DE3609065A1 - Niederinduktive verschienung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine niederinduktive Ver­ schienung mit mehreren aufeinandergeschichteten jeweils durch eine Isolation voneinander elektrisch getrennten Stromschienen für eine schnelle in Modulbauweise aufge­ baute Schaltungsanordnung, bestehend aus mehreren Strom­ kreisen mit gemeinsamen Bauelementen.

Aus der DE 34 20 535 A1 ist ein Halbleiter-Modul für eine schnelle Schaltungsanordnung mit einer Parallel­ schaltung von einem aktiven Halbleiterschaltelement und einer Diode bekannt. Das aktive Halbleiterschaltelement und die Diode sind in unmittelbarer Nachbarschaft ange­ ordnet und werden bezogen auf einen Lastpunkt gleichsin­ nig vom Strom durchflossen. Das aktive Halbleiterschalt­ element und die Diode sind Bauelemente jeweils eines Stromkreises. Die beiden Stromkreise sind durch ein ge­ meinsames Bauelement voneinander abhängig. Die Anschlüsse für die Versorgungsspannung und für das gemeinsame Bau­ element sind als drei aufeinandergeschichtete jeweils durch eine Isolation voneinander elektrisch getrennten Leiterschichten ausgebildet, die in unmittelbarer Nach­ barschaft vom Halbleiterschaltelement und von der Diode angeordnet sind. Somit sind unerwünschte Spannungs­ spitzen beim Schaltvorgang unterdrückt oder bedämpft.

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

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei n Stromkrei­ sen 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 abhängige Stromkreise einer schnellen Schal­ tungsanordnung n+1 Stromschienen aufeinandergeschichtet und jeweils durch eine Isolation voneinander elektrisch getrennt, und die äußeren Stromschienen sind unmittelbar 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 Ver­ breitern der Stromschienen bei vorgegebenem Isolations­ abstand und vorgegebener Länge der Stromschienen belie­ big verringern. Somit erhält man eine Verschienung mit n+1 Stromschienen für eine schnelle Schaltungsanordnung, bestehend aus n abhängigen Stromkreisen, deren Eigen­ induktivität sehr verringert ist. Dadurch, daß die äuße­ ren Stromschienen das gleiche Potential aufweisen, ver­ einfacht sich auch der mechanische Aufbau der Schaltungs­ anordnung 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 Stromkrei­ sen und die

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. Die einzelnen Stromkreise 4, 6 und 8 sind jeweils über ein oder mehrere Bauelemente miteinander ver­ bunden. Der Stromkreis 4 enthält ein aktives Halbleiter­ schaltelement 10, beispielsweise einen Thyristor, insbe­ sondere einen GTO-Thyristor (Gate-Turn-Off-Thyristor), zwei Kondensatoren 12 und 14 und eine Diode 16. Die Kon­ densatoren 12 und 14 und die Diode 16 sind Beschaltungs­ bauelemente des aktiven Halbleiterschaltelementes 10. Der Stromkreis 6 enthält auch ein aktives Halbleiter­ schaltelement 18, eine Diode 20 und den Kondensator 12. Als aktives Halbleiterschaltelement 18 kann ein Thyristor oder auch ein GTO-Thyristor vorgesehen sein. Der dritte Stromkreis 8 enthält die beiden aktiven Halbleiterschalt­ elemente 10 und 18, die beiden Dioden 16 und 20 und den Kondensator 14. Außerdem sind die beiden aktiven Halblei­ terschaltelemente 10 und 18 jeweils mit einer Freilauf­ diode 22 und 24 versehen, die jeweils antiparallel 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 Gleichspan­ nungszwischenkreises, der aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist, verbunden.

Die Fig. 2 veranschaulicht einen mechanischen Aufbau der Schaltungsanordnung 2 nach Fig. 1. Die aktiven Halbleiter­ schaltelemente 10 und 18 sind jeweils zwischen zwei Kühl­ körper 26, 28 und 30, 32 angeordnet. Gemäß der Schaltungs­ anordnung 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 Halbleiterschalt­ elementes 10 mittels einer Stromschiene 34 mit der Anode des aktiven Halbleiterschaltelementes 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 Po­ tential des Anschlusses N der Schaltungsanordnung 2. Die aktiven Halbleiterschaltelemente 10 und 18 sind mittels einer Verschienung 36 mit den Beschaltungselementen, ge­ mäß der Schaltungsanordnung 2 nach Fig. 1, verbunden. Als Verschienung 36 sind mehrere aufeinandergeschichtete je­ weils durch eine Isolation 38 voneinander elektrisch ge­ trennten Stromschienen 40, 42, 44 und 46 vorgesehen. Bei n voneinander abhängigen 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 getrennten Stromschienen 40, 42, 44 und 46. Die beiden äußeren Stromschienen 44 und 46 sind unmittelbar mit Hilfe einer Vorrichtung 48 mit­ einander elektrisch leitend verbunden. Als Vorrichtung 48 kann ein elektrisch leitender Bügel vorgesehen sein, der nur mit den äußeren Stromschienen 44 und 46 elek­ trisch leitend verbunden ist.

Die Stromschiene 40 verbindet den Anodenanschluß 50 des aktiven Halbleiterschaltelementes 10 über den Kondensator 14 mit dem Anodenanschluß 52 der Diode 16. Der Kathoden­ anschluß 54 dieser Diode 16 wird mittels der Stromschiene 42 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 annähernd parallel und sind durch die Isolation 38 voneinander elektrisch getrennt. Die Eigen­ induktivität dieser Doppelschiene wird bei vorgegebener Länge 1 der Stromschiene und bei vorgegebenem Isolations­ abstand a bestimmt durch die Breite b der Stromschiene. Es ist bekannt, daß die Eigeninduktivität einer Doppel­ schiene näherungsweise proportional 1 × 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 dadurch vergrößern kann, daß die Breite deren Isolation 38 größer ist als die Breite b der Stromschienen. Gemäß der Schaltungsanordnung 2, ins­ besondere des Stromkreises 6, wird der Kathodenanschluß 60 des aktiven Halbleiterschaltelementes 18 mit Hilfe der Stromschiene 44 direkt mit dem Kathodenanschluß 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 Halbleiterschaltelementes 18 verbunden. Auch bei diesem Stromkreis 6 bilden die Stromschienen 42 und 44 eine Doppelschiene, wobei die Stromschienen 42 und 44 eben­ falls eng benachbart und durch die Isolation 38 vonein­ ander elektrisch getrennt sind. Gemäß dem Stromkreis 8 nach Fig. 1 ist der Kathodenanschluß 56 des aktiven Halb­ leiterschaltelementes 10 mittels einer Stromschiene 34 mit dem Anodenanschluß 58 des aktiven Halbleiterschalt­ elementes 18 verbunden. Der Kathodenanschluß 60 dieses aktiven Halbleiterschaltelementes 18 ist mittels der Stromschiene 44 mit dem Kathodenanschluß 62 der Diode 20 verbunden, deren Anodenanschluß 64 mittelbar mit dem Kathodenanschluß 54 der Diode 16 verbunden ist. Der Anodenanschluß 52 dieser Diode 16 ist mittels der Strom­ schiene 40 über den Kondensator 14 mit dem Anodenanschluß 50 des aktiven Halbleiterschaltelementes 10 verbunden. Die Stromschienen 40 und 44 bilden ebenfalls eine Doppel­ schiene. 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 vonein­ ander elektrisch getrennt. Deshalb ist der Abstand zwi­ schen den Stromschienen 40 und 44 der Doppelschiene des Stromkreises 8 doppelt so groß wie der Abstand der Strom­ schienen 40 und 44 der Doppelschiene des Stromkreises 4 bzw. der Abstand der Stromschienen 42 und 44 der Doppel­ schiene des Stromkreises 6. Dadurch ist die Eigeninduk­ tivität 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 Doppel­ schiene des Stromkreises 4 bzw. 6 ist eine vierte Strom­ schiene 46 auf die Stromschiene 40 aufgeschichtet, wobei die Stromschienen 40 und 46 durch eine Isolation 38 von­ einander 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 Doppel­ schienen für jeden Stromkreis 4, 6 und 8 gleich, wodurch die Eigeninduktivitäten der einzelnen Doppelschienen gleich sind. Somit erhält man eine Verschienung 36 für eine schnelle Schaltungsanordnung 2 mit mehreren abhän­ gigen Stromkreisen 4, 6 und 8, deren Eigeninduktivität sehr niedrig ist. Da die äußeren Stromschienen 44 und 46 der Verschienung 36 das gleiche Potential aufweisen, ver­ einfacht sich der mechanische Aufbau der Schaltungsan­ ordnung 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 räum­ lich von den Beschaltungselementen, nämlich den Konden­ satoren 12 und 14 und den Dioden 16 und 20, getrennt angeordnet, daß als Verbindung eine geradlinig ausge­ streckte Verschienung 36 vorgesehen ist. Dadurch verein­ facht 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.

Claims (1)

1. Niederinduktive Verschienung (36) mit mehreren auf­ einandergeschichteten jeweils durch eine Isolation (38) voneinander elektrisch getrennten Stromschienen (40, 42, 44, 46) für eine schnelle in Modulbauweise aufgebaute Schaltungsanordnung (2), bestehend aus mehreren Strom­ kreisen (4, 6, 8) mit gemeinsamen Bauelementen, da­ durch gekennzeichnet, daß bei n Stromkreisen (4, 6, 8) wenigstens n+1 Stromschienen (40, 42, 44, 46) vorgesehen sind, die Bauelemente der Strom­ kreise (4, 6, 8) miteinander verbinden, wobei die beiden äußeren Stromschienen (44, 46) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.