WO2008083838A1 - Halbleiterbaugruppe zum anschluss an eine transformatorwicklung und transformatoranordnung - Google Patents

Halbleiterbaugruppe zum anschluss an eine transformatorwicklung und transformatoranordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2008083838A1
WO2008083838A1 PCT/EP2007/011415 EP2007011415W WO2008083838A1 WO 2008083838 A1 WO2008083838 A1 WO 2008083838A1 EP 2007011415 W EP2007011415 W EP 2007011415W WO 2008083838 A1 WO2008083838 A1 WO 2008083838A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
winding
transformer
arrangement
rectifier
semiconductor device
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/011415
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Solar
Thomas Klinger
Beno Klopcic
Rado Lisjak
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN200780052073.3A priority Critical patent/CN101622681B/zh
Priority to US12/522,299 priority patent/US7978039B2/en
Publication of WO2008083838A1 publication Critical patent/WO2008083838A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/08—High-leakage transformers or inductances
    • H01F38/085—Welding transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3011—Impedance

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device for connection to a transformer winding and to a transformer arrangement having a primary winding and a secondary winding with a downstream output rectifier arrangement.
  • Welding transformer arrangements for resistance welding systems which must provide a relatively high output power, there is a need, in particular to cool the electrical components of the secondary or output circuit sufficient.
  • the copper pipes are usually welded to support components such as the surfaces to connect the winding.
  • heat is applied to the material during the welding process, which adversely affects the mechanical properties of the material and can also lead to oxidation of areas which then have to be cleaned in a costly manner.
  • DE 103 34 354 A1 proposes a liquid cooler for power semiconductors in which two contact pieces electrically insulated from one another, between which the power semiconductor element is arranged, have a groove open to the power semiconductor element on their inner surfaces facing the power semiconductor element, which serves as cooling channel ,
  • the power semiconductor is in direct contact with the cooling medium, which can lead to corrosion and entails an increased sealing effort.
  • punctuated areas with greatly increased heat exposure can only be cooled poorly if they are outside the direct contact area between the semiconductor and the cooling medium.
  • the semiconductor module according to the invention is suitable for connection to a transformer winding, in particular a welding transformer winding, wherein a particular disk-shaped semiconductor component is arranged between two contact plates, wherein at least one contact plate on its side facing away from the semiconductor device with a cooling fluid can be acted upon.
  • the contact plate is cooled by the cooling fluid and helps to protect the semiconductor device in particular from corrosion and also to ensure a uniform cooling of the semiconductor device, since a preferred contact plate material such as copper or aluminum has a higher thermal conductivity than the semiconductor material, usually silicon , owns. Thus, in particular, the "not spots" described above can be cooled more effectively.
  • the contact plate also acts as a power line contact and a cooling surface. Since there is no direct contact between the semiconductor component and the cooling fluid, the sealing can be simplified, since, in particular in the case of a defect, only the semiconductor component has to be exchanged between the contact plates and no access to the sealing material is necessary.
  • At least one contact plate is pressed by means of a spring force on the semiconductor device.
  • a predetermined floating clamping can be achieved, which in particular required by the manufacturer clamping forces for certain semiconductor devices such as diodes, which may fluctuate as little as possible due to the expansion at temperature, and the most uniform possible pressure on the semiconductor device can be ensured.
  • a lower resistance between the semiconductor device and the contact plates, a uniform possible current density through the semiconductor device and a uniform, planar cooling of the semiconductor device can be ensured by means of the contact plates.
  • the semiconductor module has two connecting elements, which are provided with at least one cavity and which each communicate with one of the contact plates, wherein the at least one cavity is designed to receive a cooling fluid.
  • the semiconductor component is designed as a disk-shaped rectifier diode.
  • rectifier diodes where usually, especially in welding applications, a relatively high power drops, effective cooling is necessary, which is achieved in the described embodiment.
  • a transformer arrangement according to the invention in particular a welding transformer arrangement, has a primary winding and a secondary winding with downstream output rectifier arrangement.
  • the output rectifier arrangement comprises at least one, as a rectifier module with a disc-shaped rectifier diode as
  • the main current direction from the secondary winding to the rectifier subassembly is substantially perpendicular to the main extension plane of the disk-shaped rectifier diode.
  • the rectifier diode or rectifier assembly can be directly connected to the secondary winding or a corresponding carrier component, whereby expensive power connections such. a slat band can be saved. Furthermore, the necessary space is reduced by this configuration.
  • the transformer assembly can be smaller and made cheaper.
  • the secondary winding comprises at least one winding element which serves as a component of the coil winding for the current line.
  • the winding element has fastening means for fastening the winding element to a carrier component and preferably at least one inner or cavity formed therein for receiving a cooling fluid.
  • a connection component for example a rectifier module, within a transformer can be provided as a carrier component.
  • the fastening means are advantageously designed as screw fastening means, in particular as a threaded bore.
  • the winding element can be firmly connected to the carrier component in a simple manner, wherein in addition to the prevention of heat input, it is also possible to retrieve it, for example for repair or maintenance purposes.
  • Anschraub Anlagenkeit more complex and therefore more expensive production or assembly process can be avoided.
  • the winding element is E-shaped with a back and three legs. It is understood that in addition also a C-shaped or different design is possible. In the case of an E-shaped configuration, the winding element can be made particularly robust and can be connected to the carrier component particularly stably, for example, on the three legs. In an E-shaped embodiment, there are two openings between the three legs, which can be filled, for example, with an iron core. Furthermore, an E-shaped design ensures a low impedance of the due to the dimensions
  • Windungselements in a medium frequency range as occurs in particular in resistance welding transformers.
  • An E-shaped winding element can be easily attached to the rest of the construction due to its solid shape, for example by means of screws, whereby the assembly in comparison to known systems, in which the assembly is accomplished by brazing or welding, simplified and cheaper.
  • the winding element is made of a solid, in particular one-piece, material element. It may in particular be a block of material or a sheet of material.
  • the cavity or the cooling lines can be drilled or milled into the material element, wherein openings which exist only for manufacturing reasons and are unnecessary for the subsequent cooling circuit can be closed by suitable sealing material.
  • a material in particular copper or aluminum offers, since it has a low electrical resistance and at the same time a high thermal conductivity.
  • the at least one winding element is fastened to the output rectifier arrangement, in particular by means of a screw connection.
  • a screw connection makes the attachment particularly stable and beyond solvable. Overall, this allows the manufacturing and assembly costs are reduced.
  • At least one cavity of the at least one winding element is connected to at least one cavity of the at least one rectifier assembly.
  • the primary winding comprises at least one self-supporting coil element, in which a band-shaped line in two connected, juxtaposed, - S -
  • the coil element can be used advantageously for resistance welding transformers.
  • a cross section of about 1 mm x 8 mm with a number of turns of about 9 to 10 per opposite winding can be used.
  • the secondary winding comprises four winding elements and / or the output rectifier arrangement comprises two rectifier subassemblies and / or the primary winding comprises six self-supporting coil elements.
  • This provides a medium-frequency welding transformer arrangement which is particularly robust, easy to assemble and offers good cooling capability.
  • Iron core which is surrounded by the primary winding, holds by means of the winding elements and is screwed to the output rectifier assembly.
  • the output rectifier arrangement supports the secondary winding, which in turn holds the iron core, with the iron core in turn carrying the primary winding.
  • the entire construction of the transformer is Can be mounted by screwing, so that no heat must be supplied and thus a change, especially deterioration, the mechanical material properties is avoided.
  • the entire assembly is connected in a small space with good thermal contact, which significantly improves the cooling ability.
  • the contact and connection surfaces of the construction can be correspondingly processed and / or treated prior to the screwing, in order to avoid an expansion of the contact surfaces, which would lead to a change in the electrical properties of the construction.
  • FIG. 1 shows an electrical circuit diagram of an embodiment of a transformer arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic construction view of a preferred embodiment of a winding element for use with a transformer arrangement according to the invention
  • Figure 3 shows a preferred embodiment of a self-supporting coil element for use with a transformer assembly according to the invention
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment of a winding arrangement of a transformer arrangement according to the invention
  • FIG. 5 shows a preferred embodiment of a rectifier module according to the invention from various views.
  • Figure 6 shows an exploded view of a preferred
  • the welding transformer arrangement 100 has a primary circuit 110 and a secondary circuit 120, which are connected via a transformer 130.
  • a primary winding 132 of the transformer 130 with a number of turns Ni is in the primary circuit 110
  • a secondary winding 133 of the transformer 130 with a number of turns N 2 + N 3 is connected in the secondary circuit 120.
  • the transformer 130 further includes a transformer core 131.
  • the primary circuit 110 is operated with a primary voltage Ui in the middle frequency range.
  • the secondary circuit 120 is designed as a rectifier arrangement and provides the transformer output voltage U 2 ready.
  • the secondary winding 133 has a center tap A connected to the negative output (-) of the device 100. Starting from the middle tap A
  • the secondary winding 133 is divided into two sub-windings having the winding numbers N 2 and N 3 connected to the winding taps B and C, respectively.
  • the winding taps B and C are followed by two rectifier diodes 134 whose outputs are connected in common to the positive output (+) of the arrangement 100.
  • the secondary winding 133 has at least one preferred winding element, as described in more detail with reference to Figure 2, as a component.
  • the primary winding 132 advantageously has at least one self-supporting coil element, as will be explained in more detail below with reference to FIG.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of a twisting element in a planar sectional view and denoted overall by 200.
  • the winding element 200 consists of a solid, one-piece copper block 201, which has an E-shaped configuration with a back 202 and three legs 203. Between the legs 203 there are two openings 204, in which in the described preferred embodiment, an iron core, as it is for example 401 in Figure 4, runs.
  • the winding element 200 has fastening means which are designed as threaded bores 205.
  • the winding element 200 as cavities or cooling channels 206 formed cavities for receiving a cooling fluid.
  • the bores 206 are arranged in the interior of the winding element 200 such that they form a coherent cooling fluid line or form a cooling circuit.
  • An opening 207 of the bore 206 which extends longitudinally within the back 202 of the winding element and is provided for connecting the cooling channels or bores extending in the legs 203, is sealed to the outside with a closure element.
  • the further openings 208 of the cooling channels 206 are provided with surrounding recesses for receiving sealing elements and serve as supply and discharge lines for the cooling fluid.
  • FIG. 300 A preferred embodiment of a self-supporting coil element 300 in a side view and a sectional view A-A is shown schematically in FIG.
  • the coil element 300 is wound from a rectangular conduction band 301 and consists of two oppositely wound and juxtaposed windings 302 and 303.
  • the winding axis of the coil element 300 extends through an opening 304 through which a transformer core is advantageously guided.
  • the coil element 300 is wound from the center of the coil, wherein both the first winding 302 and the second winding 303 are wound outwardly from the center, so that the power terminals of the respective windings are on the outside of the respective winding and a provide easy accessibility.
  • the coil element 300 is designed self-supporting by the described embodiment, whereby it is possible to dispense with a bobbin.
  • FIG. 4 an exploded view of a preferred winding arrangement of a transformer is shown schematically and designated as a whole by 400.
  • the primary winding 408 of the winding assembly 400 comprises six self-supporting Coil elements 300, as explained in detail with reference to FIG.
  • the six coil elements 300 of the primary winding 408 are partially connected in parallel and partially in series.
  • the secondary winding 409 comprises four E-shaped winding elements 200, as explained in detail with reference to FIG.
  • an iron core is guided through the openings 401 of the winding elements 204 and 200 through the openings 304 of the coil elements 300, the coil elements 300 and 'the winding elements 200 are alternately arranged side by side and are maderich- tet.
  • the winding elements 200 are fastened to support components formed as connecting pieces 402, 403, 404.
  • the winding elements 200 are screwed to the fittings 402 to 404 by means of screws 405, not all of which are provided with reference numerals for reasons of clarity.
  • the connecting pieces 402 to 404 have openings through which the screws 405 are guided and screwed into the threaded holes 205 of the winding elements 200.
  • the fittings 402-404 also have openings 407 which are connected via provided ducts to the openings 208 of the winding elements 200 to provide a cooling circuit for the cooling fluid.
  • the connecting pieces 402 to 404 correspond to the taps A, B, C shown in FIG. 1.
  • the connecting piece 402 corresponds to the center tap A
  • the connecting pieces 403, 404 correspond to the winding taps B or C.
  • the connecting pieces 402 to 404 can in particular be part of a Semiconductor or rectifier arrangement, as described for example with reference to Figure 6.
  • FIG. 5 shows a preferred embodiment of a rectifier assembly from different views and denoted overall by 500.
  • 500 In the middle of the assembly 500 is a disc-shaped rectifier diode
  • the diode 501 which provides the electrical functionality of the rectifier assembly 500.
  • the diode 501 is followed on both sides by contact plates 502, which at the same time form electrical contacts and cooling surfaces for the diode.
  • the diode 501 is thus incorporated between two heat sinks which are in communication with a cooling fluid, which preferably flows through cooling passages or cooling passages.
  • a cooling fluid which preferably flows through cooling passages or cooling passages.
  • sealing rings 503 are arranged sealing rings 503 to prevent leakage of the cooling fluid.
  • the sealing rings 503 are disposed in associated grooves 508 which are milled into connection elements 504a, 504b.
  • connection element 504b has a drilled inlet / outlet 507 for the cooling fluid, which can enter a cavity formed as a cooling line or cooling channel 506 and circulate there.
  • the cooling channel 506 is made so that the area between the cooling fluid and the contact plate 502 in the region of the contact surface of the diode is as large as possible, at the same time the distribution of the channels has the least possible impact on the uniformity of the current density through the diode.
  • the pressure drop is low, since the largest possible channel cross-section and parallel branches are provided.
  • connection element 504b The cooling fluid exits the connection element 504b through a hole 510 drilled and closed at the underside of the connection element 504b Opening 510 passes the cooling fluid via a connecting element 509 in the connecting element 504 a, which is similar to the connecting element 504 b constructed and also cooling channels for receiving and guiding the cooling fluid.
  • the cooling fluid flows through the connecting element 504a and then reaches the connected winding elements 200 via further cavities or channels provided for this purpose.
  • the rectifier assembly 500 further comprises a fastening and spring element 505, which serves to fasten the assembly 500 and to act on the components with a predefinable spring force.
  • This is a predetermined floating clamping, by means of which a predetermined by the diode manufacturer clamping force for the rectifier diode 501 is provided, as well as possible uniform pressure on the diode 501 and thus ensures the most uniform current density through the diode.
  • a preferred embodiment of a welding transformer arrangement is shown in fragmented view in FIG. 6 and designated as a whole by 600.
  • the transformer arrangement 600 has two rectifier assemblies 500 which are constructed substantially identically and which are each connected to the connecting pieces 403 and 404, respectively, of a winding arrangement 400 on the outside of the connection element 504a located on the right in FIG.
  • the main current direction from the secondary winding to the rectifier subassembly which runs essentially from top to bottom in FIG. 6, is substantially perpendicular to the main extension plane of the disk-shaped rectifier diode, whereby the rectifier subassemblies 500 are directly connected via the connecting pieces 403, 404 without additional expensive power line strips the secondary winding can be connected.
  • the two End elements 504b of the two rectifier assemblies are electrically connected to each other and represent the positive output of the transformer assembly.
  • a transformer housing 601 is realized as a columnar hollow body, as described in more detail in EP 1 584 404 A1, for example. On the upper outside of the transformer housing 601 in FIG. 6, the electrical connections for the primary voltage can be seen. Inside the transformer housing 601, the winding arrangement 400 according to FIG. 4 is arranged. The winding arrangement 400 is arranged almost completely within the housing 601, so that on the outside only the connecting pieces 404 and 402 are visible.
  • the connector 402 represents the center tap A of the secondary winding and is connected to a terminal plate 602, which is the negative output terminal of the transformer 600.
  • the connecting pieces 404 (visible) and 403 (not visible) are each connected to a rectifier assembly 500, as has been explained in more detail in FIG.
  • the two connection elements 504b of the two rectifier assemblies 500 are connected in common to a connection plate 603, which represents the positive output connection of the transformer 600.
  • the connecting pieces 402 to 404, together with the two rectifier modules 500 and optionally the connection plates 602, 603, constitute an output rectifier arrangement 604.
  • the entire transformer assembly 600 including the output rectifier assembly 604, is advantageously assembled by bolting, which has significant manufacturing advantages, particularly over a time perspective over conventional welded designs offers. It is necessary in welded constructions to cool them after the welding process, to remove oxidized layers and to treat the surface. Moreover, heating to high temperatures leads to a change in mechanical properties of the copper alloy of which the construction is preferred.
  • the contact and connection surfaces of the construction are appropriately machined and / or treated before screwing to avoid oxidation of the contact surfaces which would lead to a change in the electrical properties of the construction.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterbaugruppe (500) zum Anschluss an eine Transformatorwicklung (132, 133; 408, 409), insbesondere eine Schweißtransformatorwicklung, wobei ein insbesondere scheibenförmiges Halbleiterbauelement (501) zwischen zwei Kontaktplatten (502) angeordnet ist, wobei wenigstens eine Kontaktplatte (502) auf ihrer dem Halbleiterbauelement (501) abgewandten Seite mit einem Kühlfluid beaufschlagbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Transformatoranordnung (100; 600), insbesondere Schweißtransformatoranordnung, mit einer Primärwicklung (132; 408) und einer Sekundärwicklung (133; 409) mit nachgeschalteter Ausgangsgleichrichteranordnung (604), wobei die Ausgangsgleichrichteranordnung (604) wenigstens eine als Gleichrichterbaugruppe (500) ausgebildete Halbleiterbaugruppe mit einer Gleichrichterdiode (501) umfasst.

Description

Halbleiterbaugruppe zum Anschluss an eine Transformatorwicklung und Transformatoranordnung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterbaugruppe zum Anschluss an eine Transformatorwicklung sowie eine Transformatoranordnung mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung mit nachgeschalteter Ausgangsgleichrichteranordnung .
Obwohl die Erfindung nachfolgend im wesentlichen unter Bezugnahme auf Widerstandsschweißsysteme beschrieben ist, ist sie nicht auf eine derartige Anwendung beschränkt.
Bei bekannten Transformatoranordnungen, insbesondere
Schweißtransformatoranordnungen für Widerstandsschweißsysteme, die eine relativ hohe Ausgangsleistung bereitstellen müssen, besteht das Bedürfnis, insbesondere die elektrischen Komponenten des Sekundär- bzw. Ausgangskreises aus- reichend zu kühlen. Es ist beispielsweise bekannt, umgeformte Kupferrohre als Sekundärwicklung zu verwenden, wobei während des Betriebs ein Kühlfluid bzw. Kühlmedium durch die Kupferrohre geleitet wird, um die Wicklung ausreichend zu kühlen. Um die schwache mechanische Festigkeit dieser Konstruktion zu verbessern, werden die Kupferrohre üblicherweise an Trägerbauteile wie z.B. die Flächen zum An- schluss der Wicklung angeschweißt . Durch den Schweißvorgang wird dem Material jedoch Wärme zugeführt, was die mechani- sehen Eigenschaften des Materials negativ beeinflusst und auch zu Oxidation von Bereichen führen kann, die danach aufwendig gereinigt werden müssen.
Auch im Bereich des Ausgangsgleichrichters ist aufgrund des relativ hohen Leistungsverlustes an den Gleichrichterdioden eine ausreichende Kühlung notwendig. Bekannte Lösungen, bei denen die Gleichrichterdioden mittels Kühlkörpern gekühlt werden, weisen den Nachteil auf, dass die Wärmeabfuhr und damit indirekt die Ausgangsleistung der Transformatoranord- nung durch die relativ kleinen Kühlflächen eingeschränkt wird. Als Verbesserung wird in der DE 103 34 354 Al ein Flüssigkeitskühler für Leistungshalbleiter vorgeschlagen, bei dem zwei voneinander elektrisch isolierte Kontaktstücke, zwischen denen das Leistungshalbleiterelement angeord- net ist, an ihren dem Leistungshalbleiterelement zugewandten Innenflächen eine zum Leistungshalbleiterelement offene Nut aufweisen, welche als Kühlkanal dient. Bei dieser Lösung steht der Leistungshalbleiter mit dem Kühlmedium in unmittelbarem Kontakt, was zu Korrosion führen kann und ei- nen erhöhten Abdichtungsaufwand nach sich zieht. Außerdem können punktuelle Bereiche mit stark erhöhtem Wärmeauftreten (sog. "hot spots") nur schlecht gekühlt werden, soweit sie außerhalb des direkten Kontaktbereichs zwischen Halbleiter und Kühlmedium liegen.
Auch die herkömmliche Anordnung und Ausrichtung der Gleichrichterdiodenebene in Hauptstromrichtung erschwert aufgrund der schlechten Zugänglichkeit die Kühlung und gestaltet die Konstruktion relativ preisaufwendig, da zur Stromführung teure Strombänder wie z.B. Lamellenbänder notwendig sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrun- de, eine Halbleiterbaugruppe zum Anschluss an eine Transformatorwicklung und eine Transformatoranordnung anzugeben, die einfacher und effektiver zu kühlen sind und eine robuste und stabile, aber dennoch preisgünstige Bauart aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleiterbaugruppe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Transformatoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteran- sprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die erfindungsgemäße Halbleiterbaugruppe ist zum Anschluss an eine Transformatorwicklung, insbesondere eine Schweißtransformatorwicklung, geeignet, wobei ein insbesondere scheibenförmiges Halbleiterbauelement zwischen zwei Kontaktplatten angeordnet ist, wobei wenigstens eine Kontaktplatte auf ihrer dem Halbleiterbauelement abgewandten Seite mit einem Kühlfluid beaufschlagbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme kann eine effektive Kühlung des Halbleiterbauelements erreicht werden, ohne dass das Halbleiterbauelement unmittelbar mit dem Kühlfluid in Verbindung steht. Die Kontaktplatte wird vom Kühlfluid gekühlt und trägt dazu bei, das Halbleiterbauelement insbe- sondere vor Korrosion zu schützen und darüber hinaus eine gleichmäßige Kühlung des Halbleiterbauelements zu gewährleisten', da ein bevorzugtes Kontaktplattenmaterial wie z.B. Kupfer oder Aluminium eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Halbleitermaterial, üblicherweise Silizium, besitzt. Somit können insbesondere die weiter oben beschriebenen "not spots" effektiver gekühlt werden. Die Kontaktplatte wirkt zugleich als Stromleitungskontakt und als Kühlfläche. Da kein direkter Kontakt zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlfluid besteht, kann die Abdichtung vereinfacht werden, da insbesondere bei einem Defekt nur das Halbleiterbauelement zwischen den Kontaktplatten ausgewechselt werden muss und kein Zugriff auf das Dichtungsmaterial nötig ist. Es bietet sich an, das Kühlfluid durch Kühlkanäle auf der dem Halbleiterbauelement abgewandten Seite der Kontaktplatte zu führen, wobei die Fläche zwischen dem Kühlfluid und der Kontaktplatte im Bereich des Halbleiterbauelements möglichst groß sein sollte. Gleichzeitig sollte die Ausgestaltung und Anordnung der Kanäle einen möglichst geringen Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der Stromdichte durch das Halbleiterbauelement nehmen. Weiterhin sollte bei der Ausgestaltung der Kanäle darauf geachtet werden, einen möglichst geringen Druckabfall beim Durchfluss des Kühlflu- ids durch die Kanäle zu erreichen, was beispielsweise durch einen möglichst großen Kanalquerschnitt und durch Parallelzweige möglich ist.
Es empfiehlt sich, dass wenigstens eine Kontaktplatte mittels einer Federkraft auf das Halbleiterbauelement gedrückt wird. Damit ist für das Halbleiterbauelement eine vorgebbare schwebende Einspannung erzielbar, wodurch insbesondere vom Hersteller geforderte Einspannungskräfte für bestimmte Halbleiterbauelemente wie z.B. Dioden, die aufgrund der Ausdehnung bei Temperatur möglichst wenig schwanken dürfen, und ein möglichst gleichmäßiger Druck auf das Halbleiterbauelement gewährleistet werden. Damit können ein geringerer Widerstand zwischen dem Halbleiterbauelement und den Kontaktplatten, eine möglichst gleichmäßige Stromdichte durch das Halbleiterbauelement sowie eine gleichmäßige, flächige Kühlung des Halbleiterbauelements mittels der Kontaktplatten gewährleistet werden.
Vorteilhafterweise weist die Halbleiterbaugruppe zwei, mit wenigstens einem Hohlraum versehene Anschlusselemente, die jeweils mit einer der Kontaktplatten in Verbindung stehen, auf, wobei der wenigstens eine Hohlraum zum Aufnehmen eines Kühlfluids ausgebildet ist. Damit kann eine äußerst kompakte und robuste Bauart erzielt werden, bei der nur wenige stabile Bauteile nötig sind, um eine geschlossene Stromlei- tungs- und Kühlfunktionalität zu erzielen.
Es ist besonders bevorzugt, wenn das Halbleiterbauelement als scheibenförmige Gleichrichterdiode ausgebildet ist. Insbesondere bei Gleichrichterdioden, an denen üblicherweise, insbesondere bei Schweißanwendungen, eine relativ hohe Leistung abfällt, ist eine effektive Kühlung nötig, die bei der beschriebenen Ausgestaltung erreicht wird.
Eine erfindungsgemäße Transformatoranordnung, insbesondere eine Schweißtransformatoranordnung, weist eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung mit nachgeschalteter Ausgangsgleichrichteranordnung auf. Die Ausgangsgleichrichteranordnung umfasst wenigstens eine, als Gleichrichterbau- gruppe mit einer scheibenförmigen Gleichrichterdiode als
Halbleiterbauelement ausgebildete, erfindungsgemäße Halbleiterbaugruppe.
Durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Halbleiterbau- gruppe bei einer Transformatoranordnung können der Aufbau und die Kühlung einer Transformatoranordnung wesentlich vereinfacht werden, da insbesondere an den Gleichrichterdioden bei einer Schweißtransformatoranordnung eine sehr große Hitzeentwicklung auftritt. Im übrigen wird ausdrücklich auf die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Halbleiterbaugruppe genannten Vorteile verwiesen.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die Hauptstromrichtung von der Sekundärwicklung zur Gleichrichterbaugruppe im wesentlichen senkrecht auf der Haupterstreckungsebene der scheibenförmigen Gleichrichterdiode steht. In diesem Fall kann die Gleichrichterdiode bzw. Gleichrichterbaugruppe direkt mit der Sekundärwicklung bzw. einem entsprechenden Träger- bauteil verbunden werden, wodurch teure Stromverbindungen wie z.B. ein Lamellenband eingespart werden können. Weiterhin wird durch diese Ausgestaltung der notwendige Bauraum reduziert. Die Transformatoranordnung kann kleiner ausfallen und preiswerter hergestellt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sekundärwicklung wenigstens ein Windungselement, das zur Stromleitung als Bestandteil der Spulenwicklung dient. Das Windungselement weist Befestigungsmittel zum Befestigen des Windungselements an einem Trägerbauteil und bevorzugterweise wenigstens einen inneren bzw. in seinem Inneren ausgebildeten Hohlraum zum Aufnehmen eines Kühlfluids auf. Als Trägerbauteil kann insbesondere ein Anschlussbauteil beispielsweise einer Gleichrichterbaugruppe innerhalb eines Transformators vorgesehen sein. Mit der beschriebenen Lösung wird sowohl eine gute Kühlung als auch eine sichere und robuste Befestigungsmöglichkeit des Windungselements ohne materialverändernde bzw. -beeinflussende Nebenwirkungen erreicht. Das Kühlfluid, insbesondere Wasser, kann im Inneren des Windungselements zirkulieren und dadurch die entstehende Wärme gut abführen. Durch die vorgesehenen Befestigungsmittel ist es möglich, das Windungselement ohne die Notwendigkeit von Wärmezufuhr, wie sie z.B. bei einem Schweiß- oder Lötvorgang notwendig ist, an einem Trägerbau- teil zu befestigen. Darüber hinaus entfällt die Abkühlung und Reinigung der Konstruktion nach der Montage.
Die Befestigungsmittel sind vorteilhafterweise als Schraub- befestigungsmittel , insbesondere als Gewindebohrung ausgeführt. Damit kann das Windungselement auf einfache Weise fest mit dem Trägerbauteil verbunden werden, wobei zusätzlich zur Vermeidung von Wärmeeintrag auch eine Wiederent- fernbarkeit, beispielsweise zu Reparatur- oder Wartungszwe- cken, möglich ist. Durch die Anschraubmöglichkeit können aufwendigere und damit teurere Herstellung- bzw. Montageverfahren vermieden werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Windungselement E-förmig mit einem Rücken und drei Schenkeln ausgebildet. Es versteht sich, dass daneben ebenso eine C-förmige oder andersartige Ausgestaltung möglich ist. Bei einer E-förmigen Ausgestaltung kann das Windungselement besonders robust ausgestaltet werden und ist besonders sta- bil beispielsweise an den drei Schenkeln mit dem Trägerbauteil verbindbar. Bei einer E-förmigen Ausgestaltung existieren zwei Öffnungen zwischen den drei Schenkeln, welche beispielsweise mit einem Eisenkern ausgefüllt werden können. Weiterhin gewährleistet eine E-förmige Ausgestaltung aufgrund der Dimensionierung eine niedrige Impedanz des
Windungselements in einem mittleren Frequenzbereich, wie er insbesondere bei Widerstandsschweißtransformatoren auftritt. Ein E-förmiges Windungselement kann aufgrund seiner massiven Form beispielsweise mittels Schrauben auf einfache Art an der übrigen Konstruktion befestigt werden, wodurch die Montage in Vergleich zu bekannten Systemen, bei denen der Zusammenbau durch Hartlöten oder Schweißen bewerkstelligt wird, vereinfacht und verbilligt wird. Vorteilhafterweise ist das Windungselement aus einem massiven, insbesondere einstückigen, Materialelement hergestellt. Es kann sich dabei insbesondere um einen Materialblock bzw. um ein Materialblech handeln. Der Hohlraum bzw. die Kühlleitungen können in das Materialelement gebohrt o- der gefräst werden, wobei Öffnungen, die nur aus Herstellungsgründen existieren und für den späteren Kühlkreislauf unnötig sind, durch geeignetes Dichtmaterial verschlossen werden können. Als Material bietet sich insbesondere Kupfer oder Aluminium an, da es einen geringen elektrischen Widerstand und gleichzeitig eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzt .
Es ist zweckmäßig, wenn das wenigstens eine Windungselement an der Ausgangsgleichrichteranordnung insbesondere mittels einer Schraubverbindung befestigt ist. Durch eine Verbindung des Windungselements und damit der Sekundärwicklung mit der Ausgangsgleichrichteranordnung kann vorteilhafterweise auf zusätzliche Leitungen zur Stromführung verzichtet werden. Eine Schraubverbindung macht die Befestigung besonders stabil und darüber hinaus lösbar. Insgesamt können dadurch die Herstellungs- und Montagekosten verringert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steht wenigstens ein Hohlraum des wenigstens einen Windungselements mit wenigstens einem Hohlraum der wenigstens einen Gleichrichterbaugruppe in Verbindung. Damit kann ein zusammenhängender Kühlkreislauf gebildet werden, was die Kühlfluidfüh- rung wesentlich vereinfacht.
Zweckmäßigerweise umfasst die Primärwicklung wenigstens ein selbsttragendes Spulenelement, bei dem eine bandförmige Leitung in zwei verbundenen, nebeneinander angeordneten, - S -
gegenläufigen Wicklungen geführt ist. Durch die selbsttragende Bauart kann auf einen Spulen- bzw. Wickelkörper verzichtet werden. Dadurch ist eine höherer Füllfaktor und ein größerer Leitungsquerschnitt erzielbar. Zusätzlich kann das Spulenelement einfacher gekühlt werden, da es besser an die vorhandene Konstruktion anpassbar ist. Schließlich sinken die Herstellungskosten.
Es bietet sich an, den Querschnitt der bandförmigen Leitung so auszugestalten, dass das selbstragende Spulenelement eine niedrige Impedanz bei Mittelfrequenzen aufweist. Damit kann das Spulenelement vorteilhaft für Widerstandsschweißtransformatoren verwendet werden. Beispielsweise kann ein Querschnitt von ca. 1 mm x 8 mm bei einer Windungszahl von ca. 9 bis 10 pro gegenläufiger Wicklung verwendet werden.
Bei einer . besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sekundärwicklung vier Windungselemente und/oder die Ausgangsgleichrichteranordnung zwei Gleichrichterbaugruppen und/oder die Primärwicklung sechs selbsttragende Spulenelemente. Damit ist eine Mittelfrequenzschweißtransformatoran- ordnung bereitstellbar, die besonders robust baut, einfach zu montieren ist und eine gute Kühlbarkeit bietet.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die Sekundärwicklung einen
Eisenkern, der von der Primärwicklung umgeben wird, mittels der Windungselemente haltert und an der Ausgangsgleichrichteranordnung angeschraubt ist. Auf diese Weise kann die gesamte Transformatoranordnung mit nur wenigen Schrauben zu- sammengesetzt werden, ohne dass ein Schweiß- oder Lötvorgang notwendig wäre. Die Ausgangsgleichrichteranordnung stützt die Sekundärwicklung, welche wiederum den Eisenkern hält, wobei der Eisenkern wiederum die Primärwicklung trägt. Die gesamte Konstruktion des Transformators ist durch Verschraubungen montierbar, so dass keine Wärme zugeführt werden muss und damit eine Veränderung, insbesondere Verschlechterung, der mechanischen Materialeigenschaften vermieden wird. Die gesamte Anordnung ist auf engem Raum mit gutem thermischen Kontakt verbunden, was die Kühlbar- keit signifikant verbessert. Die Kontakt- und Verbindungsflächen der Konstruktion können vor der Verschraubung entsprechend bearbeitet und/oder behandelt werden, um eine O- xidation der Kontaktflächen, die zu einer Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Konstruktion führen würde, zu vermeiden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt einen elektrischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Transformatoranordnung;
Figur 2 zeigt eine schematische Konstruktionsansicht ei- ner bevorzugten Ausgestaltung eines Windungselements zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Transformatoranordnung; Figur 3 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines selbstragenden Spulenelements zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Transformatoranordnung;
Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung einer Wicklungsanordnung einer erfindungsgemäßen Transformatoranordnung;
Figur 5 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfin- dungsgemäßen Gleichrichterbaugruppe aus verschiedenen Ansichten; und
Figur 6 zeigt eine Explosionsansicht einer bevorzugten
Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Transforma- toranordnung .
In Figur 1 ist ein elektrisches Schaltbild einer Schweißtransformatoranordnung schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Die Schweißtransformatoranordnung 100 weist einen Primärkreis 110 und einen Sekundärkreis 120 auf, die über einen Transformator 130 verbunden sind. Eine Primärwicklung 132 des Transformators 130 mit einer Windungszahl Ni ist in den Primärkreis 110, eine Sekundärwicklung 133 des Transformators 130 mit einer Windungszahl N2 + N3 ist in den Sekundärkreis 120 geschaltet. Der Transformator 130 weist weiterhin einen Transformatorkern 131 auf. Der Primärkreis 110 wird mit einer PrimärSpannung Ui im Mittelfrequenzbereich betrieben.
Der Sekundärkreis 120 ist als Gleichrichteranordnung ausgebildet und stellt die Transformatorausgangsspannung U2 bereit. Zu diesem Zweck weist die Sekundärwicklung 133 einen Mittelabgriff A auf, der mit dem negativen Ausgang (-) der Anordnung 100 verbunden ist. Ausgehend vom Mittelabgriff A ist die Sekundärwicklung 133 in zwei Teilwicklungen mit den Wicklungszahlen N2 und N3 aufgeteilt, die mit den Wicklungsabgriffen B bzw. C verbunden sind. Den Wicklungsabgriffen B und C sind zwei Gleichrichterdioden 134 nachge- schaltet, deren Ausgänge gemeinsam mit dem positiven Ausgang (+) der Anordnung 100 verbunden sind.
Die Sekundärwicklung 133 weist wenigstens ein bevorzugtes Windungselement, wie es unter Bezugnahme auf Figur 2 de- taillierter beschrieben wird, als Bestandteil auf. Ebenso weist die Primärwicklung 132 vorteilhafterweise wenigstens ein selbsttragendes Spulenelement auf, wie es unter Bezugnahme auf Figur 3 nachfolgend näher erläutert wird.
In Figur 2 ist eine bevorzugte Ausgestaltung eines Win- dungselements in einer ebenen Schnittansicht dargestellt und insgesamt mit 200 bezeichnet. Das Windungselement 200 besteht aus einem massiven, einstückigen Kupferblock 201, der eine E-förmige Ausgestaltung mit einem Rücken 202 und drei Schenkeln 203 aufweist. Zwischen den Schenkeln 203 befinden sich zwei Öffnungen 204, in denen bei der beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung ein Eisenkern, wie er beispielsweise in Figur 4 mit 401 bezeichnet ist, verläuft.
Das Windungselement 200 weist Befestigungsmittel auf, die als Gewindebohrungen 205 ausgebildet sind. Mittels der bevorzugten Gewindebohrungen 205 ist eine robuste und zuverlässige Befestigung des Windungselements 200 an einem Trägerbauteil, insbesondere einem Bauteil einer Ausgangs- gleichrichteranordnung, möglich. Weiterhin weist das Windungselement 200 als Bohrungen bzw. Kühlkanäle 206 ausgebildete Hohlräume zum Aufnehmen eines Kühlfluids auf. Die Bohrungen 206 sind so im Inneren des Windungselements 200 angeordnet, dass sie eine zusammenhängende Kühlfluidleitung bzw. einen Kühlkreislauf bilden. Eine Öffnung 207 der Bohrung 206, die längs innerhalb des Rückens 202 des Windungs- elements verläuft und zum Verbinden der in den Schenkeln 203 verlaufenden Kühlkanäle bzw. Bohrungen vorgesehen ist, ist mit einem Verschlusselement nach außen abgedichtet. Die weiteren Öffnungen 208 der Kühlkanäle 206 sind mit umgebenden Aussparungen zur Aufnahme von Dichtungselementen versehen und dienen als Zu- und Ableitungen für das Kühlfluid.
In Figur 3 ist eine bevorzugte Ausgestaltung eines selbsttragenden Spulenelements 300 in einer Seitenansicht und einer Schnittansicht A-A schematisch dargestellt und insgesamt mit 300 bezeichnet. Das Spulenelement 300 ist aus einem rechteckförmigen Leitungsband 301 gewickelt und besteht aus zwei gegenläufig gewickelten und nebeneinander befindlichen Wicklungen 302 und 303. Die Wicklungsachse des Spulenelements 300 verläuft durch eine Öffnung 304, durch die vorteilhafterweise ein Transformatorkern geführt wird. Das Spulenelement 300 wird von der Spulenmitte ausgehend gewi- ekelt, wobei sowohl die erste Wicklung 302 als auch die zweite Wicklung 303 von der Mitte ausgehend nach außen gewickelt werden, so dass sich die Stromanschlüsse der jeweiligen Wicklungen an der Außenseite der jeweiligen Wicklung befinden und eine einfache Zugänglichkeit bieten. Dennoch ist die Stromrichtung in beiden Wicklungen gleich, so dass ein Magnetfeld in Richtung der Wicklungsachse erzeugt wird. Das Spulenelement 300 ist durch die beschriebene Ausgestaltung selbsttragend ausgeführt, wodurch auf einen Spulenkörper verzichtet werden kann.
In Figur 4 ist eine Explosionsansicht einer bevorzugten Wicklungsanordnung eines Transformators schematisch dargestellt und insgesamt mit 400 bezeichnet. Die Primärwicklung 408 der Wicklungsanordnung 400 umfasst sechs selbsttragende Spulenelernente 300, wie sie unter Bezugnahme auf Figur 3 ausführlich erläutert wurden. Die sechs Spulenelemente 300 der Primärwicklung 408 sind teilweise parallel und teilweise seriell verschaltet. Zum Anlegen der PrimärSpannung Ui sind zwei Anschlussklemmen 406 vorgesehen. Die Sekundärwicklung 409 umfasst vier E-förmige Windungselemente 200, wie sie unter Bezugnahme auf Figur 4 ausführlich erläutert wurden.
Zum Zusammenbau der Wicklungsanordnung 400 wird ein Eisenkern 401 durch die Öffnungen 204 der Windungselemente 200 sowie durch die Öffnungen 304 der Spulenelemente 300 geführt, wobei die Spulenelemente 300 und 'die Windungselemente 200 abwechselnd nebeneinander angeordnet und ausgerich- tet sind. Die Windungselemente 200 sind an als Anschlussstücke 402, 403, 404 ausgebildeten Trägerbauteilen befestigt. Bei der dargestellten bevorzugten Ausgestaltung sind die Windungselemente 200 mittels Schrauben 405, von denen aus Übersichtlichkeitsgründen nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind, an den Anschlussstücken 402 bis 404 angeschraubt. Die Anschlussstücke 402 bis 404 weisen dazu Öffnungen auf, durch die die Schrauben 405 geführt und in die Gewindebo.hrungen 205 der Windungselemente 200 eingeschraubt sind. Die Anschlussstücke 402 bis 404 weisen darüber hinaus Öffnungen 407 auf, die über vorgesehene Leitungskanäle mit den Öffnungen 208 der Windungselemente 200 verbunden sind, um einen Kühlkreislauf für das Kühlfluid zu schaffen.
Die Anschlussstücke 402 bis 404 entsprechen den in Figur 1 dargestellten Abgriffen A, B, C. Das Anschlussstück 402 entspricht dem Mittelabgriff A, die Anschlussstücke 403, 404 entsprechen den Wicklungsabgriffen B bzw. C. Die Anschlussstücke 402 bis 404 können insbesondere Teil einer Halbleiter- bzw. Gleichrichteranordnung sein, wie sie beispielsweise unter Bezugnahme auf Figur 6 beschrieben wird.
In Figur 5 ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer Gleich- richterbaugruppe aus unterschiedlichen Ansichten dargestellt und insgesamt mit 500 bezeichnet. In der Mitte der Baugruppe 500 ist eine scheibenförmige Gleichrichterdiode
501 angeordnet, die die elektrische Funktionalität der Gleichrichterbaugruppe 500 bereitstellt. An die Diode 501 schließen sich beidseitig Kontaktplatten 502 an, die zugleich elektrische Kontakte und Kühlflächen für die Diode bilden. Die Diode 501 ist somit zwischen zwei Kühlkörpern eingebunden, die mit einem Kühlfluid, das bevorzugt durch Kühlkanäle bzw. Kühlleitungen strömt, in Verbindung stehen. An den der Diode 501 abgewandten Seiten der Kontaktplatten
502 sind Dichtungsringe 503 angeordnet, um ein Austreten des Kühlfluids zu verhindern. Die Dichtungsringe 503 sind in zugehörigen Nuten 508 angeordnet, die in Anschlusselemente 504a, 504b gefräst sind.
Das Anschlusselement 504b weist einen gebohrten Zu-/Ablauf 507 für das Kühlfluid auf, das in einen als Kühlleitung bzw. Kühlkanal 506 ausgebildeten Hohlraum gelangen und dort zirkulieren kann. Der Kühlkanal 506 ist so hergestellt, dass die Fläche zwischen dem Kühlfluid und der Kontaktplatte 502 im Bereich der Anlagefläche der Diode möglichst groß ist, wobei zugleich die Verteilung der Kanäle einen möglichst geringen Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der Stromdichte durch die Diode hat. Beim Durchfluss des Kühlfluids durch das Anschlusselement ist der Druckabfall gering, da ein möglichst großer Kanalquerschnitt und Parallelzweige vorgesehen sind. Das Kühlfluid verlässt das Anschlusselement 504b durch eine gebohrte und an der Unterseite des Anschlusselements 504b verschlossene Öffnung 510. Von der Öffnung 510 gelangt das Kühlfluid über ein Verbindungselement 509 in das Anschlusselement 504a, das ähnlich wie das Anschlusselement 504b aufgebaut ist und ebenso Kühlkanäle zum Aufnehmen und Leiten des Kühlfluids aufweist. Das Kühl- fluid durchströmt das Anschlusselement 504a und erreicht anschließend über weitere dafür vorgesehene Hohlräume bzw. Kanäle die angeschlossenen Windungselemente 200.
Die Gleichrichterbaugruppe 500 weist weiterhin ein Befesti- gungs- und Federelement 505 auf, das dazu dient, die Baugruppe 500 zu befestigen und die Bauteile mit einer vorgebbaren Federkraft zu beaufschlagen. Damit wird eine vorgebbare schwebende Einspannung, mittels derer eine vom Diodenhersteller vorgegebene Einspannungskraft für die Gleich- richterdiode 501 bereitstellbar ist, sowie ein möglichst gleichmäßiger Druck auf die Diode 501 und damit eine möglichst gleichmäßige Stromdichte durch die Diode gewährleistet.
Eine bevorzugte Ausgestaltung einer Schweißtransformatoranordnung ist in Figur 6 in zerlegter Ansicht dargestellt und insgesamt mit 600 bezeichnet. Die Transformatoranordnung 600 weist zwei im wesentlichen gleich aufgebaute Gleichrichterbaugruppen 500 auf, die jeweils an der in der Figur 5 rechts befindlichen Außenseite des Anschlusselements 504a mit den Anschlussstücken 403 bzw. 404 einer Wicklungsanordnung 400 verbunden sind. Dadurch steht die Hauptstromrichtung von der Sekundärwicklung zur Gleichrichterbaugruppe, die in Figur 6 im wesentlichen von oben nach unten ver- läuft, im wesentlichen senkrecht auf der Haupterstreckungsebene der scheibenförmigen Gleichrichterdiode, wodurch die Gleichrichterbaugruppen 500 über die Anschlussstücke 403, 404 direkt ohne zusätzliche teure Stromleitungsbänder mit der Sekundärwicklung verbunden werden können. Die zwei An- Schlusselemente 504b der beiden Gleichrichterbaugruppen werden miteinander elektrisch verbunden und stellen den positiven Ausgang der Transformatoranordnung dar.
Ein Transformatorgehäuse 601 ist als säulenförmiger Hohlkörper realisiert, wie er beispielsweise in der EP 1 584 404 Al näher beschrieben ist. An der in Figur 6 oberen Außenseite des Transformatorsgehäuses 601 sind die elektrischen Anschlüsse für die Primärspannung erkennbar. Inner- halb des Transformatorgehäuses 601 ist die Wicklungsanordnung 400 gemäß Figur 4 angeordnet. Die Wicklungsanordnung 400 ist fast vollständig innerhalb des Gehäuses 601 angeordnet, so dass außenseitig nur die Anschlussstücke 404 und 402 sichtbar sind.
Das Anschlussstück 402 stellt den Mittelabgriff A der Sekundärwicklung dar und ist mit einer Anschlussplatte 602, die den negativen Ausgangsanschluss des Transformators 600 darstellt, verbunden. Die Anschlussstücke 404 (sichtbar) und 403 (nicht sichtbar) sind jeweils mit einer Gleichrichterbaugruppe 500 verbunden, wie sie in Figur 5 näher erläutert wurde. Die beiden Anschlusselemente 504b der beiden Gleichrichterbaugruppen 500 sind gemeinsam mit einer Anschlussplatte 603 verbunden,, die den positiven Ausgangsan- Schluss des Transformators 600 darstellt. Die Anschlussstücke 402 bis 404 stellen zusammen mit den beiden Gleichrichterbaugruppen 500 und optional den Anschlussplatten 602, 603 eine Ausgangsgleichrichteranordnung 604 dar.
Die gesamte Transformatoranordnung 600 einschließlich der Ausgangsgleichrichteranordnung 604 ist vorteilhafter-weise durch Verschraubung zusammengebaut, was insbesondere unter einem zeitlichen Aspekt gegenüber herkömmlichen verschweißten Konstruktionen erhebliche Vorteile bei der Herstellung bietet. Es ist bei geschweißten Konstruktionen notwendig, diese nach dem Schweißvorgang abzukühlen, oxidierte Schichten zu entfernen und die Oberfläche nachzubehandeln. Überdies führt eine Erwärmung auf hohe Temperaturen zu einer Veränderung von mechanischen Eigenschaften der Kupferlegierung, aus der die Konstruktion bevorzugt besteht. Die Kontakt- und Verbindungsflächen der Konstruktion sind vor der Verschraubung entsprechend bearbeitet und/oder behandelt, um eine Oxidation der Kontaktflächen, die zu einer Verände- rung der elektrischen Eigenschaften der Konstruktion führen würde, zu vermeiden.
Es versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darge- stellt sind. Daneben sind im Rahmen dieser Erfindung andere Ausführungsformen denkbar.
Bezugszeichenliste
100 Transformatoranordnung
110 Primärkreis 120 Sekundärkreis
130 Transformator
131 Transformatorkern
132 Primärwicklung
133 Sekundärwicklung 200 Windungselement
201 Kupferblock
202 Rücken
203 Schenkel
204 Öffnung 205 Gewindebohrung
206 Kühlkanal
207 Öffnung
208 Öffnung
300 Spulenelement 302, 303 Wicklung
400 Wicklungsanordnung
401 Eisenkern
402, 403, 404 Anschlussstück
405 Schraube 406 Anschlussklemme
407 Öffnung
408 Primärwicklung
409 Sekundärwicklung
500 Gleichrichterbaugruppe 501 Gleichrichterdiode
502 Kontaktplatte
503 Dichtungsring
504a, 504b Anschlusselement
506 Kühlkanal 507 Zu- /Ablauf
508 Nut
509 Verbindungselement
510 Öffnung 600 Schweißtransformatoranordnung
601 Transformatorgehäuse
602 Anschlussplatte (-)
603 Anschlussplatte (+)
604 Ausgangsgleichrichteranordnung

Claims

Ansprüche
1. Halbleiterbaugruppe (500) zum Anschluss an eine Transformatorwicklung (132, 133; 408, 409), insbesondere eine Schweißtransformatorwicklung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s ein insbesondere scheibenförmiges Halbleiterbauelement (501) zwischen zwei Kontaktplatten (502) angeordnet ist, wobei wenigstens eine Kontaktplatte (502) auf ihrer dem Halbleiterbauelement (501) abgewandten Seite mit einem Kühlfluid beaufschlagbar ist.
2. Halbleiterbaugruppe (500) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kontaktplatte (502) mit- tels einer Federkraft auf das Halbleiterbauelement (501) gedrückt wird.
3. Halbleiterbaugruppe (500) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei, mit wenigstens einem Hohlraum (506, 507, 510) versehene Anschlusselemente (504a, 504b), die jeweils mit einer der Kontaktplatten (502) in Verbindung stehen, aufweist, wobei der wenigstens eine Hohlraum (506, 507, 510) zum Aufnehmen eines Kühlfluids ausgebildet ist.
4. Halbleiterbaugruppe (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement als scheibenförmige Gleichrichterdiode (501) ausgebildet ist.
5. Transformatoranordnung (100; 600), insbesondere Schweißtransforitiatoranordnung, mit einer Primärwicklung (132; 408) und einer Sekundärwicklung (133; 409) mit nach- geschalteter Ausgangsgleichrichteranordnung (604), d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t, d a s s die Ausgangsgleichrichteranordnung (604) wenigstens eine als Gleichrichterbaugruppe (500) ausgebildete Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 4 umfasst.
6. Transformatoranordnung (100; 600) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstromrichtung von der Sekundärwicklung (133; 409) zur Gleichrichterbaugruppe (500) im wesentlichen senkrecht auf der Haupterstreckungs- ebene der scheibenförmigen Gleichrichterdiode (501) steht.
7. Transformatoranordnung (100; 600) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung (133; 409) wenigstens ein Windungselement (200) mit Befestigungs- mittein (205) zum Befestigen desselben an einem Trägerbauteil (402, 403, 404) umfasst.
8. Transformatoranordnung (100; 600) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Windungsele- ment (200) wenigstens einen in seinem Inneren ausgebildeten Hohlraum (206) zum Aufnehmen eines Kühlfluids aufweist.
9. Transformatoranordnung (100; 600) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (205) als Schraubbefestigungsmittel, insbesondere als Gewindebohrung, ausgeführt sind.
10. Transformatoranordnung (100; 600) nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Windungselement (200) E-förmig mit einem Rücken (202) und drei Schenkeln (203) und/oder aus einem massiven, insbesondere einstückigen, Materialelement (201) hergestellt ist
11. Transformatoranordnung (100; 600) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Windungselement (200) an der Ausgangsgleichrichteranordnung (604) insbesondere mittels einer Schraubver- bindung (205; 405) befestigt ist.
12. Transformatoranordnung (100; 600) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hohlraum (206) des wenigstens einen Windungselements (200) und wenigstens ein Hohlraum (506, 507, 510) der wenigstens einen Gleichrichterbaugruppe (500) miteinander in Verbindung stehen.
13. Transformatoranordnung (100; 600) nach einem der An- sprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (132; 408) wenigstens ein selbsttragendes Spulenelement (300) umfasst, bei dem eine bandförmige Leitung (301) in zwei verbundenen, nebeneinander angeordneten, gegenläufigen Wicklungen (302, 303) geführt ist.
14. Transformatoranordnung (100; 600) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der bandförmigen Leitung (301) so ausgestaltet ist, dass das selbsttragende Spulenelement (300) eine niedrige Impedanz bei Mit- telfreguenzen aufweist. - 2 A -
15. Transformatoranordnung (100; 600) nach Anspruch 5 oder 6 und/oder einem der Ansprüche 7 bis 12 und/oder Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwick- lung (133; 409) vier Windungselemente (200) und/oder die
Ausgangsgleichrichteranordnung (604) zwei Gleichrichterbaugruppen (500) und/oder die Primärwicklung (132; 408) sechs selbstragende Spulenelemente (300) umfasst.
16. Transformatoranordnung (100; 600) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung (133; 409) einen Eisenkern (401) , der von der Primärwicklung (132; 408) umgeben wird, mittels der Windungselemente (200) haltert und an der Ausgangsgleichrichteranordnung (604) an- geschraubt ist.
PCT/EP2007/011415 2007-01-08 2007-12-22 Halbleiterbaugruppe zum anschluss an eine transformatorwicklung und transformatoranordnung WO2008083838A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200780052073.3A CN101622681B (zh) 2007-01-08 2007-12-22 用于连接到变压器绕组上的半导体组件和变压器装置
US12/522,299 US7978039B2 (en) 2007-01-08 2007-12-22 Semiconductor module for connecting to a transformer winding, and transformer arrangement

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007001234A DE102007001234A1 (de) 2007-01-08 2007-01-08 Halbleiterbaugruppe zum Anschluss an eine Transformatorwicklung und Transformatoranordnung
DE102007001234.0 2007-01-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008083838A1 true WO2008083838A1 (de) 2008-07-17

Family

ID=39284225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2007/011415 WO2008083838A1 (de) 2007-01-08 2007-12-22 Halbleiterbaugruppe zum anschluss an eine transformatorwicklung und transformatoranordnung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7978039B2 (de)
CN (1) CN101622681B (de)
DE (1) DE102007001234A1 (de)
WO (1) WO2008083838A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011012199A1 (de) * 2011-02-24 2012-08-30 Enasys Gmbh Verlustarmer Hochstromtransformator

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008005472B3 (de) 2008-01-22 2009-02-26 Wezag Gmbh Werkzeugfabrik Presszange
DE102010045079A1 (de) * 2010-09-13 2012-03-15 Elektron Bremen Gmbh Transformator für eine Schweißzange
AT512063B1 (de) 2011-10-31 2016-01-15 Fronius Int Gmbh Stromquelle und verfahren zur kühlung einer solchen stromquelle
JP5813137B2 (ja) * 2011-12-26 2015-11-17 三菱電機株式会社 電力用半導体装置及びその製造方法
ITBO20120295A1 (it) * 2012-05-30 2013-12-01 Tecna Spa Gruppo di alimentazione elettrica di macchine di saldatura, e relativa macchina
DE102013009588A1 (de) 2012-06-14 2013-12-19 Robert Bosch Gmbh Transformator und Verfahren zur Anbringung von Wicklungen
CN103949766B (zh) * 2014-04-30 2016-06-29 锦州市圣合科技电子有限责任公司 电阻焊机用中频大功率组件
JP6287821B2 (ja) * 2014-12-26 2018-03-07 株式会社村田製作所 表面実装インダクタ及びその製造方法
CN105742009B (zh) 2014-12-26 2019-01-04 株式会社村田制作所 表面贴装电感器及其制造方法
ES2701500T3 (es) * 2015-12-17 2019-02-22 Bosch Gmbh Robert Circuito convertidor de corriente
DE102019203603A1 (de) * 2019-02-08 2020-08-13 Robert Bosch Gmbh Bauteil und Transformatoranordnung zum Widerstandsschweißen
US20220293325A1 (en) * 2019-12-03 2022-09-15 Koyo Giken Inc. A welding transformer
CN112958870B (zh) * 2021-02-22 2022-09-16 南京冠然金属制品有限公司 一种便携式电焊机
EP4258304A1 (de) * 2022-04-05 2023-10-11 Robert Bosch GmbH Verfahren zum produzieren einer wicklung für einen schweisstransformator und wicklung für einen schweisstransformator
EP4270426A1 (de) * 2022-04-26 2023-11-01 Robert Bosch GmbH Verfahren zur herstellung eines kühlkanals in einer wicklung für einen schweisstransformator und wicklung mit einem kühlkanal für einen schweisstransformator
CN116682639B (zh) * 2023-07-03 2023-12-08 河南龙翔电气股份有限公司 隔离变压器的散热结构

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2203032A1 (de) * 1972-01-22 1973-08-02 Siemens Ag Halbleiteranordnung
WO1984000638A1 (en) * 1982-07-29 1984-02-16 Charles A Schwartz Welding system
FR2551912A1 (fr) * 1983-09-13 1985-03-15 Honda Motor Co Ltd Transformateur a redresseur
EP0302237A1 (de) * 1987-08-03 1989-02-08 H.A. Schlatter Ag Schaltungsanordnung mit mehreren zu kühlenden elektrischen Elementen
EP1351264A1 (de) * 2002-04-03 2003-10-08 TECNA S.p.A. Mittelfrequenztransformator für Schweissmaschine
DE10334354A1 (de) * 2002-07-25 2004-07-29 Gva Leistungselektronik Gmbh Flüssigkeitskühler für Leistungshalbleiter
EP1610350A2 (de) * 2004-06-25 2005-12-28 Harms + Wende GmbH & Co. KG Schweissstromwandler

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3210702A (en) * 1963-05-22 1965-10-05 Kirkhof Mfg Corp Potted welding transformer with a tap switch
US3652903A (en) * 1971-02-01 1972-03-28 Gen Electric Fluid cooled pressure assembly
CS190866B1 (en) * 1977-02-18 1979-06-29 Petr Novak High-capacity semiconductor detail
US4485289A (en) * 1982-07-29 1984-11-27 Schwartz Charles A Welding system
AU587165B2 (en) * 1984-06-15 1989-08-10 Square D Company Resistance welder
US5056214A (en) * 1989-12-19 1991-10-15 Mark Iv Industries, Inc Method of making a molded transformer enclosure
US5331536A (en) * 1992-11-05 1994-07-19 Opt Industries, Inc. Low leakage high current transformer
JP2672238B2 (ja) * 1992-11-06 1997-11-05 本田技研工業株式会社 溶接機用トランス
DE29705789U1 (de) * 1997-04-02 1997-06-05 Expert Maschinenbau Gmbh, 64653 Lorsch Transformator
US7034647B2 (en) * 2001-10-12 2006-04-25 Northeastern University Integrated magnetics for a DC-DC converter with flexible output inductor
DE102004017254A1 (de) 2004-04-05 2005-10-20 Bosch Rexroth Ag Transformatorgehäuse

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2203032A1 (de) * 1972-01-22 1973-08-02 Siemens Ag Halbleiteranordnung
WO1984000638A1 (en) * 1982-07-29 1984-02-16 Charles A Schwartz Welding system
FR2551912A1 (fr) * 1983-09-13 1985-03-15 Honda Motor Co Ltd Transformateur a redresseur
EP0302237A1 (de) * 1987-08-03 1989-02-08 H.A. Schlatter Ag Schaltungsanordnung mit mehreren zu kühlenden elektrischen Elementen
EP1351264A1 (de) * 2002-04-03 2003-10-08 TECNA S.p.A. Mittelfrequenztransformator für Schweissmaschine
DE10334354A1 (de) * 2002-07-25 2004-07-29 Gva Leistungselektronik Gmbh Flüssigkeitskühler für Leistungshalbleiter
EP1610350A2 (de) * 2004-06-25 2005-12-28 Harms + Wende GmbH & Co. KG Schweissstromwandler

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011012199A1 (de) * 2011-02-24 2012-08-30 Enasys Gmbh Verlustarmer Hochstromtransformator

Also Published As

Publication number Publication date
CN101622681B (zh) 2012-06-13
US20100156585A1 (en) 2010-06-24
DE102007001234A1 (de) 2008-07-10
CN101622681A (zh) 2010-01-06
US7978039B2 (en) 2011-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008083838A1 (de) Halbleiterbaugruppe zum anschluss an eine transformatorwicklung und transformatoranordnung
EP0142678B1 (de) Halbleiterventil
WO2008083839A1 (de) Windungselement für eine spulenwicklung und transformatoranordnung
DE4401607C2 (de) Kühleinheit für Leistungshalbleiter
DE1589808C3 (de) Vorrichtung zur Materialverformung durch magnetische Kräfte
DE3933956A1 (de) Anordnung mit zwangsgekuehltem, elektrischem leistungswiderstand
DE202012012767U1 (de) Leistungshalbleitermodulsystem
EP4032370A1 (de) Fluidheizer
EP0604481B1 (de) Flüssigkeitsgekühlter hochlastwiderstand
EP2079087A1 (de) Anordnung mit mindestens einer elektrischen Wicklung
DE10323882A1 (de) Brennstoffzelle und Heizeinrichtung einer Brennstoffzelle
DE4437971A1 (de) Kühleinrichtung für elektrische Baugruppen
DE102011007334A1 (de) Flüssigkeitsgekühlte induktive Komponente
EP0585611A2 (de) Leistungswiderstand für Flüssigkeitskühlung
DE2740630C2 (de) Hochstrom-Gleichrichteranordnung
DE9203354U1 (de) Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand
EP0004333A2 (de) Verfahren zur Kühlung elektrischer Bauelemente mittels Gas und Kühlkörper
DE102012217607A1 (de) Vorrichtung zum Kühlen
DE4420564C2 (de) Spannverband eines Stromrichters zur Flüssigkeitskühlung elektrischer Bauelemente
EP3459110B1 (de) Kühldoseneinheit und leistungselektronische einrichtung mit kühldoseneinheit
EP3824705A1 (de) Stromrichter mit einem separaten innenraum
DE2826898A1 (de) Kuehlkoerper fuer elektrische bauelemente
DE102022210716A1 (de) Baugruppe mit Stromrichter zum Umwandeln elektrischer Strom- und Spannungsarten und Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe mit Stromrichter
CH659736A5 (en) Cooling unit for forced oil circulation cooling of electronic components
EP1282142B1 (de) Elektrische Wicklungsanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780052073.3

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07857120

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12522299

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07857120

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1