Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine leistungselektronische Schaltung für einen Inverter, insbesondere für einen Inverter eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs, umfassend zumindest einen Zwischenkreiskondensator sowie zumindest ein Leis tungsmodul mit zumindest einem Leistungshalbleiter, wobei der Zwischenkreis kondensator über zumindest zwei Stromschienen mit dem Leistungshalbleiter des Leistungsmoduls elektrisch verbunden ist.

Stand der Technik

Nach aktuellem Stand der Technik werden Invertern Halbbrückenmodule oder dreiphasige Module eingesetzt. Diese werden in der Regel über nebeneinander verlaufende Stromschienen direkt mit einem Zwischenkreiskondensator verbun den. Der Abstand zwischen den Stromschienen wird dabei aufgrund von parasitä ren Induktivitäten so gering wie möglich gehalten. Diese parasitäre Induktivität verursacht insbesondere bei schnell schaltenden Leistungshalbleitern große Spannungsspitzen („Spannungsüberschwinger“) beim (Ab-)Schaltvorgang. Aus diesem Grund muss die Schaltgeschwindigkeit begrenzt werden, damit die Sperr spannung der Leistungshalbleiter nicht erreicht bzw. überschritten wird. Da sich die Schaltverluste aus dem Produkt aus Strom und Spannung im Schaltvorgang errechnen, liefern solche Spannungsüberschwinger einen maßgeblichen Beitrag zu den Schaltverlusten. Zusätzlich limitiert die parasitäre Induktivität die Schaltge schwindigkeiten, da eine größere Induktivität zu einer größeren Schwingneigung führt. Bei Verwendung herkömmlicher IGBTs auf Siliziumbasis können die zuvor be schriebenen Phänomene beherrscht werden. Bei SiC- oder GaN- Leistungshalbleitern werden wesentlich höhere Schaltgeschwindigkeiten erreicht und die Spannungsüberschwinger führen beim (Ab-)Schalten zu massiven Ein schränkungen, so dass das Potential der SiC- oder GaN-Leistungshalbleiter nicht vollständig ausgenutzt werden kann.

Aus der Druckschrift EP 0 166968 A1 ist ein Halbleiter-Modul für eine schnelle Schaltanordnung bekannt mit einem aktiven Halbleiterschaltelement und einer Freilaufdiode, die in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet sind, sowie mit ei nem gemeinsamen Lastanschluss von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode. Das Halbleiterschaltelement und die Freilaufdiode werden bezogen auf den ge meinsamen Lastanschluss gleichsinnig von Strom aus einer Gleichspannungs quelle durchflossen, die an die jeweils anderen Anschlüsse von Halbleiterschalt element und Freilaufdiode angeschlossen ist; wobei die jeweils anderen An schlüsse von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode jeweils mit einer von zwei durch eine Isolierschicht getrennten Leiterschichten verbunden sind, die in unmit telbarer Nachbarschaft von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode angeordnet sind und vom Laststrom gleichsinnig durchflossen werden. Insoweit es sich dabei um eine spezielle modulinterne Verschaltung handelt, bleiben modulexterne Streuinduktivitäten unberücksichtigt und können sich dementsprechend nachteilig auf das Schaltverhalten des Halbleiter-Moduls auswirken.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung leistungselektronische Schaltung bereitzustel len, bei der die Summe der parasitären Induktivitäten bzw. die Gesamt- Streuinduktivität verringert wird.

Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Eine erfindungsgemäße leistungselektronische Schaltung ist insbesondere für den Einsatz in einem Inverter eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs vorgesehen.

Die leistungselektronische Schaltung umfasst entsprechend der vorliegenden Erfindung zumindest einen Zwischenkreiskondensator sowie zumindest ein Leis tungsmodul mit zumindest einem Leistungshalbleiter, wobei der Zwischenkreis kondensator über zumindest zwei Stromschienen mit dem Leistungshalbleiter des Leistungsmoduls elektrisch verbunden ist.

Die Stromschienen sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie bereichs weise flächig-parallel geführt sind und lediglich im Bereich in welchem die Verbin dung zu dem Leistungshalbleiter des Leistungsmodul gesetzt ist, nebeneinander angeordnet sind.

Weiterhin erfindungsgemäß ist zumindest in dem Bereich, in dem die Stromschie nen flächig-parallel geführt sind zwischen den Stromschienen ein Isolationsmittel eingebracht.

Bevorzugt ist das Isolationsmittel als Folie, wie beispielsweise als Kapton®-Folie, ausgebildet.

Das Leistungsmodul umfasst zumindest eine Halbbrückenschaltung, wobei die Halbbrückenschaltung zwei Leistungshalbleiter aufweist.

Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der leistungselektronischen Schal tung ist es möglich die Streuinduktivität zu minimieren. Dies ist erforderlich, um höhere Schaltflanken und damit auch höhere Schaltfrequenzen zu ermöglichen, wovon insbesondere Technologien wie auf SiC- und GaN-basierte Leistungshalb- leiter profitieren, und Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades zu erzielen sowie Spannungsüberschwinger zu reduzieren.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Verbindung zwischen einem Zwischenkreiskondensator und einem Leistungsmodul.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Verbindung zwischen einem

Zwischenkreiskondensator und einem Leistungsmodul entlang der Schnittebene S gemäß Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine beispielhafte leistungselektronische Schaltung 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Die leistungselektronische Schaltung 1 umfasst einen Zwischenkreiskonden sator 2 sowie ein Leistungsmodul 3.

Eine Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) ist über zwei Stromschienen, näm lich eine erste Stromschiene 4 und eine zweite Stromschiene 5, mit einem zwei- phasigen Gleichspannungseingang des Leistungsmoduls 3 verbunden. Weiterhin ist der Zwischenkreiskondensator 2 mit dem Gleichspannungseingang des Leis- tungsmoduls 3 elektrisch gekoppelt.

Das Leistungsmodul 3 weist drei Halbbrückenschaltungen auf, wobei jede Halb brückenschaltung zwei Leistungshalbleiter, auch Halbleiterschalter genannt, auf weist (nicht dargestellt). Eine derartige Ausführung mit drei Halbbrückenschaltun gen stellt jedoch lediglich eine beispielhafte Ausführungsform dar - es sind auch Schaltungen mit beispielsweise zwei, vier, fünf, sechs oder einer beliebigen ande ren Anzahl an Halbbrückenschaltungen denkbar.

Bei den Leistungshalbleitern handelt es sich beispielsweise um Bipolare Transisto ren mit isolierter „Gate“-Elektrode (IGBTs), Metalloxid-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), beispielswiese basierend auf Si-, SiC- oder GaN-Technologie. Auch andere bekannte Leistungshalbleiter kommen für die Anwendung in Betracht.

Sämtliche Halbbrückenschaltungen sind an einem Anschluss über die erste Stromschiene 4 mit einem Anschluss des Zwischenkreiskondensators 2 elektrisch verbunden und an einem anderen Anschluss über die zweite Stromschiene 5 mit einem weiteren Anschluss des Zwischenkreiskondensators 2 elektrisch verbun den. Jeweilige Knotenpunkte der Halbbrückenschaltungen können jeweils über eine Wechselspannungsleitung mit beispielsweise einem Phasenanschluss einer elektrischen Maschine elektrisch verbunden werden.

Die Leistungshalbleiter der Halbbrückenschaltungen werden über eine Steuerein heit angesteuert.

Im elektrischen Betrieb weisen die beiden Stromschienen, nämlich die erste Stromschiene 4 und die zweite Stromschiene 5, zueinander ein unterschiedliches Potential P+, P- auf. Die Stromschienen 4, 5 sind derart ausgebildet, dass sie bereichsweise flächig parallel geführt sind und lediglich im Bereich in welchem die Verbindung zu dem Leistungsmodul 3 gesetzt ist, nebeneinander angeordnet sind. Dabei sind die Stromschienen 4, 5 erfindungsgemäß entlang einer Anschlussebene 7 angeordnet und auf einer Anschlussseite 8 der Anschlussebene 7 mit dem zweiphasigen Gleichspannungseingang des Leistungsmoduls 3 elektrisch leitend verbunden.

In dem Bereich, in dem die Stromschienen 4, 5 flächig-parallel geführt sind, ist zwischen den Stromschienen 4, 5 ein Isolationsmittel 6 eingebracht. Das Isolati onsmittel 6 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Kapton®-Folie ausge bildet. Das Isolationsmittel 6 hat die Aufgabe die beiden Stromschienen 4, 5 ge geneinander elektrisch zu isolieren.

Bezuqszeichenliste

1 Leistungselektronische Schaltung

2 Zwischenkreiskondensator

3 Leistungsmodul

4 Erste Stromschiene

5 Zweite Stromschiene

6 Isolationsmittel

7 Anschlussebene

8 Anschlussseite

P+, P- Potential (der Stromschiene)

S Schnittebene