Halbleiter-Umwandlungsvorrichtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiter-
Umwandlungsvorrichtung, die
Halbleiter-Schaltungselemente umfaßt, die in einem Hauptstromkreis als eine
Brükkenschaltung angeordnet sind.
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Halbleiter-Umwandlungsvorrichtungen, die
Haibleiter-Schaltungselemente aufweisen, die in einem
Hauptstromkreis als eine Brückenschaltung angeordnet sind,
und Gleichströme in Wechselströme und umgekehrt
umwandeln, um umgewandelte Ströme an Lasten zu liefern, sind
bereits als Wechselrichter oder dergleichen für
Kraftstrom und viele andere Anwendungen verwendet worden.
Solche Halbleiter-Umwandlungsvorrichtungen umfassen im
allgemeinen Dreiphasen-Wechselrichterschaltungen, die
Gleichströme in Dreiphasen-Wechselströme mit einer
veränderlichen Frequenz umwandeln. Figur 3 der begleitenden
Zeichnungen zeigt ein Beispiel einer solchen Dreiphasen-
Wechselrichterschaltung. Dieser
Dreiphasen-Wechselrichter ist eine Halbleiter-Umwandlungsvorrichtung, die eine
Dreiphasen-Brückenschaltungsanordnung aufweist, und die
Dreiphasen-Wechselströme an einen Elektromotor 9 liefert
und eine Haupt-Gleichstromversorgung Vd verwendet. Der
Dreiphasen-Wechselrichter besteht aus einem oberen
Schaltungszweig 10, der die Seite mit hohem elektrischen
Potential der Dreiphasen-Wechselspannung steuert und
einem unteren Schaltungszweig 30, der die Seite mit
niedrigem elektrischen Potential der
Dreiphasen-Wechselspannung steuert.
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Der oberer Schaltungszweig 10 umfaßt einen
Hauptstromkreis und eine Treiberschaltung. Der
Hauptstromkreis im oberen Schaltungszweig 10 ist aus bipolaren
Transistoren 20 bis 22 zusammengesetzt, die als
Halbleiter-Schaltungselemente bekannt sind und jeweils für die
U-, V-, und W-Zweige bereitgestellt werden. Die
Treiberschaltung im oberen Schaltungszweig 10 ist aus einzelnen
Treiberschaltungen 14 bis 16 zusammengesetzt (die in der
Figur als DU, DV und DW bezeichnet werden), die einzeln
Treibersignale liefern, die die jeweiligen Transistoren
20 bis 22 veranlassen, Schaltoperationen auszuführen.
Zusätzliche Gleichstromversorgungen 17 bis 19 werden
gesondert vom Äußeren isoliert, und (nicht gezeigte)
Steuersignale werden den jeweiligen einzelnen
Treiberschaltungen 14 bis 16 zugeführt.
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Der untere Schaltungszweig 30 weist fast den
gleichen Aufbau auf wie der obere Schaltungszweig 10. Der
Hauptstromkreis im unteren Schaltungszweig 30 ist aus
bipolaren Transistoren 40 bis 42 zusammengesetzt, die
als Halbleiter-Schaltungselemente bekannt sind und
jeweils für die X-, Y-, und Z-Zweige bereitgestellt werden.
Die Treiberschaltung im unteren Schaltungszweig 30 ist
aus einzelnen Treiberschaltungen 34 bis 36
zusammengesetzt (die in der Figur als Dx, Dy und Dz bezeichnet
werden), die einzeln Treibersignale liefern, die die
jeweiligen Transistoren 40 bis 42 veranlassen,
Schaltoperationen auszuführen. Eine gemeinsame äußere zusätzliche
Gleichstromversorgung 37 und (nicht gezeigte)
Steuersignale werden den einzelnen Treiberschaltungen 34 bis 36
zugeführt.
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Der Dreiphasen-Wechselrichter, der die in Figur 3
gezeigte Schaltungsanordnung umfaßt, wird mit
elektrischen Hauptgleichströmen Ic von der
Haupt-Gleichstromversorgung (Vd) durch eine Leitung des Haupstromkreises
100 mit positiver Elektrode und eine Leitung des
Haupstromkreises 101 mit negativer Elektrode versorgt.
Die Schaltoperationen der Transistoren 20 bis 22 und 40
bis 42 lassen die gleichstromseitigen elektrischen
Hauptströme von der positiven Elektrode der Haupt-
Gleichstromversorgung (Vd) beginnen und durch die
Leitung des Haupstromkreises 100, einen der Transistoren 20
bis 22, den Elektromotor 9, einen der Transistoren 40 bis
42, und die Leitung des Haupstromkreises 101 in dieser
Reihenfolge fließen, und letztlich die negative
Elektrode der Haupt-Gleichstromversorgung (Vd) erreichen und
Dreiphasen-Wechselspannung an den Elektromotor 9
liefern.
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Zwei in Figur 4 gezeigte Schaltungssubstrate werden
häufig verwendet, um einen Dreiphasen-Wechselrichter mit
der obigen Schaltungsanordnung aufzubauen. Das heißt,
daß der Hauptstromkreis, der aus den Transistoren 20 bis
22 und 40 bis 42 zusammengesetzt ist, auf einem
Hauptstromkreis-Substrat 3 aufgebaut wird, auf dem ein
Halbleiterchip 4 angebracht wird, der die erforderlichen
Funktionen aufweist. Zusätzlich sind die einzelnen
Treiberschaltungen 14 bis 16 und 34 bis 36 auf einem
Treiberschaltungssubstrat 5 angeordnet, auf dem diese
einzelnen Treiberschaltungen integral angebracht sind.
Sowohl das Hauptstromkreis-Substrat 3 und das
Treiberschaltungssubstrat 5 sind in einen Behälter eingebaut,
der aus einem Gehäuse 1 und einem Gehäuse 2 gesteht, das
eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Das
Hauptstromkreis-Substrat 3 und das Treiberschaltungssubstrat 5
sind miteinander über eine innere Verbindungsleitung 6
verbunden. Zusätzlich wird das Treiberschaltungssubstrat
5 mit äußeren Steuersignalen und zusätzlichen
Stromversorgungen 17 bis 19 und 37 über äußere Verbindungen
versorgt,
die als Leitungen 7 in der Figur gezeigt werden.
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In herkömmlichen Dreiphasen-Wechselrichtern wird das
Treiberschaltungssubstrat 5 wie in Figur 5 gezeigt
angeordnet. Das heißt, daß ein Substrat der Art einer
doppelseitigen gedruckten Schaltung als ein
Treiberschaltungssubstrat 5 verwendet wird und die einzelnen
Treiberschaltungen 14 bis 16 und 34 bis 36 zusammen auf der
oberen Oberfläche 5a des Treiberschaltungssubstrats 5
angebracht werden. In den einzelnen Treiberschaltungen
14 bis 16, werden verschiedene elektrische Erdpotentiale
mit den verschiedenen Transistoremittern 20 bis 22
verbunden, die im oberen Schaltungszweig 10 angeordnet
sind. Folglich bestehen die Leiterbereiche 11 bis 13, auf
denen die einzelnen Treiberschaltungen angebracht sind,
einzeln aus einem folienartigen Leiter auf der oberen
Oberfläche 5a des Substrats der Art einer doppelseitigen
gedruckten Schaltung. In diesem Fall sind die
Leiterbereiche 11, 12 für die einzelnen Treiberschaltungen 14,
15 integral mit einem Anschluß-Abschnitt ausgebildet,
der mit den Verbindungsleitungen 6, 7 verbunden ist.
Jedoch hat der Leiterbereich 13 für die einzelne
Treiberschaltung 16 einen gesondert ausgebildeten Abschnitt,
einen Leiterbereich 51, der sich zu einem
Anschluß-Abschnitt erstreckt, der mit den Verbindungsleitungen 6, 7
verbunden ist. Der Leiterbereich 51 besteht aus einem
folienartigen Leiter auf der unteren Oberfläche 5b des
Substrats der Art einer doppelseitigen gedruckten
Schaltung.
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Zusätzlich sind in den einzelnen Treiberschaltungen
34 bis 36 jeweilige elektrische Erdpotentiale mit einer
Leitung 45 (siehe Figur 3) verbunden, mit der die
jeweiligen Emitter der Transistoren 40 bis 42, die im oberen
Schaltungszweig 30 angeordnet sind, verbunden sind. Die
Leitung 45 ist eine gemeinsame elektrische Erdpotential-
Leitung, die verwendet wird, um ein elektrisches
Erdpotential bereitzustellen, das gleich einem gemeinsamen
elektrischen Bezugspotential für die negative
Elektrodenseite ist. Folglich sind einzelne Treiberschaltungen
34 bis 36 an einem gemeinsamen Leiterbereich 31
angebracht. Zusätzlich besteht der Leiterbereich 31 aus
einem folienartigen Leiter auf der oberen Oberfläche 5a des
Substrats der Art einer doppelseitigen gedruckten
Schaltung. In diesem Fall weist der Leiterbereich 31 einen
gesondert ausgebildeten Abschnitt auf, einen Leiterbereich
52, der sich zu einem Anschluß-Abschnitt erstreckt, der
mit den Verbindungsleitungen 6, 7 verbunden ist. Der
Leiterbereich 52 besteht aus einem folienartigen Leiter auf
der unteren Oberfläche 5b des Substrats der Art einer
doppelseitigen gedruckten Schaltung.
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Das heißt, daß das herkömmliche
Treiberschaltungssubstrat 5, das in Figur 5 gezeigt wird, Leiterbereiche
sowohl an der oberen Oberfläche 5a als auch an der
unteren Oberfläche 5b hat. Jedoch ermöglicht es das Substrat
der Art einer doppelseitigen gedruckten Schaltung, daß
die erforderliche elektrische Isolation zwischen den
einzelnen Treiberschaltungen 14 bis 16 und zwischen den
einzelnen Treiberschaltungen 14 bis 16 und dem
Leiterbereich 31, der aus den einzelnen Treiberschaltungen 34 bis
36 zusammengesetzt ist, ausreichend sichergestellt ist.
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In dem Dreiphasen-Wechselrichter mit der in Figur 3
gezeigten Schaltungsanordnung führen die oberen
Transistoren 20 bis 22 und die unteren Transistoren 40 bis 42
wechselweise und periodisch Schaltoperationen als
Reaktion auf Steuersignale durch, um die
Haupt-Gleichstromversorgung
(Vd) in Dreiphasen-Wechselströme umzuwandeln.
In diesem Fall führen die jeweiligen Transistoren 20 bis
22 des oberen Zweiges Schaltoperationen in
Zeitintervallen durch, die einem Phasenwinkel von 120º entsprechen,
um Dreiphasen-Wechselströme symmetrisch zu halten.
Ferner müssen die Gruppe der Transistoren 20 bis 22 des
oberen Zweiges und die Gruppe der Transistoren 40 bis 42 des
unteren Zweiges alternativ Schaltoperationen in
Zeitintervallen durchführen, die einem Phasenwinkel von 180º
entsprechen, so daß entgegenwirkende Transistoren, zum
Beispiel die Transistoren 20 und 40, nicht gleichzeitig
eingeschaltet sein werden.
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Eines der wichtigsten Dinge, die in Betracht zu
ziehen sind, wenn eine Halbleiter-Umwandlungsvorrichtung
aufgebaut wird, ist die Vermeidung von
Funktionsstörungen von Halbleiter-Schaltungselementen. Ein versagendes
Halbleiter-Schaltungselement wird einen Kurzschluß in
einem Zweig verursachen, was übermäßige elektrische
Ströme in der Schaltung fließen lassen wird. Als Resultat
können ernste Defekte wie die Zerstörung des Halbleiter-
Schaltungselements oder der zu betreibenden Einrichtung
wie des Elektromotors auftreten.
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Fortschritte in der Halbleitertechnologie in der
letzten Zeit haben die Funktionsstörung von Halbleiter-
Schaltungselementen wesentlich verringert, und haben die
Zuverlässigkeit von Halbleiter-Umwandlungsvorrichtungen
verbessert. Jedoch können solche Funktionsstörungen auch
durch andere Faktoren als die
Halbleiter-Schaltungselemente verursacht werden. Unter diesen ist der Aufbau des
Treiberschaltungssubstrats. In einem
Dreiphasen-Wechselrichter verändern sich die elektrischen Potentiale
der Emitter der Transistoren 20 bis 22 zu
unterschiedlichen
Zeiten als Reaktion auf die obenerwähnten
Schaltoperationen der Transistoren 20 bis 22 und 40 bis 42.
Folglich verändern sich in dem
Treiberschaltungssubstrat, das in dem Dreiphasen-Wechselrichter angeordnet
ist, die elektrischen Potentiale der jeweiligen
Leiterbereiche, die mit den Transistoren 20 bis 22 verbunden
sind, andauernd.
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Beim Aufbau des Treiberschaltungssubstrats 5, das im
oben beschriebenen, dem Stand der Technik entsprechenden
Dreiphasen-Wechselrichter angeordnet ist, sollte der
Leiterbereich 13, auf dem die einzelne Treiberschaltung
16 angebracht ist, und der Leiterbereich 51, der
elektrisch damit verbunden ist, besonders beachtet werden.
Das heißt, daß die Leiterbereiche 13 und 52 oder die
Leiterbereiche 51 und 12 Abschnitte aufweisen, die sich über
die gleichen Bereiche des Substrats erstrecken, jedoch
an verschiedenen Oberflächen des Substrats mit dem
isolierten Substrat des Substrats der Art einer
doppelseitigen gedruckten Schaltung dazwischen. Diese
gegenüberliegenden Abschnitte sorgen für eine relativ große
parasitäre Kapazität, da sie eine Anordnung aufweisen, die
der eines Kondensators ähnlich ist. Hochfrequenzströme
fließen leicht durch solch eine große parasitäre
Kapazität. Folglich können, wenn sich das elektrische
Potential des Emitters des Transistors 22 schnell ändert,
Hochfrequenzströme jeweils von den Leiterbereichen 13
und 51 zu den Leiterbereichen 31 und 12 über die
parasitäre Kapazität fließen. Hochfrequenzströme werden zu
einer Quelle von Störungen und können die Transistoren 21
und 40 bis 42 versagen lassen, die durch die einzelnen
Treiberschaltungen 15 und 34 bis 36 getrieben werden, die
auf den Leiterbereichen 12, 31 angebracht sind.
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Zusätzlich ist der Stromweg im Leiterbereich 31
länger als der der Leiterbereiche 11 bis 13, da darauf
einzelne Treiberschaltungen 34 bis 36 integral angebracht
sind. Desweiteren ist der Stromweg des Leiterbereichs 52
länger als der des Leiterbereichs 31, da er das ganze
Gebiet des Leiterbereichs 31 abdecken muß und sich zum
Anschluß-Abschnitt erstreckt, der mit den
Verbindungsleitungen 6, 7 verbunden ist. Der Leiterbereich 52 weist
einen Leiterbereich 52a auf (siehe Figur 7), für die
darin ausgebildete gemeinsame elektrische Erdpotential-
Leitung 45. Der Leiterbereich 52a ist im Randabschnitt
des Leiterbereichs 52 ausgebildet, der das Gebiet des
Leiterbereichs 52 wie in Figur 7 gezeigt umgibt. Die
elektrische Erdpotential-Leitung 45 stellt ein
gemeinsames elektrisches Bezugspotential für die einzelnen
Treiberschaltungen 34 bis 36 bereit und ist elektrisch mit
den Emittern der Transistoren 40 bis 42 und der negativen
Elektrodenseite der zusätzlichen Stromversorgung 37
verbunden. Daher ist die elektrische Erdpotential-Leitung
45 elektrisch mit den Emittern der jeweiligen
Transistoren 40 bis 42 und der Leitung des Haupstromkreises 101
verbunden.
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Folglich verzweigen sich Teile der elektrischen
Hauptgleichströme (Ic) von der Leitung des
Haupstromkreises 101 und fließen zur elektrischen Erdpotential-
Leitung 45. Insbesondere wird die Induktivität der
Leitung des Haupstromkreises 101 verursachen, wenn die
elektrischen Hauptgleichströme (Ic) hochfrequente
Anteile enthalten, daß sich mehr hochfrequente Anteile zur
elektrischen Erdpotential-Leitung 45 verzweigen. Figur 6
zeigt den wichtigen Teil der elektrischen Erdpotential-
Leitung 45 mit den umgebenden Schaltungen im Detail. Wie
in dieser Figur gezeigt wird, beginnen, wenn der
Transistor 41 eingeschaltet wird, gleichstromseitige
elektrische Hauptströme Icy, die von der negativen
Elektrodenseite der Haupt-Gleichstromversorgung (Vd) ausgehen,
durch die Leitung des Haupstromkreises 10 zu fließen, mit
der der Emitter des Transistors 41 verbunden ist. Sofort
nachdem der Transistor 41 eingeschaltet wird, erhöhen
sich die Werte der Haupt-Gleichströme (Icy) rasch, was
darauf hinweist, daß die Ströme eine große Zahl
hochfrequenter Anteile enthalten. Zusätzlich gibt es immer eine
parasitäre Induktivität L1, entweder absichtlich oder
unabsichtlich, in der Leitung des Haupstromkreises 101
zwischen dem Abschnitt, mit dem der Emitter des
Transistors 41 der Leitung des Haupstromkreises 101 verbunden
ist und dem Abschnitt, mit dem der Emitter des
Transistors 40 verbunden ist. Die Existenz der parasitären
Induktivität (L1) ermöglicht es einen abgeleiteten Strom
IL1 zur elektrischen Erdpotential-Leitung 45 zu fließen,
wie unten beschrieben wird. Das heißt, daß der
abgeleitete Strom (IL1) über die elektrische
Erdpotential-Leitung 45 fließt, wenn er an der Leitung des
Haupstromkreises 101 beginnt, durch eine Verbindung mit dem Emitter
des Transistors 41, die elektrische Erdpotential-Leitung
45, und eine Verbindung mit dem Emitter des Transistors
40 in dieser Reihenfolge fließt, und letztlich zur
Leitung des Haupstromkreises 101 zurückkehrt. Der
abgeleitete Strom (IL1) erzeugt eine hochfrequente Spannung an
parasitären Induktivitäten L2, L3, L4 der elektrischen
Erdpotential-Leitung 45. Folglich werden
Schaltungselemente, die ein elektrisches Erdpotential aufweisen und
zwischen den Induktivitäten verbunden sind, nicht
übereinstimmende elektrische Erdpotentiale aufweisen (die
Schaltungselemente werden nicht gezeigt, bilden jedoch
die einzelnen Treiberschaltungen 34, 35). Diese nicht
übereinstimmenden elektrischen Erdpotentiale können die
ursprünglichen Funktionen des elektrischen Erdpotential
verhindern, was zu einer Funktionsstörung der
Schaltungselemente führt. In diesem Fall, können solche
unwillkommenen Funktionsstörungen in den Transistoren 40,
41 auftreten, da die einzelnen Treiberschaltungen 34, 35
falsche Treibersignale liefern. Dies trifft auch auf die
einzelne Treiberschaltung 36 für den Transistor 42 zu.
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In Hinsicht auf die obigen Probleme ist es ein Ziel
dieser Erfindung, Leiterbereiche auf dem
Treiberschaltungssubstrat, die für
Halbleiter-Umwandlungsvorrichtungen wie zum Beispiel Wechselrichter verwendet werden,
zu überdenken und eine Halbleiter-Umwandlungsvorrichtung
bereitzustellen, die die Nachteile des Stands der
Technik dadurch vermeidet, daß sie selten versagt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung, wird das obige
Ziel erreicht, indem eine
Halbleiter-Umwandlungsvorrichtung mit einer Brückenschaltungsanordnung bereitgestellt
wird und die aus einem Hauptstromkreis mit einem
Halbleiter-Schaltungselement für mindestens einen oberen
Zweig und einen unteren Zweig besteht, und einer
Treiberschaltung mit einzelnen Treiberschaltungen, die auf
Leiterbereiche aus einem folienartigen Leiter auf einem
Substrat der Art einer gedruckten Schaltung angebracht
sind und in Zuordnung zu den jeweiligen Halbleiter-
Schaltungselementen bereitgestellt werden, um die
Halbleiter-Schaltungselemente Schaltoperationen auszuführen
zu lassen, wobei die Treiberschaltung das gleiche
Substrat der Art einer gedruckten Schaltung darauf aufweist
wie die einzelnen Treiberschaltungen, welche die
Halbleiter-Schaltungselemente treiben, die für die oberen
Zweige bereitgestellt sind, und die einzelnen
Treiberschaltungen treiben, welche die
Halbleiter-Schaltungselemente, die für die unteren Zweige bereitgestellt
sind, worin der Leiterbereich, auf dem die einzelnen
Treiberschaltungen ausgebildet sind, welche die
Halbleiter-Schaltungselemente treiben, die für die oberen
Zweige bereitgestellt sind, und der Leiterbereich, auf
dem die einzelnen Treiberschaltungen ausgebildet sind,
welche die Halbleiter-Schaltungselemente treiben, die
für die unteren Zweige bereitgestellt sind, so
angeordnet sind, daß sie nicht in Gegenüberlage zueinander mit
der isolierten Materialschicht des Substrats der Art
einer gedruckten Schaltung zwischen ihnen angeordnet sind.
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Vorzugweise ist die Brückenschaltung eine
Dreiphasen-Brückenschaltung.
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Erfindungsgemäß sind wie oben beschrieben, der
Leiterbereich, der darauf einzelne Treiberschaltungen
aufweist, um die Halbleiter-Schaltungselemente zu treiben,
die für die oberen Zweige bereitgestellt sind, und der
Leiterbereich, der darauf einzelne Treiberschaltungen
aufweist, um die Halbleiter-Schaltungselemente zu
treiben, die für die unteren Zweige bereitgestellt sind, so
ausgebildet, daß sie nicht in Gegenüberlage zueinander
mit der isolierten Materialschicht des Substrats der Art
einer gedruckten Schaltung dazwischen angeordnet sind.
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Daher ist der Wert der zwischen den Leiterbereichen
gebildeten parasitären Kapazität sehr klein. Als
Ergebnis ist der Wert der hochfrequente Störströme, die durch
die parasitäre Kapazität zwischen Leiterbereichen zu
einem anderen Leiterbereich fließt, sehr klein. Dies
verhindert das Versagen der Treiberschaltung infolge
hochfrequenter
Störströme.
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Eine Ausführung der Erfindung wird nun genau unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben
werden, in denen:
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Figur 1 eine schematische Zeichnung ist, die den
Aufbau des Treiberschaltungssubstrats eines
erfindungsgemäßen Dreiphasen-Wechselrichters veranschaulicht;
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Figur 2 eine erläuternde Zeichnung ist, die die
Anordnung einer elektrischen Erdpotential-Leitung mit
äußeren Schaltungen im wichtigen Teil des
erfindungsgemäßen Dreiphasen-Wechselrichters veranschaulicht;
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Figur 3 ein Schaltplan ist, der die
Schaltungsanordnung des Dreiphasen-Wechselrichters veranschaulicht;
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Figur 4 eine Querschnittsansicht ist, die den Aufbau
des Dreiphasen-Wechselrichters veranschaulicht;
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Figur 5 eine schematische Zeichnung ist, die den
Aufbau des Treiberschaltungssubstrats eines Dreiphasen-
Wechselrichters des Stands der Technik veranschaulicht;
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Figur 6 eine schematische Zeichnung ist, die die
Anordnung einer elektrischen Erdpotential-Leitung mit
äußeren Schaltungen im wichtigen Teil eines Dreiphasen-
Wechselrichters des Stands der Technik veranschaulicht;
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und
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Figur 7 eine schematische Zeichnung ist, die die
Anordnung des wichtigen Abschnitts des Leiterbereichs der
elektrischen Erdpotential-Leitung veranschaulicht, die
auf dem Treiberschaltungssubstrat eines
Dreiphasen-Wechselrichters des Stands der Technik angeordnet ist.
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Eine erfindungsgemäße Ausführung wird unten unter
Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnungen
erklärt werden.
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Figur 1 zeigt den Aufbau des
Treiberschaltungssubstrats
eines erfindungsgemäßen
Dreiphasen-Wechselrichters. Der erfindungsgemäße Dreiphasen-Wechselrichter
weist die gleiche Schaltungsanordnung wie der Stand der
Technik auf, wie oben in Figur 3 beschrieben. Daher ist
keine weitere Beschreibung der Arbeitsweise der
Schaltung gerechtfertigt. Der erfindungsgemäße Dreiphasen-
Wechselrichter besteht aus einem
Hauptstromkreis-Substrat 5, das einen Aufbau aufweist, der ähnlich zu dem
des Stands der Technik ist, wie oben in Figur 4
beschrieben, und einem erfindungsgemäßen
Treiberschaltungssubstrat, auf dem einzelne Treiberschaltungen 14 bis 16 und
34 bis 36 integral angebracht sind.
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Für das erfindungsgemäße Treiberschaltungssubstrat
5, das in Figur 1 gezeigt wird, sind unabhängige
Leiterbereiche 11 bis 13 für die einzelnen Treiberschaltungen
14 bis 16 integral auf der oberen Oberfläche 5a des
Substrats ausgebildet, zusammen mit einem
Anschluß-Abschnitt, der mit Verbindungsleitungen 6, 7 verbunden
ist. Dieser Aufbau beseitigt den Leiterbereich 51, der
herkömmlich an der Unterseite des Substrats ausgebildet
ist. Zusätzlich ist ein gemeinsamer Leiterbereich für
die einzelnen Treiberschaltungen 34 bis 36 integral an
der oberen Oberfläche 5a des Substrats 5 ausgebildet,
zusammen mit dem Abschnitt des Leiterbereichs, der in der
in Figur 5 gezeigten, dem Stand der Technik
entsprechenden Ausführung, mit 52 gekennzeichnet ist. Folglich sind
ein Anschluß-Abschnitt, der mit den Verbindungsleitungen
6, 7 verbunden ist und der Leiterbereich 52a für die
elektrische Erdpotential-Leitung 45 ebenfalls an der
oberen Oberfläche 5a des Substrats 5 ausgebildet. Daher
weisen diese Leiterbereiche 11 bis 13 und 31 keine
überlappenden Abschnitte auf, die einander mit der
isolierenden
Schicht des Substrats der Art einer
doppelseitigen gedruckten Schaltung dazwischen gegenüberliegen.
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Folglich macht das Fehlen überlappender
Leiterbereiche, die einander gegenüber liegen, den Wert
irgendeiner, zwischen den Leiterbereichen 11 bis 13 und dem
Bereich 31 gebildeten, parasitären Kapazität sehr klein.
Als Resultat ist der Wert der hochfrequenten Störströme,
die durch solche parasitäre Kapazitäten von einem
Leiterbereich zu einem anderen Leiterbereich fließen, sehr
klein. Dies verringert wesentlich die Möglichkeit, daß
die Treiberschaltungen 15 und 34 bis 36 infolge
hochfrequenter Störströme versagen werden, oder daß die
Transistoren 21 und 40 bis 42 versagen werden, was es wiederum
erlaubt, einen sehr zuverlässigen
Dreiphasen-Wechselrichter herzustellen.
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Unter Bezugnahme auf Figur 1, wurde diese Erfindung
im Zusammenhang mit dem Treiberschaltungssubstrat 5
beschrieben, was unter Verwendung eines Substrats der Art
einer doppelseitigen gedruckten Schaltung aufgebaut
wurde, obwohl sie nicht auf eine solche Anordnung
begrenzt ist. Das heißt, daß ein
Dreiphasen-Wechselrichter, der selten versagt, selbstverständlich vollendet
werden kann, ob ein einseitiges oder ein mehrschichtiges
Substrat der Art einer gedruckten Schaltung als Substrat
der Art einer gedruckten Schaltung in einem Dreiphasen-
Wechselrichter verwendet wird, mit einzelnen
Treiberschaltungen, die die Transistoren treiben, die im
Hauptstromkreis mit einer Drei-Brückenschaltungsanordnung
angeordnet sind, so lange wie die Leiterbereiche, an denen
die einzelnen Treiberschaltungen angebracht sind, so
angeordnet sind, daß keiner ihrer Abschnitte überlappt.
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Zusätzlich wurde unter Bezugnahme auf Figur 1 diese
Erfindung im Zusammenhang mit einen
Dreiphasen-Wechselrichter beschrieben, in dem herkömmliche bipolare NPN-
Transistoren als Halbleiter-Schaltungselemente
verwendet werden, obwohl sie nicht auf einen solchen
Wechselrichter beschränkt werden muß. Ähnliche Wirkungen können
durch Verwendung bipolarer PNP-Transistoren, MOSFETs,
IGETs, spannungsgetriebener Transistoren oder
Thyristoren für die Halbleiter-Schaltungselemente erhalten
werden.
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Überdies ist diese Erfindung im Zusammenhang mit dem
Leiterbereich 52a für die elektrische
Erdpotential-Leitung 45 beschrieben worden, die am Umfang des
Leiterbereichs 52 ausgebildet ist, so daß er das Gebiet des
Leiterbereichs 52 umgibt, obwohl sie nicht auf eine solche
Anordnung beschränkt sein muß. Wenn ein doppelseitiges
oder mehrschichtiges Substrat der Art einer gedruckten
Schaltung verwendet wird, kann der Leiterbereich 52a vom
Leiterbereich 52 getrennt sein, und kann auf einer
anderen Schicht als der des Leiters, auf dem der
Leiterbereich 52 ausgebildet ist, ausgebildet sein. In diesem
Fall, weist der Leiterbereich 52a vorzugsweise die
gleiche Form auf wie der Leiterbereich 52 (den
Anschluß-Abschnitt ausgenommen) und wird in überlappender Beziehung
zum Leiterbereich 52 ausgebildet. Diese Anordnung
vergrößert die Querschnittsfläche des Leiters, was die
Werte der parasitären Induktivität und des Widerstands,
die schwankende elektrische Erdpotentiale verursachen
können, verringern kann.
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Zusätzlich ist Figur 2 eine erläuternde Zeichnung,
die die Anordnung einer elektrischen
Erdpotential-Leitung im wichtigen Teil des Dreiphasen-Wechselrichters
veranschaulicht. Wie in Figur 2 gezeigt, besteht der
Dreiphasen-Wechselrichter aus einzelnen elektrischen
Erdpotential-Leitungen 46, 47, welche einzeln
elektrische Erdpotentiale bereitstellten, die elektrische
Bezugspotentiale der negativen Elektrodenseite sind, für
die einzelnen Treiberschaltungen, die Treibersignale an
die Transistoren 40, 41 des unteren Zweiges liefern.
Zusätzlich weist das Treiberschaltungssubstrat 5, das in
dem erfindungsgemäßen Dreiphasen-Wechselrichter
angeordnet ist, Graphik- oder Leitungsmuster auf,
entsprechend den darauf gebildeten einzelnen Treiberschaltungen
46, 47. Diese einzelnen elektrischen
Erdpotential-Leitungen 46, 47 sind jeweils jede einzeln an einem einzigen
Punkt der Verbindungs-Leitungen 46a, 47a mit der
elektrischen Erdpotential-Leitung 45 verbunden. Die einzelne
Treiberschaltung 36, die Treibersignale an den
Transistor 42 des unteren Zweiges liefert, weist auch eine
darauf ausgebildete einzelne elektrische
Erdpotential-Leitung auf, und diese einzelne elektrische Erdpotential-
Leitung ist an einem einzigen Punkt, mit der elektrischen
Erdpotential-Leitung 45 verbunden, wie in den einzelnen
Treiberschaltungen 34, 35, obwohl dies in Figur 2 nicht
gezeigt wird.
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Folglich werden in der erfindungsgemäßen
Treiberschaltung, worin zugeordnete einzelne elektrische
Erdpotential-Leitungen für einzelne Treiberschaltungen 34 bis
36 bereitgestellt werden, wenn ein abgeleiteter Strom
(nur ein abgeleiteter Strom IL1 wird in Figur 2 gezeigt)
der Haupt-Gleichströme (Ic), die von der
Haupt-Gleichstromversorgung (Vd) an den Dreiphasen-Wechselrichter-
Hauptstromkreis geliefert werden, über die elektrische
Erdpotential-Leitung 45 fließt, die elektrischen
Erdpotentiale der einzelnen elektrischen
Erdpotential-Leitungen
46 bis 48 gleich dem elektrischen Potential des
Punkts der gemeinsamen elektrischen Erdpotential-Leitung
45, an die die Verbindungsleitungen 46a, 47a, etc.
angeschlossen sind. Das elektrische Potential kann sich
zwischen den einzelnen elektrischen Erdpotential-Leitungen
46 bis 48 ändern, aber es ist einheitlich innerhalb der
gleichen einzelnen elektrischen Erdpotential-Leitung 46,
47, oder 48. Folglich ändert, auch wenn der Strom über
die parasitären Induktivitäten (L2, L3, L4) der
elektrischen Erdpotential-Leitung 45 abgeleitet wird, und das
elektrische Erdpotential sich zwischen den einzelnen
Treiberschaltungen ändert, es sich nicht innerhalb jeder
einzelnen Treiberschaltung 46, 47, 48. Dies hindert die
einzelnen Treiberschaltungen 46 bis 48 daran, infolge
eines nicht einheitlichen Erdpotentials innerhalb jeder
einzelnen Treiberschaltung zu versagen.
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Diese Erfindung ist bisher im Zusammenhang mit einem
Fall beschrieben worden, in dem bipolare
NPN-Transistoren als Halbleiter-Schaltungselemente verwendet werden.
Wenn jedoch ein Dreiphasen-Wechselrichter
PNP-Transistoren zumindest für den oberen Schaltungszweig-Teil
verwendet, werden die elektrischen Potentiale der Emitter
der im oberen Schaltungszweig-Teil angeordneten
Transistoren gleich sein. Daher kann die Funktionsstörung der
einzelnen Treiberschaltungen vermindert werden, indem
eine zugeordnete einzelne elektrische Bezugspotential-
Leitung bereitgestellt wird, welche ein elektrisches
Emitter-Potential für jede einzelne Treiberschaltung wie
oben beschrieben festlegt.
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Ferner ist diese Erfindung bisher in Zusammenhang
mit einem Gehäuse, in dem eine
Halbleiter-Umwandlungsvorrichtung ein Wechselrichter ist, beschrieben worden;
jedoch muß sie nicht auf eine solche Vorrichtung
beschränkt sein. Das heißt, daß Umrichter, die
Wechselströme in Gleichströme umwandeln, ebenfalls verwendet
werden können, so lange wie sie
Halbleiter-Umwandlungsvorrichtungen sind, die Halbleiter-Schaltungselemente in
einem Hauptstromkreis mit einer
Brückenschaltungsanordnung umfassen.
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Wie oben beschrieben wird in der erfindungsgemäßen
Halbleiter-Umwandlungsvorrichtung, wenn Leiterbereiche,
die einzelne Treiberschaltungen aufweisen, die
Halbleiter-Schaltungselemente treiben, nicht in Gegenüberlage
zueinander, mit der isolierten Schicht des Substrats der
Art einer gedruckten Schaltung dazwischen, ausgebildet
sind, der Wert der zwischen den Leiterbereichen
gebildeten parasitären Kapazität sehr klein sein. Dies wiederum
macht den Wert der hochfrequenten Störströme, die über
die parasitäre Kapazität zwischen Leiterbereichen zu
einem anderen Leiterbereich fließen, sehr klein, was die
einzelnen Treiberschaltungen daran hindert, durch die
hochfrequenten Störströme zu versagen.
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Solch eine Halbleiter-Umwandlungsvorrichtung kann
zum Beispiel für einen Wechselrichter verwendet werden,
der einer Wechselspannung änderbarer Frequenz an einen
Elektromotor liefert, um ihn zu steuern, indem die
verringerte Möglichkeit einer Funktionsstörung der
einzelnen Treiberschaltungen dazu dient, die Zuverlässigkeit
der Vorrichtung zu verbesserten und die
Wahrscheinlichkeit eines ernsten Defekts, wie zum Beispiel eines
Kurzschlusses eines Schaltungszweiges zu beseitigen.