DE102020113132B4

DE102020113132B4 - Arrangement for reducing parasitic capacitances

Info

Publication number: DE102020113132B4
Application number: DE102020113132.1A
Authority: DE
Inventors: Christoph Bauer; Peter Weiss
Original assignee: AVL Software and Functions GmbH
Current assignee: AVL Software and Functions GmbH
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2040-05-15
Also published as: DE102020113132A1

Abstract

Anordnung (100) zur Verringerung von durch elektronische Schalteinrichtungen (1, 1a-c) erzeugten parasitären Kapazitäten (14), umfassend mindestens eine Schalteinrichtung (1, 1a-c), ein die mindestens eine Schalteinrichtung (1, 1a-c) tragendes Trägerelement (2) und eine mit der mindestens einen Schalteinrichtung (1, 1a-c) elektrisch verbundene Spannungsquelle (16), wobei zumindest zwischen der mindestens einen Schalteinrichtung (1, 1a-c) und dem Trägerelement (2) bezogen auf eine Höhenachse (Z) der Anordnung (100) eine mit der Spannungsquelle (16) elektrisch verbundene Abschirmeinrichtung (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinrichtung (4) derart ausgebildet ist, die mindestens eine Schalteinrichtung (1, 1a-c) im Wesentlichen vollständig zu umgeben.Arrangement (100) for reducing parasitic capacitances (14) generated by electronic switching devices (1, 1a-c), comprising at least one switching device (1, 1a-c), a carrier element carrying the at least one switching device (1, 1a-c). (2) and a voltage source (16) electrically connected to the at least one switching device (1, 1a-c), at least between the at least one switching device (1, 1a-c) and the carrier element (2) relative to a height axis (Z ) of the arrangement (100) a shielding device (4) electrically connected to the voltage source (16) is arranged, characterized in that the shielding device (4) is designed such that the at least one switching device (1, 1a-c) is essentially completely closed surround.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verringerung von durch elektronische Schalteinrichtungen hervorgerufenen parasitären Kapazitäten, welche mindestens eine erste Schalteinrichtung, ein die mindestens eine erste Schalteinrichtung tragendes Trägerelement und eine mit der mindestens einen ersten Schalteinrichtung elektrisch verbundene Spannungsquelle umfasst.The invention relates to an arrangement for reducing parasitic capacitances caused by electronic switching devices, which comprises at least one first switching device, a carrier element carrying the at least one first switching device and a voltage source electrically connected to the at least one first switching device.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Schaltungseinrichtungen bekannt, die auf unterschiedlichen Funktionsprinzipien beruhen können und in elektronischen Baugruppen zum Einsatz kommen. Schaltungseinrichtungen dienen hierbei im Allgemeinen dazu, eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen oder zu trennen. Zu den genannten Schaltungseinrichtungen gehören auch Kommutierungszellen, bestehend in der Regel aus einem steuerbaren Halbleiterschalter und einer zu diesem parallel geschalteten Diode, in denen eine durch einen Schaltvorgang initiierte Stromänderung ablaufen kann.Various types of circuit devices are known from the prior art, which can be based on different functional principles and are used in electronic assemblies. Circuit devices generally serve to establish or separate an electrically conductive connection. The circuit devices mentioned also include commutation cells, which generally consist of a controllable semiconductor switch and a diode connected in parallel to it, in which a current change initiated by a switching process can take place.

Entsprechende Schaltungseinrichtungen werden üblicherweise in/an Trägerelementen, wie beispielsweise in Gehäusen angeordnet, um mechanische Stabilität und/oder Kühlung gewährleisten zu können. Diese Gehäuse sind bekannterweise oft aus Metall ausgebildet und auf Masse, dem Bezugspotential des Gesamtsystems, geschaltet. So stellt insbesondere in Fahrzeugen die Fahrzeugkarosserie das Massepotential/die Masse dar. Durch die unmittelbare räumliche Nähe zwischen der Schaltungseinrichtung und dem Gehäuse kommt es häufig zu einer unerwünschten (parasitären) kapazitiven Kopplung. Dabei kommt es zur Ausbildung einer Kapazität zwischen zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wodurch Störsignal (Strom-, Spannungssignal) kapazitiv von einem Stromkreis in den anderen gekoppelt werden und so ein Nutzsignal durch das Störsignal überlagert wird.Corresponding circuit devices are usually arranged in/on support elements, such as in housings, in order to be able to ensure mechanical stability and/or cooling. As is known, these housings are often made of metal and connected to ground, the reference potential of the entire system. In vehicles in particular, the vehicle body represents the ground potential/mass. The immediate spatial proximity between the circuit device and the housing often results in an undesirable (parasitic) capacitive coupling. This results in the formation of a capacitance between two galvanically isolated circuits, whereby interference signals (current, voltage signals) are capacitively coupled from one circuit to the other and so a useful signal is superimposed by the interference signal.

Ursache für die kapazitive Kopplung ist eine Potenzialdifferenz zwischen den zwei in räumlicher Nähe angeordneten Stromkreisen, wodurch ein elektrisches Feld entsteht, das bei zeitlicher Veränderung durch die Schaltvorgänge zu Störsignalen führen kann. Dieser Umstand trifft insbesondere auf die oben genannten Schaltungseinrichtungen in Verbindung mit dem mit Masse verbundenen Gehäuse zu, da unter anderem durch Schaltungsvorgänge Potentialdifferenzen vorhanden sind. Folglich können aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen der Schaltungseinrichtung und dem Gehäuse Störsignale in das Massesystem eingekoppelt werden.The cause of the capacitive coupling is a potential difference between the two electrical circuits arranged in close proximity, which creates an electric field that can lead to interference signals when changes occur over time due to the switching processes. This circumstance applies in particular to the above-mentioned circuit devices in connection with the housing connected to ground, since, among other things, potential differences are present due to switching processes. Consequently, interference signals can be coupled into the ground system due to the capacitive coupling between the circuit device and the housing.

Insbesondere im Fahrzeugbereich sind die Vorgaben, solche Störsignale betreffend, auch im Zusammenhang mit der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), wobei neben der kapazitiven Kopplung unter anderem auch die induktive Kopplung eine Rolle spielt, sehr strikt, d.h. die Störungen, die beispielsweise durch die kapazitive Kopplung entstehen, müssen auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden. Demnach bedarf es einem großen Aufwand, die Entwicklung und Kosten betreffend, um derart Störungen zu vermeiden und/oder entsprechende Störsignale herauszufiltern.Particularly in the vehicle sector, the specifications regarding such interference signals are very strict, including in connection with electromagnetic compatibility (EMC), where in addition to capacitive coupling, inductive coupling also plays a role, i.e. the interference caused, for example, by capacitive coupling arise must be kept at a very low level. Accordingly, a great deal of effort is required in terms of development and costs in order to avoid such interference and/or filter out corresponding interference signals.

Die DE 10 2005 001 148 B3 zeigt eine Elektronikeinheit, welche eine verbesserte EMV-Schirmung gewährleistet. Dabei sind Leistungsbauteile in einem Metallgehäuse angeordnet, wobei die Leistungsbauteile auf einer ersten Metallplatte thermisch und elektrisch angekoppelt sind. Weiterhin ist zwischen der Metallplatte und dem Metallgehäuse eine Isolationsschicht angeordnet, wobei das Metallgehäuse elektrisch auf Masse liegt.The DE 10 2005 001 148 B3 shows an electronic unit that ensures improved EMC shielding. Power components are arranged in a metal housing, with the power components being thermally and electrically coupled to a first metal plate. Furthermore, an insulation layer is arranged between the metal plate and the metal housing, with the metal housing being electrically grounded.

Die DE 10 2012 105 650 B4 beschreibt eine Vorrichtung zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit von in einem Kraftfahrzeug eingesetzten elektrisch betriebenen Komponenten, welche mittels eines Kühlkörpers an ein Kühlsystem des Kraftfahrzeugs angeschlossen sind, wobei zwischen wenigstens einer der Komponenten und dem Kühlsystem ein Hochfrequenzisolator, welcher wenigstens zum Teil aus hochfrequente Strahlung dämpfendem oder absorbierendem Material besteht, angeordnet ist.The DE 10 2012 105 650 B4 describes a device for improving the electromagnetic compatibility of electrically operated components used in a motor vehicle, which are connected to a cooling system of the motor vehicle by means of a heat sink, with a high-frequency insulator between at least one of the components and the cooling system, which at least partially consists of high-frequency radiation attenuating or absorbent material is arranged.

Es ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung bereitzustellen, mittels welcher eine Verringerung der parasitären Kapazitäten bzw. kapazitiven Kopplungen erreicht werden kann.It is therefore the object of the present invention to provide an arrangement by means of which a reduction in parasitic capacitances or capacitive couplings can be achieved.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. This task is solved by an arrangement with the features of patent claim 1.

Kerngedanke der Erfindung ist eine Anordnung zur Verringerung von durch elektronische Schalteinrichtungen erzeugten parasitären Kapazitäten gemäß Patentanspruch 1, umfassend mindestens eine Schalteinrichtung, ein die mindestens eine Schalteinrichtung tragendes Trägerelement und eine mit der mindestens einen Schalteinrichtung elektrisch verbundene Spannungsquelle, wobei zumindest zwischen der mindestens einen Schalteinrichtung und dem Trägerelement bezogen auf eine Höhenachse der Anordnung eine mit der Spannungsquelle elektrisch verbundene Abschirmeinrichtung angeordnet ist.The core idea of the invention is an arrangement for reducing parasitic capacitances generated by electronic switching devices according to claim 1, comprising at least one switching device, a carrier element carrying the at least one switching device and a voltage source electrically connected to the at least one switching device, at least between the at least one switching device and A shielding device electrically connected to the voltage source is arranged on the support element in relation to a height axis of the arrangement.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Abschirmeinrichtung zwischen der mindestens einen Schalteinrichtung und dem Trägerelement, wobei die mindestens eine Schalteinrichtung sowie die Abschirmeinrichtung elektrisch leitend mit der Spannungsquelle verbunden sind, wird eine unerwünschte (parasitäre) kapazitive Kopplung, zwischen der mindestens einen Schalteinrichtung und dem Trägerelement, erheblich verringert. Gemäß dem Stand der Technik ist üblich, Schalteinrichtungen direkt oder über eine Kühleinrichtung an einem Trägerelement anzuordnen. Das elektrische Feld, welches aufgrund der Potentialdifferenz, hervorgerufen durch die Schaltvorgänge der Schalteinrichtung, zwischen dem Trägerelement und der mindestens einen Schalteinrichtung und der räumlichen Nähe so entstehen würde und die kapazitive Kopplung hervorruft, wird durch die unter Spannung (von der Spannungsquelle) stehende Abschirmeinrichtung zwischen dem Trägerelement und der mindestens einen Schalteinrichtung unterbunden, da das an der Abschirmeinrichtung anliegende Potential bzw. die Spannung konstant bleibt, insbesondere im Vergleich zur Schalteinrichtung. Folglich wird die mindestens eine Schalteinrichtung durch die Abschirmeinrichtung von dem Trägerelement, die kapazitive Kopplung betreffend, abgeschirmt, wodurch keine oder kaum Störsignale - Strom-, oder Spannungssignale - von der mindestens einen Schalteinrichtung auf das Trägerelement mehr übertragen werden, da die Stärke der übertragenen Störsignale mit der Koppelkapazität und der Spannungsänderung proportional ist, wobei die Koppelkapazität reduziert wird. Somit werden bevorzugt kaum Störsignale aufgrund parasitärer Kapazitäten von der Schalteinrichtung über das Trägerelement in das Massesystem (allgemeines Bezugspotential) eingespeist.Due to the inventive arrangement of the shielding device between the at least one switching device and the carrier element, the at least one switching device and the Shielding device is electrically connected to the voltage source, an undesirable (parasitic) capacitive coupling between the at least one switching device and the carrier element is significantly reduced. According to the prior art, it is common practice to arrange switching devices on a carrier element directly or via a cooling device. The electric field, which would arise due to the potential difference, caused by the switching operations of the switching device, between the carrier element and the at least one switching device and the spatial proximity and which causes the capacitive coupling, is caused by the shielding device which is under voltage (from the voltage source). the carrier element and the at least one switching device is prevented, since the potential or voltage applied to the shielding device remains constant, in particular in comparison to the switching device. Consequently, the at least one switching device is shielded by the shielding device from the carrier element, relating to the capacitive coupling, as a result of which no or hardly any interference signals - current or voltage signals - are transmitted from the at least one switching device to the carrier element, since the strength of the transmitted interference signals is proportional to the coupling capacitance and the voltage change, with the coupling capacitance being reduced. This means that hardly any interference signals due to parasitic capacitances are fed from the switching device via the carrier element into the ground system (general reference potential).

Die Anordnung bzw. die von der Anordnung umfassten Komponenten erstrecken sich entlang einer Höhenachse Z, einer Breitenachse Y und einer Längenachse X.The arrangement or the components comprised by the arrangement extend along a height axis Z, a width axis Y and a length axis X.

Unter einer Schalteinrichtung wird erfindungsgemäß eine Einrichtung mit einem Schalter oder ein Schalter selbst verstanden, wobei jeglicher Schalter durch den eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt oder getrennt werden kann möglich ist, wobei es dabei bevorzugt zu einer Spannungs- bzw. Potentialänderung kommt. Hierunter fallen bevorzugt mechanische Schalter und elektronische Schalter, wie ein Relais, ein Schütz, ein Halbleiterschalter und besonders bevorzugt ein Feldeffekttransistor (FET), wie ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET, engl. metal oxide semiconductor FET), ein Bipolartransistor, ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (engl. insulated-gate bipolar transistor, IGBT) oder dergleichen. Beispielhafte Schalteinrichtungen, die solche Schalter umfassen, sind unter anderem Spannungswandler, wie Gleichrichter, Wechselrichter (Inverter), Gleichspannungswandler (DCDC-Wandler), Frequenzumrichter oder dergleichen. Die Aufzählungen sollen nicht abschließend sein, sondern lediglich beispielhaft geeignete Schalteinrichtungen bzw. Schalter aufzeigen.According to the invention, a switching device is understood to mean a device with a switch or a switch itself, with any switch through which an electrically conductive connection can be established or separated being possible, with a voltage or potential change preferably occurring. These preferably include mechanical switches and electronic switches, such as a relay, a contactor, a semiconductor switch and particularly preferably a field effect transistor (FET), such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), a bipolar transistor, an insulated-gate bipolar transistor (IGBT) or the like. Examples of switching devices that include such switches include voltage converters, such as rectifiers, inverters, DC-DC converters, frequency converters or the like. The lists are not intended to be exhaustive, but rather merely show examples of suitable switching devices or switches.

Bei einem erfindungsgemäßen Trägerelement soll es sich um ein Element handeln, an und/oder in dem die erfindungsgemäße Schalteinrichtung anordenbar ist, um eine mechanische Stabilisierung und/oder Kühlung bereitzustellen. Unter dem Trägerelement kann beispielsweise ein Gehäuse, bevorzugt aus Metall, Kunststoff, Keramik oder dergleichen verstanden werden. Ein derartiges Gehäuse kann der Schalteinrichtung mechanischen Schutz sowie Kühlung bereitstellen. Bevorzugt ist die mindestens eine Schalteinrichtung zumindest mechanisch mit der Abschirmeinrichtung verbunden und die Abschirmeinrichtung ist zumindest mechanisch mit dem Trägerelement verbunden. Auf diese Weise trägt das Trägerelement die Schalteinrichtung zumindest indirekt über die Abschirmeinrichtung.A carrier element according to the invention should be an element on and/or in which the switching device according to the invention can be arranged in order to provide mechanical stabilization and/or cooling. The carrier element can be understood to mean, for example, a housing, preferably made of metal, plastic, ceramic or the like. Such a housing can provide the switching device with mechanical protection and cooling. Preferably, the at least one switching device is at least mechanically connected to the shielding device and the shielding device is at least mechanically connected to the carrier element. In this way, the carrier element carries the switching device at least indirectly via the shielding device.

Bei einer erfindungsgemäßen Spannungsquelle kann es sich um eine Gleichspannungsquelle, wie z.B. eine Batterie, einen Akkumulator, eine Brennstoffzelle oder dergleichen oder eine Wechselspannungsquelle, wie z.B. einen Generator, einen Transformator oder dergleichen handeln. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform könnte es sich bei der Spannungsquelle um eine Batterie oder eine Brennstoffzelle handeln, die eine Gleichspannung liefert und bei der Schalteinrichtung um einen (3-Phasen) Inverter, der die Gleichspannung der Spannungsquelle in eine Wechselspannung umwandelt und einem Elektromotor (z.B. die Antriebseinheit in einem Elektrofahrzeug) zur Verfügung stellt.A voltage source according to the invention can be a direct voltage source, such as a battery, an accumulator, a fuel cell or the like, or an alternating voltage source, such as a generator, a transformer or the like. According to an exemplary embodiment, the voltage source could be a battery or a fuel cell that supplies a direct voltage and the switching device could be a (3-phase) inverter that converts the direct voltage of the voltage source into an alternating voltage and an electric motor (e.g. the Drive unit in an electric vehicle).

Bevorzugt wird bei der Anordnung der Abschirmeinrichtung, bezogen auf die Höhenachse, zwischen der mindestens einen Schalteinrichtung und dem Trägerelement davon ausgegangen, dass sich die Abschirmeinrichtung vollständig entlang einer Längenachse und einer Breitenachse, zwischen der mindestens einen Schalteinrichtung und dem Trägerelement erstreckt. Bevorzugt entspricht eine Erstreckung der Abschirmeinrichtung, einer Erstreckung der mindestens einen Schalteinrichtung entlang der Längen- und der Breitenachse. Weiter bevorzugt entspricht eine Erstreckung der Abschirmeinrichtung, mindestens einer Erstreckung der mindestens einen Schalteinrichtung entlang der Längen- und der Breitenachse. Insbesondere bevorzugt ist eine Erstreckung der Abschirmeinrichtung größer als eine Erstreckung der mindestens einen Schalteinrichtung entlang der Längen- und der Breitenachse. In diesen Ausführungsbeispielen wird bevorzugt jeweils davon ausgegangen, dass eine Erstreckung des Trägerelements entlang der Längen- und der Breitenachse deutlich größer ist, als eine Erstreckung der mindestens einen Schalteinrichtung entlang der Längen- und der Breitenachse. Bevorzugt ist die Abschirmeinrichtung plattenartig oder als dünne Platte, beispielsweise ein Blech, ausgebildet, wobei sich diese im Wesentlichen in der Längenachse und der Breitenachse erstreckt und eine Erstreckung entlang der Höhenachse vergleichsweise gering ist.When arranging the shielding device, based on the height axis, between the at least one switching device and the carrier element, it is preferably assumed that the shielding device extends completely along a length axis and a width axis between the at least one switching device and the carrier element. An extension of the shielding device preferably corresponds to an extension of the at least one switching device along the length and width axes. More preferably, an extension of the shielding device corresponds to at least one extension of the at least one switching device along the length and width axes. Particularly preferably, an extent of the shielding device is greater than an extent of the at least one switching device along the length and width axes. In these exemplary embodiments, it is preferably assumed that an extension of the carrier element along the length and width axes is significantly larger than an extension of the at least one switching device along the length and width axes. The shielding device is preferably plate-like or designed as a thin plate, for example a sheet metal, which extends essentially in the length axis and the width axis and an extension along the height axis is comparatively small.

Bevorzugt ist das Potential bzw. die Spannung der Spannungsquelle, die an der Abschirmeinrichtung anliegt, bevorzugt im Wesentlichen konstant, da im Gegensatz zu der Schalteinrichtung keine Schaltvorgänge stattfinden. Somit kommt es bei dem Potential, das an der Abschirmeinrichtung anliegt, zu keinen erheblichen Potentialänderungen, wie diese bei Schaltvorgängen der Schalteinrichtung auftreten, wodurch wesentlich geringere parasitäre induktive und/oder kapazitive Kopplungen auftreten.Preferably, the potential or the voltage of the voltage source applied to the shielding device is preferably essentially constant, since, in contrast to the switching device, no switching processes take place. This means that there are no significant potential changes in the potential applied to the shielding device, such as those that occur during switching operations of the switching device, as a result of which significantly lower parasitic inductive and/or capacitive couplings occur.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt an der mindestens einen Schalteinrichtung und der Abschirmeinrichtung das Potential der Spannungsquelle an. Bevorzugt liegt an der Abschirmeinrichtung und an der mindestens einen Schalteinrichtung die Spannung der Spannungsquelle an. Bevorzugt liegt an der Abschirmeinrichtung und an der mindestens einen Schalteinrichtung das gleiche Potential an. Bevorzugt liegt an der Abschirmeinrichtung und an der mindestens einen Schalteinrichtung die gleiche Spannung an. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Koppelkapazität zwischen der Schalteinrichtung und dem Trägerelement verhindert bzw. erheblich verringert ist und das durch die Koppelkapazität verursachte Störsignal, das von der Schalteinrichtung auf das Trägerelement ausgekoppelt wird, stark reduziert wird.According to a preferred embodiment, the potential of the voltage source is present at the at least one switching device and the shielding device. The voltage of the voltage source is preferably applied to the shielding device and to the at least one switching device. Preferably, the same potential is present on the shielding device and on the at least one switching device. The same voltage is preferably applied to the shielding device and to the at least one switching device. In this way it is achieved that the coupling capacitance between the switching device and the carrier element is prevented or significantly reduced and the interference signal caused by the coupling capacitance, which is coupled out from the switching device to the carrier element, is greatly reduced.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trägerelement elektrisch leitend mit Masse verbunden. Bevorzugt sind das Trägerelement und die Abschirmeinrichtung elektrisch isoliert voneinander ausgebildet. Somit ist das Trägerelement mit der Masse, dem Bezugspotential der Anordnung bzw. dem Gesamtsystem verbunden und ist geerdet. Bevorzugt unterscheidet sich das Potential bzw. die Spannung, die an der Abschirmeinrichtung und dem Trägerelement anliegt. Bevorzugt sind das Potential bzw. die Spannung, die an der Abschirmeinrichtung und dem Trägerelement anliegt, gleich. Beispielsweise stellt in einem Fahrzeug die Karosserie, die Masse dar. Durch die Abschirmung wird vorteilhaft verhindert, dass Störsignale in das mit dem Trägerelement verbundene Massesystem parasitär kapazitiv eingekoppelt werden.According to a preferred embodiment, the carrier element is connected to ground in an electrically conductive manner. The carrier element and the shielding device are preferably designed to be electrically insulated from one another. The carrier element is therefore connected to the ground, the reference potential of the arrangement or the entire system and is grounded. The potential or voltage applied to the shielding device and the carrier element preferably differs. The potential or the voltage applied to the shielding device and the carrier element are preferably the same. For example, in a vehicle, the body represents the mass. The shielding advantageously prevents interference signals from being parasitically capacitively coupled into the mass system connected to the carrier element.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abschirmeinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Bevorzugt ist das elektrisch leitfähige Material ein Metall, ein galvanisierter Kunststoff oder eine beliebige Kombination davon. Weiter bevorzugt ist das Metall Kupfer, Aluminium oder eine beliebige Kombination davon. Durch diese Ausbildung der Abschirmeinrichtung ist gewährleistet, dass die Abschirmeinrichtung elektrisch leitend mit der Spannungsquelle verbindbar ist.According to a preferred embodiment, the shielding device is made of an electrically conductive material. The electrically conductive material is preferably a metal, a galvanized plastic or any combination thereof. Further preferably, the metal is copper, aluminum or any combination thereof. This design of the shielding device ensures that the shielding device can be connected to the voltage source in an electrically conductive manner.

Erfindungsgemäß ist die Abschirmeinrichtung derart ausgebildet, die mindestens eine Schalteinrichtung im Wesentlichen vollständig zu umgeben. Bevorzugt wird die mindestens eine Schalteinrichtung durch die Abschirmeinrichtung eingehaust. Bevorzugt ist die mindestens eine Schalteinrichtung innerhalb der Abschirmeinrichtung angeordnet. Bevorzugt erstreckt sich die Abschirmeinrichtung entlang der Höhenachse, der Breitenachse und/oder der Längenachse. Unter „im Wesentlichen vollständig“ umgeben wird verstanden, dass Öffnungen für Anschlüsse, Stromleitungen oder dergleichen vorhanden sind, welche die Abschirmwirkung jedoch nicht weiter beeinträchtigen. Durch die im Wesentlichen vollständige Umhüllung der mindestens einen Schalteinrichtung durch die Abschirmeinrichtung wird nicht nur die kapazitive Kopplung von der Schalteinrichtung zu dem Trägerelement reduziert, sondern auch eine umfängliche EMV-Abschirmung bereitgestellt. Dabei werden zumindest kapazitive und induktive Kopplungen zu benachbart angeordneten Komponenten unterbunden bzw. zumindest stark verringert. Bevorzugt ist die umgebende Form der Abschirmeinrichtung variabel und ist an die Ausführung der mindestens einen Schalteinrichtung anpassbar, so dass die mindestens eine Schalteinrichtung innerhalb der Abschirmeinrichtung anordenbar ist. Beispielsweise kann die Abschirmeinrichtung als Quader, Zylinder, Würfel oder dergleichen mit einem Hohlraum zum Anordnen der Schalteinrichtung aufweisen.According to the invention, the shielding device is designed such that it essentially completely surrounds the at least one switching device. The at least one switching device is preferably enclosed by the shielding device. The at least one switching device is preferably arranged within the shielding device. The shielding device preferably extends along the height axis, the width axis and/or the length axis. “Substantially completely” surrounded means that there are openings for connections, power lines or the like, which, however, do not further impair the shielding effect. The substantially complete encasing of the at least one switching device by the shielding device not only reduces the capacitive coupling from the switching device to the carrier element, but also provides extensive EMC shielding. At least capacitive and inductive couplings to neighboring components are prevented or at least greatly reduced. Preferably, the surrounding shape of the shielding device is variable and can be adapted to the design of the at least one switching device, so that the at least one switching device can be arranged within the shielding device. For example, the shielding device can be a cuboid, cylinder, cube or the like with a cavity for arranging the switching device.

Ebenfalls bevorzugt umgibt die Abschirmeinrichtung die mindestens eine Schalteinrichtung entlang der Höhenachse, der Breitenachse und/oder der Längenachse zumindest teilweise.Also preferably, the shielding device at least partially surrounds the at least one switching device along the height axis, the width axis and/or the length axis.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die mindestens eine Schalteinrichtung ein erstes Anschlusselement und ein zweites Anschlusselement und die Abschirmeinrichtung ein drittes Anschlusselement und mindestens ein viertes Anschlusselement auf. Bevorzugt sind das erste oder das zweite Anschlusselement mit dem mindestens einen vierten Anschlusselement und das dritte Anschlusselement mit einem ersten elektrischen Pol oder einem zweiten elektrischen Pol der Spannungsquelle elektrisch leitend verbindbar. Unter einem Anschlusselement wird allgemein ein Element verstanden, welches eine elektrisch leitende Kontaktierung ermöglicht. Bevorzugt ist also der mindestens einen Schalteinrichtung die Spannung bzw. das Potential der Spannungsquelle über/durch die Abschirmeinrichtung zuführbar. Bevorzugt ist die mindestens eine Schalteinrichtung über die Abschirmeinrichtung elektrisch mit der Spannungsquelle verbunden. Auf diese Weise muss keine elektrische Verbindung der mindestens einen Schalteinrichtung und der Abschirmeinrichtung mit der Spannungsquelle erfolgen, sondern es genügt lediglich die elektrische Verbindung der Spannungsquelle mit der Abschirmeinrichtung. Somit kann auch gewährleistet werden, dass das Potential der Spannungsquelle sowohl an der Abschirmeinrichtung als auch an der mindestens einen Schalteinrichtung anliegt. Bevorzugt kann also an der Abschirmeinrichtung entsprechend der Verbindung mit dem ersten elektrischen Pol oder dem zweiten elektrischen Pol der Spannungsquelle ein negatives Potential oder ein positives Potential (Spannung) anliegen. Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten elektrischen Pol und dem zweiten elektrischen Pol der Spannungsquelle um einen Minus-Pol und einen Plus-Pol der Spannungsquelle.According to a preferred embodiment, the at least one switching device has a first connection element and a second connection element and the shielding device has a third connection element and at least a fourth connection element. Preferably, the first or the second connection element can be connected in an electrically conductive manner to the at least one fourth connection element and the third connection element to a first electrical pole or a second electrical pole of the voltage source. A connection element is generally understood to mean an element that enables electrically conductive contacting. Preferably, the voltage or the potential of the voltage source can be supplied to the at least one switching device via/through the shielding device. Preferably, the at least one switching device is via the shield device electrically connected to the voltage source. In this way, there is no need for an electrical connection between the at least one switching device and the shielding device with the voltage source, but simply the electrical connection of the voltage source with the shielding device is sufficient. It can therefore also be ensured that the potential of the voltage source is applied to both the shielding device and the at least one switching device. Preferably, a negative potential or a positive potential (voltage) can be applied to the shielding device in accordance with the connection to the first electrical pole or the second electrical pole of the voltage source. The first electrical pole and the second electrical pole of the voltage source are preferably a minus pole and a plus pole of the voltage source.

Bevorzugt umfasst die Anordnung weiter eine Anschlusseinrichtung mit mindestens einem fünften Anschlusselement und einem sechsten Anschlusselement. Bevorzugt ist das sechste Anschlusselement mit dem ersten oder dem zweiten elektrischen Pol der Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden. Weiter bevorzugt ist das sechste Anschlusselement mit dem elektrischen Pol verbunden, mit dem das dritte Anschlusselement der Abschirmeinrichtung nicht verbunden ist. Weiter bevorzugt ist das mindestens eine fünfte Anschlusselement mit dem ersten oder dem zweiten Anschlusselement der mindestens einen Schalteinrichtung elektrisch leitend verbunden. Bevorzugt ist demnach das mindestens eine fünfte Anschlusselement mit dem Anschlusselement der mindestens einen Schalteinrichtung verbunden, das nicht mit dem mindestens einen vierten Anschlusselement der Abschirmeinrichtung verbunden ist.The arrangement preferably further comprises a connection device with at least a fifth connection element and a sixth connection element. The sixth connection element is preferably connected in an electrically conductive manner to the first or second electrical pole of the voltage source. Further preferably, the sixth connection element is connected to the electrical pole to which the third connection element of the shielding device is not connected. Further preferably, the at least one fifth connection element is electrically conductively connected to the first or second connection element of the at least one switching device. Accordingly, the at least one fifth connection element is preferably connected to the connection element of the at least one switching device, which is not connected to the at least one fourth connection element of the shielding device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abschirmeinrichtung ein Abschirmelement umfassend oder mehrere Abschirmelemente umfassend ausgebildet. Unter einem Abschirmelement wird bevorzugt ein Bauteil verstanden, welches die Abschirmeinrichtung ausbildet. Bevorzugt können mehrere Abschirmelemente zu der Abschirmeinrichtung zusammengesetzt/verbunden werden. Bevorzugt erfolgt eine Verbindung mehrere Abschlusselemente mittels einer kraftschlüssigen, formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise bevorzugt Verschweißen, Verlöten, Verkleben, usw. Weiter bevorzugt kann die Abschirmeinrichtung aus einem Abschirmelement ausgebildet sein, welches bevorzugt einstückig oder einteilig ausgeführt ist. Bevorzugt kann ein Abschirmelement entsprechend der gewünschten Form gegossen (Metall) und/oder gebogen und/oder gepresst werden. Bevorzugt sind die Abschirmelemente jeweils als plattenartige Elemente ausgebildet. Bevorzugt kann es je nach Form der Abschirmeinrichtung vorteilhaft sein, mehrere Abschirmelemente vorzusehen, beispielsweise kann ein Abschirmelement ein Deckelelement ausbilden und ein weiteres Abschirmelement das restliche Gehäuse, wobei diese Anordnung vorteilhaft ist um einen einfachen Zugriff zu der in der Abschirmeinrichtung angeordneten Schalteinrichtung zu gewährleisten. Bevorzugt sind die Abschirmelemente aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Bevorzugt ist das elektrisch leitfähige Material ein Metall, ein galvanisierter Kunststoff oder eine beliebige Kombination davon. Weiter bevorzugt ist das Metall Kupfer, Aluminium oder eine beliebige Kombination davon.According to a preferred embodiment, the shielding device is designed to comprise one shielding element or to comprise several shielding elements. A shielding element is preferably understood to mean a component which forms the shielding device. Preferably, several shielding elements can be assembled/connected to form the shielding device. Preferably, a plurality of end elements are connected by means of a non-positive, form-fitting and/or cohesive connection, for example preferably welding, soldering, gluing, etc. More preferably, the shielding device can be formed from a shielding element, which is preferably designed in one piece or in one piece. Preferably, a shielding element can be cast (metal) and/or bent and/or pressed according to the desired shape. The shielding elements are preferably each designed as plate-like elements. Depending on the shape of the shielding device, it may preferably be advantageous to provide several shielding elements, for example one shielding element can form a cover element and another shielding element can form the rest of the housing, this arrangement being advantageous in order to ensure easy access to the switching device arranged in the shielding device. The shielding elements are preferably made of an electrically conductive material. The electrically conductive material is preferably a metal, a galvanized plastic or any combination thereof. Further preferably, the metal is copper, aluminum or any combination thereof.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der mindestens einen Schalteinrichtung und der Abschirmeinrichtung bezogen auf die Höhenachse der Anordnung, eine Kühleinrichtung angeordnet, wobei die Kühleinrichtung zumindest thermisch mit der Schalteinrichtung verbunden ist. Auf diese Weise kann eine effektive Kühlung der mindestens einen Schalteinrichtung gewährleistet werden, die sich üblicherweise aufgrund von Schaltungsverlusten erwärmt. Bevorzugt ist die mindestens eine Schalteinrichtung weiter mechanisch mit der Kühleinrichtung verbunden. Weiter bevorzugt ist die Kühleinrichtung zumindest mechanisch mit der Abschirmeinrichtung verbunden. Besonders bevorzugt weist die Kühleinrichtung eine obere Fläche und eine der oberen Fläche gegenüberliegende parallel untere Fläche auf, wobei die mindestens eine Schalteinrichtung entsprechend mit der oberen Fläche und die Abschirmeinrichtung entsprechend mit der unteren Fläche verbunden sind. Bevorzugt ist die Kühleinrichtung derart ausgebildet, dass ein Kühlmedium, bevorzugt gasförmig oder flüssig, zwischen der oberen und der unteren Fläche innerhalb der Kühleinrichtung zirkulieren kann, wodurch die entstandene Wärme der Schalteinrichtung abtransportiert werden kann. Besonders bevorzugt weist die obere Fläche der Kühleinrichtung mindestens eine Aussparung auf, wodurch das Kühlmedium die mindestens einen Schalteinrichtung bzw. eine Fläche der mindestens einen Schalteinrichtung, die die obere Fläche der Kühleinrichtung kontaktiert, kontaktiert. Bevorzugt ist die Aussparung in der oberen Fläche der Kühleinrichtung entlang der Höhenachse unter der mindestens einen Schalteinrichtung angeordnet.According to a preferred embodiment, a cooling device is arranged between the at least one switching device and the shielding device with respect to the height axis of the arrangement, the cooling device being at least thermally connected to the switching device. In this way, effective cooling of the at least one switching device can be ensured, which usually heats up due to switching losses. Preferably, the at least one switching device is further mechanically connected to the cooling device. Further preferably, the cooling device is at least mechanically connected to the shielding device. Particularly preferably, the cooling device has an upper surface and a parallel lower surface opposite the upper surface, the at least one switching device being correspondingly connected to the upper surface and the shielding device being correspondingly connected to the lower surface. The cooling device is preferably designed in such a way that a cooling medium, preferably gaseous or liquid, can circulate between the upper and lower surfaces within the cooling device, whereby the heat generated by the switching device can be transported away. Particularly preferably, the upper surface of the cooling device has at least one recess, whereby the cooling medium contacts the at least one switching device or a surface of the at least one switching device that contacts the upper surface of the cooling device. The recess is preferably arranged in the upper surface of the cooling device along the height axis below the at least one switching device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kühleinrichtung aus einem elektrisch nicht-leitenden Material ausgebildet. Bevorzugt ist das elektrisch nicht-leitende Material ein Kunststoff oder eine Keramik. Bevorzugt weist das elektrisch nicht-leitende Material eine entsprechende hohe thermische Leitfähigkeit auf, um die Schalteinrichtung ausreichend kühlen zu können. Ferner bevorzugt kann die Kühleinrichtung aus einem Metall ausgebildet sein, welches derart ausgebildet ist, dass es galvanisch getrennt von der Masse ist.According to a preferred embodiment, the cooling device is made of an electrically non-conductive material. The electrically non-conductive material is preferably a plastic or a ceramic. The electrically non-conductive material preferably has a correspondingly high thermal conductivity in order to be able to cool the switching device sufficiently. The can also be preferred Cooling device may be made of a metal, which is designed such that it is galvanically isolated from the mass.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannungsquelle eine Hochvolt-Spannungsquelle mit einer Spannung > 200 V, bevorzugt > 400 V, weiter bevorzugt > 600 V und besonders bevorzugt von 800 V. Bevorzugt kann die Abschirmeinrichtung hiernach als Hochvolt-Einkapselung bezeichnet werden. Durch die hohe Spannung der Spannungsquelle, welche folglich an der Schalteinrichtung und der Abschirmeinrichtung anliegt, wird die Abschirmwirkung weiter verbessert. Ferner ist die Abschirmeinrichtung auch zur Verwendung mit Spannungsquellen mit hohen Spannungen geeignet, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug. Bevorzugt handelt es sich bei der Spannungsquelle um eine Gleichspannungsquelle oder eine Wechselspannungsquelle. Weiter bevorzugt handelt es sich bei der Spannungsquelle um eine Batterie oder eine Brennstoffzelle.According to a preferred embodiment, the voltage source is a high-voltage voltage source with a voltage >200 V, preferably >400 V, more preferably >600 V and particularly preferably 800 V. The shielding device can preferably be referred to hereinafter as a high-voltage encapsulation. The shielding effect is further improved due to the high voltage of the voltage source, which is consequently applied to the switching device and the shielding device. Furthermore, the shielding device is also suitable for use with voltage sources with high voltages, for example in an electric vehicle. The voltage source is preferably a direct voltage source or an alternating voltage source. More preferably, the voltage source is a battery or a fuel cell.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abschirmeinrichtung zumindest teilweise durch ein mit der mindestens einen Schalteinrichtung elektrisch verbundenes passives Bauelement ausgebildet. Bevorzugt ist das passive Bauelement ein passives elektrisches Bauelement. Weiter bevorzugt ist das Bauelement ein Zwischenkreiskondensator. Bevorzugt bildet das Bauelement das/ eines der Abschirmelement(e) der Abschirmeinrichtung aus. Auf diese Weise kann ein bereits vorhandenes Bauelement, das elektrisch mit der mindestens einen Schalteinrichtung verbunden ist und an dem das Potential/ die Spannung der Spannungsquelle anliegt, die Abschirmeinrichtung zumindest teilweise ausbilden, wodurch zusätzliche Bauteile vermieden werden. Besonders vorteilhaft ist das Bauelement ein Zwischenkreiskondensator, da ein solcher sich auf einfach Weise als Abschirmeinrichtung und/oder Abschirmelement, die Form und elektrische Verbindung bzw. Potentialbeaufschlagung betreffend, ausbilden lässt.According to a preferred embodiment, the shielding device is at least partially formed by a passive component electrically connected to the at least one switching device. The passive component is preferably a passive electrical component. Further preferably, the component is an intermediate circuit capacitor. The component preferably forms the/one of the shielding element(s) of the shielding device. In this way, an already existing component, which is electrically connected to the at least one switching device and to which the potential/voltage of the voltage source is applied, can at least partially form the shielding device, thereby avoiding additional components. The component is particularly advantageous as an intermediate circuit capacitor, since such a device can easily be designed as a shielding device and/or shielding element in terms of shape and electrical connection or potential application.

Bevorzugt gewährleistet die Abschirmeinrichtung lediglich eine Abschirmwirkung bezüglich parasitärer Kopplung (kapazitiv und bevorzugt zumindest noch induktiv), jedoch keine Stromleitungswirkung. Bevorzugt fließt also kein nennenswerter/ lediglich ein geringer Strom durch die Abschirmeinrichtung.The shielding device preferably only ensures a shielding effect with regard to parasitic coupling (capacitive and preferably at least inductive), but not a current conduction effect. Preferably, no significant current or only a small current flows through the shielding device.

Es ist ebenfalls denkbar, dass die Anordnung mehrere Schalteinrichtungen umfasst. Bevorzugt umfasst die Anordnung mindestens zwei Schalteinrichtungen, weiter bevorzugt mindestens drei Schalteinrichtungen und besonders bevorzugt mindestens sechs Schalteinrichtungen. Die Merkmale und Eigenschaften, die für die mindestens eine Schalteinrichtung beschrieben sind, sollen mutatis mutandis auch für weitere Schalteinrichtungen gelten. Bevorzugt sind die mehreren Schalteinrichtungen benachbart angeordnet. Weiter bevorzugt sind die mehreren Schalteinrichtungen parallel und/oder seriell verschaltet.It is also conceivable that the arrangement includes several switching devices. The arrangement preferably comprises at least two switching devices, more preferably at least three switching devices and particularly preferably at least six switching devices. The features and properties that are described for the at least one switching device should also apply, mutatis mutandis, to other switching devices. The plurality of switching devices are preferably arranged adjacently. More preferably, the plurality of switching devices are connected in parallel and/or series.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments result from the subclaims.

Weitere Ziele, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen zu entnehmen. Hierbei zeigen:

1 eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Explosionsdarstellung eines Teils einer Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
3 die vollständige Anordnung gemäß 2.

Further objects, advantages and expediencies of the present invention can be found in the following description in conjunction with the drawings. Show here:

1 an arrangement according to the prior art;
2 an exploded view of part of an arrangement according to a preferred embodiment;
3 the complete arrangement in accordance 2 .

In den Figuren sind gleiche Bauteile jeweils mit den entsprechenden Bezugszeichen zu verstehen. Zur besseren Übersichtlichkeit können in manchen Figuren Bauteile nicht mit einem Bezugszeichen versehen sein, die jedoch an anderer Stelle bezeichnet worden sind.In the figures, the same components are to be understood with the corresponding reference numerals. For better clarity, components may not be provided with a reference number in some figures, but they have been designated elsewhere.

In der 1 ist eine übliche Anordnung gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Die Anordnung umfasst mindestens eine Schalteinrichtung 1, wobei hier eine erste 1a, eine zweite 1 b und eine dritte Schalteinrichtung 1c vorgesehen sind, ein mit Masse 3 verbundenes Trägerelement 2 und eine Kühleinrichtung 12.In the 1 A common arrangement according to the prior art is shown. The arrangement comprises at least one switching device 1, a first 1a, a second 1b and a third switching device 1c being provided here, a carrier element 2 connected to ground 3 and a cooling device 12.

Die Schalteinrichtungen 1a-c sind benachbart parallel zueinander auf einer oberen Fläche 13a der Kühleinrichtung 12 angeordnet, wobei an den Schalteinrichtungen 1a-c das Potential bzw. die Spannung einer nicht gezeigten Spannungsquelle anliegt. Eine untere Fläche 13b der Kühleinrichtung 12 ist mechanisch mit dem Trägerelement 2 verbunden.The switching devices 1a-c are arranged adjacently parallel to one another on an upper surface 13a of the cooling device 12, with the potential or the voltage of a voltage source, not shown, being applied to the switching devices 1a-c. A lower surface 13b of the cooling device 12 is mechanically connected to the carrier element 2.

Durch die gezeigte Anordnung der Schalteinrichtungen 1a-c und dem Trägerelement 2 kommt es (durch Schaltvorgänge) zur Ausbildung einer kapazitiven Kopplung. Die parasitäre kapazitive Kopplung ist ersatzweise durch Kapazitäten 14 dargestellt, die von jeder Schalteinrichtung 1a-c unabhängig zu dem Trägerelement 2 erfolgt. Folglich werden Störsignale (Strom- oder Spannungssignale) von den Schalteinrichtungen 1a-c in das Trägerelement 2 und die damit verbundene Masse 3 eingekoppelt.The arrangement shown of the switching devices 1a-c and the carrier element 2 results in the formation of a capacitive coupling (through switching processes). The parasitic capacitive coupling is represented alternatively by capacitances 14, which take place independently of the carrier element 2 from each switching device 1a-c. Consequently, interference signals (current or voltage signals) are coupled from the switching devices 1a-c into the carrier element 2 and the mass 3 connected to it.

Die 2 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Teils einer Anordnung 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich bestimmte Bestandteile der Anordnung 100 dargestellt sind.The 2 shows an exploded view of part of an arrangement 100 according to a preferred embodiment of the invention, wherein For reasons of clarity, only certain components of the arrangement 100 are shown.

Die Anordnung 100 bzw. die von der Anordnung 100 umfassten Komponenten erstrecken sich entlang einer Höhenachse Z, einer Breitenachse Y und einer Längenachse X.The arrangement 100 or the components comprised by the arrangement 100 extend along a height axis Z, a width axis Y and a length axis X.

In der 2 umfasst die Anordnung 100 mindestens eine Schalteinrichtung 1, wobei hier eine erste 1 a, eine zweite 1 b und eine dritte Schalteinrichtung 1 c vorgesehen sind, eine Kühleinrichtung 12, eine Abschirmeinrichtung 4 mit einem ersten Abschirmelement 5a und einem zweiten Abschirmelement 5b, und eine Anschlusseinrichtung 10.In the 2 The arrangement 100 comprises at least one switching device 1, a first 1a, a second 1b and a third switching device 1c being provided here, a cooling device 12, a shielding device 4 with a first shielding element 5a and a second shielding element 5b, and a connection device 10.

Die Schalteinrichtungen 1a-c weisen jeweils ein erstes Anschlusselement 6a-c und ein zweites Anschlusselement 7a-c sowie einen Phasenanschluss 15a-c auf. Die ersten 6a-c und zweiten Anschlusselemente 7a-c sind derart ausgebildet, eine elektrische Kontaktierung/Verbindung bereitzustellen, beispielsweise mit einem elektrischen Pol einer Spannungsquelle, wobei das erste Anschlusselement 6a-c und das zweite Anschlusselement 7a-c mit unterschiedlichen elektrischen Polen verbunden sind. Bevorzugt bilden die drei Schalteinrichtungen 1a-c einen 3-phasigen Inverter aus, der eine Gleichspannung einer Spannungsquelle in eine Wechselspannung umwandelt.The switching devices 1a-c each have a first connection element 6a-c and a second connection element 7a-c as well as a phase connection 15a-c. The first 6a-c and second connection elements 7a-c are designed to provide an electrical contact/connection, for example with an electrical pole of a voltage source, with the first connection element 6a-c and the second connection element 7a-c being connected to different electrical poles . The three switching devices 1a-c preferably form a 3-phase inverter which converts a direct voltage from a voltage source into an alternating voltage.

Die Schalteinrichtungen 1a-c sind auf einer oberen Fläche 13a der Kühleinrichtung 12 angeordnet. Bevorzugt sind die Schalteinrichtungen 1a-c zumindest thermisch und mechanisch mit der oberen Fläche 13a bzw. der Kühleinrichtung 12 verbunden und bezogen auf die Höhenachse Z oberhalb der Kühleinrichtung 12 angeordnet. Weiter sind die Schalteinrichtungen 1a-c jeweils benachbart bezogen auf die Breitenachse Y und parallel zueinander angeordnet. Eine untere Fläche 13b der Kühlrichtung 12 ist parallel beabstandet zu der oberen Fläche 13a angeordnet und bezogen auf die Höhenachse Z unterhalb der oberen Fläche 13a angeordnet. Zwischen der oberen 13a und der unteren Fläche 13b und innerhalb der Kühleinrichtung 12 sind Querstrebenelemente angeordnet, die zur Stabilisierung dienen. Weiterhin kann innerhalb der Kühleinrichtung ein Kühlmedium, beispielsweise eine Flüssigkeit wie Wasser oder ein Gas wie Luft hindurchgeleitet werden und zirkulieren, um eine effektive Kühlung der Schalteinrichtungen 1a-c gewährleisten zu können. Bevorzugt ist die Ausgestaltung der Kühleinrichtung 12 variabel und nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt.The switching devices 1a-c are arranged on an upper surface 13a of the cooling device 12. The switching devices 1a-c are preferably at least thermally and mechanically connected to the upper surface 13a or the cooling device 12 and are arranged above the cooling device 12 with respect to the height axis Z. Furthermore, the switching devices 1a-c are each arranged adjacently with respect to the width axis Y and parallel to one another. A lower surface 13b of the cooling direction 12 is arranged parallel to the upper surface 13a and is arranged below the upper surface 13a with respect to the height axis Z. Between the upper 13a and the lower surface 13b and within the cooling device 12, cross-strut elements are arranged which serve for stabilization. Furthermore, a cooling medium, for example a liquid such as water or a gas such as air, can be passed through and circulate within the cooling device in order to be able to ensure effective cooling of the switching devices 1a-c. The design of the cooling device 12 is preferably variable and not limited to the embodiment shown.

Die Abschirmeinrichtung 4 umfasst das erste Abschirmelement 5a und das zweite Abschirmelement 5b. Das zweite Abschirmelement 5b ist plattenartig ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Längenachse Z und der Breitenachse Y, wobei das zweite Abschirmelement 5b eine Art Deckelelement der Abschirmeinrichtung 4 bzw. der ersten Abschirmelements 5a ausbildet. Das erste Abschirmelement 5a umfasst eine sich im Wesentlichen entlang der Längenachse Z und der Breitenachse Y erstreckende Grundplatte 19, eine bezogen auf die Höhenachse Z sich senkrecht ausgehend von der Grundplatte 19 erstreckende vorderes Wandelement 20a und hinteres Wandelement 20b. Das vordere Wandelement 20a ist bezogen auf die Längenachse X vor dem hinteren Wandelement 20b angeordnet. Das vordere Wandelement 20a und das hintere Wandelement 20b erstrecken sich im Wesentlichen entlang der Höhenachse Z und der Breitenachse Y und verlaufen parallel zueinander. Auf der Grundplatte 19 ist die Kühleinrichtung 12 angeordnet, wobei die Kühleinrichtung 12 zumindest mechanisch mit der Grundplatte 19 bzw. der Abschirmvorrichtung 4 verbunden ist. Die Grundplatte 19 und das zweite Abschirmelement 5b sind parallel angeordnet.The shielding device 4 includes the first shielding element 5a and the second shielding element 5b. The second shielding element 5b is designed like a plate and extends essentially along the length axis Z and the width axis Y, with the second shielding element 5b forming a type of cover element of the shielding device 4 or the first shielding element 5a. The first shielding element 5a comprises a base plate 19 extending essentially along the length axis Z and the width axis Y, a front wall element 20a and rear wall element 20b extending perpendicularly from the base plate 19 with respect to the height axis Z. The front wall element 20a is arranged in front of the rear wall element 20b with respect to the longitudinal axis X. The front wall element 20a and the rear wall element 20b extend substantially along the height axis Z and the width axis Y and run parallel to one another. The cooling device 12 is arranged on the base plate 19, the cooling device 12 being at least mechanically connected to the base plate 19 or the shielding device 4. The base plate 19 and the second shielding element 5b are arranged in parallel.

Das vordere Wandelement 20a weist an einer oberen Kante bezogen auf die Höhenachse Z drei vierte Anschlusselemente 9a-c auf. Bevorzugt bilden die vierten Anschlusselemente 9a-c jeweils entsprechend ihrer Anordnung an dem Wandelement 20a bzw. der Abschirmeinrichtung 4 eine elektrisch leitende Verbindung zu den ersten Anschlusselementen 6a-c der Schalteinrichtungen 1a-c aus. Bevorzugt sind an der oberen Kante des vorderen Wandelements 20a Aussparungen bzw. Vertiefungen entlang der Höhenachse Z vorgesehen, die externe elektrische Verbindungen ermöglichen. Weiterhin weist eine seitliche Kante des vorderen Wandelements 20a ein drittes Anschlusselement 8 auf. Die Anschlusselemente 8 und 9a-c sind ausgebildet, eine elektrisch leitende Verbindung gewährleisten zu können. Das dritte Anschlusselement 8 ist ausgebildet, eine elektrisch leitende Verbindung mit einem elektrischen Pol einer Spannungsquelle bereitzustellen. Das hintere Wandelement 20b weist an einer oberen Kante ebenfalls Aussparungen bzw. Vertiefungen entlang der Höhenachse Z auf, um eine externe elektrische Kontaktierung zu ermöglichen. Die Schalteinrichtungen 1a-c und die Kühleinrichtung 12 werden durch die Abschirmeinrichtung 4 bzw. das erste 5a und das zweite Abschirmelement zumindest bezogen auf eine Ebene in der Längenachse X und der Breitenachse Y und eine Ebene in der Höhenachse Z und der Breitenachse Y umgeben bzw. eingehaust.The front wall element 20a has three fourth connection elements 9a-c on an upper edge relative to the height axis Z. The fourth connection elements 9a-c preferably form an electrically conductive connection to the first connection elements 6a-c of the switching devices 1a-c depending on their arrangement on the wall element 20a or the shielding device 4. Recesses or depressions are preferably provided on the upper edge of the front wall element 20a along the height axis Z, which enable external electrical connections. Furthermore, a lateral edge of the front wall element 20a has a third connection element 8. The connection elements 8 and 9a-c are designed to ensure an electrically conductive connection. The third connection element 8 is designed to provide an electrically conductive connection to an electrical pole of a voltage source. The rear wall element 20b also has recesses or depressions along the height axis Z on an upper edge in order to enable external electrical contacting. The switching devices 1a-c and the cooling device 12 are surrounded or surrounded by the shielding device 4 or the first 5a and the second shielding element at least with respect to a plane in the length axis X and the width axis Y and a plane in the height axis Z and the width axis Y. enclosed.

Die Anschlusseinrichtung 10 ist plattenartig ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Höhenachse Z und der Breitenachse Y. Bevorzugt ist die Anschlusseinrichtung 10 parallel zu den Wandelementen 20a, 20b angeordnet. Die Anschlusseinrichtung 10 weist an einer oberen Kante bezogen auf die Höhenachse Z drei fünfte Anschlusselemente 11a-c auf. Die fünften Anschlusselemente 11a-c bilden bevorzugt jeweils entsprechend ihrer Anordnung an der oberen Kante der Anschlusseinrichtung 10 bzw. der Anschlusseinrichtung 10 eine elektrisch leitende Verbindung zu den zweiten Anschlusselementen 7a-c der Schalteinrichtungen 1a-c aus. Die Kontaktierung der zweiten Anschlusselemente 7a-c durch die fünften Anschlusselemente 11a-c erfolgt durch die Aussparungen bzw. Vertiefungen entlang der Höhenachse Z in dem vorderen Wandelement 20a hindurch. An einer seitlichen Kante bezogen auf die Breitenachse Y der Anschlusseinrichtung 10 ist ein sechstes Anschlusselement 18 angeordnet. Das sechste Anschlusselement 18 ist ausgebildet, eine elektrisch leitende Verbindung mit einem elektrischen Pol einer Spannungsquelle bereitzustellen.The connection device 10 is designed like a plate and extends essentially along the height axis Z and the width axis Y. The connection device 10 is preferably arranged parallel to the wall elements 20a, 20b. The connection device 10 has an upper one Edge based on the height axis Z has three fifth connecting elements 11a-c. The fifth connection elements 11a-c preferably each form an electrically conductive connection to the second connection elements 7a-c of the switching devices 1a-c, depending on their arrangement on the upper edge of the connection device 10 or the connection device 10. The second connection elements 7a-c are contacted by the fifth connection elements 11a-c through the recesses or depressions along the height axis Z in the front wall element 20a. A sixth connection element 18 is arranged on a lateral edge relative to the width axis Y of the connection device 10. The sixth connection element 18 is designed to provide an electrically conductive connection to an electrical pole of a voltage source.

In der 3 ist die vollständige Anordnung 100 gemäß 2 dargestellt. Die Ausführungen bezüglich der 2 sollen mutatis mutandis auch für die 3 gelten.In the 3 is the complete arrangement according to 100 2 shown. The statements regarding the 2 should mutatis mutandis also for the 3 apply.

Die Anordnung 100 umfasst eine Abschirmvorrichtung 4, ein mit Masse 3 verbundenes Trägerelement 2, eine Anschlusseinrichtung 10 und eine Spannungsquelle 16. Es wird davon ausgegangen, dass innerhalb der Abschirmeinrichtung 4 die drei Schalteinrichtungen 1a-c und die Kühleinrichtung 12 gemäß 2 angeordnet sind.The arrangement 100 comprises a shielding device 4, a carrier element 2 connected to ground 3, a connection device 10 and a voltage source 16. It is assumed that within the shielding device 4 the three switching devices 1a-c and the cooling device 12 according to 2 are arranged.

Die Abschirmeinrichtung 4 umfasst zusätzlich zu den Abschirmelementen 5a, 5b zumindest ein drittes Abschirmelement 5c, welches sich im Wesentlichen in der Längenachse X und der Höhenachse Z erstreckt und senkrecht zu der Grundplatte 19 angeordnet ist. Bevorzugt ist jeweils ein drittes Abschirmelement 5c auf jeder Seite entlang der Breitenachse Y der Abschirmeinrichtung 4 bzw. des ersten und zweiten Abschirmelements 5a, 5b angeordnet, wodurch die Schalteinrichtungen 1a-c und die Kühleinrichtung 12 im Wesentlichen vollständig von der Abschirmeinrichtung 4 umgeben sind bzw. von dieser eingehaust werden. Bevorzugt bildet das dritte Anschlusselement 5c/ die beiden Anschlusselemente 5c eine Seitenwand/ Seitenwände der Abschirmeinrichtung 4 aus. Die Abschirmelemente 5a-c sind bevorzugt kraft-, form- oder stoffschlüssig verbunden. Durch diese Einkapselung wird ebenfalls eine effektive EMV-Abschirmung gewährleistet, wobei zusätzlich zu der kapazitiven Kopplung zumindest auch induktive Kopplungen verringert werden. Bevorzugt könnte das dritte Abschirmelement 5c oder beide dritten Abschirmelemente 5c durch einen oder zwei Zwischenkreiskondensatoren ausgebildet sein.The shielding device 4 includes, in addition to the shielding elements 5a, 5b, at least a third shielding element 5c, which extends essentially in the length axis X and the height axis Z and is arranged perpendicular to the base plate 19. A third shielding element 5c is preferably arranged on each side along the width axis Y of the shielding device 4 or of the first and second shielding elements 5a, 5b, whereby the switching devices 1a-c and the cooling device 12 are essentially completely surrounded by the shielding device 4 or be enclosed by this. Preferably, the third connection element 5c/the two connection elements 5c form a side wall/side walls of the shielding device 4. The shielding elements 5a-c are preferably connected non-positively, positively or materially. This encapsulation also ensures effective EMC shielding, with at least inductive couplings being reduced in addition to the capacitive coupling. Preferably, the third shielding element 5c or both third shielding elements 5c could be formed by one or two intermediate circuit capacitors.

Die Abschirmeinrichtung 4 bzw. das erste Abschirmelement 5a bzw. die Grundplatte 19 des ersten Abschirmelements 5a sind zumindest mechanisch mit dem Trägerelement 2 verbunden. Bevorzugt sind die Abschirmeinrichtung 4 und das Trägerelement 2 elektrisch isoliert zueinander ausgebildet. Bevorzugt erfolgt eine elektrische Isolation mittels einer Isolierschicht zwischen der Abschirmeinrichtung 4 und dem Trägerelement 2. Das Trägerelement 2 bzw. der gezeigte Anteil des Trägerelements 2 ist plattenartig ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Längenachse X und der Breitenachse Y und parallel zu der Grundplatte 19.The shielding device 4 or the first shielding element 5a or the base plate 19 of the first shielding element 5a are at least mechanically connected to the carrier element 2. The shielding device 4 and the carrier element 2 are preferably designed to be electrically insulated from one another. Electrical insulation is preferably carried out by means of an insulating layer between the shielding device 4 and the carrier element 2. The carrier element 2 or the portion of the carrier element 2 shown is designed like a plate and extends essentially along the length axis X and the width axis Y and parallel to the base plate 19 .

Die Spannungsquelle 16 umfasst einen ersten elektrischen Pol 17a und einen zweiten elektrischen Pol 17b. Bevorzugt kann es sich bei den elektrischen Polen 17a, 17b der Spannungsquelle 16 um einen Minus-Pol und einen Plus-Pol handeln. Der erste elektrische Pol 17a ist elektrisch leitend mit dem dritten Anschlusselement 8 der Abschirmeinrichtung 4 und der zweite elektrische Pol 17b ist elektrisch leitend mit dem sechsten Anschlusselement 18 der Anschlusseinrichtung 10 verbunden. An der Abschirmeinrichtung 4 und den Schalteinrichtungen 1a-c liegt das Potential bzw. die Spannung der Spannungsquelle 16 an.The voltage source 16 includes a first electrical pole 17a and a second electrical pole 17b. The electrical poles 17a, 17b of the voltage source 16 can preferably be a minus pole and a plus pole. The first electrical pole 17a is electrically conductively connected to the third connection element 8 of the shielding device 4 and the second electrical pole 17b is electrically conductively connected to the sixth connection element 18 of the connection device 10. The potential or the voltage of the voltage source 16 is applied to the shielding device 4 and the switching devices 1a-c.

Die Phasenanschlüsse 15a-c ragen gemäß 3 entlang der Längenachse X aus der Abschirmrichtung hervor. Es ist jedoch bevorzugt, dass auch die Phasenanschlüsse 15a-c innerhalb der Abschirmeinrichtung 4 angeordnet sind oder dass die Abschirmeinrichtung 4 zumindest bezogen auf die Höhenachse Z zwischen den Phasenanschlüssen 15a-c und dem Trägerelement 2 angeordnet ist.The phase connections 15a-c protrude accordingly 3 along the length axis X from the shielding direction. However, it is preferred that the phase connections 15a-c are also arranged within the shielding device 4 or that the shielding device 4 is arranged at least with respect to the height axis Z between the phase connections 15a-c and the carrier element 2.

Gemäß 3 ist die Abschirmeinrichtung 4 bzw. das erste Abschirmelement 5a bzw. die Grundplatte 19 bezogen auf die Höhenachse Z zwischen den Schalteinrichtungen 1a-c und dem Trägerelement 2 bzw. hier zwischen der Kühleinrichtung 12 und dem Trägerelement 2.According to 3 is the shielding device 4 or the first shielding element 5a or the base plate 19 with respect to the height axis Z between the switching devices 1a-c and the carrier element 2 or here between the cooling device 12 and the carrier element 2.

Durch die gezeigte Anordnung 100 wird eine parasitäre kapazitive Kopplung zwischen den Schalteinrichtungen 1a-c und dem Trägerelement 2 erheblich verringert. Dies ist ersatzweise durch eine negierte Kapazität 14 dargestellt. Somit wird so gut wie kein Störsignal über das Trägerelement 2 in die Masse 3 eingekoppelt, da das Potential bzw. die Spannung der Spannungsquelle 16, die an der Abschirmeinrichtung 4 anliegt, konstant ist.The arrangement 100 shown significantly reduces a parasitic capacitive coupling between the switching devices 1a-c and the carrier element 2. This is alternatively represented by a negated capacitance 14. This means that almost no interference signal is coupled into the mass 3 via the carrier element 2, since the potential or the voltage of the voltage source 16, which is applied to the shielding device 4, is constant.

Die elektrische leitende Verbindung zwischen der Spannungsquelle 16 und den Anschlusselementen 8, 18 weist jeweils einen Knotenpunkt 21 auf. Dies soll verdeutlichen, dass weitere Komponenten entsprechend verschaltbar sind.The electrically conductive connection between the voltage source 16 and the connection elements 8, 18 each has a node 21. This is intended to make it clear that other components can be connected accordingly.

Die Ausbildung der Abschirmeinrichtung 4, umfassend die Abschirmelemente 5a-5c gemäß der in den Figuren gezeigten Ausführungsform, ist lediglich beispielhaft und soll nicht auf diese Form bzw. die Anzahl der Abschirmelemente beschränkt sein. Es ist kann bevorzugt angenommen werden, dass für die Verringerung der kapazitiven Kopplung das erste Abschirmelement 5a gemäß der gezeigten Ausführungsform ausreichend sein könnte.The design of the shielding device 4, comprising the shielding elements 5a-5c according to The embodiment shown in the figures is merely an example and should not be limited to this shape or the number of shielding elements. It can preferably be assumed that the first shielding element 5a according to the embodiment shown could be sufficient for reducing the capacitive coupling.

Es versteht sich, dass die Kapazitäten 14 nur hilfsweise angeordnet sind, um die parasitären Kapazitäten durch die Kopplung zu verdeutlichen.It is understood that the capacitances 14 are only auxiliary in order to illustrate the parasitic capacitances caused by the coupling.

BezugszeichenlisteReference symbol list

100100: Anordnungarrangement
1,1a-c1.1a-c: SchalteinrichtungSwitching device
22: TrägerelementSupport element
33: MasseDimensions
44: AbschirmeinrichtungShielding device
5a, 5b5a, 5b: AbschirmelementShielding element
6a-c6a-c: erstes Anschlusselementfirst connection element
7a-c7a-c: zweites Anschlusselementsecond connection element
88th: drittes Anschlusselementthird connection element
9a-c9a-c: viertes Anschlusselementfourth connection element
1010: AnschlusseinrichtungConnection device
11a-c11a-c: fünftes Anschlusselementfifth connection element
1212: KühleinrichtungCooling device
13a13a: obere Flächeupper surface
13b13b: untere Flächelower surface
1414: Kapazitätcapacity
15a-c15a-c: PhasenanschlussPhase connection
1616: Spannungsquellevoltage source
17a,b17a,b: elektrischer Polelectrical pole
1818: sechstes Anschlusselementsixth connection element
1919: Grundplattebase plate
20a20a: vorderes Wandelementfront wall element
20b20b: hinteres Wandelementrear wall element
2121: Knotenpunktjunction
ZZ: Höhenachseheight axis
YY: BreitenachseLatitude axis
XX: LängenachseLongitudinal axis

Claims

Arrangement (100) for reducing parasitic capacitances (14) generated by electronic switching devices (1, 1a-c), comprising at least one switching device (1, 1a-c), a carrier element carrying the at least one switching device (1, 1a-c). (2) and a voltage source (16) electrically connected to the at least one switching device (1, 1a-c), at least between the at least one switching device (1, 1a-c) and the carrier element (2) relative to a height axis (Z ) of the arrangement (100) a shielding device (4) electrically connected to the voltage source (16) is arranged, characterized in that the shielding device (4) is designed such that the at least one switching device (1, 1a-c) is essentially completely closed surround.

Arrangement (100) according to Claim 1 , characterized in that the potential of the voltage source (16) is applied to the at least one switching device (1, 1a-c) and the shielding device (4).

Arrangement (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the carrier element (2) is electrically connected to ground (3) and wherein the carrier element (2) and the shielding device (4) are designed to be electrically insulated from one another.

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the shielding device (4) is formed from an electrically conductive material, the electrically conductive material being a metal, a galvanized plastic or any combination thereof and wherein the metal is copper, Aluminum or any combination thereof.

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one switching device (1, 1a-c) has a first connection element (6a-c) and a second connection element (7a-c) and the shielding device (4) has a third Have a connection element (8) and at least one fourth connection element (9a-c), the first (6a-c) or the second connection element (7a-c) being connected to the at least one fourth connection element (9a-c) and the third connection element (8 ) can be electrically connected to a first electrical pole (17a) or a second electrical pole (17b) of the voltage source (16).

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the shielding device (4) is designed to comprise one shielding element (5a) or to comprise several shielding elements (5a-5c).

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that A cooling device (12) is arranged between the at least one switching device (1, 1a-c) and the shielding device (4) with respect to the height axis (Z) of the arrangement (100), the cooling device (12) being at least thermally connected to the switching device ( 1, 1a-c) is connected.

Arrangement (100) according to Claim 7 , characterized in that the cooling device (12) is made of an electrically non-conductive material, the electrically non-conductive material being a plastic or a ceramic.

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage source (16) is a high-voltage voltage source with a voltage > 200 V, preferably > 400 V, more preferably > 600 V and particularly preferably 800 V.

Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the shielding device (4) is at least partially formed by a passive component electrically connected to the at least one switching device (1, 1a-c), the component being an intermediate circuit capacitor.