DE102006016501A1 - Power semiconductor module e.g. insulated gate bipolar transistor six pack, for use in condenser less voltage link frequency converter, has one connection pin connected with negative direct current cable using additional cable - Google Patents

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Abstract

The module three phase bridge circuit whose bridge strands (20, 22, 24) are short circuited using a shorted bridge and connected with an alternating voltage sided connection pin (L1) of the module, in an electrically conducting manner. Alternating sided connection pins (L2, L3) of the module are separated from corresponding the bridge strands (22, 24). The connection pin (L3) is connected with a negative direct current cable (6) using an additional cable in an electrically conducting manner. An independent claim is also included for a solar-inverter with a condenser less voltage link frequency converter.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungshalbleitermodul und auf einen Solar-Wechselrichter.The The invention relates to a power semiconductor module and a solar inverter.

Im Handel sind Leistungshalbleitermodule erhältlich, deren Anschlussstifte entlang einer umlaufenden Seitenwand oder mittig auf diesem Modul angeordnet sind. Mit diesen Anschlussstiften sind die im Innern des Leistungshalbleitermoduls angeordneten Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden. Welcher Anschlussstift mit welchem Anschluss eines im Innern des Moduls angeordneten Halbleiterchips verbunden ist, kann einer Pinbelegung dieses Leistungshalbleitermoduls entnommen werden.in the Trading semiconductor power modules are available, their pins along a circumferential side wall or in the middle of this module are arranged. These pins are inside of the power semiconductor module arranged semiconductor chips electrically conductively connected. Which pin with which connection a arranged in the interior of the module semiconductor chip is, can be taken from a pin assignment of this power semiconductor module become.

Die Halbleiterchips in einem Leistungshalbleitermodul können in einer B6-Brückenschaltung, in einer B2-Brückenschaltung, in einer Brückenzweigschaltung oder einzeln angeordnet sein. Wenn die Halbleiterchips, beispielsweise abschaltbare Halbleiter, eines Leistungshalbleitermoduls in einer B6-Brückenschaltung verschaltet sind, so wird dieses Leistungshalbleitermodul als "Sixpack" bezeichnet. Die Bezeichnung für das Leistungshalbleitermodul mit einer internen B2-Brückenschaltung wird als "Fourpack" bezeichnet. Weist das Leistungshalbleitermodul Halbleiterchips auf, die zu einer Brückenzweigschaltung verschaltet sind, so wird dieses Leistungshalbleitermodul als "Dual-Modul" bezeichnet. In Abhängigkeit der verwendeten Halbleiterchips (Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT)) und einer Spannungsklasse wird ein Sixpack beispielsweise als 600V IGBT-Sixpack bezeichnet.The Semiconductor chips in a power semiconductor module can be used in a B6 bridge circuit, in a B2 bridge circuit, in a bridge branch circuit or arranged individually. If the semiconductor chips, for example turn-off semiconductor, a power semiconductor module in one B6 bridge circuit are interconnected, this power semiconductor module is referred to as a "six-pack". The name for the Power semiconductor module with an internal B2 bridge circuit is called a "fourpack". has the power semiconductor module on semiconductor chips, leading to a bridge branch circuit are interconnected, this power semiconductor module is referred to as a "dual module". Dependent on the semiconductor chips used (Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)) and a voltage class becomes a six-pack, for example referred to as 600V IGBT six-pack.

In der 1 ist beispielsweise ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Leistungshalbleitermoduls 2, insbesondere eines IGBT-Sixpacks, näher dargestellt. Gemäß der Bezeichnung "Sixpack" weist dieses Leistungshalbleitermodul 2 sechs abschaltbare Halbleiterschalter T1,..., T6, insbesondere IGBTs, auf, die in einer B6-Brückenschaltung miteinander verschaltet sind. Jedem abschaltbaren Halbleiterschalter T1,..., T6 ist eine Diode D1,..., D6 elektrisch antiparallel geschaltet. Eine positive Gleichstromleitung 4 dieser B6-Brückenschaltung ist mit einem Anschlusspin DC+, wogegen seine negative Gleichstromleitung 6 mit einem Anschlusspin DC– elektrisch leitend verbunden ist. Jeweils ein Verbindungspunkt 8, 10 oder 12 jeweils eines Brückenzweiges 14, 16 oder 18 ist mittels einer Wechselstromleitung 20, 22 oder 24 mit einem Anschlussein L1, L2 oder L3 elektrisch leitend verbunden. Diese Wechselstromleitungen 20, 22 und 24 werden auch jeweils als Brückenstrang bezeichnet. Außerdem weist dieses Leistungshalbleitermodul 2 noch jeweils zwei Anschlusspins G1, E1; G2, E2; G3, E3; G4, E4; G5, E5 und G6, E6 auf, die intern jeweils mit den beiden Steueranschlüssen eines jeden abschaltbaren Halbleiterschalters T1,..., T6 elektrisch leitend verbunden sind.In the 1 is, for example, an electrical equivalent circuit diagram of a power semiconductor module 2 , In particular, an IGBT six-pack, shown in more detail. According to the term "six-pack", this power semiconductor module has 2 six turn-off semiconductor switches T1, ..., T6, in particular IGBTs, which are interconnected in a B6 bridge circuit. Each turn-off semiconductor switch T1, ..., T6, a diode D1, ..., D6 is electrically connected in anti-parallel. A positive DC line 4 This B6 bridge circuit is connected to a pin DC +, whereas its negative DC line 6 DC-electrically connected to a terminal pin. One connection point each 8th . 10 or 12 each of a bridge branch 14 . 16 or 18 is by means of an AC power line 20 . 22 or 24 electrically connected to a terminal L1, L2 or L3. These AC power lines 20 . 22 and 24 are also referred to as a bridge strand. In addition, this power semiconductor module has 2 in each case two connection pins G1, E1; G2, E2; G3, E3; G4, E4; G5, E5 and G6, E6, which are internally electrically connected in each case with the two control terminals of each turn-off semiconductor switch T1, ..., T6.

Die verwendeten IGBT-Chips für die abschaltbaren Halbleiterschalter T1,..., T6 und die verwendeten Dioden-Chips für die vorhandenen Dioden D1,..., D6 sind jeweils unterschiedlich dimensioniert, wobei die Dimensionierung von der Funktion des Leistungshalbleitermoduls 2 abhängt. Wird das Leistungshalbleitermodul 2 als Wechselrichtermodul 28 (2) verwendet, so sind diese IGBT-Chips auf eine hohe Pulsfrequenz, beispielsweise mehrere kHz, ausgelegt und die zugehörigen Dioden-Chips werden als Freilaufdioden verwendet. Wird das Leistungshalbleitermodul 2 als Einspeisemodul 30 (2) verwendet, werden die IGBT-Chips mit der Netzfrequenz getaktet und die Dioden-Chips werden als Netzdioden eingesetzt.The IGBT chips used for the turn-off semiconductor switches T1, ..., T6 and the diode chips used for the existing diodes D1, ..., D6 are each dimensioned differently, the dimensioning of the function of the power semiconductor module 2 depends. Will the power semiconductor module 2 as inverter module 28 ( 2 ), these IGBT chips are designed for a high pulse frequency, for example several kHz, and the associated diode chips are used as freewheeling diodes. Will the power semiconductor module 2 as feed module 30 ( 2 ), the IGBT chips are clocked at line frequency and the diode chips are used as line diodes.

In der 2 ist ein Ersatzschaltbild eines kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters 26 dargestellt, der ein Leistungshalbleitermodul 2 gemäß 1 einerseits als Wechselrichtermodul 28 und andererseits als Einspeisemodul 30 verwendet. Die Anschlusspins G1, E1;...; G6, E6 der abschaltbaren Halbleiterschalter T1,..., T6 des als Wechselrichtermodul 28 verwendeten Leistungshalbleitermoduls 2 sind mit einer Steuer- und Regeleinrichtung 32 verbunden, wogegen die Anschlusspins L1, L2 und L3 mit Messwiderständen 34, 36 und 38 verknüpft sind. Die freien Enden dieser Messwiderstände 34, 36 und 38, auch als Shunts bezeichnet, bilden jeweils einen lastseitigen Wechselspannungs-Anschluss U, V und W des kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters 26. An diesen Anschlüssen U, V und W ist in diesem Ersatzschaltbild ein Drehstrommotor 40 angeschlossen. Das Wechselrichtermodul 28, die Steuer- und Regeleinrichtung 32 und die Shunts 34, 36 und 38 bilden einen lastseitigen Stromrichter 42 des kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters 26. Ein netzseitiger Stromrichter 44 dieses kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters 26 weist neben dem als Einspeisemodul 30 verwendete Leistungshalbleitermodul 2 eine Steuereinrichtung 46 und ein Filter 48 auf.In the 2 is an equivalent circuit diagram of a capacitor-less voltage source inverter 26 shown, which is a power semiconductor module 2 according to 1 on the one hand as inverter module 28 and on the other hand as a feed module 30 used. The connection pins G1, E1; ...; G6, E6 of the turn-off semiconductor switches T1, ..., T6 of the inverter module 28 used power semiconductor module 2 are with a control and regulating device 32 whereas the connection pins L1, L2 and L3 have measuring resistors 34 . 36 and 38 are linked. The free ends of these measuring resistors 34 . 36 and 38 , also referred to as shunts, each form a load-side AC voltage terminal U, V and W of the capacitor-less voltage source inverter 26 , At these terminals U, V and W is in this equivalent circuit, a three-phase motor 40 connected. The inverter module 28 , the control equipment 32 and the shunts 34 . 36 and 38 form a load-side converter 42 of the capacitor-free voltage source inverter 26 , A mains-side power converter 44 this capacitor-less voltage source inverter 26 points next to the as feed module 30 used power semiconductor module 2 a control device 46 and a filter 48 on.

Das Filter 6, das drei elektrisch in Stern geschaltete Kondensatoren C1, C2 und C3 aufweist, ist an den Anschlusspins L1, L2 und L3 des Einspeisemoduls 30 angeschlossen. Ebenso sind diese Anschlusspins L1, L2 und L3 mit netzseitigen Wechselspannungs-Anschlüssen R, S und T des kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters 26 elektrisch leitend verbunden. Das Filter 48 weist außerdem noch Dämpfungs-Widerstände R1, R2 und R3 auf, die jeweils elektrisch in Reihe zu einem Kondensator C1, C2 und C3 geschaltet sind. Die Kondensatoren C1, C2 und C3 dieses Filters 48 können auch in Dreieck geschaltet sein.The filter 6 , which has three capacitors C1, C2 and C3 electrically connected in star, is connected to the connection pins L1, L2 and L3 of the supply module 30 connected. Likewise, these connection pins L1, L2 and L3 with line-side AC terminals R, S and T of the capacitor-less voltage source inverter 26 electrically connected. The filter 48 also has damping resistors R1, R2 and R3, which are each electrically connected in series with a capacitor C1, C2 and C3. The capacitors C1, C2 and C3 of this filter 48 can also be connected in delta.

Die Steuereinrichtung 46 erzeugt Steuersignale, die die abschaltbaren Halbleiterschalter T1,..., T6, insbesondere Leistungshalbleiterschalter, des Einspeisemoduls 30 derart ansteuern, dass diese jeweils leitend werden, wenn jeweils die korrespondierenden antiparallel geschalteten Dioden D1,..., D6 leitend sind. Das heißt, dass jeweils zu den natürlichen Kommutierungszeitpunkten (Schnittpunkt zweier Phasenspannungen; Amplitude einer verketteten Netzspannung ist gleich Null) ein Ansteuersignal generiert wird. Somit ist jeder abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter T1,..., T6 dieses Einspeisemoduls 30 während der Stromführungszeiten korrespondierenden Dioden D1,..., D6 leitend geschaltet. Durch diese netzfrequente Steuerung der abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter T1,..., T6 des Einspeisemoduls 30 ist dieser netzseitige Stromrichter 44 zu jeder Zeit rückspeisefähig. Dieser netzseitige Stromrichter 44 wird wegen seiner netzfrequenten Taktung auch als netzgeführter, gesteuerter Stromrichter 30 bezeichnet. Eine Ausführungsform der Steuereinrichtung 46 ist beispielsweise der DE 199 13 634 A1 zu entnehmen.The control device 46 generates control signals which the turn-off semiconductor switches T1, ..., T6, in particular power semiconductor switch, the feed module 30 such that they each become conductive, if in each case the corresponding anti-parallel connected diodes D1, ..., D6 are conductive. This means that a drive signal is generated in each case at the natural commutation times (point of intersection of two phase voltages, amplitude of a chained mains voltage is equal to zero). Thus, each turn-off power semiconductor switch T1, ..., T6 this feed module 30 during the current carrying times corresponding diodes D1, ..., D6 turned on. Through this power-frequency control of the turn-off power semiconductor switches T1, ..., T6 of the supply module 30 is this network-side converter 44 Regenerative at any time. This network-side converter 44 because of its power frequency clocking as a grid-controlled, controlled power converter 30 designated. An embodiment of the control device 46 is for example the DE 199 13 634 A1 refer to.

Dieser netzseitige Stromrichter 44 und der lastseitige Stromrichter 42 des kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters 26 sind gleichspannungsmäßig direkt miteinander elektrisch leitend verbunden. Das heißt, die Anschlusspins DC+ bzw. DC– des Einspeisemoduls 30 und des Wechselrichtermoduls 28 sind jeweils mittels einer Gleichstromschiene 50 bzw. 52 miteinander elektrisch leitend verbunden. Zur Unterstützung der Kommutierungen der abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter T1,..., T6 des Wechselrichtermoduls 28 ist ein Kondensator CDC vorgesehen. Dieser Kommutierungs-Kondensator CDC ist als Folienkondensator ausgeführt und ist direkt mit dem Wechselrichtermodul 28 verknüpft.This network-side converter 44 and the load-side converter 42 of the capacitor-free voltage source inverter 26 are DC voltage directly electrically connected to each other. That is, the connection pins DC + or DC- of the supply module 30 and the inverter module 28 are each by means of a DC bus 50 respectively. 52 electrically connected to each other. To support the commutations of the turn-off power semiconductor switches T1, ..., T6 of the inverter module 28 a capacitor C DC is provided. This commutation capacitor C DC is designed as a film capacitor and is directly connected to the inverter module 28 connected.

Ein derartiger kondensatorloser Spannungszwischenkreis-Umrichter 26 ist aus der Veröffentlichung mit dem Titel "Fundamental Frequency Front End Converter (F3E) – a DC-link drive converter without electrolytic capacitor" bekannt, die im Konferenzband der Fachmesse "PCIM 2003" veröffentlicht ist. Gemäß dieser Veröffentlichung wird der netzseitige Stromrichter, der aus dem netzfrequent gesteuerten Einspeisemodul 30 und dem Filter 48 besteht, als F3E-Stromrichter bezeichnet.Such a capacitor-free voltage source inverter 26 is from the publication entitled "Fundamental Frequency Front End Converter (F 3 E) - a DC-link drive converter without electrolytic capacitor" known which is published in the Proceedings of the trade fair "PCIM 2003". According to this publication, the grid-side converter, which consists of the power-frequency controlled feed module 30 and the filter 48 exists, referred to as F 3 E power converters.

Im Handel sind neben diesem kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichter 26 auch Solar-Wechselrichter erhältlich, mit dessen Hilfe eine von einer regenerativen Energiequelle, beispielsweise einem Solargenerator, erzeugte Energie in ein Netz, insbesondere Drehstromnetz, gespeist werden kann. Ein derartig im Handel erhältlicher Solar-Wechselrichter weist einen selbstgeführten Pulsstromrichter auf, der wechselspannungsseitig mittels einer mehrphasigen Drosselschaltung mit einem die regenerative Energie aufnehmenden Netz verknüpft ist. Gleichspannungsseitig ist diesem selbstgeführten Pulsstromrichter wenigstens ein Elektrolytkondensator elektrisch parallel geschaltet. Die Steuereinrichtung dieses selbstgeführten Pulsstromrichters ist steuerungsseitig jeweils mit einem Steuereingang der abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter des selbstgeführten Pulsstromrichters elektrisch leitend verbunden, wobei eingangsseitig ermittelte Phasenspannungen und Phasenströme des energieaufnehmenden Netzes anstehen.In the trade are next to this capacitor-less voltage source inverter 26 Also solar inverter available, with the help of one of a regenerative energy source, such as a solar generator, generated energy in a network, in particular three-phase network, can be fed. Such a commercially available solar inverter has a self-commutated pulse converter, the AC side is connected by means of a multi-phase choke circuit with a regenerative energy receiving network. On the DC voltage side, at least one electrolytic capacitor is electrically connected in parallel with this self-commutated pulse-controlled converter. The control device of this self-commutated pulse converter is on the control side electrically connected to a respective control input of the turn-off power semiconductor switch of the self-commutated pulse converter, wherein the input side detected phase voltages and phase currents of the energy-absorbing network are pending.

Durch die Verwendung eines Elektrolytkondensators bei einem derartigen im Handel erhältlichen Solar-Wechselrichter ist die Lebensdauer dieses Solar-Wechselrichters begrenzt. Diese Lebensdauer ist nur einige 10.000 Betriebsstunden lang. Außerdem benötigt dieser Solar-Wechselrichter Netzdrosseln, die einen nicht zu vernachlässigenden Platz beanspruchen. Ferner ist die Steuereinrichtung aufwändig und damit kostenintensiv.By the use of an electrolytic capacitor in such commercially available Solar Inverter is the life of this solar inverter limited. This lifetime is only a few 10,000 hours of use long. Furthermore needed this solar inverter mains chokes, which is a not negligible place claim. Furthermore, the control device is expensive and thus costly.

Solche im Handel erhältlichen Solar-Wechselrichter verwenden beispielsweise einen Wechselrichter einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung, die auch als USV-Einrichtung bezeichnet wird. Dadurch werden für die Entwicklung eines Solar-Wechselrichters Kosten eingespart. Eine solche zweite Verwendung eines Wechselrichters einer USV-Einrichtung bietet sich an, da einerseits der Wechselrichter der USV-Einrichtung ebenfalls Energie aus einer Batterie in ein Netz speist und zweitens die USV-Einrichtung aus einzelnen Komponenten wie Gleichrichter, Spannungszwischenkreis und Wechselrichter aufgebaut ist, wodurch diese auch als Komponenten zur Verfügung stehen.Such commercially available For example, solar inverters use an inverter an uninterruptible power supply device that also is referred to as UPS device. This will be for the development of a Solar inverter costs saved. Such a second use an inverter of a UPS device is useful because on the one hand the inverter of the UPS device also energy from a Battery in a network feeds and secondly the UPS device individual components such as rectifier, voltage intermediate circuit and inverter is constructed, making them as components to disposal stand.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Leistungshalbleitermodul anzugeben, mit dem aus einem bekannten kon densatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichter mit einem Fundamental Frequency Front End ohne großen Aufwand ein Solar-Wechselrichter erstellt werden kann.Of the The invention is based on the object, a power semiconductor module specify with the from a known kon capacitor-less voltage source inverter with a fundamental frequency front end without much effort Solar inverters can be created.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved.

Das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul unterscheidet sich von einem bekannten Leistungshalbleitermodul in der Ausführungsform "Sixpack" dadurch, dass die abschaltbaren Halbleiterschalter der oberen Brückenseite der B6-Brückenschaltung nicht mehr vorhanden sind, dass die Wechselstromleitungen, die jeweils einen Verbindungspunkt eines jeden Brückenzweiges mit einem wechselspannungsseitigen Anschlusspin verbinden, kurzgeschlossen sind, und dass von diesen drei Anschlussgins nur der erste Anschlusspin mit den kurzgeschlossenen Wechselstromleitungen und der dritte Anschlusspin mittels einer zusätzlichen Leitung mit der negativen Gleichstromleitung verbunden sind. Der zweite Anschlusspin bleibt frei.The power semiconductor module according to the invention differs from a known power semiconductor module in the "six-pack" embodiment in that the turn-off semiconductor switches of the upper bridge side of the B6 bridge circuit are no longer present, the AC lines each connecting a connection point of each bridge branch to an AC-side terminal pin, of these three terminal gins, only the first terminal pin with the shorted AC lines and the third terminal pin with an additional line to the negative DC line are connected. The second connection pin remains free.

Durch diese erfindungsgemäße Modifikation eines herkömmlichen IGBT-Leistungshalbleitermoduls in der Ausführungsform "Sixpack" erhält man ein Sixpack-Modul mit unveränderter Pinbelegung, das funktionell ein Stellglied für einen Hochsetzsteller aufweist. Dadurch kann dieses erfindungsgemäße IGBT-Leistungsmodul das als Wechselrichtermodul 28 verwendete handelsübliche IGBT-Sixpack-Leistungsmodul in einem lastseitigen Stromrichter eines kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters ersetzen.This modification according to the invention of a conventional IGBT power semiconductor module in the "six-pack" embodiment results in a six-pack module with unchanged pin assignment, which functionally has an actuator for a step-up converter. As a result, this inventive IGBT power module can be used as the inverter module 28 replace the commercially available IGBT six-pack power module in a load-side converter of a capacitor-less voltage source inverter.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Leistungshalbleitermoduls sind den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.advantageous embodiments of the power semiconductor module are the dependent claims 2 to 5 to remove.

Wird dieses erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul an Stelle eines herkömmlichen IGBT-Sixpack-Leistungsmoduls eines lastseitigen Stromrichters eines kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters angeordnet, so muss ebenfalls die Steuer- und Regeleinrichtung des Wechselrichtermoduls durch eine Steuereinrichtung für einen Hochsetzsteller ersetzt werden. Lastseitig muss nur noch eine Reihenschaltung zweier Speicherelemente eines Hochsetzstellers, nämlich eine Speicherdrossel und ein Glättungskondensator, elektrisch parallel zu zwei lastseitigen Wechselspannungs-Anschlüssen geschaltet werden, um aus einem kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichter der Antriebstechnik einen Solar-Wechselrichter zu generieren. Elektrisch parallel zum Glättungskondensator kann dann eine regenerative Energiequelle, beispielsweise ein Solargenerator, angeschlossen werden.Becomes this power semiconductor module according to the invention in place of a conventional one IGBT six-pack power module of a load-side converter of a Condenserless voltage source inverter arranged so also needs the control of the inverter module by a control device for a boost converter to be replaced. On the load side, only one has to be left Series connection of two memory elements of a boost converter, namely a storage choke and a smoothing capacitor, electrically connected in parallel with two load-side AC voltage connections be to get out of a capacitor-less voltage source converter drive technology to generate a solar inverter. Electrically parallel to smoothing capacitor can then be a regenerative energy source, for example a solar generator, be connected.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls kann somit ein kondensatorloser Spannungszwischenkreis-Umrichter der Antriebstechnik ohne großen Aufwand in einen Solar-Wechselrichter umgebaut werden, wobei der Kostenaufwand minimal ist. Außerdem wird durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters der Aufwand für die Entwicklung eines Solar-Wechselrichters erheblich reduziert. Diese Einsparungen können an die Kunden weitergegeben werden, so dass der Verkaufspreis eines derartigen Solar-Wechselrichters erheblich niedriger ist, als ein im Handel erhältlicher Solar-Wechselrichter.With Help of the power semiconductor module according to the invention Thus, a capacitor-free voltage source inverter of the drive technology without big ones Effort to be converted into a solar inverter, the Cost is minimal. Furthermore is achieved by the use of a capacitor-less voltage source inverter according to the invention the effort for significantly reduces the development of a solar inverter. These savings can be passed on to customers, so that the selling price of one such solar inverter is considerably lower than a Commercially available solar inverter.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Solar-Wechselrichters sind den abhängigen Ansprüchen 7 bis 11 zu entnehmen.advantageous embodiments of the solar inverter are the dependent claims 7 to 11 to remove.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls und eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters schematisch veranschaulicht sind.to further explanation The invention is with reference to the drawing, in which an embodiment the power semiconductor module according to the invention and an embodiment a condenserless invention Voltage source inverter are illustrated schematically.

1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines im Handel erhältlichen Leistungshalbleitermoduls in der Ausführungsform "Sixpack", die 1 shows an equivalent circuit diagram of a commercially available power semiconductor module in the embodiment "six-pack", the

2 zeigt ein Ersatzschaltbild eines bekannten kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters, in der 2 shows an equivalent circuit diagram of a known capacitor-less voltage source inverter, in the

3 ist ein Ersatzschaltbild eines Leistungshalbleitermoduls nach der Erfindung veranschaulicht und die 3 an equivalent circuit diagram of a power semiconductor module is illustrated according to the invention and the

4 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Solar-Wechselrichters, der einen kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters mit einem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul als Wechselrichtermodul aufweist. 4 shows an equivalent circuit diagram of a solar inverter having a capacitor-less voltage source inverter with a power semiconductor module according to the invention as the inverter module.

Gemäß dem Ersatzschaltbild nach 3 weist das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul 54 drei abschaltbare Halbleiterschalter T2, T4 und T6 und sechs Dioden D1,..., D6 auf. Diese sechs Dioden D1,..., D6 sind in einer B6-Brückenschaltung miteinander verschaltet. Den drei Dioden D2, D4 und D6 der unteren Brückenseite der B6-Brückenschaltung sind jeweils ein abschaltbarer Halbleiterschalter T2, T4 oder T6 elektrisch parallel geschaltet. Die Kathoden der Dioden D1, D3 und D5 der oberen Brückenseite der B6-Brückenschaltung sind mittels der positiven Gleichspannungsleitung 4 mit dem Anschlusspin DC+ elektrisch leitend verbunden. Die Anoden der Dioden D2, D4 und D6 der unteren Brückenseite der B6-Brückenschaltung sind mittels der negativen Gleichspannungsleitung 6 mit dem Anschlusspin DC– elektrisch leitend verbunden.According to the equivalent circuit diagram 3 has the power semiconductor module according to the invention 54 three turn-off semiconductor switches T2, T4 and T6 and six diodes D1, ..., D6. These six diodes D1,..., D6 are interconnected in a B6 bridge circuit. The three diodes D2, D4 and D6 of the lower bridge side of the B6 bridge circuit each have a turn-off semiconductor switch T2, T4 or T6 are electrically connected in parallel. The cathodes of the diodes D1, D3 and D5 of the upper bridge side of the B6 bridge circuit are by means of the positive DC voltage line 4 electrically connected to the connection pin DC +. The anodes of the diodes D2, D4 and D6 of the lower bridge side of the B6 bridge circuit are by means of the negative DC voltage line 6 electrically connected to the connection pin DC-.

Da gegenüber dem Leistungshalbleitermodul 2 der 1 beim Leistungshalbleitermodul 54 nach der Erfindung die abschaltbaren Halbleiterschalter T1, T3 und T5 der oberen Brückenseite der B6-Brückenschaltung weggelassen sind, existieren auch keine elektrischen Verbindungen zu korrespondierenden Anschlusspins G1, E1; G3, E3 und G5, E5. Außerdem sind gegenüber dem Leistungshalbleitermodul 2 der 1 die Wechselstromleitungen 20, 22 und 24 mittels einer Kurzschlussbrücke 56 kurzgeschlossen. Außerdem sind die Leitungsbereiche der Wechselstromleitungen 22 und 24 zwischen der Kurzschlussbrücke 56 und den Anschlusspins L2 und L3 unterbrochen. Von diesen beiden Anschlusspins L2 und L3 ist nur der Anschlusspin L3 mittels einer zusätzlichen Leitung 58 mit der negativen Gleichstromleitung 6 elektrisch leitend verbunden. Dadurch ist dieser Anschlusspin L3 mit dem Anschlusspin DC– elektrisch leitend verbunden.As compared to the power semiconductor module 2 of the 1 at the power semiconductor module 54 According to the invention, the turn-off semiconductor switches T1, T3 and T5 of the upper bridge side of the B6 bridge circuit are omitted, there are no electrical connections to corresponding terminal pins G1, E1; G3, E3 and G5, E5. In addition, compared to the power semiconductor module 2 of the 1 the AC power lines 20 . 22 and 24 by means of a shorting bridge 56 shorted. In addition, the line sections of the AC lines 22 and 24 between the shorting bridge 56 and the connection pins L2 and L3 interrupted. Of these two connection pins L2 and L3, only the connection pin L3 is connected by means of an additional line 58 with the negative DC line 6 electrically connected. As a result, this connection pin L3 is electrically conductively connected to the connection pin DC.

Ein Vergleich des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls 54 mit dem im Handel erhältlichen Leistungshalbleitermodul 2 zeigt, dass deren Pinbelegung identisch sind. Dadurch kann das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul 54 auch an Stelle des Leistungshalbleitermoduls 2 als Wechselrichtermodul 28 im lastseitigen Stromrichter 42 des kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters 26 gemäß 2 verschaltet werden, ohne dass eine vorhandene Ansteuerplatine neu entflechtet werden muss.A comparison of the power semiconductor module according to the invention 54 with the commercially available power semiconductor module 2 shows that their pinouts are identical. As a result, the power semiconductor module according to the invention 54 also in place of the power semiconductor module 2 as inverter module 28 in the load-side converter 42 of the capacitor-free voltage source inverter 26 according to 2 be interconnected without having to redistribute an existing control board.

In der 4 ist ein Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäen Solar-Wechselrichters dargestellt, der einen kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichter 26 nach 2 aufweist, wobei an Stelle des Leistungshalbleitermoduls 2 nach 1 als Wechselrichtermodul 28 das Leistungshalbleitermodul 54 nach 3 verwendet wird. An Stelle der Steuer- und Regeleinrichtung 32 ist nun eine Steuereinrichtung 60 vorgesehen. Bei dem Austausch der Steuer- und Regeleinrichtung 32 gegen die Steuereinrichtung 60 wird lediglich eine neue Software installiert. D.h., dass beispielsweise an Stelle einer feldorientierten Regelungs-Software mit einer Vektormodulations-Software eine Steuer-Software für einen Hochsetzsteller implementiert wird. Außerdem unterscheidet sich dieser kondensatorlose Spannungszwischenkreis-Umrichter 26 gegenüber der Ausführungsform nach 2 dadurch, dass elektrisch parallel zu den Wechselspannungs-Anschlüssen U und W des Spannungszwischenkreis-Umrichters 26 eine Reihenschaltung einer Speicherdrossel LS und eines Glättungskondensators CG2 geschaltet ist. Elektrisch parallel zum Glättungskondensator CG2 ist eine regenerative Energiequelle 62, beispielsweise ein Solargenerator, geschaltet. Der Glättungskondensator CG2 wird zur Glättung der erzeugten Gleichspannung UDC verwendet, da diese über einen vorbestimmten Zeitbereich (Tagesverlauf) schwankt. Der Kommutierungskondensator CDC des kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters 26 wird in dieser Aus führungsform als Glättungskondensator des Hochsetzstellers verwendet. Der Hochsetzsteller, mit dem eine erzeugte Gleichspannung UDC der regenerativen Energiequelle 62 in eine vorbestimmte Amplitude einer Gleichspannung, beispielsweise die Amplitude einer gleichgerichteten Netzspannung, umgewandelt wird, besteht aus dem Kommutierungskondensator CDC, der Speicherdrossel LS, dem Glättungskondensator CG2 und dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul 54.In the 4 an equivalent circuit diagram of a solar inverter according to the invention is shown, which is a capacitor-less voltage source inverter 26 to 2 has, wherein instead of the power semiconductor module 2 to 1 as inverter module 28 the power semiconductor module 54 to 3 is used. In place of the control and regulating device 32 is now a control device 60 intended. When replacing the control and regulating device 32 against the control device 60 only a new software will be installed. That is, for example, instead of a field-oriented control software with a vector modulation software, a control software for a boost converter is implemented. In addition, this capacitor-less voltage source inverter differs 26 compared to the embodiment according to 2 in that electrically parallel to the AC terminals U and W of the voltage source inverter 26 a series connection of a storage inductor L S and a smoothing capacitor C G2 is connected. Electrically parallel to the smoothing capacitor C G2 is a regenerative energy source 62 , For example, a solar generator, switched. The smoothing capacitor C G2 is used for smoothing the generated DC voltage U DC , since this varies over a predetermined time range (daily variation). The commutation capacitor C DC of the capacitor-less voltage source inverter 26 is used in this embodiment as a smoothing capacitor of the boost converter. The boost converter, with which a generated DC voltage U DC of the regenerative energy source 62 is converted into a predetermined amplitude of a DC voltage, for example, the amplitude of a rectified mains voltage, consists of the commutation capacitor C DC , the storage inductor L S , the smoothing capacitor CG2 and the power semiconductor module according to the invention 54 ,

Damit die Speicherdrossel LS des Hochsetzstellers möglichst ein kleines Bauvolumen einnimmt, damit diese mit geringem Platzbedarf in den kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichter 26, der nun funktionsmäßig einen Solar-Wechselrichter darstellt, integriert werden kann, werden die abschaltbaren Halbleiterschalter T2, T4 und T6 des Leistungshalbleitermoduls 54, die elektrisch parallel geschaltet sind, mit einer hohen Frequenz getaktet. Um eine hohe Taktfrequenz umsetzen zu können, werden für diese abschaltbaren Halbleiterschalter T2, T4 und T6 jeweils ein MOSFET oder ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor, der auch als Junction-Field-Effect-Transistor (JFET) bezeichnet wird, vorgesehen. Damit die Schaltverluste dieser parallel geschalteten abschaltbaren Halbleiterschalter T2, T4 und T6 bei einer hohen Taktfrequenz gering bleiben, werden als abschaltbare Halbleiterschalter T2, T4 und T6 jeweils ein MOSFET bzw. ein JFET aus Siliziumkarbid verwendet. Außerdem können als abschaltbare Halbleiterschalter T2, T4 und T6 wie dargestellt jeweils ein IGBT verwendet werden. Damit diese eine hohe Taktfrequenz umsetzen können, bestehen diese IGBTs aus Silizium und die zugehörigen antiparallel geschalteten Dioden D2, D4 und D6 aus Siliziumkarbid.Thus, the storage inductor L S of the boost converter occupies as small a volume as possible, so that they require little space in the capacitor-less voltage source inverter 26 , which is now functionally a solar inverter, can be integrated, the turn-off semiconductor switches T2, T4 and T6 of the power semiconductor module 54 , which are electrically connected in parallel, clocked at a high frequency. In order to be able to implement a high clock frequency, a MOSFET or a junction field effect transistor, which is also referred to as a junction field effect transistor (JFET), is provided for each of these turn-off semiconductor switches T2, T4 and T6. Thus, the switching losses of these parallel turn-off semiconductor switches T2, T4 and T6 remain low at a high clock frequency, are used as turn-off semiconductor switches T2, T4 and T6 each have a MOSFET or a JFET made of silicon carbide. In addition, can be used as turn-off semiconductor switches T2, T4 and T6 as shown in each case an IGBT. In order for these to be able to implement a high clock frequency, these IGBTs are made of silicon and the associated antiparallel-connected diodes D2, D4 and D6 made of silicon carbide.

Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls 54 bei einem kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichter 26 der Antriebstechnik, erhält man mit der Verschaltung einer Speicherdrossel LS und eines Glättungskondensators CG2 einen kostengünstigen Solar-Wechselrichter, der ohne großen Entwicklungsaufwand erstellt werden kann. Da die ser kondensatorlose Spannungszwischenkreis-Umrichter 26 in der Antriebstechnik zahlreich verwendet wird, ist dieser preiswert zu erstehen, wobei sich dann dieser Einkaufspreis positiv auf den Verkaufspreis des Solar-Wechselrichters auswirken kann.By using the power semiconductor module according to the invention 54 in a capacitor-free voltage source inverter 26 the drive technology, you get with the interconnection of a storage inductor L S and a smoothing capacitor C G2 a cost-effective solar inverter, which can be created without much development effort. Since these condenserless voltage source inverter 26 is widely used in drive technology, this is inexpensive to buy, in which case this purchase price can have a positive effect on the selling price of the solar inverter.

Claims (11)

Leistungshalbleitermodul (54) mit sechs in einer Drehstrom-Brückenschaltung verschalteten Dioden (D1,..., D6), mit drei abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (T2, T4, T6), die jeweils einer Diode (D2, D4, D6) einer unteren Brückenseite der Drehstrom-Brückenschaltung elektrisch parallel geschaltet sind und mit einer einem Sixpack-Leistungshalbleiter-Modul korrespondierenden Pinbelegung, wobei die Brückenstränge (20, 22, 24) der Drehstrom-Brückenschaltung mittels einer Kurzschlussbrücke (56) kurzgeschlossen sind und diese mit einem ersten wechselspannungsseitigen Anschlusspin (L1) des Moduls (54) elektrisch leitend verbunden sind, wobei ein zweiter und ein dritter wechselspannungsseitiger Anschlussein (L2, L3) des Moduls (54) jeweils vom korrespondierenden Brückenstrang (22, 24) getrennt sind und wobei ein dritter wechselspannungsseitiger Anschlusspin (L3) des Moduls (54) mittels einer zusätzlichen Leitung (58) mit einer am Anschlusspin (DC–) angeschlossenen negativen Gleichstromleitung (6) elektrisch leitend verbunden ist.Power semiconductor module ( 54 ) with six in a three-phase bridge circuit connected diodes (D1, ..., D6), with three turn-off power semiconductor switches (T2, T4, T6), each having a diode (D2, D4, D6) a lower bridge side of the three-phase bridge circuit are electrically connected in parallel and with a six-pack power semiconductor module corresponding pin assignment, the bridge strands ( 20 . 22 . 24 ) of the three-phase bridge circuit by means of a short-circuit bridge ( 56 ) are short-circuited and these with a first AC-side terminal pin (L1) of the module ( 54 ) are electrically conductively connected, wherein a second and a third AC-side terminal (L2, L3) of the module ( 54 ) each of the corresponding bridge strand ( 22 . 24 ) and wherein a third AC-side terminal pin (L3) of the module ( 54 ) by means of an additional line ( 58 ) with a negative DC line connected to the terminal pin (DC) ( 6 ) is electrically connected. Leistungshalbleitermodul (54) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Messwiderstände (34, 36, 38) in das Modul (54) integriert sind.Power semiconductor module ( 54 ) according to claim 1, characterized in that measuring resistors ( 34 . 36 . 38 ) in the module ( 54 ) are integrated. Leistungshalbleitermodul (54) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter (T2, T4, T6) jeweils ein selbstsperrender MOS-Feldeffekttransistor aus Siliziumkarbid vorgesehen ist.Power semiconductor module ( 54 ) according to claim 1 or 2, characterized in that as turn-off power semiconductor switch (T2, T4, T6) is provided in each case a self-locking MOS field effect transistor made of silicon carbide. Leistungshalbleitermodul (54) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter (T2, T4, T6) jeweils ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor aus Silizium vorgesehen ist.Power semiconductor module ( 54 ) according to claim 1 or 2, characterized in that as turn-off power semiconductor switch (T2, T4, T6) is provided in each case an insulated gate bipolar transistor made of silicon. Leistungshalbleitermodul (54) nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dioden (D1, D3, D5) der oberen Brückenseite der Drehstrombrückenschaltung aus Silizium und dass die Dioden (D2, D4, D6) der unteren Brückenseite der Drehstrombrückenschaltung aus Siliziumkarbid sind.Power semiconductor module ( 54 ) according to claim 1 and 4, characterized in that the diodes (D1, D3, D5) of the upper bridge side of the three-phase bridge circuit of silicon and that the diodes (D2, D4, D6) of the lower bridge side of the three-phase bridge circuit of silicon carbide are. Solar-Wechselrichter mit einem kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichter (26), der netzseitig einen netzgeführten, gesteuerten Stromrichter (44) und ein Filter (48) und lastseitig einen ein Leistungshalbleitermodul aufweisenden Stromrichter (42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass als Leistungshalbleiermodul des lastseitigen Stromrichters (42) das Leistungshalbleitermodul (54) nach Anspruch 1 vorgesehen ist, dass elektrisch parallel zum ersten und dritten wechselspannungsseitigen Anschlusspin (L1, L3) des Moduls (54) eine Reihenschaltung aus Glättungskondensator (CG2) und Speicherdrossel (LS) geschaltet ist und dass elektrisch parallel zum Glättungskondensator (CG2) eine Gleichspannungsquelle (62) geschaltet ist.Solar inverter with a capacitor-less voltage source converter ( 26 ), the mains side a line-commutated, controlled power converter ( 44 ) and a filter ( 48 ) and load side a power semiconductor module having a power converter ( 42 ), characterized in that as a power semiconductor module of the load-side converter ( 42 ) the power semiconductor module ( 54 ) is provided according to claim 1, that electrically parallel to the first and third AC-side terminal pin (L1, L3) of the module ( 54 ) a series circuit of smoothing capacitor (C G2 ) and storage choke (L S ) is connected and that electrically parallel to the smoothing capacitor (C G2 ) a DC voltage source ( 62 ) is switched. Solar-Wechselrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichspannungsquelle (62) eine regenerative Energiequelle vorgesehen ist.Solar inverter according to claim 6, characterized in that as DC voltage source ( 62 ) a regenerative energy source is provided. Solar-Wechselrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als regenerative Energiequelle ein Solargenerator vorgesehen ist.Solar inverter according to claim 7, characterized that provided as a regenerative energy source, a solar generator is. Solar-Wechselrichter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (48) drei Kondensatoren (C1, C2, C3) aufweist, die in Stern geschaltet sind.Solar inverter according to one of claims 6 to 8, characterized in that the filter ( 48 ) has three capacitors (C1, C2, C3), which are connected in star. Solar-Wechselrichter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (48) drei Kondensatoren (C1, C2, C3) aufweist, die in Dreieck geschaltet sind.Solar inverter according to one of claims 6 to 8, characterized in that the filter ( 48 ) has three capacitors (C1, C2, C3), which are connected in delta. Solar-Wechselrichter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Kondensator (C1, C2, C3) des Filters (48) ein Dämpfungswiderstand (R1, R2, R3) elektrisch in Reihe geschaltet sind.Solar inverter according to one of claims 6 to 8, characterized in that each capacitor (C1, C2, C3) of the filter ( 48 ) a damping resistor (R1, R2, R3) are electrically connected in series.
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