CH674434A5 - - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Niederinduktive Verschienungseinrichtung (36) mit mehreren aufeinandergeschichteten jeweils durch eine Isolation (38) voneinander elektrisch getrennten Stromschienen (40, 42, 44, 46) für eine schnelle in Modulbauweise aufgebaute und aus mehreren Stromkreisen (4, 6, 8) mit gemeinsamen Bauelementen bestehende Schaltungsanordnung (2), dadurch gekennzeichnet, dass bei n Stromkreisen (4, 6, 8) wenigstens n +1 Stromschienen (40, 42, 44, 46) vorgesehen sind, die Bauelemente der Stromkreise (4, 6, 8) miteinander verbinden, wobei die beiden äusseren Stromschienen (44, 46) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine niederinduktive Verschienungseinrichtung mit mehreren aufeinandergeschichteten jeweils durch eine Isolation voneinander elektrisch getrennten Stromschienen für eine schnelle in Modulbauweise aufgebaute und aus mehreren Stromkreisen mit gemeinsamen Bauelementen bestehende Schaltungsanordnung.

Aus der DE 34 20 535 AI ist ein Halbleiter-Modul für eine schnelle Schaltungsanordnung mit einer Parallelschaltung von einem aktiven Halbleiterschaltelement und einer Diode bekannt. Das aktive Halbleiterschaltelement und die Diode sind in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet und werden bezogen auf einen Lastpunkt gleichsinnig vom Strom durchflössen. Das aktive Halbleiterschaltelement und die Diode sind Bauelemente jeweils eines Stromkreises. Die beiden Stromkreise sind durch ein gemeinsames Bauelement voneinander abhängig. Die Anschlüsse für die Versorgungsspannung und für das gemeinsame Bauelement sind als drei aufeinandergeschichtete jeweils durch eine Isolation voneinander elektrisch getrennten Leiterschichten ausgebildet, die in unmittelbarer Nachbarschaft vom Halbleiterschaltelement und von der Diode angeordnet sind. Somit sind unerwünschte Spannungsspitzen beim Schaltvorgang unterdrückt oder bedämpft.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für eine schnelle Schaltungsanordnung, bestehend aus n Stromkreisen, eine Verschienung anzugeben, die eine niedrige Eigeninduktivität aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei n Stromkreisen wenigstens n +1 Stromschienen vorgesehen sind, die Bauelemente der Stromkreise miteinander verbinden, wobei die beiden äusseren Stromschienen miteinander elektrisch leitend verbunden sind.

Bei der erfindungsgemässen niederinduktiven Verschienung sind für n Stromkreise einer schnellen Schaltungsanordnung n +1 Stromschienen aufeinandergeschichtet und jeweils durch eine Isolation voneinander elektrisch getrennt, und die äusseren Stromschienen sind miteinander elektrisch verbunden. Dadurch enthält jeder der n Stromkreise eine Doppelschiene aus eng benachbarten Stromschienen, die jeweils die entsprechenden Bauelemente der Stromkreise verbindet, wobei jeweils die Breite der Zwischenräume der Doppelschienen gleich gross sind. Die Eigeninduktivität jeder Doppelschiene kann man durch Verbreitern der Stromschienen bei vorgegebenem Isolationsabstand und vorgegebener Länge der Stromschienen beliebig verringern. Somit erhält man eine Verschienung mit n +1 Stromschienen für eine schnelle Schaltungsanordnung, bestehend aus n abhängigen Stromkreisen, deren Eigeninduktivität sehr verringert ist. Dadurch, dass die äusseren Stromschienen das gleiche Potential aufweisen, vereinfacht sich auch der mechansiche Aufbau der Schaltungsanordnung und der Isolationsaufwand.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel der niederinduktiven Verschienung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit drei Stromkreisen und die

5 Fig. 2 veranschaulicht einen mechanischen Aufbau der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

In der Fig. 1 ist eine schnelle Schaltungsanordnung 2, beispielsweise ein Phasenbaustein eines Wechselrichters, dargestellt, die aus drei abhängigen Stromkreisen 4, 6 und 8 besteht, io Die einzelnen Stromkreise 4, 6 und 8 sind jeweils über ein oder mehrere Bauelemente miteinander verbunden. Der Stromkreis 4 enthält ein aktives Halbleiterschaltelement 10, beispielsweise einen Thyristor, insbesondere einen GTO-Thyristor (Gate-Turn-Off-Thyristor), zwei Kondensatoren 12 und 14 und eine i5 Diode 16. Die Kondensatoren 12 und 14 und die Diode 16 sind Beschaltungsbauelemente des aktiven Halbleiterschaltelementes 10. Der Stromkreis 6 enthält auch ein aktives Halbleiterschaltelement 18, eine Diode 20 und den Kondensator 12. Als aktives Halbleiterschaltelement 18 kann ein Thyristor oder auch ein 20 GTO-Thyristor vorgesehen sein. Der dritte Stromkreis 8 enthält die beiden aktiven Halbleiterschaltelemente 10 und 18, die beiden Dioden 16 und 20 und den Kondensator 14. Ausserdem sind die beiden aktiven Halbleiterschaltelemente 10 und 18 jeweils mit einer Freilaufdiode 22 und 24 versehen, die jeweils an-25 tiparallel zu den aktiven Halbleiterschaltelementen 10 und 18 geschaltet sind. Diese Schaltungsanordnung 2, beispielsweise ein Phasenbaustein eines Vierquadranten-Wechselrichters, ist mittels der Anschlüsse P bzw. N jeweils mit dem positiven bzw. dem negativen Pol beispielsweise eines Gleichspannungszwi-30 schenkreises, der aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist, verbunden.

Die Fig. 2 veranschaulicht einen mechanischen Aufbau der Schaltungsanordnung 2 nach Fig. 1. Die aktiven Halbleiterschaltelemente 10 und 18 sind jeweils zwischen zwei Kühlkörper 35 26, 28 und 30, 32 angeordnet. Gemäss der Schaltungsanordnung 2 der Fig. 1 haben die Kühlkörper 28 und 30 das gleiche Potential, nämlich das Potential des Anschlusses L. Dadurch ist die Kathode des aktiven Halbleiterschaltelementes 10 mittels einer Stromschiene 34 mit der Anode des aktiven Halbleiter-40 schaltelementes 18 verbunden. Das Potential des Kühlkörpers 26 entspricht dem Potential des Anschlusses P der Schaltungsanordnung 2 nach Fig. 1 und das Potential des Kühlkörpers 32 entspricht dem Potential des Anschlusses N der Schaltungsanordnung 2. Die aktiven Halbleiterschaltelemente 10 und 18 sind 45 mittels einer Verschienung 36 mit den Beschaltungselementen, gemäss der Schaltungsanordnung 2 nach Fig. 1, verbunden. Als Verschienung 36 sind mehrere aufeinandergeschichtete jeweils durch eine Isolation 38 voneinander elektrisch getrennte Stromschienen 40, 42, 44 und 46 vorgesehen. Bei n voneinander ab-so hängigen Stromkreisen sind wenigstens n +1 Stromschienen vorgesehen. Nach Fig. 1 besteht die Schaltungsanordnung 2 aus drei abhängigen Stromkreisen 4, 6 und 8. Dementsprechend enthält die Verschienung 36 vier aufeinandergeschichtete jeweils durch eine Isolation 38 voneinander elektrisch getrennte Strom-55 schienen 40, 42, 44 und 46. Die beiden äusseren Stromschienen 44 und 46 sind unmittelbar mit Hilfe einer Vorrichtung 48 miteinander elektrisch leitend verbunden. Als Vorrichtung 48 kann ein elektrisch leitender Bügel vorgesehen sein, der nur mit den äusseren Stromschienen 44 und 46 elektrisch leitend verbunden 60 ist.

Die Stromschiene 40 verbindet den Anodenanschluss 50 des aktiven Halbleiterschaltelementes 10 über den Kondensator 14 mit dem Anodenanschluss 52 der Diode 16. Der Kathodenan-schluss 54 dieser Diode 16 wird mittels der Stromschiene 42 65 über den Kondensator 12 mit dem Kathodenanschluss 56 des aktiven Halbleiterschaltelementes 10 bzw. mit dem Anodenanschluss 58 des aktiven Halbleiterschaltelementes 18 verbunden. Beide Stromschienen 40 und 42 verlaufen eng benachbart annä

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hernd parallel und sind durch die Isolation 38 voneinander elektrisch getrennt. Die Eigeninduktivität dieser Doppelschiene wird bei vorgegebener Länge 1 der Stromschiene und bei vorgegebenem Isolationsabstand a bestimmt durch die Breite b der Stromschiene. Es ist bekannt, dass die Eigeninduktivität einer s Doppelschiene näherungsweise proportional 1X a/b ist. Damit kann man mit einer Vergrösserung der Breite b der Stromschiene eine Verkleinerung der Eigeninduktivität der Doppelschiene erreichen. Ausserdem ist bekannt, dass man die Kriechwege zwischen den beiden Stromschienen einer Doppelschiene da- io durch vergrössern kann, dass die Breite deren Isolation 38 grösser ist als die Breite b der Stromschienen. Gemäss der Schaltungsanordnung 2, insbesondere des Stromkreises 6, wird der Kathodenanschluss 60 des aktiven Halbleiterschaltelementes 18 mit Hilfe der Stromschiene 44 direkt mit dem Kathodenan- is schluss 62 der Diode 20 verbunden. Da die beiden Kathodenanschlüsse 60 und 62 dasselbe Potential aufweisen, ist die Diode 20 an den Kühlkörper 32 angebracht. Der Anodenanschluss 64 der Diode 20 wird mittels der Stromschiene 42 über den Kondensator 12 mit dem Anodenanschluss 58 des aktiven Halblei- 20 terschaltelementes 18 verbunden. Auch bei diesem Stromkreis 6 bilden die Stromschienen 42 und 44 eine Doppelschiene, wobei die Stromschienen 42 und 44 ebenfalls eng benachbart und durch die Isolation 38 voneinander elektrisch getrennt sind. Gemäss dem Stromkreis 8 nach Fig. 1 ist der Kathodenanschluss 25 56 des aktiven Halbleiterschaltelementes 10 mittels einer Stromschiene 34 mit dem Anodenanschluss 58 des aktiven Halbleiterschaltelementes 18 verbunden. Der Kathodenanschluss 60 dieses aktiven Halbleiterschaltelementes 18 ist mittels der Stromschiene 44 mit dem Kathodenanschluss 62 der Diode 20 verbunden, 30 deren Anodenanschluss 64 mittelbar mit dem Kathodenanschluss 54 der Diode 16 verbunden ist. Der Anodenanschluss 52 dieser Diode 16 ist mittels der Stromschiene 40 über den Kondensator 14 mit dem Anodenanschluss 50 des aktiven Halbleiterschaltelementes 10 verbunden. Die Stromschienen 40 und 44 35 bilden ebenfalls eine Doppelschiene. Mittig zwischen den beiden Stromschienen 40 und 44 ist die Stromschiene 42 angeordnet.

Die Stromschienen 40, 42 und 44 sind jeweils durch die Isolation 38 voneinander elektrisch getrennt. Deshalb ist der Abstand zwischen den Stromschienen 40 und 44 der Doppelschiene des Stromkreises 8 doppelt so gross wie der Abstand der Stromschienen 40 und 44 der Doppelschiene des Stromkreises 4 bzw. der Abstand der Stromschienen 42 und 44 der Doppelschiene des Stromkreises 6. Dadurch ist die Eigeninduktivität dieser Doppelschiene des Stromkreises 8 doppelt so gross wie die Eigeninduktivität der Doppelschiene des Stromkreises 4 bzw. 6. Damit auch die Doppelschiene des Stromkreises 8 denselben Abstand erhält wie die Doppelschiene des Stromkreises 4 bzw. 6 ist eine vierte Stromschiene 46 auf die Stromschiene 40 aufgeschichtet, wobei die Stromschienen 40 und 46 durch eine Isolation 38 voneinander elektrisch getrennt sind. Ausserdem ist diese vierte Stromschiene 46 mit Hilfe von Vorrichtungen 48 elektrisch leitend mit der Stromschiene 44 verbunden. Dadurch sind die geometrischen Abmessungen der Doppelschiene für jeden Stromkreis 4, 6 und 8 gleich, wodurch die Eigeninduktivität der einzelnen Doppelschienen gleich sind. Somit erhält man eine Verschienung 36 für eine schnelle Schaltungsanordnung 2 mit mehreren abhängigen Stromkreisen 4, 6 und 8, deren Eigenin-duktivität sehr niedrig ist. Da die äusseren Stromschienen 44 und 46 der Verschienung 36 das gleiche Potential aufweisen, vereinfacht sich der mechanische Aufbau der Schaltungsanordnung 2 und der Isolationsaufwand.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des mechanischen Aufbaus der Schaltungsanordnung 2 nach Fig. 1 sind die aktiven Halbleiterschaltelemente 10 und 18 derartig räumlich von den Beschaltungselementen, nämlich den Kondensatoren 12 und 14 und den Dioden 16 und 20, getrennt angeordnet, dass als Verbindung eine geradlinig ausgestreckte Verschienung 36 vorgesehen ist. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung der Verschienung 36 und die Montage der Schaltungsanordnung 2. Ausserdem können die Stromschienen 40, 42 und 44 auch als Kühlflächen für die Beschaltungselemente vorgesehen werden. Ferner besteht die Möglichkeit, die Stromschienen 40, 42, 44 und 46 auch zur Zuführung der Betriebsströme zu verwenden.

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1 Blatt Zeichnungen