DE9403108U1 - Low-inductance high-current busbar for converter modules - Google Patents

Low-inductance high-current busbar for converter modules

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Description

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Siemens AktiengesellschaftSiemens AG

Niederinduktive Hochstromverschienung für Stromrichtermodule 5Low-inductive high-current busbar for power converter modules 5

Die Erfindung bezieht sich auf ein ein- bzw. mehrphasiges Stromrichtermodul, bestehend aus wenigstens einem Zweigpaar mit jeweils zwei Leistungshalbleitern, die jeweils zwischen zwei Leistungsanschlüssen angeordnet sind, wobei jedem Zweigpaar ein Entlastungsnetzwerk, bestehend aus Kondensatoren, Dioden und Widerständen, zugeordnet ist.The invention relates to a single-phase or multi-phase power converter module, consisting of at least one branch pair with two power semiconductors each, which are each arranged between two power connections, wherein each branch pair is assigned a relief network consisting of capacitors, diodes and resistors.

Aus der DE 36 09 065 Al ist eine niederinduktive Verschienung eines Phasenbausteins eines Wechselrichters bekannt. Der Phasenbaustein besteht aus zwei abschaltbaren Leistungshalbleitern, denen jeweils eine Freilaufdiode und ein Entlastungsnetzwerk, bestehend aus einem Kondensator, einer Diode und einem Widerstand, zugeordnet ist. Die Widerstände sind in einem Widerstand zusammengefaßt. Diese Bauelemente bilden zusammen mit den abschaltbaren Leistungshalbleitern drei abhängige Stromkreise. Als niederinduktive Verschienung sind mehrere aufeinander geschichtete, jeweils durch eine Isolation voneinander elektrisch getrennte Stromschienen vorgesehen. Bei &eegr; Stromschienen werden bei dieser niederinduktiven Verschienung n+1 Stromschienen benötigt, wobei die äußeren Stromschienen unmittelbar miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Bei dieser niederinduktiven Verschienung können die Kondensatoren der Entlastungsnetzwerke nicht streuarm an die Stromschienen der Verschienung angebracht werden. Außerdem benötigt dieser aufgebaute Phasenbaustein ein verhältnismäßig großes Volumen.A low-inductance busbar system of a phase module of an inverter is known from DE 36 09 065 Al. The phase module consists of two power semiconductors that can be switched off, each of which is assigned a freewheeling diode and a relief network consisting of a capacitor, a diode and a resistor. The resistors are combined in a resistor. These components form together with the power semiconductors that can be switched off, three dependent circuits. The low-inductance busbar system consists of several busbars that are layered on top of one another and are electrically separated from one another by insulation. For n busbars, n+1 busbars are required for this low-inductance busbar system, with the outer busbars being directly connected to one another in an electrically conductive manner. With this low-inductance busbar system, the capacitors of the relief networks cannot be attached to the busbars of the busbar system with little dispersion. In addition, this constructed phase module requires a relatively large volume.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 89 09 246.5 ist eine induktionsarme Kondensatorbatterie bekannt, die aus mehreren an einer Tragplatte angebrachten Kondensatoren besteht, wobeiA low-induction capacitor battery is known from the German utility model G 89 09 246.5, which consists of several capacitors attached to a support plate, whereby

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die Kondensatoren elektrisch in Reihe und/oder " parallel geschaltet sind. Als Tragplatte ist ein Stapel aus Metallplatten und flächenmäßig größeren Kunststoffplatten vorgesehen, wobei jeweils zwischen zwei Metallplatten eine Kunststoffplatte angeordnet ist. Die Kunststoffplatten sind mit einer Anzahl von Bohrungen und die Metallplatten mit zu den Bohrungen der Kunststoffplatten korrespondierenden Bohrungen versehen, wobei jeweils der Durchmesser der Bohrungen in den Metallplatten wesentlich größer ist als der Durchmesser der korrespondierenden Bohrung in den Kunststoffplatten. Die Metallplatten dienen gleichzeitig als Stromschienen zur elektrischen Verbindung der Kondensatoren.the capacitors are electrically connected in series and/or parallel. A stack of metal plates and larger plastic plates is provided as the support plate, with a plastic plate arranged between two metal plates. The plastic plates are provided with a number of holes and the metal plates with holes corresponding to the holes in the plastic plates, with the diameter of the holes in the metal plates being significantly larger than the diameter of the corresponding hole in the plastic plates. The metal plates also serve as busbars for the electrical connection of the capacitors.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Kondensatorbatterie ist als Tragplatte eine doppelkaschierte Leiterplatte vorgesehen, deren flächenmäßig kleinere Kupferkaschierungen jeweils wenigstens eine Anschlußfläche für die Kondensatoren bilden und jeweils mit einer Stromschiene elektrisch leitend verbunden sind, wobei als Kondensatoren Elektrolyt-0 Kondensatoren mit Lötstiften vorgesehen sind.In an advantageous embodiment of this capacitor battery, a double-clad circuit board is provided as the support plate, the smaller copper claddings of which each form at least one connection surface for the capacitors and are each electrically connected to a busbar, with electrolytic capacitors with solder pins being provided as capacitors.

Aus der europäischen Patentanmeldung 0 519 305 A2 ist eine Stromrichterbaueinheit mit wenigstens zwei Halbleiter-Leistungsmoduln je Wechselstromphase bekannt, die lösbar auf einem Kühlkörper befestigt sind. Diese Stromrichterbaueinheit weist drei Phasenbausteine auf, die jeweils ein Beschaltungswerk, auch Entlastungsnetzwerk bzw. snubber circuit genannt, aufweisen. Außerdem ist ein Beschaltungsnetzwerk für den Stromrichter vorgesehen. Die Phasenbausteine des Stromrich-0 ters sind elektrisch parallel zu einer Zwischenkreis-Kondensatorbatterie geschaltet. Diese Kondensatorbatterie besteht aus einem Verschienungssystem und mehreren Kondensatoren. Das Vers chi enungs sys tem ist mittels Metallhülsen mit den Leistungsanschlüssen der Halbleiter-Leistungsmoduln elektrisch und verliersicher befestigt. Die Bauelemente der Beschal-From the European patent application 0 519 305 A2, a converter assembly with at least two semiconductor power modules per AC phase is known, which are detachably attached to a heat sink. This converter assembly has three phase modules, each of which has a circuit, also called a snubber circuit. A circuit network is also provided for the converter. The phase modules of the converter are electrically connected in parallel to an intermediate circuit capacitor bank. This capacitor bank consists of a busbar system and several capacitors. The busbar system is electrically and securely attached to the power connections of the semiconductor power modules using metal sleeves. The components of the circuit

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tungsnetzwerke der Phasenbausteine und des Stromrichters sind oberhalb und unterhalb der konzentrisch angeordneten Kondensatoren der Kondensatorbatterie mit dem Verschienungssystem auf kürzestem Wege und damit mit seinem zugehörigen Halbleiter-Leistungsmodul elektrisch leitend verbunden. Nachteilig bei dieser Stromrichterbaueinheit ist der getrennte Aufbau von niederinduktiver Leistungsverschienung und Beschaltungselementen. Da das Verschienungssystem überwiegend in den Bereichen der Bauelemente der Beschaltungsnetzwerke und der Kondensatoren der Kondensatorbatterie verpreßt ist, bestehen viele Bereiche im Verschienungssystem, in dem Luft eingeschlossen ist, wodurch die Hochspannungseigenschaften nicht sehr gut sind. Außerdem ist der Montageaufwand infolge der Verschraubungen der Bauelemente und der Kondensatoren noch aufwendig.The power networks of the phase modules and the converter are connected to the busbar system above and below the concentrically arranged capacitors of the capacitor bank via the shortest possible route and thus to its associated semiconductor power module in an electrically conductive manner. The disadvantage of this converter unit is the separate construction of the low-inductive power busbar and wiring elements. Since the busbar system is mainly pressed in the areas of the components of the wiring networks and the capacitors of the capacitor bank, there are many areas in the busbar system in which air is trapped, which means that the high-voltage properties are not very good. In addition, the assembly effort is still complex due to the screw connections of the components and the capacitors.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine niederinduktive, für hohe Spannungen isolierte Verbindung zwischen Leistungshalbleitern mit zusätzlicher Anbindung von Beschaltungskomponenten, beispielsweise Kondensatoren, Dioden, Widerständen, anzugeben.The invention is based on the object of specifying a low-inductance, high-voltage-insulated connection between power semiconductors with additional connection of circuit components, for example capacitors, diodes, resistors.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1.

Dadurch., daß als Basis für die nieder induktive Hochstromverschienung eine mehrlagige Leiterplatte mit mehreren stromtragfähigen Lagen vorgesehen ist, können die Beschaltungselemente des bzw. der Entlastungsnetzwerke mittels kupferka-0 schierter Leiterbahnen auf einer Seite, beispielsweise der Lötseite der Hochstromverschienung, miteinander elektrisch leitend verbunden werden. Dadurch sind die Beschaltungselemente jeweils streuarm an die Anschlüsse der Leistungshalbleiter angebunden. Diese Hochstromverschienung kann wieBecause a multilayer circuit board with several current-carrying layers is provided as the basis for the low-inductive high-current busbar, the circuit elements of the relief network(s) can be electrically connected to one another using copper-clad conductor tracks on one side, for example the soldering side of the high-current busbar. This means that the circuit elements are connected to the connections of the power semiconductors with little stray current. This high-current busbar can be used as

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andere Leiterplatten automatisch bestückt und schwallgelötet werden.other circuit boards are automatically assembled and wave soldered.

Die einzelnen elektrisch leitfähigen Lagen, die jeweils einen Leistungsanschluß bilden, werden unter Verwendung von Leiterplattenbasismaterial als 'Isolierschicht teilentladungsfrei miteinander unter großem Druck verpreßt. Somit weist die Hochstromverschienung geringfügige oder keine Lufteinschlüsse auf, wodurch diese Hochstromverschienung gute bis sehr gute Hochspannungseigenschaften aufweist.The individual electrically conductive layers, each of which forms a power connection, are pressed together under high pressure without partial discharge using circuit board base material as an insulating layer. The high-current busbar therefore has minimal or no air inclusions, which means that this high-current busbar has good to very good high-voltage properties.

Je nach Anwendungsfall können die Ansteuerschaltungen der Leistungshalbleiter mit auf der Hochstromverschienung integriert werden.
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Depending on the application, the control circuits of the power semiconductors can be integrated into the high-current busbar.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den Ansprüchen 2 bis 6 zu entnehmen.Further advantageous embodiments can be found in claims 2 to 6.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung 0 bezug genommen, in der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen niederinduktiven, mehrlagigen Hochstromverschienung in Leiterplattentechnik für Stromrichtermoduln schematisch veranschaulicht ist.To further explain the invention, reference is made to drawing 0, in which an embodiment of the low-inductive, multi-layer high-current busbar according to the invention in printed circuit board technology for power converter modules is schematically illustrated.

Figur 1 · zeigt ein Ersatzschaltbild einer Wechselrichterphase, wogegen dieFigure 1 · shows an equivalent circuit diagram of an inverter phase, whereas the

Figur 2 den zugehörigen räumlichen Aufbau als Seitenansicht zeigt, dieFigure 2 shows the corresponding spatial structure as a side view, the

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Aufbau nach Figur 2,Figure 3 shows a section of the structure according to Figure 2,

0 in0 in

Figur 4 ist ein Ersatzschaltbild eines dreiphasigen Wechselrichters dargestellt und dieFigure 4 shows an equivalent circuit diagram of a three-phase inverter and the

Figur 5 zeigt eine Sicht auf die Bestückungsseite einer erfindungsgemäßen Hochstromverschienung für einen 5 dreiphasigen Wechselrichter nach Figur 4.Figure 5 shows a view of the component side of a high-current busbar according to the invention for a three-phase inverter according to Figure 4.

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Das' in Figur 1 dargestellte Ersatzschaltbild zeigt schematisch den Aufbau einer Wechselrichterphase 2, bestehend aus zwei elektrisch parallel geschalteten Zweigpaaren 4 und 6 und zwei Entlastungsnetzwerken 8 und 10. Jedem Zweigpaar 4 bzw. 6 ist ein Entlastungsnetzwerk 8 bzw. 10 zugeordnet, wobei diese Entlastungsnetzwerke 8 und 10 auch als RCD-Spannungsbegrenzer für Zweigpaare bezeichnet werden. Gemäß dem Aufsatz "IGBT-Module in Stromrichtern: regeln, steuern, schützen", abgedruckt in der DE-Zeitschrift "etz", Band 110, 1989, Heft 10, Seiten 464 bis 471, werden RCD-Spannungsbegrenzer für Zweigpaare für Stromrichter mit höherem Ausgangsstrom verwendet, weil sie die kürzeren Leitungslängen im Beschaltungsnetz ermöglichen. Jedes Zweigpaar 4 bzw. 6 enthält zwei Leistungshalbleiter Tl,T2 bzw. Tl',T2'. Durch die Verwendung von zwei elektrisch parallel geschalteten Zweigpaaren 4 und 6 erreicht der Wert eines Phasenstromes annähernd den doppelten Wert der Stromtragfähigkeit eines Leistungshalbleiters Tl bzw. T2 bzw. Tl1 bzw. T2 ' eines Zweigpaares 4 bzw. 6. Die Leistungshalbleiter Tl und Tl1 sind mit den Leistungsanschlüssen P und L und die Leistungshalbleiter T2 und T2' sind mit den Leistungsanschlüssen L und N elektrisch leitend verbunden. An den Leistungsanschlüssen P und N wird ein Zwischenkreis eines Umrichters angeschlossen, wobei am Leistungsanschluß L eine Last oder eine Phase einer Last angeschlossen wird. Diese Leistungsanschlüsse P, L und N sind in einer dickeren Strickstärke dargestellt als die elektrischen Leitungen der Entlastungsnetzwerke 8 und 10.The equivalent circuit diagram shown in Figure 1 shows the schematic structure of an inverter phase 2, consisting of two branch pairs 4 and 6 connected electrically in parallel and two relief networks 8 and 10. Each branch pair 4 or 6 is assigned a relief network 8 or 10, whereby these relief networks 8 and 10 are also referred to as RCD voltage limiters for branch pairs. According to the article "IGBT modules in power converters: regulating, controlling, protecting", printed in the German magazine "etz", Volume 110, 1989, Issue 10, pages 464 to 471, RCD voltage limiters for branch pairs are used for power converters with higher output current because they enable shorter line lengths in the wiring network. Each branch pair 4 or 6 contains two power semiconductors Tl,T2 or Tl',T2'. By using two branch pairs 4 and 6 connected electrically in parallel, the value of a phase current reaches approximately twice the current carrying capacity of a power semiconductor Tl or T2 or Tl 1 or T2 ' of a branch pair 4 or 6. The power semiconductors Tl and Tl 1 are electrically connected to the power terminals P and L and the power semiconductors T2 and T2' are electrically connected to the power terminals L and N. An intermediate circuit of a converter is connected to the power terminals P and N, with a load or a phase of a load being connected to the power terminal L. These power terminals P, L and N are shown in a thicker wire gauge than the electrical lines of the relief networks 8 and 10.

Im Ersatzschaltbild sind als Leistungshalbleiter T1,T1',T2 und T2' Insulated-Gate-Bipolar-Transistors (IGBT) dargestellt. Ebenso können auch selbstsperrende Feldeffekttransistoren (MOS-FET) oder Leistungstransistoren (LTR) verwendet werden, ohne daß dabei die Schaltung dieser Wechselrichterphase bzw. die Entlastungsnetzwerke 8 und 10 abgeändertIn the equivalent circuit diagram, T1, T1', T2 and T2' are shown as power semiconductors as insulated gate bipolar transistors (IGBT). Self-blocking field effect transistors (MOS-FET) or power transistors (LTR) can also be used without changing the circuit of this inverter phase or the relief networks 8 and 10

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werden müssen. Die Leistungshalbleiter Tl,..., T2 ' sind abschaltbare Leistungshalbleiter. Als abschaltbarer Leistungshalbleiter kann außerdem ein Gate-Turn-Off-(GTO)-Thyristor verwendet werden, wobei dann unter Umständen das zugehörige Entlastungsnetzwerk aufwendiger wird.The power semiconductors Tl,..., T2 ' are turn-off power semiconductors. A gate turn-off (GTO) thyristor can also be used as a turn-off power semiconductor, although the associated relief network may then be more complex.

Die Figur 2 zeigt eine Seitenansicht einer Wechselrichterphase 2 gemäß dem Ersatzschaltbild nach Figur 1. Diese Wechselrichterphase 2 besteht aus einem Kühlkörper 12, den Leistungshalbleitern T1,T1',T2 und T2 ' und einer bestückten erfindungsgemäßen niederinduktiven, mehrlagigen Hochstromverschienung 14. Die Bauelemente dieser Hochstromverschienung 14 sind Kondensator Cl,...,C8, Dioden Dl,...,D4 und Widerstände Rl,...,R6 der beiden Entlastungsnetzwerke 8 und 10 für die Zweigpaare 4 und 6 der Wechselrichterphase 2.Figure 2 shows a side view of an inverter phase 2 according to the equivalent circuit diagram in Figure 1. This inverter phase 2 consists of a heat sink 12, the power semiconductors T1, T1', T2 and T2' and a populated inventive low-inductance, multi-layer high-current busbar 14. The components of this high-current busbar 14 are capacitors C1,...,C8, diodes D1,...,D4 and resistors R1,...,R6 of the two relief networks 8 and 10 for the branch pairs 4 and 6 of the inverter phase 2.

Diese mehrlagige Hochstromverschienung 14 besteht aus mehreren elektrisch leitfähigen Lagen 16,18 und 20 und mehreren Isolierschichten 22,24,26 und 28. Die elektrisch leitfähigen Lagen 16, 18 und 2 0 werden unter Verwendung dieser Isolierschichten 22 und 24, die jeweils zwischen zwei benachbarten elektrisch leitfähigen Lagen 16 und 18 bzw. 18 und 20 angeordnet sind, teilentladungsfrei miteinander verpreßt. Als Isolierschicht 22 und 24 kann Leiterplattenbasismaterial verwendet werden. Als elektrisch leitfähige Lagen 16,18 und 20 werden jeweils Kupferlagen bzw. Kupferbleche verwendet. Diese leitfähigen Lagen 16,18 und 20 dienen als Leistungsanschlüsse P, L und N der Wechselrichterphase 2. Diese Leistungsanschlüsse P, L und N sind im Ersatzschaltbild nach Figur 1 mit einer dickeren Strichstärke dargestellt, um darzustellen, daß für diese Leistungsanschlüsse P, L und N jeweils eine elektrisch leitfähige Lage 16,18 und 20 vorgesehen ist.This multi-layer high-current busbar 14 consists of several electrically conductive layers 16, 18 and 20 and several insulating layers 22, 24, 26 and 28. The electrically conductive layers 16, 18 and 20 are pressed together without partial discharge using these insulating layers 22 and 24, which are each arranged between two adjacent electrically conductive layers 16 and 18 or 18 and 20. Circuit board base material can be used as insulating layer 22 and 24. Copper layers or copper sheets are used as electrically conductive layers 16, 18 and 20. These conductive layers 16, 18 and 20 serve as power connections P, L and N of the inverter phase 2. These power connections P, L and N are shown in the equivalent circuit diagram according to Figure 1 with a thicker line width to show that an electrically conductive layer 16, 18 and 20 is provided for each of these power connections P, L and N.

84 G 3 O 6 784 G 3 O 6 7

Die Flachseite 3 0 der elektrisch leitfähigen Lage 16 der Hochstromverschienung 14, die den Bauelementen der beiden Entlastungsnetzwerke 8 und 10 zugewandt ist, weist ebenfalls eine Isolierschicht 26 auf, so daß zwischen den Anschlußstiften der Bauelemente und der elektrisch leitfähigen Lage (Leistunganschluß P) eine ausreichende Luft- und Kriechstrecke vorhanden ist. Außerdem weist die Flachseite 32 der elektrisch leitfähigen Lage 20 der Hochstromverschienung 14, die den Bauelementen der beiden Entlastungsnetzwerke 8 und 10 abgewandt ist, ebenfalls eine Isolierschicht 28 auf, um auch zwischen den Anschlußstiften der Bauelemente der beiden Entlastungsnetzwerke 8 und 10 und der elektrisch leitfähigen Lage 20 (Leistunganschluß N) eine ausreichende Luft- und Kriechstrecke zu gewährleisten. Die den Bauelementen Rl,...,R6,C1,...,C8 und Dl,...,D4 zugewandte Seite der Isolierschicht 26 der Hochstromverschienung 14 wird auch als Bestückungsseite bezeichnet, die wie üblich ein Druckbild aufweist, dem man entnehmen kann, wo welches Bauelement der Entlastungsnetzwerke 8 und 10 plaziert werden muß. Die den Bauelementen Rl,...,R6,C1,...,C8 und Dl,...,D4 abgewandte Seite der Isolierschicht 28 der Hochstromverschienung 14 wird als Lötseite bezeichnet, die mit kupferkaschierten Leiterbahnen 34 (Figur 3) versehen ist, mit denen die Bauelemente der Entlastungsnetzwerke 8 und 10 gemäß dem Ersatzschaltbild nach Figur 1 elektrisch leitend verbunden werden. Damit die Bauelemente der Entlastungsnetzwerke 8 und 10 auf der Bestükkungsseite der Hochstromverschienung 14 gemäß dem Ersatzschaltbild nach Figur 1, insbesondere auf der Lötseite, verlötet werden können, ist die mehrlagige Hochstromverschienung 14 mit zahlreichen Durchkontaktierungen versehen.The flat side 30 of the electrically conductive layer 16 of the high-current busbar 14, which faces the components of the two relief networks 8 and 10, also has an insulating layer 26, so that there is sufficient air and creepage distance between the connection pins of the components and the electrically conductive layer (power connection P). In addition, the flat side 32 of the electrically conductive layer 20 of the high-current busbar 14, which faces away from the components of the two relief networks 8 and 10, also has an insulating layer 28 in order to ensure a sufficient air and creepage distance between the connection pins of the components of the two relief networks 8 and 10 and the electrically conductive layer 20 (power connection N). The side of the insulating layer 26 of the high-current busbar 14 facing the components Rl,...,R6,C1,...,C8 and Dl,...,D4 is also referred to as the component side, which as usual has a printed image from which it can be seen where which component of the relief networks 8 and 10 must be placed. The side of the insulating layer 28 of the high-current busbar 14 facing away from the components Rl,...,R6,C1,...,C8 and Dl,...,D4 is referred to as the soldering side, which is provided with copper-clad conductor tracks 34 (Figure 3) with which the components of the relief networks 8 and 10 are electrically connected in accordance with the equivalent circuit diagram in Figure 1. So that the components of the relief networks 8 and 10 can be soldered on the component side of the high-current busbar 14 in accordance with the equivalent circuit diagram in Figure 1, in particular on the soldering side, the multi-layer high-current busbar 14 is provided with numerous through-holes.

Die Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Hochstromverschienung 14, in der eine Kontaktierung, beispielsweise die Kontaktierung eines der beiden Leistungshalbleiter Tl,T2 bzw. Tl1 ,T21 des Zweigpaares 4 bzw. 6 mit demFigure 3 shows a section of the high-current busbar 14 according to the invention, in which a contact, for example the contact of one of the two power semiconductors Tl,T2 or Tl 1 ,T2 1 of the branch pair 4 or 6 with the

9&Iacgr; 6 3 O 69Λ 6 3 O 6

Leistungsanschluß L bzw. der elektrisch leitenden Lage 18 näher dargestellt ist. Diese Ausschnittsdarstellung verdeutlicht, daß eine elektrisch leitende Lage 18 mittels einer Hülse 36 aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise eine Kupferhülse, und einer Schraube 38, mit einem Hauptanschluß (Kollektor, Emitter) eines Leistungshalbleiters Tl,T2,Tl' oder T2 ' elektrisch leitend verbunden wird. Außerdem sind in der Darstellung die Leiterbahnen 34 der Isolierschicht 28 zu erkennen. Ferner sind in dieser Darstellung die Isolierschicht 2 6 mit Leiterbahnen 34 versehen. Im Kontaktbereich ist eine Bohrung in der Isolierschicht 22 bzw. 24 kleiner als eine Bohrung in der elektrisch leitenden Lage 16 bzw. 20, wodurch sich die Luft- und Kriechstrecken zwischen zwei benachbarten elektrisch leitenden Lagen 16,18 bzw. 18,20, die jeweils ein anderes Potential aufweisen, wesentlich vergrößern. Damit bei der Herstellung der mehrlagigen Hochstromverschienung 14, d.h. beim Verpressen der Lagen 16,18,20 und der Isolierschichten 22,...,28, keine Schichten beschädigt werden, sind an den Kontaktstellen bzw. an Lagenenden Isolierstücke 40 bzw. 42 vorgesehen. Die Isolierstücke 40 haben eine kreisringförmige Form, wobei die Isolierstücke 42 quaderförmig ausgebildet sind. Außerdem werden so die entstandenen Hohlräume der Hochstromverschienung 14 infolge der Verbesserung der Luft- und Kriechstrecken zwischen zwei mit unterschiedlichen Potentialen behafteten elektrisch leitenden Lagen 16,18 bzw. 18,20, beseitigt, wodurch diese Hochstromverschienung 14 gute bis sehr gute Hochspannungseigenschaften aufweist.Power connection L or the electrically conductive layer 18 is shown in more detail. This detail view shows that an electrically conductive layer 18 is electrically connected to a main connection (collector, emitter) of a power semiconductor T1, T2, T1' or T2' by means of a sleeve 36 made of electrically conductive material, for example a copper sleeve, and a screw 38. The conductor tracks 34 of the insulating layer 28 can also be seen in the illustration. Furthermore, in this illustration the insulating layer 26 is provided with conductor tracks 34. In the contact area, a hole in the insulating layer 22 or 24 is smaller than a hole in the electrically conductive layer 16 or 20, whereby the air and creepage distances between two adjacent electrically conductive layers 16, 18 or 18, 20, each of which has a different potential, are significantly increased. In order to ensure that no layers are damaged during the production of the multi-layer high-current busbar 14, i.e. when pressing the layers 16, 18, 20 and the insulating layers 22,..., 28, insulating pieces 40 and 42 are provided at the contact points and at the ends of the layers. The insulating pieces 40 have a circular shape, with the insulating pieces 42 being cuboid-shaped. In addition, the resulting cavities in the high-current busbar 14 are eliminated as a result of the improvement of the air and creepage distances between two electrically conductive layers 16, 18 and 18, 20 with different potentials, as a result of which this high-current busbar 14 has good to very good high-voltage properties.

Die Figur 4 zeigt ein Ersatzschaltbild eines mehrphasigen Stromrichtermoduls 44, beispielsweise einen dreiphasigen Wechselrichter 44. Dieser Wechselrichter 44 ist mit drei Zweigpaaren 46,48 und 50, denen jeweils ein Entlastungsnetzwerk 52,54,56 zugeordnet ist, versehen. Dabei handelt es sich um RCD-Spannungsbegrenzer für Zweigpaare, wobei dieFigure 4 shows an equivalent circuit diagram of a multi-phase converter module 44, for example a three-phase inverter 44. This inverter 44 is provided with three branch pairs 46, 48 and 50, each of which is assigned a relief network 52, 54, 56. These are RCD voltage limiters for branch pairs, whereby the

G 3 0 6 7G 3 0 6 7

Widerstände der einzelnen RCD-Spannungsbegrenzer 52,54 und 56 durch einen oder mehrere Widerstände Rl,...,Rn an einer Stelle des Wechselrichters 44 konzentriert werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, zwangsgekühlte Widerstände zu verwenden, die, wie die Leistungshalbleiter Tl, T2 bzw. T3,T4 bzw. T5,T6 des Zweigpaares 46 bzw. 48 bzw. 50, extern von der Hochstromverschienung 14 angeordnet sind. Wie im Ersatzschaltbild nach Figur 1 sind auch hier die elektrischen Verbindungen, die durch eine elektrisch leitende Lage 16,18 oder 20 der Hochstromverschienung 14 verwirklicht werden, durch eine stärkere Linie dargestellt.Resistances of the individual RCD voltage limiters 52, 54 and 56 are concentrated by one or more resistors Rl,..., Rn at one point of the inverter 44. This makes it possible to use force-cooled resistors, which, like the power semiconductors Tl, T2 or T3, T4 or T5, T6 of the branch pair 46 or 48 or 50, are arranged externally of the high-current busbar 14. As in the equivalent circuit diagram according to Figure 1, the electrical connections, which are implemented by an electrically conductive layer 16, 18 or 20 of the high-current busbar 14, are shown here by a thicker line.

Die Figur 5 zeigt einen Blick auf die Bestückungsseite der Hochstromverschienung 14 des dreiphasigen Wechselrichters 44 gemäß dem Ersatzschaltbild nach Figur 4. Auf dieser Bestückungsseite sind die einzelnen Felder markiert, an denen die Bauelemente der Entlastungsnetzwerke 52,54 und 56 plaziert werden sollen. Wegen der Verlustleistung der Dioden Vl bis V6 sind diese jeweils mit einem Leiterplattenkühl-0 körper 60 versehen. Je nach Anwendungsfall können die Ansteuereinheiten der Leistungshalbleiter Tl,...,T6 mit auf der mehrlagigen Hochstromverschienung 14 integriert werden. Die Anschlußbereiche, die mit P,N und den Lastanschlüssen R,S und T gekennzeichnet sind, zeigen Ausschnitte der entsprechend bezeichneten elektrisch leitenden Lagen 16,20 und 18,18' und 18'', die übereinander angeordnet sind. Durch die Bohrungen dieser Kontaktbereiche werden Schrauben 38 geführt, die jeweils mit einer Kupferhülse 36 versehen werden, die jedoch nicht dargestellt sind.Figure 5 shows a view of the component side of the high-current busbar 14 of the three-phase inverter 44 according to the equivalent circuit diagram in Figure 4. On this component side, the individual fields are marked where the components of the relief networks 52, 54 and 56 are to be placed. Due to the power loss of the diodes Vl to V6, these are each provided with a circuit board heat sink 60. Depending on the application, the control units of the power semiconductors Tl,...,T6 can also be integrated on the multi-layer high-current busbar 14. The connection areas, which are marked with P, N and the load connections R, S and T, show sections of the correspondingly designated electrically conductive layers 16, 20 and 18, 18' and 18'', which are arranged one above the other. Screws 38 are passed through the holes in these contact areas, each of which is provided with a copper sleeve 36, which, however, is not shown.

Durch diese erfindungsgemäße mehrlagige Hochstromverschienung 14 für hohe Spannungen, beispielsweise 700 V bis 1,5 kV, können die Bauelemente der Entlastungsnetzwerke 8,10 bzw. 52,54 und 56 streuarm an die Anschlüsse der Leistungshalbleiter Tl,T2,Tl'T2' bzw. Tl,T2,...,T5,T6 der Zweigpaare 4,6 bzw.By means of this multi-layer high-current busbar 14 according to the invention for high voltages, for example 700 V to 1.5 kV, the components of the relief networks 8, 10 or 52, 54 and 56 can be connected with low dispersion to the connections of the power semiconductors Tl, T2, Tl'T2' or Tl, T2,..., T5, T6 of the branch pairs 4, 6 or

G 3 O 6 7.G 3 O 6 7.

&iacgr;&ogr;&iacgr;&ogr;

46,48 und 50 der Wechselrichterphase 2 bzw. des dreiphasigen Wechselrichters 44 angebunden werden. Außerdem ist die Hochstromverschienung 14 sehr niederinduktiv und weist gute bis sehr gute Hochspannungseigenschaften auf.46,48 and 50 of the inverter phase 2 or the three-phase inverter 44. In addition, the high-current busbar 14 has very low inductance and has good to very good high-voltage properties.

Claims (6)

3067 • · Schut zansprüche3067 · Protection claims 1. Ein- bzw. mehrphasiges Stromrichtermodul (2 bzw. 44), bestehend aus wenigstens einem Zweigpaar (4,6 bzw. 46,48,50) mit jeweils zwei Leistungshalbleitern (Tl,Tl' , T2,T2' bzw. Tl,T2;...;T5,T6) , die jeweils zwischen zwei Leistungsanschlüssen (P,L bzw. L,N) angeordnet sind, wobei jedem Zweigpaar (4,6 bzw. 46,48,50) ein Entlastungsnetzwerk (8,10 bzw. 52,54,56), bestehend aus Kondensatoren (C1,C2;C3,C4; C5,C6;C7,C8 bzw. Cl,...,C4;...;C9,...C12), Dioden (D1,D2;D3,D4 bzw. Vl,V2;...;V5,V6) und Widerständen (Rl,...,R3;R4,...,R6 bzw. Rl,...,Rn), zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß diese Leistungshalbleiter (Tl,Tl';T2,T2' bzw. Tl,T2;...;T5,T6) und die Bauelemente der zugehörigen Entlastungsnetzwerke (8,10 bzw. 52,54,56) mittels einer niederinduktiven, mehrlagigen Hochstromverschienung (14) für hohe Spannungen in Leiterplattentechnik miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei für die Leistungsanschlüsse (P,L,N) jeweils eine elektrisch leitfähige Lage (16,18,20) und für die elektrischen Verbindungen der Bauelemente der Entlastungsnetzwerke (8,10 bzw. 52,54,56) jeweils Leiterbahnen (34) vorgesehen sind, wobei diese leitfähigen Lagen (16,18,20) und die Leiterbahnen (34) gegeneinander isoliert sind.1. Single-phase or multi-phase converter module (2 or 44), consisting of at least one branch pair (4,6 or 46,48,50) with two power semiconductors (Tl,Tl', T2,T2' or Tl,T2;...;T5,T6) each arranged between two power connections (P,L or L,N), each branch pair (4,6 or 46,48,50) being assigned a relief network (8,10 or 52,54,56) consisting of capacitors (C1,C2;C3,C4; C5,C6;C7,C8 or Cl,...,C4;...;C9,...C12), diodes (D1,D2;D3,D4 or Vl,V2;...;V5,V6) and resistors (Rl,...,R3;R4,...,R6 or Rl,...,Rn), characterized in that these power semiconductors (Tl,Tl';T2,T2' or Tl,T2;...;T5,T6) and the components of the associated relief networks (8,10 or 52,54,56) are electrically connected to one another by means of a low-inductance, multi-layer high-current busbar (14) for high voltages in printed circuit board technology, with an electrically conductive layer (16,18,20) being provided for the power connections (P,L,N) and conductor tracks (34) being provided for the electrical connections of the components of the relief networks (8,10 or 52,54,56), with these conductive layers (16,18,20) and the conductor tracks (34) being insulated from one another are. 2. Ein- bzw. mehrphasiges Stromrichtermodul (2 bzw.44) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Flachseite (30) einer elektrisch leit-0 fähigen Lage (16) der niederinduktiven Hochstromverschienung (14), die den Bauelementen der Entlastungsnetzwerke (8,10 bzw. 52,54,56) zugewandt ist, mit einer Isolierschicht (26) versehen ist.2. Single-phase or multi-phase converter module (2 or 44) according to claim 1, characterized in that a flat side (30) of an electrically conductive layer (16) of the low-inductance high-current busbar (14), which faces the components of the relief networks (8, 10 or 52, 54, 56), is provided with an insulating layer (26). 30673067 • ·· 3. Ein- bzw. mehrphasiges Stromrichtermodul (2 bzw. 44) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Isolierschichten (22,24,26,28) und die leitfähigen Lagen (16,18,20) der niederinduktiven Hochstromverschienung (14) teilentladungsfrei miteinander verpreßt sind.3. Single-phase or multi-phase converter module (2 or 44) according to claim 1, characterized in that the insulating layers (22, 24, 26, 28) and the conductive layers (16, 18, 20) of the low-inductance high-current busbar (14) are pressed together without partial discharge. 4. Ein- bzw. mehrphasiges Stromrichtermodul (2 bzw. 44) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bauelemente der Entlastungsnetzwerke (8,10 bzw. 52,54,56) mittels Durchkontaktierungen mit den elektrisch leitfähigen Lagen (16,18,29) und den Leiterbahnen (34) auf der den Bauelementen abgewandten Seite der niederinduktiven Hochstromverschienung (14) elektrisch leitend verbunden sind.4. Single-phase or multi-phase power converter module (2 or 44) according to claim 1, characterized in that the components of the relief networks (8, 10 or 52, 54, 56) are electrically connected by means of through-contacts to the electrically conductive layers (16, 18, 29) and the conductor tracks (34) on the side of the low-inductance high-current busbar (14) facing away from the components. 5. Ein- bzw. mehrphasiges Stromrichtermodul (2 bzw. 44) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Isolierschicht (22,24,26,28) jeweils Leiterplattenbasismaterial vorgesehen ist.5. Single-phase or multi-phase power converter module (2 or 44) according to claim 1, characterized in that circuit board base material is provided as the insulating layer (22, 24, 26, 28). 6. Ein- bzw. mehrphasiges Stromrichtermodul (2 bzw. 44) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitfähigen Lagen (16,18,20) aus Kupfer bestehen.6. Single-phase or multi-phase power converter module (2 or 44) according to claim 1, characterized in that the electrically conductive layers (16, 18, 20) consist of copper. • ··
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