kann beispiels weise der breite Leiter 14 eine unterschiedliche Form aufweisen, wie eine solche, die längs der Tangenten linie P1 geschnitten ist, wodurch die Produktionsko sten der breiten Leiter verringert werden können.

Darüber hinaus müssen hinsichtlich der Verringerung der Induktivität die jeweiligen Mitten der Elektroden nicht exakt in Ausrichtung zueinander sein und das Erfordernis ist erfüllt, wenn der schmalere der bei den breiten Leiter, die gegenseitig in einer Aufsicht übereinanderliegen, in dem breiteren in der Aufsicht eingeschlossen ist.

Ausführungsbeispiel 9

Im folgenden wird ein neuntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 14 zeigt den Aufbau eines Dämpfungskreises, der für eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten selbstlöschenden Halbleiterelemen ten gebildet wird, indem das Entwurfskonzept des er sten Ausführungsbeispiels angewandt wird. Die Figur umfaßt GTOs 1A und 1B, Dämpfungsdioden 2A und 2B und Dämpfungskondensatoren 3A und 3B. Hinsichtlich des GTOs 1A sind ein Kühlelement 10A, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1A verschweißt ist, ein Kühlele ment 11A, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1 verschweißt ist, Elektroden 12A und 13A des Dämp fungskondensators 3A, ein breiter Leiter 14A zur elektrischen Verbindung des Kühlelementes 10A mit der Anode der Dämpfungsdiode 2A, ein breiter Leiter 15A zur elektrischen Verbindung einer Kathode der Dämp fungsdiode 2A mit einer Elektrode 12A des Dämpfungs kondensators 3A und ein breiter Leiter 16A zur elek trischen Verbindung mit der anderen Elektrode 13A des Dämpfungskondensators 3A mit dem Kühlelement 11A ge zeigt. Die Funktion des Kühlens der Dämpfungsdiode 2A kann durch Verwenden des Kühlelementes 10A mit dem breiten Leiter 14A oder durch zusätzliches Vorsehen einer geeigneten Kühlanordnung, wie eines individuel len Kühlelementes erzielt werden. Da der Aufbau des GTOs 1B der gleiche ist wie der des GTOs 1A, wird eine wiederholte Beschreibung davon unterlassen.

Fig. 14 zeigt einen exemplarischen Fall, bei dem der Aufbau nach Fig. 1 ohne jede Modifikation der Anoden und Kathoden der in Reihe geschalteten GTOs 1A und 1B angewandt ist. Es ist daher offensichtlich, daß die Wirkung der Verringerung der Gesamtinduktivität des Dämpfungskreises äquivalent zu der in Fig. 1 erziel ten Wirkung ist. Der parallel zu den mehreren in Rei he geschalteten GTOs zu verbindenden Dämpfungskreis ist durch vier Verfahren verbindbar, die in den Fig. 15A bis 15D dargestellt sind. Zusätzlich zur Fig. 14, die den konkreten Aufbau nach Fig. 15A zeigt, können einige andere Konfigurationen offensichtlich in bezug auf die Seitenansicht beispielsweise relativ zu Fig. 15B erzielt werden, durch eine Kombination von Fig. 1 mit Fig. 6 oder eine Kombination von Fig. 10 mit Fig. 11. Darüber hinaus ist jede der Fig. 15C und 15D auch durch eine geeignete Kombination der zuvor er wähnten Ausführungsbeispiele realisierbar.

Obwohl dieses Ausführungsbeispiel einen beispielhaf ten Aufbau aufweist, bei dem eine Vielzahl von selbstlöschenden Halbleiterelementen zueinander in Reihe geschaltet sind, ist die vorliegende Erfindung in ähnlicher Weise für andere Konfigurationen anwend bar, bei der die Elemente in einer Reihen-Parallel verbindung sind. Genauer gesagt, kann eine Reihen- Parallelkonfiguration durch Hinzufügen einer axialen Symmetrie von Fig. 14 zu den rechten Enden der GTOs 1A und 1B in Fig. 14 und durch anschließendes Verbin den der Anschlüsse der GTOs 1A und 1B mit den jewei ligen Anschlüssen der hinzugefügten GTOs gebildet werden.

Ausführungsbeispiel 10

Im folgenden wird das zehnte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen beschrieben. Die Fig. 16 und 17 zeigen den Aufbau eines Dämpfungskreises, der für ein selbstlöschendes Halbleiterelement gebildet wird, indem teilweise das Entwurfskonzept des ersten Aus führungsbeispiels geändert wird. Fig. 16 ist eine Aufsicht und Fig. 17 ist eine Seitenansicht, in denen zum Zwecke der Erläuterung die Dämpfungskondensatoren und ihre Verbindungsanordnung weggelassen sind. Der Unterschied zu Fig. 14 liegt darin, daß die Mitten B1 und B2 der Dämpfungsdioden 2A und 2B nicht in der gleichen Position sind, wie in der Aufsicht zu sehen ist. Wie jedoch in Fig. 16 gezeigt wird, sind die gesamten Elektrodenflächen in paralleler Positions beziehung und auch die breiten Leitern sind in der parallelen Positionsbeziehung und darüber hinaus lie gen die Dämpfungsdiode 2A und ein Dämpfungskondensa tor 3A (nicht dargestellt) auf einer Mittellinie SS in bezug auf eine GTO 1A, während die Dämpfungsdiode 2B und ein Dämpfungskondensator 3B (nicht darge stellt) auf einer Mittellinie TT liegen, die einen bestimmten Winkel zu der Mittellinie SS hat in bezug auf einen GTO 1B. In diesem Fall sind die Seitenan sichten der Dämpfungskreiskonfigurationen, wie von den Richtungen 1 und 2 aus gesehen, möglicherweise die gleichen wie in Fig. 1. Es ist daher offensicht lich, daß ähnlich zu Fig. 1 die Funktion des Absen kens der Gesamtinduktivität in jedem Dämpfungskreis erzielt werden kann. Obwohl Fig. 16 einen exemplari schen Fall zeigt, bei dem der durch die zwei Mittel linien SS und TT gebildete innere Winkel ein rechter Winkel ist, gibt es keine Notwendigkeit, daß der In nenwinkel ein rechter Winkel ist und es existiert keine besondere Begrenzung.

Ausführungsbeispiel 11

Im folgenden wird ein elftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen erläutert. Fig. 18 zeigt einen Leistungswandler, der selbstlöschende Halbleiterele mente 1A, 1B, 1C, 1D (z. B. GTOs) umfaßt, die in Reihe zwischen einem positiven und negativen Anschluß P und N einer Gleichstromquelle 17 geschaltet sind, wobei ein Zwischenpotentialpunkt C, Freilaufdioden 18A, 18B, 18C, 18D, die jeweils entgegengesetzt parallel zu den Halbleiterelementen geschaltet sind, eine Klemmdiode 19A, die zwischen dem Verbindungspunkte der GTOs 1A und 1B und dem Zwischenpotentialpunkt C geschaltet ist, eine Klemmdiode 19B, die zwischen dem Verbindungspunkt der GTOs 1C und 1D und dem Zwischen potentialpunkt C geschaltet ist, und einen Ausgangs anschluß 0 vorgesehen sind, der an dem Verbindungs punkt der GTOs 1B und 1C liegt. Dieser Leistungswand ler dient als Dreipegelwechselrichter, der in der Lage ist, drei Spannungspegel an den Ausgangsanschluß 0 zu liefern, d. h. die Spannungen auf den positiven und negativen Anschlußleitungen P und N der Gleich stromquelle 17 und die Spannung an dem Zwischenpoten tialpunkt C, und zwar durch die Schaltvorgänge der GTOs 1A bis 1D. Da jedes andere zusätzliche Bauteil, wie Anodendrosseln, Dämpfungswiderstände und Dämp fungsenergie-Rückkopplungskreise nicht direkt durch die vorliegende Erfindung betroffen sind, sind sie in der Darstellung weggelassen.

Im folgenden wird eine Beschreibung zu der Verbindung der Dämpfungskreise zum Unterdrücken jeder scharfen Spannungsanstiegsänderung oder -rate, die zu dem Stromunterbrechungszeitpunkt jedes solchen Dreipegel wechselrichter bildenden GTOs bewirkt werden könnte, gegeben. Der in diesem Dreipegelwechselrichter ver wendete Dämpfungskreisaufbau umfaßt einen Dämpfungs kreis bestehend aus einem Dämpfungskondensator 3A, einer Dämpfungsdiode 2A, die parallel zu dem GTO 1A geschaltet sind, einen Dämpfungskreis bestehend aus einer Dämpfungsdiode 2B und einem Dämpfungskondensa tor 3B, die mit der Anode der Klemmdiode 19A und ei ner Anode der Freilaufdiode 18C verbunden sind, einen Dämpfungskreis, bestehend aus einem Dämpfungskonden sator 3C und einer Dämpfungsdiode 2C, die mit der Kathode der Freilaufdiode 18B und der Kathode der Klemmdiode 19B verbunden sind, und einen Dämpfungs kreis bestehend aus einem Dämpfungskondensator 3D und einer Dämpfungsdiode 2D, die parallel zu dem GTO 1D geschaltet sind. Wenn beispielsweise in bezug auf den GTO 1A ein Strom (a) durch den GTO 1A unterbrochen wird, wie in Fig. 19A gezeigt wird, wird er als Strom (b) abgeleitet, so daß die Spannungsanstiegsrate re lativ zum dem GTO 1A durch die Ladeoperation des Dämpfungskondensators 3A in dem Dämpfungskreis unter drückt werden kann. Die gleiche Wirkung wird gleich falls für den GTO 1D erzielt. Wenn hinsichtlich des GTO 1B ein Strom (a) durch den GTO 1B unterbrochen wird, wie in Fig. 19B gezeigt wird, wird der als Strom (b) abgeleitet, so daß die Spannungsanstiegs rate relativ zu dem GTO 1B durch Ladeoperation des Dämpfungskondensators 3B in dem Dämpfungskreis unter drückt werden kann. Die gleiche Wirkung wird für den GTO 1C ebenfalls erzielt.

Die Dämpfungskreise für die GTOs 1A und 1D entspre chend Fig. 18 können durch Anwenden jedes der zuvor erwähnten Dämpfungskreisaufbaus ohne Änderung gebil det werden. Allerdings ist es in bezug auf die Dämp fungskreise für die GTOs 1B und 1C festzustellen, daß die zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele nicht direkt anwendbar sind aufgrund des Unterschieds in den Funk tionen der Stromunterbrechung, die in Fig. 19A und 19B gezeigt sind.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung eine Erläuterung hinsichtlich der Konfigu ration der Dämpfungskreise gegeben, die in der Lage sind, die Verringerung der Induktivität, insbesondere in bezug auf die GTOs 1B und 1C zu realisieren. Fig. 20 ist eine Seitenansicht des Aufbaus eines Dämp fungskreises für den GTO 1B. Diese Darstellung umfaßt den GTO 1B, eine Dämpfungsdiode 2B, einen Dämpfungs kondensator 3B, ein Kühlelement 10B, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1B verschweißt ist, ein Halb leiterelement 11B, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1B verschweißt ist und mit dem Ausgangsan schluß 0 verbunden ist, ein Kühlelement 20B, das für eine Klemmdiode 19A vorgesehen ist und mit dem Zwi schenpotentialpunkt C verbunden ist, ein für die Freilaufdiode 18C vorgesehenes Kühlelement 21B, Elek troden 12B und 13B des Dämpfungskondensators 3B, ei nen breiten Leiter 14B zur elektrischen Verbindung des Kühlelementes 20B mit der Anode der Dämpfungsdio de 2B, einen breiten Leiter 15B zur elektrischen Ver bindung der Kathode der Dämpfungsdiode 2B mit einer Elektrode 12B des Dämpfungskondensators 3B und einen breiten Leiter 16B zur elektrischen Verbindung der anderen Elektrode 13B des Dämpfungskondensators 3B mit dem Kühlelement 21B. Die Funktion des Kühlens der Dämpfungsdiode 2B kann durch Zusammenfügen des Kühl elementes 2B und des breiten Leiters 14B oder durch zusätzliches Vorsehen einer geeigneten Kühlvorrich tung, wie eines individuellen Kühlelementes erzielt werden.

In Fig. 20 sind die gesamten Elektrodenflächen in der parallelen Positionsbeziehung und auch in der linea ren Positionsbeziehung. Die Vorschrift relativ zu den Breiten der breiten Leitern kann gleichfalls erfüllt werden. Hinsichtlich der Klemmdiode 19A und der Frei luftdiode 18C, die dem Aufbau nach Fig. 1 hinzugefügt sind, sind diese Dioden gegenseitig gekoppelt unter dem Umstand, bei dem die in der Klemmdiode 19A und Dämpfungsdiode 2B oder diejenigen in der Freilaufdio de 18C und dem gestrichelt bezeichneten Bereich des breiten Leiters 15B in der Polarität zueinander umge kehrt sind. Darüber hinaus sind die breiten Leiter 15B und 16B zumindest teilweise so angeordnet, daß sie maximal die parallele Positionsbeziehung einhal ten. Somit ist das Entwurfskonzept des ersten Ausfüh rungsbeispiels auf dieses Ausführungsbeispiel gleich falls anwendbar, so daß die Wirkung des Absenkens der gesamten Induktivität des Dämpfungskreises ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel realisiert werden kann.

Fig. 21 ist eine Seitenansicht, die den Aufbau eines Dämpfungskreises für den GTO 1C zeigt. Diese Darstel lung umfaßt den GTO 1C, eine Dämpfungsdiode 2C, einen Dämpfungskondensator 3C, ein Kühlelement 10C, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1C verschweißt ist, ein Kühlelement 11C, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1C verschweißt ist und mit einem Ausgangsanschluß 0 verbunden ist, ein für eine Klemm diode 19B vorgesehenes Kühlelement, das mit dem Zwi schenpotentialpunkt C verbunden ist, ein für die Freilaufdiode 18B vorgesehenes Kühlelement 21C, Elek troden 12C und 13C des Dämpfungskondensators 3C, ei nen breiten Leiter 14C zur elektrischen Verbindung des Kühlelementes 20C mit der Kathode der Dämpfungs diode 2C, einen breiten Leiter 15C zur elektrischen Verbindung der Anode der Dämpfungsdiode 2C mit einer Elektrode 2C des Dämpfungskondensators 3C und einen breiten Leiter 16C zur elektrischen Verbindung der anderen Elektrode 13C des Dämpfungskondensators 3C mit dem Kühlelement 21C. Die Funktion des Kühlens der Dämpfungsdiode 2C kann durch Verbinden des Kühlele mentes 20C mit dem breiten Leiter 14C oder durch zu sätzliches Vorsehen einer geeigneten Kühlanordnung, wie eines individuellen Kühlelementes erreicht wer den.

In Fig. 21 sind die gesamten Elektrodenflächen in der parallelen Positionsbeziehung und auch in der linea ren Positionsbeziehung ähnlich zur Fig. 20. Die Vor schrift relativ zu den Breiten der breiten Leitern kann gleichfalls befriedigt werden. Hinsichtlich der Klemmdiode 19B und der Freilaufdiode 18B, die dem Aufbau nach Fig. 1 zugefügt sind, werden diese Dioden als gegenseitig gekoppelt angesehen unter dem Um stand, bei dem die in der Klemmdiode 19B und der Dämpfungsdiode 2C fließenden Ströme oder die in der Freilaufdiode 18B und dem schraffierten Bereich des breiten Leiters 15C fließenden Ströme in ihrer Pola rität umgekehrt zueinander sind. Darüber hinaus sind die breiten Leiter 15C und 16C, obwohl nur teilweise, so angeordnet, daß sie maximal die parallele Posi tionsbeziehung beibehalten. Somit ist das Entwurfs konzept des ersten Ausführungsbeispiels für dieses Ausführungsbeispiel gleichfalls anwendbar, so daß die Wirkung der Verringerung der Gesamtinduktivität in dem Dämpfungskreis ähnlich zu dem ersten Ausführungs beispiel realisiert werden kann.

Selbstverständlich kann die Induktivität in dem Dämp fungskreis durch Anwenden der zuvor erwähnten anderen Ausführungsbeispiele für die Dämpfungskreise der GTOs 1B und 1C verringert werden. Beispielsweise ist der Dämpfungskondensator nach Fig. 10 selbstverständlich für den Dämpfungskondensator 3B in Fig. 20 anwendbar.

Ausführungsbeispiel 12

Im folgenden wird das zwölfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 22 zeigt einen Leistungswandler, der die selbstlöschenden Halblei terelemente 1A, 1B, 1C, 1D (z. B. GTOs), die in Reihe zwischen die negativen und positiven Anschlußleitun gen P und N der Gleichstromquelle 17 mit einem Zwi schenpotentialpunkt C geschaltet sind, Freilaufdiode 18A, 18B, 18C, 18D, die umgekehrt parallel jeweils zu den Halbleiterelementen geschaltet sind, eine Klemm diode 19A, die zwischen dem Anschlußpunkt der GTOs 1A und 1B und dem Zwischenpotentialpunkt C verbunden ist, eine Klemmdiode 19B, die zwischen dem Anschluß punkt der GTOs 1C und 1D und dem Zwischenpotential punkt C geschaltet ist, und einen Ausgangsanschluß 0, der an dem Verbindungspunkt zwischen den GTOs 1B und 1C vorgesehen ist, umfaßt. Diese Leistungswandler dient als Dreipegelwechselrichter, der in der Lage ist, drei Spannungspegel an dem Ausgangsanschluß 0 auszugeben, d. h. die Spannungen auf den positiven und negativen Anschlußleitungen P und N der Gleichstrom quelle 17 und die Spannung an dem mittleren Potenti alpunkt C, und zwar durch die Schaltvorgänge der GTOs 1A bis 1D. Da andere zusätzliche Bauteile, wie Ano dendrosseln, Dämpfungswiderstände und Dämpfungsener gierückkopplungskreise nicht direkt durch die vorlie gende Erfindung betroffen sind, werden sie in der Darstellung weggelassen.

Im folgenden wird eine Beschreibung der Verbindung der Dämpfungskreise zur Unterdrückung jeder scharfen Spannungsanstiegsrate, die zur Stromunterbrechungs zeit jedes einen solchen Dreipegelwechselrichter bil denden GTOs bewirkt werden könnte, gegeben. Der in diesem Dreipegelwechselrichter verwendete Dämpfungs kreisaufbau umfaßt einen Dämpfungskreis, bestehend aus einem Dämpfungskondensator 3A und einer Dämp fungsdiode 2A, die parallel zu dem GTO 1A geschaltet sind, einen Dämpfungskreis, bestehend aus einem Dämp fungskondensator 3B und einer Dämpfungsdiode 2B, die mit der Anode der Klemmdiode 19A und der Kathode des GTOs 1B verbunden ist, einen Dämpfungskreis, beste hend aus einer Dämpfungsdiode 2C und einem Dämpfungs kondensator 3C, die mit der Anode des GTOs 1C und einer Kathode der Klemmdiode 19B verbunden sind, und einen Dämpfungskreis, bestehend aus einer Dämpfungs diode 2D und einem Dämpfungskondensator 3D, die parallel zu dem GTO 1D geschaltet sind. Wenn bei spielsweise hinsichtlich des GTOs 1A ein Strom (a) durch den GTO 1A unterbrochen wird, wie in Fig. 23A gezeigt wird, wird er als Strom (b) abgeleitet, so daß die Spannungsanstiegsrate relativ zu dem GTO 1A durch die Ladeoperation des Dämpfungskondensators 3A in dem Dämpfungskreis unterdrückt werden kann. Die gleiche Wirkung wird für den GTO 1D gleichfalls er halten. Wenn in bezug auf den GTO 1B ein Strom (a) durch den GTO 1B unterbrochen wird, wie in Fig. 23B gezeigt wird, wird dieser als Strom (b) umgeleitet, so daß die Spannungsanstiegsrate relativ zu dem GTO 1B durch die Ladeoperation des Dämpfungskondensators 3B in dem Dämpfungskreis unterdrückt werden kann. Die gleiche Wirkung wird gleichfalls für den GTO 1C er halten.

Die Dämpfungskreise für die GTOs 1A und 1D nach Fig. 22 können durch Anwenden jedes in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen angegebenen Dämpfungskreises ohne Änderung gebildet werden. Jedoch ist festzustel len, daß in bezug auf die Dämpfungskreise für die GTOs 1B und 1C die vorhergehenden Ausführungsbeispie le aufgrund des Unterschiedes in den Funktionen der Stromunterbrechung nach den Fig. 23A und 23B nicht direkt anwendbar sind.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nun eine Erklärung hinsichtlich der Aufbauten der Dämpfungskreise gegeben, die in der Lage sind, die Verringerung der Induktivität, insbesondere in bezug auf die GTOs 1B und 1C zu realisieren. Fig. 24 ist eine Seitenansicht, die den Aufbau eines Dämpfungs kreises für den GTO 1B zeigt. Diese Figur umfaßt den GTO 1B, eine Dämpfungsdiode 2B, einen Dämpfungskon densator 3B, ein Kühlelement 10B, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1B verschweißt ist, ein Kühlele ment 11 B, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1B verschweißt ist und mit dem Ausgangsanschluß 0 ver bunden ist, ein Kühlelement 20B, das für die Klemm diode 19A vorgesehen ist und mit dem Zwischenpotenti alpunkt C verbunden ist, Elektroden 12B und 13B des Dämpfungskondensators 3B, einen breiter Leiter 14B zu elektrischen Verbindung des Kühlelementes 11B mit der Kathode der Dämpfungsdiode 2B, einen breiten Leiter 15B zur elektrischen Verbindung der Anode der Dämp fungsdiode 2B mit einer Elektrode 12B des Dämpfungs kondensators 3B und einen breiten Leiter 16B zur elektrischen Verbindung der anderen Elektrode 13B des Dämpfungskondensators 3B mit dem Kühlelement 20B. Die Funktion des Kühlens der Dämpfungsdiode 2B kann durch Zusammenfügen des Kühlelementes 11B und des breiten Leiters 14B oder durch zusätzliches Vorsehen einer geeigneten Kühlanordnung, wie eines individuellen Kühlelementes realisiert werden.

In Fig. 24 sind die gesamten Elektrodenflächen in der parallelen Positionsbeziehung und auch in der linea ren Positionsbeziehung. Die Vorschrift relativ zu den Breiten der breiten Leitern kann gleichfalls erfüllt werden. Hinsichtlich der Klemmdiode 19A, die dem Auf bau nach Fig. 1 hinzugefügt ist, wird die gegenseiti ge Koppelbeziehung unter dem Umstand als erhalten angesehen, bei dem die in der Klemmdiode 19A und dem schraffierten Bereich des breiten Leiters 15B flie ßenden Ströme in ihrer Polarität umgekehrt zueinander sind.

Außerdem sind die breiten Leiter 15B und 16B zumin dest teilweise so angeordnet, daß sie maximal die parallele Positionsbeziehung beibehalten. Somit kann das Entwurfskonzept des ersten Ausführungsbeispiels gleichfalls auf dieses Ausführungsbeispiel angewandt werden, so daß die Wirkung des Absenkens der Gesamt induktivität in dem Dämpfungskreis ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel realisiert werden kann.

Fig. 25 ist eine Seitenansicht, die den Aufbau des Dämpfungskreises für den GTO 1C zeigt. Diese Anord nung umfaßt den GTO 1C, eine Dämpfungsdiode 2C, einen Dämpfungskondensator 3C, ein Kühlelement 10C, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1C verschweißt ist und mit dem Ausgangsanschluß 0 verbunden ist, ein Kühlelement 11C, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1C verschweißt ist, ein Kühlelement 20C, das für die Klemmdiode 19B vorgesehen ist und mit dem Mitten potentialpunkt C verbunden ist, Elektroden 12C und 13C des Dämpfungskondensators 3C, einen breiten Lei ter 14C zur elektrischen Verbindung des Kühlelementes 10C mit der Anode der Dämpfungsdiode 2C, einen brei ten Leiter 15C zur elektrischen Verbindung der Katho de der Dämpfungsdiode 2C mit einer Elektrode 12C des Dämpfungskondensators 3C und einen breiten Leiter 16C zur elektrischen Verbindung der anderen Elektrode 13C des Dämpfungskondensators 3C mit dem Kühlelement 20C. Die Funktion des Kühlens der Dämpfungsdiode 2C kann durch Zusammenfügen des Kühlelementes 10C mit dem breiten Leiter 14C oder durch zusätzliches Vorsehen einer geeigneten Kühlanordnung, wie eines individuel len Kühlelementes erreicht werden.

In Fig. 25 sind die gesamten Elektrodenflächen in paralleler Positionsbeziehung und auch in linearer Positionsbeziehung ähnlich zu Fig. 24. Die Vorschrift relativ zu den Breiten der breiten Leitern kann gleichfalls erfüllt werden. Hinsichtlich der Klemm diode 19B, die der Anordnung nach Fig. 1 hinzugefügt ist, wird die gegenseitige gekoppelte Beziehung unter dem Umstand als beibehalten angesehen, bei dem die in der Klemmdiode 19B und dem schraffierten Bereich des breiten Leiters 15C fließenden Ströme in ihrer Pola rität umgekehrt zueinander sind. Darüber hinaus sind die breiten Leiter 15C und 16C zwar nur teilweise so angeordnet, daß sie maximal die parallele Positions beziehung beibehalten. Somit ist das Entwurfskonzept des ersten Ausführungsbeispiels für dieses Ausfüh rungsbeispiel gleichfalls anwendbar, so daß die Wir kung des Absenkens der Gesamtinduktivität in dem Dämpfungskreis ähnlich zu dem ersten Ausführungsbei spiel erzielt werden kann.

Selbstverständlich kann die Induktivität in dem Dämp fungskreis durch Anwenden der zuvor erwähnten Ausfüh rungsbeispiele für die Dämpfungskreise für die GTOs 1B und 1C verringert werden. Beispielsweise ist der Dämpfungskondensator nach Fig. 10 selbstverständlich für den Dämpfungskondensator 3C in Fig. 25 anwendbar.

Ausführungsbeispiel 13

Im folgenden wird das dreizehnte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 26 und 27 zeigen den Aufbau eines Dämpfungskreises, der für ein selbstlöschendes Halbleiterelement gebildet wird, indem teilweise das Entwurfskonzept des ersten Aus führungsbeispiels modifiziert wird. Die Anordnung umfaßt einen GTO 1, eine Dämpfungsdiode 2, einen Dämpfungskondensator 3, ein Kühlelement 10, das unter Druck mit der Anode des GTOs 1 verschweißt ist, ein Kühlelement 11, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1 verschweißt ist, Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3, einen breiten Leiter 14 zur elektrischen Verbindung des Kühlelementes 11 mit der Anode der Dämpfungsdiode 2, einen breiten Leiter 15 zur elektrischen Verbindung der Kathode der Dämp fungsdiode 2 mit einer Elektrode 12 des Dämpfungskon densators 3 und einen breiten Leiter 16 zur elektri schen Verbindung der anderen Elektrode 13 des Dämp fungskondensators 3 mit dem Kühlelement 11.

Der Unterschied zu Fig. 1 liegt darin, daß der Ab stand zwischen den Elektroden des GTOs 1 merkbar grö ßer ist als die Summe des Abstandes der Elektrode der Dämpfungsdiode 2 und des Abstandes zwischen den Elek troden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3. In die sem Fall sind zum Zwecke des Absenkens der Induktivi tät in dem Dämpfungskreis Vorteile durch Ausbilden der Konfigurationen nach den Fig. 26 und 27 erziel bar, bei denen die gesamten Elektrodenflächen so an geordnet sind, daß sie die lineare Positionsbeziehung aufweisen und die Vorschrift relativ zu den Breiten der breiten Leitern ist erfüllt und darüber hinaus sind die Leiter 15 und 16 als Paar und die breiten Leiter 14 und 16 als Paar in der Nähe zueinander an geordnet, um die gegenseitig gekoppelte Beziehung aufrechtzuerhalten.

Ausführungsbeispiel 14

Im folgenden wird das vierzehnte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 28 zeigt den Aufbau eines Dämpfungskreises, der für eine selbstlöschendes Halbleiterelement gebildet wird, indem teilweise das Entwurfskonzept des Ausführungsbeispiels modifiziert wird. Der Aufbau umfaßt einen GTO 1, eine Dämpfungs diode 2, einen Dämpfungskondensator 3, ein Kühlele ment 10, das unter Druck mit dem GTO 1 und der Dämp fungsdiode 2 verschweißt ist, ein Kühlelement 11, das unter Druck mit der Kathode des GTOs 1 verschweißt ist, Elektroden 12 und 13 des Dämpfungskondensators 3, einen breiten Leiter 15 zur elektrischen Verbin dung der Kathode der Dämpfungsdiode 2 mit einer Elek trode 12 des Dämpfungskondensators 3 und einen brei ten Leiter 16 zur elektrischen Verbindung der anderen Elektrode 13 das Dämpfungskondensators 3 mit dem Kühlelement 11.

Der Unterschied zu Fig. 1 liegt darin, daß der GTO 1 und die Dämpfungsdiode 2 in der gleichen druckge schweißten Struktur enthalten sind. In jeder der Dar stellung der zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele basiert die Konstruktion auf der Annahme, daß die Elektrodenfläche des GTOs 1 größer in ihrem Durchmes ser ist als die der Dämpfungsdiode 2 und ein gegen seitiger gleichmäßiger Kontakt der jeweiligen Elek trodenflächen ist unmöglich, wenn der GTO 1 und die Dämpfungsdiode 2 in der gleichen druckgeschweißten Struktur aufgenommen sind. Genauer gesagt, ist die Bedingung derart, daß der GTO 1 und die Dämpfungsdio de 2 in unterschiedlichen druckgeschweißten Struktu ren aufgenommen sind. Wenn jedoch die Bedingung so wie in Fig. 28 ist, bei der die jeweiligen Elektro denflächen des GTOs 1 und der Dämpfungsdiode 2 ent sprechenden Durchmesser haben, die eine Aufnahme in der gleichen druckgeschweißten Struktur erlauben, kann die Ausbildung nach Fig. 28 vorteilhaft zum Zwecke der Verringerung der Induktivität in dem Dämp fungskreis gebildet werden, wobei die gesamten Elek trodenflächen so angeordnet sind, daß sie die lineare Positionsbeziehung aufweisen und die Vorschrift rela tiv zu den Breiten der breiten Leitern ist erfüllt und weiterhin sind die breiten Leiter 15 und 16 als Paar in der Nähe zueinander angeordnet, um die gegen seitig gekoppelte Beziehung beizubehalten.

Ausführungsbeispiel 15

In allen Darstellungen, die für die Beschreibung der vorhergehenden Ausführungsbeispiele verwendet wurden, ist es praktisch notwendig, die Druckschweißmittel zusätzlich zum Schweißen des selbstlöschenden Halb leiterelements, Dioden und Kühlelemente unter Druck miteinander vorzusehen, um dabei eine zufriedenstel lende Wärmeleitfähigkeit sicherzustellen und eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen. Ob wohl einige Isolierungen, die zum Sicherstellen der gewünschten Isolierabstände oder zwischen Kantenab stände eingeführt sind, weggelassen aufgrund ihrer Abhängigkeit von der dem selbstlöschenden Halbleiter element zugeführten Spannung, wobei solche Isolierun gen zusätzlich in der praktischen Verwendung vorgese hen werden müssen. Wenn beispielsweise in Fig. 1 ein dielektrisches Element mit hoher Dielektrizitätskon stanten als Isolator eingefügt ist, insbesondere zwi schen die breiten Leiter 15 und 16, wird die stati sche Kapazität des Dämpfungskondensators in äquiva lenter Weise erhöht, um folglich die Spannungsan stiegsrate zum Stromunterbrechungszeitpunkt des selbstlöschenden Halbleiterelementes zu verringern, wodurch der Verlust eines solchen Halbleiterelementes verringert wird.

Claims

1. Leistungswandler mit einem selbstlöschenden Halbleiterelement, einem mit den Elektroden des selbstlöschenden Halbleiterelementes verbundenen Dämpfungskreis, der eine Dämpfungsdiode und ei nen Dämpfungskondensator aufweist, die mitein ander in Reihe geschaltet sind, und mit einer Mehrzahl von bandförmigen breiten Leitern zum Verbinden des selbstlöschenden Halbleiterelemen tes, der Dämpfungsdiode und des Dämpfungskonden sators untereinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden- und Kathodenflächen des selbst löschenden Halbleiterelementes (1), die Anoden- und Kathodenflächen der Dämpfungsdiode (2) und die zwei Elektrodenflächen des Dämpfungskonden sators (3) in paralleler Positionsbeziehung an geordnet sind und alle breiten Leiter (14, 15, 16) in der paralleler Positionsbeziehung angeordnet sind.

2. Leistungswandler nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die jeweiligen Mitten der Ano den- und Kathodenflächen des selbstlöschenden Halbleiterelementes (1), der Anoden- und Katho denflächen der Dämpfungsdiode (2) und der zwei Elektrodenflächen des Dämpfungskondensators (3) so angeordnet sind, daß sie auf einer geraden Linie, in der Aufsicht des Leistungswandlers gesehen, angeordnet sind.

3. Leistungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die breiten Leiter (14, 15, 16) in der Breite größer sind als die kleinste der Elektrodenflächen, die miteinander über die Leiter verbunden sind.

4. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenseitig übereinanderliegende, in der Aufsicht des Lei stungswandlers gesehene breite Leiter so ange ordnet sind, daß der schmalere Leiter in dem breiteren Leiter eingeschlossen ist, wenn sie in Aufsicht gesehen werden.

5. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte breite Leiter, in denen Ströme in jeweils ent gegengesetzten Richtungen fließen, so in der Nähe zueinander angeordnet sind, daß sie induk tiv gekoppelt sind.

6. Leistungswandler mit einem selbstlöschenden Halbleiterelement, einem mit den Elektroden des selbstlöschenden Halbleiterelementes verbundenen Dämpfungskreis, der eine Dämpfungsdiode und ei nen mit ihr in Reihe geschalteten Dämpfungskon densator aufweist, und mit einer Mehrzahl von bandförmigen breiten Leitern zum Verbinden des selbstlöschenden Halbleiterelementes, der Dämp fungsdiode und des Dämpfungskondensators unter einander, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte der breiten Leiter, in de nen Ströme jeweils in entgegengesetzter Richtung fließen, einen parallelen Bereich der breiten Leiter aufweisen, die nahe beieinanderliegen, so daß sie induktiv gekoppelt sind.

7. Leistungswandler mit einem selbstlöschenden Halbleiterelement, einem mit den Elektroden des selbstlöschenden Halbleiterelementes verbundenen Dämpfungskreis, der eine Dämpfungsdiode und ei nen mit ihr in Reihe geschalteten Dämpfungskon densator aufweist, und mit einer Mehrzahl von bandförmigen breiten Leitern zum Verbinden des selbstlöschenden Halbleiterelementes, der Dämp fungsdiode und des Dämpfungskondensators unter einander, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis, bestehend aus dem selbst löschenden Halbleiterelement, der Dämpfungsdio de, dem Dämpfungskondensator und den breiten Leitern so gebildet ist, daß die in der Seiten ansicht durch den Schaltkreis umgebene Fläche kleiner als die gesamte Querschnittsfläche ist.

8. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breiten mit den zwei Elektroden des Dämpfungskondensators verbundenen Leiter so angeordnet sind, daß sie parallel und nahe beieinander zur Bildung eines Paares angeordnet sind und daß ein dielektri sches Element zwischen die gepaarten breiten Leiter eingefügt ist.

9. Leistungswandler mit einer Mehrzahl von Lei stungswandlern nach den Ansprüchen 1 bis 8, bei dem die jeweiligen selbstlöschenden Halbleiter elemente in Reihe zueinander angeordnet sind.

10. Leistungswandler mit einer Mehrzahl von Lei stungswandlern nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die jeweiligen selbstlöschenden Halblei terelemente in einer Reihenparallelschaltung miteinander verbunden sind.

11. Dreipegel-Wechselrichter mit einer Kombination von Leistungswandlern nach den Ansprüchen 1 bis 10.

12. Verfahren zur Herstellung eines Leistungswand lers, der ein selbstlöschendes Halbleiterele ment, einen mit den Elektroden des selbstlö schenden Halbleiterelementes verbundenen Dämp fungskreis, der eine Dämpfungsdiode und einen Dämpfungskondensator aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet sind, und eine Mehrzahl von bandförmigen breiten Leitern zum Verbinden des selbstlöschenden Halbleiterelementes, der Dämp fungsdiode und des Dämpfungskondensators unter einander umfaßt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Anordnen des selbstlöschenden Halbleiterelemen tes, der Dämpfungsdiode und des Dämpfungskonden sators in der Weise, daß alle ihre Elektroden flächen parallel zueinander angeordnet sind, und Verbinden der Elektroden des selbstlöschenden Halbleiterelementes, der Dämpfungsdiode und des Dämpfungskondensators untereinander durch eine Mehrzahl von gegenseitig parallelen breiten Lei tern.