DE102015216083A1 - Module arrangement for low-inductance operation of a power semiconductor module to a DC voltage circuit - Google Patents

Module arrangement for low-inductance operation of a power semiconductor module to a DC voltage circuit Download PDF

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Matthias Friedrich
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Modulanordnung (1) zum induktivitätsarmen Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls (27) an einem Gleichspannungskreis (3), mit mindestens drei Gleichspannungsleiterbahnen (5) auf einem Substrat (4) des Leistungshalbleitermoduls (27) und einer Mehrleiterverschienung (2) mit mindestens drei Gleichspannungsschienen (6), welche jeweils elektrisch mit einer der Gleichspannungsleiterbahnen (5) verbunden sind, wobei die Gleichspannungsschienen (6) geschichtet angeordnet sind, wobei die geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen (6) aus dem Leistungshalbleitermodul (27) herausgeführt sind und wobei im Betrieb an mindestens einer der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen (6) ein erstes Potential (VDC+) einer Gleichspannung (VDC) anliegt und an den verbliebenen Gleichspannungsschienen der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen (6) jeweils ein zweites Potential (VDC–) der Gleichspannung (VDC) mit entgegengesetzter Polarität zu dem ersten Potential (VDC+) anliegt. Die Erfindung betrifft weiterhin einen elektrischen Umrichter (19) mit einer Modulanordnung (1) sowie ein Elektro- oder Hybridfahrzeug (20) mit dem elektrischen Umrichter (19) zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine (24).The invention relates to a module arrangement (1) for low-inductance operation of a power semiconductor module (27) on a DC voltage circuit (3), comprising at least three DC voltage conductors (5) on a substrate (4) of the power semiconductor module (27) and a multi-conductor busbar (2) with at least three DC busbars (6), which are each electrically connected to one of the DC busbars (5), the DC busbars (6) being stacked, the stacked DC busbars (6) being led out of the power semiconductor module (27) and being at least connected during operation one of the layered arranged DC busbars (6) a first potential (VDC +) of a DC voltage (VDC) is applied to the remaining DC busbars of the layered arranged DC busbars (6) each have a second potential (VDC) of the DC voltage (VDC) with opposite polarity to the first Potential (VDC +) is present. The invention further relates to an electrical converter (19) having a module arrangement (1) and an electric or hybrid vehicle (20) to the electrical converter (19) for operating an electric drive machine (24).

Description

Die Erfindung betrifft eine Modulanordnung zum induktivitätsarmen Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls an einem Gleichspannungskreis mit mindestens drei Gleichspannungsleiterbahnen auf einem Substrat des Leistungshalbleitermoduls und einer Mehrleiterverschienung mit Gleichspannungsschienen, welche mit den Gleichspannungsleiterbahnen des Leistungshalbleitermoduls elektrisch verbunden sind, weiterhin einen elektrischen Umrichter mit der Modulanordnung sowie ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit dem elektrischen Umrichter zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine. The invention relates to a module arrangement for low-inductance operation of a power semiconductor module to a DC circuit with at least three DC busways on a substrate of the power semiconductor module and a multi-conductor busbars with DC busbars, which are electrically connected to the DC busbars of the power semiconductor module, further comprising an electrical converter with the module assembly and an electric or Hybrid vehicle with the electric drive for operating an electric drive machine.

In hochfrequent getakteten, leistungselektronischen Schaltungen, welche beispielsweise in elektrischen Umrichtern von Elektro- oder Hybridfahrzeugen Anwendung finden, kommt den parasitären, verlustbehafteten elektrischen Eigenschaften der verwendeten elektrischen bzw. elektronischen Komponenten eine besondere Bedeutung zu. Für sehr schnelle transiente Vorgänge, welche insbesondere durch Schalthandlungen von schaltbaren Leistungshalbleitern in derartigen Umrichtern hervorgerufen werden, spielen parasitäre Induktivitäten in den Kommutierungszellen bzw. in deren elektrischen Anschaltungen eine entscheidende Rolle. In high frequency clocked, power electronic circuits, which are used for example in electrical converters of electric or hybrid vehicles, the parasitic, lossy electrical properties of the electrical or electronic components used is of particular importance. For very fast transient processes, which are caused in particular by switching operations of switchable power semiconductors in such converters, parasitic inductances in the commutation cells or in their electrical connections play a decisive role.

Kommutierungszellen finden sich beispielsweise in Brückenzweigen von Brückenschaltungen (Halbbrückenschaltung oder Vollbrückenschaltung) eines Frequenzumrichters wieder, welcher einen Gleichspannungskreis bzw. einen Gleichspannungszwischenkreis aufweist und an ein Wechselstromsystem angeschlossen ist. Commutation cells are found, for example, in bridge branches of bridge circuits (half-bridge circuit or full bridge circuit) of a frequency converter, which has a DC voltage circuit or a DC voltage intermediate circuit and is connected to an AC system.

Innerhalb einer Kommutierungszelle kommt es während der Schaltvorgänge der Leistungshalbleiter zur Abschaltung eines induktiv geprägten Stromes beispielsweise durch den oberen Leistungshalbleiter des Brückenzweigs und daraufhin zur Kommutierung des Stroms auf den unteren Leistungshalbleiter des Brückenzweigs. Within a commutation cell, during the switching operations of the power semiconductors, an inductive current is switched off, for example, by the upper power semiconductor of the bridge branch and then to commutation of the current to the lower power semiconductor of the bridge branch.

Systemimmanente Induktivitäten, wie die Leitungsinduktivität elektrischer Leiter, sind bei einem insbesondere schnellen Abschaltvorgang der Leistungshalbleiter während des Kommutierungsvorgangs eine Ursache für unerwünschte Überspannungen an den Leistungshalbleitern. System-inherent inductances, such as the line inductance of electrical conductors, are a cause for undesired overvoltages on the power semiconductors in the case of a particularly fast turn-off operation of the power semiconductors during the commutation process.

Zur Reduktion dieser Überspannungen kann nun einerseits die Schaltgeschwindigkeit der Leistungshalbleiter reduziert werden, wodurch es aber im Allgemeinen zu einer erheblichen Erhöhung der Schaltverluste in den Leistungshalbleitern kommt. Andererseits ist eine übliche Anforderung an den elektrischen Aufbau, die Induktivitäten in den elektrischen Anschaltungen der Brückenzweige von Brückenschaltungen, welche in Halbbrücken- oder Vollbrücken-Leistungshalbleitermodulen (Sechspuls-Brückenschaltung) realisiert sind, zu reduzieren. In order to reduce these overvoltages, the switching speed of the power semiconductors can be reduced on the one hand, which generally leads to a considerable increase in the switching losses in the power semiconductors. On the other hand, a common requirement for the electrical design is to reduce the inductances in the electrical connections of the bridge branches of bridge circuits implemented in half-bridge or full-bridge power semiconductor modules (six-pulse bridge circuit).

Diese Reduktion der Induktivitäten, wie sie insbesondere durch konstruktive, wie auch materialbedingte Auslegung der elektrischen Leiter bestimmt wird, ist verbunden mit der Bestrebung, die u.a. zur Reduktion der Spannungsrestwelligkeit eingesetzten Kondensatoren am Gleichspannungskreis möglichst elektrisch und daher auch mechanisch eng mit den Leistungshalbleitern der Brückenschaltungen zu verbinden. Dem sind jedoch durch die baulichen und funktionalen Anforderungen, welche insbesondere für elektrische Umrichter in Elektro- oder Hybridfahrzeugen gelten, oftmals enge Grenzen gesetzt. This reduction of the inductances, as determined in particular by constructive as well as material-related design of the electrical conductors, is associated with the endeavor, the u.a. To reduce the voltage ripple capacitors used in the DC circuit as electrically as possible and therefore also mechanically close to the power semiconductors of the bridge circuits to connect. However, this is often limited by the structural and functional requirements that apply in particular to electrical converters in electric or hybrid vehicles.

Die Gleichspannungsanschlüsse der Leistungshalbleitermodule, welche diese mit dem Gleichspannungskreis bzw. mit dem Kondensator oder den Kondensatoren des Gleichspannungskreises verbinden, sind üblicherweise mittels zweier einzelner Anschlüsse ausgeführt, welche im Betrieb das negative oder das positive Potential der Gleichspannung des Gleichspannungskreises aufweisen. The DC voltage connections of the power semiconductor modules which connect them to the DC voltage circuit or to the capacitor or the capacitors of the DC voltage circuit are usually carried out by means of two individual terminals, which have the negative or the positive potential of the DC voltage of the DC voltage circuit during operation.

Die Anbindung der Leistungshalbleitermodule an den Kondensator des Gleichspannungskreises und darüber hinaus an den Gleichspannungskreis des elektrischen Umrichters, wird nach heutigem Stand der Technik oft durch zwei übereinander angeordnete, möglichst parallel geführte und meist schienenförmigen ausgelegte elektrische Leiter (bus bars) realisiert. The connection of the power semiconductor modules to the capacitor of the DC circuit and beyond to the DC voltage circuit of the electrical converter, is often realized by two superimposed, as parallel as possible and usually rail-shaped designed electrical conductor (bus bars).

Zur Reduzierung der Kommutierungsinduktivität wird beispielsweise der Abstand der beiden Leiter reduziert bzw. deren Breite erhöht. Zur Einhaltungen von Grenzwerten der Spannungsdurchschlagsfestigkeit sowie mechanischer Einschränkungen kann der Abstand dieser Leiter nicht beliebig verkleinert werden. Die Breite der Leiter ist meist durch die Bauraumgröße begrenzt. Eine weitere Reduzierung der Induktivität ist auf diesem Weg daher oft kaum noch möglich. To reduce the Kommutierungsinduktivität example, the distance between the two conductors is reduced or increased their width. To comply with limits of the voltage breakdown and mechanical restrictions, the distance of these conductors can not be reduced arbitrarily. The width of the ladder is usually limited by the size of the installation space. A further reduction of the inductance is therefore often hardly possible in this way.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine konstruktiv und elektrotechnisch besonders geeignete Anordnung die für Schaltvorgänge von Leistungshalbleitern unerwünschte Induktivität in Kommutierungszellen, welche durch elektrische Komponenten der Kommutierungszelle, insbesondere durch elektrische Leiter der Verbindung zwischen Leistungshalbleitermodul und Kondensator des Gleichspannungskreises geprägt ist, zu reduzieren. The invention is based on the object by a structurally and electrotechnically particularly suitable arrangement for switching operations of power semiconductors unwanted inductance in Kommutierungszellen, which is characterized by electrical components of the commutation, in particular by electrical conductors of the connection between power semiconductor module and capacitor of the DC circuit.

Diese Aufgabe wird durch eine Modulanordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is achieved by a module arrangement having the features specified in claim 1.

Diese Aufgabe wird weiterhin durch einen elektrischen Umrichter nach Anspruch 13 und ein Elektro- oder Hybridfahrzeug nach Anspruch 14 gelöst. This object is further achieved by an electric drive according to claim 13 and an electric or hybrid vehicle according to claim 14.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Leistungshalbleiter bzw. Leistungshalbleitermodule von Brückenschaltungen eine möglichst niederinduktiv elektrische Verbindung zum Kondensator eines Gleichspannungskreises bzw. Gleichspannungszwischenkreises aufweisen müssen, um Schaltverluste und unerwünschte Überspannungen beim Schalten der Leistungshalbleiter zu reduzieren. Gleichzeitig bieten herkömmliche bauliche Lösungen insbesondere beim Einsatz in Elektro- oder Hybridfahrzeugen kaum noch Möglichkeiten einer Optimierung, so dass nur durch eine Abweichung von diesen bekannten Lösungen, unter vorteilhafter Ausnutzung von elektrotechnischen Zusammenhängen, eine signifikante Verbesserung der Aufgabenstellung möglich ist. The invention is based on the finding that power semiconductors or power semiconductor modules of bridge circuits must have as low inductively as possible an electrical connection to the capacitor of a DC voltage circuit or DC voltage intermediate circuit in order to reduce switching losses and unwanted overvoltages when switching the power semiconductors. At the same time, conventional structural solutions, especially when used in electric or hybrid vehicles, hardly offer any further possibilities for optimization, so that a significant improvement of the task is possible only through a deviation from these known solutions, with advantageous utilization of electrical contexts.

Für die Lösung der Aufgabe wird daher eine Modulanordnung zum induktivitätsarmen Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls an einem Gleichspannungskreis vorgeschlagen, die mindestens drei Gleichspannungsleiterbahnen auf einem Substrat des Leistungshalbleitermoduls und eine Mehrleiterverschienung mit mindestens drei Gleichspannungsschienen aufweist, welche jeweils elektrisch mit einer der Gleichspannungsleiterbahnen verbunden sind, wobei die Gleichspannungsschienen geschichtet angeordnet sind, die geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen aus dem Leistungshalbleitermodul herausgeführt sind und wobei im Betrieb an mindestens einer der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen ein erstes Potential einer Gleichspannung anliegt und an den verbliebenen Gleichspannungsschienen der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen jeweils ein zweites Potential der Gleichspannung mit entgegengesetzter Polarität zu dem ersten Potential anliegt. For solving the problem, therefore, a module arrangement for low-inductance operation of a power semiconductor module is proposed on a DC circuit having at least three DC busways on a substrate of the power semiconductor module and a Mehrleiterverschienung with at least three DC busbars, which are each electrically connected to one of the DC busbars, wherein the DC busbars layered arranged, the stratified arranged DC busbars are led out of the power semiconductor module and wherein in operation rests on at least one of the layered arranged DC busbars, a first potential of a DC voltage and the remaining DC busbars of the layered arranged DC busbars each have a second potential of the DC voltage with opposite polarity to the first potential is applied.

Ausgangspunkt für die Lösung der Aufgabe ist die Überlegung, dass die beim Schaltvorgang, speziell beim Kommutierungsvorgang von Leistungshalbleitern elektrische Verluste erzeugenden Induktivitäten, wie sie beispielsweise in einem Brückenzweig einer Brückenschaltung auftreten, insbesondere auch durch magnetische Felder an den Gleichspannungsschienen beeinflusst werden. Mittels einer Kombination von Ausnutzung dieser elektrotechnischen Effekte und der Bildung einer konstruktiv neuartigen Modulanordnung werden diese für Schaltvorgänge eher unerwünschten Induktivitäten nunmehr deutlich reduziert. The starting point for the solution of the problem is the consideration that the during the switching process, especially during the commutation of power semiconductors generating electrical losses inductors, such as occur in a bridge branch of a bridge circuit, in particular also be affected by magnetic fields on the DC busbars. By means of a combination of utilization of these electro-technical effects and the formation of a structurally new type of module arrangement, these inductors, which are rather unwanted for switching operations, are now significantly reduced.

Nach dem Durchflutungssatz ergibt sich um einen elektrischen Einzelleiter, welcher im Vergleich zu seiner Länge eine sehr geringe Dicke aufweist, eine magnetische Feldstärke nach folgender Formel:

Figure DE102015216083A1_0002
After the flow rate, there is a magnetic field strength around an electric single conductor, which has a very small thickness compared to its length, according to the following formula:
Figure DE102015216083A1_0002

Dabei bezeichnet H0 die magnetische Feldstärke am einzelnen elektrischen Leiter, I einen Strom, welcher den elektrischen Leiter durchfließt und h eine Länge des elektrischen Leiters. H0 denotes the magnetic field strength at the individual electrical conductor, I a current which flows through the electrical conductor and h a length of the electrical conductor.

Die magnetischen Feldstärken von beispielsweise zwei elektrischen Leitern können sich in einem Leiterzwischenraum einer Anordnung von zwei nebeneinander liegenden Gleichspannungsschienen mit jeweils unterschiedlichem Potential und unterschiedlicher Richtung des Stromflusses überlagern, wie es bei bisherigen Lösungen mit zwei Gleichspannungsschienen, welche aus dem Leistungshalbleitermodul herausgeführt und mit dem Gleichspannungskreis verbunden sind, auftritt:

Figure DE102015216083A1_0003
The magnetic field strengths of, for example, two electrical conductors can be superimposed in a conductor gap an arrangement of two adjacent DC busbars each having different potential and different direction of the current flow, as in previous solutions with two DC busbars, which led out of the power semiconductor module and connected to the DC voltage circuit are, occurs:
Figure DE102015216083A1_0003

Dabei bezeichnet H1 die magnetische Gesamtfeldstärke, welche sich im Betrieb in dem Leiterzwischenraum der beiden nebeneinander liegenden elektrischen Leiter einstellt, I ist der Strom, welcher jeweils mit unterschiedlicher Flussrichtung durch die beiden möglichst eng nebeneinander liegenden Gleichspannungsschienen fließt und h bestimmt die Länge der Gleichspannungsschienen, welche hier mit jeweils nahezu identischer Länge angenommen werden. In this case, H1 denotes the total magnetic field strength, which sets in operation in the conductor gap of the two adjacent electrical conductors, I is the current which flows with different flow direction through the two closely spaced DC busbars and h determines the length of the DC busbars, which here each with almost identical length are assumed.

Werden nunmehr drei Gleichspannungsschienen betrachtet, welche geschichtet angeordnet sind und somit aufgrund ihrer Anordnung zwei Leiterzwischenräume aufweisen, stellt sich die jeweilige magnetische Gesamtfeldstärke in den beiden entsprechenden Leiterzwischenräumen unter bestimmten Voraussetzungen wie folgt ein:

Figure DE102015216083A1_0004
If now three DC busbars are considered, which are arranged in a layered manner and thus have two conductor interspaces due to their arrangement, the respective overall magnetic field strength in the two corresponding conductor interspaces sets under certain conditions as follows:
Figure DE102015216083A1_0004

Dabei bezeichnen H2 und H3 die magnetischen Gesamtfeldstärken, welche sich im Betrieb in jeweils einem der beiden Leiterzwischenräume der drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen einstellen. Die innere der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung weist im Betrieb das erste Potential der Gleichspannung auf, die beiden äußeren der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung weisen das zweite Potential der Gleichspannung auf. Herein, H2 and H3 denote the total magnetic field strengths which, during operation, are set in each case in one of the two conductor interstices of the three layered DC busbars arranged in a layered manner. The inner layered arranged DC busbars of the multi-conductor busbar has in operation the first potential of the DC voltage, the two outer layered arranged DC busbars of the multi-conductor busbars have the second potential of the DC voltage.

Weiterhin ist I der Strom, welcher durch die Gleichspannungsschienen fließt, und h kennzeichnet die Länge der Gleichspannungsschienen, welche hier mit jeweils nahezu identischer Länge ausgewiesen sind. Furthermore, I is the current that flows through the DC busbars, and h denotes the length of the DC busbars, which are each identified here with almost identical length.

Die obige Gleichung für die beiden magnetischen Gesamtfeldstärken in den jeweiligen Leiterzwischenräumen der Mehrleiterverschienung gilt in dieser Form annähernd dann, wenn im Betrieb jeweils durch die zwei äußeren der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen ein Teilstrom des Stroms fließt. Diese Teilströme weisen eine entgegengesetzte Richtung zum Strom auf, welcher durch die inneren der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen fließt. In Summe ergeben diese Teilströme in den Gleichspannungsschienen, welche in der Mehrleiterverschienung außen angeordnet sind, den Strom der Gleichspannungsschiene, welche in der Mehrleiterverschienung innen angeordnet ist. The above equation for the two total magnetic field strengths in the respective conductor interstices of the multi-conductor busbar applies in this form approximately when, in operation, a partial current of the current flows in each case through the two outer of the layered DC busbars. These sub-streams have an opposite direction to the current flowing through the inner of the layered DC bus bars. In sum, these partial currents in the DC busbars, which are arranged on the outside in the multi-conductor busbar, result in the current of the DC busbar, which is arranged inside in the multi-conductor busbar.

Wird von einem konstanten Leiterabstand über die Länge der Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung ausgegangen, besitzen die Leiterzwischenräume der drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen das doppelte Volumen im Vergleich zu dem Leiterzwischenraum der herkömmlichen Anordnung mit zwei Gleichspannungsschienen: V23 = V2 + V3 = 2·V1 Assuming a constant conductor spacing along the length of the DC bus bars of the multi-conductor busbar, the conductor interstices of the three layered DC bus bars have twice the volume compared to the conductor gap of the conventional two DC bus bar arrangement: V23 = V2 + V3 = 2 * V1

Dabei bezeichnet V23 eine Summe aus einem zweiten Volumen V2 und einem dritten Volumen V3 der jeweiligen Leiterzwischenräume mit drei Gleichspannungsschienen und V1 das erste Volumen des Leiterzwischenraums der Anordnung mit zwei Gleichspannungsschienen. In this case, V23 denotes a sum of a second volume V2 and a third volume V3 of the respective conductor gaps with three DC busbars and V1 the first volume of the conductor gap of the arrangement with two DC busbars.

Aus den bisherigen Betrachtungen lässt sich nun das Verhältnis zwischen den Induktivitäten in der Anordnung der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen bestehend aus drei elektrischen Leitern versus der Anordnung der Gleichspannungsschienen bestehend aus zwei elektrischen Leitern ermitteln:

Figure DE102015216083A1_0005
From the previous considerations, the relationship between the inductances in the arrangement of the layered DC busbars consisting of three electrical conductors versus the arrangement of the DC busbars comprising two electrical conductors can now be determined:
Figure DE102015216083A1_0005

Dabei bezeichnet L(3Leiter) die Induktivität, welche die erfindungsgemäße Modulanordnung mittels drei geschichtet angeordneter Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung aufweist, und L(2Leiter) bezeichnet die Induktivität, welche eine Anordnung von zwei Gleichspannungsschienen aufweist. In this case, L (3-conductor) designates the inductance which the module arrangement according to the invention has by means of three DC bus bars of the multi-conductor busbar layered, and L (2 conductor) denotes the inductance, which has an arrangement of two DC bus bars .

Ein in der Gleichung auftretendes Symbol µ kennzeichnet die materialabhängige Permeabilität im betrachteten Volumen. A symbol μ occurring in the equation indicates the material-dependent permeability in the considered volume.

Da in der obigen Betrachtung zur Anordnung von drei Gleichspannungsschienen die magnetischen Feldstärken H2 und H3 in den entsprechenden Leiterzwischenräumen jeweils einen gleichen Wert annehmen, und in die Berechnung zum Verhältnisses der beiden Induktivitäten L(3Leiter) zu L(2Leiter) das Volumen der Leiterzwischenräume als Summe der beiden Volumina V2 und V3 eingeht, genügt es, die Berechnung mittels einer der beiden magnetischen Feldstärke H2 oder H3 durchzuführen. In the above consideration of arranging three DC busbars, the magnetic field strengths H2 and H3 in the respective conductor gaps each take an equal value, and in the calculation of the ratio of the two inductances L (3-conductor) to L (2-conductor), the volume of the conductor gaps as the sum the two volumes V2 and V3 received, it is sufficient to perform the calculation using one of the two magnetic field strength H2 or H3.

Die Überlegungen zur Verteilung von Induktivitäten an elektrischen Leitern, in Kombination mit dem vorteilhaften Aufbau der erfindungsgemäßen Modulanordnung zeigt, dass die Induktivität bei der Anbindung von Leistungshalbleitermodulen an den Gleichspannungszwischenkreis gegenüber herkömmlichen Auslegungen mit zwei Gleichspannungsschienen deutlich reduziert werden kann. The considerations on the distribution of inductances on electrical conductors, in combination with the advantageous structure of the module assembly according to the invention shows that the inductance in the connection of power semiconductor modules to the DC voltage intermediate circuit over conventional designs with two DC busbars can be significantly reduced.

Die Induktivität im Inneren der Gleichspannungsschienen wurde für die beispielhafte Vergleichsberechnung vernachlässigt, da diese im Allgemeinen deutlich kleiner ist als die Induktivität, welche außerhalb der Gleichspannungsschienen, insbesondere in den Leiterzwischenräumen zwischen den Gleichspannungsschienen auftritt. The inductance inside the DC busbars has been neglected for the exemplary comparison calculation, since this is generally much smaller than the inductance which occurs outside the DC busbars, in particular in the conductor gaps between the DC busbars.

Die Herleitung der elektrotechnischen Zusammenhänge wird visuell unterstützt durch die Darstellungen in 1. The derivation of the electrical connections is visually supported by the representations in 1 ,

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the method are specified in the dependent claims.

Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform der Modulanordnung weisen die Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung, welche sich unmittelbar gegenüberliegen, während des Betriebs jeweils Potentiale mit entgegengesetzter Polarität auf. In a first advantageous embodiment of the module arrangement, the DC busbars of the multi-conductor busbars, which lie directly opposite one another, each have potentials of opposite polarity during operation.

Beim Betrieb der Modulanordnung mit wechselseitiger Verteilung der beiden Polaritäten der Potentiale auf die jeweils gegenüberliegenden Gleichspannungsschienen stellt sich die magnetische Feldstärke, welche die wirksame Induktivität während der Schalthandlungen von Leistungshalbleitern entscheidend beeinflusst, in den Leiterzwischenräumen der Gleichspannungsschienen nach den bereits beschriebenen elektrotechnischen Zusammenhängen besonders vorteilhaft ein. During operation of the module arrangement with mutual distribution of the two polarities of the potentials on the respectively opposite DC busbars, the magnetic field strength, which decisively influences the effective inductance during the switching operations of power semiconductors, becomes particularly advantageous in the conductor interspaces of the DC busbars according to the electrical connections described above.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Modulanordnung weist die Mehrleiterverschienung eine ungerade Anzahl von Gleichspannungsschienen auf. In a further advantageous embodiment of the module arrangement, the Mehrleiterverschienung an odd number of DC busbars on.

Auch diese Ausgestaltungsform unterstützt die aufgezeigten elektrotechnischen Zusammenhänge in besondere Weise, da eine Erweiterung der Mehrleiterverschienung aus beschriebener elektrotechnischer Sicht symmetrisch erfolgt. Das heißt, ist die Erweiterung der Mehrleiterverschienung um Gleichspannungsschienen über einen Umfang von drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen hinaus vorgesehen, erfordert jede Erweiterung mindestens zwei weitere Gleichspannungsschienen, welche an den äußeren der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen jeweils symmetrisch zur inneren der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen hinzugefügt werden. Also, this embodiment supports the indicated electrical engineering relationships in a special way, since an extension of the multi-conductor busbar from the described electrical engineering point of view takes place symmetrically. That is, if the extension of the multi-conductor bus is provided around DC rails beyond a circumference of three stacked DC bus bars, each extension requires at least two other DC bus bars which are added to the outer of the stacked DC bus bars respectively symmetrical to the inner layered DC bus bars.

Bei einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltungsform der Modulanordnung werden im Betrieb die Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung, welche das Potential gleicher Polarität aufweisen, von näherungsweise symmetrischen Teilströmen eines Stroms durchflossen. In a likewise advantageous embodiment of the module arrangement, the DC busbars of the multi-conductor busbars, which have the potential of the same polarity, flow through approximately symmetrical partial currents of a current during operation.

Die näherungsweise symmetrischen Teilströme in den Gleichspannungsschienen gleicher Polarität ergeben in ihrer Summe den Strom, welcher zum Leistungshalbleitermodul hin bzw. aus dem Leistungshalbleitermodul heraus fließt. Die Symmetrierung der Teilströme lässt sich mit Leistungshalbleiterchips für Leistungshalbleitermodule erreichen, deren ausgewählte Parameter innerhalb eines engen Toleranzbandes annähernd identische Werte aufweisen. Im Ergebnis des Vergleichs werden diese Leistungshalbleiterchips selektiv für einen Einsatz ausgewählt. So können die Leistungshalbleiterchips beispielsweise anhand annähernd identischer Thresholdspannungen ausgewählt werden, wobei ein Unterschied nur innerhalb geringer Toleranzen zulässig ist. Weiterhin kann insbesondere auch ein symmetrisches Layout der Gleichspannungsschienen gleicher Polarität die Schieflast der Teilströme vermeiden. The approximately symmetrical partial currents in the DC voltage rails of the same polarity result in their sum in the current which flows out to the power semiconductor module or out of the power semiconductor module. The balancing of the partial currents can be achieved with power semiconductor chips for power semiconductor modules whose selected parameters have approximately identical values within a narrow tolerance band. As a result of the comparison, these power semiconductor chips are selectively selected for use. For example, the power semiconductor chips can be selected based on approximately identical threshold voltages, with a difference permissible only within narrow tolerances. Furthermore, in particular a symmetrical layout of the DC busbars of the same polarity can also avoid the unbalanced load of the partial currents.

Der Effekt der Reduzierung der Induktivität nach dem dargelegten elektrotechnischen Zusammenhang wirkt sich mittels der symmetrischen Teilströme in den aufgezeigten Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung unmittelbar vorteilhaft aus. Im Gegensatz dazu können bisher bekannte Anordnungen von Verschienungen mit lediglich zwei Gleichspannungsschienen den aufgezeigten elektrotechnischen Effekt nicht auszunutzen. The effect of reducing the inductance according to the described electrical connection has a direct effect by means of the symmetrical partial currents in the indicated DC bus bars of the multi-conductor busbar. In contrast, previously known arrangements of busbars with only two DC busbars can not exploit the demonstrated electrical effect.

Um Spannungsüberschläge an elektrischen Leitern der Modulanordnung zu verhindern, ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Modulanordnung zwischen den Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung, welche mit der jeweils entgegengesetzten Polarität der Potentiale betrieben werden, eine Dielektrikumsschicht eingebracht, welche einen festen Zustand oder einen gasförmigen Zustand aufweist. In order to prevent voltage flashovers on electrical conductors of the module arrangement, in an advantageous embodiment of the module arrangement between the DC busbars of the multi-conductor busbar, which are operated with the respective opposite polarity of the potentials, a dielectric layer is introduced, which has a solid state or a gaseous state.

Abweichend von umgebender Luft als technisch einfach zu realisierende gasförmige Dielektrikumsschicht ist der Einsatz von nicht ionisierten, trockenen Gasen wie Argon, Helium oder auch reiner Sauerstoff mit weiteren technischen Maßnahmen verbunden. So müssen Leiterzwischenräume der Gleichspannungsschienen von der Umgebung gekapselt werden und ggf. ist eine Befüllungsvorrichtung vorzusehen. Deviating from ambient air as a technically easy to implement gaseous dielectric layer, the use of non-ionized, dry gases such as argon, helium or pure oxygen is associated with other technical measures. Thus, conductor interstices of the DC busbars must be encapsulated by the environment and possibly a filling device is provided.

Die Dielektrikumsschicht ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Modulanordnung im festen Zustand Teil einer feststoffisolierenden Ummantelung der Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung. The dielectric layer is in a further advantageous embodiment of the module assembly in the solid state part of a solid-insulating sheath of the DC busbars of the multi-conductor busbar.

Diese Ausgestaltungsform verhindert insbesondere im Betrieb eine unerwünschte Berührung der spannungsführenden Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung durch Personen oder Gegenstände. This embodiment prevents in particular during operation, an undesirable contact of the live DC busbars of the multi-conductor busbars by persons or objects.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Modulanordnung weisen die geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung, an ihrem vom Leistungshalbleitermodul abgewandten Ende, aufgefächerte Gleichspannungsschienen auf, welche zur Aufnahme von Kondensatoren vorgesehen sind. In a further advantageous embodiment of the module arrangement, the layered arranged DC busbars of the multi-conductor busbar, at its end remote from the power semiconductor module end, fanned DC busbars, which are provided for receiving capacitors.

Um insbesondere während des Schaltvorgangs der Leistungshalbleiter die unerwünschten Auswirkungen der parasitären Induktivitäten in den Kommutierungszellen der Brückenschaltungen des Leistungshalbleitermoduls zu begrenzen, ist die enge elektrische bzw. auch räumliche Anbindung der Kondensatoren im Gleichspannungskreis an die Leistungshalbleiter des Leistungshalbleitermoduls von entscheidender Bedeutung. Die aufgefächerten Gleichspannungsschienen der Modulanordnung bieten beispielsweise beim Einsatz in elektrischen Umrichtern von Elektro- oder Hybridfahrzeugen eine sehr vorteilhafte Möglichkeit, das dort stark begrenzte Raumangebot effizienter auszunutzen. In Kombination mit den geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung gelingt mittels der Ausführungsbeispiels eine signifikante Reduzierung dieser parasitären Induktivitäten. In order to limit the undesired effects of the parasitic inductances in the commutation cells of the bridge circuits of the power semiconductor module, in particular during the switching operation of the power semiconductors, the close electrical or spatial connection of the capacitors in the DC circuit to the power semiconductor of the power semiconductor module is of crucial importance. The fanned-out DC busbars of the module arrangement, for example, when used in electrical converters of electric or hybrid vehicles, offer a very advantageous possibility of making more efficient use of the space available there which is very limited. In combination with the layered arranged DC busbars of the multi-conductor busbars succeeds by means of the embodiment, a significant reduction of these parasitic inductances.

Für Antriebssysteme, welche dreiphasige Drehstromsysteme als Energieversorgung nutzen, kommen in elektrischen Umrichtern Leistungshalbleitermodule zum Einsatz, welche eine Sechspulspuls-Brückenschaltung aufweisen. Diese Leistungshalbleitermodule besitzen oft einen zweiphasigen elektrischen Anschluss an den Gleichspannungskreis und einen dreiphasigen elektrischen Anschluss für den Drehstromkreis. For drive systems which use three-phase three-phase systems as energy supply, power semiconductor modules which have a six-pulse pulse bridge circuit are used in electrical converters. These power semiconductor modules often have a two-phase electrical connection to the DC circuit and a three-phase electrical connection for the three-phase circuit.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Sechspuls-Brückenschaltung mittels dreier Leistungshalbleitermodule zu realisieren, welche jeweils eine Halbrückenschaltung aufweisen. Another possibility is to realize the six-pulse bridge circuit by means of three power semiconductor modules, which each have a half-bridge circuit.

In diesem Fall sind bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Modulanordnung die aufgefächerten Gleichspannungsschienen jeweils mittels geschichtet angeordneter Gleichspannungsschienen mit mehreren Leistungshalbleitermodulen elektrisch verbunden. In this case, in a further advantageous embodiment of the module arrangement, the fanned-out DC busbars are electrically connected to multiple power semiconductor modules by means of layered DC busbars.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Modulanordnung, ist mindestens ein Kondensator zwischen den jeweils aufgefächerten Gleichspannungsschienen, welche sich gegenüberliegen und im Betrieb jeweils Potentiale von unterschiedlicher Polarität aufweisen, angeordnet und mittels Kondensatoranschlüssen elektrisch verbunden. In a further advantageous embodiment of the module arrangement, at least one capacitor between each fanned DC busbars, which are opposite each other and each have potentials of different polarity in operation, arranged and electrically connected by means of capacitor terminals.

Die Anzahl und die Art der Kondensatoranschlüsse, welche die elektrische Verbindung zwischen dem Kondensator und den aufgefächerten Gleichspannungsschienen herstellen, kann variieren zwischen einigen wenigen selektiv angeordneten Kondensatoranschlüssen, über eine Vielzahl von Kondensatoranschlüssen bis hin zu einem flächigen Kondensatoranschluss. The number and type of capacitor terminals that make up the electrical connection between the capacitor and the fanned DC busbars can vary between a few selectively arranged capacitor terminals, across a plurality of capacitor terminals, to a flat capacitor terminal.

Die aufgefächerten Gleichspannungsschienen selbst können Teil des Kondensators sein. In diesem Fall benötigen die aufgefächerten Gleichspannungsschienen keine zusätzlichen Kondensatoranschlüsse. The fanned DC busbars themselves may be part of the capacitor. In this case, the fanned DC busbars require no additional capacitor terminals.

Als Kondensatoren an den aufgefächerten Gleichspannungsschienen sind bei einer weiteren Ausgestaltungsform der Modulanordnung Folienkondensatoren vorgesehen. In a further embodiment of the module arrangement, film capacitors are provided as capacitors on the fanned-out DC voltage rails.

Folienkondensatoren, insbesondere Kunststofffolienkondensatoren, besitzen eine Reihe von Eigenschaften, wie sie für Kondensatoren mit hohen elektrischen, mechanischen und konstruktiven Anforderungen beim Einsatz beispielsweise in elektrischen Umrichtern von Elektro- oder Hybridfahrzeugen besonders vorteilhaft sind. So können sie verlustarm betrieben werden, haben u.a. eine geringe Temperatur- und Frequenzabhängigkeit, eine geringe dielektrische Absorption und einen sehr hohen Isolationswiderstand, sie arbeiten über einen großen Temperaturbereich und sind oft selbstheilend ausgeführt. Film capacitors, in particular plastic film capacitors, have a number of properties, such as are particularly advantageous for capacitors with high electrical, mechanical and structural requirements when used for example in electrical converters of electric or hybrid vehicles. So they can be operated with low loss, have u.a. a low temperature and frequency dependence, a low dielectric absorption and a very high insulation resistance, they work over a wide temperature range and are often self-healing.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Modulanordnung, mittels der konstruktive Details für ein Beispiel von aufgefächerten Gleichspannungsschienen zur Aufnahme der Kondensatoren vorgeschlagen werden, umfassen die aufgefächerten Gleichspannungsschienen wenigstens eine innere Gleichspannungsschiene und mindestens zwei äußere Gleichspannungsschienen, wobei die innere Gleichspannungsschiene an einem gedachten Querschnitt, welcher durch die aufgefächerten Gleichspannungsschienen geführt und in Richtung einer gedachten Verlängerung der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung ausgerichtet ist, eine I-Form aufweist, und wobei die äußeren Gleichspannungsschienen an dem Querschnitt jeweils eine L-Form aufweisen. In an advantageous embodiment of the module assembly, by means of which structural details for an example of fanned DC busbars for receiving the capacitors are proposed, the fanned DC busbars comprise at least one inner DC busbar and at least two outer DC busbars, wherein the inner DC busbar at an imaginary cross section, which through the fanned DC busbars and aligned in the direction of an imaginary extension of the layered arranged DC busbars of the multi-conductor busbar, has an I-shape, and wherein the outer DC busbars at the cross section in each case have an L-shape.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Modulanordnung, mittels der konstruktive Details für ein weiteres Beispiel von aufgefächerten Gleichspannungsschienen zur Aufnahme der Kondensatoren vorgeschlagen werden, umfassen die aufgefächerten Gleichspannungsschienen wenigstens eine innere Gleichspannungsschiene und mindestens zwei äußere Gleichspannungsschienen, wobei die innere Gleichspannungsschiene an einem gedachten Querschnitt, welcher durch die aufgefächerten Gleichspannungsschienen geführt und in Richtung einer gedachten Verlängerung der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung ausgerichtet ist, eine T-Form aufweist, und wobei die äußeren Gleichspannungsschienen an dem Querschnitt jeweils ein I-förmiges Gegenstück zum Dach der T-Form aufweisen. In an advantageous embodiment of the module assembly, by means of the structural details are proposed for another example of fanned DC busbars for receiving the capacitors, the fanned DC busbars comprise at least one inner DC busbar and at least two outer DC busbars, wherein the inner DC busbar at an imaginary cross-section which through the fanned DC busbars are guided and aligned in the direction of an imaginary extension of the layered arranged DC busbars of the multi-conductor busbar, has a T-shape, and wherein the outer DC busbars at the cross section in each case have an I-shaped counterpart to the roof of the T-shape.

Für die Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein elektrischer Umrichter mit einer erfindungsgemäßen Modulanordnung vorgeschlagen. Der Einsatz der Modulanordnung im elektrischen Umrichter erhöht den elektrischen Wirkungsgrad und ermöglicht eine Verbesserung bei der Auslegung von elektrischen bzw. elektronischen Komponenten des elektrischen Umrichters. For solving the problem, an electrical converter with a module arrangement according to the invention is further proposed. The use of the module arrangement in the electrical converter increases the electrical efficiency and enables an improvement in the design of electrical or electronic components of the electrical converter.

Ebenfalls zur Lösung der Aufgabe wird ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem elektrischen Umrichter zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine vorgeschlagen. Der energetisch und konstruktiv effizient gestaltete elektrische Umrichter verbessert die technische Zuverlässigkeit und unterstützt den sparsamen Einsatz der für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug eingesetzten elektrischen Energie, was die Akzeptanz für derartige Fahrzeuge auch aus wirtschaftlicher Sicht erhöht. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigt: Also to achieve the object, an electric or hybrid vehicle with an electric converter for operating an electric drive machine is proposed. The energy-efficient and structurally efficient electric drive improves the technical reliability and supports the economical use of the electrical energy used for an electric or hybrid vehicle, which also increases the acceptance of such vehicles from an economic point of view. The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in connection with the figures. It shows:

1 eine schematische Darstellung elektrischer Leiter in verschiedenen Anordnungen, welche im Betrieb von einem Strom durchflossen und von magnetischen Feldern umgeben werden, 1 a schematic representation of electrical conductors in various arrangements, which flows through a current in the operation and be surrounded by magnetic fields,

2 eine zweidimensional ausgeführte Ansicht der erfindungsgemäßen Modulanordnung, 2 a two-dimensional view of the module arrangement according to the invention,

3 eine dreidimensionale Ansicht der erfindungsgemäßen Modulanordnung nach 2, insbesondere mit Details zur elektrischen Verbindung der Gleichspannungsschienen der Mehrleiterverschienung mit den Gleichspannungsleiterbahnen des Leistungshalbleitermoduls, 3 a three-dimensional view of the module assembly according to the invention 2 , in particular with details for the electrical connection of the DC busbars of the multi-conductor busbar to the DC busbars of the power semiconductor module,

4 eine erste dreidimensionale Darstellung von aufgefächerten Gleichspannungsschienen der erfindungsgemäßen Modulanordnung zur Aufnahme von Kondensatoren, 4 a first three-dimensional representation of fanned-out DC busbars of the module arrangement according to the invention for accommodating capacitors,

5 eine weitere dreidimensionale Darstellung von aufgefächerten Gleichspannungsschienen der erfindungsgemäßen Modulanordnung zur Aufnahme von Kondensatoren, 5 a further three-dimensional representation of fanned-out DC busbars of the module arrangement according to the invention for accommodating capacitors,

6 eine dreidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Modulanordnung mit drei Leistungshalbleitermodulen auf Basis von 2 und 3, welche mittels der Mehrleiterverschienungen mit den aufgefächerten Gleichspannungsschienen elektrisch verbunden sind, 6 a three-dimensional representation of the module assembly according to the invention with three power semiconductor modules based on 2 and 3 which are electrically connected by means of the multi-conductor busbars with the fanned-out DC busbars,

7 eine weitere dreidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Modulanordnung 6 mit drei Leistungshalbleitermodulen, sowie 7 a further three-dimensional representation of the module assembly according to the invention 6 with three power semiconductor modules, as well

8 eine schematische Darstellung eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Modulanordnung in einem elektrischen Umrichter zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine. 8th a schematic representation of an electric or hybrid vehicle with the module assembly according to the invention in an electrical converter for operating an electric drive machine.

Zur Visualisierung der bereits beschriebenen elektrotechnischen Zusammenhänge für eine Herleitung eines Vergleich von Induktivitäten elektrischer Leiter, zeigt 1 eine schematische Darstellung von elektrischen Leitern 21 in verschiedenen Anordnungen, welche im Betrieb von einem Strom IDC bzw. von einem Teilstrom I’DC des Stroms IDC durchflossen werden und daraus folgend von magnetischen Feldern H0, H1, H2, H3 umgeben sind. Die Erfindung betrachtet hier vorrangig elektrische Leiter 21, welche insbesondere zur Energieübertagungen höherer Leistungen eingesetzt werden. Derartige elektrische Leiter 21 werden oftmals in Form von Stromschienen ausgelegt. For visualization of the already described electrical engineering relationships for a derivation of a comparison of inductances of electrical conductors, shows 1 a schematic representation of electrical conductors 21 in various arrangements, which are traversed in operation by a current IDC or by a partial current I'DC of the current IDC and are consequently surrounded by magnetic fields H0, H1, H2, H3. The invention primarily considers electrical conductors 21 , which are used in particular for energy transfer of higher benefits. Such electrical conductors 21 are often designed in the form of busbars.

Wie in 1 auf der linken Seite gezeigt, bildet sich eine magnetische Einzelleiter-Feldstärke H0 um einen einzelnen stromdurchflossenen elektrischen Leiter 21 dann, wenn dieser elektrische Leiter 21 vom Strom IDC in einer Richtung durchflossen wird. As in 1 shown on the left side, a magnetic single-conductor field strength H0 forms around a single current-carrying electrical conductor 21 then, if this electrical conductor 21 flows through the current IDC in one direction.

Generell sind die Stromrichtungen des Stroms IDC bzw. der Teilströme I‘DC des Stroms IDC in 1 mittels dafür üblicher elektrotechnischer Symbole gekennzeichnet. In general, the current directions of the current IDC and of the partial currents I'DC of the current IDC are in 1 characterized by customary electrical symbols.

In der Mitte der 1 erfolgt die Darstellung zweier elektrischer Leiter 21, welche nahe beieinander angeordnet sind und jeweils in entgegengesetzter Richtung von dem Strom IDC durchflossen werden. Die beiden elektrischen Leiter 21 weisen dabei in einen ersten Leiterzwischenraum RA1 eine erste magnetische Gesamtfeldstärke H1 auf, wobei sich ein Volumen V1 im ersten Leiterzwischenraum RA1 folgendermaßen bildet: V1 = c·b·h In the middle of 1 the representation of two electrical conductors takes place 21 , which are arranged close to each other and are each traversed in the opposite direction of the current IDC. The two electrical conductors 21 have a first total magnetic field strength H1 in a first conductor gap RA1, wherein a volume V1 in the first conductor gap RA1 forms as follows: V1 = c · b · h

Dabei ist c der Leiterabstand, b die Leiterbreite und h die Leiterhöhe. Where c is the conductor spacing, b is the conductor width, and h is the conductor height.

In l auf der rechten Seite dargestellt, ist eine Anordnung von drei elektrischen Leitern 21, welche vergleichbar zur Anordnung der zwei elektrischen Leiter 21 ebenfalls nahe beieinander angeordnet sind. Der mittlere der drei elektrischen Leiter 21 wird von Strom IDC durchflossen, die beiden äußeren der drei elektrischen Leiter 21 werden jeweils von Teilströmen I’DC des Stroms IDC durchflossen. Die beiden Teilströme I’DC ergeben mit ihrem jeweils gleichen Wert in Summe den Strom IDC und fließen bezogen auf den Strom IDC in entgegengesetzter Richtung. In l Shown on the right is an array of three electrical conductors 21 which is comparable to the arrangement of the two electrical conductors 21 are also arranged close to each other. The middle of the three electrical conductors 21 is traversed by current IDC, the two outer of the three electrical conductors 21 In each case, partial currents I'DC of the current IDC flow through. The two sub-currents I'DC result in their respective same value in total the current IDC and flow with respect to the current IDC in the opposite direction.

Die Anordnung aus drei elektrischen Leitern 21 bildet einen zweiten Leiterzwischenraum RA2, welcher eine zweite magnetische Gesamtfeldstärke H2 aufweist, und einen dritten Leiterzwischenraum RA3, welcher eine dritte magnetische Gesamtfeldstärke H3 aufweist. Der zweite Leiterzwischenraum RA2 umschließt ein zweites Volumen V2 und der dritte Leiterzwischenraum RA3 bestimmend ein drittes Volumen V3. Beide Volumina V2, V3 weißen einen gleichen Wert wie das erste Volumen V1 auf, welches den ersten Leiterzwischenraum der Anordnung mit zwei elektrischen Leitern kennzeichnet: V1 = V2 = V3 The arrangement of three electrical conductors 21 forms a second conductor gap RA2, which has a second total magnetic field strength H2, and a third conductor gap RA3, which has a third total magnetic field strength H3. The second conductor gap RA2 encloses a second volume V2 and the third conductor gap RA3 defining a third volume V3. Both volumes V2, V3 have the same value as the first volume V1, which identifies the first conductor gap of the arrangement with two electrical conductors: V1 = V2 = V3

Eine zweidimensional ausgeführte Darstellung in 2 zeigt eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen Modulanordnung 1. Die kompakt ausgeführte Modulanordnung weist ein Leistungshalbleitermodul 27 mit einem Kühlkörper 10 auf. Auf ein Substrat 4 des Leistungshalbleitermoduls 27 sind drei Gleichspannungsleiterbahnen 5 und eine Wechselspannungsleiterbahn 8 aufgebracht. Die Anzahl der drei Gleichspannungsleiterbahnen 5 ist allerdings der 2 nicht direkt zu entnehmen, da die Seitenansicht der zweidimensionalen Darstellung dafür ungeeignet ist (siehe dazu 3). A two-dimensional representation in 2 shows a side view of the module assembly according to the invention 1 , The compact module arrangement has a power semiconductor module 27 with a heat sink 10 on. On a substrate 4 of the power semiconductor module 27 are three DC busbars 5 and an AC conductor track 8th applied. The number of three DC conductor tracks 5 is, however of the 2 can not be taken directly because the side view of the two-dimensional representation is unsuitable for this (see 3 ).

Auf die konkrete Anordnung von Leistungshalbleitern im Leistungshalbleitermodul 27 wurde generell verzichtet, da eine entsprechende Anordnung für bekannte Brückenschaltungen (Halbbrücken, Vollbrücken) einer fachmännischen Ausführung unterliegt und prinzipiell bekannt ist. On the specific arrangement of power semiconductors in the power semiconductor module 27 was generally omitted, since a corresponding arrangement for known bridge circuits (half bridges, full bridges) is subject to a professional design and is known in principle.

Zwischen dem Substrat 4 und dem Kühlkörper 10 des Leistungshalbleitermoduls 27 ist eine wärmeleitende Schicht 11 eingebracht, welche oftmals aus Kupfer oder einem vergleichbar gut wärmeleitenden Material besteht. Eine elektrisch-thermische Verbindungstechnik, welche aus den Leiterbahnen 5, 8, dem Substrat 4 und der wärmeleitenden Schicht 11 Kupfer besteht, wird oftmals als Direct Copper Bonded (DCB) bezeichnet. Between the substrate 4 and the heat sink 10 of the power semiconductor module 27 is a thermally conductive layer 11 introduced, which often consists of copper or a comparatively good heat conducting material. An electrical-thermal connection technology, which consists of the conductor tracks 5 . 8th , the substrate 4 and the heat-conducting layer 11 Copper is often referred to as Direct Copper Bonded (DCB).

Die Wechselspannungsleiterbahn 8 weist im Betrieb ein Wechselspannungspotential VAC~ einer Wechselspannung auf und ist elektrisch mit einer Wechselspannungsschiene 9 verbunden. Die drei Gleichspannungsleiterbahnen 5 hingegen weisen im Betrieb jeweils Potentiale (in 2 nicht darstellbar, siehe 3) einer Gleichspannung VDC auf und sind elektrisch mit drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 einer Mehrleiterverschienung 2 verbunden. Dabei ist jeweils eine der drei Gleichspannungsleiterbahnen 5 mit einer der drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 verbunden, wobei hier die jeweiligen elektrischen Verbindung Eins-zu-Eins realisiert sind (in 2 nicht darstellbar, siehe 3). The AC conductor track 8th has an AC potential VAC ~ of an AC voltage during operation and is electrically connected to an AC voltage rail 9 connected. The three DC voltage tracks 5 on the other hand, potentials (in 2 not shown, see 3 ) of a DC voltage VDC and are electrically arranged with three DC busbars layered 6 a multi-conductor busbar 2 connected. In each case one of the three DC voltage conductors 5 with one of the three layered arranged DC busbars 6 connected, in which case the respective electrical connection one-to-one realized (in 2 not shown, see 3 ).

Zwischen den geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 ist jeweils eine Dielektrikumsschicht 7 eingebracht. Die innere der drei sandwischartig angeordneten Gleichspannungsschienen 6 weist im Betrieb ein erstes Potential DC+ auf, welches eine positive Polarität der Gleichspannung VDC annimmt. Die beiden äußeren der sandwischartig angeordneten Gleichspannungsschienen 6 hingegen weisen im Betrieb ein zweites Potential VDC– auf, welches eine negative Polarität der Gleichspannung VDC annimmt. Je nach produktspezifischer Auslegung der Modulanordnung 1 ist für den Betrieb eine Änderung der Polarität an der inneren und den äußeren der sandwischartig angeordneten Gleichspannungsschienen 6 prinzipiell möglich. Diese steht jedoch mit Produktauslieferung der Modulanordnung 1 fest. Between the layered arranged DC busbars 6 each is a dielectric layer 7 brought in. The inner of the three sandwischartig arranged DC busbars 6 has a first potential DC + in operation, which assumes a positive polarity of the DC voltage VDC. The two outer of the sandwischartig arranged DC busbars 6 In contrast, during operation, a second potential VDC-, which assumes a negative polarity of the DC voltage VDC. Depending on the product-specific design of the module arrangement 1 is a change in polarity at the inner and outer of the sandwischartig arranged DC busbars for operation 6 in principle possible. However, this is with product delivery of the module assembly 1 firmly.

An die drei sandwischartig angeordneten Gleichspannungsschienen 6 der Mehrleiterverschienung 2 schließen sich in Verlängerung drei aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 an. Die 2 zeigt, dass eine elektrische und mechanische Verbindung der drei sandwischartig angeordneten Gleichspannungsschienen 6 der Mehrleiterverschienung 2 mit den drei aufgefächerte Gleichspannungsschienen 14 formschlüssig und materialschlüssig erfolgt. Denkbar sind auch andere Arten elektrischer und mechanischer Verbindungen, wobei die Gefahr des Auftretens von erhöhten Übergangswiderständen und Induktivitäten besteht. To the three sandwischartig arranged DC busbars 6 the multi-conductor busbar 2 close in extension three fanned DC busbars 14 at. The 2 shows that an electrical and mechanical connection of the three sandwischartig arranged DC busbars 6 the multi-conductor busbar 2 with the three fanned DC busbars 14 positive and material-locking takes place. Also conceivable are other types of electrical and mechanical connections, with the risk of the occurrence of increased contact resistance and inductances.

Zwischen der inneren und den beiden äußeren der drei aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 sind jeweils Kondensatoren 13 mechanisch eingebracht und mittels Kondensatoranschlüssen 12 elektrisch verbunden. Die Anzahl und die Art der Kondensatoranschlüsse 12 in den Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele dar und können variieren zwischen einigen wenigen selektiv angeordneten Kondensatoranschlüssen 12, über eine Vielzahl von Kondensatoranschlüssen bis hin zu einem flächigen Kondensatoranschluss. Between the inner and the two outer of the three fanned DC busbars 14 are each capacitors 13 introduced mechanically and by means of capacitor connections 12 electrically connected. The number and type of capacitor connections 12 Figures are merely exemplary embodiments and may vary between a few selectively arranged capacitor terminals 12 , across a variety of capacitor connections up to a flat capacitor connection.

Zu beachten ist ein elektrisch sinnvoller Anschluss der Kondensatoren 13 an das im Betrieb erste bzw. zweite Potential VDC+, VDC– der aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14, um eine Beschädigung oder eine Zerstörung der Modulanordnung 1 zu verhindern. Attention must be paid to an electrically sensible connection of the capacitors 13 to the first or second potential VDC +, VDC- of the fanned-out DC busbars during operation 14 to damage or destroy the module assembly 1 to prevent.

Die Modulanordnung 1 ist für einen induktivitätsarmen Betrieb an einem Gleichspannungskreis 3 vorgesehen. Daher weist die Modulanordnung 1 einen Gleichspannungskreisanschluss 17 auf, mittels dem der Gleichspannungskreis 3 mit den aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 der Modulanordnung 1 für den induktivitätsarmen Betrieb verbindbar ist, wobei die aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 im Betrieb das erste und das zweite Gleichspannungskreispotential VDC+, VDC– aufweisen. The module arrangement 1 is for a low-inductance operation on a DC circuit 3 intended. Therefore, the module assembly 1 a DC circuit connection 17 on, by means of the DC voltage circuit 3 with the fanned DC busbars 14 the module arrangement 1 can be connected for the low-inductance operation, the fanned DC busbars 14 in operation, the first and the second DC voltage potential VDC +, VDC- have.

Um die Modulanordnung 1 so zu gestalten, dass diese nur mittels zweier Gleichspannungsschienen des Gleichspannungskreisanschluss 17 an den Gleichspannungskreis 3 anschließbar ist, werden die beiden äußeren der aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14, welche im Betrieb das zweite Potential VDC– gleicher Polarität aufweisen, mittels einer Verbindungsschiene 18 elektrisch wie mechanisch zusammengeführt. To the module arrangement 1 be designed so that these only by means of two DC busbars of the DC voltage circuit connection 17 to the DC circuit 3 can be connected, the two outer of the fanned DC busbars 14 , which in operation have the second potential VDC of the same polarity, by means of a connecting rail 18 combined electrically and mechanically.

Ausgehend von 2 zeigt die 3 eine erste dreidimensionale Ansicht der erfindungsgemäßen Modulanordnung 1, wobei insbesondere Details der elektrischen Verbindung der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 der Mehrleiterverschienung 2 mit den Gleichspannungsleiterbahnen 5 des Leistungshalbleitermoduls 27 dargestellt sind. Starting from 2 show the 3 a first three-dimensional view of the module assembly according to the invention 1 In particular, details of the electrical connection of the layered arranged DC busbars 6 the multi-conductor busbar 2 with the DC conductor tracks 5 of the power semiconductor module 27 are shown.

Das Leistungshalbleitermodul 27 sowie der via wärmeleitender Schicht 11 mit dem Leistungshalbleitermodul 27 verbundene Kühlkörper 10 sind in der 3 so dargestellt, dass gut zu erkennen ist, wie die geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 der Mehrleiterverschienung 2 jeweils mit nur einer Gleichspannungs-Leiterbahn 5 elektrisch verbunden sind. Ebenso gilt im Anwendungsbeispiel, dass jede der Gleichspannungsleiterbahnen 5 mit nur einer der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 der Mehrleiterverschienung 2 verbunden ist. Die mittlere der drei Gleichspannungsleiterbahnen 5 und die innere der drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 der Mehrleiterverschienung 2 weisen im Betrieb das erste Potential VDC+ auf. Es besitzt eine entgegengesetzte Polarität zu dem zweiten Potential VDC–, welches im Betrieb an den jeweils beiden äußeren der drei Gleichspannungsleiterbahnen 5 wie auch an den äußeren der drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 anliegt. The power semiconductor module 27 as well as the via heat-conducting layer 11 with the power semiconductor module 27 connected heatsinks 10 are in the 3 shown so that it is easy to see how the layered arranged DC busbars 6 the multi-conductor busbar 2 each with only one DC voltage trace 5 are electrically connected. Likewise applies in the application example that each of the DC voltage tracks 5 with only one of the layered arranged DC busbars 6 the multi-conductor busbar 2 connected is. The middle of the three DC voltage tracks 5 and the inner of the three layered DC busbars 6 the multi-conductor busbar 2 have the first potential VDC + in operation. It has an opposite polarity to the second potential VDC-, which in operation at the two outer of the three DC voltage tracks 5 as well as on the outer of the three layered arranged DC busbars 6 is applied.

Für eine Auslegung des Leistungshalbleitermodul 27 als Halbbrückenschaltung eignen sich die Ausführungsbeispiele, welche jeweils in den 2 und 3 dargestellt sind, wobei diese Brückenschaltung nur für eine Phase einer Wechselspannung ein Wechselspannungspotential VAC~ mittels der Wechselspannungsschiene 9 bereitstellt. For a design of the power semiconductor module 27 as half-bridge circuit, the embodiments are suitable, each in the 2 and 3 are shown, this bridge circuit only for one phase of an AC voltage an AC potential VAC ~ means of the AC voltage rail 9 provides.

Ebenfalls durch die 3 visualisiert ist eine thermische Verbindung des Substrats 4 mit der wärmeleitenden Schicht 11. Das Substrat 4 weist dabei sowohl die Gleichspannungsleiterbahnen 5 wie auch die Wechselspannungsleiterbahn 8 auf. Die wärmeleitende Schicht 11, das Substrat 4 sowie die Leiterbahnen 5, 8 bilden zusammen das DCB des Leistungshalbleitermoduls 27. Also by the 3 visualized is a thermal connection of the substrate 4 with the heat-conducting layer 11 , The substrate 4 indicates both the DC voltage tracks 5 as well as the AC conductor track 8th on. The heat-conducting layer 11 , the substrate 4 as well as the tracks 5 . 8th together form the DCB of the power semiconductor module 27 ,

Eine in 4 gezeigte erste dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels von aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 der erfindungsgemäßen Modulanordnung 1 offenbart die mechanische Aufnahme und die elektrische Verbindung von Kondensatoren 13, wie sie an einem Gleichspannungskreis 3 beim induktivitätsarmen Betrieb von Leistungshalbleitermodulen 27 der erfindungsgemäßen Modulanordnung 1 eingesetzt werden. An in 4 shown first three-dimensional representation of an embodiment of fanned DC busbars 14 the module assembly according to the invention 1 discloses the mechanical reception and the electrical connection of capacitors 13 as they do on a DC circuit 3 in the low-inductance operation of power semiconductor modules 27 the module assembly according to the invention 1 be used.

Im Anwendungsbeispiel der 4 werden drei aufgefächerte Gleichspannungsschienen 14 gezeigt, welche sich in eine innere Gleichspannungsschiene und zwei äußere Gleichspannungsschienen aufteilen. Die innere Gleichspannungsschiene weist an einem gedachten Querschnitt 25, welcher durch die aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 geführt und in Richtung einer gedachten Verlängerung der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 ausgerichtet ist, eine I-Form 23 auf. Die äußeren Gleichspannungsschienen weisen an dem Querschnitt 25 jeweils eine L-Form 15 auf. In the application example of 4 become three fanned DC busbars 14 which divide into an inner DC busbar and two outer DC busbars. The inner DC bus bar has an imaginary cross section 25 , which by the fanned DC busbars 14 guided and in the direction of an imaginary extension of the layered arranged DC busbars 6 aligned, an I-shape 23 on. The outer DC bus bars point to the cross section 25 each an L-shape 15 on.

Zwischen jeweils der inneren und einer der beiden äußeren der drei aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 sind die Kondensatoren 13 angeordnet und mittels Kondensatoranschlüssen 12 elektrisch verbunden. Between each of the inner and one of the two outer of the three fanned DC busbars 14 are the capacitors 13 arranged and by means of capacitor connections 12 electrically connected.

Die innere der aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 mit der I-Form 23 und die innere der drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 weisen im Betrieb ein erstes Potential VDC+ auf. Es besitzt eine entgegengesetzte Polarität zu einem zweiten Potential VDC–, welches im Betrieb an den jeweils beiden äußeren der aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 mit der L-Form 15 sowie an den äußeren der drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 anliegt. The inner of the fanned DC busbars 14 with the I-shape 23 and the inner of the three layered DC busbars 6 have a first potential VDC + during operation. It has an opposite polarity to a second potential VDC-, which in operation at the two outer of the fanned-out DC busbars 14 with the L-shape 15 and on the outer of the three layered arranged DC busbars 6 is applied.

Auf die Visualisierung der elektrischen Verbindungen mit den Gleichspannungsleiterbahnen 5 des Leistungshalbleitermoduls 27, sowie auf die Dielektrikumsschichten 7 zwischen den geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6, wird in der 4 verzichtet. Die geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 sind hier nur rudimentär dargestellt. On the visualization of the electrical connections with the DC conductor tracks 5 of the power semiconductor module 27 , as well as on the dielectric layers 7 between the layered DC busbars 6 , is in the 4 waived. The layered DC busbars 6 are shown here only rudimentary.

Eine in 5 gezeigte weitere dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels von aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 der erfindungsgemäßen Modulanordnung 1 offenbart ebenfalls die mechanische Aufnahme und die elektrische Verbindung von Kondensatoren 13, wie sie an einem Gleichspannungskreis 3 beim induktivitätsarmen Betrieb von Leistungshalbleitermodulen 27 der erfindungsgemäßen Modulanordnung 1 eingesetzt werden. An in 5 shown further three-dimensional representation of an embodiment of fanned DC busbars 14 the module assembly according to the invention 1 also discloses the mechanical reception and electrical connection of capacitors 13 as they do on a DC circuit 3 in the low-inductance operation of power semiconductor modules 27 the module assembly according to the invention 1 be used.

Im Anwendungsbeispiel der 5 werden drei aufgefächerte Gleichspannungsschienen 14 gezeigt, welche sich in eine innere Gleichspannungsschiene und zwei äußere Gleichspannungsschienen aufteilen. Die innere Gleichspannungsschiene weist an einem gedachten Querschnitt 26, welcher durch die aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 geführt und in Richtung einer gedachten Verlängerung der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 ausgerichtet ist, eine T-Form 16 auf. Die äußeren Gleichspannungsschienen weisen an dem Querschnitt 26 jeweils ein I-förmiges Gegenstück 22 zum Dach der T-Form 16 auf. In the application example of 5 become three fanned DC busbars 14 which divide into an inner DC busbar and two outer DC busbars. The inner DC bus bar has an imaginary cross section 26 , which by the fanned DC busbars 14 guided and in the direction of an imaginary extension of the layered arranged DC busbars 6 aligned, a T-shape 16 on. The outer DC bus bars point to the cross section 26 each an I-shaped counterpart 22 to the roof of the T-shape 16 on.

Zwischen jeweils der inneren und einer der beiden äußeren der drei aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 sind die Kondensatoren 13 angeordnet und mittels Kondensatoranschlüssen 12 elektrisch verbunden. Between each of the inner and one of the two outer of the three fanned DC busbars 14 are the capacitors 13 arranged and by means of capacitor connections 12 electrically connected.

Die innere der aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 mit der T-Form 16 und die innere der drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 weisen im Betrieb ein erstes Potential VDC+ auf. Es besitzt eine entgegengesetzte Polarität zu einem zweiten Potential VDC–, welches im Betrieb an den jeweils beiden äußeren der aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 mit dem I-förmigen Gegenstück 22 zum Dach der T-Form 16 sowie an den äußeren der drei geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 anliegt. The inner of the fanned DC busbars 14 with the T-shape 16 and the inner of the three layered DC busbars 6 have a first potential VDC + during operation. It has an opposite polarity to a second potential VDC-, which in operation at the two outer of the fanned-out DC busbars 14 with the I-shaped counterpart 22 to the roof of the T-shape 16 and on the outer of the three layered arranged DC busbars 6 is applied.

Auf die Visualisierung der elektrischen Verbindungen mit den Gleichspannungsleiterbahnen 5 des Leistungshalbleitermoduls 27, sowie auf die Dielektrikumsschichten 7 zwischen den geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6, wird in der 5 ebenfalls verzichtet. Die geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen 6 sind hier in der 5, vergleichbar zur 4, auch nur rudimentär dargestellt. On the visualization of the electrical connections with the DC conductor tracks 5 of the power semiconductor module 27 , as well as on the dielectric layers 7 between the layered DC busbars 6 , is in the 5 also omitted. The layered DC busbars 6 are here in the 5 , comparable to 4 , even rudimentary.

Das Ausführungsbeispiel in der 6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Modulanordnung 1 nach 2 und 3, wobei drei Leistungshalbleitermodule 27 mit ihrem Kühlkörper 10 via Mehrleiterverschienungen 2 mit den aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 und den darin angeordneten Kondensatoren 13 elektrisch verbunden sind. Die Kondensatoranschlüsse 12 stellen dabei die elektrische Verbindung zwischen den aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14 und den Kondensatoren her. Mittels des Gleichspannungskreisanschlusses 17 ist die Modulanordnung 1 mit dem Gleichspannungskreis 3 elektrisch verbindbar. The embodiment in the 6 shows a three-dimensional representation of the module assembly according to the invention 1 to 2 and 3 , wherein three power semiconductor modules 27 with her heat sink 10 via multi-conductor busbars 2 with the fanned DC busbars 14 and the capacitors disposed therein 13 are electrically connected. The capacitor connections 12 make the electrical connection between the fanned DC busbars 14 and the capacitors. By means of the DC circuit connection 17 is the module arrangement 1 with the DC voltage circuit 3 electrically connectable.

Diese Modulanordnung 1 eignet sich besonders dann, wenn drei Leistungshalbleitermodule 27, welche wie im Ausführungsbeispiel als Halbbrückenschaltungen ausgeführt sind und nur für eine Phase einer Wechselspannung ein Wechselspannungspotential VAC~ bereitstellen können, für eine Sechspuls-Brückenschaltung an einem Drehstromsystem verwendet werden sollen. This module arrangement 1 is particularly suitable if three power semiconductor modules 27 which, as in the exemplary embodiment, are designed as half-bridge circuits and can provide an AC voltage potential VAC ~ only for one phase of an AC voltage, are to be used for a six-pulse bridge circuit on a three-phase system.

Mit der 7 wird eine weitere dreidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Modulanordnung 1 mit den drei Leistungshalbleitermodulen 27 nach 6 dargestellt, welche dem dort gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht. Die 6 visualisiert im Detail die Herstellung der elektrischen Verbindung der beiden äußeren der aufgefächerten Gleichspannungsschienen 14, welche im Betrieb das zweite Potential VDC– aufweisen, mittels der Verbindungsschiene 18. With the 7 is a further three-dimensional representation of the module assembly according to the invention 1 with the three power semiconductor modules 27 to 6 represented, which corresponds to the embodiment shown there. The 6 visualizes in detail the production of the electrical connection of the two outer of the fanned-out DC busbars 14 , which in operation have the second potential VDC-, by means of the connecting rail 18 ,

Eine schematische Darstellung eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs 20 mit der erfindungsgemäßen Modulanordnung 1 in einem elektrischen Umrichter 19 zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine 24 offenbart die 8. A schematic representation of an electric or hybrid vehicle 20 with the module arrangement according to the invention 1 in an electrical inverter 19 for operating an electric drive machine 24 reveals that 8th ,

Ein elektrischer Umrichter 19 mit der erfindungsgemäßen Modulanordnung 1 kann sowohl aus technischer wie auch aus wirtschaftlicher Sicht effizienter betrieben werden. Einerseits können Schaltverluste an den Leistungshalbleitermodulen 27 reduziert werden, andererseits hilft der konstruktive Aufbau der Modulanordnung 1, kompaktere elektrische Umrichter 19 zu entwerfen und anzubieten. Derart effizient gestaltete elektrische Umrichter 19 eignen sich besonders für den Einsatz in Elektro- oder Hybridfahrzeugen 20. Insbesondere für diesen Markt werden verstärkt platzsparende Lösungen für elektrische Umrichter 19 zum Betreiben elektrischer Antriebsmaschinen 24 gesucht. An electrical inverter 19 with the module arrangement according to the invention 1 can be operated more efficiently from a technical as well as an economic point of view. On the one hand, switching losses on the power semiconductor modules 27 be reduced, on the other hand helps the structural design of the module assembly 1 , more compact electrical converters 19 to design and offer. Such efficiently designed electrical converters 19 are particularly suitable for use in electric or hybrid vehicles 20 , Especially for this market are increasingly space-saving solutions for electrical converters 19 for operating electric drive machines 24 searched.

Claims (14)

Modulanordnung (1) zum induktivitätsarmen Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls (27) an einem Gleichspannungskreis (3), aufweisend mindestens drei Gleichspannungsleiterbahnen (5) auf einem Substrat (4) des Leistungshalbleitermoduls (27) und eine Mehrleiterverschienung (2) mit mindestens drei Gleichspannungsschienen (6), welche jeweils elektrisch mit einer der Gleichspannungsleiterbahnen (5) verbunden sind, wobei – die Gleichspannungsschienen (6) geschichtet angeordnet sind, – die geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen (6) aus dem Leistungshalbleitermodul (27) herausgeführt sind und – im Betrieb an mindestens einer der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen (6) ein erstes Potential (VDC+) einer Gleichspannung (VDC) anliegt und an den verbliebenen Gleichspannungsschienen der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen (6) jeweils ein zweites Potential (VDC–) der Gleichspannung (VDC) mit entgegengesetzter Polarität zu dem ersten Potential (VDC+) anliegt. Module arrangement ( 1 ) for the low-inductance operation of a power semiconductor module ( 27 ) on a DC voltage circuit ( 3 ), comprising at least three DC conductors ( 5 ) on a substrate ( 4 ) of the power semiconductor module ( 27 ) and a multi-conductor busbar ( 2 ) with at least three DC busbars ( 6 ), each of which is electrically connected to one of the DC printed conductors ( 5 ), wherein - the DC busbars ( 6 ) are arranged in layers, - the layered DC busbars ( 6 ) from the power semiconductor module ( 27 ) are led out and - in operation on at least one of the layered arranged DC busbars ( 6 ) a first potential (VDC +) of a DC voltage (VDC) is applied and to the remaining DC busbars of the layered arranged DC busbars ( 6 ) in each case a second potential (VDC) of the DC voltage (VDC) with opposite polarity to the first potential (VDC +) is applied. Modulanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die Gleichspannungsschienen (6) der Mehrleiterverschienung (2), welche sich unmittelbar gegenüberliegen, während des Betriebs jeweils Potentiale (VDC+, VDC–) mit entgegengesetzter Polarität aufweisen. Module arrangement ( 1 ) according to claim 1, wherein the DC busbars ( 6 ) of the multi-conductor busbar ( 2 ) immediately opposite each other during operation have respective potentials (VDC +, VDC-) of opposite polarity. Modulanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Mehrleiterverschienung (2) eine ungerade Anzahl von Gleichspannungsschienen (6) aufweist. Module arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, wherein the multi-conductor busbar ( 2 ) an odd number of DC busbars ( 6 ) having. Modulanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Betrieb die Gleichspannungsschienen (6) der Mehrleiterverschienung (2), welche das Potential (VDC–) gleicher Polarität aufweisen, von näherungsweise symmetrischen Teilströmen (I‘DC) eines Stroms (IDC) durchflossen werden. Module arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein in operation the DC busbars ( 6 ) of the multi-conductor busbar ( 2 ) having the potential (VDC-) of the same polarity of approximately symmetrical Partial currents (I'DC) of a current (IDC) are traversed. Modulanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Gleichspannungsschienen (6) der Mehrleiterverschienung (2), welche mit der jeweils entgegengesetzten Polarität der Potentiale (VDC+, VDC–) betrieben werden, eine Dielektrikumsschicht (7) eingebracht ist, welche einen festen Zustand oder einen gasförmigen Zustand aufweist. Module arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein between the DC busbars ( 6 ) of the multi-conductor busbar ( 2 ), which are operated with the respective opposite polarity of the potentials (VDC +, VDC-), a dielectric layer ( 7 ) having a solid state or a gaseous state. Modulanordnung (1) nach Anspruch 5, wobei die Dielektrikumsschicht (7) im festen Zustand Teil einer feststoffisolierenden Ummantelung der Gleichspannungsschienen (6) der Mehrleiterverschienung (2) ist. Module arrangement ( 1 ) according to claim 5, wherein the dielectric layer ( 7 ) in the solid state part of a solid-insulating sheath of the DC busbars ( 6 ) of the multi-conductor busbar ( 2 ). Modulanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen (6) der Mehrleiterverschienung (2), an ihrem vom Leistungshalbleitermodul (1) abgewandten Ende, aufgefächerte Gleichspannungsschienen (14) aufweisen, welche zur Aufnahme von Kondensatoren (13) vorgesehen sind. Module arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the layered DC busbars ( 6 ) of the multi-conductor busbar ( 2 ), at its from the power semiconductor module ( 1 ) facing away, fanned DC busbars ( 14 ), which for receiving capacitors ( 13 ) are provided. Modulanordnung (1) nach Anspruch 7, wobei die aufgefächerten Gleichspannungsschienen (14) jeweils mittels geschichtet angeordneter Gleichspannungsschienen (6) mit mehreren Leistungshalbleitermodulen (27) elektrisch verbunden sind. Module arrangement ( 1 ) according to claim 7, wherein the fanned-out DC busbars ( 14 ) in each case by means of layered DC busbars ( 6 ) with several power semiconductor modules ( 27 ) are electrically connected. Modulanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei mindestens ein Kondensator (13) zwischen den jeweils aufgefächerten Gleichspannungsschienen (14), welche sich gegenüberliegen und im Betrieb jeweils Potentiale (VDC+, VDC–) von unterschiedlicher Polarität aufweisen, angeordnet und mittels Kondensatoranschlüssen (12) elektrisch verbunden ist. Module arrangement ( 1 ) according to one of claims 7 or 8, wherein at least one capacitor ( 13 ) between the fanned-out DC busbars ( 14 ), which are opposite each other and in operation each have potentials (VDC +, VDC-) of different polarity, arranged and connected by means of capacitor connections ( 12 ) is electrically connected. Modulanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei als Kondensatoren (13) an den aufgefächerten Gleichspannungsschienen (14) Folienkondensatoren vorgesehen sind. Module arrangement ( 1 ) according to one of claims 7 to 9, wherein as capacitors ( 13 ) at the fanned DC busbars ( 14 ) Film capacitors are provided. Modulanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die aufgefächerten Gleichspannungsschienen (14) wenigstens eine innere Gleichspannungsschiene und mindestens zwei äußere Gleichspannungsschienen umfassen, wobei die innere Gleichspannungsschiene an einem gedachten Querschnitt (25), welcher durch die aufgefächerten Gleichspannungsschienen (14) geführt und in Richtung einer gedachten Verlängerung der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen (6) der Mehrleiterverschienung (2) ausgerichtet ist, eine I-Form (23) aufweist, und wobei die äußeren Gleichspannungsschienen an dem Querschnitt (25) jeweils eine L-Form (15) aufweisen. Module arrangement ( 1 ) according to one of claims 7 to 10, wherein the fanned-out DC busbars ( 14 ) comprise at least one inner DC busbar and at least two outer DC busbars, wherein the inner DC busbar at an imaginary cross-section ( 25 ), which by the fanned DC busbars ( 14 ) and in the direction of an imaginary extension of the layered arranged DC busbars ( 6 ) of the multi-conductor busbar ( 2 ), an I-shape ( 23 ), and wherein the outer DC bus bars at the cross section ( 25 ) each have an L-shape ( 15 ) exhibit. Modulanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die aufgefächerten Gleichspannungsschienen (14) wenigstens eine innere Gleichspannungsschiene und mindestens zwei äußere Gleichspannungsschienen umfassen, wobei die innere Gleichspannungsschiene an einem gedachten Querschnitt (26), welcher durch die aufgefächerten Gleichspannungsschienen (14) geführt und in Richtung einer gedachten Verlängerung der geschichtet angeordneten Gleichspannungsschienen (6) der Mehrleiterverschienung (2) ausgerichtet ist, eine T-Form (16) aufweist, und wobei die äußeren Gleichspannungsschienen an dem Querschnitt (26) jeweils ein I-förmiges Gegenstück (22) zum Dach der T-Form (16) aufweisen. Module arrangement ( 1 ) according to one of claims 7 to 10, wherein the fanned-out DC busbars ( 14 ) comprise at least one inner DC busbar and at least two outer DC busbars, wherein the inner DC busbar at an imaginary cross-section ( 26 ), which by the fanned DC busbars ( 14 ) and in the direction of an imaginary extension of the layered arranged DC busbars ( 6 ) of the multi-conductor busbar ( 2 ), a T-shape ( 16 ), and wherein the outer DC bus bars at the cross section ( 26 ) each an I-shaped counterpart ( 22 ) to the roof of the T-shape ( 16 ) exhibit. Elektrischer Umrichter (19) mit einer Modulanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12. Electrical converter ( 19 ) with a module arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 12. Elektro- oder Hybridfahrzeug (20) mit einem elektrischen Umrichter (19) nach Anspruch 13 zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine (24). Electric or hybrid vehicle ( 20 ) with an electrical converter ( 19 ) according to claim 13 for the operation of an electric drive machine ( 24 ).
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