KR20160138212A - 드라이버 어셈블리 - Google Patents

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KR20160138212A
KR20160138212A KR1020167029778A KR20167029778A KR20160138212A KR 20160138212 A KR20160138212 A KR 20160138212A KR 1020167029778 A KR1020167029778 A KR 1020167029778A KR 20167029778 A KR20167029778 A KR 20167029778A KR 20160138212 A KR20160138212 A KR 20160138212A
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semiconductor switches
driver assembly
semiconductor
switches
plane
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KR1020167029778A
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Inventor
요르크 얀
토마스 에르트만
아요이 팔리트
Original Assignee
렘푀르더 일렉트로닉 게엠베하
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Abstract

본 발명은 복수의 반도체 스위치(105)를 구비한 드라이버 어셈블리(100)에 관한 것이며, 반도체 스위치들은, 평면 내 이웃한 반도체 스위치들 간의 이격 간격들이 각각 동일한 크기이면서 각각의 반도체 스위치는 동일한 개수의 이웃 반도체 스위치를 갖는 방식으로 하나의 평면(110) 내에 배치된다.

Description

드라이버 어셈블리{DRIVER ASSEMBLY}
본 발명은 드라이버 어셈블리에 관한 것이다. 특히 본 발명은 드라이버 어셈블리의 부재들로부터 열의 소산에 관한 것이다.
예컨대 자동차의 온보드 제어 유닛은, 연결된 부하장치를 제어하기 위해 전류 또는 전압을 공급하도록 구성된다. 예컨대 연결된 전기 모터의 회전 방향 및 회전 속도를 제어하기 위해 3상 교류 전압이 공급될 수 있다.
드라이버 어셈블리는, 필요한 전류 또는 필요한 전압을 공급하기 위해 복수의 반도체 스위치를 포함한다. 반도체 스위치들은 통상적으로 손실 없이 작동하지 못하며, 그럼으로써 상기 반도체 스위치들로부터 열이 소산되어야 한다. 반도체 스위치들로 공급 라인들을 최대한 짧고 직접적으로 이어지게 하고 공통 히트 싱크를 이용하여 냉각할 수 있도록 하기 위해, 반도체 스위치들은 통상 하나의 열로, 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치된다. 이 경우, 배치 구조의 외부 영역들에 위치하는 반도체 스위치들은 안쪽에 위치하는 다른 반도체 스위치들보다 더 잘 냉각된다. 상이한 온도를 통해, 반도체 스위치들은 그 전기 부하 용량이 상이할 수 있으며, 그럼으로써 드라이버 어셈블리의 총 전기 부하 용량은 감소될 수 있다. 또한, 반도체 스위치들은 서로 상이한 정도 또는 속도로 노후화될 수 있으며, 그럼으로써 반도체 스위치들의 고장 확률도 서로 상이하다. 그 결과, 전체 드라이버 어셈블리의 고장 확률은 높아질 수 있다. 또한, 반도체 스위치들로 이어지는 공급 라인들은 길이가 상이할 수 있으며, 그럼으로써 공급 라인들의 영역에서 전자기 호환성(EMC), 임피던스 또는 전압 강하가 부정적인 영향을 받을 수 있게 된다.
본 발명의 과제는, 개량된 드라이버 어셈블리를 명시하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라서, 독립 청구항의 특징들을 갖는 드라이버 어셈블리에 의해 해결된다. 종속 청구항들에는 바람직한 실시형태들이 반영되어 있다.
본 발명에 따른 드라이버 어셈블리는 복수의 반도체 스위치를 포함하며, 이 반도체 스위치들은, 평면 내 이웃한 반도체 스위치들 간의 이격 간격들이 각각 동일한 크기이면서 각각의 반도체 스위치는 동일한 개수의 이웃 반도체 스위치를 갖는 방식으로 하나의 평면 내에 배치된다.
반도체 스위치들은 예컨대 바이폴라 트랜지스터들, 전계효과 트랜지스터들, MOSFET들, 싸이리스터들, 스위칭 다이오드들 또는 IGBT들을 포함할 수 있다. 반도체 스위치들은 바람직한 방식으로 개별적으로 평면 내에 포지셔닝될 수 있는 이산 부품들이다. 각각의 반도체 스위치가 동일한 열 출력을 방출한다면, 반도체 스위치들 상에는 동일한 온도가 설정될 수 있다. 이웃한 반도체 스위치들로 인해 하나의 반도체 스위치의 위치에서 열 에너지 유입은, 모든 반도체 스위치에 대한 반도체 스위치들의 배치 구조로 인해 동일하다. 동일한 온도를 통해, 반도체 스위치들에 대해 동일한 노후화, 동일한 부하 용량 또는 동일한 고장 확률이 적용될 수 있다. 그 결과, 드라이버 어셈블리는 신뢰성 또는 부하 용량이 더 높을 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 반도체 스위치들은 환상 선(circular line) 상에 균일하게 분포된다. 달리 표현하면, 평면 내에서 반도체 스위치들의 배치 구조는 사전 결정된 지점을 중심으로 회전 대칭일 수 있다. 이 경우, 추가로 바람직하게는, n중 회전 대칭에 관계되며, n은 이용되는 반도체 스위치들의 개수이다.
한 실시형태에서, 반도체 스위치들 간의 이격 간격들은 평면 내에서 반도체 스위치들의 윤곽들의 지점들의 최소 이격 간격들로서 정의된다. 또 다른 실시형태에서, 각각의 반도체 스위치 상에는 하나의 지점이 할당될 수 있으며, 2개의 반도체 스위치 간의 이격 간격은 할당된 지점들 간의 이격 간격으로서 정의된다. 할당된 지점은 예컨대 기하학적 중심점이거나, 반도체 스위치의 작동 중에 가장 강하게 가열되는 지점일 수 있다. 반도체 스위치의 위치는 할당된 지점의 위치를 통해 지시될 수 있다.
한 실시형태에서, 할당된 지점들은 기재한 상대 이격 간격들을 갖는 것만으로도 충분하며, 평면 내에서 반도체 스위치들의 회전 정렬들은 임의로 선택될 수 있다. 그 결과, 전기 공급 라인들은 반도체 스위치들로 바람직하게는 짧게 또는 교차점이 적게 이어질 수 있다.
또 다른 실시형태에서는, 상호 간에, 또는 기준점과 관련하여 반도체 스위치들의 회전 정렬들이 중요하다. 반도체 스위치들은 특히 서로 균일하게 정렬될 수 있다. 이를 위해, 각각의 반도체 스위치 상에서는, 바람직하게 앞에서 언급한 할당된 지점을 통과하여 연장되는 방향이 사전 설정될 수 있다. 예컨대 반도체 스위치들의 방향들은 서로 평행하게 연장될 수 있거나, 방향들이 공통 지점과 함께 취하는 각도는 모든 반도체 스위치에 대해 동일할 수 있다. 따라서 드라이버 어셈블리의 내부에서 균일한 열 분포는, 특히 반도체 스위치들이 방사 대칭의 열원들로서 충분히 정확하게 모델링될 수 없을 때, 개선될 수 있다.
추가로 바람직하게는, 6개 이상의 반도체 스위치가 제공되며, 드라이버 어셈블리는 적어도 하나의 다상 인버터에 포함된다. 상기 인버터는 통상 각각 2개의 반도체 스위치를 구비한 복수의 하프 브리지를 포함한다. 다상 인버터는 특히 다상 전기 모터를 제어하도록 구성될 수 있다. 인버터는 특히 자동차의 온보드에, 예컨대 조향 또는 제동 보조, 전기식 리어 액슬 스티어링, 전기식 레벨 조정(레벨링 바이 와이어)을 위해, 그리고 전기식 구동장치들을 위해 제공될 수 있다. 또한, 인버터는 통상 적은 장착 공간을 갖는 이륜차들을 위해서도 제공될 수 있다.
바람직하게, 하프 브리지들 중 하나 이상의 하프 브리지는, 하프 브리지를 통해 형성되는 상응하는 상이 분리될 수 있게 하는 상 분리기(phase separator)로서의 추가 반도체 스위치와 전기 연결된다. 그 결과, 결함이 있는 경우에, 안전한 상태가 생성될 수 있다. 추가로 바람직하게 하프 브리지들 각각은 상 분리기로서의 추가 반도체 스위치와 전기 연결된다. 또한, 바람직하게, 상 분리기는 전기 전도 경로에서 할당된 하프 브리지의 하류에 배치되어 제공된다. 상기 상 분리는 특히 예컨대 전기식 조향 보조 또는 다른 유형의 보조의 비상 작동 전략을 위해 제공될 수 있다.
추가로 바람직하게, 하나 이상의 상 분리기는 반도체 스위치들에 대해 평행한 평면 내에 배치된다. 예컨대 하나 이상의 상 분리기는 반도체 스위치 캐리어 부재의 타측 면 상에 반도체 스위치로서 배치될 수 있다. 캐리어 부재는 바람직하게 인쇄회로기판이다. 추가로 바람직하게, 1개를 초과하는 상 분리기가 제공되는 한, 상 분리기들은 타측 면에서 반도체 스위치들에 대해 상술한 것과 같은 방식으로 배치된다. 그 대안으로, 상 분리기들은 반도체 스위치들과 함께 하나의 평면 내에 상술한 방식으로 배치될 수 있다. 그에 따라, 상 분리기들에 대해 각각 동일한 상술한 장점들이 달성된다.
추가로 바람직하게, 상 분리기들 및 반도체 스위치들은 서로 상이한 평면들 내에서 각각 환상 선 상에 배치되며, 상 분리기들에 할당된 환상 선은 평면들을 통과하는 평면도에서 반도체 스위치들에 할당된 환상 선에 의해 에워싸인다. 그 결과, 반도체 스위치들 및 상 분리기들을 포함하는 캐리어 부재의 캐리어 재료의 열 부하는 대등해질 수 있다. 또한, 반도체 스위치들 상으로의 가능한 온도 공급도 감소될 수 있다. 또한, 반도체 스위치들 및 상 분리기들의 조밀한 배치도 가능하다. 추가로 바람직하게, 환상 선들은 평면들을 통과하는 공통 중심점 축을 포함한다. 그에 따라, 캐리어 재료의 더욱 균일한 열 부하가 달성될 수 있다.
또한, 바람직한 방식으로, 반도체 스위치들과의 열 결합을 위한, 그리고 추가로 바람직하게는 하나 이상의 상 분리기와의 열 결합을 위한 히트 싱크가 제공되며, 히트 싱크는, 하나의 평면 내에 위치하면서 반도체 스위치들 상에서, 그리고 추가로 바람직하게는 하나 이상의 상 분리기 상에서의 안착을 위한 복수의 접촉 섹션을 포함한다. 단일의 히트 싱크를 이용하는 것을 통해, 반도체 스위치들 및 추가로 바람직하게는 하나 이상의 상 분리기는 균일하게 냉각될 수 있으며, 재료 및 조립에 대한 비용 장점들도 달성될 수 있다.
한 실시형태에서, 접촉 섹션들은 원판의 형태를 갖는 접촉면에 포함된다. 그 결과, 반도체 스위치들 및 추가로 바람직하게 하나 이상의 상 분리기로 향해 있는 히트 싱크의 표면은 간단하면서도 비용 절약 방식으로 형성될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 접촉 섹션들은, 반도체 스위치들 및 추가로 바람직하게 동일한 평면 내에 배치된 상 분리기들이 히트 싱크 상에 안착되는 만큼의 모서리를 갖는 정다각형의 형태를 갖는 접촉면에 포함된다. 그 결과, 히트 싱크의 냉각 용량은 개선될 수 있다. 또한, 히트 싱크의 고정은 히트 싱크의 다각형 형태를 통해 용이해질 수 있다. 히트 싱크는 추가로 바람직하게 동기 모터의 하우징을 통해 형성될 수 있거나, 그 대안으로 하우징 상에 플랜지 결합될 수 있다. 하우징 상에의 플랜지 결합은, 높은 기밀성 요건을 수반하는 인버터의 단부면 조립을 위해 특히 바람직하다.
또한, 반도체 스위치들 또는 상 분리기들의 회전 배치 구조는, 동기 모터의 단부면 또는 접촉면 상에 인버터의 직접적인 결합을 위해 특히 바람직하다. 그 결과, 모터 접점들이 캐리어 부재와, 또는 캐리어 부재 접점들과 연결됨으로써, 최단 경로로 접촉이 수행될 수 있다. 이를 위해, 바람직한 방식으로 반도체 어셈블리의 중앙 자유 공간이 이용될 수 있다. 그 밖에도 바람직하게는, 예컨대 홀 센서이면서 추가로 바람직하게는 캐리어 부재에 평행한 추가 캐리어 부재 또는 인쇄회로기판 상에 배치되는 로터 위치 센서(rotor-position sensor)가 회전 각도를 검출할 수 있도록 하기 위해, 자석이 통합된 모터 샤프트 단부 역시도 설치공(hole cut-out)에 의해 자유 공간을 통과하여 안내될 수 있다.
한 실시형태에서, 반도체 스위치들 및 추가로 바람직하게 하나 이상의 상 분리기는 표면 실장 부품들을 포함하고, 반도체 스위치들 및 추가로 바람직하게 적어도 하나의 상 분리기는 스트립 도체들에 의해 전기 접촉되며, 히트 싱크는 평면의 외부에 위치하여 적어도 하나의 스트립 도체와의 열 결합을 위한 돌출부를 포함한다. 그 결과, 스트립 도체는 추가로 냉각될 수 있으며, 그럼으로써 드라이버 어셈블리의 영역 내에서 열점("hot spot")은 개선되는 방식으로 방지될 수 있다. 반도체 스위치들 및 추가로 바람직하게 적어도 하나의 상 분리기는 표면 실장 가능한 임의의 하우징들 내에 배치될 수 있으며, 특히 바람직한 실시형태에서 DirectFET들이 이용된다.
바람직한 실시형태에 따라서, 각각의 하프 브리지에는, 하프 브리지의 2개의 반도체 스위치를 서로 전기 연결하는 전도 경로와 전기 연결되는 단락 스위치가 할당되며, 이런 단락 스위치들은 서로 전기 연결된다. 단락 스위치들에 의해, 예컨대 전기 모터는 발전기로서의 이용을 위해 감속될 수 있다. 그 대안으로, 또는 그에 추가로, 전기 모터의 정지 시까지 감속은, 결함이 있는 경우에 바람직하게 안전한 상태에 상응하는 결합 또는 차단 동력(binding or blocking motivity)을 요구하는 안전 요건의 결과일 수 있다. 예컨대 상기 안전 요건 또는 상기 상 단락은 액티브 리어 휠 스티어링을 위해 바람직한 방식으로 이용될 수 있다.
바람직하게 단락 스위치는 MOSFET 또는 DirectFET이다. 추가로 바람직하게, 단락 스위치들은 반도체 스위치들 또는 상 분리기들에 관계하는 상술한 방식으로 배치되며, 추가로 바람직하게는 히트 싱크와 연결된다. 이런 배치 및 결합은 특히 단락 스위치들이 냉각되어야 할 때 권장된다. 그 밖에, 바람직하게 반도체 스위치들과 다른 평면 내에 배치되는 단락 스위치들의 상술한 것과 같은 배치 구조는 반드시 요구되지는 않는다.
또한, 바람직하게, 스트립 도체들은 반도체 스위치들의 단자들의 전기 연결을 위해 실질적으로 동일한 크기의 표면들을 포함한다. 평면 내에서 반도체 스위치들의 명시된 배치를 통해, 전기 결선들을 기하학적으로 유사하게 형성할 수 있다. 특히 바람직하게, 서로 상이한 반도체 스위치들로 향하는 스트립 도체들은 실질적으로 동일한 길이, 동일한 폭 및 동일한 두께를 갖는다. 전기 저항, 임피던스, 또는 전자기 간섭 필드들에 대한 작용과 같은 전기 특징들은 상호 간에 부합할 수 있다. 또한, 단상들의 전류들도 상호 간에 매칭될 수 있다. 또한, 최대한 낮은 EMC 방출이 달성될 수 있다. 반도체 스위치들이 균일하게 전기 부하를 받는다면, 스트립 도체들의 영역에서 열 출력들 역시도 상호 간에 부합할 수 있다. 이처럼 스트립 도체들의 바람직한 실시형태들은 상 분리기(들) 및/또는 단락 스위치들의 단자들의 전기 연결을 위한 스트립 도체들에도 바람직하게 적용될 수 있다.
한 변형예에서, 드라이버 어셈블리는 사전 결정된 개수의 반도체 스위치들을 포함하며, 각각의 반도체 스위치는 앞에서 기재한 2개 이상의 드라이버 어셈블리들 중 하나의 드라이버 어셈블리에 할당된다. 달리 표현하면, 드라이버 어셈블리의 반도체 스위치들은 2개 또는 그 이상의 그룹으로도 배치될 수 있으며, 각각의 그룹에 대해 기재한 배치 규칙들이 적용된다. 두 그룹은 하나의 평면 내에 또는 서로 상이한 평면들 내에 배치될 수 있다. 한 실시형태에서, 그룹들의 평면들은 서로 평행하게 위치한다.
또한, 바람직하게는, 상술한 실시형태들 중 하나의 실시형태에 따르는 상 분리기 또는 단락 스위치를 포함하는 중복 인버터 회로도 제공될 수 있다.
이제 본 발명은 첨부한 도면들을 참조하여 더욱 구체적으로 기재된다.
도 1은 드라이버 어셈블리의 반도체 스위치들의 배치 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 반도체 스위치들의 대안의 배치 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 배치 구조에서의 3상 인버터를 도시한 회로도이다.
도 4는 도 1의 배치 구조에서의 상 분리기를 포함하면서 도 1의 배치 구조에 도시된 3상 인버터를 도시한 회로도이다.
도 5는 단락 스위치를 포함하면서 도 1의 배치 구조에 도시된 3상 인버터를 도시한 회로도이다.
도 6은 도 1의 드라이버 어셈블리의 한 실시형태를 도시한 측면도이다.
도 7은 도 3의 3상 인버터 상에서의 온도 분포를 도시한 도면이다.
도 1에는, 드라이버 어셈블리(100)의 개략도가 도시되어 있다. 드라이버 어셈블리(100)는 복수의 반도체 스위치(105)를 포함하며, 도 1에는 순수하게 본보기로서 6개의 반도체 스위치(105)가 제공되어 있다. 반도체 스위치들(105)은 동일한 유형이며 하나의 평면(110) 내에 2차원으로 배치된다. 이 경우, 배치 구조는, 각각의 반도체 스위치(105)가 동일한 개수의 이웃 반도체 스위치(105)를 갖고 이웃한 반도체 스위치들(105) 간의 이격 간격들은 각각 동일한 방식으로 형성된다.
도시된 실시형태에서, 반도체 스위치들(105)은 중심점(120)을 중심으로 하는 환상 선(115) 상에 동일하게 분포되어 위치한다. 다시 말해, 반도체 스위치(105)는 환상 선(115) 상에서 각각 60°만큼 서로 오프셋 되어 있다. 이런 배치 구조는 중심점(120)과 관련하여 6중 회전 대칭을 나타낸다.
반도체 스위치들(105)의 배치 구조는, 반도체 스위치들(105)과의 열 결합을 위한 공통 히트 싱크(125)가, 중심점(120)에 대해 회전 대칭이고 평면(110)에 대해 평행한 접촉면(130)을 포함할 수 있도록 선택된다. 도시된 실시형태에서, 히트 싱크(125)의 접촉면(130)은 원판의 형태를 가지며, 또 다른 실시형태에서는 접촉면(130)은 정다각형의 형태 역시도 가질 수 있으며, 이 경우 바람직하게는 모서리들의 개수는 안착되는 반도체 스위치들(105)의 개수에 상응한다.
반도체 스위치들(105)의 배치 구조는 주로 열적 근거에서 선택된다. 그러므로 반도체 스위치들(105)의 배치 구조에서 작은 결함 또는 공차는 일반적으로 감수될 수 있다. 정렬의 증가된 정밀도가 요구된다면, 각각의 반도체 스위치(105) 상에는 하나의 지점(135)이 할당되고, 이 지점과 관련하여 반도체 스위치들(105) 간의 이격 간격들 또는 위치들이 할당된다. 도시된 실시형태에서, 할당된 지점들은 각각 반도체 스위치들의 표면의 기하학적 중심점에 상응하고, 할당된 지점들(135)은 각각 환상 선(115) 상에 위치하며, 여기서 환상 선(115) 상에서 이웃하는 반도체 스위치들(105)의 할당된 지점들(135) 간의 이격 간격들은 각각 동일한 크기이다. 추가 실시형태에서, 반도체 스위치들(105) 상호 간의 이격 간격들은 평면 내에서 반도체 스위치들의 윤곽들의 최소 이격 간격들과 관련하여 정의된다. 도시된 실시형태의 경우, 평면(110) 내에서 반도체 스위치들(105) 상호 간의 회전 정렬들은 서로 상이하게 선택된다.
또 다른 실시형태에서, 중심점(120)과 관련하여 각각의 반도체 스위치(105)의 회전 정렬 역시도 고려된다. 이는 예컨대 평면(110) 내에서 반도체 스위치들(105)의 윤곽들이 도 1에 도시된 것과 달리 길쭉할 때 적합할 수 있다. 정렬의 결정을 위해, 반도체 스위치(105) 상에서는, 바람직하게는 할당된 지점(135)으로부터 연장되는 방향(140)이 사전 결정될 수 있다. 중심점(120)과 관련하여 반도체 스위치들(105)의 정렬들을 서로 매칭시키기 위해, 바람직하게는 방향들(140)이 중심점(120)을 통과하는 반경들과 각각 취하는 각도가 서로 일치하는 방식으로 선택된다. 또 다른 실시형태에서, 방향들(140)은 또 다른 방식으로도, 예컨대 방향들(140)이 상호 간에 평행하게, 또는 상호 간에 수직으로 쌍을 이루어 연장됨으로써 서로 매칭될 수 있다.
도 1의 도면에서, 각각의 반도체 스위치(105)는 정확히 2개의 이웃 반도체 스위치(105)를 가지며, 요컨대 환상 선(115) 상에서 오른편에 이웃한 하나의 반도체 스위치와 왼편에 이웃한 하나의 반도체 스위치를 포함한다. 환상 선(115) 상에서 그들 사이에 하나의 추가 반도체 스위치(105)가 위치하는 추가의 이격된 반도체 스위치들(105)은 이웃하지 않는 것으로서 간주된다.
한 실시형태에서, 이웃하지 않은 반도체 스위치들 간의 이격 간격들은 이웃한 반도체 스위치들(105) 사이의 이격 간격들의 1.5배 이상이다. 이런 조건을 통해, 이웃하지 않은 반도체 스위치(105)에 대한 일측 반도체 스위치(105)의 열 영향은 무시할 정도로 적은 점이 보장될 수 있다. 환상 선(115) 상에 6개의 반도체 스위치(105)의 도시된 실시형태에서, 이웃하지 않은 반도체 스위치들(105)은 예컨대 이웃한 반도체 스위치들(105)보다 1.7배 이상 서로 이격되어 있다.
도 2에는, 도 1의 드라이버 어셈블리(100)의 반도체 스위치들(105)의 대안의 배치 구조가 도시되어 있다. 여기서는, 드라이버 어셈블리(100)의 복수의 반도체 스위치(105)를 각각 포함하는 제1 그룹(205) 및 제2 그룹(210)이 형성된다. 본보기로서, 각각의 그룹(205, 210)에는 각각 3개의 반도체 스위치(105)가 제공되어 있다. 각각의 그룹(205, 210)에서 반도체 스위치들(105)은, 앞에서 도 1의 배치 구조와 관련하여 설명한 사전 할당에 따라서 배치된다. 도시된 실시형태에서, 각각의 그룹(205, 210)에는 별도의 히트 싱크(125)가 할당되며, 대안의 실시형태에서는, 모든 반도체 스위치(105)가 동일한 평면(110) 내에 위치하는 경우 단일의 히트 싱크(125) 역시도 이용될 수 있다. 그 외 추가 실시형태에서, 반도체 스위치들(105)은 평행한 평면들(110) 내에서도 위치할 수 있으며, 이 경우 히트 싱크(125)는 각각 또 다른 평면(110)으로부터 이격되는 방향으로 연장된다. 특히 제1 그룹(205)의 반도체 스위치들(105)은 인쇄회로기판의 상면에 배치될 수 있고, 제2 그룹(210)의 반도체 스위치들(105)은 인쇄회로기판의 하면에 배치될 수 있고, 인쇄회로기판 상에서 반도체 스위치들(105)은 기계적 및 전기적으로 실장되며, 히트 싱크(125)는 인쇄회로기판으로부터 이격되는 반대 방향들로 연장된다.
도 3에는, 3상 인버터(300)의 회로도가 도시되어 있다. 도면은, 반도체 스위치들(105) 및 그 결선들이 스위칭 기호로서 도시되고, 그에 반해 반도체 스위치들(105)의 배치 구조는 기하학적으로 파악되게 함으로써, 혼합되어 도시되어 있다. 도시된 실시형태는 도 1의 예시를 지향한다. 드라이버 어셈블리(100)보다 바깥쪽으로 더 돌출되는 3상 인버터(300)의 부재들은 도시되어 있지 않다.
본보기로서, 제1 공급 라인(305)은 고전위와 연결되고 제2 공급 라인(310)은 저전위와 연결된다. 각각 2개의 반도체 스위치(105)는 공급 라인들(305 및 310) 사이에서 하프 브리지를 형성한다. 하프 브리지들의 중앙 탭들(center tap)은 출력 라인들(315 내지 325)로서 인출된다. 출력 라인들에는 예컨대 3상 전기 모터가 연결될 수 있으며, 3상 전기 모터의 토크, 회전수 또는 회전방향은 반도체 스위치들(105)을 그에 상응하게 제어하는 것을 통해 제어될 수 있다. 상기 전기 모터는 예컨대 자동차의 온보드에서 제어 임무를 위해, 예컨대 조향 또는 제동 보조에서 이용될 수 있다.
비록 반도체 스위치들(105) 간의 결선들이 교차점 없이 도시되어 있더라도, 공급 라인들(305, 310) 및 출력 라인들(315 내지 325)은 기하학적으로 유사하게 실현될 수 있음을 알 수 있다. 특히 대응하는 라인들(305 내지 325)의 길이들은 서로 부합할 수 있다. 이 경우, 실질적으로 단지 미도시한 중심점(120)을 중심으로 하는 외접원에 위치하는 라인들(305 내지 325)의 부분들만이 고려되며, 외접원은 각각 반도체 스위치들(105)의 반경 방향의 최외부 지점들에 접촉한다.
도 4 및 도 5에는, 상 분리 회로 또는 단락 회로만큼 확장된 3상 인버터(300)의 회로도가 각각 도시되어 있다. 도면은 도 3과 등가로 도시되어 있으며, 그 때문에 반도체 스위치들(105)의 배치 구조 및 전기 결선과 관련하여서는 도 1에 관계하는 절(節)이 참조된다.
도 4에는, 특히 상 분리기로서 형성되는 3개의 추가 반도체 스위치(106)를 구비한 상 분리 회로를 포함하는 3상 인버터(300)가 도시되어 있으며, 3개의 추가 반도체 스위치는 2개의 반도체 스위치(105)로 구성되는 하프 브리지에 각각 할당되어 이 하프 브리지와 전기 연결된다. 상 분리기들(106)은 반도체 스위치들(105)의 배치 구조를 포함하는 평면에 대해 평행한 평면 내에 배치된다. 바람직하게 상 분리기들(106)은 반도체 스위치들(105)과 다른 인쇄회로기판의 면 상에 배치된다. 각각의 상 분리기(106)는 각각의 하프 브리지에 할당되는 제1 출력 라인(315) 또는 제2 출력 라인(320) 또는 제3 출력 라인(325)을 통해 상응하는 하프 브리지와 연결된다. 그에 따라 상 분리기(106)는 각각의 하프 브리지의 하류에 배치되어 제공된다. 상 분리기들(106)의 배치는 반도체 스위치들(105)의 배치에 상응하는 상술한 방식으로 수행되며, 상 분리기들(106)은 평면들의 평면도에서 반도체 스위치들(105)과 동일한 환상 선 상에 배치되고, 상 분리기(106)는 2개의 이웃 반도체 스위치(105) 사이에 배치된다. 대안의 실시예에 따라서, 상 분리기들(106)은, 배치 평면들의 평면도에서 반도체 스위치들(105)을 포함하는 환상 선의 내부에 위치하는 환상 선 상에 배치된다. 그 결과, 반도체 스위치들(105) 및 상 분리기들(106)의 더 조밀한 배치 구조가 달성된다. 또한, 반도체 스위치들(105) 및 상 분리기(106)를 포함하는 인쇄회로기판은 열 부하와 관련하여 추가로 대등하게 될 수 있다.
도 5에는, 특히 단락 스위치로서 형성되는 3개의 추가 반도체 스위치(107)를 구비한 단락 회로를 포함하는 3상 인버터(300)가 도시되어 있으며, 3개의 추가 반도체 스위치는 2개의 반도체 스위치(105)로 구성되는 하프 브리지에 각각 할당되어 이 하프 브리지와, 그리고 서로 전기 연결된다. 단락 스위치들(107)은, 반도체 스위치들(105)의 배치 구조를 포함하는 평면에 대해 평행한 평면 내에 배치된다. 바람직하게 상 분리기들(107)은, 반도체 스위치들(105)과 다른 인쇄회로기판의 면 상에 배치된다. 각각의 단락 스위치(107)는, 공통 연결 라인(330)을 통해, 하프 브리지를 형성하는 2개의 반도체 스위치(105)를 연결하는 라인과, 그리고 다른 단락 스위치들(107)과 전기 연결된다. 그에 따라, 단락 스위치(107)는, 하프 브리지를 형성하는 반도체 스위치들(105)의 하류에 배치되어 제공된다. 각각의 단락 스위치(107)는, 최대한 짧은 구간의 접속 라인들을 이용하기 위해, 각각의 라인에 대한 접속을 위한 자체의 접속점에 가깝게 배치된다. 단락 스위치들(107)의 배치는, 미도시한 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 예컨대 단락 스위치들(107)의 냉각이 요구되는 점에 한해, 상 분리기들(106)의 배치에 상응하는 상술한 방식으로 수행될 수 있다.
도 6에는, 도 1의 드라이버 어셈블리(100)의 한 실시형태의 측면도가 도시되어 있다. 인쇄회로기판(400)은 상면(405)과 하면(410)을 포함한다. 상면(405) 상에서는, 반도체 스위치(105)와 전기 연결되어 있는 하나 또는 복수의 스트립 도체(415)가 연장된다. 이 경우, 반도체 스위치(105)는 표면 실장되어 마찬가지로 인쇄회로기판(400)의 상면(405) 상에 위치한다.
히트 싱크(125)의 접촉면(130)의 접촉 섹션(420)은, 열 결합을 형성하기 위해, 인쇄회로기판(400)의 반대 방향으로 향해 있는 반도체 스위치(105)의 안착면(425) 상에 안착된다. 향상된 열 전도를 위해, 전기 절연을 위해, 또는 높이 보상을 위해, 안착면(425)과 접촉 섹션(420) 사이에는, 전기 전도도가 바람직하게 최대한 불충분한 경우 최대한 충분한 열 전달을 나타내는 열 전도 패드, 열 전도 페이스트, 운모 디스크(mica disk) 또는 또 다른 요소가 제공될 수 있다.
히트 싱크(125)는, 접촉 섹션(420)을 포함하는 평면(110)의 외부에 위치하는 돌출부(430)를 포함할 수 있다. 돌출부(430)는 인쇄회로기판(400)의 방향으로 연장되어 스트립 도체(415)와 열 결합된다. 이 경우, 바람직하게는, 공급 라인 또는 출력 라인(305 내지 325)을 포함하는 스트립 도체(415)가 열적으로 결합되지만; 제어 라인도 역시 포함될 수 있다. 여기서도 돌출부(430)와 스트립 도체(415) 사이에, 높이 보상, 열 전도의 개선, 또는 전기 절연을 위한 요소가 제공될 수 있다.
도 7에서 상부 영역에는, 본 예시의 경우 도 3의 3상 인버터(300)를 위한 드라이버 어셈블리(100)로서 이용되는 6개의 반도체 스위치(105)의 원형 배치 구조에서 온도 분포의 도면이 도시되어 있다. 도 5의 하부 영역에는, 반도체 스위치들(105)의 공지된 직사각형 배치 구조가 도시되어 있다.
3상 인버터(300) 내에서 반도체 스위치들(105)은 실질적으로 동일한 주파수들 및 듀티 주기들로 스위치 온 및 오프되며, 그럼으로써 각각의 반도체 스위치(105)는 동일한 전기 출력을 열 출력으로 변환한다. 도면에는 평면(110)에 대한 상면도가 도시되어 있다. 반도체 스위치들(105)은 자체의 상면들에서 히트 싱크(125)와 접촉해 있다. 자체의 온도들이 공통 영역에 속하는 기하학적 영역들은 서로 연결되어 도시되어 있으며, 온도 영역들의 예시의 평균값들은 ℃ 단위의 수치로 기재되어 있다.
도면에서는, 상부에 도시된 원형 배치 구조 상에서 각각의 반도체 스위치(105)의 표면은 단지 적은 수의 온도 영역을 포함하며, 반도체 스위치들(105)의 표면은 실질적으로 동일한 온도 영역들을 포함하는 점을 알 수 있다. 그러므로 각각의 개별 반도체 스위치(105)의 온도 부하들 및 모든 반도체 스위치(105)의 온도 부하들은 매우 균일하다. 그 결과, 드라이버 어셈블리(100)의 반도체 스위치들(105)의 노후화 및 고장 확률은 드라이버 어셈블리의 작동 시간에 걸쳐서 실질적으로 동일할 수 있다. 그 결과, 반도체 스위치들(105)은 개선된 방식으로 사전 결정된 전기 부하에 부합하게 치수 설계될 수 있다. 이런 사항은, 특히 예컨대 자동차의 온보드에서 조향 또는 제동 보조를 위한 서보 모터의 제어의 경우와 같은 안전 임계의 적용에서 바람직할 수 있다.
이웃 반도체 스위치들이 서로 다른 이격 간격들을 갖는 하부에 도시된 직사각형 배치 구조에서, 반도체 스위치들(105)의 표면들 상에서의 온도는 전체적으로 더 높다. 또한, 반도체 스위치들(105)의 표면들은, 추가로 계속하여 서로 분리되어 위치하는 다수의 온도 영역을 각각 포함한다. 반도체 스위치들(105)은 서로 매우 상이한 최고 온도와 최저 온도를 나타낸다. 이로부터, 최고 온도 부하를 갖는 반도체 스위치(105)는 가장 빠르게 노후화되면서 최고 고장 확률을 갖는 것을 알 수 있다. 그러나 각각의 개별 반도체 스위치(105)의 노후화 및 고장 확률은 반도체 스위치들(105)의 표면들 상에서의 강한 온도 기울기를 통해 결정하기 힘들며, 그럼으로써 도시된 배치 구조의 부하 용량 또는 내구성은 매우 불안정해질 수 있다. 또한, 상기 인버터 어셈블리를 통해 상대적으로 더 적은 출력이 지속적으로 스위칭될 수 있는데, 그 이유는 개별 반도체 스위치(105)의 한계 온도의 도달이 전체 어셈블리의 차단 또는 성능저하 한계를 정의하기 때문이다.
100: 드라이버 어셈블리
105: 반도체 스위치
106: 상 분리기
107: 단락 스위치
110: 평면
115: 환상 선
120: 중심점
125: 히트 싱크
130: 접촉면
135: 지점
140: 방향
205: 제1 그룹
210: 제2 그룹
300: 3상 인버터
305: 제1 공급 라인(고전위)
310: 제2 공급 라인(저전위)
315: 제1 출력 라인
320: 제2 출력 라인
325: 제3 출력 라인
330: 연결 라인
400: 인쇄회로기판
405: 상면
410: 하면
415: 스트립 도체
420: 접촉 섹션
425: 안착면
430: 돌출부

Claims (14)

  1. 복수의 반도체 스위치(105, 106, 107)를 포함하는 드라이버 어셈블리(100)에 있어서,
    반도체 스위치들(105, 106, 107)은, 평면(110) 내 이웃한 반도체 스위치들(105, 106, 107) 간의 이격 간격들이 각각 동일한 크기이면서 각각의 반도체 스위치(105, 106, 107)는 동일한 개수의 이웃 반도체 스위치(105, 106, 107)를 갖는 방식으로 하나의 평면(110) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  2. 제1항에 있어서, 반도체 스위치들(105, 106, 107)은 환상 선(115) 상에 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이웃하지 않은 반도체 스위치들(105, 106, 107) 간의 이격 간격들은 이웃한 반도체 스위치들(105, 106, 107) 간의 이격 간격들보다 1.5배 이상 큰 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반도체 스위치들(105, 106, 107)은 서로 균일하게 정렬되는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 6개 이상의 반도체 스위치(105, 106, 107)가 제공되며, 드라이버 어셈블리(100)는 3상 인버터(300)에 포함되는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  6. 제5항에 있어서, 9개의 반도체 스위치(105, 106, 107)가 제공되며, 2개의 반도체 스위치(105)는 3개의 상에 할당된 하나의 하프 브리지를 각각 형성하며, 각각의 하프 브리지는 제3 반도체 스위치(106; 107)와 전기 연결되는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  7. 제6항에 있어서, 제3 반도체 스위치들(107)은 공통 연결 라인(300)을 통해 서로 전기 연결되는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 제3 반도체 스위치들(107)은, 하프 브리지를 형성하는 반도체 스위치들(105)과 다른 평면 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 반도체 스위치들(105, 106, 107)과의 열 결합을 위한 히트 싱크(125)가 제공되며, 히트 싱크는 각각의 평면(110) 내에 위치하는, 반도체 스위치들(105; 106; 107) 상에서의 안착을 위한 복수의 접촉 섹션(420)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  10. 제9항에 있어서, 접촉 섹션들(420)은, 원판의 형태를 갖는 접촉면에 포함되는, 드라이버 어셈블리(100).
  11. 제9항에 있어서, 접촉 섹션들(420)은, 하나의 평면 내에 배치된 반도체 스위치들(105, 106, 107)이 히트 싱크(125) 상에 안착되는 만큼의 모서리를 갖는 정다각형의 형태를 갖는 접촉면(130)에 포함되는, 드라이버 어셈블리(100).
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 반도체 스위치들(105; 106; 107)은 표면 실장 부품들을 포함하고, 반도체 스위치들(105; 106; 107)은 스트립 도체들(415)에 의해 전기 접촉되며, 히트 싱크(125)는, 평면(110)의 외부에 위치하여 하나 이상의 스트립 도체(415)와의 열 결합을 위한 돌출부(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 스트립 도체들(415)은 반도체 스위치들(105; 106; 107)의 단자들의 전기 연결을 위해 실질적으로 동일한 크기의 표면들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
  14. 사전 결정된 개수의 반도체 스위치들(105)을 포함하는 드라이버 어셈블리(100)에 있어서,
    각각의 반도체 스위치(105)는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따르는 2개 이상의 드라이버 어셈블리(100) 중 하나의 드라이버 어셈블리에 할당되는 것을 특징으로 하는, 드라이버 어셈블리(100).
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