DE202020100386U1 - Power supply unit with reduced parasitic capacity - Google Patents

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Abstract

Stromversorgungseinheit (100) für ein modulares Stromversorgungssystem (300), wobei die Stromversorgungseinheit (100) umfasst:mindestens ein Leistungshalbleitermodul (110) umfassend einen Stromrichter, der ausgeführt ist, um eine Eingangswechselspannung in eine Ausgangswechselspannung umzuwandeln, wobei ein Gleichspannungszwischenkreis (114) des Stromrichters mit einer Spannungsreferenz (116) verbunden ist;einen Kühlkörper (112), der thermisch mit dem mindestens einen Leistungshalbleitermodul (110) gekoppelt und von diesem galvanisch isoliert ist;eine elektrische Verbindung (126) zwischen einem elektrisch leitfähigen Abschnitt des Kühlkörpers (112) und dem Gleichspannungszwischenkreis (114).Power supply unit (100) for a modular power supply system (300), the power supply unit (100) comprising: at least one power semiconductor module (110) comprising a converter, which is designed to convert an input AC voltage into an output AC voltage, wherein a DC voltage intermediate circuit (114) of the converter is connected to a voltage reference (116); a heat sink (112), which is thermally coupled to the at least one power semiconductor module (110) and is galvanically isolated therefrom; an electrical connection (126) between an electrically conductive section of the heat sink (112) and the DC link (114).

Description

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich von Stromversorgungen wie zum Beispiel unterbrechungsfreie Stromversorgungen (UPS). Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Stromversorgungseinheit und ein Stromversorgungssystem mit mindestens einer derartigen Stromversorgungseinheit.The invention relates to the field of power supplies such as uninterruptible power supplies (UPS). In particular, the invention relates to a power supply unit and a power supply system with at least one such power supply unit.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen setzen sich normalerweise aus mehreren halbleiterbasierten Stromrichtern zusammen, sowohl für einen Hauptkreis für die eigentliche Stromumwandlung als auch für Hilfsfunktionen wie etwa Hilfsstromversorgungen oder isolierte Energie für gesteuerte Funktionen, z. B. Halbleitersteuerung oder Kommunikation. Derartige Stromversorgungen können bei sehr hohen Schaltfrequenzen mit Spannungen bis zu 800 V und Strömen bis zu mehreren Hundert Ampere betrieben werden, was beträchtliche parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten zwischen elektronischen Komponenten und benachbarten Teilen der Stromversorgung verursachen kann. Dies gilt vor allem für große UPS-Systeme wie etwa modulare Systeme mit mehreren parallel operierenden UPS-Einheiten. Eine derartige kapazitive und induktive Kopplung verursacht Strahlungs- und kapazitive Emissionen, die unterhalb vorgeschriebener und genormter Grenzen gehalten werden müssen.Uninterruptible power supplies usually consist of several semiconductor-based converters, both for a main circuit for the actual power conversion and for auxiliary functions such as auxiliary power supplies or isolated energy for controlled functions, e.g. B. semiconductor control or communication. Such power supplies can operate at very high switching frequencies with voltages up to 800 V and currents up to several hundred amperes, which can cause considerable parasitic capacitance and inductance between electronic components and neighboring parts of the power supply. This applies especially to large UPS systems such as modular systems with several UPS units operating in parallel. Such a capacitive and inductive coupling causes radiation and capacitive emissions, which must be kept below prescribed and standardized limits.

Die mechanische Konstruktion modularer UPS-Systeme macht es aufgrund von Toleranzen und komplexen Streustromverteilungen, die von Modul zu Modul variieren und unvorhersehbare finale Emissionsmuster erzeugen, besonders schwierig, einen Stromdurchgang vorhersehbar zu steuern. Außerdem können Streukapazität und Induktivität von inneren Teilen auf äußere Teilen überspringen, z. B. von einem Stromrichter auf eine Wand eines Modulgehäuses.The mechanical design of modular UPS systems makes it particularly difficult to predictably control the passage of electricity due to tolerances and complex stray current distributions that vary from module to module and produce unpredictable final emission patterns. In addition, stray capacitance and inductance can skip from inner parts to outer parts, e.g. B. from a converter on a wall of a module housing.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Stromversorgungseinheit mit möglichst geringen parasitären Elementen zu schaffen.It is an object of the invention to provide a power supply unit with the lowest possible parasitic elements.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere beispielhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung hervor.This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Further exemplary embodiments emerge from the dependent claims and the following description.

Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinheit für ein modulares Stromversorgungssystem. Die Stromversorgungseinheit umfasst mindestens ein Leistungshalbleitermodul umfassend einen Stromrichter, der ausgeführt ist, um eine Eingangswechselspannung in eine Ausgangswechselspannung umzuwandeln, wobei ein Gleichspannungszwischenkreis des Stromrichters mit einer Spannungsreferenz verbunden ist. Ferner umfasst die Stromversorgungseinheit einen Kühlkörper, der thermisch mit dem mindestens einen Leistungshalbleitermodul gekoppelt und von diesem galvanisch isoliert ist, sowie eine elektrische Verbindung zwischen einem elektrisch leitfähigen Abschnitt des Kühlkörpers und dem Gleichspannungszwischenkreis.A first aspect of the invention relates to a power supply unit for a modular power supply system. The power supply unit comprises at least one power semiconductor module comprising a converter, which is designed to convert an AC input voltage into an AC output voltage, a DC link of the converter being connected to a voltage reference. Furthermore, the power supply unit comprises a heat sink, which is thermally coupled to the at least one power semiconductor module and galvanically isolated from it, and an electrical connection between an electrically conductive section of the heat sink and the DC voltage intermediate circuit.

Ein Stromversorgungssystem kann ein unterbrechungsfreies Stromversorgungssystem zum Versorgen einer Last mit einem Notstrom sein, wenn eine Eingangsstromquelle oder eine Netzversorgung ausfällt. Das Stromversorgungssystem kann auch ausgeführt sein, um Stromprobleme wie Spannungsspitzen, andauernde Überspannung, Verminderungen einer Eingangsspannung, Spannungsabfall, Rauschen, Netzfrequenzinstabilität oder harmonische Verzerrungen zu korrigieren. Das Stromversorgungssystem kann mehrere entnehmbare Stromversorgungseinheiten umfassen, die parallel betrieben werden können. Jede der Stromversorgungseinheiten kann ein eigenständiges UPS-Modul sein. Zum Beispiel können die Stromversorgungseinheiten horizontal und/oder vertikal gestapelt sein.A power supply system can be an uninterruptible power supply system for supplying a load with emergency power when an input power source or a mains supply fails. The power supply system can also be designed to correct current problems such as voltage spikes, persistent overvoltage, decreases in input voltage, voltage drop, noise, mains frequency instability or harmonic distortions. The power supply system can comprise several removable power supply units that can be operated in parallel. Each of the power supply units can be a separate UPS module. For example, the power supply units can be stacked horizontally and / or vertically.

Die Eingangswechselspannung kann eine von einem Stromnetz bereitgestellte Netzspannung sein. Insbesondere kann die Eingangswechselspannung und/oder die Ausgangswechselspannung eine Dreiphasenspannung sein.The AC input voltage can be a mains voltage provided by a power network. In particular, the AC input voltage and / or the AC output voltage can be a three-phase voltage.

Das Leistungshalbleitermodul kann eine erste Stromrichterschaltung, die ausgeführt ist, um die Eingangswechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln, und eine zweite Stromrichterschaltung, die ausgeführt ist, um die Gleichspannung in die Ausgangswechselspannung umzuwandeln, umfassen. Die erste Stromrichterschaltung und der zweite Stromrichter können durch den Gleichspannungszwischenkreis miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die Stromrichterschaltungen jeweils eine oder mehrere Halbbrücken umfassen, zum Beispiel IGBT-Halbbrücken. Der Gleichspannungszwischenkreis kann zum Beispiel ein geteilter Gleichspannungszwischenkreis mit zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren sein. In diesem Fall kann ein Mittelpunkt zwischen den zwei Kondensatoren mit der Spannungsreferenz verbunden sein.The power semiconductor module may include a first converter circuit that is designed to convert the input AC voltage to a DC voltage and a second converter circuit that is designed to convert the DC voltage to the output AC voltage. The first converter circuit and the second converter can be connected to one another by the DC voltage intermediate circuit. For example, the converter circuits can each comprise one or more half bridges, for example IGBT half bridges. The DC voltage intermediate circuit can be, for example, a divided DC voltage intermediate circuit with two capacitors connected in series. In this case, a midpoint between the two capacitors can be connected to the voltage reference.

Eine Spannungsreferenz kann zum Beispiel ein geerdeter Neutralleiter des Stromversorgungssystems sein.For example, a voltage reference can be a grounded neutral of the power system.

Der Kühlkörper und der Leistungshalbleiter können eine thermische Anordnung bilden, die an einer Stützstruktur der Stromversorgungseinheit befestigt sein kann. The heat sink and the power semiconductor can form a thermal arrangement, which can be attached to a support structure of the power supply unit.

Die elektrische Verbindung kann ein Draht oder eine Schiene mit einer definierten Impedanz sein. Es ist möglich, dass die elektrische Verbindung eine oder mehrere elektrische oder elektronische Komponenten umfasst, wie etwa einen Widerstand, einen Kondensator oder eine Induktivität. Die eine oder die mehreren elektronischen Komponenten können auch als ein elektrischer Filter fungieren.The electrical connection can be a wire or a rail with a defined impedance. It is possible for the electrical connection to comprise one or more electrical or electronic components, such as a resistor, a capacitor or an inductor. The one or more electronic components can also act as an electrical filter.

Die elektrische Verbindung bildet einen bevorzugten Rückstrompfad zu dem Gleichspannungszwischenkreis, was dazu beitragen kann, parasitäre Kapazitäten zwischen dem Leistungshalbleitermodul und dem Kühlkörper zu minimieren. Auf diese Weise wird sehr nah an der Quelle der parasitären Kapazitäten eine interne Stromschleife erzeugt. Dies kann parasitäre Kapazitäten zwischen dem Leistungshalbleitermodul und einem Gehäuse der Stromversorgungseinheit reduzieren und daher Strahlungsemissionen und eine induktive Kopplung an eine äußere Umgebung der Stromversorgungseinheit reduzieren, wie zum Beispiel ein Systemgehäuse des Stromversorgungssystems.The electrical connection forms a preferred return current path to the DC voltage intermediate circuit, which can help to minimize parasitic capacitances between the power semiconductor module and the heat sink. In this way, an internal current loop is generated very close to the source of the parasitic capacitances. This can reduce parasitic capacitances between the power semiconductor module and a housing of the power supply unit and therefore reduce radiation emissions and inductive coupling to an external environment of the power supply unit, such as a system housing of the power supply system.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Stromversorgungseinheit ein Einheitengehäuse umfassend eine Stützstruktur zum Stützen des mindestens einen Leistungshalbleitermoduls und des Kühlkörpers, wobei die Stützstruktur einen Schutzerdungsanschlusspunkt zum Verbinden der Stützstruktur mit einem Schutzerdungsleiter aufweist.According to one embodiment of the invention, the power supply unit comprises a unit housing comprising a support structure for supporting the at least one power semiconductor module and the heat sink, the support structure having a protective earth connection point for connecting the support structure to a protective earth conductor.

Die Stützstruktur kann beispielsweise ein Rahmen oder ein Gestell mit einem oder mehreren Haltern zum Befestigen des Kühlkörpers und des Leistungshalbleitermoduls sein. Die Stützstruktur kann aus elektrisch leitfähigen Teilen wie zum Beispiel Metallteilen gefertigt sein.The support structure can be, for example, a frame or a frame with one or more holders for fastening the heat sink and the power semiconductor module. The support structure can be made from electrically conductive parts such as metal parts.

Das Stromversorgungssystem kann separate Schutzerdungs- und Neutralleiter aufweisen.The power supply system can have separate protective earth and neutral conductors.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Leistungshalbleitermodul von der Stützstruktur galvanisch isoliert. Zusätzlich oder alternativ kann der Kühlkörper von der Stützstruktur galvanisch isoliert sein.According to one embodiment of the invention, the at least one power semiconductor module is galvanically isolated from the support structure. Additionally or alternatively, the heat sink can be galvanically isolated from the support structure.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Einheitengehäuse eine Gehäuseisolierung, die die Stützstruktur umgibt und galvanisch isoliert, sodass die Stützstruktur nur am Schutzerdungsanschlusspunkt geerdet ist.According to one embodiment of the invention, the unit housing comprises housing insulation which surrounds and galvanically insulates the support structure, so that the support structure is only grounded at the protective earth connection point.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische Verbindung einen Widerstand oder einen Kondensator oder eine Kombination aus einem Widerstand und einem Kondensator. Beispielsweise kann die elektrische Verbindung einen als Hochpass- oder Tiefpassfilter fungierenden RC-Schaltkreis umfassen.According to one embodiment of the invention, the electrical connection comprises a resistor or a capacitor or a combination of a resistor and a capacitor. For example, the electrical connection can include an RC circuit that functions as a high-pass or low-pass filter.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Gleichspannungszwischenkreis ein geteilter Gleichspannungszwischenkreis mit einem mit der Spannungsreferenz verbundenen Mittelpunkt.According to one embodiment of the invention, the DC voltage intermediate circuit is a divided DC voltage intermediate circuit with a center connected to the voltage reference.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der Mittelpunkt und der elektrisch leitfähige Abschnitt des Kühlkörpers durch die elektrische Verbindung miteinander verbunden.According to one embodiment of the invention, the center point and the electrically conductive section of the heat sink are connected to one another by the electrical connection.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Leistungshalbleitermodul mittels des Kühlkörpers an der Stützstruktur befestigt.According to one embodiment of the invention, the at least one power semiconductor module is fastened to the support structure by means of the heat sink.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein modulares Stromversorgungssystem, das einen ersten Stromanschluss zum Versorgen des Stromversorgungssystems mit einer Eingangswechselspannung, einen zweiten Stromanschluss zum Anschließen einer Last an eine Ausgangswechselspannung des Stromversorgungssystems, einen Neutralanschluss zum Anschließen der Last an einen Neutralleiter des Stromversorgungssystems und mindestens eine Stromversorgungseinheit wie oben und unten beschrieben umfasst. Die mindestens eine Stromversorgungseinheit ist mit dem ersten Stromanschluss, dem zweiten Stromanschluss und, über den Neutralleiter, mit dem Neutralanschluss verbunden. Das Stromversorgungssystem kann zum Beispiel für jeden der Anschlüsse eine separate Stromschiene umfassen, die den Anschluss mit jeder der Stromversorgungseinheiten verbindet.A second aspect of the invention relates to a modular power supply system which has a first power connection for supplying the power supply system with an AC input voltage, a second power connection for connecting a load to an AC output voltage of the power supply system, a neutral connection for connecting the load to a neutral conductor of the power supply system and at least comprises a power supply unit as described above and below. The at least one power supply unit is connected to the first power connection, the second power connection and, via the neutral conductor, to the neutral connection. For example, the power supply system may include a separate power rail for each of the connectors that connects the connector to each of the power supply units.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das modulare Stromversorgungssystem ferner einen Schutzerdungsanschluss zum Anschließen der Last an einen Schutzerdungsleiter des Stromversorgungssystems, wobei die mindestens eine Stromversorgungseinheit über den Schutzerdungsleiter mit dem Schutzerdungsanschluss verbunden ist.According to one embodiment of the invention, the modular power supply system further comprises a protective ground connection for connecting the load to a protective ground conductor of the power supply system, the at least one power supply unit being connected to the protective ground connection via the protective ground conductor.

Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und mit Bezug auf sie erläutert.These and other aspects of the invention will be apparent from, and explained with reference to, the embodiments described below.

FigurenlisteFigure list

Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden Text anhand beispielhafter Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.

  • 1 zeigt schematisch eine Stromversorgungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 zeigt schematisch eine Stromschleife, die durch eine elektrische Verbindung zwischen einem Kühlkörper und einem Gleichspannungszwischenkreis der Stromversorgungseinheit aus 1 geschlossen wird.
  • 3 zeigt schematisch ein modulares Stromversorgungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4 zeigt schematisch Emissionen zwischen internen und externen Komponenten des Stromversorgungssystems aus 3.
The subject matter of the invention is explained in more detail in the text below using exemplary embodiments which are illustrated in the accompanying drawings.
  • 1 shows schematically a power supply unit according to an embodiment of the invention.
  • 2nd schematically shows a current loop formed by an electrical connection between a heat sink and a DC link of the power supply unit 1 is closed.
  • 3rd shows schematically a modular power supply system according to an embodiment of the invention.
  • 4th shows schematically emissions between internal and external components of the power supply system 3rd .

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutungen sind in der Liste der Bezugszeichen in zusammengefasster Form aufgeführt. Grundsätzlich sind identische Teile in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The reference symbols used in the drawings and their meanings are listed in a summarized form in the list of reference symbols. In principle, identical parts are provided with the same reference symbols in the figures.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

1 zeigt eine Stromversorgungseinheit 100, die ausgeführt ist, um unterbrechungsfreien elektrischen Strom bereitzustellen. Die Stromversorgungseinheit 100 umfasst ein Einheitengehäuse 102 mit einer Stützstruktur 104 und einer Gehäuseisolierung 106, die zumindest elektrisch leitfähige Teile der Stützstruktur 104 umschließt. Die Stützstruktur 104 weist einen Halter 108 auf, der eine thermische Anordnung trägt, die mindestens ein Leistungshalbleitermodul 110 und einen Kühlkörper 112 umfasst, die thermisch mit dem Leistungshalbleitermodul 110 gekoppelt sind. Beispielhaft ist das Leistungshalbleitermodul 110 auf dem Kühlkörper 112 befestigt, während der Kühlkörper 112 auf dem Halter 108 befestigt ist. 1 shows a power supply unit 100 which is designed to provide uninterrupted electrical current. The power supply unit 100 comprises a unit housing 102 with a support structure 104 and housing insulation 106 , the at least electrically conductive parts of the support structure 104 encloses. The support structure 104 has a holder 108 on, which carries a thermal arrangement, the at least one power semiconductor module 110 and a heat sink 112 includes that thermally with the power semiconductor module 110 are coupled. The power semiconductor module is an example 110 on the heat sink 112 attached while the heat sink 112 on the holder 108 is attached.

Das Leistungshalbleitermodul 110 ist ausgeführt, um eine Eingangswechselspannung, etwa eine dreiphasige Netzspannung, in eine Ausgangswechselspannung umzuwandeln. Zu diesem Zweck kann das Leistungshalbleitermodul 110 Stromrichterschaltungen mit einer oder mehreren IGBT-Halbbrücken 112 umfassen. Die Stromrichterschaltungen können durch einen geteilten zweipoligen Gleichspannungszwischenkreis 114 miteinander verbunden sein, der mit einer Spannungsreferenz 116 verbunden ist. Die Spannungsreferenz 116 kann ein Neutralleiter 118 sein.The power semiconductor module 110 is designed to convert an AC input voltage, such as a three-phase mains voltage, into an AC output voltage. For this purpose, the power semiconductor module 110 Converter circuits with one or more IGBT half bridges 112 include. The converter circuits can be divided by a two-pole DC link 114 be connected to one another with a voltage reference 116 connected is. The voltage reference 116 can be a neutral conductor 118 his.

Sowohl das Leistungshalbleitermodul 110 als auch der Kühlkörper 112 sind von der Stützstruktur 104 galvanisch getrennt. Insbesondere umfasst die thermische Anordnung eine Grundplattenisolierung 120 zur galvanischen Trennung einer Oberseite des Kühlkörpers 112 von einer Grundplatte des Leistungshalbleitermoduls 110 und eine zusätzliche Kühlkörperisolierung 122 zur galvanischen Trennung einer Unterseite des Kühlkörpers 112 von dem Halter 108.Both the power semiconductor module 110 as well as the heat sink 112 are from the support structure 104 galvanically isolated. In particular, the thermal arrangement comprises base plate insulation 120 for galvanic isolation of an upper side of the heat sink 112 from a base plate of the power semiconductor module 110 and additional heat sink insulation 122 for galvanic isolation of an underside of the heat sink 112 from the holder 108 .

Zwischen dem Leistungshalbleitermodul 110 und dem Kühlkörper 112 können aufgrund sehr hoher Schaltfrequenzen parasitäre Kapazitäten 123 auftreten. Um solche parasitären Kapazitäten zu vermeiden, ist die Grundplatte des Leistungshalbleitermoduls 110, die auch als eine Oberseite des Kühlkörpers 110 betrachtet werden kann, beispielhaft durch eine dedizierte elektrische Verbindung 126 mit einer definierten Impedanz mit einem Mittelpunkt 124 des Gleichspannungszwischenkreises 114 verbunden. Der Mittelpunkt 124 ist mit der Spannungsreferenz 116 verbunden. Eine solche Stromschleife reduziert auch verteilte parasitäre Kapazitäten 128 zwischen der Spannungsreferenz 116 und dem Einheitengehäuse 102.Between the power semiconductor module 110 and the heat sink 112 can cause parasitic capacitances due to very high switching frequencies 123 occur. In order to avoid such parasitic capacitances, the base plate of the power semiconductor module 110 that also act as a top of the heat sink 110 can be viewed, for example, by a dedicated electrical connection 126 with a defined impedance with a center 124 of the DC link 114 connected. The middle-point 124 is with the voltage reference 116 connected. Such a current loop also reduces distributed parasitic capacitances 128 between the voltage reference 116 and the unit case 102 .

Darüber hinaus weist die Stützstruktur 104 einen einzelnen Schutzerdungsanschlusspunkt 130 auf, der über einen Schutzerdungsleiter 132 mit einem System-Schutzerdungsanschlusspunkt 134 eines Systemgehäuses 135 zum Umschließen einer oder mehrerer Stromversorgungseinheiten 100 verbunden ist. Der Schutzerdungsanschlusspunkt 130 ist der einzige Kontaktpunkt zur Erde.In addition, the support structure 104 a single protective ground connection point 130 on that via a protective earth conductor 132 with a system protective earth connection point 134 of a system housing 135 for enclosing one or more power supply units 100 connected is. The protective ground connection point 130 is the only point of contact with Earth.

Die Stromversorgungseinheit 100 hat mehrere Stromanschlüsse 136, um die Eingangswechselspannung zu erhalten und die Ausgangswechselspannung bereitzustellen.The power supply unit 100 has multiple power connections 136 to get the AC input voltage and provide the AC output voltage.

Zusätzlich kann ein EMI-Filter 138 zur Verringerung elektromagnetischer Interferenz zwischen die Spannungsreferenz 116 und einen definierten Filterkontaktpunkt 140 der Stützstruktur 104 geschaltet sein.In addition, an EMI filter 138 to reduce electromagnetic interference between the voltage reference 116 and a defined filter contact point 140 the support structure 104 be switched.

2 zeigt eine Stromschleife 200, die durch die elektrische Verbindung 126 geschlossen wird. Die Stromschleife 200 reduziert parasitäre Kapazitäten, die in benachbarte Strukturen eingekoppelt werden können und ebenfalls eine Stromschleife erzeugen können, die sich durch induktive Kopplung weiter ausbreitet. 2nd shows a current loop 200 by the electrical connection 126 is closed. The current loop 200 reduces parasitic capacitances that can be coupled into neighboring structures and can also generate a current loop that spreads further through inductive coupling.

3 zeigt ein modulares Stromversorgungssystem 300 mit mehreren parallel betriebenen Stromversorgungseinheiten 100. 3rd shows a modular power supply system 300 with several power supply units operated in parallel 100 .

Das Stromversorgungssystem 300 weist einen IO-Rahmen 302 (IO = Input/Output) mit einem ersten Stromanschluss 304 zur Versorgung des Stromversorgungssystems 300 mit der Eingangswechselspannung, z. B. einer dreiphasigen Netzspannung, einem zweiten Stromanschluss 306 zum Anschließen einer Last an die Ausgangswechselspannung, die durch Umwandeln der Eingangswechselspannung mit den Stromversorgungseinheiten 100 erzeugt wird, einem Neutralanschluss 308 und einem Schutzerdungsanschluss 310. Jeder der Stromanschlüsse 304, 306 ist mit jeder der Stromversorgungseinheiten 100 über eine oder mehrere Stromschienen 312 verbunden. Der Neutralanschluss 308 ist mit jeder der Stromversorgungseinheiten 100 über den Neutralleiter 118, z.B. eine Neutralsammelschiene, verbunden. Der Schutzerdungsanschluss 310 ist mit jeder der Stromversorgungseinheiten 100 über den Schutzerdungsleiter 132 verbunden, z. B. eine geerdete Schutzerdungssammelschiene. Aufgrund der Gehäuseisolierung 106 ist jede der Stromversorgungseinheiten 100 ausschließlich über den Schutzerdungsleiter 132 geerdet.The power supply system 300 has an IO frame 302 (IO = input / output) with a first power connection 304 to supply the power supply system 300 with the AC input voltage, e.g. B. a three-phase mains voltage, a second power connection 306 for connecting a load to the AC output voltage by converting the AC input voltage with the power supply units 100 is generated, a neutral connection 308 and a protective ground connection 310 . Each of the power connections 304 , 306 is with each of the power supply units 100 over one or more busbars 312 connected. The neutral connection 308 is with each of the power supply units 100 via the neutral conductor 118 , for example a neutral busbar. The protective ground connection 310 is with each of the power supply units 100 via the protective earth conductor 132 connected, e.g. B. a grounded protective ground busbar. Because of the housing insulation 106 is each of the power supply units 100 exclusively via the protective earth conductor 132 grounded.

4 zeigt schematisch Emissionen zwischen internen und externen Teilen des Stromversorgungssystems 300 aus 3. Die interne Stromschleife 200 reduziert auch parasitäre Kapazitäten 402 zwischen dem Einheitengehäuse 102 und dem Systemgehäuse 135. Strahlungsemissionen in die Umgebung aufgrund von Spannungsumschaltung sind mit einem gestrichelten Pfeil dargestellt. Eine externe Stromschleife 400 im äußeren Systemgehäuse 135 kann durch magnetische Kopplung verursacht sein. 4th schematically shows emissions between internal and external parts of the power supply system 300 out 3rd . The internal current loop 200 also reduces parasitic capacities 402 between the unit case 102 and the system case 135 . Radiation emissions to the environment due to voltage switching are shown with a dashed arrow. An external current loop 400 in the outer system housing 135 can be caused by magnetic coupling.

Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung dargestellt und detailliert beschrieben wurde, ist eine solche Darstellung und Beschreibung als erklärend oder beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können von Fachleuten und Personen, die die beanspruchte Erfindung anwenden, durch Studie der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht eine Mehrzahl aus. Ein einzelner Prozessor oder ein einzelnes Steuerelement oder irgendeine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen genannter Elemente erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander abhängigen Ansprüchen genannt werden, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft eingesetzt werden kann. Etwaige Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als den Umfang einschränkend auszulegen.Although the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, such illustration and description is to be considered illustrative or exemplary and not restrictive; the invention is not limited to the disclosed embodiments. Other variations of the disclosed embodiments may be understood and carried out by those skilled in the art and persons applying the claimed invention by studying the drawings, the disclosure, and the appended claims. In the claims, the word "comprehensive" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "one" does not exclude a plurality. A single processor or control or any other unit can perform the functions of several of the elements mentioned in the claims. The mere fact that certain measures are mentioned in interdependent claims does not mean that a combination of these measures cannot be used to advantage. Any reference signs in the claims are not to be interpreted as limiting the scope.

BezugszeichenlisteReference list

100100
StromversorgungseinheitPower supply unit
102102
EinheitengehäuseUnit housing
104104
StützstrukturSupport structure
106106
GehäuseisolierungHousing insulation
108108
Halterholder
110110
LeistungshalbleitermodulPower semiconductor module
112112
KühlkörperHeatsink
114114
GleichspannungszwischenkreisDC link
116116
SpannungsreferenzVoltage reference
118118
NeutralleiterNeutral conductor
120120
GrundplattenisolierungBase plate insulation
122122
KühlkörperisolierungHeat sink insulation
123123
parasitäre Kapazität zwischen Leistungshalbleitermodul und Kühlkörperparasitic capacitance between the power semiconductor module and the heat sink
124124
MittelpunktFocus
126126
elektrische Verbindungelectrical connection
128128
parasitäre Kapazität zwischen Spannungsreferenz und Einheitengehäuseparasitic capacitance between voltage reference and unit case
130130
SchutzerdungsanschlusspunktProtective earth connection point
132132
SchutzerdungsleiterProtective earth conductor
134134
System-SchutzerdungsanschlusspunktSystem protective ground connection point
136136
StromanschlussPower connection
138138
EMI-FilterEMI filter
140140
FilterkontaktpunktFilter contact point
200200
StromschleifeCurrent loop
300300
StromversorgungssystemPower supply system
302302
IO-RahmenIO frame
304304
erster Stromanschlussfirst power connection
306306
zweiter Stromanschlusssecond power connector
308308
NeutralanschlussNeutral connection
310310
SchutzerdungsanschlussProtective earth connection
312312
StromschieneTrack
400400
externe Stromschleifeexternal current loop
402402
parasitäre Kapazität zwischen Einheitengehäuse und Systemgehäuseparasitic capacitance between the unit housing and the system housing

Claims (10)

Stromversorgungseinheit (100) für ein modulares Stromversorgungssystem (300), wobei die Stromversorgungseinheit (100) umfasst: mindestens ein Leistungshalbleitermodul (110) umfassend einen Stromrichter, der ausgeführt ist, um eine Eingangswechselspannung in eine Ausgangswechselspannung umzuwandeln, wobei ein Gleichspannungszwischenkreis (114) des Stromrichters mit einer Spannungsreferenz (116) verbunden ist; einen Kühlkörper (112), der thermisch mit dem mindestens einen Leistungshalbleitermodul (110) gekoppelt und von diesem galvanisch isoliert ist; eine elektrische Verbindung (126) zwischen einem elektrisch leitfähigen Abschnitt des Kühlkörpers (112) und dem Gleichspannungszwischenkreis (114).Power supply unit (100) for a modular power supply system (300), the power supply unit (100) comprising: at least one power semiconductor module (110) comprising a converter, which is designed to convert an input AC voltage into an output AC voltage, wherein a DC voltage intermediate circuit (114) of the converter is connected to a voltage reference (116); a heat sink (112), which is thermally coupled to the at least one power semiconductor module (110) and is galvanically isolated therefrom; an electrical connection (126) between an electrically conductive section of the heat sink (112) and the DC voltage intermediate circuit (114). Stromversorgungseinheit (100) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: ein Einheitengehäuse (102) umfassend eine Stützstruktur (104, 108) zum Stützen des mindestens einen Leistungshalbleitermoduls (110) und des Kühlkörpers (112); wobei die Stützstruktur (104, 108) einen Schutzerdungsanschlusspunkt (130) zum Verbinden der Stützstruktur (104, 108) mit einem Schutzerdungsleiter (132) aufweist.Power supply unit (100) according to Claim 1 , further comprising: a unit housing (102) comprising a support structure (104, 108) for supporting the at least one power semiconductor module (110) and the heat sink (112); wherein the support structure (104, 108) has a protective ground connection point (130) for connecting the support structure (104, 108) to a protective ground conductor (132). Stromversorgungseinheit (100) gemäß Anspruch 2, wobei das mindestens eine Leistungshalbleitermodul (110) von der Stützstruktur (104, 108) galvanisch isoliert ist; und/oder wobei der Kühlkörper (112) von der Stützstruktur (104, 108) galvanisch isoliert ist.Power supply unit (100) according to Claim 2 , wherein the at least one power semiconductor module (110) is galvanically isolated from the support structure (104, 108); and / or wherein the heat sink (112) is galvanically isolated from the support structure (104, 108). Stromversorgungseinheit (100) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Einheitengehäuse (102) eine Gehäuseisolierung (106) aufweist, die die Stützstruktur (104, 108) umgibt und galvanisch isoliert, sodass die Stützstruktur (104, 108) nur am Schutzerdungsanschlusspunkt (130) geerdet ist.Power supply unit (100) according to one of the Claims 2 or 3rd , wherein the unit housing (102) has housing insulation (106) which surrounds and galvanically insulates the support structure (104, 108), so that the support structure (104, 108) is only grounded at the protective earth connection point (130). Stromversorgungseinheit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Verbindung (126) einen Widerstand und/oder einen Kondensator umfasst.Power supply unit (100) according to any one of the preceding claims, wherein the electrical connection (126) comprises a resistor and / or a capacitor. Stromversorgungseinheit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei der Gleichspannungszwischenkreis (114) ein geteilter Gleichspannungszwischenkreis mit einem mit der Spannungsreferenz (116) verbundenen Mittelpunkt (124) ist.Power supply unit (100) according to one of the preceding claims, wherein the DC voltage intermediate circuit (114) is a divided DC voltage intermediate circuit with a center (124) connected to the voltage reference (116). Stromversorgungseinheit (100) gemäß Anspruch 6, wobei der Mittelpunkt (124) und der elektrisch leitfähige Abschnitt des Kühlkörpers (112) durch die elektrische Verbindung (126) miteinander verbunden sind.Power supply unit (100) according to Claim 6 wherein the center point (124) and the electrically conductive portion of the heat sink (112) are interconnected by the electrical connection (126). Stromversorgungseinheit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Leistungshalbleitermodul (110) mittels des Kühlkörpers (112) an der Stützstruktur (104, 108) befestigt ist.Power supply unit (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one power semiconductor module (110) is fastened to the support structure (104, 108) by means of the heat sink (112). Modulares Stromversorgungssystem (300), umfassend: einen ersten Stromanschluss (304) zum Versorgen des Stromversorgungssystems (300) mit einer Eingangswechselspannung; einen zweiten Stromanschluss (306) zum Anschließen einer Last an eine Ausgangswechselspannung des Stromversorgungssystems (300); einen Neutralanschluss (308) zum Anschließen der Last an einen Neutralleiter (118) des Stromversorgungssystems (300); mindestens eine Stromversorgungseinheit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die mindestens eine Stromversorgungseinheit (100) mit dem ersten Stromanschluss (304), dem zweiten Stromanschluss (306) und, über den Neutralleiter (118), mit dem Neutralanschluss (308) verbunden ist.Modular power system (300) comprising: a first power connector (304) for supplying the power supply system (300) with an AC input voltage; a second power connector (306) for connecting a load to an AC output voltage of the power system (300); a neutral terminal (308) for connecting the load to a neutral conductor (118) of the power supply system (300); at least one power supply unit (100) according to one of the preceding claims; wherein the at least one power supply unit (100) is connected to the first power connection (304), the second power connection (306) and, via the neutral conductor (118), to the neutral connection (308). Modulares Stromversorgungssystem (300) gemäß Anspruch 9, ferner umfassend: einen Schutzerdungsanschluss (310) zum Anschließen der Last an einen Schutzerdungsleiter (132) des Stromversorgungssystems (300); wobei die mindestens eine Stromversorgungseinheit (100) über den Schutzerdungsleiter (132) mit dem Schutzerdungsanschluss (310) verbunden ist.Modular power supply system (300) according to Claim 9 further comprising: a protective grounding terminal (310) for connecting the load to a protective grounding conductor (132) of the power supply system (300); wherein the at least one power supply unit (100) is connected to the protective ground connection (310) via the protective ground conductor (132).
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