KR20140126668A - 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 기판(2) 및 제 2 기판(3)를 포함하는 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지에 관한 것이며, 제 2 기판은 제 1 기판(2)으로부터 분리되어 배열되며, 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3, T4) 및 다이오드(D1, D2, D3, D4)는 높은 역률을 갖는 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 바람직한 동작 동안, 제 1 기판(2) 상에 배열되는 전력 반도체 스위치(T1, T2) 및 다이오드(D1, D3)와, 제 2 기판(3) 상에 배열되는 전력 반도체 스위치(T3, T4) 및 다이오드(D2, D4) 사이에 전류 전환이 없거나 단지 드물게 있는 방식으로 제 1 기판(2)과 제 2 기판(3)으로 분할된다. 본 발명은 감소된 스위칭 과전압을 갖는 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)를 제공한다.
Description
본 발명은 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지에 관한 것이다.
3 레벨 전력 변환기는 인버터로서 동작될 때, 그것이 종래의 전력 변환기로서, 중간 회로 전압(Ud)의 전기적 양의 또는 음의 전기 전압에 실질적으로 상응하는 전압 값을 갖는 전기 AC 전압을 그것의 AC 전압 측 부하 연결(AC)에서 생성할 수 있을 뿐만 아니라, AC 전압 측 부하 연결(AC)에서 중간 회로 전압(Ud)의 전기적 양의 또는 음의 전압의 반에 실질적으로 상응하는 전압 값을 갖는 전기 전압을 부가적으로 생성할 수 있다는 점에서 광범위한 사용 시 종래의 전력 변환기와 구별된다.
결과적으로, 예를 들어 AC 전압 측 부하 연결(AC)에서 전력 변환기에 의해 생성되는 전압을 사인파 AC 전압에 개선되게 근사시키는 것이 가능하다.
이러한 경우에 3 레벨 전력 변환기는 복수의 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지를 가지며, 이는 3 레벨 전력 변환기를 실현하기 위해 서로에 전기적으로 연결된다.
단일 기판 상에 3 레벨 전력 변환기를 구현하는데 요구되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드 모두를 배열하는 것 및 기판의 도체 층 및 본딩 와이어에 의해 상기 전력 반도체 스위치 및 다이오드를 서로에 전기 전도성 연결하는 것이 3 레벨 전력 변환기의 경우에 알려져 있다. 그러나, 3 레벨 전력 변환기를 구현하는데 요구되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드 모두가 단일 기판 상에 배열되는 3 레벨 전력 변환기의 달성 가능한 전기 전력은 단일 기판의 제한된 열 방출 용량의 결과로서 제한된다.
더욱이, 또한 3 레벨 전력 변환기를 구현하기 위해, 특히 높은 전기 전력을 갖는 3 레벨 전력 변환기를 구현하기 위해, 서로로부터 분리되는 복수의 기판 상에 전력 반도체 스위치 및 다이오드를 배열하는 것 및 기판을 예를 들어 전기 라인에 의해 서로에 전기 전도성 연결하는 것이 알려져 있다. 기판 상에 배열되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드는 이러한 경우에 복수의 소위 하프 브리지 회로를 형성하기 위해 전기적으로 상호 연결되며, 이는 일반적으로 전기 전압 및 전류를 정류하고 반전하는데 사용된다. 기판은 일반적으로 히트 싱크에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된다. 기판이 연결되는 전기 라인은 그것이 비교적 높은 기생 인덕턴스를 갖는 단점을 가져서, 이는 전환 동작 동안 높은 스위칭 과전압을 야기하며, 그 과전압은 전력 반도체 스위치의 달성 가능한 스위칭 속도 및 스위칭 주파수를 감소시킨다.
유럽 특허 제1 670 131 A2호는 감소된 기생 인덕턴스를 갖는 전력 반도체 모듈을 개시한다.
본 발명의 목적은 감소된 스위칭 과전압을 갖는 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 제 1 기판 및 제 2 기판을 포함하는 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지에 의해 달성되며, 제 2 기판은 제 1 기판으로부터 분리되어 배열되고, 제 1 기판은 제 1 절연체 및 전기 전도성 구조화된 제 1 전도 층을 갖고, 제 1 전도성 층은 제 1 절연체 상에 배열되며, 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지는 제 1 직렬 회로 장치를 갖고, 제 1 직렬 회로 장치는 제 2 전력 반도체 스위치 및 제 3 다이오드를 갖고, 제 3 다이오드는 제 2 전력 반도체 스위치와 전기적으로 직렬 연결되고, 제 1 전력 반도체 스위치, 제 2 전력 반도체 스위치, 제 1 다이오드 및 제 3 다이오드는 구조화된 제 1 전도 층 상에 배열되고 구조화된 제 1 전도 층에 연결되며, 제 2 기판은 제 2 절연체 및 전기 전도성 구조화된 제 2 전도 층을 갖고, 제 2 전도 층은 제 2 절연체 상에 배열되고, 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지는 제 2 직렬 회로 장치를 갖고, 제 2 직렬 회로 장치는 제 3 전력 반도체 스위치 및 제 2 다이오드를 갖고, 제 2 다이오드는 제 3 전력 반도체 스위치와 전기적으로 직렬 연결되고, 제 4 전력 반도체 스위치, 제 3 전력 반도체 스위치(T3), 제 4 다이오드 및 제 2 다이오드는 구조화된 제 2 전도 층(7b) 상에 배열되고 구조화된 제 2 전도 층에 연결되고, 제 1 직렬 회로 장치의 입력 연결은 제 2 직렬 회로 장치의 출력 연결에 전기 전도성 연결되고, 제 1 직렬 회로 장치의 출력 연결은 제 2 직렬 회로 장치의 입력 연결 및 제 1 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 전류 연결 및 제 4 전력 반도체 스위치의 제 1 부하 전류 연결에 전기 전도성 연결되고, 제 1 다이오드는 제 1 전력 반도체 스위치와 전기적으로 역병렬 연결되고, 제 4 다이오드는 제 4 전력 반도체 스위치와 전기적으로 역병렬 연결되며, 제 1 직렬 회로 장치의 중앙 연결 및 제 2 직렬 회로 장치의 중앙 연결은 서로 및/또는 제 5 다이오드에 전기 전도성 연결되고, 첫 번째 중앙 연결은 제 2 전력 반도체 스위치와 제 3 다이오드 사이에 전기적으로 배열되고 두 번째 중앙 연결은 제 3 전력 반도체 스위치와 제 2 다이오드 사이에 전기적으로 배열되고, 제 5 다이오드는 제 2 전력 반도체 스위치와 전기적으로 역병렬 연결되고, 구조화된 제 1 전도 층 상에 배열되며 구조화된 제 1 전도 층에 연결되며, 제 6 다이오드는 제 3 전력 반도체 스위치와 전기적으로 역병렬 연결되고, 구조화된 제 2 전도 층 상에 배열되며 구조화된 제 2 전도 층에 연결된다.
본 발명의 바람직한 개발 기술은 종속항에 기술되어 있다.
제 1 직렬 회로 장치의 입력 연결이 제 2 전력 반도체 스위치의 제 1 부하 전류 연결의 형태이고 제 1 직렬 회로 장치의 출력 연결이 제 3 다이오드의 캐소드의 형태일 때 바람직한 것으로 입증되었으며, 여기에서 제 2 직렬 회로 장치의 입력 연결은 제 3 전력 반도체 스위치의 제 1 부하 전류 연결의 형태이고 제 2 직렬 회로 장치의 출력 연결은 제 2 다이오드의 캐소드의 형태이다. 결과적으로, 제 1 및 제 2 직렬 회로 장치가 특별히 간단하게 형성된다.
더욱이, 제 1 직렬 회로 장치의 입력 연결이 제 3 다이오드의 애노드의 형태이고 제 1 직렬 회로 장치의 출력 연결이 제 2 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 전류 연결의 형태일 때 바람직한 것으로 입증되었으며, 여기에서 제 2 직렬 회로 장치의 입력 연결은 제 2 다이오드의 애노드의 형태이고 제 2 직렬 회로 장치의 출력 연결은 제 3 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 전류 연결의 형태이다. 결과적으로, 제 1 및 제 2 직렬 회로 장치가 특별히 간단하게 형성된다.
본 발명의 예시적 실시예는 도면에 도시되고 아래에 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술인 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전기 회로도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전기 회로도 및 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전력 반도체 스위치 및 다이오드의 제 1 및 제 2 기판으로의 본 발명에 따른 분할을 도시한다.
도 3은 본 발명의 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 제 1 기판 및 제 1 기판 상에 배열되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드를 도식화된 예시의 형태로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 제 2 기판 및 제 2 기판 상에 배열되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드를 도식화된 예시의 형태로 도시한다,
도 5는 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전기 회로도 및 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전력 반도체 스위치 및 다이오드의 제 1 및 제 2 기판으로의 본 발명에 따른 분할을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전기 회로도 및 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전력 반도체 스위치 및 다이오드의 제 1 및 제 2 기판으로의 본 발명에 따른 분할을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전기 회로도 및 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전력 반도체 스위치 및 다이오드의 제 1 및 제 2 기판으로의 본 발명에 따른 분할을 도시한다.
도 1은 종래 기술인 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전기 회로도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전기 회로도 및 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전력 반도체 스위치 및 다이오드의 제 1 및 제 2 기판으로의 본 발명에 따른 분할을 도시한다.
도 3은 본 발명의 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 제 1 기판 및 제 1 기판 상에 배열되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드를 도식화된 예시의 형태로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 제 2 기판 및 제 2 기판 상에 배열되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드를 도식화된 예시의 형태로 도시한다,
도 5는 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전기 회로도 및 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전력 반도체 스위치 및 다이오드의 제 1 및 제 2 기판으로의 본 발명에 따른 분할을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전기 회로도 및 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전력 반도체 스위치 및 다이오드의 제 1 및 제 2 기판으로의 본 발명에 따른 분할을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전기 회로도 및 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전력 반도체 스위치 및 다이오드의 제 1 및 제 2 기판으로의 본 발명에 따른 분할을 도시한다.
도 1은 종래 기술인 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1')의 전기 회로도를 도시한다. 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1')는 이러한 경우에 T 회로 토폴로지를 갖는다. 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1')는 제 1 전력 반도체 스위치(T1), 제 2 전력 반도체 스위치(T2), 제 3 전력 반도체 스위치(T3), 제 4 전력 반도체 스위치(T4), 제 1 다이오드(D1), 제 2 다이오드(D2), 제 3 다이오드(D3), 및 제 4 다이오드(D4)를 가지며, 이들은 도 1에 예시된 바와 같이 소위 하프 브리지 회로를 형성하기 위해 서로 전기적으로 연결된다. 종래 기술인 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1')는 제 1 기판(2') 및 제 2 기판(3')을 가지고, 제 2 기판은 제 1 기판(2')으로부터 분리되어 배열되고, 제 2 및 제 3 전력 반도체 스위치(T2 및 T3) 및 제 2 및 제 3 다이오드(D2 및 D3)는 제 1 기판(2') 상에 배열되며, 제 1 및 제 4 전력 반도체 스위치(T1 및 T4) 및 제 1 및 제 4 다이오드(D1 및 D4)는 제 2 기판(3') 상에 배열된다. 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1')는 2개의 전압 소스(도 1에 예시되지 않음)에 의해 공급되며 전압 소스는 각각 중간 회로 전압의 반(Ud/2)을 각각 생성하고, 그 결과 전압 소스는 중간 회로 전압(Ud)이 2개의 DC 전압 연결(DC+ 및 DC-) 사이에 존재한다. 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1')의 중성 연결은 도 1에서 N으로 표시된다.
도 1에서, 전력 반도체 스위치는 IGBT의 형태이고 그것의 제어 입력을 통해 스위칭 온 및 오프될 수 있다. 전력 반도체 스위치를 상응하여 스위칭 온 및 오프함으로써, 전기 전압은 AC 전압 측 부하 연결(AC)에서 생성될 수 있으며, 전압의 전압 절대 값은 중간 회로 전압(Ud)의 전기 전압에 실질적으로 상응하거나 전기 중간 회로 전압의 반(Ud/2)에 실질적으로 상응하고, 그 결과 전력 반도체 스위치의 상응하는 작동이 주어지면 상응하는 전압이 2개의 하프 중간 회로 전압(Ud/2) 또는 중간 회로 전압(Ud)으로부터 AC 전압 측 부하 연결(AC)에서 생성된다. 3 레벨 전력 변환기가 전기적으로 기능하는 방식은 일반적으로 공지된 종래 기술이다.
3 레벨 전력 변환기는 복수의 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지를 갖는다는 점이 주목되어야 한다. 따라서, 3 레벨 전력 변환기는 예를 들어 3개의 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지를 가질 수 있으며, 그것에 의해 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지 내의 전력 반도체 스위치의 상응하는 작동으로, 예를 들어 전기 모터를 작동시키는 3상 AC 전압은 2개의 하프 중간 회로 전압(Ud/2) 또는 중간 회로 전압(Ud)으로부터 생성될 수 있다. 그러나, 3 레벨 전력 변환기는 물론 또한 정류기로 동작할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 일반적 동작 동안, 전력 반도체 스위치가 스위칭 온 및 오프될 때, 높은 역률(높은 능동 전력 성분)을 갖는 바람직한 동작 동안 제 2 전력 반도체 스위치(T2), 제 3 다이오드(D3) 및 제 1 전력 반도체 스위치(T1)를 포함하는 제 1 회로 장치와 제 3 전력 반도체 스위치(T3), 제 2 다이오드(D2) 및 제 4 전력 반도체 스위치(T4)를 포함하는 제 2 회로 장치 사이의 주된 전류 전환이 발생한다.
이러한 기술적 지식은 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지를 실현하는데 사용된다. 도 2는 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 전기 회로도 및 제 1 기판(2) 및 제 2 기판(3) 사이에 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 전력 반도체 스위치 및 다이오드의 본 발명에 따른 분할을 도시한다. 도 3은 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기(1)의 제 1 기판(2) 및 제 1 기판(2) 상에 배열되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드를 도식화된 예시의 형태로 도시한다. 도 4는 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 제 2 기판(3) 및 제 2 기판(3) 상에 배열되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드를 도식화된 예시의 형태로 도시한다. 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)는 이러한 경우에 T 회로 토폴로지를 갖는다. 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 중성 연결은 도 2 내지 도 7에서 N으로 표시된다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 전력 반도체 스위치 및 다이오드는 높은 역률(높은 능동 전력 성분)을 갖는 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 바람직한 동작 동안 제 1 기판(2) 상에 배열되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드와 제 2 기판(3) 상에 배열되는 전력 반도체 스위치 및 다이오드 사이에 전류 전환이 없거나 또는 단지 드물게 있는 방식으로 제 1 기판(2)과 제 2 기판(3)으로 분할된다. 결과적으로, 제 1 및 제 2 기판(2 및 3)을 서로에 전기 전도성 연결하는 전기 연결 라인의 기생 인덕턴스의 중요성은 현저히 감소되고 스위칭 과전압의 결과로서 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 경우에 종래 기술의 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지와 비교하여 현저히 감소되며, 전력 반도체 스위치 및 다이오드는 복수의 기판 상에 다른 형태로 분배된다.
이미 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)는 제 1 기판(2) 및 제 2 기판(3)을 가지며, 제 2 기판은 제 1 기판(2)으로부터 분리되어 배열된다. 제 1 및 제 2 기판(2 및 3)은 공통 하우징 또는 2개의 분리 하우징으로 배열될 수 있다. 제 1 기판(2)은 제 1 절연체(6a) 및 전기 전도성 구조화된 구조화된 제 1 전도 층을 가지며, 제 1 전도 층은 제 1 절연체(6a) 상에 배열되고 그 구조의 결과로서 전기 도체 트랙(7a)을 형성한다. 바람직하게는, 제 1 기판(2)은 추가 전기 전도성, 바람직하게는 구조화되지 않은 전도 층을 가지며, 절연체(6a)는 구조화된 제 1 전도 층과 추가 전도 층 사이에 배열된다. 일반적으로, 제 1 기판(2) 상에 배열되는 요소를 냉각하는데 사용되는 히트 싱크는 제 1 기판(2)의 추가 전도 층 상에 배열된다. 제 1 기판(2)의 추가 전도 층은 제 1 절연체(6a)의 후면 측 상에 배열되며, 이는 도 3에 예시된 도면에서 보여질 수 없다. 제 1 기판(2)의 구조화된 제 1 전도 층은 예를 들어 구리로 구성될 수 있다. 그러나, 제 1 기판(2)의 구조화된 제 1 전도 층은 또한 다층 구조(예를 들어 금속 표면 코팅을 갖는 구리 층)를 가질 수 있다. 제 1 기판은 예를 들어 DCB 기판 또는 절연 금속 기판의 형태일 수 있다. DCB 기판의 경우에, 제 1 절연체(6a)는 예를 들어 세라믹으로 구성될 수 있고, 제 1 기판의 추가 전도 층은 구리로 구성될 수 있다. 절연 금속 기판의 경우에, 제 1 절연체는 예를 들어 폴리이미드 또는 에폭시 층으로 구성될 수 있고, 제 1 기판의 추가 전도 층은 금속 몰딩으로 구성될 수 있다. 금속 몰딩은 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
제 2 기판(3)은 제 2 절연체(6b) 및 전기 전도성 구조화된 제 2 전도 층을 가지며, 제 2 전도 층은 제 2 절연체(6b) 상에 배열되고 그 구조의 결과로서 전기 도체 트랙(7b)을 형성한다. 바람직하게는, 제 2 기판(3)은 추가 전기 전도성, 바람직하게는 구조화되지 않은 전도 층을 가지며, 절연체(6b)는 구조화된 제 1 전도 층과 추가 전도 층 사이에 배열된다. 일반적으로, 제 2 기판(3) 상에 배열되는 요소를 냉각하는데 사용되는 히트 싱크는 제 2 기판(3)의 추가 전도 층 상에 배열된다. 제 2 기판(3)의 추가 전도 층은 제 2 절연체(6b)의 후면 측 상에 배열되며, 이는 도 3에 예시된 도면에서 보여질 수 없다. 제 2 기판(3)의 구조화된 제 2 전도 층은 예를 들어 구리로 구성될 수 있다. 제 2 기판(3)의 구조화된 제 2 전도 층은 또한 다층 구조(예를 들어, 금속 표면 코팅을 갖는 구리 층)를 가질 수 있다. 제 2 기판은 예를 들어 DCB 기판 또는 절연 금속 기판의 형태일 수 있다. DCB 기판의 경우에, 제 2 절연체(6b)는 예를 들어 세라믹으로 구성될 수 있고 제 2 기판의 추가 전도 층은 구리로 구성될 수 있다. 절연 금속 기판의 경우에, 제 2 절연체(6b)는 예를 들어 폴리이미드 또는 에폭시 층으로 구성될 수 있고, 제 2 기판의 추가 전도 층은 금속 몰딩으로 구성될 수 있다. 금속 몰딩은 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)는 제 1 직렬 회로 장치(8)를 갖고, 제 1 직렬 회로 장치는 제 2 전력 반도체 스위치(T2) 및 제 3 다이오드(D3)를 갖고, 제 3 다이오드는 제 2 전력 반도체 스위치(T2)와 전기적으로 직렬 연결되며, 제 1 전력 반도체 스위치(T1), 제 2 전력 반도체 스위치(T2), 제 1 다이오드(D1) 및 제 3 다이오드(D3)는 구조화된 제 1 전도 층(7a) 상에 배열되고 구조화된 제 1 전도 층(7a)에 연결된다.
더욱이, 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)는 제 2 직렬 회로 장치(9)를 갖고, 제 2 직렬 회로 장치는 제 3 전력 반도체 스위치(T3) 및 제 2 다이오드(D2)를 갖고, 제 2 다이오드는 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 전기적으로 직렬 연결되며, 제 4 전력 반도체 스위치(T4), 제 3 전력 반도체 스위치(T3), 제 4 다이오드(D4) 및 제 2 다이오드(D2)는 구조화된 제 2 전도 층(7b) 상에 배열되고 구조화된 제 2 전도 층(7b)에 연결된다.
제 1 직렬 회로 장치(8)의 입력 연결은 제 2 직렬 회로 장치(9)의 출력 연결에 전기 전도성 연결되며, 예시적 실시예의 범위 내에서, 제 1 직렬 회로 장치(8)의 입력 연결은 제 2 전력 반도체 스위치(T2)의 제 1 부하 전류 연결(C)의 형태이고, 제 2 직렬 회로 장치(9)의 출력 연결은 제 2 다이오드(D2)의 캐소드의 형태이다.
제 1 직렬 회로 장치(8)의 출력 연결은 제 2 직렬 회로 장치(9)의 입력 연결 및 제 1 전력 반도체 스위치(T1)의 제 2 부하 전류 연결(E) 및 제 4 전력 반도체 스위치(T4)의 제 1 부하 전류 연결(C)에 전기 전도성 연결되며, 예시적 실시예의 범위 내에서, 제 1 직렬 회로 장치(8)의 출력 연결은 제 3 다이오드(D3)의 캐소드의 형태이고 제 2 직렬 회로 장치(9)의 입력 연결은 제 3 전력 반도체 스위치(T3)의 제 1 부하 전류 연결(C)의 형태이다.
제 1 다이오드(D1)는 제 1 전력 반도체 스위치(T1)와 전기적으로 역병렬 연결되고, 제 4 다이오드(D4)는 제 4 전력 반도체 스위치(T4)와 전기적으로 역병렬 연결되며, 이러한 정도로, 예시적 실시예에서, 제 1 다이오드(D1)의 애노드는 제 1 전력 반도체 스위치(T1)의 제 2 부하 전류 연결(E)에 전기 전도성 연결되고 제 1 다이오드(D1)의 캐소드는 제 1 전력 반도체 스위치(T1)의 제 1 부하 전류 연결(C)에 전기 전도성 연결되며, 제 4 다이오드(D4)의 애노드는 제 4 전력 반도체 스위치(T4)의 제 2 부하 전류 연결(E)에 전기 전도성 연결되고 제 4 다이오드(D4)의 캐소드는 제 4 전력 반도체 스위치(T4)의 제 1 부하 전류 연결(C)에 전기 전도성 연결된다.
제 1 직렬 회로 장치(8)는 중앙 연결(10)을 가지며, 중앙 연결은 제 2 전력 반도체 스위치(T2)와 제 3 다이오드(D3) 사이에서 전기적으로 배열되고 이러한 정도로, 예시적 실시예에서, 제 2 전력 반도체 스위치(T2)의 제 2 부하 전류 연결(E) 및 제 3 다이오드(D3)의 애노드에 전기 전도성 연결된다. 제 2 직렬 회로 장치(9)는 중앙 연결(11)을 가지며, 중앙 연결은 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 제 2 다이오드(D2) 사이에서 전기적으로 배열되고 이러한 정도로, 예시적 실시예에서, 제 3 전력 반도체 스위치(T3)의 제 2 부하 전류 연결(E) 및 제 2 다이오드(D2)의 애노드에 전기 전도성 연결된다. 도 2에 도시된 본 발명의 예시적 실시예에서, 제 1 직렬 회로 장치(8)의 중앙 연결(10)은 전기 전도성 연결(4)에 의해 제 2 직렬 회로 장치(9)의 중앙 연결(11)에 전기 전도성 연결된다. 전기 전도성 연결(4)은 이러한 경우에 제 1 기판(2)에서 제 2 기판(3)으로 연결한다. 제 1 직렬 회로 장치(8)의 중앙 연결(10)이 제 2 직렬 회로 장치(9)의 중앙 연결(11)에 전기 전도성 연결된다는 사실의 결과로서, 제 2 전력 반도체 스위치(T2)와 전기적으로 역병렬 연결되는 제 5 다이오드 및 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 전기적으로 역병렬 연결되는 제 6 다이오드는 더 이상 요구되지 않는다. 예시적 실시예의 범위 내에서, 제 2 전력 반도체 스위치(T2) 및 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 전기적으로 역병렬 연결되는 다이오드는 없다. 그러므로, 도 2에 도시된 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)는 특히 적은 수의 전기 구성요소를 갖는다.
도 5는 도 5에 도시된 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)에서, 제 5 다이오드(D5)가 제 2 전력 반도체 스위치(T2)와 전기적으로 역병렬 연결되고, 구조화된 제 1 전도 층 상에 배열되며 구조화된 제 1 전도 층에 연결되고, 제 6 다이오드(D6)가 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 전기적으로 역병렬 연결되고, 구조화된 제 2 전도 층 상에 배열되며 구조화된 제 2 전도 층에 연결되고, 제 1 직렬 회로 장치(8)의 중앙 연결(10)이 제 2 직렬 회로 장치(9)의 중앙 연결(11)에 전기 전도성 연결되지 않는 특징을 제외하고 도 2에 도시된 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)에 상응하는 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 전기 회로도를 도시한다. 도 5에 도시된 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)는 전기 전도성 연결(4)이 기판에 걸치는 어떤 요구도 없다는 도 2에 도시된 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)를 넘는 장점을 갖는다.
도 6은 도 6에 도시된 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)에서, 제 1 직렬 회로 장치(8)의 입력 연결이 제 3 다이오드(D3)의 애노드의 형태이고 제 1 직렬 회로 장치(8)의 출력 연결이 제 2 전력 반도체 스위치(T2)의 제 2 부하 전류 연결(E)의 형태이며, 제 2 직렬 회로 장치(9)의 입력 연결이 제 2 다이오드(D2)의 애노드의 형태이고 제 2 직렬 회로 장치(9)의 출력 연결이 제 3 전력 반도체 스위치(T3)의 제 2 부하 전류 연결(E)의 형태인 특징을 제외하고 도 2에 도시된 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)에 상응하는 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 전기 회로도를 예시한다. 제 1 직렬 회로 장치(8)의 중앙 연결(10)은 이러한 정도로 이러한 예시적 실시예에서 제 2 전력 반도체 스위치(T2)의 제 1 부하 전류 연결(C) 및 제 3 다이오드(D3)의 캐소드에 전기 전도성 연결되며 중앙 연결(10)은 제 2 전력 반도체 스위치(T2)와 제 3 다이오드(D3) 사이에서 전기적으로 배열되고, 제 2 직렬 회로 장치(9)의 중앙 연결(11)은 이러한 정도로 이러한 예시적 실시예에서 제 3 전력 반도체 스위치(T3)의 제 1 부하 전류 연결(C) 및 제 2 다이오드(D2)의 캐소드에 전기 전도성 연결되고 중앙 연결(11)은 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 제 2 다이오드(D2) 사이에서 전기적으로 배열된다.
도 7은 도 7에 도시된 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)에서, 제 1 직렬 회로 장치(8)의 입력 연결이 제 3 다이오드(D3)의 애노드의 형태이고 제 1 직렬 회로 장치(8)의 출력 연결이 제 2 전력 반도체 스위치(T2)의 제 2 부하 전류 연결(E)의 형태이며, 제 2 직렬 회로 장치(9)의 입력 연결이 제 2 다이오드(D2)의 애노드의 형태이고 제 2 직렬 회로 장치(9)의 출력 연결이 제 3 전력 반도체 스위치(T3)의 제 2 부하 전류 연결(E)의 형태인 특징을 제외하고 도 5에 도시된 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)에 상응하는 본 발명에 따른 추가 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)의 전기 회로도를 예시한다.
도 2 및 도 5에 예시된 예시적 실시예가 또한 서로 조합될 수 있다는 점이 이러한 시점에서 주목되어야 한다. 더욱이, 도 6 및 도 7에 예시된 예시적 실시예는 또한 서로 조합될 수 있다. 이러한 경우에, 제 1 다이오드(D1)는 제 1 전력 반도체 스위치(T1)와 전기적으로 역병렬 연결되고 제 4 다이오드(D4)는 제 4 전력 반도체 스위치(T4)와 전기적으로 역병렬 연결되며, 제 1 직렬 회로 장치(8)의 중앙 연결(10) 및 제 2 직렬 회로 장치(9)의 중앙 연결(11)은 서로에 전기 전도성 연결되고, 중앙 연결(10)은 제 2 전력 반도체 스위치(T2)와 제 3 다이오드(D3) 사이에서 전기적으로 배열되며 중앙 연결(11)은 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 제 2 다이오드(D2) 사이에서 전기적으로 배열되고, 제 5 다이오드(D5)는 제 2 전력 반도체 스위치(T2)와 전기적으로 역병렬 연결되고, 구조화된 제 1 전도 층(7a) 상에 배열되며 구조화된 제 1 전도 층(7a)에 연결되며, 제 6 다이오드(D6)는 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 전기적으로 역병렬 연결되고, 구조화된 제 2 전도 층(7b) 상에 배열되며 구조화된 제 2 전도 층(7b)에 연결된다. 이러한 경우에, 부하 전류는 서로 전기적으로 병렬 연결되는 제 2 및 제 5 다이오드(D2 및 D5) 사이, 또는 서로 전기적으로 병렬 연결되는 제 3 및 제 6 다이오드(D3 및 D6) 사이에 분할된다. 이러한 예시적 실시예는 제 2 및 제 3 다이오드가 설계될 필요가 있는 전기 전력이 감소될 수 있는 장점을 갖고 따라서 더 작은 다이오드가 제 2 및 제 3 다이오드로 사용될 수 있다.
예시적 실시예의 범위 내에서, 각각의 전력 반도체 스위치 또는 다이오드는 예시적 실시예에서, 각각 제 1 및 제 2 기판을 면하는 그의 측면 상에, 예를 들어 납땜 또는 소결 조인트를 통해 기판의 각각 연관된 도체 트랙에 연결되는 전기 부하 전류 연결, 및 각각 제 1 및 제 2 기판에서 떨어져 면하는 그의 측면 상에, 본딩 와이어를 통해 각각 연관된 도체 트랙에 연결되는 전기 부하 전류 연결을 갖는다. 명료성을 이유로, 본딩 와이어는 도 3 및 도 4에 예시되지 않고, 필수적 도체 트랙만이 예시된다. 적절한 요소는 또한 본딩 와이어와 다른 전기적 연결 수단을 통해 서로에 전기 전도성 연결될 수 있다. 더욱이, 명료성을 이유로, 제 1 및 제 2 기판 사이의 전기 전도성 연결은 도 3 및 도 4에도 예시되지 않는다.
전력 반도체 스위치는 일반적으로 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)와 같은 트랜지스터의 형태 또는 제어된 방식으로 스위칭 오프될 수 있는 사이리스터의 형태이며, 예시적 실시예의 범위 내에서, 전력 반도체 스위치는 IGBT의 형태이고 각각의 전력 반도체 스위치의 제 1 부하 전류 연결(C)은 각각의 IGBT의 컬렉터의 형태이고 각각의 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 전류 연결(E)은 각각의 IGBT의 이미터의 형태이다. 전력 반도체 스위치의 제어 연결은 명료성을 이유로 도 3 및 도 4에 예시되지 않고, 예시적 실시예에서, 각각의 IGBT의 게이트의 형태이다.
본 발명의 의미 내에서, 2개의 요소가 서로에 전기 전도성 연결되는 표현은 예를 들어 2개의 요소 사이에 존재하는 용접, 납땜 또는 소결 조인트에 의한 2개의 요소 사이의 직접적 전기 전도성 연결, 및 2개의 요소를 서로에 전기적으로 연결하는 예를 들어 도체 트랙, 본딩 와이어, 전기 전도성 필름 합성물, 버스바 또는 케이블과 같은 예를 들어 하나 이상의 전도 요소에 의한 간접적 전기 전도성 연결 둘 다를 의미하도록 의도되어, 그 결과 양방향 전기 전류 흐름이 서로에 전기 전도성 연결되는 2개의 요소 사이에서 가능하다는 점이 이 시점에서 더욱 주목되어야 한다.
더욱이, 본 발명에 따른 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지의 전류 운반 용량을 가능한 한 증가시키기 위해, 또한 하나 이상의 전력 반도체 스위치는 각각의 전력 반도체 스위치와 전기적으로 병렬 연결될 수 있고 또한 하나 이상의 다이오드는 각각의 다이오드와 전기적으로 병렬 연결될 수 있다는 점이 주목되어야 한다.
Claims (3)
- 제 1 기판(2) 및 제 2 기판(3)을 포함하고, 상기 제 2 기판은 제 1 기판(2)으로부터 분리되어 배열되는 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지로서,
상기 제 1 기판(2)은 제 1 절연체(6a) 및 전기 전도성 구조화된 제 1 전도 층(7a)을 갖고, 상기 제 1 전도성 층은 상기 제 1 절연체(6a) 상에 배열되고, 상기 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)는 제 1 직렬 회로 장치(8)를 갖고, 상기 제 1 직렬 회로 장치는 제 2 전력 반도체 스위치(T2) 및 제 3 다이오드(D3)를 갖고, 상기 제 3 다이오드는 상기 제 2 전력 반도체 스위치(T2)와 전기적으로 직렬 연결되며, 제 1 전력 반도체 스위치(T1), 상기 제 2 전력 반도체 스위치(T2), 제 1 다이오드(D1) 및 상기 제 3 다이오드(D3)는 상기 구조화된 제 1 전도 층(7a) 상에 배열되며 상기 구조화된 제 1 전도 층(7a)에 연결되고,
상기 제 2 기판(3)은 제 2 절연체(6b) 및 전기 전도성 구조화된 제 2 전도 층(7b)을 갖고, 상기 제 2 전도 층은 상기 제 2 절연체(6b) 상에 배열되고, 상기 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지(1)는 제 2 직렬 회로 장치(9)를 갖고, 상기 제 2 직렬 회로 장치는 제 3 전력 반도체 스위치(T3) 및 제 2 다이오드(D2)를 갖고, 상기 제 2 다이오드는 상기 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 전기적으로 직렬 연결되며, 제 4 전력 반도체 스위치(T4), 상기 제 3 전력 반도체 스위치(T3), 제 4 다이오드(D4) 및 상기 제 2 다이오드(D2)는 상기 구조화된 제 2 전도 층(7b) 상에 배열되고 상기 구조화된 제 2 전도 층(7b)에 연결되고,
상기 제 1 직렬 회로 장치(8)의 입력 연결은 상기 제 2 직렬 회로 장치(9)의 출력 연결에 전기 전도성 연결되며, 상기 제 1 직렬 회로 장치(8)의 상기 출력 연결은 상기 제 2 직렬 회로 장치(9)의 상기 입력 연결 및 상기 제 1 전력 반도체 스위치(T1)의 제 2 부하 전류 연결(E) 및 상기 제 4 전력 반도체 스위치(T4)의 제 1 부하 전류 연결(C)에 전기 전도성 연결되고,
상기 제 1 다이오드(D1)는 상기 제 1 전력 반도체 스위치(T1)와 전기적으로 역병렬 연결되며, 상기 제 4 다이오드(D4)는 상기 제 4 전력 반도체 스위치(T4)와 전기적으로 역병렬 연결되며,
상기 제 1 직렬 회로 장치(8)의 중앙 연결(10) 및 상기 제 2 직렬 회로 장치(9)의 중앙 연결(11)은 서로 및/또는 제 5 다이오드(D5)에 전기 전도성 연결되고, 상기 중앙 연결(10)은 상기 제 2 전력 반도체 스위치(T2)와 상기 제 3 다이오드(D3) 사이에 전기적으로 배열되고, 상기 중앙 연결(11)은 상기 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 상기 제 2 다이오드(D2) 사이에 전기적으로 배열되고, 상기 제 5 다이오드는 상기 제 2 전력 반도체 스위치(T2)와 전기적으로 역병렬 연결되고, 상기 구조화된 제 1 전도 층(7a) 상에 배열되며 상기 구조화된 제 1 전도 층(7a)에 연결되며, 제 6 다이오드(D6)는 상기 제 3 전력 반도체 스위치(T3)와 전기적으로 역병렬 연결되고, 상기 구조화된 제 2 전도 층(7b) 상에 배열되며 상기 구조화된 제 2 전도 층(7b)에 연결되는 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 직렬 회로 장치(8)의 상기 입력 연결은 상기 제 2 전력 반도체 스위치(T2)의 상기 제 1 부하 전류 연결(C)의 형태이고 상기 제 1 직렬 회로 장치(8)의 상기 출력 연결은 상기 제 3 다이오드(D3)의 캐소드의 형태이며, 상기 제 2 직렬 회로 장치(9)의 상기 입력 연결은 상기 제 3 전력 반도체 스위치(T3)의 제 1 부하 전류 연결(C)의 형태이고 상기 제 2 직렬 회로 장치(9)의 상기 출력 연결은 상기 제 2 다이오드(D2)의 상기 캐소드의 형태인 것을 특징으로 하는 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 직렬 회로 장치(8)의 상기 입력 연결은 상기 제 3 다이오드(D3)의 애노드의 형태이고 상기 제 1 직렬 회로 장치(8)의 상기 출력 연결은 상기 제 2 전력 반도체 스위치(T2)의 상기 제 2 부하 전류 연결(E)의 형태이며, 상기 제 2 직렬 회로 장치(9)의 상기 입력 연결은 상기 제 2 다이오드(D2)의 상기 애노드의 형태이고 상기 제 2 직렬 회로 장치의 출력 연결은 상기 제 3 전력 반도체 스위치(T3)의 상기 제 2 부하 전류 연결(E)의 형태인 것을 특징으로 하는 3 레벨 전력 변환기 하프 브리지.
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