DE102015115140B4 - Power converter arrangement with improved fastening - Google Patents

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Abstract

Stromrichteranordnung (1) aufweisend:wenigstens ein Halbleiterleitermodul (2, 2');wenigstens einen elektrischen Kondensator (7);Befestigungsmittel (12, 13) zur mechanisch haltenden und/oder tragenden Befestigung und elektrischen Kontaktierung des wenigstens einen Halbleitermoduls (2, 2') an dem elektrischen Kondensator (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (12, 13) als Kombination aus Klemmverbindung und Schwalbenschwanzverbindung ausgbildet sind.Power converter arrangement (1) comprising: at least one semiconductor conductor module (2, 2'); at least one electrical capacitor (7); fastening means (12, 13) for mechanically holding and/or supporting fastening and electrical contacting of the at least one semiconductor module (2, 2' ) on the electrical capacitor (7), characterized in that the fastening means (12, 13) are designed as a combination of clamp connection and dovetail connection.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromrichteranordnung. In bestimmten Schaltungsanwendungen ist es erforderlich, einen oder mehrere Halbleiterbauelemente, die auf ein oder mehrere Leistungshalbleitermodule verteilt sind, an einen Kondensator anzuschließen. Bei einem solchen Kondensator kann es sich beispielsweise um einen Zwischenkreiskondensator einer Stromrichteranordnung handeln. In Umrichtern bzw. Frequenzumrichtern sind neben einem Kühlkörper derartige Zwischenkreiskondensatoren für die Zwischenspeicherung von elektrischer Energie vorgesehen, um das Leistungshalbleitermodul mit elektrischer Energie zu versorgen und eine geeignete Kühlung während des Betriebs zu gewährleisten.The invention relates to a power converter arrangement. In certain circuit applications it is necessary to connect one or more semiconductor components, which are distributed among one or more power semiconductor modules, to a capacitor. Such a capacitor can be, for example, an intermediate circuit capacitor of a power converter arrangement. In converters or frequency converters, in addition to a heat sink, such intermediate circuit capacitors are provided for the temporary storage of electrical energy in order to supply the power semiconductor module with electrical energy and to ensure suitable cooling during operation.

Besonders wenn sie für den Betrieb an hohen Spannungen ausgelegt sind und/oder hohe Kapazitäten erfordern, benötigen solche Kondensatoren viel Raumvolumen und sind deshalb außerhalb des Leistungshalbleitermoduls angeordnet und mittels elektrischer Anschlussleitungen an dieses angeschlossen. Die Herstellung einer solchen elektrischen Verbindung erfordert jedoch eine Anzahl von Einzelkomponenten und ist damit aufwändig.Particularly if they are designed for operation at high voltages and/or require high capacities, such capacitors require a lot of space and are therefore arranged outside the power semiconductor module and connected to it by means of electrical connection lines. However, producing such an electrical connection requires a number of individual components and is therefore complex.

Es ist zwar ferner bekannt, einen Kühlkörper als Träger für mehrere Halbleitermodule heranzuziehen, aufgrund des regelmäßig als Material für den Kühlkörper verwendeten Metalls, wie Aluminium oder Kupfer, wird eine solche Lösung jedoch vergleichsweise teuer. Zudem ist eine solche Herangehensweise aufwändig in der Herstellung, da die elektrische Kontaktierung und die mechanische Befestigung auseinander fallen und somit viele Handgriffe bei der Herstellung eines solchen mehrere Halbleitermodule umfassenden Stromrichteranordnung erforderlich sind.Although it is also known to use a heat sink as a support for several semiconductor modules, due to the metal, such as aluminum or copper, that is regularly used as the material for the heat sink, such a solution becomes comparatively expensive. In addition, such an approach is complex to produce, since the electrical contacting and the mechanical fastening fall apart and therefore many steps are required in the production of such a power converter arrangement comprising several semiconductor modules.

DE 10 2008 050 452 A1 offenbart eine Stromrichteranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. DE 10 2008 050 452 A1 discloses a power converter arrangement with the features of the preamble of claim 1.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stromrichteranordnung zu schaffen, die so ausgelegt ist, dass der Montageaufwand insbesondere im Hinblick auf die elektrische und mechanische Befestigung zwischen Halbleitermodul und Kondensator verringert ist und dabei die elektrisch Kontaktierung zuverlässig ist.The object of the present invention is to create a power converter arrangement which is designed in such a way that the assembly effort is reduced, particularly with regard to the electrical and mechanical fastening between the semiconductor module and the capacitor, and the electrical contacting is reliable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stromrichteranordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren des nebengeordneten Anspruchs 13 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.This object is achieved according to the invention by a power converter arrangement with the features according to claim 1 and by a method of the independent claim 13. Further, particularly advantageous embodiments of the invention are disclosed in the subclaims. It should be noted that the features listed individually in the patent claims can be combined with one another in any technically sensible manner and show further refinements of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, particularly in connection with the figures.

Die Erfindung betrifft eine Stromrichteranordnung. Ais Stromrichter werden ruhende elektrische Geräte, das heißt ohne bewegliche Teile, aber nicht notwendig stationär - zur Umwandlung einer eingespeisten elektrischen Stromart (Gleichstrom, Wechselstrom) in die jeweils andere, oder zur Änderung charakteristischer Parameter wie der Spannung und der Frequenz verstanden. Die erfindungsgemäße Stromrichteranordnung weist wenigstens ein Halbleiterleitermodul auf, nachfolgend auch kurz Modul genannt. Als erfindungsgemäßes Halbleitermodul wird ein wenigstens ein durch Anschlusselemente kontaktierbares zum Zwecke zur elektrischen Isolation in einem Gehäuse angeordnetes elektrisches Halbleiterbauelement verstanden. Das Gehäuse ist regelmäßig aus einem Kunststoff hergestellt.The invention relates to a power converter arrangement. Power converters are static electrical devices, i.e. without moving parts, but not necessarily stationary - for converting one type of electrical current (direct current, alternating current) into the other, or for changing characteristic parameters such as voltage and frequency. The power converter arrangement according to the invention has at least one semiconductor conductor module, hereinafter also referred to as module for short. A semiconductor module according to the invention is understood to mean at least one electrical semiconductor component that can be contacted by connecting elements and is arranged in a housing for the purpose of electrical insulation. The housing is regularly made of plastic.

Bevorzugt umfasst das Modul wenigstens ein Halbleiterbauelement ausgewählt aus der Gruppe, welche beinhaltet: ein siliziumgesteuerter Gleichrichter (SCR), Leistungsregler, Leistungstransistor, Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), Leistungsgleichrichter, eine Diode, beispielsweise eine Schottky-Diode, ein J-FET, ein Thyristor, beispielsweise ein Gate-Turn-Off-Thyristor, ein Gate-Communicated-Thyristor, ein TRIAC, ein DIAC ein Fotothyristor oder Kombinationen daraus. Das Halbleiterbauelement an sich ist bevorzugt ein gehäuseloses Halbleiterbauelement, wie ein Halbleiterdie (auch als Halbleiternacktchips bezeichnet) oder Halbleiterchip, ausgeführt, wobei die Halbleiternacktchips oder Halbleiterchips in Form eines Halbleitermaterialblocks bereitgestellt sein können, der aus einem Halbleiter-Wafer hergestellt und aus diesem ausgeschnitten ist, oder in einer anderen Form, die weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen wurden.Preferably, the module comprises at least one semiconductor device selected from the group which includes: a silicon controlled rectifier (SCR), power regulator, power transistor, insulated gate bipolar transistor (IGBT), metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), power rectifier, a diode, for example a Schottky Diode, a J-FET, a thyristor, for example a gate turn-off thyristor, a gate-communicated thyristor, a TRIAC, a DIAC, a photothyristor or combinations thereof. The semiconductor component itself is preferably a housing-less semiconductor component, such as a semiconductor die (also referred to as semiconductor bare chips) or semiconductor chip, wherein the semiconductor bare chips or semiconductor chips can be provided in the form of a semiconductor material block which is produced from a semiconductor wafer and cut out of it, or in another form that has undergone further processing steps.

Bevorzugt ist das oder sind die Halbleiterbauelemente des Moduls auf einer Hauptseite eines elektrisch isolierenden, thermisch leitenden, ebenfalls bevorzugt zum Modul gehörigen Substrats angeordnet. Das Substrat weist beispielsweise eine Isolations-, dielektrische oder Keramikschicht und eine erste Metallschicht auf seiner ersten Hauptoberfläche und eine zweite Metallschicht, auch Kaschierung genannt, auf seiner zweiten, der ersten gegenüberliegenden Hauptoberfläche auf. Beispielsweise handelt es sich um ein direkt kupfergebondetes (DCB-)Substrate, ein direkt aluminiumgebondetes (DAB- )Substrat und ein aktives Metalllötsubstrat. Die erste Metallschicht bildet beispielsweise Schaltungsstrukturen aus, die beispielsweise in IMS (insulated metall subtrat) -Technik aufgebracht sind. Die zweite Hauptoberfläche des Substrats ist bevorzugt für die thermisch leitende Anordnung an einem Kühlkörper vorgesehen.The semiconductor component(s) of the module is preferably arranged on a main side of an electrically insulating, thermally conductive substrate, which also preferably belongs to the module. The substrate has, for example, an insulating, dielectric or ceramic layer and a first metal layer on its first main surface and a second metal layer, also called a lamination, on its second main surface opposite the first. For example, they are a direct copper bonded (DCB) substrate, a direct aluminum bonded (DAB) substrate and an active metal solder substrate. The first metal layer forms, for example, circuit structures that are used, for example, in IMS (insu lated metal substrate) technology are applied. The second main surface of the substrate is preferably intended for the thermally conductive arrangement on a heat sink.

Die erfindungsgemäße Stromrichteranordnung weist wenigstens einen elektrischen Kondensator aus. Beispielsweise handelt es sich um einen Folienkondensator, wie einen mit einer oder mehreren Polypropylenfolien. Bevorzugt handelt es dabei um einen Aluminium-Elektrolytkondensator. Bevorzugt ist der Kondensator in einem Gehäuse ganz oder teilweise aufgenommen. Das Gehäusematerial des elektrischen Kondensators weist Kunststoff, bevorzugt wenigstens einen Thermoplast auf. Das Gehäuse ist beispielsweise glasfaserverstärkt.The power converter arrangement according to the invention has at least one electrical capacitor. For example, it is a film capacitor, such as one with one or more polypropylene films. This is preferably an aluminum electrolytic capacitor. The capacitor is preferably accommodated entirely or partially in a housing. The housing material of the electrical capacitor comprises plastic, preferably at least one thermoplastic. The housing is, for example, glass fiber reinforced.

Erfindungsgemäß sind die Befestigungsmittel zur mechanisch haltenden und/oder tragenden Befestigung und elektrischen Kontaktierung des wenigstens einen Halbleitermoduls an dem Kondensator vorgesehen. Damit erfüllen die Befestigungsmittel zwei Funktionen, nämlich die der haltenden oder tragenden Befestigung des Moduls als auch die der elektrischen Kontaktierung zwischen dem Halbleitermodul und dem Kondensator. Damit entfällt der Montageaufwand der ansonsten für die Herstellung beider Verbindungsfunktionen erforderlich wäre.According to the invention, the fastening means are provided for mechanically holding and/or supporting fastening and electrical contacting of the at least one semiconductor module on the capacitor. The fastening means thus fulfill two functions, namely that of holding or supporting fastening of the module and that of electrical contacting between the semiconductor module and the capacitor. This eliminates the assembly effort that would otherwise be required to produce both connection functions.

Bevorzugt sind die Befestigungsmittel wenigstens teilweise außerhalb des Gehäuses des Moduls und/oder des elektrischen Kondensators angeordnet. Die Befestigungsmittel sind in einer weiteren Ausgestaltung teilweise durch das Gehäuse von dem elektrischen Kondensator und/oder das Gehäuse des Halbleitermoduls ausgebildet.The fastening means are preferably arranged at least partially outside the housing of the module and/or the electrical capacitor. In a further embodiment, the fastening means are partially formed by the housing of the electrical capacitor and/or the housing of the semiconductor module.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Kondensator um einen sogenannten Zwischenkreiskondensator, d.h. um einen elektrischen Kondensator in dem Zwischenkreis von mehreren Umrichtern. Seine Aufgabe ist beispielsweise die energetische Verkopplung mehrerer elektrischer Netze miteinander auf einer gemeinsamen Gleichspannungsebene.The capacitor is preferably a so-called intermediate circuit capacitor, i.e. an electrical capacitor in the intermediate circuit of several converters. Its task is, for example, the energetic coupling of several electrical networks with one another on a common DC voltage level.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung sind mehrere Halbleitermodule vorgesehen, die jeweils über separate Teile der Befestigungsmittel an dem Kondensator befestigt und mit diesem elektrisch leitend verbunden sind.According to a preferred embodiment of the power converter arrangement according to the invention, several semiconductor modules are provided, each of which is attached to the capacitor via separate parts of the fastening means and is connected to it in an electrically conductive manner.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Stromrichteranordnung wenigstens einen thermisch leitend mit dem Halbleitermodul verbundenen Kühlkörper auf. Bevorzugt umfasst die Stromrichteranordnung mehrere Halbleitermodule und pro Halbleitermodul ist ein Kühlkörper vorgesehen, die noch bevorzugter jeweils lediglich mit einem Modul in thermisch leitendem Berührkontakt stehen.According to a further embodiment, the power converter arrangement has at least one heat sink connected to the semiconductor module in a thermally conductive manner. The power converter arrangement preferably comprises a plurality of semiconductor modules and a heat sink is provided per semiconductor module, which are more preferably in thermally conductive contact with only one module.

Bevorzugt sind die Befestigungsmittel jeweils auf einer dem Kühlkörper abgewandten, ersten Seite des wenigstens einen Halbleitermoduls angeordnet, um eine Wärmeeintrag in den elektrischen Kondensator zu verhindern. Beispielsweise handelt es sich bei der abgewandten Seite um diejenige Seite, die senkrecht zu der angeordnet ist, mit der das Modul angrenzend an den Kühlkörper angeordnet ist. Bevorzugt sind die Befestigungsmittel auf der Seite angeordnet, die der Seite gegenüberliegt, mit der das Modul angrenzend an den Kühlkörper angeordnet ist.The fastening means are preferably each arranged on a first side of the at least one semiconductor module facing away from the heat sink in order to prevent heat from being introduced into the electrical capacitor. For example, the side facing away is the side that is arranged perpendicular to that with which the module is arranged adjacent to the heat sink. Preferably, the fastening means are arranged on the side opposite the side with which the module is arranged adjacent to the heat sink.

Bevorzugt weist das Halbleitermodul ferner Lastanschlüsse und Steueranschlüsse auf, die jeweils auf anderen Seiten, bevorzugt auf einer zweiten und dritten Seite des Halbleitermoduls angeordnet sind, die sich von den Seiten unterscheiden, mit denen das Modul angrenzend an den Kühlkörper angeordnet ist und die der Anordnung der Befestigungsmittel dient.Preferably, the semiconductor module further has load connections and control connections, which are each arranged on other sides, preferably on a second and third side of the semiconductor module, which differ from the sides with which the module is arranged adjacent to the heat sink and which the arrangement of Fastening means is used.

Bevorzugt umfassen die für die mechanische und elektrische Verbindung zwischen elektrischem Kondensator und Halbleitermodul vorgesehenen Befestigungsmittel eine Klemmeinrichtung. Beispielsweise ist die Klemmeinrichtung vorgesehen, um eine elektrische Druckkontaktierung bereitzustellen und/oder um bezüglich der mechanischen Verbindung spielfreisteilend zu wirken. Beispielsweise umfassen die Befestigungsmittel mittels Schraubverstellung einstellbare Klemmbacken auf.The fastening means provided for the mechanical and electrical connection between the electrical capacitor and the semiconductor module preferably comprise a clamping device. For example, the clamping device is provided to provide electrical pressure contact and/or to have a clearance-free effect with respect to the mechanical connection. For example, the fastening means include clamping jaws that can be adjusted by screw adjustment.

Bevorzugt sind die Befestigungsmittel zwischen dem elektrischem Kondensator und dem Halbleitermodul so ausgelegt, dass die mechanische und elektrische Verbindung lösbar ist.The fastening means between the electrical capacitor and the semiconductor module are preferably designed so that the mechanical and electrical connection can be detached.

Gemäß der Erfindung sind die Befestigungsmittel als Kombination aus Schwalbenschwanzverbindung und Klemmverbindung ausgebildet. Als Schwalbenschwanzverbindung wird eine Nut-Feder-Verbindung mit vom freien Ende der Feder zu deren Federfuß sich verjüngende Feder und eine Nut verstanden, die sich vom Boden der Nut hin zur Nutöffnung entsprechend verjüngt.According to the invention, the fastening means are designed as a combination of dovetail connection and clamp connection. A dovetail connection is a tongue-and-groove connection with a tongue that tapers from the free end of the tongue to the spring base and a groove that tapers accordingly from the bottom of the groove towards the groove opening.

Gemäß der Erfindung sind die Befestigungsmittel als eine Kombination aus Schwalbenschwanzverbindung und Klemmverbindung vorgesehen, indem beispielsweise eine oder beide Flanken der Nut durch verstellbare Klemmbacken definiert sind. Noch bevorzugter ist diese Verbindung lösbar ausgestaltet, indem der oder die Klemmbacken so die Nut aufweitend verstellbar sind, dass die Feder aus der Nut entnehmbar ist.According to the invention, the fastening means are provided as a combination of dovetail connection and clamping connection, for example in that one or both flanks of the groove are defined by adjustable clamping jaws. Even more preferably, this connection is designed to be detachable in that the clamping jaw(s) can be adjusted to widen the groove so that the tongue can be removed from the groove.

Bevorzugt ist die Nut, beispielsweise die sich zum Boden hin aufweitende Nut der Schwalbenschwanzverbindung seitens des elektrischen Kondensators beispielsweise durch dessen Gehäuse ausgebildet.The groove is preferred, for example the groove of the dovetail connection that widens towards the bottom on the part of the electrical con capacitor, for example, formed by its housing.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Stromrichteranordnung ferner eine Leiterplatte die elektrisch leitend mit den Steueranschlüssen verbunden ist. Bevorzugt ist die Leiterpatte ferner mechanisch und/oder elektrisch leitend mit dem elektrischen Kondensator verbunden. Die Verbindung zwischen den Steueranschlüssen und der Leiterplatte ist beispielsweise als eine lösbare Steckverbindung ausgebildet.According to a preferred embodiment, the power converter arrangement according to the invention further comprises a circuit board which is electrically conductively connected to the control connections. The printed circuit board is preferably also mechanically and/or electrically conductively connected to the electrical capacitor. The connection between the control connections and the circuit board is designed, for example, as a detachable plug connection.

Bevorzugt sind ferner Stromschienen zur elektrischen Kontaktierung der Lastanschlüsse des wenigstens einen Halbleitermoduls vorgesehen.Preferably, busbars are also provided for electrically contacting the load connections of the at least one semiconductor module.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Stromrichteranordnung wenigstens ein als dreiphasiger Gleichrichter ausgebildetes Halbleitermodul und wenigstens ein oder mehrere weitere, beispielsweise 3 Halbleitermodule auf, die jeweils als Halbbrücke oder Vollbrücke oder in Kombination als Vollbrücke ausgebildet sind.According to a further embodiment, the power converter arrangement according to the invention has at least one semiconductor module designed as a three-phase rectifier and at least one or more further, for example 3, semiconductor modules, each of which is designed as a half bridge or full bridge or in combination as a full bridge.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Montage einer Stromrichteranordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

  • Bereitstellen wenigstens eines Halbleiterleitermoduls und Bereitstellen wenigstens eines elektrischen Kondensators. In einem nachfolgenden Schritt erfolgt ein Befestigen des wenigstens einen Halbleitermoduls an dem Kondensator mittels der Befestigungsmittel derart, dass mit der mechanischen tragenden und/oder haltenden Befestigung auch die elektrische Kontaktierung des wenigstens einen Halbleitermoduls mit dem Kondensator erreicht wird. Die Befestigungsmittel sind als Kombination aus Klemmverbindung und Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet. Aufgrund der Mehrfachfunktionalität der Befestigungsmittel als mechanisch haltende und/oder tragende Mittel und als elektrische Kontaktierungsmittel kann der Montageaufwand beim erfindungsgemäßen Verfahren reduziert werden.
The invention further relates to a method for assembling a power converter arrangement, the method having the following steps:
  • Providing at least one semiconductor conductor module and providing at least one electrical capacitor. In a subsequent step, the at least one semiconductor module is fastened to the capacitor by means of the fastening means in such a way that the mechanical supporting and/or holding fastening also achieves electrical contact between the at least one semiconductor module and the capacitor. The fasteners are designed as a combination of a clamp connection and a dovetail connection. Due to the multiple functionality of the fastening means as mechanical holding and/or supporting means and as electrical contacting means, the assembly effort in the method according to the invention can be reduced.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen Zeichnungen zeigen schematisch:

  • 1 eine Querschnittansicht durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung in nicht verbundenem Zustand;
  • 2 eine Querschnittansicht durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung in verbundenem Zustand und nach Herstellung der elektrischen Kontaktierung;
  • 3 eine Längsschnittansicht durch die in 2 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung;
  • 4 eine Schnittansicht durch ein Halbleitermodul gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung;
  • 5 eine Schnittansicht durch ein Halbleitermodul gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung.
Further features and advantages of the invention result from the claims and the following description of non-restrictive exemplary embodiments of the invention, which are explained in more detail below with reference to the drawings. These drawings show schematically:
  • 1 a cross-sectional view through an embodiment of the power converter arrangement according to the invention in a disconnected state;
  • 2 a cross-sectional view through an embodiment of the power converter arrangement according to the invention in the connected state and after the electrical contact has been made;
  • 3 a longitudinal section view through the in 2 shown embodiment of the power converter arrangement according to the invention;
  • 4 a sectional view through a semiconductor module according to a further embodiment of the power converter arrangement according to the invention;
  • 5 a sectional view through a semiconductor module according to yet another embodiment of the power converter arrangement according to the invention.

Anhand der 1, 2 und 3 wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung 1 nachfolgend beschrieben. Ein in einem Gehäuse angeordneter elektrischer Kondensator 7, insbesondere Zwischenkreiskondensator, weist an einer Außenseite seines Gehäuses eine Nut 12 als kondensatorseitiges Teil der Befestigungsmittel auf. Diese Nut 12 dient der formschlüssigen Aufnahme einer Feder 13, die seitens eines Halbleitermoduls 2, welches als Gleichrichter ausgebildet ist, auf einer Außenseite des Gehäuses des Halbleitermoduls 2 vorgesehen ist. Diese Feder 13 ist auf einer Seite des Moduls 2 vorgesehen, die der für die Wärmeabfuhr vorgesehenen Seite des Moduls gegenüberliegt. An der für die Wärmeabfuhr vorgesehenen Seite des Moduls 2 ist angrenzend an das Modul 2 ein Kühlkörper 3 angeordnet. An den beiden gegenüberliegenden, zu den vorgenannten seitlich liegenden Seiten des Moduls 2 sind außerhalb des Gehäuses einerseits die Lastanschlüsse 4 und andererseits die Steueranschlüsse 5 vorgesehen. Die Befestigungsmittel 12, 13 zwischen dem elektrischen Kondensator 7 und dem Modul 2 bilden im verbundenen Zustand nicht nur eine mechanische Verbindung sondern auch eine elektrische Verbindung auf. Dazu sind elektrisch leitende Klemmkeile 8 seitens des Kondensators 7, die mit diesem leitend verbunden sind und entsprechende Kontaktteile 6 seitens des Moduls 2, die mit dem oder den im Modulgehäuse angeordneten Halbleiterbauelementen elektrisch leitend verbunden sind, vorgesehen.Based on 1 , 2 and 3 An embodiment of the power converter arrangement 1 according to the invention is described below. An electrical capacitor 7, in particular an intermediate circuit capacitor, arranged in a housing has a groove 12 on the outside of its housing as a capacitor-side part of the fastening means. This groove 12 serves to positively accommodate a spring 13, which is provided on the outside of the housing of the semiconductor module 2 by a semiconductor module 2, which is designed as a rectifier. This spring 13 is provided on a side of the module 2 that is opposite the side of the module intended for heat dissipation. On the side of the module 2 intended for heat dissipation, a heat sink 3 is arranged adjacent to the module 2. On the two opposite sides of the module 2 that lie laterally to the aforementioned, the load connections 4 and the control connections 5 are provided outside the housing. When connected, the fastening means 12, 13 between the electrical capacitor 7 and the module 2 form not only a mechanical connection but also an electrical connection. For this purpose, electrically conductive clamping wedges 8 are provided on the part of the capacitor 7, which are electrically connected to it, and corresponding contact parts 6 on the part of the module 2, which are electrically conductively connected to the semiconductor component(s) arranged in the module housing.

Die Befestigungsmittel 12, 13 dienen darüber hinaus der tragenden Befestigung des Moduls 2 an dem Kondensator 7. Die elektromechanische Befestigung wird durch die Schwalbenschwanzverbindung erreicht, d.h. die Nut 12 weist eine zum Boden der Nut 12 sich aufweitende Nutbreite auf, während die modulseitige Feder 13 entsprechend ausgebildet ist. Mittels der Schrauben 9 lässt sich der Abstand der Klemmkeile einstellen, so dass einerseits die Verbindung zwischen dem elektrischen Kondensator 7 und dem Modul 2 lösbar ist und andererseits eine Klemmwirkung erzeugt werden kann, indem die modulseitige Feder 13 in der kondensatorseitigen Nut 12 eingespannt wird, wie es in 2 gezeigt ist. The fastening means 12, 13 also serve to fasten the module 2 to the capacitor 7. The electromechanical fastening is achieved by the dovetail connection, that is, the groove 12 has a groove width that widens towards the bottom of the groove 12, while the module-side tongue 13 correspondingly is trained. The distance between the clamping wedges can be adjusted using the screws 9, so that on the one hand the connection between the electrical capacitor 7 and the module 2 can be detached and, on the other hand, a clamping effect can be generated by clamping the module-side spring 13 in the capacitor-side groove 12, as shown in 2 is shown.

Wie 2 zeigt sind die Steueranschlüsse 5 bei einer endmontierten erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung 1 mit einer Leiterplatte 11 über eine elektrische Steckverbindung verbunden, die optional und hier nicht dargestellt mit dem elektrischen Kondensator 7 elektrisch und/oder mechanisch verbunden sein kann. Auf der gegenüberliegenden Seite sind die Lastanschlüsse 4 mittels Stromschienen 10 zur Stromab- beziehungsweise Stromzufuhr verschraubt und somit elektrisch leitend mit nicht dargestellten elektrischen Anlagen verbunden.How 2 shows, the control connections 5 in a fully assembled power converter arrangement 1 according to the invention are connected to a circuit board 11 via an electrical plug connection, which can optionally and not shown here be electrically and/or mechanically connected to the electrical capacitor 7. On the opposite side, the load connections 4 are screwed by means of busbars 10 for power supply or power supply and are thus electrically connected to electrical systems, not shown.

Wie aus 3 deutlich wird, dient der Kondensator 7 der tragenden Befestigung nicht nur eines Halbleitermoduls 2 samt zugehörigem Kühlkörper 3 sondern eines oder mehrerer, beispielsweise drei weiterer, Halbleitermodule mit jeweils separatem Kühlkörper 3 Im vorliegenden Fall ist ein als Halbrücke ausgelegtes Halbleitermodul 2' vorgesehen, wobei die strukturelle und funktionelle Auslegung der zwischen diesem Halbleitermodul 2' und dem elektrischen Kondensator 7 vorgesehenen Befestigungsmittel identisch denen ist, die zwischen dem als Gleichrichter ausgelegten Halbleitermodul 2 und dem elektrischen Kondensator 7 vorgesehen sind.How out 3 As becomes clear, the capacitor 7 serves to support not only a semiconductor module 2 together with the associated heat sink 3, but also one or more, for example three, further semiconductor modules, each with a separate heat sink 3. In the present case, a semiconductor module 2 'designed as a half bridge is provided, with the structural and functional design of the fastening means provided between this semiconductor module 2 'and the electrical capacitor 7 is identical to that provided between the semiconductor module 2 designed as a rectifier and the electrical capacitor 7.

Anhand der 4 und 5 sollen alternative Auslegungen der Befestigungsmittel 13 und/oder Positionierungen dieser Befestigungsmittel 13 am Gehäuse des Moduls 2 erläutert werden. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die modulseitige Feder 13 und die modulseitigen Kontakteile 6 zueinander parallele Kontaktoberflächen für den formschlüssigen Eingriff mit einer entsprechend ausgebildeten, nicht näher gezeigten kondensatorseitigen Nut ausbilden. In 5 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der eine den Kühler 3 seitlich überragende Seite des Moduls, bzw. seines Gehäuses, eine Feder 13 der Befestigungsmittel zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit einem nicht dargestellten Kondensator ausbildet. An den Flanken dieser Feder 13 sind die kontaktteile 6 vorgesehen. Die Steueranschlüsse 5 befinden sich bei dieser Ausführungsform an der Seite, die der dem Kühler 3 zugewandten Seite gegenüberliegt.Based on 4 and 5 Alternative designs of the fastening means 13 and/or positioning of these fastening means 13 on the housing of the module 2 will be explained. 4 shows another embodiment in which the module-side spring 13 and the module-side contact parts 6 form mutually parallel contact surfaces for positive engagement with a correspondingly designed, not shown, capacitor-side groove. In 5 A further embodiment is shown, in which a side of the module or its housing that laterally projects beyond the cooler 3 forms a spring 13 of the fastening means for electrical and mechanical connection to a capacitor, not shown. The contact parts 6 are provided on the flanks of this spring 13. In this embodiment, the control connections 5 are located on the side that is opposite the side facing the cooler 3.

Claims (13)

Stromrichteranordnung (1) aufweisend: wenigstens ein Halbleiterleitermodul (2, 2'); wenigstens einen elektrischen Kondensator (7); Befestigungsmittel (12, 13) zur mechanisch haltenden und/oder tragenden Befestigung und elektrischen Kontaktierung des wenigstens einen Halbleitermoduls (2, 2') an dem elektrischen Kondensator (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (12, 13) als Kombination aus Klemmverbindung und Schwalbenschwanzverbindung ausgbildet sind.Power converter arrangement (1) comprising: at least one semiconductor conductor module (2, 2'); at least one electrical capacitor (7); Fastening means (12, 13) for mechanically holding and/or supporting fastening and electrical contacting of the at least one semiconductor module (2, 2') to the electrical capacitor (7), characterized in that the fastening means (12, 13) as a combination of clamp connection and dovetail connection are formed. Stromrichteranordnung (1) nach Anspruch 1, mit mehreren Halbleitermodulen (2, 2).Power converter arrangement (1). Claim 1 , with several semiconductor modules (2, 2). Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen thermisch leitend mit dem Halbleitermodul (2, 2') verbundenen Kühlkörper (3), bevorzugt aufweisend einen thermisch leitend verbundenen Kühlkörper (3) pro Halbleitermodul (2, 2').Power converter arrangement (1) according to one of the preceding claims, comprising a heat sink (3) connected in a thermally conductive manner to the semiconductor module (2, 2'), preferably having a heat sink (3) connected in a thermally conductive manner per semiconductor module (2, 2'). Stromrichteranordnung (1) nach Anspruch 3, wobei die Befestigungsmittel (12, 13) auf einer dem Kühlkörper abgewandten, ersten Seite des wenigstens einen Halbleitermoduls (2, 2') angeordnet ist.Power converter arrangement (1). Claim 3 , wherein the fastening means (12, 13) is arranged on a first side of the at least one semiconductor module (2, 2 ') facing away from the heat sink. Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleitermodul (2, 2') ferner Lastanschlüsse (4) und Steueranschlüsse (5) aufweist, die jeweils auf anderen Seiten, bevorzugt auf einer zweiten und dritten Seite des Halbleitermoduls (2, 2') angeordnet sind.Power converter arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor module (2, 2 ') further has load connections (4) and control connections (5), which are each on other sides, preferably on a second and third side of the semiconductor module (2, 2 ') are arranged. Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsmittel (12, 13) eine Klemmeinrichtung (8, 9) umfassen.Power converter arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the fastening means (12, 13) comprise a clamping device (8, 9). Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsmittel (12, 13) eine lösbare Verbindung definieren.Power converter arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the fastening means (12, 13) define a detachable connection. Stromrichteranordnung (1) nach Anspruch 5, mit einer Leiterplatte (11), die elektrisch leitend mit den Steueranschlüssen (5) verbunden ist und bevorzugt mechanisch und/oder elektrisch leitend mit dem Kondensator (7) verbunden ist.Power converter arrangement (1). Claim 5 , with a circuit board (11) which is electrically conductively connected to the control connections (5) and is preferably mechanically and/or electrically conductively connected to the capacitor (7). Stromrichteranordnung (1) nach Anspruch 5, ferner aufweisend Stromschienen (10) zur elektrischen Kontaktierung der Lastanschlüsse (4) des wenigstens einen Halbleitermoduls (2, 2).Power converter arrangement (1). Claim 5 , further comprising busbars (10) for electrically contacting the load connections (4) of the at least one semiconductor module (2, 2). Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Kondensator (7) ein Gehäuse aufweist.Power converter arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the electrical capacitor (7) has a housing. Stromrichteranordnung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Gehäuse des elektrischen Kondensators (7) wenigstens teilweise aus einem Kunststoff, bevorzugt einem Thermoplast, wie einem glasfaserverstärkten Kunststoff ist.Power converter arrangement (1) according to the preceding claim, wherein the housing of the electrical capacitor (7) is at least partially made of a plastic, preferably a thermoplastic, such as a glass fiber reinforced plastic. Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend wenigstens ein als dreiphasiger Gleichrichter ausgebildetes Halbleitermodul (2) und wenigstens ein oder mehrere weitere Halbleitermodule (2), die jeweils als Halbbrücke oder Vollbrücke oder in Kombination als Vollbrücke ausgebildet sind.Power converter arrangement (1) according to one of the preceding claims, comprising at least one semiconductor module (2) designed as a three-phase rectifier and at least one or more further semiconductor modules (2), each of which is designed as a half bridge or full bridge or in combination as a full bridge. Verfahren zur Montage eines Stromrichteranordnung (1) aufweisend: Bereitstellen wenigstens eines Halbleiterleitermoduls (2, 2'); Bereitstellen wenigstens eines elektrischen Kondensators (7); Befestigen des wenigstens einen Halbleitermoduls (2, 2) an dem elektrischen Kondensator (7) mittels Befestigungsmitteln (12, 13) derart, dass mit der mechanischen tragenden und/oder haltenden Befestigung (12, 13) auch die elektrische Kontaktierung des wenigstens einen Halbleitermoduls (2, 2') mit dem elektrischen Kondensator (7) erreicht wird, dadurch gekennzeichnt, dass die Befestigungsmittel (12, 13) als Kombination aus Klemmverbindung und Schwalbenschwanzverbindung ausgbildet sind.Method for assembling a power converter arrangement (1), comprising: Providing at least one semiconductor conductor module (2, 2'); Providing at least one electrical capacitor (7); Fastening the at least one semiconductor module (2, 2) to the electrical capacitor (7) by means of fastening means (12, 13) in such a way that the mechanical supporting and/or holding fastening (12, 13) also ensures the electrical contacting of the at least one semiconductor module ( 2, 2') is achieved with the electrical capacitor (7), characterized in that the fastening means (12, 13) are designed as a combination of clamp connection and dovetail connection.
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