WO2020078967A1 - Inverter device having a half bridge module - Google Patents

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WO2020078967A1
WO2020078967A1 PCT/EP2019/077908 EP2019077908W WO2020078967A1 WO 2020078967 A1 WO2020078967 A1 WO 2020078967A1 EP 2019077908 W EP2019077908 W EP 2019077908W WO 2020078967 A1 WO2020078967 A1 WO 2020078967A1
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bridge
connection
intermediate circuit
units
circuit plate
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PCT/EP2019/077908
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Tobias Binder
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Mahle International Gmbh
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    • H05K2201/10166—Transistor

Definitions

  • the present invention relates to a half-bridge module for an inverter device and an inverter device with at least one such half-bridge module.
  • Electrically operated vehicles which can be designed, for example, as electric vehicles or as hybrid vehicles, have at least one electrical energy source which provides electrical energy in the form of direct current or direct voltage.
  • electrical energy source which provides electrical energy in the form of direct current or direct voltage.
  • typically electric motors are used, which are preferably operated with a multi-phase alternating current or with a multiphase alternating voltage.
  • At least one inverter device In order to convert the direct current or the direct voltage into a multiphase alternating current or into a multiphase alternating voltage, at least one inverter device is used which has at least three half bridges, each with two switching elements.
  • the half bridges are connected in parallel to the electrical energy source of the vehicle, an intermediate circuit capacitor being connected in parallel with the half bridges.
  • the desired multiphase alternating current or the desired multiphase AC voltage is generated by suitable switching of the switching elements.
  • switching elements can be selected that have a high dielectric strength so that the switching elements are not destroyed in the event of short-term overvoltages.
  • this has the disadvantage that the efficiency of the inverter device is reduced, since switching elements with a higher dielectric strength also have a higher electrical resistance and thus a higher electrical power loss.
  • switching elements with a higher dielectric strength also require a larger installation space and have higher purchasing or manufacturing costs.
  • the parasitic inductance of the critical mesh essentially depends on the area that surrounds the critical mesh.
  • the intermediate circuit capacitor can be arranged as close as possible to the half-bridges.
  • additional blocking capacitors can be connected in parallel with each vaulting bridge, the critical mesh then closing over the respective blocking capacitors.
  • the flail bridges are designed as flail bridge modules which have a multiplicity of flail bridges which are connected in parallel with one another. In this way, the overall parasitic inductance of the flail bridge module and the total resistance of the flail bridge module can be reduced.
  • the disadvantage of this is that the required installation space is increased by the large number of flaling bridges and that by the additional components increase the manufacturing costs of the inverter device.
  • the present invention has for its object to provide a half-bridge module of the type mentioned, which has the smallest possible parasitic inductance in the voltage ratio of the requirements listed.
  • the present invention is based on the general idea of arranging two adjacent half-bridge units in such a way that the magnetic fields generated by their critical meshes essentially compensate one another. Since the parasitic inductance also depends on the temporal change in the magnetic field which passes through the respective critical mesh, the parasitic inductance of the half-bridge module can be reduced more by compensating the magnetic fields of two adjacent critical meshes than by a purely geometrical minimization of the Areas that enclose the critical mesh. In addition, the number of half-bridge units or switching elements required can be significantly reduced.
  • the half-bridge module according to the invention for an inverter device comprises a first direct current connection, a second direct current connection and an alternating current connection.
  • the first direct current connection and the second direct current connection can be electrically conductively connected to a first electrical pole, in particular a positive pole, or to a second electrical pole, in particular a negative pole, of an electrical energy source.
  • the AC connection can be made with an electrical Consumers, in particular with an electric motor and / or line windings of an electric motor, are connected in an electrically conductive manner.
  • the half-bridge module according to the invention has a large number of half-bridge units.
  • Each half-bridge unit has at least one first switching element, which is arranged between the first DC connection and the AC connection. This is to be understood to mean that a first partial area of the first switching element makes electrical contact with a partial area of the first DC connection, a second partial area of the first switching element making electrical contact with a partial area of the AC connection.
  • the first DC connection and the AC connection are electrically conductively connected via the first switching element.
  • the first DC connection and the AC connection are not electrically conductively connected via the first switching element.
  • Each half-bridge unit has at least one second switching element, which is arranged between the second direct current connection and the alternating current connection. This is to be understood to mean that a first partial area of the second switching element makes electrical contact with a partial area of the second direct current connection, a second partial area of the second switching element making electrical conductive contact with a partial area of the alternating current connection.
  • the second DC connection and the AC connection are electrically conductively connected via the second switching element.
  • the first DC connection and the AC connection are not electrically conductively connected via the second switching element.
  • the first switching element and the second switching element of each half-bridge unit can be connected in series and / or arranged in series.
  • Each switching element can be electrically conductively and / or communicatively connected to a driver unit for the electrical power supply and / or to a regulating and / or control device for the electrical power control.
  • the first switching element of each half-bridge unit can be in the first switching state and the second switching element of each half-bridge unit can be in the second switching state.
  • the first switching element of each half-bridge unit can be in the second switching state and the second switching element of each half-bridge unit can be in the first switching state. It can therefore be provided that the first switching elements or second switching elements of all half-bridge units of the half-bridge module are switched synchronously and / or simultaneously.
  • At least one capacitor unit in particular a capacitor unit common to the half-bridge units, is provided between the first DC connection and the second DC connection.
  • the capacitor unit makes electrical contact with the first direct current connection and makes electrical conductive contact with the second direct current connection.
  • the capacitor unit can consequently be electrically conductively connected to the first direct current connection and the second direct current connection.
  • the capacitor unit can be designed, for example, as an intermediate circuit capacitor and / or as a blocking capacitor.
  • a capacitor unit common with respect to the half-bridge units can be connected in parallel with the half-bridge modules.
  • a capacitor unit common to the half-bridge units can be used as an intermediate circuit sator and / or as a blocking capacitor, which can be connected in parallel to the half-bridge modules.
  • Each half-bridge unit forms a critical mesh via the first switching element, the second switching element and the capacitor unit, with each critical mesh generating a magnetic field at least temporarily.
  • an electrical current which at least temporarily flows through the capacitor unit, in particular via the capacitor unit common with respect to the half-bridge units, the first DC connection, the first switching element, the AC connection, the second switching element, the second DC connection Magnetic field of the critical mesh forms.
  • Two adjacent half-bridge units are arranged in such a way that the magnetic fields generated by their critical meshes essentially compensate. In this way, the parasitic inductance of two adjacent half-bridge units can be significantly reduced.
  • an anti-parallel alignment can be understood to mean that two adjacent half-bridge units are arranged in such a way that the electrical current flow directions of two adjacent half-bridge units are essentially anti-parallel during a switching cycle of the half-bridge module.
  • the magnetic fields that are generated in the critical meshes have opposite directions of propagation. Since the magnetic fields have opposite directions of propagation, they essentially cancel each other out and thus considerably reduce the parasitic inductance.
  • an alignment vector can also be defined for each half-bridge unit, which points within a half-bridge unit from the first switching element to the second switching element.
  • two adjacent half-bridge units have alignment vectors oriented and / or oriented essentially antiparallel to one another.
  • each half-bridge unit has a capacitor unit in order to additionally make the area which is enclosed by the respective critical mesh as small as possible.
  • the half-bridge module has an even number of half-bridge units. It can preferably be provided that the half-bridge module has a number of 2 to 20, particularly preferably 8, half-bridge units.
  • the first DC connection comprises a first DC link plate and the second DC connection comprises a second DC link plate.
  • the first intermediate circuit plate and the second intermediate circuit plate are arranged at a distance from one another.
  • An intermediate circuit plate can be a flat and / or flat cuboidal electrical conductor.
  • the alternating current connection and the half-bridge units are arranged on a carrier plate, it being possible for the carrier plate to be formed essentially from a non-conductive substrate.
  • the capacitor unit in particular the capacitor unit common with respect to the half-bridge units, can be attached to the first intermediate circuit plate and / or second intermediate circuit plate. to be in order. It can also be provided that the capacitor unit contacts the first intermediate circuit board and the second intermediate circuit board in an electrically conductive manner.
  • the first intermediate circuit plate and / or the second intermediate circuit plate is formed separately with respect to the carrier plate, and / or that the first intermediate circuit plate and / or the second intermediate circuit plate are spaced apart with respect to the carrier plate and / or that the capacitor unit, in particular that the capacitor unit common with respect to the half-bridge units, is arranged contact-free with respect to the carrier plate.
  • the half-bridge units are arranged between the first intermediate circuit plate and the carrier plate and / or between the second intermediate circuit plate and the carrier plate in order to enable the most compact possible structure.
  • At least one first intermediate guide element is provided between the first intermediate circuit plate and the carrier plate, at least one second intermediate guide element being provided between the second intermediate circuit plate and the carrier plate.
  • the second intermediate circuit plate has at least one recess through which the first intermediate guide element is inserted.
  • the first intermediate circuit plate has at least one recess through which the second intermediate guide element is inserted.
  • the first intermediate guide element and the second intermediate guide element can be cylindrical and / or hollow cylindrical be trained.
  • the intermediate guide elements enable the electrical voltage or the electric current to be distributed from the intermediate circuit boards to the half-bridge units or to the switching elements of the half-bridge units.
  • the switching elements of the half-bridge units are semiconductor components.
  • Such semiconductor components can be power switches, which can be designed as a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT).
  • IGBTs it can be provided that a free-wheeling diode is connected in parallel to the IGBT.
  • the invention further relates to an inverter device for an electric motor of a vehicle.
  • the inverter device has at least three half-bridge modules according to the invention, which are connected in parallel with one another.
  • the inverter device can be supplied with a DC voltage via an electrical energy source of the vehicle, the half-bridge modules being controlled via a regulating and / or control device such that a DC voltage is converted into a multi-phase AC voltage.
  • the electric motor of the vehicle can be operated optimally with this multi-phase AC voltage.
  • an intermediate circuit capacitor is connected in parallel with the half-bridge modules.
  • FIG. 1 shows a cross section through a half-bridge module according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through a half-bridge module according to the invention with the critical mesh shown
  • FIG. 3 shows a plan view of a carrier plate of the half-bridge module
  • FIG. 4 shows a greatly simplified illustration of an inverter device according to the invention.
  • the half-bridge module 1 shows a schematic cross section through a half-bridge module 1 according to the invention.
  • the half-bridge module 1 has a first DC connection 3, which comprises a first intermediate circuit board 11, at least one first intermediate guide element 14 and at least one first flat conductor 18.
  • the first direct current connection 3 is electrically conductively connected to the first intermediate circuit board 11, the first intermediate circuit board 11 being connected to is electrically conductively connected to the first intermediate conductive element 14, the first intermediate conductive element 14 being electrically conductively connected to the first flat conductor 18.
  • the half-bridge module 1 has a second DC connection 4, which comprises a second intermediate circuit board 12, at least one second intermediate guide element 15 and at least one second flat conductor 19.
  • the second direct current connection 4 is electrically conductively connected to the second intermediate circuit board 12, the second intermediate circuit board 12 being electrically conductively connected to the second intermediate conductor element 15, the second intermediate conductor element 15 being electrically conductively connected to the second flat conductor 19.
  • the first intermediate circuit plate 11 and the second intermediate circuit plate 12 are arranged at a distance from one another.
  • the second intermediate circuit plate 12 has at least one recess through which the first intermediate conductor element 14 is inserted, wherein there is no electrical contact between the second intermediate circuit plate 12 and the first intermediate conductor element 14.
  • the cutout of the intermediate circuit plate 12 has a circumferential insulating element which is designed to be electrically insulating and can be arranged between the cutout and the first intermediate guide element 14.
  • the first flat conductor 18 and the second flat conductor 19 are arranged on or on a carrier plate 13. Furthermore, the carrier plate 13 has a recess through which an AC connection 5 is at least partially inserted. A partial area of the AC connection 5 is arranged on or on the carrier plate 13.
  • the first intermediate circuit plate 11 and / or the second intermediate circuit plate 12 are arranged at a distance from the carrier plate 13, it being possible for the first intermediate circuit plate 11, the second intermediate circuit plate 12 and the carrier plate 13 to be oriented essentially parallel to one another.
  • a half-bridge unit 6 is arranged spatially between the first intermediate circuit plate 11 and the carrier plate 13 and / or between the second intermediate circuit plate 12 and the carrier plate 13.
  • the half-bridge unit 6 comprises a first switching element 7 and a second switching element 8.
  • a first partial area of the first switching element 7 contacts a partial area of the first direct current connection 3, in particular the first flat conductor 18, in an electrically conductive manner.
  • a second partial area of the first switching element 7 contacts a partial area of the AC connection 5 in an electrically conductive manner.
  • a first partial area of the second switching element 8 contacts a partial area of the second direct current connection 4, in particular the second flat conductor 19, in an electrically conductive manner.
  • a second partial area of the second switching element 8 makes electrical contact with a partial area of the AC connection 5.
  • first switching element 7 is open and the second switching element 8 is closed or the first switching element 7 is closed and the second switching element 8 is open, so that depending on the switching state of the half-bridge unit 6 or the half-bridge module 1 at the AC connection 5, either the current or the voltage of the first DC connection 3 or the second DC connection 4 is present.
  • a capacitor unit 9 is electrically conductively connected to the first intermediate circuit board 11 and the second intermediate circuit board 12.
  • the capacitor unit 9 is arranged on the side of the first intermediate circuit plate 11 and / or the second intermediate circuit plate 12, which faces away from the half-bridge unit 6.
  • FIG. 2 shows the half-bridge module 1 from FIG. 1, a critical mesh 10 being represented by a dashed line.
  • a critical mesh 10 being represented by a dashed line.
  • an electrical current flows at least temporarily along the critical mesh 10 shown and generates a magnetic field which has a direction of propagation 20.
  • the direction of propagation 20 of the magnetic field is oriented essentially parallel to the surface normal of the plane of the drawing.
  • FIG 3 shows a top view of a carrier plate 13 of the half-bridge module 1.
  • Eight half-bridge units 6 are arranged on the carrier plate 13, two adjacent half-bridge units 6 being aligned essentially antiparallel to one another.
  • An anti-parallel alignment can be understood to mean that two adjacent half-bridge units 6 are arranged in such a way that the electrical current flow directions of two adjacent half-bridge units are essentially anti-parallel during a switching cycle of the half-bridge module 1. In this way it can be achieved that the magnetic fields that are generated in the critical meshes 10 have opposite directions of propagation 20. Since the magnetic fields have opposite directions of propagation 20, they essentially cancel each other out and thus considerably reduce the parasitic inductances.
  • an alignment vector 22 can be defined for each half-bridge unit 6, which is within a half-bridge unit 6 by the first switching element 6. ment 7 to the second switching element 8 shows. In this illustration, two adjacent half-bridge units 6 have alignment vectors 22 aligned and / or oriented essentially antiparallel to one another.
  • the inverter device 2 for an electric motor 16 of a vehicle, not shown.
  • the inverter device 2 has three half-bridge modules 1 a, 1 b and 1 c according to the invention, which are connected in parallel with one another.
  • the inverter device 2 is supplied with a DC voltage via an electrical energy source 21 of the vehicle (not shown), the half-bridge modules 1 a, 1 b and 1 c being controlled such that the DC voltage is converted into a multi-phase AC voltage to drive the electric motor 16.
  • An intermediate circuit capacitor 17 can be connected in parallel with the half-bridge modules 1 a, 1 b and 1 c.

Abstract

The invention relates to a half bridge module (1) having a plurality of half bridge units (6), each half bridge unit (6) forming a critical mesh (10) via a first switching element (7), a second switching element (8), and a capacitor unit (9). Each critical mesh (10) at least intermittently generates a magnetic field. Two adjacent half bridge units (6) are arranged such that the magnetic fields generated by their critical meshes (10) substantially compensate each other.

Description

Wechselrichtereinrichtung mit Halbbrückenmodul  Inverter device with half-bridge module
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbbrückenmodul für eine Wechselrichter- einrichtung sowie eine Wechselrichtereinrichtung mit wenigstens einem solchen Halbbrückenmodul. The present invention relates to a half-bridge module for an inverter device and an inverter device with at least one such half-bridge module.
Elektrisch betriebene Fahrzeuge, die beispielsweise als Elektrofahrzeuge oder als Hybridfahrzeuge ausgebildet sein können, weisen wenigstens eine elektrische Energiequelle auf, die elektrische Energie in Form von Gleichstrom bzw. Gleich- spannung zur Verfügung stellt. Um diese elektrische Energie in eine mechani- sche Bewegung des Fahrzeuges umzuwandeln, werden typischerweise Elektro- motoren eingesetzt, die bevorzugt mit einem mehrphasigen Wechselstrom bzw. mit einer mehrphasigen Wechselspannung betrieben werden. Electrically operated vehicles, which can be designed, for example, as electric vehicles or as hybrid vehicles, have at least one electrical energy source which provides electrical energy in the form of direct current or direct voltage. In order to convert this electrical energy into a mechanical movement of the vehicle, typically electric motors are used, which are preferably operated with a multi-phase alternating current or with a multiphase alternating voltage.
Um den Gleichstrom bzw. die Gleichspannung in einen mehrphasigen Wechsel- strom bzw. in eine mehrphasige Wechselspannung umzuwandeln, wird wenigs- tens eine Wechselrichtereinrichtung eingesetzt, die wenigstens drei Halbbrücken mit jeweils zwei Schaltelementen aufweist. Die Halbbrücken werden parallel zur elektrischen Energiequelle des Fahrzeuges geschaltet, wobei ein Zwischenkreis- kondensator zu den Halbbrücken parallel geschaltet wird. Durch eine geeignete Schaltung der Schaltelemente wird der gewünschte mehrphasige Wechselstrom bzw. die gewünschte mehrphasige Wechselspannung erzeugt. In order to convert the direct current or the direct voltage into a multiphase alternating current or into a multiphase alternating voltage, at least one inverter device is used which has at least three half bridges, each with two switching elements. The half bridges are connected in parallel to the electrical energy source of the vehicle, an intermediate circuit capacitor being connected in parallel with the half bridges. The desired multiphase alternating current or the desired multiphase AC voltage is generated by suitable switching of the switching elements.
Die Schaltelemente einer jeden Halbbrücke bilden zusammen mit dem Zwi- schenkreiskondensator eine kritische Masche aus, in der kurzzeitig Überspan- nungen entstehen können, die aufgrund der parasitären Induktivität der kritischen Masche und einer schaltungsbedingten hohen zeitlichen Änderungsrate des elektrischen Stromes induziert werden. Bei der Auswahl der Schaltelemente können solche Schaltelemente gewählt werden, die eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen, sodass die Schaltelemen- te bei kurzzeitigen Überspannungen nicht zerstört werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Wirkungsgrad der Wechselrichtereinrichtung reduziert wird, da Schaltelemente mit einer höheren Spannungsfestigkeit auch einen höheren elektrischen Widerstand und damit eine höhere elektrische Verlustleistung auf- weisen. Zusätzlich benötigen Schaltelemente mit einer höheren Spannungsfes- tigkeit auch einen größeren Einbauraum und haben höhere Einkaufs- bzw. Her- stellungskosten. The switching elements of each half-bridge, together with the intermediate circuit capacitor, form a critical mesh in which overvoltages can occur for a short time, which are induced due to the parasitic inductance of the critical mesh and a circuit-related high rate of change of the electrical current over time. When selecting the switching elements, such switching elements can be selected that have a high dielectric strength so that the switching elements are not destroyed in the event of short-term overvoltages. However, this has the disadvantage that the efficiency of the inverter device is reduced, since switching elements with a higher dielectric strength also have a higher electrical resistance and thus a higher electrical power loss. In addition, switching elements with a higher dielectric strength also require a larger installation space and have higher purchasing or manufacturing costs.
Die parasitäre Induktivität der kritischen Masche hängt im Wesentlichen von der Fläche ab, die die kritische Masche umschließt. Um diese Fläche zu reduzieren, kann der Zwischenkreiskondensator räumlich möglichst nahe an den Halbbrü cken angeordnet werden. Ferner können zusätzliche Abblockkondensatoren pa- rallel zu jeder Flalbbrücke geschaltet werden, wobei sich dann die kritische Ma- sche über die jeweiligen Abblockkondensatoren schließt. Diesen geometrischen Optimierungen der eingeschlossenen Fläche der kritischen Masche sind dort Grenzen gesetzt, wo aufgrund der Bauteilabmessungen oder aufgrund von ther- mischen Anforderungen eine weitere Verkleinerung der eingeschlossenen Fläche der kritischen Masche nicht mehr möglich ist. The parasitic inductance of the critical mesh essentially depends on the area that surrounds the critical mesh. In order to reduce this area, the intermediate circuit capacitor can be arranged as close as possible to the half-bridges. In addition, additional blocking capacitors can be connected in parallel with each vaulting bridge, the critical mesh then closing over the respective blocking capacitors. There are limits to these geometrical optimizations of the enclosed area of the critical mesh where further reduction of the enclosed area of the critical mesh is no longer possible due to the component dimensions or due to thermal requirements.
Um eine weitere Reduzierung der parasitären Induktivität der kritischen Masche zu erzielen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Flalbbrücken als Flalbbrückenmodule ausgebildet werden, die eine Vielzahl von Flalbbrücken auf- weisen, die parallel zueinander geschaltet sind. Flierdurch lassen sich die parasi- täre Gesamtinduktivität des Flalbbrückenmoduls sowie der Gesamtwiderstand des Flalbbrückenmoduls reduzieren. Nachteilig hieran ist, dass der erforderliche Einbauraum durch die Vielzahl von Flalbbrücken vergrößert wird und dass durch die zusätzlichen Bauteile die Herstellungskosten der Wechselrichtereinrichtung erhöht werden. In order to achieve a further reduction in the parasitic inductance of the critical mesh, it is known from the prior art that the flail bridges are designed as flail bridge modules which have a multiplicity of flail bridges which are connected in parallel with one another. In this way, the overall parasitic inductance of the flail bridge module and the total resistance of the flail bridge module can be reduced. The disadvantage of this is that the required installation space is increased by the large number of flaling bridges and that by the additional components increase the manufacturing costs of the inverter device.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbbrückenmodul der eingangs genannten Art anzugeben, welches im Spannungsverhältnis der aufgeführten Anforderungen eine möglichst kleine parasitäre Induktivität aufweist. The present invention has for its object to provide a half-bridge module of the type mentioned, which has the smallest possible parasitic inductance in the voltage ratio of the requirements listed.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängi- gen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der ab- hängigen Ansprüche. According to the invention, this problem is solved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwei benach- barte Halbbrückeneinheiten so anzuordnen, dass sich die durch ihre kritischen Maschen erzeugten Magnetfelder im Wesentlichen kompensieren. Da die parasi- täre Induktivität auch von der zeitlichen Änderung des Magnetfeldes abhängt, welches die jeweilige kritische Masche durchsetzt, kann durch die Kompensation der Magnetfelder zweier benachbarter kritischer Maschen die parasitäre Induktivi tät des Halbbrückenmoduls stärker reduziert werden als durch eine rein geomet- rische Minimierung der Flächen, die die kritischen Maschen umschließen. Außer- dem kann die Anzahl der benötigten Halbbrückeneinheiten bzw. Schaltelemente deutlich reduziert werden. The present invention is based on the general idea of arranging two adjacent half-bridge units in such a way that the magnetic fields generated by their critical meshes essentially compensate one another. Since the parasitic inductance also depends on the temporal change in the magnetic field which passes through the respective critical mesh, the parasitic inductance of the half-bridge module can be reduced more by compensating the magnetic fields of two adjacent critical meshes than by a purely geometrical minimization of the Areas that enclose the critical mesh. In addition, the number of half-bridge units or switching elements required can be significantly reduced.
Das erfindungsgemäße Halbbrückenmodul für eine Wechselrichtereinrichtung umfasst einen ersten Gleichstromanschluss, einem zweiten Gleichstroman- schluss und einen Wechselstromanschluss. Der erste Gleichstromanschluss und der zweite Gleichstromanschluss können mit einem ersten elektrischen Pol, ins- besondere mit einem positiven Pol, bzw. mit einem zweiten elektrischen Pol, ins- besondere mit einem negativen Pol, einer elektrischen Energiequelle elektrisch leitend verbunden sein. Der Wechselstromanschluss kann mit einem elektrischen Verbraucher, insbesondere mit einem elektrischen Motor und/oder Leitungswick- lungen eines elektrischen Motors, elektrisch leitend verbunden sein. The half-bridge module according to the invention for an inverter device comprises a first direct current connection, a second direct current connection and an alternating current connection. The first direct current connection and the second direct current connection can be electrically conductively connected to a first electrical pole, in particular a positive pole, or to a second electrical pole, in particular a negative pole, of an electrical energy source. The AC connection can be made with an electrical Consumers, in particular with an electric motor and / or line windings of an electric motor, are connected in an electrically conductive manner.
Das erfindungsgemäße Halbbrückenmodul weist eine eine Vielzahl von Halbbrü- ckeneinheiten auf. Eine jede Halbbrückeneinheit weist wenigstens ein erstes Schaltelement auf, das zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem Wechselstromanschluss angeordnet ist. Hierunter ist zu verstehen, dass ein ers- ter Teilbereich des ersten Schaltelementes einen Teilbereich des ersten Gleich- stromanschlusses elektrisch leitend kontaktiert, wobei ein zweiter Teilbereich des ersten Schaltelementes einen Teilbereich des Wechselstromanschlusses elektrisch leitend kontaktiert. In einem ersten Schaltzustand des ersten Schalt- elementes sind der erste Gleichstromanschluss und der Wechselstromanschluss über das erste Schaltelement elektrisch leitend verbunden. In einem zweiten Schaltzustand des ersten Schaltelementes sind der erste Gleichstromanschluss und der Wechselstromanschluss nicht über das erste Schaltelement elektrisch leitend verbunden. The half-bridge module according to the invention has a large number of half-bridge units. Each half-bridge unit has at least one first switching element, which is arranged between the first DC connection and the AC connection. This is to be understood to mean that a first partial area of the first switching element makes electrical contact with a partial area of the first DC connection, a second partial area of the first switching element making electrical contact with a partial area of the AC connection. In a first switching state of the first switching element, the first DC connection and the AC connection are electrically conductively connected via the first switching element. In a second switching state of the first switching element, the first DC connection and the AC connection are not electrically conductively connected via the first switching element.
Eine jede Halbbrückeneinheit weist wenigstens ein zweites Schaltelement auf, das zwischen dem zweiten Gleichstromanschluss und dem Wechselstroman- schluss angeordnet ist. Hierunter ist zu verstehen, dass ein erster Teilbereich des zweiten Schaltelementes einen Teilbereich des zweiten Gleichstromanschlusses elektrisch leitend kontaktiert, wobei ein zweiter Teilbereich des zweiten Schalt- elementes einen Teilbereich des Wechselstromanschlusses elektrisch leitend kontaktiert. In einem ersten Schaltzustand des zweiten Schaltelementes sind der zweite Gleichstromanschluss und der Wechselstromanschluss über das zweite Schaltelement elektrisch leitend verbunden. In einem zweiten Schaltzustand des zweiten Schaltelementes sind der erste Gleichstromanschluss und der Wechsel- stromanschluss nicht über das zweite Schaltelement elektrisch leitend verbun- den. Das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement einer jeden Halbbrücken- einheit können in Reihe geschaltet und/oder in Reihe angeordnet sein. Jedes Schaltelement kann mit einer Treibereinheit zur elektrischen Leistungsversorgung und/oder mit einer Regel- und/oder Steuereinrichtung zur elektrischen Leistungs- regelung elektrisch leitend und/oder kommunikativ verbunden sein. Each half-bridge unit has at least one second switching element, which is arranged between the second direct current connection and the alternating current connection. This is to be understood to mean that a first partial area of the second switching element makes electrical contact with a partial area of the second direct current connection, a second partial area of the second switching element making electrical conductive contact with a partial area of the alternating current connection. In a first switching state of the second switching element, the second DC connection and the AC connection are electrically conductively connected via the second switching element. In a second switching state of the second switching element, the first DC connection and the AC connection are not electrically conductively connected via the second switching element. The first switching element and the second switching element of each half-bridge unit can be connected in series and / or arranged in series. Each switching element can be electrically conductively and / or communicatively connected to a driver unit for the electrical power supply and / or to a regulating and / or control device for the electrical power control.
In einem ersten Schaltzyklus des Halbbrückenmoduls kann das erste Schaltele- ment einer jeden Halbrückeneinheit im ersten Schaltzustand und das zweite Schaltelement einer jeden Halbrückeneinheit im zweiten Schaltzustand sein. In einem zweiten Schaltzyklus des Halbbrückenmoduls kann das erste Schaltele- ment einer jeden Halbrückeneinheit im zweiten Schaltzustand und das zweite Schaltelement einer jeden Halbrückeneinheit im ersten Schaltzustand sein. Es kann also vorgesehen sein, dass die ersten Schaltelemente bzw. zweiten Schalt- elemente aller Halbrückeneinheiten des Halbbrückenmoduls synchron und/oder simultan geschaltet werden. In a first switching cycle of the half-bridge module, the first switching element of each half-bridge unit can be in the first switching state and the second switching element of each half-bridge unit can be in the second switching state. In a second switching cycle of the half-bridge module, the first switching element of each half-bridge unit can be in the second switching state and the second switching element of each half-bridge unit can be in the first switching state. It can therefore be provided that the first switching elements or second switching elements of all half-bridge units of the half-bridge module are switched synchronously and / or simultaneously.
Zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstroman- schluss ist wenigstens eine Kondensatoreinheit, insbesondere eine bezüglich der Halbbrückeneinheiten gemeinsame Kondensatoreinheit, vorgesehen. Hierunter kann zu verstehen sein, dass die Kondensatoreinheit den ersten Gleichstroman- schluss elektrisch leitend kontaktiert und den zweiten Gleichstromanschluss elektrisch leitend kontaktiert. Die Kondensatoreinheit kann folglich elektrisch lei tend mit dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstroman- schluss verbunden sein. Die Kondensatoreinheit kann beispielsweise als Zwi- schenkreiskondensator und/oder als Abblockkondensator ausgebildet sein. Eine bezüglich der Halbbrückeneinheiten gemeinsame Kondensatoreinheit kann paral- lel zu den Halbbrückenmodulen geschaltet sein. Eine bezüglich der Halbbrü- ckeneinheiten gemeinsame Kondensatoreinheit kann als Zwischenkreiskonden- sator und/oder als Abblockkondensator ausgebildet sein, der parallel zu den Halbbrückenmodulen geschaltet sein kann. At least one capacitor unit, in particular a capacitor unit common to the half-bridge units, is provided between the first DC connection and the second DC connection. This can be understood to mean that the capacitor unit makes electrical contact with the first direct current connection and makes electrical conductive contact with the second direct current connection. The capacitor unit can consequently be electrically conductively connected to the first direct current connection and the second direct current connection. The capacitor unit can be designed, for example, as an intermediate circuit capacitor and / or as a blocking capacitor. A capacitor unit common with respect to the half-bridge units can be connected in parallel with the half-bridge modules. A capacitor unit common to the half-bridge units can be used as an intermediate circuit sator and / or as a blocking capacitor, which can be connected in parallel to the half-bridge modules.
Eine jede Halbbrückeneinheit bildet über das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und die Kondensatoreinheit eine kritische Masche aus, wobei eine jede kritische Masche wenigstens zeitweise ein Magnetfeld erzeugt. In der kriti schen Masche kann über die Kondensatoreinheit, insbesondere über die bezüg- lich der Halbbrückeneinheiten gemeinsame Kondensatoreinheit, den ersten Gleichstromanschluss, das erste Schaltelement, den Wechselstromanschluss, das zweite Schaltelement, den zweiten Gleichstromanschluss wenigstens zeit- weise ein elektrischer Strom fließen, der das Magnetfeld der kritischen Masche ausbildet. Each half-bridge unit forms a critical mesh via the first switching element, the second switching element and the capacitor unit, with each critical mesh generating a magnetic field at least temporarily. In the critical mesh, an electrical current which at least temporarily flows through the capacitor unit, in particular via the capacitor unit common with respect to the half-bridge units, the first DC connection, the first switching element, the AC connection, the second switching element, the second DC connection Magnetic field of the critical mesh forms.
Zwei benachbarte Halbbrückeneinheiten sind so angeordnet sind, dass sich die durch ihre kritischen Maschen erzeugten Magnetfelder im Wesentlichen kompen- sieren. Hierdurch kann die parasitäre Induktivität zweier benachbarter Halbrü- ckeneinheiten deutlich reduziert werden. Two adjacent half-bridge units are arranged in such a way that the magnetic fields generated by their critical meshes essentially compensate. In this way, the parasitic inductance of two adjacent half-bridge units can be significantly reduced.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorge- sehen, dass jeweils zwei benachbarte Halbbrückeneinheiten im Wesentlichen an- tiparallel zueinander ausgerichtet sind. Unter einer antiparallelen Ausrichtung kann zu verstehen sein, dass zwei benachbarte Halbrückeneinheiten so ange- ordnet sind, dass während eines Schaltzyklus des Halbbrückenmoduls die elektrischen Stromflussrichtungen zweier benachbarter Halbrückeneinheiten im Wesentlichen antiparallel sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Magnet- felder, die in den kritischen Maschen erzeugt werden, entgegengesetzte Ausbrei- tungsrichtungen aufweisen. Da die Magnetfelder entgegengesetzte Ausbreitungs- richtungen aufweisen, heben sie sich im Wesentlichen gegenseitig auf und redu- zieren damit die parasitäre Induktivität erheblich. Um eine antiparallele Ausrich- tung zweier benachbarter Halbbrückeneinheiten zu verdeutlichen, kann auch für jede Halbrückeneinheit ein Ausrichtungsvektor definiert werden, der innerhalb ei- ner Halbrückeneinheit vom ersten Schaltelement zum zweiten Schaltelement zeigt. In dieser Verdeutlichung weisen zwei benachbarte Halbbrückeneinheiten im Wesentlichen antiparallel zueinander ausgerichtete und/oder orientierte Aus- richtungsvektoren auf. In an advantageous development of the solution according to the invention, provision is made for two adjacent half-bridge units to be aligned essentially parallel to one another. An anti-parallel alignment can be understood to mean that two adjacent half-bridge units are arranged in such a way that the electrical current flow directions of two adjacent half-bridge units are essentially anti-parallel during a switching cycle of the half-bridge module. In this way it can be achieved that the magnetic fields that are generated in the critical meshes have opposite directions of propagation. Since the magnetic fields have opposite directions of propagation, they essentially cancel each other out and thus considerably reduce the parasitic inductance. To achieve an anti-parallel alignment To illustrate two adjacent half-bridge units, an alignment vector can also be defined for each half-bridge unit, which points within a half-bridge unit from the first switching element to the second switching element. In this illustration, two adjacent half-bridge units have alignment vectors oriented and / or oriented essentially antiparallel to one another.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass eine jede Halbbrückeneinheit eine Kondensatoreinheit auf- weist, um zusätzlich die Fläche, die durch die jeweilige kritische Masche um- schlossen wird, möglichst klein auszubilden. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, it is provided that each half-bridge unit has a capacitor unit in order to additionally make the area which is enclosed by the respective critical mesh as small as possible.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorge- sehen, dass das Halbbrückenmodul eine gerade Anzahl von Halbbrückeneinhei- ten aufweist. Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Halbbrückenmodul eine Anzahl von 2 bis 20, insbesondere bevorzugt 8, Halbrückeneinheiten auf- weist. In an advantageous development of the solution according to the invention, it is provided that the half-bridge module has an even number of half-bridge units. It can preferably be provided that the half-bridge module has a number of 2 to 20, particularly preferably 8, half-bridge units.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass der erste Gleichstromanschluss eine erste Zwischenkreis- platte und der zweite Gleichstromanschluss eine zweite Zwischenkreisplatte um- fasst. Die erste Zwischenkreisplatte und die zweite Zwischenkreisplatte sind von- einander beabstandet angeordnet. Eine Zwischenkreisplatte kann ein flächiger und/oder flächiger quaderförmiger elektrischer Leiter sein. Es ist vorgesehen, dass der Wechselstromanschluss und die Halbbrückeneinheiten an einer Träger- platte angeordnet sind, wobei die Trägerplatte im Wesentlichen aus einem nicht leitenden Substrat ausgebildet sein kann. Die Kondensatoreinheit, insbesondere die bezüglich der Halbbrückeneinheiten gemeinsame Kondensatoreinheit, kann an der ersten Zwischenkreisplatte und/oder zweiten Zwischenkreisplatte ange- ordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kondensatoreinheit die ers- te Zwischenkreisplatte und die zweite Zwischenkreisplatte elektrisch leitend kon- taktiert. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention it is provided that the first DC connection comprises a first DC link plate and the second DC connection comprises a second DC link plate. The first intermediate circuit plate and the second intermediate circuit plate are arranged at a distance from one another. An intermediate circuit plate can be a flat and / or flat cuboidal electrical conductor. It is provided that the alternating current connection and the half-bridge units are arranged on a carrier plate, it being possible for the carrier plate to be formed essentially from a non-conductive substrate. The capacitor unit, in particular the capacitor unit common with respect to the half-bridge units, can be attached to the first intermediate circuit plate and / or second intermediate circuit plate. to be in order. It can also be provided that the capacitor unit contacts the first intermediate circuit board and the second intermediate circuit board in an electrically conductive manner.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die erste Zwischenkreisplatte und/oder die zweite Zwi- schenkreisplatte separat bezüglich der Trägerplatte ausgebildet ist, und/oder dass die erste Zwischenkreisplatte und/oder die zweite Zwischenkreisplatte be- abstandet bezüglich der Trägerplatte angeordnet ist, und/oder dass die Konden- satoreinheit, insbesondere dass die bezüglich der Halbbrückeneinheiten gemein- same Kondensatoreinheit, berührungsfrei bezüglich der Trägerplatte angeordnet ist. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention it is provided that the first intermediate circuit plate and / or the second intermediate circuit plate is formed separately with respect to the carrier plate, and / or that the first intermediate circuit plate and / or the second intermediate circuit plate are spaced apart with respect to the carrier plate and / or that the capacitor unit, in particular that the capacitor unit common with respect to the half-bridge units, is arranged contact-free with respect to the carrier plate.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorge- sehen, dass die Halbbrückeneinheiten zwischen der ersten Zwischenkreisplatte und der Trägerplatte und/oder zwischen der zweiten Zwischenkreisplatte und der Trägerplatte angeordnet sind, um einen möglichst kompakten Aufbau zu ermögli- chen. In an advantageous further development of the solution according to the invention it is provided that the half-bridge units are arranged between the first intermediate circuit plate and the carrier plate and / or between the second intermediate circuit plate and the carrier plate in order to enable the most compact possible structure.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass zwischen der ersten Zwischenkreisplatte und der Träger- platte wenigstens ein erstes Zwischenleitelement vorgesehen ist, wobei zwischen der zweiten Zwischenkreisplatte und der Trägerplatte wenigstens ein zweites Zwischenleitelement vorgesehen ist. Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Zwischenkreisplatte wenigstens eine Aussparung aufweist, durch die das erste Zwischenleitelement durchgesteckt ist. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Zwischenkreisplatte wenigstens eine Aussparung aufweist, durch die das zweite Zwischenleitelement durchgesteckt ist. Das erste Zwischenleitelement und das zweite Zwischenleitelement können zylinderförmig und/oder hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Die Zwischenleitelemente ermöglichen eine Verteilung der elektrischen Spannung bzw. des elektrischen Stroms von den Zwischenkreisplat- ten auf die Halbbrückeneinheiten bzw. auf die Schaltelemente der Halbbrücken- einheiten. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, it is provided that at least one first intermediate guide element is provided between the first intermediate circuit plate and the carrier plate, at least one second intermediate guide element being provided between the second intermediate circuit plate and the carrier plate. It can be provided that the second intermediate circuit plate has at least one recess through which the first intermediate guide element is inserted. It can be provided that the first intermediate circuit plate has at least one recess through which the second intermediate guide element is inserted. The first intermediate guide element and the second intermediate guide element can be cylindrical and / or hollow cylindrical be trained. The intermediate guide elements enable the electrical voltage or the electric current to be distributed from the intermediate circuit boards to the half-bridge units or to the switching elements of the half-bridge units.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorge- sehen, dass die Schaltelemente der Halbbrückeneinheiten Halbleiterbauelemente sind. Solche Halbleiterbauelemente können Leistungsschalter sein, die als Bipo- lartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (engl. IGBT) ausgebildet sein können. Bei dem Einsatz von IGBTs kann es vorgesehen sein, dass eine Freilaufdiode parallel zum IGBT geschaltet ist. In an advantageous development of the solution according to the invention, it is provided that the switching elements of the half-bridge units are semiconductor components. Such semiconductor components can be power switches, which can be designed as a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT). When using IGBTs, it can be provided that a free-wheeling diode is connected in parallel to the IGBT.
Ferner betrifft die Erfindung eine Wechselrichtereinrichtung für einen Elektromo- tor eines Fahrzeuges. Die Wechselrichtereinrichtung weist wenigstens drei erfin- dungsgemäße Halbbrückenmodule auf, die parallel zueinander geschaltet sind. Die Wechselrichtereinrichtung kann über eine elektrische Energiequelle des Fahrzeuges mit einer Gleichspannung versorgt werden, wobei die Halbbrücken- module über eine Regel- und/oder Steuereinrichtung so angesteuert werden, dass eine Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung umgewandelt wird. Mit dieser mehrphasigen Wechselspannung kann der Elektromotor des Fahrzeuges optimal betrieben werden. The invention further relates to an inverter device for an electric motor of a vehicle. The inverter device has at least three half-bridge modules according to the invention, which are connected in parallel with one another. The inverter device can be supplied with a DC voltage via an electrical energy source of the vehicle, the half-bridge modules being controlled via a regulating and / or control device such that a DC voltage is converted into a multi-phase AC voltage. The electric motor of the vehicle can be operated optimally with this multi-phase AC voltage.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorge- sehen, dass ein Zwischenkreiskondensator parallel zu den Halbbrückenmodulen geschaltet ist. In an advantageous development of the solution according to the invention, it is provided that an intermediate circuit capacitor is connected in parallel with the half-bridge modules.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschrei- bung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh- ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures on the basis of the drawings. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own, without leaving the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge- stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Kompo- nenten beziehen. Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, the same reference numerals referring to the same or similar or functionally identical components.
Dabei zeigen, jeweils schematisch, Here, each schematically,
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbbrückenmodul, 1 shows a cross section through a half-bridge module according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbbrückenmodul mit eingezeichneter kritischer Masche, 2 shows a cross section through a half-bridge module according to the invention with the critical mesh shown,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Trägerplatte des Halbbrückenmoduls, 3 shows a plan view of a carrier plate of the half-bridge module,
Fig. 4 eine stark vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Wech- selrichtereinrichtung. 4 shows a greatly simplified illustration of an inverter device according to the invention.
In der Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbbrückenmodul 1 dargestellt. Das Halbbrückenmodul 1 weist einen ersten Gleichstromanschluss 3 auf, der eine erste Zwischenkreisplatte 11 , wenigstens ein erstes Zwischenleitelement 14 und wenigstens einen ersten Flachleiter 18 umfasst. Der erste Gleichstromanschluss 3 ist elektrisch leitend mit der ersten Zwischenkreisplatte 11 verbunden, wobei die erste Zwischenkreisplatte 11 mit dem ersten Zwischenleitelement 14 elektrisch leitend verbunden ist, wobei das erste Zwischenleitelement 14 mit dem ersten Flachleiter 18 elektrisch leitend ver- bunden ist. 1 shows a schematic cross section through a half-bridge module 1 according to the invention. The half-bridge module 1 has a first DC connection 3, which comprises a first intermediate circuit board 11, at least one first intermediate guide element 14 and at least one first flat conductor 18. The first direct current connection 3 is electrically conductively connected to the first intermediate circuit board 11, the first intermediate circuit board 11 being connected to is electrically conductively connected to the first intermediate conductive element 14, the first intermediate conductive element 14 being electrically conductively connected to the first flat conductor 18.
Das Halbbrückenmodul 1 weist einen zweiten Gleichstromanschluss 4 auf, der eine zweite Zwischenkreisplatte 12, wenigstens ein zweites Zwischenleitelement 15 und wenigstens einen zweiten Flachleiter 19 umfasst. Der zweite Gleich- stromanschluss 4 ist elektrisch leitend mit der zweiten Zwischenkreisplatte 12 verbunden, wobei die zweite Zwischenkreisplatte 12 mit dem zweiten Zwischen- leitelement 15 elektrisch leitend verbunden ist, wobei das zweite Zwischenlei- telement 15 mit dem zweiten Flachleiter 19 elektrisch leitend verbunden ist. The half-bridge module 1 has a second DC connection 4, which comprises a second intermediate circuit board 12, at least one second intermediate guide element 15 and at least one second flat conductor 19. The second direct current connection 4 is electrically conductively connected to the second intermediate circuit board 12, the second intermediate circuit board 12 being electrically conductively connected to the second intermediate conductor element 15, the second intermediate conductor element 15 being electrically conductively connected to the second flat conductor 19.
Die erste Zwischenkreisplatte 11 und die zweite Zwischenkreisplatte 12 sind zu- einander beabstandet angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel weist die zwei- te Zwischenkreisplatte 12 wenigstens eine Aussparung auf, durch die das erste Zwischenleitelement 14 durchgesteckt ist, wobei zwischen der zweiten Zwi- schenkreisplatte 12 und dem ersten Zwischenleitelement 14 keine elektrische Kontaktierung besteht. Es kann vorgesehen sein, dass die Aussparung der Zwi- schenkreisplatte 12 ein umlaufendes Isolierelement aufweist, welches elektrisch isolierend ausgebildet ist und zwischen der Aussparung und dem ersten Zwi- schenleitelement 14 angeordnet sein kann. The first intermediate circuit plate 11 and the second intermediate circuit plate 12 are arranged at a distance from one another. In this exemplary embodiment, the second intermediate circuit plate 12 has at least one recess through which the first intermediate conductor element 14 is inserted, wherein there is no electrical contact between the second intermediate circuit plate 12 and the first intermediate conductor element 14. It can be provided that the cutout of the intermediate circuit plate 12 has a circumferential insulating element which is designed to be electrically insulating and can be arranged between the cutout and the first intermediate guide element 14.
Der erste Flachleiter 18 und der zweite Flachleiter 19 sind an bzw. auf einer Trä- gerplatte 13 angeordnet. Ferner weist die Trägerplatte 13 eine Ausnehmung auf, durch die wenigstens teilweise ein Wechselstromanschluss 5 durchgesteckt ist. Ein Teilbereich des Wechselstromanschlusses 5 ist an bzw. auf der Trägerplatte 13 angeordnet. Die erste Zwischenkreisplatte 11 und/oder die zweite Zwischenkreisplatte 12 sind beabstandet zur Trägerplatte 13 angeordnet, wobei die erste Zwischenkreisplatte 11 , die zweite Zwischenkreisplatte 12 und die Trägerplatte 13 im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein können. The first flat conductor 18 and the second flat conductor 19 are arranged on or on a carrier plate 13. Furthermore, the carrier plate 13 has a recess through which an AC connection 5 is at least partially inserted. A partial area of the AC connection 5 is arranged on or on the carrier plate 13. The first intermediate circuit plate 11 and / or the second intermediate circuit plate 12 are arranged at a distance from the carrier plate 13, it being possible for the first intermediate circuit plate 11, the second intermediate circuit plate 12 and the carrier plate 13 to be oriented essentially parallel to one another.
Räumlich zwischen der ersten Zwischenkreisplatte 11 und der Trägerplatte 13 und/oder zwischen der zweiten Zwischenkreisplatte 12 und der Trägerplatte 13 ist eine Halbrückeneinheit 6 angeordnet. A half-bridge unit 6 is arranged spatially between the first intermediate circuit plate 11 and the carrier plate 13 and / or between the second intermediate circuit plate 12 and the carrier plate 13.
Die Halbrückeneinheit 6 umfasst ein erstes Schaltelement 7 und ein zweites Schaltelement 8. Ein erster Teilbereich des ersten Schaltelementes 7 kontaktiert einen Teilbereich des ersten Gleichstromanschlusses 3, insbesondere den ersten Flachleiter 18, elektrisch leitend. Ein zweiter Teilbereich des ersten Schaltele- mentes 7 kontaktiert einen Teilbereich des Wechselstromanschlusses 5 elektrisch leitend. Ein erster Teilbereich des zweiten Schaltelementes 8 kontak- tiert einen Teilbereich des zweiten Gleichstromanschlusses 4, insbesondere den zweiten Flachleiter 19, elektrisch leitend. Ein zweiter Teilbereich des zweiten Schaltelementes 8 kontaktiert einen Teilbereich des Wechselstromanschlusses 5 elektrisch leitend. The half-bridge unit 6 comprises a first switching element 7 and a second switching element 8. A first partial area of the first switching element 7 contacts a partial area of the first direct current connection 3, in particular the first flat conductor 18, in an electrically conductive manner. A second partial area of the first switching element 7 contacts a partial area of the AC connection 5 in an electrically conductive manner. A first partial area of the second switching element 8 contacts a partial area of the second direct current connection 4, in particular the second flat conductor 19, in an electrically conductive manner. A second partial area of the second switching element 8 makes electrical contact with a partial area of the AC connection 5.
Entweder ist das erste Schaltelement 7 geöffnet und das zweite Schaltelement 8 geschlossen oder das erste Schaltelement 7 ist geschlossen und das zweite Schaltelement 8 ist geöffnet, sodass je nach Schaltzustand der Halbrückeneinheit 6 bzw. des Halbbrückenmoduls 1 am Wechselstromanschluss 5 entweder der Strom bzw. die Spannung des ersten Gleichstromanschlusses 3 oder des zwei- ten Gleichstromanschlusses 4 anliegt. Either the first switching element 7 is open and the second switching element 8 is closed or the first switching element 7 is closed and the second switching element 8 is open, so that depending on the switching state of the half-bridge unit 6 or the half-bridge module 1 at the AC connection 5, either the current or the voltage of the first DC connection 3 or the second DC connection 4 is present.
Eine Kondensatoreinheit 9 ist elektrisch leitend mit der ersten Zwischenkreisplat- te 11 und der zweiten Zwischenkreisplatte 12 verbunden. Die Kondensatoreinheit 9 ist auf der Seite der ersten Zwischenkreisplatte 11 und/oder der zweiten Zwi- schenkreisplatte 12 angeordnet, die der Halbrückeneinheit 6 abgewandt ist. A capacitor unit 9 is electrically conductively connected to the first intermediate circuit board 11 and the second intermediate circuit board 12. The capacitor unit 9 is arranged on the side of the first intermediate circuit plate 11 and / or the second intermediate circuit plate 12, which faces away from the half-bridge unit 6.
In der Fig. 2 ist das Halbbrückenmoduls 1 aus der Fig. 1 dargestellt, wobei eine kritische Masche 10 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Durch den Schaltbetrieb der Halbrückeneinheit 6 fließt wenigstens zeitweise ein elektrischer Strom entlang der eingezeichneten kritischen Masche 10 und erzeugt ein Mag- netfeld, welches eine Ausbreitungsrichtung 20 aufweist. In der Fig. 2 ist die Aus- breitungsrichtung 20 des Magnetfeldes im Wesentlichen parallel zur Flächennor- malen der Zeichnungsebene ausgerichtet. FIG. 2 shows the half-bridge module 1 from FIG. 1, a critical mesh 10 being represented by a dashed line. As a result of the switching operation of the half-bridge unit 6, an electrical current flows at least temporarily along the critical mesh 10 shown and generates a magnetic field which has a direction of propagation 20. In FIG. 2, the direction of propagation 20 of the magnetic field is oriented essentially parallel to the surface normal of the plane of the drawing.
In der Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Trägerplatte 13 des Halbbrückenmoduls 1 gezeigt. Auf der Trägerplatte 13 sind acht Halbrückeneinheiten 6 angeordnet, wobei zwei benachbarte Halbbrückeneinheiten 6 im Wesentlichen antiparallel zu- einander ausgerichtet sind. 3 shows a top view of a carrier plate 13 of the half-bridge module 1. Eight half-bridge units 6 are arranged on the carrier plate 13, two adjacent half-bridge units 6 being aligned essentially antiparallel to one another.
Unter einer antiparallelen Ausrichtung kann zu verstehen sein, dass zwei be- nachbarte Halbrückeneinheiten 6 so angeordnet sind, dass während eines Schaltzyklus des Halbbrückenmoduls 1 die elektrischen Stromflussrichtungen zweier benachbarter Halbrückeneinheiten im Wesentlichen antiparallel sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Magnetfelder, die in den kritischen Ma- schen 10 erzeugt werden, entgegengesetzte Ausbreitungsrichtungen 20 aufwei- sen. Da die Magnetfelder entgegengesetzte Ausbreitungsrichtungen 20 aufwei- sen, heben sie sich im Wesentlichen gegenseitig auf und reduzieren damit die parasitäre Induktivitäten erheblich. An anti-parallel alignment can be understood to mean that two adjacent half-bridge units 6 are arranged in such a way that the electrical current flow directions of two adjacent half-bridge units are essentially anti-parallel during a switching cycle of the half-bridge module 1. In this way it can be achieved that the magnetic fields that are generated in the critical meshes 10 have opposite directions of propagation 20. Since the magnetic fields have opposite directions of propagation 20, they essentially cancel each other out and thus considerably reduce the parasitic inductances.
Um eine antiparallele Ausrichtung zweier benachbarter Halbbrückeneinheiten 6 zu verdeutlichen, kann für jede Halbrückeneinheit 6 ein Ausrichtungsvektor 22 definiert werden, der innerhalb einer Halbrückeneinheit 6 vom ersten Schaltele- ment 7 zum zweiten Schaltelement 8 zeigt. In dieser Verdeutlichung weisen zwei benachbarte Halbbrückeneinheiten 6 im Wesentlichen antiparallel zueinander ausgerichtete und/oder orientierte Ausrichtungsvektoren 22 auf. In order to clarify an anti-parallel alignment of two adjacent half-bridge units 6, an alignment vector 22 can be defined for each half-bridge unit 6, which is within a half-bridge unit 6 by the first switching element 6. ment 7 to the second switching element 8 shows. In this illustration, two adjacent half-bridge units 6 have alignment vectors 22 aligned and / or oriented essentially antiparallel to one another.
In der Fig. 4 ist ein Wechselrichtereinrichtung 2 für einen Elektromotor 16 eines nicht dargestellten Fahrzeuges gezeigt. Die Wechselrichtereinrichtung 2 weist drei erfindungsgemäße Halbbrückenmodule 1 a, 1 b und 1 c auf, die parallel zuei- nander geschaltet sind. Die Wechselrichtereinrichtung 2 wird über einen elektri- sche Energiequelle 21 des nicht dargestellten Fahrzeuges mit einer Gleichspan- nung versorgt, wobei die Halbbrückenmodule 1 a, 1 b und 1 c so angesteuert wer- den, dass die Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung umge- wandelt wird, um den Elektromotor 16 anzutreiben. Ein Zwischenkreiskondensa- tor 17 kann parallel zu den Halbbrückenmodulen 1 a, 1 b und 1 c geschaltet sein. 4 shows an inverter device 2 for an electric motor 16 of a vehicle, not shown. The inverter device 2 has three half-bridge modules 1 a, 1 b and 1 c according to the invention, which are connected in parallel with one another. The inverter device 2 is supplied with a DC voltage via an electrical energy source 21 of the vehicle (not shown), the half-bridge modules 1 a, 1 b and 1 c being controlled such that the DC voltage is converted into a multi-phase AC voltage to drive the electric motor 16. An intermediate circuit capacitor 17 can be connected in parallel with the half-bridge modules 1 a, 1 b and 1 c.
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Claims

Ansprüche Expectations
1. Halbbrückenmodul (1 ) für eine Wechselrichtereinrichtung (2), 1. half-bridge module (1) for an inverter device (2),
- mit einem ersten Gleichstromanschluss (3), einem zweiten Gleichstroman- schluss (4) und einem Wechselstromanschluss (5),  - With a first DC connection (3), a second DC connection (4) and an AC connection (5),
- mit einer Vielzahl von Halbbrückeneinheiten (6),  - With a variety of half-bridge units (6),
- wobei eine jede Halbbrückeneinheit (6) wenigstens ein erstes Schaltelement - Each half-bridge unit (6) having at least one first switching element
(7) aufweist, das zwischen dem ersten Gleichstromanschluss (3) und dem Wechselstromanschluss (5) angeordnet ist, (7), which is arranged between the first DC connection (3) and the AC connection (5),
- wobei eine jede Halbbrückeneinheit (6) wenigstens ein zweites Schaltelement - wherein each half-bridge unit (6) has at least one second switching element
(8) aufweist, das zwischen dem zweiten Gleichstromanschluss (4) und dem Wechselstromanschluss (5) angeordnet ist, (8), which is arranged between the second direct current connection (4) and the alternating current connection (5),
- wobei zwischen dem ersten Gleichstromanschluss (3) und dem zweiten  - Wherein between the first DC connection (3) and the second
Gleichstromanschluss (4) wenigstens eine Kondensatoreinheit (9), insbeson- dere eine bezüglich der Halbbrückeneinheiten (6) gemeinsame Kondensato- reinheit (9), vorgesehen ist,  DC connection (4) at least one capacitor unit (9), in particular a capacitor unit (9) common to the half-bridge units (6), is provided,
- wobei eine jede Halbbrückeneinheit (6) über das erste Schaltelement (7), das zweite Schaltelement (8) und die Kondensatoreinheit (9), insbesondere über die bezüglich der Halbbrückeneinheiten (6) gemeinsame Kondensatoreinheit - Each half-bridge unit (6) via the first switching element (7), the second switching element (8) and the capacitor unit (9), in particular via the capacitor unit common to the half-bridge units (6)
(9), eine kritische Masche (10) ausbildet, (9), forms a critical stitch (10),
- wobei eine jede kritische Masche (10) wenigstens zeitweise ein Magnetfeld erzeugt,  - each critical mesh (10) at least temporarily generating a magnetic field,
- wobei zwei benachbarte Halbbrückeneinheiten (6) so angeordnet sind, dass sich die durch ihre kritischen Maschen (10) erzeugten Magnetfelder im We- sentlichen kompensieren.  - Two adjacent half-bridge units (6) being arranged in such a way that the magnetic fields generated by their critical meshes (10) essentially compensate one another.
2. Halbbrückenmodul (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, 2. half-bridge module (1) according to claim 1, characterized,
dass jeweils zwei benachbarte Halbbrückeneinheiten (6) im Wesentlichen antipa- rallel zueinander ausgerichtet sind. that two adjacent half-bridge units (6) are aligned essentially antiparallel to each other.
3. Halbbrückenmodul (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, 3. half-bridge module (1) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine jede Halbbrückeneinheit (6) eine Kondensatoreinheit (9) aufweist. that each half-bridge unit (6) has a capacitor unit (9).
4. Halbbrückenmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. half-bridge module (1) according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Halbbrückenmodul (1 ) eine gerade Anzahl von Halbbrückeneinheiten (6) aufweist. that the half-bridge module (1) has an even number of half-bridge units (6).
5. Halbbrückenmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. half-bridge module (1) according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
- dass der erste Gleichstromanschluss (3) eine erste Zwischenkreisplatte (11 ) und der zweite Gleichstromanschluss (4) eine zweite Zwischenkreisplatte (12) umfasst,  - that the first DC connection (3) comprises a first DC link plate (11) and the second DC connection (4) comprises a second DC link plate (12),
- wobei der Wechselstromanschluss (5) und die Halbbrückeneinheiten (6) an einer Trägerplatte (13) angeordnet sind,  - The AC connection (5) and the half-bridge units (6) are arranged on a carrier plate (13),
- wobei die Kondensatoreinheit (9), insbesondere die bezüglich der Halbbrü- ckeneinheiten (6) gemeinsame Kondensatoreinheit (9), an der ersten Zwi- schenkreisplatte (11 ) und/oder zweiten Zwischenkreisplatte (12) angeordnet ist.  - The capacitor unit (9), in particular the capacitor unit (9) common with respect to the half-bridge units (6), is arranged on the first intermediate circuit plate (11) and / or second intermediate circuit plate (12).
6. Halbbrückenmodul (1 ) nach Anspruch 5, 6. half-bridge module (1) according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
- dass die erste Zwischenkreisplatte (11 ) und/oder die zweite Zwischenkreis- platte (12) separat bezüglich der Trägerplatte (13) ausgebildet ist, und/oder - dass die erste Zwischenkreisplatte (11 ) und/oder die zweite Zwischenkreis- platte (12) beabstandet bezüglich der Trägerplatte (13) angeordnet ist, und/oder - That the first intermediate circuit plate (11) and / or the second intermediate circuit plate (12) is formed separately with respect to the carrier plate (13), and / or - That the first intermediate circuit plate (11) and / or the second intermediate circuit plate (12) is arranged spaced apart with respect to the carrier plate (13), and / or
- dass die Kondensatoreinheit (9), insbesondere dass die bezüglich der Halb- brückeneinheiten (6) gemeinsame Kondensatoreinheit (9), berührungsfrei be- züglich der Trägerplatte (13) angeordnet ist,  - that the capacitor unit (9), in particular that the capacitor unit (9) common with respect to the half-bridge units (6), is arranged in a contact-free manner with respect to the carrier plate (13),
7. Halbbrückenmodul (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, 7. half-bridge module (1) according to claim 5 or 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Halbbrückeneinheiten (6) zwischen der ersten Zwischenkreisplatte (11 ) und der Trägerplatte (13) und/oder zwischen der zweiten Zwischenkreisplatte (12) und der Trägerplatte (13) angeordnet sind. that the half-bridge units (6) are arranged between the first intermediate circuit plate (11) and the carrier plate (13) and / or between the second intermediate circuit plate (12) and the carrier plate (13).
8. Halbbrückenmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 8. half-bridge module (1) according to one of claims 5 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
- dass zwischen der ersten Zwischenkreisplatte (11 ) und der Trägerplatte (13) wenigstens ein erstes Zwischenleitelement (14) vorgesehen ist,  - That at least one first intermediate guide element (14) is provided between the first intermediate circuit plate (11) and the carrier plate (13),
- dass zwischen der zweiten Zwischenkreisplatte (12) und der Trägerplatte (13) wenigstens ein zweites Zwischenleitelement (15) vorgesehen ist.  - That between the second intermediate circuit plate (12) and the carrier plate (13) at least a second intermediate guide element (15) is provided.
9. Halbbrückenmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. half-bridge module (1) according to one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Schaltelemente (7,8) der Halbbrückeneinheiten (6) Halbleiterbauele- mente sind. that the switching elements (7, 8) of the half-bridge units (6) are semiconductor components.
10. Wechselrichtereinrichtung (2) für einen Elektromotor (16) eines Fahrzeu- ges, 10. inverter device (2) for an electric motor (16) of a vehicle,
- mit wenigstens drei Halbbrückenmodulen (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Halbbrückenmodulen (1 ) parallel zueinander geschaltet sind,with at least three half-bridge modules (1) according to one of the preceding claims, - The half-bridge modules (1) are connected in parallel to one another,
- wobei die Halbbrückenmodule (1 ) so angesteuert werden, dass eine Gleich- spannung in eine mehrphasige Wechselspannung umgewandelt wird. - The half-bridge modules (1) are controlled so that a DC voltage is converted into a multi-phase AC voltage.
11. Wechselrichtereinrichtung (2) nach Anspruch 10, 11. Inverter device (2) according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass ein Zwischenkreiskondensator (17) parallel zu den Halbbrückenmodulen (6) geschaltet ist. that an intermediate circuit capacitor (17) is connected in parallel to the half-bridge modules (6).
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