WO2002013363A1 - Niederinduktive verschienung für einen matrixumrichter - Google Patents

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WO2002013363A1
WO2002013363A1 PCT/DE2001/002793 DE0102793W WO0213363A1 WO 2002013363 A1 WO2002013363 A1 WO 2002013363A1 DE 0102793 W DE0102793 W DE 0102793W WO 0213363 A1 WO0213363 A1 WO 0213363A1
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WO
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busbar
low
sections
section
level
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PCT/DE2001/002793
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Inventor
Manfred Bruckmann
Olaf Simon
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the invention relates to a low-inductance busbar system for a matrix converter comprising a plurality of switching elements arranged in a 3 ⁇ 3 matrix, in particular semiconductor switches, the matrix converter on the network side having a plurality of capacitor elements via which three input voltage potentials can be passed to the matrix converter.
  • a matrix converter is a self-commutated direct converter which enables a rigid three-phase network to be converted into a system with variable voltage and frequency.
  • Known matrix converters have several electrical switching elements, in particular semiconductor switches (e.g. insulated gate bipolar transistors (IGBT)), which are arranged in a switch matrix.
  • IGBT insulated gate bipolar transistors
  • the power electronic switches are arranged in a 3x3 matrix, so that each of the three output phases is electrically connected to one
  • Entry phase can be connected.
  • the matrix converter or the inputs on the input side are connected to capacitor elements which ensure the switching elements for stable voltage conditions. Since three input phases or input voltages are present, three corresponding capacitor elements are also provided.
  • the connection is made using the low-induction busbar system. Only through the presence of the capacitor elements and the low-inductive displacement is it possible for the semiconductor switches in the matrix converter to commutate without excessive overvoltages, so that an ohmic inductive load, e.g. B. a motor can be operated.
  • busbars In the matrix converter, three potentials of the input voltage from the input capacitor elements to the semiconductor module that forms the 3x3 switch matrix (or the modules in a configuration in which the matrix is implemented in three phases, each with modules comprising three switches) must be used with low inductance.
  • Known busbars have a plurality of busbar sections which are arranged in three levels and are insulated from one another, for which purpose corresponding insulation layers are provided between the individual busbar levels. Overall, a three-layer railing is implemented. The low inductance is achieved by the fact that the splinting levels are as close as possible to one another and that the splinting sections are correspondingly large.
  • busbar with three layers is disadvantageous with regard to the inductance insofar as the distance between the two outer busbar sections determines the maximum leakage inductance. Furthermore, the cooling of the inner conductor is very difficult since it is largely embedded between the other two busbar sections. In addition, the production is complex.
  • the invention is therefore based on the problem of specifying a splint which has the lowest possible leakage inductance with a simple structure at the same time.
  • a low-induction busbar system of the type mentioned at the outset which consists of a plurality of busbar sections which are arranged isolated from one another in two planes.
  • the invention starts from the previous three-layer railing and advantageously provides only two-layer railing.
  • the two levels with the different busbar sections can be arranged correspondingly close to one another (there is only the insulating layer in between), so that the leakage inductance can be reduced even further.
  • the busbar sections required to form the respective pairs of rails, which are required for commutation in accordance with the respective switching state of the switch matrix, are shaped or designed accordingly and are distributed over the levels. There are also no cooling problems, since only two conductor levels are provided, which can be easily cooled from the outside. Another considerable advantage is the simplified possibility of manufacturing such a splint according to the invention.
  • busbar sections can be applied in a simple manner to an appropriately designed or dimensioned insulating layer as flat, metallic conductor layers. It is particularly preferred if the conductor layers are laminated onto a circuit board.
  • the lamination of conductors on circuit boards is a well-known method, the technology of which is safe to use and can also be used advantageously for producing the low-inductance splinting according to the invention " .
  • At least one busbar section is provided for each input potential.
  • different layouts are conceivable with regard to the distribution of the busbar sections, which, as will be discussed in the following, only for each input potential require a busbar section, or else require several busbar sections for one or the other input potential.
  • a first large-area busbar section for the first input potential is provided in the first level and second and third busbar sections for the second and third input potential that are at least partially covered by the first busbar section are provided in the second level.
  • two pairs of displacement sections, between which the voltage co-mutates, are guided next to one another, the potentials involved in a pair being located one above the other in the two layers.
  • the low-inductance commutation in the third voltage pair, which in this embodiment lies in the second level, that is, the two busbar sections, between which the voltage is commutated, are arranged next to one another here, is achieved by eddy current formation in the line routing of the large-area first busbar section in the first level.
  • a third busbar section is therefore integrated for this commutation.
  • the first battening section covers at least 75% of the area of the other two battening sections, but the degree of coverage should preferably be as large as possible.
  • an assigned busbar section is provided in the first and second levels for each input potential.
  • all three possible busbar section pairs between which the voltage commutates are guided next to one another, one busbar section being arranged in the first and the other in the second plane underneath.
  • the busbar sections should be arranged in such a way that the respective busbar sections of the first and second levels, which form a commutation voltage pair, lie directly opposite one another and cover one another over the largest possible area.
  • a third alternative of the invention provides that a busbar section assigned to the first and a second input potential is provided in the first level and that a busbar section assigned to the second and a third input potential is provided in the second level, the busbar sections being such are arranged and designed such that the busbar sections forming a commutation pair lie opposite one another or at least partially overlap one another.
  • two are Different busbar sections assigned to different input potential are provided, each of these busbar sections being formed with a significantly larger area. This ensures that these large-area busbar sections, which are located in different planes and are each assigned different potentials and therefore also form a commutation voltage pair, can overlap one another.
  • the area with which the rail sections overlap should essentially be the same size.
  • a fourth alternative of the invention provides that in the first level there is an assigned busbar section for each input potential and in the second level a large busbar section that forms a counter surface, which does not have to lie on any of the three potentials and that covers the busbar sections of the first level ,
  • a busbar section is used which has no particular potential and which is integrated into the respective commutation path.
  • the commutation also takes place here by eddy current formation in the busbar section forming the counter surface, which is preferably connected to ground.
  • the respective sections are dimensioned such that the potential-carrying busbar sections are completely covered by the busbar section opposite.
  • the invention further relates to a circuit arrangement consisting of a matrix converter and at least three capacitor elements which are connected to one another via a low-inductance busbar of the type described above.
  • the matrix converter consists of several separately configured and arranged output phases. Senmodulen exists, which are connected to the capacitor elements via the busbar.
  • the matrix converter is therefore not a one-piece component, rather it consists of separate phase modules, preferably three phase modules, each of which has a separate output phase.
  • the busbar is designed here so that the capacitor elements are contacted with the corresponding phase modules.
  • the phase modules are assigned a common capacitor block consisting of a plurality of capacitor elements, which is contacted with the individual modules via the busbar.
  • each phase module is assigned its own capacitor block consisting of several capacitor elements.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram in section to show the arrangement of the busbar sections according to a first distribution according to the invention
  • FIG. 2 shows a layout representation of the busbar connection according to
  • FIG. 1 is a top view as a schematic diagram
  • FIG. 3 is a schematic diagram in section to show the arrangement of the busbar sections according to a second distribution according to the invention
  • Fig. 4 is a layout representation of the busbar according to
  • FIG. 3 shows a schematic diagram in top view
  • FIG. 5 shows a schematic diagram in section to show the arrangement of the busbar sections according to a third distribution according to the invention
  • Fig. 6 is a layout representation of the busbar according to
  • FIG. 5 shows a top view as a schematic diagram
  • FIG. 7 shows a basic illustration in section to show the arrangement of the busbar sections according to a fourth distribution according to the invention
  • FIG. 8 shows a layout illustration of the busbar mounting according to
  • FIGS. 9 and 10 show two different designs of circuit arrangements according to the invention.
  • Fig. 1 shows in the form of a schematic diagram a sectional view through a railing according to the invention of a first embodiment.
  • An insulating layer 1 is shown, in the example shown a circuit board, to which busbar sections Vi, V 2 , V 3 are applied as large-area metallic conductor surfaces (e.g. made of aluminum), primarily laminated, on the upper and lower sides.
  • each of the busbar sections is assigned a specific input voltage potential, which is supplied via capacitor elements to be described in more detail in FIG. 2.
  • the upper displacement section Vi is assigned to the potential Pl and the two lower V and V 3 to the potentials P 2 and P 3 .
  • the respective assignment of the input potentials to the respective busbar sections is arbitrary, ie the potentials can also be interchanged in any way. This applies to all of the exemplary embodiments described below.
  • the upper busbar section Vi is substantially wider than the lower busbar sections V 2 , V 3 . These are dimensioned and positioned so that they are largely covered by the upper rail section Vi. The degree of coverage should be as large as possible and at least 75%.
  • the dashed areas, which each represent busbar sections, are in the upper level, the solid, also depicting busbar sections are arranged in the lower level. Obviously, the busbar section Vi covers the two busbar sections V 2 , V 3 over a large area.
  • a total of three commutation voltage pairs that is to say, pairs of blocking sections between which current and voltage commutate, are formed.
  • the first commutation voltage pair consists of the busbar sections Vi and V
  • the second pair consists of the sections Vi and V 3 . It can be seen that these commutation voltage pairs are arranged next to one another, the respective sections involved in the commutation lying opposite one another and being separated via the insulation layer.
  • the third commutation voltage pair V 2 - V lies side by side. The commutation in this voltage pair is achieved by eddy currents that are generated in the busbar section Vi.
  • Fig. 2 also shows the splinting of the capacitor elements and the respective connections on the matrix converter.
  • a total of three capacitor elements Ki, K 2 and K 3 are provided.
  • the capacitor elements are placed on the configuration shown in FIG. 2 from above.
  • the capacitor element Ki is connected to the busbar section Vi and to the busbar section V 2, a suitable opening 2 being provided on the busbar section Vi for contacting the busbar section V 2 .
  • the capacitor element K is contacted at the busbar section Vi and at the busbar section V 3 .
  • both capacitor elements Ki and K 2 lie at a common contact point on the busbar section Vi.
  • the capacitor element K 3 is connected to the two busbar sections V 2 , V 3 , wherein here in the case of contacting connections by speaking openings 2 are guided in rail section Vi.
  • each busbar section Vi, V, V 3 is connected to one of the connections Li, L 2 L 3 .
  • the connections Li, L 2 , L 3 are part of the matrix converter 3 shown here only as an example.
  • FIG. 3 Another exemplary embodiment is shown in FIG. 3.
  • the busbar sections are laminated onto the insulation layer 1 in two planes as large-area metallic conductor surfaces.
  • a total of six busbar sections are used here, one busbar section Vi, V 2 and V 3 being provided in each level.
  • a certain input potential Pi, P 2 , P 3 is again assigned to each of the displacement sections Vi, V 2 , V 3 .
  • three commutation voltage pairs lying next to one another are formed, namely the pair Vi - V 2 , the pair V 2 - V 3 , and the pair V 3 - Vi, each via the insulation layer 1 Cut.
  • the respective rail sections located in one plane are somewhat spaced apart from one another for insulation purposes, that is to say the insulation in the horizontal plane takes place via the air gap.
  • FIG. 4 shows a top view of the modification shown in FIG. 3.
  • the busbar sections located in the upper level are dashed and the busbar sections located in the lower level are shown as solid lines.
  • the respective capacitor elements Ki, K 2 , K 3 are also contacted here at the respective busbar sections, with corresponding openings being provided in the respective connecting section for through-contacting here as well. Since a busbar section assigned to a specific potential Pi, P 2 / P 3 is guided here in each level, both busbar sections must be led to a common connection Li, L 2 , L 3 be, which requires appropriate training of the rail sections.
  • the busbar sections Vi, V 2 , V 3 running in the lower level are each guided in a straight line to the respective conductor connection Li, L 2 and L 3 , the ends of the upper busbar sections V x , V 2 , and V 3 are angled accordingly trained and led to the respective conductor connection Li, L 2 and L 3 .
  • the two busbar sections Vi on the conductor connection Li, the busbar sections V 2 on the conductor connection L 2 and the busbar sections V 3 on the conductor connection L 3 are contacted.
  • the modification acc. Fig. 3 shows a total of seven insulation points, namely the insulation between the upper and lower busbar sections (three insulation points) and the respective insulation distances between the busbar sections lying in one plane (a total of four insulation points).
  • FIG. 5 shows a railing that requires less insulation. There are two railing sections in each level, in the upper level the railing sections Vi and V 2 , in the lower level the railing sections V 2 and V 3 .
  • the busbar section Vi of the upper level and the busbar section V 3 of the lower level are each made very wide, so that it is ensured that they overlap in the middle section. In this embodiment too, a total of three commutation voltage pairs arranged next to one another are formed.
  • the number of insulation points can be reduced to a total of five, since only two busbar sections are provided in each level.
  • FIG. 6 shows The corresponding layout of this busbar arrangement.
  • the one busbar section Vi and the one busbar section V 3 are each located at the line connection L x and L 3
  • the two busbar sections V 2 are located on the upper and lower sides at the common line connection L 2 .
  • the capacitor elements Ki, K 2 , K 3 are also connected here in a known manner.
  • FIG. 7 shows a fourth embodiment according to the invention.
  • Three busbar sections Vi, V 2 , V 3 are arranged in the lower level, and a single, large-area busbar section V is provided in the upper level. While the busbar sections Vi, V 2 , V 3 each have an associated potential P x , P 2 and P 3 , the busbar section V is not at a specific potential, and is preferably grounded.
  • the respective commutation voltage pairs are formed with the inclusion of the upper busbar section V 4 forming a metallic counter surface, which largely covers the busbar sections below it. Because during commutation, eddy currents are generated in the busbar section V, so that commutation is made possible. Although the busbar section V must not be at a certain potential, it is expedient to put it to ground, since in this way it also serves as interference suppression.
  • each busbar section Vi, V, V 3 is connected to a line connection Li, L 2 and L 3 ; the busbar sections are connected to one another with the corresponding capacitors Ki, K 2 , K 3 .
  • the capacitor elements are all placed on the modification from above, which is why a corresponding number of openings 2 are provided in the busbar section V 4 for plated-through holes.
  • FIG. 9 shows a schematic diagram of a first embodiment of a circuit arrangement according to the invention with separately implemented output phases of the matrix converter.
  • Three phase modules 4, 5, 6 are shown, each of which is assigned to specific phases.
  • the phase modules 4, 5, 6 are assigned a common capacitor block 7 consisting of three individual capacitor elements, the capacitor elements being connected via the busbar 8 shown to the corresponding phase modules 4, 5, 6, which in their entirety form the matrix converter.
  • FIG. 10 A second possibility of executing a circuit arrangement with separate phase modules is shown in FIG. 10.
  • three separate phase modules 4, 5, 6 are again provided, each of which is assigned a capacitor block 7 with a plurality of capacitor elements in the exemplary embodiment shown.
  • the individual capacitor elements here have a low inductance over the busbar shown, as in the embodiment according to FIG. 9.

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Abstract

Niederinduktive Verschienung für einen Matrixumrichter umfassend mehrere in einer 3x3-Matrix angeordnete Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschalter, wobei der Matrixumrichter netzseitig mit mehreren Kondensatorelementen, über die drei Eingangsspannungspotentiale an den Matrixumrichter geführt sind, verschient ist, wobei die Verschienung aus mehreren Verschienungsabschnitten (V1, V2, V3, V4) besteht, die voneinander isoliert in zwei Ebenen angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Niederinduktive Verschienung für einen Matrixumrichter
Die Erfindung betrifft eine niederinduktive Verschienung für einen Matrixumrichter umfassend mehrere in einer 3x3-Matrix angeordnete Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschalter, wobei der Matrixumrichter netzseitig mit mehreren Kondensatorelementen, über die drei Eingangsspannungspotentiale an den Matrixumrichter führbar sind, verschient sind.
Bei einen Matrixumrichter handelt es sich bekanntermaßen um einen selbstgeführten Direktumrichter, der es ermöglicht, ein starres Drehstromnetz in ein System mit variabler Spannung und Frequenz umzuformen. Bekannte Matrixumrichter besitzen mehrere elektrische Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschalter (z.B. Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT) ) , die in einer Schaltermatrix angeordnet sind. Die leistungselektronischen Schalter sind in einer 3x3-Matrix angeordnet, so dass jede der drei Ausgangsphasen elektrisch mit einer
Eingangsphase verbunden werden kann. Netzseitig ist der Matrixumrichter bzw. sind die eingangsseitigen Anschlüsse mit Kondensatorelementen verbunden, die für die schaltenden Elemente für stabile Spannungsverhältnisse sorgen. Da drei Ein- gangsphasen bzw. EingangsSpannungen anliegen sind auch drei entsprechende Kondensatorelemente vorgesehen. Die Verbindung erfolgt mittels der niederinduktiven Verschienung. Erst durch das Vorhandensein der Kondensatorelemente und der niederinduktiven Verschiebung ist es den Halbleiterschaltern im Matrixumrichter möglich, ohne übermäßige Überspannungen zu kommutieren, so dass eine ohm'sche induktive Last, z. B. ein Motor betrieben werden kann. Beim Matrixumrichter müssen drei Potentiale der Eingangsspannung von den Eingangskondensatorelementen zu dem Halbleitermodul, das die 3x3-Schaltermatrix bildet (oder den Modulen bei einer Konfiguration, bei der die Matrix in drei Phasen mit jeweils drei Schaltern umfassenden Modulen realisiert ist) niederinduktiv verschient werden. Bekannte Verschienungen besitzen mehrere Verschienungs- abschnitte, die in drei Ebenen angeordnet und gegen einander isoliert sind, wozu entsprechende Isolationsschichten zwischen den einzelnen Verschienungsebenen vorgesehen sind. Ins- gesamt wird eine dreilagige Verschienung realisiert. Die Niederinduktivität wird dadurch erreicht, dass die Verschienungsebenen möglichst nahe beieinander liegen und die Ver- schienungsabschnitte entsprechend großflächig sind.
Die bekannte Verschienungsform mit drei Lagen ist im Hinblick auf die Induktivität jedoch insofern nachteilig, als der Abstand zwischen den beiden äußeren Verschienungsabschnitten die maximale Streuinduktivität bestimmt. Ferner ist die Kühlung des inneren Leiters sehr schwierig, da dieser weitgehend zwischen den beiden anderen Verschienungsabschnitten eingebettet ist. Außerdem ist die Fertigung aufwendig.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Verschienung anzugeben, die eine möglichst geringe Streuindukti- vität bei gleichzeitig einfachem Aufbau besitzt.
Zur Lösung dieses Problems ist eine niederinduktive Verschienung der eingangs genannten Art vorgesehen, welche aus mehreren Verschienungsabschnitten besteht, die voneinander iso- liert in zwei Ebenen angeordnet sind.
Die Erfindung geht ab von der bisherigen dreilagigen Verschienung und sieht vorteilhaft eine lediglich zweilagige Verschienung vor. Die beiden Ebenen mit den verschiedenen Verschienungsabschnitten können entsprechend nah bezüglich einander angeordnet werden (es befindet sich dazwischen lediglich die Isolierlage) , so dass die Streuinduktivität noch weiter erniedrigt werden kann. Die zur Bildung der jeweiligen Schienenpaare nötigen Verschienungsabschnitte, die zur Kommu- tierung entsprechend dem jeweiligen Schaltzustand der Schaltermatrix erforderlich sind, sind entsprechend geformt bzw. ausgebildet und innerhalb der Ebenen verteilt angeordnet. Auch ergeben sich keine Kühlprobleme, da nur zwei Leiterebenen vorgesehen sind, die problemlos von außen gekühlt werden können. Ein weiterer beachtlicher Vorteil ist die vereinfachte Herstellungsmöglichkeit einer derartigen erfindungsgemäßen Verschienung. Denn die Verschienungsabschnitte können auf einfache Weise auf eine entsprechend ausgebildete bzw. dimensionierte Isolierlage als flächige, metallische Leiterschichten aufgebracht werden. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Leiterschichten auf eine Platine kaschiert werden. Das Kaschieren von Leitern auf Platinen ist eine weithin bekanntes Verfahren, dessen sicher handzuhabende Technik auch zur Herstellung der erfindungsgemäßen niederinduktiven Verschienung vorteilhaft genutzt werden"Tann.
Für jedes Eingangspotential ist erfindungsgemäß mindestens ein Verschienungsabschnitt vorgesehen. Abhängig von der Positionierung der Verschienungsabschnitte in den beiden Ebenen und im Hinblick darauf, dass die Verschienung insgesamt möglichst niederinduktiv sein soll, sind unterschiedliche Lay- outs hinsichtlich der Verteilung der Verschienungsabschnitte denkbar, die, worauf im Folgenden noch eingegangen wird, entweder für jedes Eingangspotential nur einen Verschienungsabschnitt erfordern, oder aber für das eine oder das andere Eingangspotential mehrere Verschienungsabschnitte erfordern.
Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung kann dabei vorgesehen sein, dass in der ersten Ebene ein erster großflächiger Verschienungsabschnitt für das erste Eingangspotential und in der zweiten Ebene zweite und dritte, vom ersten Verschie- nungsabschnitt zumindest teilweise überdeckte Verschienungsabschnitte für das zweite und dritte Eingangspotential vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform werden zwei Verschie- nungsabschnittspaare, zwischen denen die Spannung ko mutiert, nebeneinander geführt, wobei die an einem Paar beteiligten Potentiale in den beiden Lagen übereinander liegen. Die niederinduktive Kommutierung im dritten Spannungspaar, welches bei dieser Ausführungsform in der zweiten Ebene liegt, d.h., die beiden Verschienungsabschnitte, zwischen denen die Spannung kom utiert, sind hier nebeneinander angeordnet, wird durch Wirbelstrombildung in der Leitungsführung des großflächigen ersten Verschienungsabschnitts in der ersten Ebene er- zielt. Bei dieser Erfindungsausgestaltung wird also für diese Kommutierung ein dritter Verschienungsabschnitt eingebunden.
Im Hinblick auf eine möglichst weitgehende Erniedrigung der Streuinduktivität ist es von Vorteil, wenn der erste Ver- schienungsabschnitt jeweils zumindest 75% der Fläche der beiden anderen Verschienungsabschnitte überdeckt, bevorzugt sollte aber der Überdeckungsgrad so groß wie möglich sein.
Nach einer weiteren Erfindungsalternative kann vorgesehen sein, dass in der ersten und der zweiten Ebene jeweils für jedes Eingangspotential ein zugeordneter Verschienungsabschnitt vorgesehen ist. Bei dieser Erfindungsalternative werden alle drei möglichen Verschienungsabschnittspaare, zwischen denen die Spannung kommutiert, nebeneinander geführt, wobei jeweils ein Verschienungsabschnitt in der ersten und der andere in der zweiten Ebene darunterliegend angeordnet ist. Die Verschienungsabschnitte sollten dabei so angeordnet sein, dass die jeweiligen Verschienungsabschnitte der ersten und der zweiten Ebene, die ein Kommutierungsspannungspaar bilden, einander direkt gegenüber liegen und einander möglichst großflächig überdecken.
Eine dritte Erfindungsalternative sieht schließlich vor, dass in der ersten Ebene ein dem ersten und ein dem zweiten Ein- gangspotential zugeordneter Verschienungsabschnitt vorgesehen ist, und dass in der zweiten Ebene ein dem zweiten und ein dem dritten Eingangspotential zugeordneter Verschienungsabschnitt vorgesehen ist, wobei die Verschienungsabschnitte derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die ein Kommu- tierungspaar bildenden Verschienungsabschnitte einander gegenüber liegen bzw. einander zumindest teilweise überdecken. Bei dieser Alternative sind pro Ebene zwei jeweils einem un- terschiedlichen Eingangspotential zugeordnete Verschienungsabschnitte vorgesehen, wobei jeweils einer dieser Verschienungsabschnitte deutlich größerflächig ausgebildet ist. Hierdurch wird erreicht, dass sich auch diese in verschiedenen Ebenen befindlichen größerflächigen Verschienungsabschnitte, die jeweils unterschiedlichen Potentialen zugeordnet sind und mithin ebenfalls ein Kommutierungsspannungspaar bilden, einander überdecken können. Die Fläche, mit welchen sich die Verschienungsabschnitte jeweils überdecken, sollte im Wesent- liehen gleich groß sein.
Eine vierte Erfindungsalternative sieht schließlich vor, dass in der ersten Ebene jeweils für jedes Eingangspotential ein zugeordneter Verschienungsabschnitt und in der zweiten Ebene eine großflächige, eine Gegenfläche bildender Verschienungsabschnitt vorgesehen ist, der auf keinem der drei Potentiale liegen muss und der die Verschienungsabschnitte der ersten Ebene überdeckt. Bei dieser Erfindungsausgestaltung kommt ein Verschienungsabschnitt zum Einsatz, der an keinem bestimmten Potential liegt, und der in den jeweiligen Kommutierungspfad eingebunden wird. Die Kommutierung erfolgt auch hier durch Wirbelstrombildung in dem die Gegenfläche bildenden Verschienungsabschnitt, der bevorzugt an Masse liegt. Die jeweiligen Abschnitte sind dabei derart bemessen, dass die potentialfüh- renden Verschienungsabschnitte vom gegenüber liegenden Verschienungsabschnitt vollständig überdeckt sind. Alternativ ist es denkbar, den die Gegenfläche bildenden Verschienungsabschnitt auf eines der drei Potentiale zu legen.
Neben der niederinduktiven Verschienung selbst betrifft die
Erfindung ferner eine Schaltungsanordnung bestehend aus einem Matrixumrichter und mindestens drei Kondensatorelementen, die über eine niederinduktive Verschienung der vorbeschriebenen Art miteinander verbunden sind.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Matrixumrichter aus mehreren separat ausgebildeten und angeordneten Ausgangspha- senmodulen besteht, die über die Verschienung mit den Kondensatorelementen verbunden sind. Bei dieser Ausgestaltung ist der Matrixumrichter also nicht ein einteiliges Bauelement, vielmehr besteht er aus separaten Phasenmodulen, bevorzugt drei Phasenmodulen, von denen jedes eine separate Ausgangsphase führt. Die Verschienung ist hier so ausgebildet, dass die Kondensatorelemente mit den entsprechenden Phasenmodulen kontaktiert werden. Dabei kann nach einer ersten Erfindungsausgestaltung vorgesehen sein, dass den Phasenmodulen ein ge- meinsamer, aus den mehreren Kondensatorelementen bestehender Kondensatorblock zugeordnet ist, der über die Verschienung mit den einzelnen Modulen kontaktiert ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass jedem Phasenmodul ein eigener, aus mehreren Kondensatorelementen bestehender Kondensatorblock zuge- ordnet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den in folgendem beschriebenen Ausführungsbei- spielen so wie anhand der Zeichnung:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung im Schnitt zur Darstellung der Anordnung der Verschienungsabschnitte gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Verteilung, Fig. 2 eine Layoutdarstellung der Verschienung gemäß
Fig. 1 in Aufsicht als Prinzipskizze, Fig. 3 eine Prinzipdarstellung im Schnitt zur Darstellung der Anordnung der Verschienungsabschnitte gemäß einer zweiten erfindungsgemä- ßen Verteilung,
Fig. 4 eine Layoutdarstellung der Verschienung gemäß
Fig. 3 in Aufsicht als Prinzipskizze, Fig. 5 eine Prinzipdarstellung im Schnitt zur Darstellung der Anordnung der Verschienungsab- schnitte gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Verteilung, Fig. 6 eine Layoutdarstellung der Verschienung gemäß
Fig. 5 in Aufsicht als Prinzipskizze, Fig. 7 eine Prinzipdarstellung im Schnitt zur Darstellung der Anordnung der Verschienungsab- schnitte gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Verteilung, Fig. 8 eine Layoutdarstellung der Verschienung gemäß
Fig. 7 in Aufsicht als Prinzipskizze, und Fig. 9 und 10 zwei verschiedene Ausführungen erfindungsge- mäßer Schaltungsanordnungen.
Fig. 1 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäßen Verschienung einer ersten Ausführungsform. Gezeigt ist eine Isolierschicht 1, im gezeigten Beispiel eine Platine, auf die ober- und unterseitig Verschienungsabschnitte Vi, V2, V3 als großflächige metallische Leiterflächen (z. B. aus Aluminium) aufgebracht, vornehmlich aufkaschiert sind. Jeder der Verschienungsabschnitte ist in diesem Ausführungsbeispiel einen bestimmten Eingangsspan- nungspotential, das über in Fig. 2 noch näher zu beschreibende Kondensatorelemente geliefert wird, zugeordnet. Im gezeigten Beispiel ist der obere Verschiebungsabschnitt Vi dem Potential Pl und die beiden unteren V und V3 den Potentialen P2 und P3 zugeordnet. Es ist bereits hier darauf hinzuweisen, dass die jeweilige Zuordnung der Eingangspotentiale zu den jeweiligen Verschienungsabschnitten beliebig ist, d.h., die Potentiale können auch in beliebiger Weise vertauscht sein. Dies gilt für sämtliche nachfolgend noch beschriebene Ausführungsbeispiele .
Ersichtlich ist der obere Verschienungsabschnitt Vi wesentlich breiter als die unteren Verschienungsabschnitte V2, V3 ausgeführt. Diese sind so bemessen und positioniert, dass sie vom oberen Verschienungsabschnitt Vi weitestgehend überdeckt werden. Der Überdeckungsgrad sollte möglichst groß sein, und wenigstens 75 % betragen. Dies ist auch in der in Fig. 2 gezeigten Layoutdarstellung in Form einer Aufsicht ersichtlich. Die gestrichelten Flächen, die jeweils Verschienungsabschnitte darstellen, sind in der oberen Ebene, die durchgezogenen, ebenfalls Verschienungsabschnitte darstellenden Flächen sind in der unteren Ebene angeordnet. Ersichtlich überdeckt der Verschienungsabschnitt Vi die beiden Verschienungsabschnitte V2, V3 großflächig.
Insgesamt sind drei Kommutierungsspannungspaare, also Ver- schienungsabschnittspaare, zwischen denen Strom und Spannung kommutiert, gebildet. Das erste Kommutierungsspannungspaar besteht aus den Verschienungsabschnitt Vi und V, das zweite Paar besteht aus den Abschnitten Vi und V3. Ersichtlich sind diese Kommutierungsspannungspaare nebeneinander angeordnet, wobei die jeweiligen im Rahmen der Kommutierung beteiligten Abschnitte einander gegenüber liegen und über die Isolationslage getrennt sind. Das dritte Kommutierungsspannungspaar V2 - V liegt nebeneinander. Die Kommutierung in diesem Spannungspaar wird durch Wirbelströme, die im Verschienungsabschnitt Vi erzeugt werden, erzielt.
Fig. 2 zeigt ferner die Verschienung der Kondensatorelemente und der jeweiligen Anschlüsse am Matrixumrichter. Insgesamt sind drei Kondensatorelemente Ki, K2 und K3 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kondensatorelemente von oben auf die in Fig. 2 gezeigte Konfiguration aufgesetzt. Das Kondensatorelement Ki ist am Verschienungsabschnitt Vi und am Verschienungsabschnitt V2 angeschlossen, wobei zur Kontaktie- rung des Verschienungsabschnitts V2 eine geeignete Durchbrechung 2 am Verschienungsabschnitt Vi vorgesehen ist. In ent- sprechender Weise ist das Kondensatorelement K am Verschienungsabschnitt Vi und am Verschienungsabschnitt V3 kontaktiert. Mit dem zweiten Kontakt liegen beide Kondensatorelemente Ki und K2 an einem gemeinsamen Kontaktpunkt am Verschienungsabschnitt Vi. Schließlich ist das Kondensatorele- ment K3 an den beiden Verschienungsabschnitten V2, V3 angeschlossen, wobei hier bei Kontaktierungsanschlüsse durch ent- sprechende Durchbrechungen 2 in Verschienungsabschnitt Vi geführt sind.
Weiterhin ist jeder Verschienungsabschnitt Vi, V, V3 an je- weils einen der Anschlüsse Li, L2 L3 angeschlossen. Die Anschlüsse Li, L2, L3 sind Teil des hier nur exemplarisch dargestellten Matrixumrichters 3.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3. Auch hier sind die Verschienungsabschnitte in zwei Ebenen auf der Isolationslage 1 als großflächige metallische Leiterflächen aufkaschiert. Insgesamt kommen hier sechs Verschienungsabschnitte zum Einsatz, wobei in jeder Ebene jeweils ein Verschienungsabschnitt Vi, V2 und V3 vorgesehen ist. Jedem der Verschie- nungsabschnitte Vi, V2, V3 ist auch hier wieder ein bestimmtes Eingangspotential Pi, P2, P3 zugeordnet. Aus der Schnittdarstellung in Fig. 3 ist ersichtlich, dass bei dieser Ausführungsform drei nebeneinander liegende Kommutierungsspannungspaare gebildet sind, nämlich das Paar Vi - V2, das Paar V2 - V3, und das Paar V3 - Vi, jeweils über die Isolationslage 1 getrennt. Die jeweils in einer Ebene befindlichen Verschienungsabschnitte sind voneinander zu Isolationszwecken etwas beabstandet, das heißt, die Isolierung in horizontaler Ebene erfolgt über die Luftstrecke.
Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf die in Fig. 3 gezeigte Ver- schienungsmodifikation. Auch hier sind die jeweils in der o- beren Ebene liegenden Verschienungsabschnitte gestrichelt und die in der unteren Ebene befindlichen Verschienungsabschnitte durchgezogen dargestellt. Die jeweiligen Kondensatorelemente Ki, K2, K3 sind auch hier an den jeweiligen Verschienungsabschnitten kontaktiert, wobei auch hier zur Durchkontaktierung entsprechende Durchbrechungen im jeweiligen Verbindungsabschnitt vorgesehen sind. Da hier in jeder Ebene jeweils ein einem bestimmten Potential Pi, P2/ P3 zugeordneter Verschienungsabschnitt geführt ist, müssen beide Verschienungsabschnitte an einen gemeinsamen Anschluss Li, L2, L3 geführt werden, was eine entsprechende Ausbildung der Verschienungsabschnitte erfordert. Die in der unteren Ebene verlaufenden Verschienungsabschnitte Vi, V2, V3 sind jeweils geradlinig an den jeweiligen Leiteranschluss Li, L2 bzw. L3 geführt, die En- den der oberen Verschienungsabschnitte Vx, V2, und V3 sind entsprechend gewinkelt ausgebildet und zum jeweiligen Leiteranschluss Li, L2 und L3 geführt. Im gezeigten Beispiel sind die beiden Verschienungsabschnitte Vi am Leiteranschluss Li, die Verschienungsabschnitte V2 am Leiteranschluss L2 und die Verschienungsabschnitte V3 am Leiteranschluss L3 kontaktiert.
Die Modifikation gem. Fig. 3 zeigt insgesamt sieben Isolationsstellen auf, nämlich die Isolierung zwischen den oberen und unteren Verschienungsabschnitten (drei Isolationsstellen) sowie die jeweiligen Isolationsstrecken zwischen den in einer Ebene liegenden Verschienungsabschnitten (insgesamt vier Isolationsstellen) . Eine mit einem geringeren Isolationsaufwand auskommende Verschienung zeigt Fig. 5. Dort sind in jeder E- bene jeweils zwei Verschienungsabschnitte vorgesehen, in der oberen Ebene die Verschienungsabschnitte Vi und V2, in -der unteren Ebene die Verschienungsabschnitte V2 und V3. Der Verschienungsabschnitt Vi der oberen Ebene und der Verschienungsabschnitt V3 der unteren Ebene sind jeweils sehr breit ausgebildet, so dass sicher gestellt ist, dass dieser sich im mittleren Abschnitt überlappen. Auch bei dieser Ausführungsform sind insgesamt drei nebeneinander angeordnete Kommutierungsspannungspaare gebildet. Die Anzahl der Isolationsstellen lässt sich hier auf insgesamt fünf verringern, da in jeder Ebene nur zwei Verschienungsabschnitte vorgesehen sind.
Das entsprechende Layout dieser Verschienung zeigt Fig. 6. Der eine Verschienungsabschnitt Vi und der eine Verschienungsabschnitt V3 liegen jeweils am Leitungsanschluss Lx bzw. L3, die beiden Verschienungsabschnitte V2 liegen ober- und unterseitig am gemeinsamen Leitungsanschluss L2. Die Kondensatorelemente Ki, K2, K3 sind auch hier in bekannter Weise entsprechende angeschlossen. Schließlich zeigt Fig. 7 eine vierte erfindungsgemäße Ausführungsform. In der unteren Ebene sind drei Verschienungsabschnitte Vi, V2, V3 angeordnet, in der oberen Ebene ist ein einziger sehr großflächiger Verschienungsabschnitt V vorge- sehen. Während die Verschienungsabschnitte Vi, V2, V3 auf jeweils einem zugeordneten Potential Px, P2 und P3 liegen, liegt der Verschienungsabschnitt V auf keinem bestimmten Potential, bevorzugt liegt er an Masse. Die jeweiligen Kommutierungsspannungspaare werden bei dieser Ausführungsform unter Einbeziehung des oberen eine metallische Gegenfläche bildenden Verschienungsabschnitts V4, der die darunter liegenden Verschienungsabschnitte weitestgehend überdeckt, gebildet. Denn beim Kommutieren werden in dem Verschienungsabschnitt V Wirbelströme erzeugt, so dass die Kommutierung ermöglicht wird. Wenngleich der Verschienungsabschnitt V nicht an einem bestimmten Potential geführt sein uss, ist es zweckmäßig, ihn auf Masse zu legen, da er auf diese Weise gleichzeitig als Entstörung dient.
Das entsprechende Layout ist in Fig. 8 gezeigt. Ersichtlich ist jeder Verschienungsabschnitt Vi, V, V3 an einem Leitungsanschluss Li, L2 und L3 angeschlossen, untereinander sind die Verschienungsabschnitte mit den entsprechenden Kondensatoren Ki, K2, K3 verbunden. Die Kondensatorelemente sind alle von oben auf die Modifikation aufgesetzt, weshalb in dem Verschienungsabschnitt V4 entsprechend viele Durchbrechungen 2 zur Durchkontaktierung vorgesehen sind.
Insgesamt ermöglichen sämtliche Modifikationen einen Ver- schienungsaufbau in zwei Ebenen, so dass die eingangs genannten Nachteile eines dreilagigen Aufbaus vorteilhaft vermieden werden können. Darüber hinaus ist es mit dieser zweilagigen Konfiguration möglich, die Verschienung in sehr kostengünstiger Weise durch Aufkaschieren der Verschienungsabschnitte auf einer Platine zu realisieren. Schließlich zeigt Fig. 9 eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit getrennt realisierten Ausgangsphasen des Matrixumrichters. Gezeigt sind drei Phasenmodule 4, 5, 6, die jeweils bestimm- ten Phasen zugeordnet sind. Den Phasenmodulen 4, 5, 6 ist ein gemeinsamer Kondensatorblock 7 bestehend aus drei einzelnen Kondensatorelementen zugeordnet, wobei die Kondensatorelemente über die gezeigte Verschienung 8 mit den entsprechenden Phasenmodulen 4, 5, 6, die in ihrer Gesamtheit den Matrixum- richter bilden, verschient sind.
Eine zweite Möglichkeit einer Ausführung einer Schaltungsanordnung mit separaten Phasenmodulen zeigt Fig. 10. Auch hier sind wieder drei separate Phasenmodule 4, 5, 6 vorgesehen, denen im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils ein Kondensatorblock 7 mit mehreren Kondensatorelementen zugeordnet ist. Die einzelnen Kondensatorelemente sind hier über die gezeigte Verschienung wie auch bei der Ausführung gemäß Fig. 9 niederinduktiv verschient.

Claims

Patentansprüche
1. Niederinduktive Verschienung für einen Matrixumrichter umfassend mehrere in einer 3x3-Matrix angeordnete Schaltele- ente, insbesondere Halbleiterschalter, wobei der .Matrixumrichter netzseitig mit mehreren Kondensatorelementen, über die drei Eingangsspannungspotentiale an den Matrixumrichter führbar sind, verschient ist, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verschienung aus mehreren Ver- schienungsabschnitten (Vi, V2, V3/ V) besteht, die voneinander isoliert in zwei Ebenen angeordnet sind.
2. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für jedes Eingangspotential (Pi, P2, P3) mindestens ein Verschienungsabschnitt (Vi, V2, V3) vorgesehen ist.
3. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der ersten Ebene ein erster großflächiger Verschienungsabschnitt
(Vi) für das erste Eingangspotential (Pi) und in der zweiten Ebene zweite und dritte, vom ersten Verschienungsabschnitt (Vi) zumindest teilweise überdeckte Verschienungsabschnitte (V2, V3) für das zweite und dritte Eingangspotential (P2, P3) vorgesehen ist.
4. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 3 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste Verschienungsabschnitt (Vi) jeweils zumindest 75 % der Fläche der beiden anderen Verschienungsabschnitte (V2, V3) überdeckt .
5. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der ersten und der zweiten Ebene jeweils für jedes Eingangspotential (Pi, P2/ P3) ein zugeordneter Verschienungsabschnitt (Vi, V, V3) vorgesehen ist.
6. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 5 , d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die Verschienungsabschnitte (Vi, V2, V3) derart angeordnet sind, dass die jeweiligen Verschienungsabschnitte (Vι-V2, Vι-V3, V2-V3) der ersten und der zweiten Ebene, die ein Kommutierungsspannungspaar bilden einander gegenüberliegen.
7. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der ersten Ebene ein dem ersten und ein dem zweiten Eingangspotential (Pi, P2) zugeordneter Verschienungsabschnitt (Vi, V2) vorgesehen ist, und dass in der zweiten Ebene ein dem zweiten und ein dem dritten Eingangspotential (P2, P3) zugeordneten Verschienungsabschnitt (V2, V3) vorgesehen ist, wobei die Verschienungsabschnitte (Vi, V, V3) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die ein Kommutierungsspanungspaar bildenden Verschienungsabschnitte (Vι-V2, Vι-V3, V2-V3) einander gegenüber liegen bzw. einander zumindest teilweise überdecken.
8. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Flächen, mit welchen sich die Verschienungsabschnitte (Vι~V2, Vi- V3, V2-V3) überdecken, im Wesentlichen gleich groß sind.
9. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der ersten Ebene jeweils für jedes Eingangspotential (P1# P2, P3) ein zugeordneter Verschienungsabschnitt (Vi, V2, V3) und in der zweiten Ebene eine großflächiger, eine Gegenfläche bildender Verschienungsabschnitt (V) vorgesehen ist, und der die Verschienungsabschnitte (Vi, V2, V3) der ersten Ebene überdeckt .
10. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der die Gegenfläche bildende Verschienungsabschnitt (V) auf keinem der drei Potentiale (Pi, P , P3) oder auf einem der drei Potentiale (Pi, P2, P3) liegt.
11. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der die Gegenfläche bildende Verschienungsabschnitt (V) an Masse liegt.
12. Niederinduktive Verschienung nach einem der vorangehen- den Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verschienungsabschnitte (Vx, V2, V3, V) als auf eine Isolierlage (1) aufgebrachte flächige metallische Leiterschichten ausgebildet sind.
13. Niederinduktive Verschienung nach Anspruch 12 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leiterschichten auf eine die Isolierlage (1) bildende Platine kaschiert sind.
14. Schaltungsanordnung bestehend aus einem Matrixumrichter und mindestens drei Kondensatorelementen, die über eine niederinduktive Verschienung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 miteinander verbunden sind.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e nn z e i c hn e t , dass der Matrixumrichter aus mehreren separaten Phasenmodulen (4, 5, 6) besteht, die über die Verschienung (8) mit den Kondensatorelementen verbunden sind.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass den Phasenmodulen (4, 5, 6) ein gemeinsamer, aus den mehreren Kondensatorelementen bestehender Kondensatorblock (7) zugeordnet ist, oder dass je- dem Phasenmodul (4, 5, 6) ein eigener, aus mehreren Kondensatorelementen bestehender Kondensatorblock (7) zugeordnet ist.
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