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Abstract

Leistungsumrichter bestehend aus wenigstens einer Einheit, die ein Leistungsmodul (7) mit einem Substrat mit einer auf dieses aufgebrachten Leistungshalbleiterschaltung und wenigstens einen auf wenigstens einer Seite des Substrats angeordneten Leistungsanschluss aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die den Eingang bildenden Leistungsanschlüsse mit jeweils einer Lage eines ersten, auf der einen Seite des Moduls (7) verlaufenden flächigen mehrlagigen Plattenleiter (3a) verbunden sind und der oder die den Ausgang bildenden Leistungsanschlüsse mit jeweils einer Lage eines zweiten, auf der anderen Seite des Moduls (7) verlaufenden flächigen mehrlagigen Plattenleiter (3b) verbunden sind.Power converter comprising at least one unit, which has a power module (7) with a substrate with a power semiconductor circuit applied thereto and at least one power connection arranged on at least one side of the substrate, characterized in that the one or more power terminals forming the input have one respective layer a first, on the one side of the module (7) extending flat multilayer plate conductor (3a) are connected and the one or more output terminals forming the power, each with a layer of a second, on the other side of the module (7) extending flat multilayer plate conductor ( 3b) are connected.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsumrichter bestehend aus wenigstens einer Einheit, die ein Leistungsmodul mit einem Substrat mit einer auf dieses aufgebrachten Leistungshalbleiterschaltung und wenigstens eine auf wenigstens einer Seite des Substrats angeordneten Leistungsanschluss aufweist.The The invention relates to a power converter consisting of at least a unit that has a power module with a substrate with a on this applied power semiconductor circuit and at least a power port disposed on at least one side of the substrate having.

Aus der WO 2009/132 620 A1 ist ein Leistungsumrichter mit einem derartigen kompakten Aufbau bekannt.From the WO 2009/132 620 A1 is a power converter with such a compact structure known.

Bei Leistungsumrichtern stellt sich das Problem der zu vermeidenden Streuinduktivität, die zu Verlusten und der dadurch entstehenden, abzuführenden Wärme führt.at Power converters raises the problem of avoiding Leakage inductance leading to losses and the resulting dissipated heat leads.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsumrichter zu schaffen, der eine geringe Streuinduktivität aufweist.Of the Invention is therefore the object of a power converter to create, which has a low leakage inductance.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der oder die den Eingang der Leistungshalbleiterschaltung bildenden Leistungsanschlüsse mit jeweils einer Lage eines ersten, auf der einen Seite des Moduls verlaufenden flächigen mehrlagigen Plattenleiter verbunden sind und der oder die den Ausgang der Leistungshalbleiterschaltung bildenden Leistungsanschlüsse mit jeweils einem die Lage eines zweiten, auf der anderen Seite des Moduls verlaufenden flächigen mehrlagigen Plattenleiter verbunden sind.According to the invention solves this problem by the fact that the or the entrance the power semiconductor circuit forming power terminals each with a layer of a first, on one side of the module connected extending flat multilayer plate conductor are and the or the output of the power semiconductor circuit forming power connections with one each the location a second, on the other side of the module extending planar Multi-layer plate conductors are connected.

Durch die Erfindung wird erreicht, dass der Stromfluss außerhalb und innerhalb der Leistungshalbleiterschaltung in eine Richtung erfolgt, was der Entstehung von Streuinduktivitäten entgegenwirkt.By The invention is achieved in that the flow of current outside and within the power semiconductor circuit in one direction takes place, which counteracts the formation of stray inductances.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass jedes Modul ein in Kontakt mit dem Substrat stehendes Kühlelement aufweist, wobei jedes Modul mit einem Anpresselement versehen ist, das das Kühlelement zur besseren Wärmeübertragung gegen das Substrat andrückt.One preferred embodiment is characterized by each module is a cooling element in contact with the substrate each module being provided with a pressure element, the cooling element for better heat transfer presses against the substrate.

Bei dem Substrat kann es sich z. B. um eine Metallkernleiterplatte, ein Keramiksubstrat oder ein Stanzgitter handeln.at the substrate may be z. B. a metal core board, a ceramic substrate or a stamped grid act.

Das Kühlelement kann Bestandteil einer Konvektionskühlung sein. Die Konvektionskühlung könnte durch eine Luft-, Flüssigkeits- oder Mehrphasenkühlung gebildet werden.The Cooling element can be part of convection cooling be. The convection cooling could by a Air, liquid or multi-phase cooling formed become.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich durch ein passives Bauelement, insbesondere einen Kondensator, aus, dessen Anschlüsse mit jeweils einer Lage eines der Plattenleiter verbunden ist.A preferred embodiment is characterized by a passive Component, in particular a capacitor, from, whose connections is connected to a respective position of the plate conductor.

Bevorzugt ist eine Ausbildung mit einer Mehrzahl von aneinandergereiht angeordneten, parallel zueinander verschalteten Leistungsmodulen, dessen Anschlüsse mit gemeinsamen Plattenleitern verbunden sind.Prefers is an education arranged with a plurality of strung together, Power modules connected in parallel with each other, their connections are connected to common plate conductors.

Alternativ ist eine Ausführungsform, die gekennzeichnet ist durch eine zweireihige Ausbildung mit dem Substrat, den Anpresselementen und den Kühlelementen in der einen Reihe und passiven Bauelementen, Kühlelementen und Anpasselementen in der anderen Reihe, wobei eine der Plattenleiter seitlich der Reihe und der andere Plattenleiter zwischen den beiden Reihen angeordnet ist.alternative is an embodiment which is characterized by a two-row training with the substrate, the pressing elements and the cooling elements in the one row and passive components, Cooling elements and matching elements in the other row, one of the plate conductors being laterally of the row and the other plate conductor is arranged between the two rows.

Bei einer zylindrischen Ausbildung der passiven Bauelemente können diese von mit komplementären Ausnehmungen versehenen Schalen aus einem wärmeleitenden Material, die von dem Anpresselement gegen das passive Bauelement gepresst werden, aufgenommen werden.at a cylindrical configuration of the passive components can these are provided with complementary recesses trays of a thermally conductive material coming from the contact pressure element are pressed against the passive component to be recorded.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mehrzahl von Einheiten radial auf einem Körper angeordnet sind, wobei das Anpresselement und/oder das Kühlelement keilförmig ausgebildet und einen Anpressdruck auf das zu kühlende Substrat aufbringend angeordnet sind. Das Anpresselement kann dabei ein passives Bauelement aufnehmen. Weiter kann ein Spannring vorgesehen sein, der das keilförmige Anpresselement nach innen presst und damit die Aufbringung des Anpressdrucks auf das Substrat bewirkt.One another embodiment is characterized by that a plurality of units radially on a body are arranged, wherein the contact pressure element and / or the cooling element wedge-shaped and a contact pressure on the to be cooled Substrate are arranged applying. The contact element can thereby pick up a passive component. Next, a clamping ring provided be, which presses the wedge-shaped pressing element inward and thus causes the application of the contact pressure on the substrate.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigtThe Invention will be explained below with reference to a drawing. It shows

1 eine Einheit eines Leistungsumrichters nach einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 a unit of a power converter according to a first embodiment,

2 eine Einheit eines Leistungsumrichters nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, 2 a unit of a power converter according to a second embodiment,

3 einen Leistungsumrichter bestehend aus einer Mehrzahl von den in 2 dargestellten Einheiten, 3 a power converter consisting of a plurality of the in 2 represented units,

4 eine alternative, zweireihige Ausbildung eines Leistungsumrichters, und 4 an alternative, two-tiered training of a power converter, and

5 eine alternative Ausbildung und 5 an alternative education and

6 eine weitere alternative Ausbildung eines Leistungsumrichters. 6 another alternative training of a power converter.

1 zeigt eine Einheit eines Leistungsumrichters. Die Einheit besteht aus einem Modul 7 mit einem Substrat, auf das eine Leistungshalbleiterschaltung aufgebracht ist und wenigstens einem auf wenigstens einer der Seiten des Substrats angeordneten Leistungsanschluss. Der oder die den Eingang bildenden Leistungsanschlüsse sind mit jeweils einer Lage eines ersten, auf der einen Seite des Moduls verlaufenden flächigen mehrlagigen Plattenleiter verbunden. Der oder die den Ausgang bildenden Leistungsanschlüsse sind mit jeweils einer Lage eines zweiten, auf der anderen Seite des Moduls verlaufenden flächigen mehrlagigen Plattenleiters 3b verbunden. Bei einem Gleichrichter beispielsweise wäre der Plattenleiter auf der Eingangsseite dreilagig (für jede der drei Phasen eine Lage), auf der Ausgangsseite dagegen zweilagig (+ und –), bei einem Wechselrichter umgekehrt. 1 shows a unit of a power converter. The unit consists of a module 7 a substrate to which a power semiconductor circuit is applied and at least one angeord on at least one of the sides of the substrate Neten power connection. The one or more input terminals forming the power terminals are each connected to a layer of a first, on one side of the module extending planar multilayer plate conductor. The one or more output terminals forming the power terminals are each provided with a layer of a second, multi-layer plate conductor running on the other side of the module 3b connected. In a rectifier, for example, the plate conductor would have three layers on the input side (one layer for each of the three phases), and two layers on the output side (+ and -), and vice versa for an inverter.

Die Einheit weist weiter ein Anpresselement 4a auf, das das Modul 7 gegen das Kühlelement 5 presst. 1 zeigt weiter ein flächiges passives Bauelement 6 (dessen Anschlüsse mit jeweils einer Lage eines der Plattenleiter verbunden sind; bei Verwendung eines Kondensators mit den die Gleichspannung führenden Lagen des Plattenleiters). Dabei ist ein weiteres Anpresselement 4b vorgesehen, das den Kondensator 6 gegen das Kühlelement 5 anpresst.The unit further has a contact pressure element 4a on that the module 7 against the cooling element 5 pressed. 1 further shows a planar passive component 6 (whose terminals are each connected to a layer of one of the plate conductors, when using a capacitor with the DC voltage leading layers of the plate conductor). This is another pressing element 4b provided that the capacitor 6 against the cooling element 5 presses.

Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 ist nur ein Anpresselement aber zwei Kühlelemente vorgesehen, wobei das eine Anpresselement einerseits das Modul gegen das eine Kühlelement und andererseits das passive Bauelement gegen das andere Kühlelement drückt.In the embodiment of 2 However, only one pressing element but two cooling elements is provided, which presses a pressing on the one hand, the module against the one cooling element and on the other hand, the passive component against the other cooling element.

3 zeigt eine Anordnung mit einer Mehrzahl von aneinandergereiht angeordneten Einheiten nach 2, wobei alle Einheiten zwei gemeinsame Plattenleiter haben. 3 shows an arrangement with a plurality of juxtaposed units after 2 , where all units have two common plate conductors.

Bei dem Ausführungsbeispiel von 4 ist eine zweireihige Ausbildung mit einem Substrat, Anpresselementen 4 und Kühlelementen 5 in der einen Reihe und passiven Bauelementen 6, 9, Kühlelementen 5 und Anpresselementen 4 in der anderen Reihe vorgesehen, wobei eine der Plattenleiter 3a seitlich der einen Reihe und der andere Plattenleiter 3b zwischen den beiden Reihen angeordnet ist.In the embodiment of 4 is a two-row training with a substrate, pressing elements 4 and cooling elements 5 in a row and passive components 6 . 9 , Cooling elements 5 and pressing elements 4 provided in the other row, one of the plate conductors 3a one side of one row and the other plate conductor 3b is arranged between the two rows.

5 zeigt eine Ausbildung mit zylinderförmigen passiven Bauelementen 9, die von mit komplementären Ausnehmungen versehenen Schalen aus einem wärmeleitenden Material aufgenommen werden, wobei die Schalen von dem Anpresselement 4 gegen das passive Bauelement 9 gepresst werden. 5 shows an embodiment with cylindrical passive components 9 , which are received by complementary recesses provided shells made of a thermally conductive material, wherein the shells of the pressing member 4 against the passive component 9 be pressed.

6 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Mehrzahl von Einheiten radial auf einer Scheibe angeordnet sind, wobei das Anpresselement 4a, 4b und/oder das Kühlelement keilförmig ausgebildet sind und einen Anpressdruck auf das zu kühlende Substrat aufbringend angeordnet sind. Dabei kann das keilförmige Anpresselement ein passives Bauelement aufnehmen (nicht gezeigt). Hier erkennbar ist weiter ein Spannring, der auf das Anpresselement wirkt. 6 Finally, an embodiment in which a plurality of units are arranged radially on a disc, wherein the pressing member 4a . 4b and / or the cooling element are wedge-shaped and are arranged applying a contact pressure on the substrate to be cooled. In this case, the wedge-shaped pressure element can receive a passive component (not shown). Here also recognizable is a clamping ring which acts on the contact pressure element.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 2009/132620 A1 [0002] WO 2009/132620 A1 [0002]

Claims (9)

Leistungsumrichter bestehend aus wenigstens einer Einheit, die ein Leistungsmodul (7) mit einem Substrat mit einer auf dieses aufgebrachten Leistungshalbleiterschaltung und wenigstens einen auf wenigstens einer Seite des Substrats angeordneten Leistungsanschluss aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die den Eingang bildenden Leistungsanschlüsse mit jeweils einer Lage eines ersten, auf der einen Seite des Moduls (7) verlaufenden flächigen mehrlagigen Plattenleiter (3a) verbunden sind und der oder die den Ausgang bildenden Leistungsanschlüsse mit jeweils einer Lage eines zweiten, auf der anderen Seite des Moduls (7) verlaufenden flächigen mehrlagigen Plattenleiter (3b) verbunden sind.Power converter consisting of at least one unit containing a power module ( 7 ) having a substrate with a power semiconductor circuit applied thereto and at least one power terminal arranged on at least one side of the substrate, characterized in that the power terminal (s) forming the input are each provided with a layer of a first, on one side of the module ( 7 ) extending flat multilayer plate conductor ( 3a ) and the one or more output terminals forming the output, each having a position of a second, on the other side of the module ( 7 ) extending flat multilayer plate conductor ( 3b ) are connected. Leistungsumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das jede Einheit ein in Kontakt mit dem Substrat stehendes Kühlelement (5) aufweist.A power converter according to claim 1, characterized in that each unit has a cooling element in contact with the substrate ( 5 ) having. Leistungsumrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement Teil einer Konvektionskühlung ist.Power converter according to claim 2, characterized in that that the cooling element is part of a convection cooling is. Leistungsumrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet das jede Einheit ein das Kühlelement (5) gegen das Substrat andrückendes Anpresselement (4a, 4b) aufweist.Power converter according to claim 1 or 2, characterized in that each unit comprises the cooling element ( 5 ) pressing against the substrate ( 4a . 4b ) having. Leistungsumrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein passives Bauelement (6), dessen Anschlüsse mit jeweils einer Lage eines der Plattenleiter (3a, 3b) verbunden ist.Power converter according to one of the preceding claims, characterized by at least one passive component ( 6 ), whose terminals are each connected to one layer of one of the plate conductors ( 3a . 3b ) connected is. Leistungsumrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung mit einer Mehrzahl von aneinandergereiht angeordneten, parallel zueinander verschalteten Einheiten, deren Anschlüsse mit gemeinsamen Plattenleitern (3a, 3b) verbunden sind,Power converter according to one of the preceding claims, characterized by a design with a plurality of units arranged in parallel, connected in parallel with one another, whose terminals are connected to common plate conductors ( 3a . 3b ) are connected, Leistungsumrichter nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine zweireihige Ausbildung mit dem Leistungsmodul (7), Anpresselementen (4) und Kühlelementen (5) in der einen Reihe und passiven Bauelementen (6, 9), Kühlelementen (5) und Anpresselementen (4) in der anderen Reihe, wobei einer der Plattenleiter (3a) seitlich der einen Reihe und der andere Plattenleiter (3b) zwischen den beiden Reihen angeordnet ist.Power converter according to claim 4, characterized by a two-row design with the power module ( 7 ), Pressing elements ( 4 ) and cooling elements ( 5 ) in one row and passive components ( 6 . 9 ), Cooling elements ( 5 ) and pressing elements ( 4 ) in the other row, one of the plate conductors ( 3a ) side of one row and the other plate conductor ( 3b ) is arranged between the two rows. Leistungsumrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zylindrischen Ausbildung der passiven Baulemente (9) diese von mit komplementären Ausnehmungen versehenen Schalen aus einem wärmeleitenden Material aufgenommen werden, die von dem Anpresselement (4) gegen das passive Bauelement (9) gepresst werden.Power converter according to Claim 5, characterized in that in the case of a cylindrical configuration of the passive components ( 9 ) are received by these provided with complementary recesses trays of a thermally conductive material, of the pressing element ( 4 ) against the passive component ( 9 ) are pressed. Leistungsumrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Einheiten radial auf einem Körper angeordnet sind, wobei das Anpresselement (4a, 4b) und/oder das Kühlelement (5) keilförmig ausgebildet und einen Anpressdruck auf das zu kühlende Modul aufbringend angeordnet sind.Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of units are arranged radially on a body, wherein the pressing element ( 4a . 4b ) and / or the cooling element ( 5 ) wedge-shaped and a contact pressure on the module to be cooled are arranged applying.
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