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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Kondensator.
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Kondensatoren werden in der Leistungselektronik vorwiegend in Spannungszwischenkreisen von Umrichtern oder als Filterkondensatoren eingesetzt. In beiden Fällen ist sowohl ein möglichst niederinduktiver Aufbau der Kondensatoren als auch eine niederinduktive Anschlusstechnik jedes Kondensators erforderlich.
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Aus der
DE 10 2015 105 347 A1 ist eine Anordnung offenbart, welche mit einer Gleichspannungsverschienung und mit einem Leistungshalbleiterbauteil ausgebildet ist, wobei das Leistungshalbleiterbauteil erste und zweite flächig ausgebildete Gleichspannungsanschlussleiter jeweils mit einem Kontaktabschnitt aufweist, wobei die Gleichspannungsanschlussleiter in ihrem Verlauf zu den jeweiligen Kontaktabschnitten eine erste Breite, sowie eine erste Querschnittsfläche aufweisen und in diesem Verlauf in Richtung ihres jeweiligen dortigen Normalenvektors eng benachbart zueinander angeordnet sind und wobei die Gleichspannungsanschlussleiter in Stromflussrichtung seitlich neben dem jeweiligen Kontaktabschnitt einen Klemmabschnitt aufweisen, wobei die Gleichspannungsverschienung erste und zweite Teilschienen jeweils mit einem Kontaktabschnitt aufweist, wobei die Teilschienen in ihrem Verlauf zu den jeweiligen Kontaktabschnitten eine erste Breite, sowie eine erste Querschnittsfläche aufweisen und in diesem Verlauf zu den in Richtung ihres jeweiligen dortigen Normalenvektors eng benachbart zueinander angeordnet sind, und wobei die Teilschienen in Stromflussrichtung seitlich neben dem jeweiligen Kontaktabschnitt einen Klemmabschnitt aufweisen. Der Kontaktabschnitt von mindestens einem der Gleichspannungsanschlussleiter ist polaritätsgerecht mit dem Kontaktabschnitt der zugeordneten Teilschiene elektrisch verbunden, indem die Klemmabschnitte des Gleichspannungsanschlussleiters mit demjenigen Klemmabschnitt der Teilschienen flächig übereinanderliegend kraftschlüssig miteinander verbunden sind und somit die jeweiligen Kontaktabschnitte direkt flächig aufeinander liegen.
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Aus der
DE 10 2012 202 765 B3 ist ein Halbleitermodul mit einer Schalteinrichtung offenbart. Das Halbleitermodul weist ein Substrat und einen Kondensator auf, wobei das Substrat einen Isolierstoffkörper und eine auf dem Isolierstoffkörper angeordnete elektrisch leitende strukturierte Leitungsschicht aufweist, wobei auf der strukturierten Leitungsschicht ein erster und ein zweiter Halbleiterschalter und eine erste und eine zweite Diode angeordnet sind und mit der strukturierten Leitungsschicht verbunden sind, wobei das Halbleitermodul einen Folienverbund, der eine erste und eine zweite metallische Folienschicht sowie eine zwischen der ersten und eine zweiten metallischen Folienschicht angeordnete elektrisch isolierende Folienschicht aufweist, wobei mindestens eine der metallischen Folienschichten strukturiert ist, wobei der erste Halbleiterschalter und die zweite Diode mit dem Folienverbund verbunden sind, wobei ein erster elektrischer Anschluss eines Kondensators mit dem Folienverbund verbunden ist und ein zweiter elektrischer Anschluss des Kondensators mit der strukturierten Leitungsschicht des Substrats elektrisch leitend verbunden ist. Auch kann der zweite elektrische Anschluss des Kondensators mit der zweiten metallischen Folienschicht verbunden sei.
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Ein ständiger Bedarf bei derartigen Anordnungen liegt in der niederinduktiven Anschlusstechnik eines Kondensators mit den korrespondierenden Gleichspannungsleiterbahnen eines Substrats.
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In Kenntnis der genannten Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine niederinduktive Schaltungsanordnung mit einem Kondensator, insbesondere einem Kondensator der in einem Zwischenkreis integriert werden kann, anzugeben.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Angabe einer Schaltungsanordnung mit einem Substrat, welches zur elektrischen Verschaltung mit einer ersten Gleichspannungsleiterbahn und einer zweiten Gleichspannungsleiterbahn ausgebildet ist, und
mit einer Verbindungseinrichtung, wobei die Verbindungseinrichtung zumindest eine elektrisch leitende Folie aufweist, wobei die Verbindungseinrichtung mit dem Substrat elektrisch leitend verbunden ist, und
mit einem Kondensator, welcher zum Anschluss eine Anschlusseinrichtung aufweist, wobei die Anschlusseinrichtung einen flächig ausgebildeten ersten und einen flächig ausgebildeten zweiten Gleichspannungsanschlussleiter aufweist, welche zueinander parallel aus dem Kondensator austreten und in einem nachfolgenden weiteren Verlauf
zueinander parallel angeordnet sind, und wobei die Anschlusseinrichtung und die Verbindungseinrichtung in einem Kontaktbereich miteinander elektrisch leitend druckkontaktiert sind, wobei der erste und der zweite Gleichspannungsanschlussleiter mit der ersten Gleichspannungsleiterbahn und der zweiten Gleichspannungsleiterbahn über die Verbindungseinrichtung jeweils polaritätsrichtig elektrisch leitend verbunden ist.
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Unter Kontaktbereich ist derjenige flächige Bereich zu verstehen, an dem sich die Anschlusseinrichtung und die Verbindungseinrichtung kontaktieren, so dass eine unmittelbar flächig ausgebildete elektrisch leitende Verbindung in diesem Kontaktbereich zwischen Anschlusseinrichtung und Verbindungseinrichtung hergestellt wird.
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Durch die Erfindung können die parasitären Induktivitäten der Schaltungsanordnung verringert werden. Diese können durch schnelle Schaltvorgänge, wie sie für hohe Schaltfrequenzen und geringe Halbleiterverluste benötigt werden, zu kritischen Überspannungen führen und vorhandene Leistungshalbleiterbauelemente zerstören. Geringere parasitäre Induktivitäten tragen zur Verringerung von Spannungsspitzen in der Schalteinrichtung bei. Bei der Erfindung treten die parallel zueinander angeordneten Gleichspannungsanschlussleiter nach außen aus dem Kondensator, oder nach außen über das Kondensatorgehäuse hinaus, sind in einem nachfolgenden weiteren Verlauf zueinander parallel angeordnet und sind mit der Verbindungseinrichtung in einem Kontaktbereich druckkontaktiert. Eine solche Druckkontaktierung ermöglicht einen schnellen und einfachen Austausch des Kondensators falls dieser fehlerhaft ist. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist eine niederinduktive Anschlusstechnik, insbesondere für hohe Spannungen möglich. Diese Anschlusstechnik weist eine niedrige äquivalente Serieninduktivität auf. Der Kondensator kann als Zwischenkreiskondensator in einem Zwischenkreis, beispielsweise dem Zwischenkreis eines Umrichters, ausgebildet sein. Durch die flexible Verbindung wird zudem die mechanische Belastung des Substrats verringert.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Schaltungsanordnung eine Druckerzeugungseinrichtung mit einem ersten Teildruckkörper und mit einem zweiten Teildruckkörper aufweist, wobei die Anschlusseinrichtung und die Verbindungseinrichtung in dem Kontaktbereich zwischen dem ersten Teildruckkörper und dem zweiten Teildruckkörper angeordnet sind und der erste Teildruckkörper gegen den zweiten Teildruckkörper drückt und hierdurch die elektrisch leitende Druckkontaktierung der Verbindungseinrichtung mit der Anschlusseinrichtung bewirkt. Die Verbindungseinrichtung und die Anschlusseinrichtung liegen so direkt im Kontaktbereich kraftschlüssig flächig aufeinander, wodurch eine besonders zuverlässige elektrische Verbindung ausgebildet wird.
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Die Druckerzeugungseinrichtung kann Verbindungsmittel, hier mindestens eine Schraubverbindung aufweisen, durch die der Druck erzeugbar ist. Die Schraubverbindung kann einfachhaltshalber außerhalb der im Kontaktbereich angeordneten Kontaktfläche angeordnet sein. Die Schraubverbindung kann eine Schraubenmutter mit dazugehöriger Schraube oder ein Innengewinde aufweisen. Durch Anziehen der Schrauben kann der Druck in einer Normalenrichtung in Richtung einer Grundplatte bzw. des Isolierstoffkörpers des Substrats erzeugt werden. Bevorzugt ist die Schraube direkt mit der Grundplatte verschraubt. Dafür sind bevorzugt jeweils zueinander fluchtende Ausnehmungen in dem ersten Teildruckkörper, der Anschlusseinrichtung, der Verbindungseinrichtung und im zweiten Teildruckkörper, insbesondere in der Grundplatte zur Aufnahme der Schraube vorgesehen.
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Es erweist sich weiterhin als vorteilhaft, wenn zwischen dem ersten Teildruckkörper und der Verbindungseinrichtung ein elastisches Element angeordnet ist. Dafür weist der erste Teildrückkörper in Richtung des zweiten Teildruckkörpers bevorzugt eine Aussparung auf, in der das elastische Element angeordnet ist. Das elastische Element füllt die Aussparung vollständig aus und steht in Richtung des zweiten Teildruckkörpers hervor. Das elastische Element muss im Betrieb und hierbei bei unterschiedlichen Temperaturen einen konstanten Druck ausüben können. Dafür besteht das elastische Element bevorzugt aus einem Elastomer, insbesondere bevorzugt aus einem Silikonelastomer, insbesondere aus einem vernetzten Silikonkautschuk.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Teildruckkörper ein Metallinlay auf. Dazu kann in einer von dem zweiten Teildruckkörper abgewandten Seite des ersten Teildrückkörpers eine Vertiefung vorgesehen sein, in der das Metallinlay eingebracht ist. Bevorzugt füllt das Metallinlay die Vertiefung vollständig aus. Alternativ kann das Metallinlay auch bei der Fertigung in den ersten Teildruckkörper eingebracht werden. Durch das Metallinlay kann der Druck erhöht werden. Zudem kann ein homogener Druck ausgeübt werden.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Gleichspannungsanschlussleiter ein erstes und ein zweites Potential im Betrieb aufweisen, wobei die Verbindungseinrichtung eine erste elektrisch leitende Folie und eine zweite elektrisch leitende Folie und dazwischen angeordnet eine elektrisch nichtleitende Isolationsfolie aufweist, wobei die Verbindungseinrichtung in dem Kontaktbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichspannungsanschlussleiter, zur Ausbildung einer polaritätsrichtig elektrisch leitenden Verbindung der Verbindungseinrichtung mit dem ersten und dem zweiten Gleichspannungsanschlussleiter, angeordnet ist, wobei die Verbindungseinrichtung als auch der erste und der zweite Gleichspannungsanschlussleiter im Kontaktbereich zwischen dem ersten Teildruckkörper und dem zweiten Teildruckkörper angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung und der Verbindungseinrichtung.
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Dabei weist die Anschlusseinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichspannungsanschlussleiter eine Isolationseinrichtung auf. Diese kann mindestens bis zu einem Ende der Gleichspannungsanschlussleiter verlaufen. Alternativ endet diese Isolationseinrichtung vor dem Ende der Gleichspannungsanschlussleiter. In diesem Fall verläuft die nichtleitende Isolationsfolie über das Ende der Verbindungseinrichtung hinaus, hier mindestens bis zu dem Ende der Isolationseinrichtung. Vorteilhafterweise überlappen sich die Isolationseinrichtung und die Isolationsfolie zumindest teilweise in einer definierten Mindestlänge, damit die mindestes Luft- und Kriechstrecke eingehalten werden. Dadurch ist sichergestellt, dass der erste und der zweite Gleichspannungsanschlussleiter immer isoliert voneinander sind. Ferner kann eine mehrschichtige Leiterplatte (PCB) mit Leitungsschichten verwendet werden. Diese kann auf der Grundplatte angeordnet sein. Zwischen den einzelnen Leitungsschichten ist jeweils eine Isolationsschicht angeordnet. Ein Teil der Leitungsschichten kann als Verbindungseinrichtung verwendet werden. Dazu können ein Teil dieser Leitungsschichten einschließlich der dazugehörigen Isolationsschichten aus der PCB bis zu dem Kontaktbereich herausgezogen werden. Diese bilden die Verbindungseinrichtung aus. Die PCB kann als Multilayer-Flex-Leiterplatte ausgebildet sein.
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Bevorzugt ist das Substrat auf einer Grundplatte angeordnet, wobei der zweite Teildruckkörper durch die Grundplatte, insbesondere durch einen aus der Grundplatte in Richtung auf den ersten Teildruckkörper hervorstehenden Vorsprung, ausgebildet ist oder wobei der zweite Teildruckkörper zumindest ein Teil eines Gehäuses ausbildet. Die Grundplatte braucht nicht notwendigerweise eine einheitliche Dicke aufweisen. Das Gehäuse kann das Substrat bzw. die Leiterplatte umlaufen.
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Bevorzugt ist zwischen dem zweiten Teildruckkörper und der Anschlusseinrichtung eine elektrisch nichtleitende Isolationsschicht angeordnet. Diese Isolationsschicht kann den zweiten Teildruckkörper umhüllen. Alternativ ist diese Isolationsschicht zumindest im Kontaktbereich angeordnet. Die Isolationsschicht kann als eine Isolationsfolie ausgebildet sein.
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Alternativ weist der erste und der zweite Gleichspannungsanschlussleiter ein erstes und ein zweites Potential im Betrieb auf, wobei die Verbindungseinrichtung eine erste elektrisch leitende Folie und eine zweite elektrisch leitende Folie und dazwischen angeordnet eine elektrisch nichtleitende Isolationsfolie aufweist, und wobei die Anschlusseinrichtung in dem Kontaktbereich zwischen einer Gleichspannungsleiterbahn des Substrats und der Verbindungseinrichtung, zur Ausbildung einer polaritätsrichtig elektrisch leitenden Verbindung, angeordnet ist, wobei die Verbindungseinrichtung als auch das Substrat im Kontaktbereich zwischen dem ersten Teildruckkörper und dem zweiten Teildruckkörper angeordnet sind. Hier ist die Verbindungseinrichtung im Kontaktbereich auf, hier oberhalb der Anschlusseinrichtung, angeordnet. Die Anschlusseinrichtung ist hier mit dem Substrat im Kontaktbereich, bzw. der ihr zugeordneten Leiterbahn des Substrats, polaritätsrichtig elektrisch leitend druckverbunden. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung.
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Bevorzugt weist hierbei die Verbindungseinrichtung im Kontaktbereich Durchkontaktierungen, die von der ersten zur zweiten leitenden Folie durch die nichtleitende Isolationsfolie hindurch verlaufen, auf. Hier weist die zweite Folie der Verbindungseinrichtung, als diejenige welche dem Substrat zugewandt ist, Abschnitte auf, die nicht untereinander verbunden sind. Durch die Durchkontaktierungen erfolgt eine Verbindung von diesen Abschnitten über die erste elektrisch leitende Folie.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann es sein, dass der erste und der zweite Gleichspannungsanschlussleiter ein erstes und ein zweites Potential im Betrieb aufweisen, wobei die Verbindungseinrichtung eine elektrisch leitende Folie aufweist, wobei die Anschlusseinrichtung in dem Kontaktbereich zwischen einer Gleichspannungsleiterbahn des Substrats und der Verbindungseinrichtung, zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung, angeordnet ist, wobei die Verbindungseinrichtung als auch das Substrat im Kontaktbereich zwischen dem ersten Teildruckkörper und dem zweiten Teildruckkörper angeordnet sind.
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Bevorzugt ist in diesem Fall die Verbindungseinrichtung als Metallfolie oder Metallblech, insbesondere als Kupferfolie oder Kupferblech ausgebildet.
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Weiter bevorzugt ist das Substrat auf einer Grundplatte angeordnet, wobei der zweite Teildruckkörper durch die Grundplatte ausbildet ist. Die Grundplatte kann zur Anordnung auf einem Kühlkörper vorgesehen sein.
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Bevorzugt ist eine Grundplatte vorgesehen, wobei das Substrat auf der Grundplatte angeordnet ist. Auf der dem Substrat abgewandten Seite der Grundplatte können Kühlpins oder Kühlfinnen herausverlaufen. Diese können einstückig mit der Grundplatte oder mehrstückig gefertigt sein. Die Grundplatte kann auch selber ein integraler Bestandteil eines Kühlkörpers sein. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Kühlung.
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Bevorzugt ist das Substrat als DCB (Direct bonded copper)-Substrat oder als AMB (Active Metal Brazing)-Substrat oder als PCB (Printed Circuit Board) oder als IMS (Insulated Metal Substrate) ausgebildet, welche eine strukturierte elektrisch leitende Metallschicht aufweist, die infolge ihrer Struktur Leiterbahnen ausbildet. Auf dem Substrat sind bevorzugt Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet und elektrisch leitend mit den Leiterbahnen verbunden. Das Substrat weist einen elektrisch nichtleitenden Isolierstoffkörper und eine auf dem Isolierstoffkörper angeordnete elektrisch leitende strukturierte Leitungsschicht auf, die infolge ihrer Struktur die elektrischen Leiterbahnen ausbildet. Vorzugsweise weist das Substrat eine weitere elektrisch leitende, vorzugsweise unstrukturierte, Leitungsschicht auf, wobei der Isolierstoffkörper zwischen der strukturierten Leitungsschicht und der weiteren Leitungsschicht angeordnet ist. Die Verbindungseinrichtung kann stoffschlüssig mit dem Substrat verbunden sein.
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Weiterhin bevorzugt ist eine Isolationseinrichtung, insbesondere eine Isolationsfolie, zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichspannungsanschlussleiter angeordnet. Diese sorgt für eine Isolation zwischen den parallel zueinander angeordneten Gleichspannungsanschlussleitern.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:
- 1: eine erste erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Schnittansicht, wobei der Kondensator stark schematisiert als Block dargestellt ist,
- 2: eine zweite erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Schnittansicht, wobei der Kondensator stark schematisiert als Block dargestellt ist,
- 3: die zweite erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Draufsicht,
- 4: eine vierte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Schnittansicht, wobei der Kondensator stark schematisiert als Block dargestellt ist,
- 5: eine fünfte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Schnittansicht, wobei der Kondensator stark schematisiert als Block dargestellt ist,
- 6: die fünfte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Draufsicht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Variationen hiervon können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Schutzansprüche definiert wird, zu verlassen.
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1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 in Schnittansicht, wobei der Kondensator 3 stark schematisiert als Block dargestellt ist. Darstellt ist ein Kondensator 3 hier für einen Zwischenkreis, das heißt ein Zwischenkreiskondensator. Der Kondensator 3 kann intern auch mehrere Zwischenkreiskondensatoren umfassen. Die interne Ausgestaltung eines solchen Kondensators 3 ist fachüblich und nicht näher beschrieben. Der Kondensator 3 benötigt einen niederinduktiven Anschluss zu einem Substrat 6a der Schaltungsanordnung 1. Der Kondensator 3 ist hier in einem Gehäuse 2 untergebracht. Das Gehäuse 2 kann auch als Teilgehäuse ausgestaltet sein. Das Gehäuse 2 ist bevorzugt aus einem Kunststoff ausgebildet. Das Gehäuse 2 und der Kondensator 3 weist einen eine Ausnehmung 4 durchdringende Anschlusseinrichtung 5 auf, wobei die Anschlusseinrichtung 5 einen ersten flächig ausgebildeten Gleichspannungsanschlussleiter 5a und einen zweiten flächig ausgebildeten Gleichspannungsanschlussleiter 5b umfasst. Die Gleichspannungsanschlussleiter 5a,5b treten parallel zueinander aus dem Gehäuse 2 auf und sind im nachfolgenden Verlauf zueinander parallel angeordnet.
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Zwischen den Gleichspannungsanschlussleitern 5a,5b ist zumindest in demjenigen Bereich, in dem sie eng verlaufen, eine Isolationseinrichtung 5c vorgesehen. Diese ist als Isolationsfolie ausgebildet. Die Gleichspannungsanschlussleiter 5a,5b bilden einen Stapel aus; dieser kann auch als Verschienung bezeichnet werden. Diese Verschienung ist besonders niederinduktiv, wenn sie flächig ausgebildet ist, also aus zwei eng benachbart angeordneten flächigen Metallformkörpern mit einer dazwischenliegenden, isolierenden Isolationseinrichtung ausgebildet ist. Die beiden ersten und zweiten Gleichspannungsanschlussleiter 5a, 5b können als Kupferfolie oder als ein insbesondere mehrfach gebogenes Blechelement ausgestaltet sein und weisen im Betrieb ein erstes und ein zweites Gleichspannungspotential auf.
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Ferner weist die Schaltungsanordnung 1 ein Substrat 6a auf. Das Substrat 6a ist im Rahmen der Ausgestaltung in 1 als auch in der 3-6 als DCB-Substrat 6a ausgebildet, mit einem elektrisch nicht leitenden Isolierstoffkörper 7, hier einer Keramikplatte, und mit einer auf dem Isolierstoffkörper 7 angeordneten ersten elektrisch leitenden strukturierten Leiterschicht 9. Vorzugsweise weist das Substrat 6a eine weitere zweite elektrisch leitende, vorzugsweise unstrukturierte Leiterschicht 8 auf, wobei der Isolierstoffkörper 7 zwischen der ersten strukturierten Leiterschicht 9 und der zweiten unstrukturierten Leiterschicht 8 angeordnet ist. Die erste elektrisch leitende Leiterschicht 9 bildet im Betrieb zumindest eine erste und eine zweite elektrische Gleichspannungsleiterbahn aus.
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Ferner weist die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schaltungsanordnung 1 eine metallische Grundplatte 10 auf. Die Grundplatte 10 kann auf einem Kühlkörper angeordnet sein. Die Grundplatte 10 kann alternativ ein integraler Bestandteil eines Kühlkörpers sein. Auf der dem Substrat 6a abgewandten Seite der Grundplatte 10 können Kühlpins 50 oder Kühlfinnen herausverlaufen. Diese können einstückig mit der Grundplatte 10 oder mehrstückig gefertigt sein.
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Weiterhin ist eine Verbindungseinrichtung 14a vorgesehen, wobei die Verbindungseinrichtung 14a als Folienverbund, insbesondere als Stapelfolienverbund, mit einer ersten elektrisch leitenden Folie 11, einer isolierenden Isolationsfolie 13 und einer zweiten elektrisch leitenden Folie 12 ausgestaltet ist. Die Verbindungseinrichtung 14a weist eine Verbindungseinrichtungsunterseite und eine Verbindungseinrichtungsoberseite auf. Die Verbindungseinrichtung 14a, hier die Verbindungseinrichtungsunterseite, kann teilweise direkt mit dem DCB-Substrat 6a verbunden, hier mittels einer Sinterverbindung, verbunden sein.
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Weiterhin ist auf mindestens einer der Gleichspannungsleiterbahnen ein Leistungshalbleiterbauelement, bevorzugt ein IGBT oder ein MOS-FET (nicht gezeigt), mit einer dem Substrat 6a zugewandten Leistungshalbleiterunterseite und einer gegenüberliegenden Leistungshalbleiteroberseite angeordnet. Dabei ist die Leistungshalbleiterunterseite mit der ersten Leiterschicht 9 des DCB-Substrats 6a elektrisch leitend verbunden. Die Leistungshalbleiteroberseite ist mit der Verbindungseinrichtungsunterseite elektrisch leitend verbunden.
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Die Leistungshalbleiterbauelemente sind mittels der Verbindungseinrichtung 14a intern schaltungsgerecht verbunden.
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Im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel überragt vorzugsweise die Isolationseinrichtung 5c den ersten und den zweiten Gleichspannungsanschlussleiter 5a, 5b nicht in Richtung der Verbindungseinrichtung 14a in ihrem Verlauf wie in den 4-6. Hingegen verläuft die Isolationsfolie 13 der Verbindungseinrichtung 14a nahe bis zum Gehäuse 2, so dass sich eine durchgängige Isolation zwischen den Gleichspannungsanschlussleitern 5a,5b ergibt.
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Ferner ist eine Druckerzeugungseinrichtung vorgesehen. Diese besteht aus einem ersten Teildruckkörper 16 und einem in Richtung der Grundplatte 10, in einer Normalenrichtung N in Richtung der Grundplatte 10 bzw. des Isolierstoffkörpers 7 des Substrats 6a, unter dem ersten Teildruckkörper 16, angeordneten zweitem Teildruckkörper 20. Der zweite Teildruckkörper 20 kann ein Vorsprung 21 sein, der mit der Grundplatte 10 vorzugsweise einstückig ausgebildet ist oder als ein auf der Grundplatte 10 montiertes Bauteil, beispielsweise ein Gehäuse. Auf der dem Substrat 6a abgewandten Seite der Grundplatte 10 können Kühlpins 50 oder Kühlfinnen herausverlaufen. Diese können einstückig mit der Grundplatte 10 oder mehrstückig gefertigt sein.
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Zwischen dem ersten Teildruckkörper 16 und dem zweiten Teildruckkörper 20 wird ein Kontaktbereich 15 ausgebildet.
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Zwischen dem zweiten Teildruckkörper 20 und der Anschlusseinrichtung 5 ist eine elektrisch nichtleitende Isolationsschicht 22 angeordnet. Dies kann eine zweite Teilumhüllung zur Isolation sein. Diese Isolationsschicht 22 kann beispielsweise eine isolierende Folie sein.
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Der erste Teildruckkörper 16 weist ein Metallinlay 17, welches einen höheren Druck übertragen kann, sowie eine erste Teilumhüllung 18 sowie in Druckrichtung, hier in Richtung des zweiten Teildruckkörpers 20, ein elastisches Element 19, auf.
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Dazu weist der erste Teildrückkörper 16 in Richtung des zweiten Teildruckkörpers 20 eine Aussparung auf, indem das elastische Element 19 angeordnet ist. Das elastische Element 19 füllt vorzugsweise diese Aussparung vollständig aus und steht in Richtung des zweiten Teildruckkörpers 20 hervor. Das elastische Element 19 ist aus einem elastischen Material gebildet und reduziert im Betrieb mechanische Belastung und bewirkt eine homogene Druckverteilung über den Kontaktbereich 15. Das elastische Element besteht bevorzugt aus einem Elastomer, insbesondere bevorzugt aus einem Silikonelastomer, beispielsweise vernetzten Silikonkautschuk. Der erste Teildruckkörper 16 kann zudem geerdet sein.
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Für das Metallinlay 17 kann in einer von dem zweiten Teildruckkörper 20 abgewandten Seite des ersten Teildruckkörpers 16 eine Vertiefung in dem ersten Teilrückkörper 16 vorgesehen sein, in der das Metallinlay 17 eingebracht ist. Bevorzugt füllt das Metallinlay 17 die Vertiefung vollständig aus. Alternativ kann das Metallinlay 17 auch bei der Fertigung in den ersten Teildruckkörper 16 eingebracht worden sein.
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Die Gleichspannungsanschlussleiter 5a, 5b sind bis zu dem Kontaktbereich 15 vorgezogen. In dem Kontaktbereich 15 kontaktieren sich die Gleichspannungsanschlussleiter 5a, 5b und die Verbindungseinrichtung 14a. Die Verbindungseinrichtung 14a ist zwischen den Gleichspannungsanschlussleitern 5a, 5b angeordnet und die Gleichspannungsanschlussleiter 5a, 5b sind zwischen den ersten 16 und zweiten Teildruckkörper 20 angeordnet. Die Verbindungseinrichtung 14a ist daher in dem Kontaktbereich 15 zwischen den Gleichspannungsanschlussleitern 5a, 5b angeordnet, zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Druckverbindung, welche durch die Druckerzeugungseinrichtung erzeugt wird.
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Genauer ausgedrückt ist hier die Verbindungseinrichtung 14a zwischen den Gleichspannungsanschlussleitern 5a, 5b und weiterhin die Verbindungseinrichtung 14a mit den Gleichspannungsanschlussleitern 5a, 5b zwischen der Druckerzeugungseinrichtung, hier dem ersten und dem zweiten Teildruckkörper 16,20 angeordnet.
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Im Betrieb wird hier durch die Druckerzeugungseinrichtung in Normalenrichtung N in Richtung der Grundplatte 10 oder des Isolierstoffkörpers 7 des Substrats 6a Druck ausübt, wodurch sich zwischen dem ersten und zweiten Gleichspannungsanschlussleiter 5a, 5b und der Verbindungseinrichtung 14a eine druckkontaktierte elektrische Verbindung im Kontaktbereich 15 ausbildet. Mit der Druckerzeugungseinrichtung wird ein vorzugsweises elastisches Druckerzeugmittel angegeben, welches eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Gleichspannungsanschlussleiter 5a, 5b mit der Verbindungseinrichtung 14a herstellt, und eine punktuelle Belastung im Kontaktbereich 15 vermeidet.
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Durch die Schaltungsanordnung 1 wird im Betrieb eine polaritätsrichtig elektrisch leitende Verbindung zwischen den Gleichspannungsanschlussleitern 5a, 5b des Kondensators 3 und den Gleichspannungsleiterbahnen des Substrats 6a über die Verbindungseinrichtung 14a erzeugt.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 wird eine niederinduktive Anschlussverbindung zwischen dem Kondensator 3 und den Gleichspannungsleiterbahnen des Substrats 6a angegeben.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 ist eine niederinduktive Laststromverschienung, insbesondere für hohe Spannungen, möglich.
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2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 für eine Schalteinrichtung. Hier ist anstatt eines DCB-Substrats 6a eine mehrschichtige PCB 6b mit Leitungsschichten vorgesehen.
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Zwischen einer elektrisch leitenden ersten Schicht 27 und einer elektrisch leitenden zweiten Schicht 23 ist eine erste Isolationsschicht 24 angeordnet. Die Verbindungseinrichtung 14b wird aus Teilen des PCB 6b gebildet. Dazu werden die erste Schicht 27 und die zweiten Schicht 23 und die Isolationsschicht 24 aus dem PCB 6b herausgeführt, genauer ausgedrückt, hier verlängert. Das heißt, dass ein Teil der Leitungsschichten aus der mehrschichtigen PCB 6b bis zu dem Kontaktbereich 15 herausgeführt werden.
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In diesem Beispiel ist auf der zweiten Schicht 23 noch eine zweite Isolationsschicht 25 angeordnet. Diese reicht jedoch nicht bis zu der Anschlusseinrichtung 5. Wie in 1 gezeigt, ist ebenfalls eine Druckerzeugungseinrichtung vorgesehen, welche aus dem ersten Teilkörper 16 und dem zweiten Teilkörper 20 besteht und welche den Kontaktbereich 15 ausbildet. Die Verbindungseinrichtung 14b ist, wie in 1, zwischen den Gleichspannungsanschlussleitern 5a, 5b angeordnet.
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Der erste und zweite Gleichspannungsanschlussleiter 5a,5b umschließt hier-wie in 1 - die Verbindungseinrichtung 14b in dem Kontaktbereich 15. Im Kontaktbereich 15 wird im Betrieb durch die Druckerzeugungseinrichtung, eine druckkontaktierte polaritätsrichtig elektrisch leitende Verbindung ausgebildet.
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3 zeigt die zweite Ausgestaltung wie 2 und 1 beschrieben in Draufsicht. Der erste Teildruckkörper 16 ist mit Verbindungsmitteln, hier Schrauben 26 an der Grundplatte 10 bzw. mit dem zweiten Teildruckkörper 20 verbunden. Die Schrauben 26 sind außerhalb dem Kontaktbereich 15 (1 und 2) angeordnet und benötigen daher keine separate Isolation.
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4 zeigt eine dritte Ausgestaltung der Erfindung. Hier ist auf einem Vorsprung 21 durchgängig ein DCB-Substrat 6a angeordnet. Das Vorsprung 21 kann durch die Grundplatte 10 einstückig mitausgebildet sein oder auf dieser angeordnet sein.
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Die Verbindungseinrichtung 14c ist als Folienstapel mit der ersten elektrisch leitenden Folie 11, der isolierenden Isolationsfolie 13 und der zweiten elektrisch leitenden Folie 12 ausgebildet. Die erste elektrisch leitenden Folie 11 ist unstrukturiert; die zweite elektrisch leitenden Folie 12 strukturiert ausgebildet. Die Verbindungseinrichtung 14c ist teilweise auf dem DCB-Substrat 6a angeordnet.
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Ferner weist die Verbindungseinrichtung 14c Abschnitte der ersten elektrisch leitenden Folie 11 auf, die nicht untereinander verbunden sind; einer dieser Abschnitte ist jedoch im Kontaktbereich 15 angeordnet, während der zweite hier auf dem DCB-Substrat 6a angeordnet ist.
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Bei der Verbindungseinrichtung 14c sind im Kontaktbereich 15 Durchkontaktierungen 28 von der zweiten elektrisch leitendenden Folie 12 zur ersten leitenden Folie 11 durch die Isolationsfolie 13 hindurch verlaufend angeordnet.
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Im weiteren Unterschied ist die Verbindungseinrichtung 14c zwischen Anschlusseinrichtung 5 und dem ersten Teildruckkörper 16 angeordnet, hier also auf der Anschlusseinrichtung 5. Die Anschlusseinrichtung 5 ist zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem Substrat 6a verbunden und hierzu auf diesem angeordnet. Die Verbindungseinrichtung 14c und das DCB-Substrat 6a sind mit der Anschlusseinrichtung 5 im Kontaktbereich 15 elektrisch druckkontaktiert.
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Eine derartige Art der Kontaktierung der Anschlusseinrichtung 5 ermöglicht eine leichtere Montage. Ferner ist das DCB-Substrat 6a vorzugsweise auf einem langgezogen Vorsprung 21, welcher sich in Richtung des ersten Teildruckkörpers 16 erstreckt und welcher auch aus der Grundplatte 10 gebildet sein kann, angeordnet.
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5 zeigt eine vierte Ausgestaltung der Erfindung. Hier besteht die Verbindungseinrichtung 14d nur aus einer einzigen Folie, hier einer Metallfolie oder aus einem Blechelement, welche durch Löten oder durch Sintern mit dem DCB-Substrat 6a verbunden ist.
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Das DCB-Substrat 6a weist den elektrisch nicht leitenden Isolierstoffkörper 7, und die auf dem Isolierstoffkörper 7 angeordnete erste elektrisch leitende strukturierte Leiterschicht 9 und die zweite elektrisch leitendende vorzugsweise unstrukturierte Leiterschicht 8 auf, wobei der Isolierstoffkörper 7 zwischen der ersten strukturierten Leiterschicht 9 und der zweiten unstrukturierten Leiterschicht 8 angeordnet ist.
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Die Verbindungseinrichtung 14d und das DCB-Substrat 6a sind mit der Anschlusseinrichtung 5 im Kontaktbereich 15 polaritätsrichtig druckkontaktiert.
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Eine derartige Art der Kontaktierung der Anschlusseinrichtung 5 ermöglicht eine leichtere Montage.
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6 zeigt die vierte Ausgestaltung wie 5 beschrieben in Draufsicht. Der erste Teildruckkörper 16 ist mit Verbindungsmitteln, hier Schrauben 26 an der Grundplatte 10 bzw. mit dem zweiten Teildruckkörper 20 verbunden. Die Schrauben 26 sind außerhalb dem Kontaktbereich 15 angeordnet und benötigen daher keine separate Isolation.
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Die Verbindungseinrichtung 14d, hier als Metallfolie oder Blechelement ausgebildet ist oberhalb, hier zwischen dem ersten Teildruckkörper 16 und der Anschlusseinrichtung 5, angeordnet. Ferner ist das DCB-Substrat 6a insbesondere auf dem Vorsprung 21 der Grundplatte 10, angeordnet.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, sofern sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen, beliebig miteinander kombiniert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015105347 A1 [0003]
- DE 102012202765 B3 [0004]
