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    • 专利摘要:
    EinLeistungshalbleitermodul besitzt einen Detektor zum Erfassen einesdurch ein Leistungshalbleiterbauteil fließenden Schaltungshauptstroms. DerDetektor umfasst ein erstes und ein zweites Schaltungsleiterbild;einen Kontaktierungsdraht, der an einer ersten und einer zweitenKontaktierungsstelle mit dem ersten bzw. zweiten Schaltungsleiterbildverbunden ist; und ein Paar von Kontaktleiterbildern, die von ausder Näheder ersten und zweiten Kontaktierungsstelle des ersten und zweitenSchaltungsleiterbilds herausgeführtsind. Der Detektor ist dazu ausgelegt, einen Potentialunterschiedzwischen dem Paar von Kontaktleiterbildern zu erfassen, der dadurchentsteht, dass ein Schaltungshauptstrom durch das erste Schaltungsleiterbild,den Kontaktierungsdraht und dann durch das zweite Schaltungsleiterbildfließt,um einen Potentialunterschied im Kontaktierungsdraht zu erfassen.
    公开号:DE102004029023A1
    申请号:DE200410029023
    申请日:2004-06-16
    公开日:2005-02-10
    发明作者:Toru Iwagami；Masaki Sakai；Mamoru Seo；Shinya Shirakawa；Dong Wang
    申请人:Mitsubishi Electric Corp；
    IPC主号:H01L27-04
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungshalbleitermodulund im Spezielleren auf ein Leistungshalbleitermodul mit einem Detektorzum Erfassen eines Schaltungshauptstroms, der durch ein Leistungshalbleiterbauteilfließt.Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein System zur Bestimmungdes Schaltungshauptstroms.
    [0002] Herkömmlicherweiseist ein Leistungshalbleitermodul bekannt, bei dem ein durch einLeistungshalbleiterbauteil fließenderStrom erfasst wird, um einen Ausfall des Bauteils aufgrund von Überstromzu verhindern, oder um eine externe Last zu regeln, wie beispielsweisein der japanischen PatentveröffentlichungNr. 6-112614 offenbart ist.
    [0003] Umallgemein einen durch ein Leistungshalbleiterbauteil fließenden Schaltungshauptstromzu erfassen, ist ein Stromerfassungswiderstand oder Parallelwiderstand,auch Shunt genannt, in einem Durchgangsweg des Schaltungshauptstromsvorgesehen. Indem ein Spannungsabfall V gemessen wird, der am Parallelwiderstandentsteht, wird der Schaltungshauptstrom I als V/R berechnet. R istder Ohmwext des Parallelwiderstands.
    [0004] Jedochsind Kosten und Stromverlust hoch, die mit dem Parallelwiderstandzusammenhängen.Auch wird, ungeachtet dessen, wo sich der Parallelwiderstand befindet,d.h. innerhalb oder außerhalbdes Moduls, die Größe einesVerdrahtungsbereichs wegen des Parallelwiderstands größer. Dadarüberhinaus die Schaltung kompliziert wird, steigen die Kosten für das Modul.
    [0005] Wennzusätzlichein schnelles Schaltelement wie ein IGBT (Isolierschichtbipolaxtransistor)als Leistungshalbleiterbauteil verwendet wird, muss die Induktivität der Modulverdrahtunggesenkt werden, um beispielsweise das Bauteil zu schützen.
    [0006] Esist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungshalbleitermodulbereitzustellen, bei dem ein Schaltungshauptstrom ohne Parallelwiderstanderfasst wird.
    [0007] Eineweitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, solchein Leistungshalbleitermodul bereitzustellen, bei dem die Induktivität der Verdrahtungdes Moduls gesenkt werden kann.
    [0008] Nocheine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einSystem bereitzustellen, das fürein Leistungshalbleitermodul verwendet wird, welches einen Schaltungshauptstromzuverlässigbestimmen kann.
    [0009] Umdiese Aufgaben zu erfüllen,handelt es sich beim ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umein Leistungshalbleitermodul, das einen Detektor zur Erfassung einesdurch ein Leistungshalbleiterbauteil fließenden Schaltungshauptstromsumfasst. Der Detektor umfasst ein erstes und ein zweites Schaltungsleiterbild;einen Kontaktierungsdraht, der an einer ersten und einer zweitenKontaktierungsstelle mit dem ersten bzw. zweiten Schaltungsleiterbildverbunden ist; und ein Paar von Kontaktleiterbildern, die aus derNähe derersten und zweiten Kontaktstelle des ersten und zweiten Schaltungsleiterbildsherausgeführtsind. Der Detektor ist so ausgelegt, dass er einen Potentialunterschiedzwischen dem Paar von Kontaktleiterbildern erfasst, der dadurch entsteht,dass ein Schaltungshauptstrom durch das erste Schaltungsleiterbild,den Kontaktierungsdraht und das zweite Schaltungsleiterbild fließt, um einenPotentialunterschied im Kontaktierungsdraht zu erfassen.
    [0010] Nachdem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Schaltungshauptstrom mittelseines Kontaktierungsdrahts anstatt eines Parallelwiderstands erfasst.Im Ergebnis ist ein Leistungsverlust im Detektor niedriger, die Größe einesVerdrahtungsbereichs kann kleiner und die Schaltung vereinfachtsein, wodurch die Kosten für dasModul gesenkt werden können.
    [0011] Vorzugsweisebesitzt jedes erste und zweite Schaltungsleiterbild einen Bereichangrenzend an den und im Allgemeinen parallel zum Kontaktierungsdraht,so dass der Bereich und der Kontaktierungsdraht Strom in im Allgemeinenentgegengesetzten Richtungen führen.Dies reduziert die Induktivitätdes Kontaktierungsdrahts und deshalb auch die Verdrahtungsinduktivität des Moduls.
    [0012] Beieinem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sichum ein System, das einen durch ein Leistungshalbleiterbauteil eines LeistungshalbleitermodulsfließendenSchaltungshauptstrom bestimmt. In das System ist ein Detektor integriert.Der Detektor umfasst ein erstes und ein zweites Schaltungsleiterbild; einenKontaktierungsdraht, der an einer ersten und einer zweiten Kontaktierungsstellemit dem ersten bzw. zweiten Schaltungsleiterbild verbunden ist;und ein Paar von Kontaktleiterbildern, die aus der Nähe der ersten undzweiten Kontaktstelle des ersten und zweiten Schaltungsleiterbildsherausgeführtsind. Der Detektor ist so ausgelegt, dass er einen Potentialunterschiedzwischen dem Paar von Kontaktleiterbildern erfasst, der dadurchentsteht, dass Schaltungshauptstrom durch das erste Schaltungsleiterbild,den Kontaktierungsdraht und dann das zweite Schaltungsleiterbildfließt,um einen Potentialunterschied im Kontaktierungsdraht zu erfassen. DasSystem umfasst auch einen Temperaturfühler zum Erfassen einer Temperaturdes Kontaktierungsdrahts, und eine Temperaturausgleichsschaltungmit einer Anzeigetabelle fürein Verhältniszwischen der Temperatur und dem Ohmwert des Kontaktierungsdrahts.Die Temperaturausgleichsschaltung bestimmt einen Ohmwert des Kontaktierungsdrahtsbasierend auf Temperaturdaten aus dem Temperaturfühler, umden Schaltungshauptstrom basierend auf dem Ohmwert und dem Potentialunterschiedzu bestimmen, der vom Detektor erfasst wurde.
    [0013] Nachdem zweiten Aspekt der Erfindung kann, da das System eine Temperaturkennliniedes Kontaktierungsdrahts benutzt, durch welchen der Schaltungshauptstromfließt,der Wert des Schaltungshauptstroms mit hoher Genauigkeit bestimmtwerden.
    [0014] Dievorstehenden und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindungwerden aus der folgenden Beschreibung von dieser in Zusammenschaumit den beigefügtenZeichnungen ersichtlich:
    [0015] 1 ist ein Schaltungsschemaeiner ersten Ausführungsformeines Leistungshalbleitermoduls nach der vorliegenden Erfindung;
    [0016] 2 ist eine perspektivischeSchemaansicht des Detektors von 1;
    [0017] 3 ist ein Schaltungsschemaeiner zweiten Ausführungsformdes Leistungshalbleitermoduls nach der vorliegenden Erfindung;
    [0018] 4 ist eine perspektivischeSchemaansicht, die einen Detektor einer dritten Ausführungsformdes Leistungshalbleitermoduls nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
    [0019] 5 ist eine perspektivischeSchemaansicht, die einen Detektor einer vierten Ausführungsformdes Leistungshalbleitermoduls nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
    [0020] 6 ist eine perspektivischeSchemaansicht, die einen Detektor einer fünften Ausführungsform des Leistungshalbleitermodulsnach der vorliegenden Erfindung zeigt;
    [0021] 7 ist eine perspektivischeSchemaansicht, die einen Detektor einer sechsten Ausführungsform desLeistungshalbleitermoduls nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
    [0022] Nachstehendwerden bevorzugte Ausführungsformender vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.In der Beschreibung ist das Leistungshalbleitermodul auf eine Wechselrichtervorrichtungangewandt, was fürdie vorliegende Erfindung aber nicht einschränkend ist.
    [0023] MitBezug auf 1 ist einLeistungshalbleitermodul gezeigt, bei dem es sich um eine ersteAusführungsformnach der vorliegenden Erfindung handelt. Das Modul 2 umfasstSchaltelemente oder IGBTs 4u, 4v, 4w, 6u, 6v und 6w,die miteinander parallel und in Reihe geschaltet sind, und welcheeine Wechselrichterschaltung 3 darstellen. Speziell dieSchaltelemente 4u, 4v und 4w sind jeweilsU-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Elemente des oberen Zweigs, undihre Kollektoranschlüssesind mit der Kathode einer Gleichstromversorgung bzw. eines Elektrolytkondensators 8 verbunden.Die Schaltelemente 6u, 6v und 6w sindjeweils U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Elemente des unteren Zweigs,und ihre Emitteranschlüssesind mit der Anode der Gleichstromversorgung 8 verbunden.Der Emitteranschluss des U-Phasen-Schaltelements 4u desoberen Zweigs ist mit dem Kollektoranschluss des U-Phasen-Schaltelements 6u desunteren Zweigs und mit einer externen Last bzw. einem Motor 10 verbunden.Der Emitteranschluss des V-Phasen-Schaltelements 4v desoberen Zweigs ist mit dem Kollektoranschluss des V-Phasen-Schaltelements 6v derunteren Zweigs und mit dem Motor 10 verbunden. Der Emitteranschlussdes W-Phasen-Schaltelements 4w des oberen Zweigs ist mitdem Kollektoranschluss des W-Phasen-Schaltelements 6w desunteren Zweigs und mit dem Motor 10 verbunden.
    [0024] DieWechselrichterschaltung 3 umfasst eine Treiberschaltung 11,um eine Spannung an den Gateanschluss jedes der Schaltelemente 4u, 4v, 4w, 6u, 6v und 6w anzulegen.Die Treiberschaltung 11 besitzt nicht gezeigte Dioden,um den entsprechenden IGBT anzusteuern. Die Schaltelemente 4u, 4v, 4w, 6u, 6v und 6w unddie Treiberschaltung 11 können in einem Chip eingebautsein oder sich in separaten Chips befinden. Die Treiberschaltung 11 steuertdie Schaltelemente auf einer Ein-/Ausschaltbasis, so dass ein Wechselstroman den Motor 10 angelegt wird. Wenn beispielsweise dasU-Phasen-Schaltelement 4u eingeschaltet ist, die V- undW-Phasen-Schaltelemente 4v und 4w des oberen Zweigsausgeschaltet sind, und das V-Phasen-Schaltelement 4v eingeschaltetist, und die U- und W-Phasenschaltelemente 4u und 4w desunteren Zweigs ausgeschaltet sind, fließt Strom durch das U-Phasen-Schaltelement 4u desoberen Zweigs, den Motor 10 und dann das V-Phasen-Schaltelement 6v desunteren Zweigs, wie in der Zeichnung durch eine unterbrochene Linieangegeben ist.
    [0025] DasLeistungshalbleitermodul 2 umfasst einen Detektor 12 zumErfassen eines Schaltungshauptstroms, d.h. eines Stroms, der durchdie Schaltelemente und den Motor 10 fließt. In derAusführungsformsind der Detektor 12 sowie die Wechselrichterschaltung 3 ineinem nicht gezeigten Gehäusedes Leistungshalbleitermoduls 2 untergebracht.
    [0026] MitBezug auf 2 umfasstder Detektor 12 ein Paar von Schaltungsleiterbildern 14 und 15.Die Leiterbilder 14 und 15 sind über einenKontaktierungsdraht 16 miteinander verbunden. Der Kontaktierungsdraht 16 istein dünnerDraht aus Metall wie Aluminium. Das Schaltungsleiterbild 14 istmit dem Emitteranschluss (weitgefasst, Stromausgangsanschluss) jedesder Schaltelemente 6u, 6v und 6w desunteren Zweigs verbunden, und das Schaltungsleiterbild 15 istmit der Anode der Stromversorgung 8 verbunden, so dassder Schaltungshauptstrom bei einem Betrieb des Moduls 2 ausdem Schaltungsleiterbild 14 zum Schaltungsleiterbild 15 fließt. Genauerausgedrücktfließtder Schaltungshauptstrom, welcher aus dem Emitteranschluss jedesder Schaltelemente 6u, 6v und 6w desunteren Zweigs der Wechselrichterschaltung 3 fließt, über einenEingangsanschluss A des Schaltungsleiterbilds 14 in dasLeiterbild 14, erreicht eine Kontaktierungsstelle C desKontaktierungsdrahts 16 auf dem Leiterbild 14,und fließtdann durch den Kontaktierungsdraht 16 zu einer KontaktierungsstelleD auf dem Schaltungsleiterbild 15. Der Schaltungshauptstromfließtdann durch das Schaltungsleiterbild 15 zu einem AusgangsanschlussB des Leiterbilds 15 und in die Stromversorgung B. Um Wärme wirksamabzuleiten, die im Kontaktierungsdraht 16 aufgrund vonStrom, der diesen durchfließt,entsteht, sind die Schaltungsleiterbilder 14 und 15,welche eine hohe Wärmeleitfähigkeithaben, vorzugsweise bis zu einem Bereich unter dem Kontaktierungsdrahtherausgeführt,wie in 2 gezeigt ist.
    [0027] EinPaar von Kontaktleiterbildern 18 und 19 ist vonin der Näheder Kontaktierungsstellen C und D des Paars von Schaltungsleiterbildern 14 bzw. 15 herausgeführt. DieKontaktleiterbilder 18 und 19 sind an den Ausgangsanschlüssen E undF mit einem Paar von nicht gezeigten Spannungserfassungsanschlüssen mithoher Impedanz verbunden. Die Spannungserfassungsanschlüsse sindaus dem Modulgehäuseherausgeführt.Da die Spannungserfassungsanschlüsseeine hohe Impedanz haben, fließtim Wesentlichen kein Strom durch das Kontaktleiterbild 18 (dassich zwischen den Punkten C und E erstreckt) und das Kontaktleiterbild 19 (dassich zwischen den Punkten D und F erstreckt). Demnach entsprichtein Potentialunterschied zwischen dem Paar von Spannungserfassungsanschlüssen einemSpannungsabfall zwischen den Kontaktierungsstellen C und D, d.h.einem Potentialunterschied im Kontaktierungsdraht 16. Dader Potentialunterschied zwischen dem Paar von Spannungserfassungsanschlüssen auchkein Rauschen aufgrund von Verdrahtungsinduktivität zwischen denPunkten A und C des Schaltungsleiterbilds 14 und zwischenden Punkten D und B des Schaltungsleiterbilds 15 enthält, gibter genau den Potentialunterschied im Kontaktierungsdraht 16 an.
    [0028] Inder Ausführungsformsind die Schaltelemente 4u, 4v, 4w, 6u, 6v und 6w aufeinem Anschlussrahmen angebracht, und die Schaltungsleiterbilder 14 und 15 sindals Teil des Anschlussrahmens ausgebildet. Die Schaltungsleiterbilder 14 und 15 können Leiterbilderaus beispielsweise Kupfer sein, die auf einem Isoliersubstrat ausgebildetsind.
    [0029] Wiedermit Bezug auf 1 isteine Schaltung 20 zur Verstärkung einer sehr kleinen Spannungswellenform,die von den Anschlüssenerfasst wird, mit den aus dem Modulgehäuse herausgeführten Spannungserfassungsanschlüssen verbunden,um eine Abtastung wie folgt zu erleichtern. Die Spannungsverstärkungsschaltung 20 istmit einer Schaltung 22 versehen, die eine Anzeigetabellefür einVerhältniszwischen dem Ohmwert und der Temperatur des Kontaktierungsdrahts 16 umfasst,um einen Teil der verstärktenSpannungswellenform abzutasten und basierend auf der Temperatureigenschaftdes Kontaktierungsdrahts 16 den Strom zu bestimmen, welcherdem Abtastwert entspricht. Die Temperaturausgleichsschaltung 22 istmit einem Temperaturfühler 23 verbunden,um währenddes Betriebs eine Temperatur des Kontaktierungsdrahts 16 zuerfassen. Die Temperatur wird an einem Teil des Gehäuses gemessen,welches das Modul 2 vorzugsweise in der Nähe des Drahtes16 zum Vorschein kommen lässt,unter der Annahme, dass die Temperatur des Gehäuses des Moduls 2 im Wesentlichengleich derjenigen des Kontaktierungsdrahts 16 ist. DieseAnnahme wird von den Erfindern bestätigt. Die Anordnung zum Messender Temperatur des Gehäusesist einfacher als die zum Messen der Temperatur des Kontaktierungsdrahtes 16.Die Temperaturausgleichsschaltung 22 prüft die Tabelle und berechnetden Wert des durch den Kontaktierungsdraht 16 fließenden Schaltungshauptstromsbasierend auf einem Spannungsabfall, der im Draht entsteht. DieTemperaturausgleichsschaltung 22 ist mit einer Steuerschaltung 24 verbunden,die ein Steuersignal an die Treiberschaltung 11 basierendauf einem Erfassungssignal überträgt, dasfür denvon der Schaltung 22 bestimmten Schaltungshauptstrom steht.Die Steuerschaltung 24 kann beispielsweise ein Mikrocomputeroder ein DSP (digitaler Signalprozessor) sein.
    [0030] Inder Ausführungsformumfasst ein System nach der vorliegenden Erfindung zum Bestimmeneines Schaltungshauptstroms zumindest den Detektor 12,den Temperaturfühler 23 unddie Temperaturausgleichsschaltung 22.
    [0031] Beidem so aufgebauten Leistungshalbleitermodul 2 empfängt dieTreiberschaltung 11 ein Steuersignal aus der Steuerschaltung 24,so dass sie die Schaltelemente 4u, 4v, 4w, 6u, 6v und 6w ansteuert,den Motor 10 zu betätigen.Der Detektor 12 erfasst den durch die Schaltelemente undden Motor 10 fließendenSchaltungshauptstrom. Ein Potentialunterschied im Kontaktierungsdraht 16 wirdmittels des Paars der Spannungserfassungsanschlüsse erfasst, so dass die Temperaturausgleichsschaltung 22 dendurch den Motor 10 fließenden Schaltungshauptstromerfasst. Die Steuerschaltung 24 regelt die Treiberschaltung 11 basierendauf dem Schaltungshauptstrom, der von der Temperaturausgleichsschaltung 22 bestimmtwird.
    [0032] Umeines der Schaltelemente einzuschalten, legt die Treiberschaltung 11 eineSpannung an den Gateanschluss des Elements an, so dass ein Potentialunterschieddes Gateanschlusses relativ zum Ausgangsanschluss des Detektors 12 (Ausgangsanschlussdes Schaltungsleiterbilds 15), d.h. relativ zur Anode derStromversorgung 8 entsteht, um eine Gate-Emitter-Spannung(d.h. Gatespannung) VGE so einzustellen, dasssie größer odergleich einem Schwellenwert ist. Da herkömmlicher Weise ein Parallelwiderstandzum Erfassen eines Schaltungshauptstroms verwendet wurde, brachteein Spannungsabfall im Widerstand die Gatespannung zum Sinken, sodass die Einschaltspannung (Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung VCE(sat))anstieg. Dies führtzu einem Verlust im Schaltelement.
    [0033] Dahingegen in der Ausführungsformder Kontaktierungsdraht 16 zum Erfassen des Schaltungshauptstromsverwendet wird, ist ein Spannungsabfall im Kontaktierungsdraht 16 gering.Im Ergebnis wird die Abnahme der Gatespannung unterdrückt undder Verlust im Schaltelement reduziert.
    [0034] ImHinblick auf ein Leistungshalbleitermodul, das als Leistungshalbleiterbauteilein Bauteil mit drei Anschlüssenumfasst, das einen Gateanschluss oder Stromsteuerungsanschluss aufweist(das Modul ist nicht auf eine Wechselrichtervorrichtung beschränkt), kanndie zuvor erwähnteWirkung auch erzielt werden, wenn das Modul einen MOSFET (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor)oder einen Thyristor als Leistungshalbleiterbauteil anstatt einesIGBTs umfasst und der den durch das Leistungshalbleiterbauteil fließenden Schaltungshauptstromdurch den Detektor 12 erfasst, wie in 2 gezeigt ist. Beispielsweise ist imFalle eines MOSFETs der Stromausgangsanschluss, der mit dem erstenSchaltungsleiterbild 14 verbunden ist, ein Sourceanschluss.
    [0035] Dadas System zum Bestimmen eines Schaltungshauptstroms die Abhängigkeitdes Ohmwerts des Kontaktierungsdrahts 16 von der Temperaturnutzt, kann der Schaltungshauptstrom mit hoher Genauigkeit basierendauf einem im Draht entstandenen Spannungsabfall bestimmt werden.Dementsprechend kann die Steuerschaltung 24 die Treiberschaltung 11 mithoher Genauigkeit regeln.
    [0036] MitBezug auf 3 wird nachstehendeine zweite Ausführungsformder vorliegenden Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibungsind Komponenten, die gleich oder ähnlich denjenigen der ersten Ausführungsformsind, mit gleichen oder mit Suffixen versehenen Bezugszahlen angegeben.Eine Aufgabe des Leistungshalbleitermoduls 2a der Ausführungsformbesteht darin, die Schaltelemente zu schützen, wenn beispielsweise ein Überstromaufgrund einer übermäßigen Lastoder eines Kurzschlusses zum Motor 10 fließt (d.h.Strom durch das Paar von Schaltelementen fließt, die miteinander parallelgeschaltetsind). Insbesondere ist die Treiberschaltung 11a der Wechselrichterschaltung 3a zumBetätigender Schaltelemente 4u, 4v, 4w, 6u, 6v und 6w miteinem Paar von nicht gezeigten Spannungserfassungsanschlüssen verbunden,welches mit den Kontaktleiterbildern 18 und 19 (2) des Detektors 12 soverbunden ist, dass die Treiberschaltung ein Signal erhält, daseinen Potentialunterschied im Kontaktierungsdraht 16 anzeigt(2). Fließt beispielsweiseStrom vom Emitteranschluss des U-Phasen-Schaltelements 4u desoberen Zweigs zum U-Phasen-Schaltelement 6u desunteren Zweigs (d.h. Kurzschluss), wie durch eine unterbrocheneLinie in 3 angegebenist, und deshalb ein Überstromdurch den Kontaktierungsdraht 16 hindurchgeht, ist einim Draht entstandener Spannungsabfall größer oder gleich einem Referenzwert,was die Treiberschaltung 11a dazu veranlasst, die Schaltelemente 4u, 4v, 4w, 6u, 6v und 6w zudeaktivieren.
    [0037] Dain der Ausführungsformder Kontaktierungsdraht 16 zum Erfassen des Überstroms verwendet wird, istein Verdrahtungsbereich im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem einParallelwiderstand zum Erfassen von Überstrom verwendet wird, kleiner,wodurch die Bereitstellung eines kostengünstigeren und kompakten Modulsmöglichwird.
    [0038] Dawie in der ersten Ausführungsformder Kontaktierungsdraht 16 zum Erfassen eines Schaltungshauptstromsverwendet wird, ist ein Spannungsabfall im Kontaktierungsdraht 16 gering.Im Ergebnis wird die Abnahme der Gatespannung unterdrückt undder Verlust im Schaltelement reduziert.
    [0039] Nunwird mit Bezug auf 4 einedritte Ausführungsformder vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Leistungshalbleitermoduleder vorliegenden Ausführungsformund der nachstehend noch beschriebenen Ausführungsformen sind jeweils demin 1 gezeigten Modul 2 ähnlich,mit der Ausnahme, dass die Schaltungsleiterbilder des Detektorszum Erfassen eines Potentialunterschieds im Kontaktierungsdrahtanders sind als diejenigen in der ersten Ausführungsform.
    [0040] Inder Ausführungsformumfasst der Detektor 12b wie der Detektor 12 desLeistungshalbleitermoduls 2 ein Paar von über denKontaktierungsdraht angeschlossenen Schaltungsleiterbildern 14b und 15b.Ein Paar von Kontaktleiterbildern 18b und 19b istjeweils von aus der Näheder Kontaktierungsstellen C und D des Paars der Schaltungsleiterbilder 14b und 15b herausgeführt. DasPaar der Kontaktleiterbilder 18b und 19b ist anAusgangsanschlüssenE und F mit einem Paar von nicht gezeigten Spannungserfassungsanschlüssen mit hoherImpedanz verbunden. In der Ausführungsformist das Schaltungsleiterbild 15b so ausgebildet, dass ein Teildavon (Zone G) an den Kontaktierungsdraht 16 angrenzt undallgemein parallel dazu ist. Dementsprechend führen in einem Betrieb des Modulsdie Zone G und der Kontaktierungsdraht 16 Strom in im Allgemeinen entgegengesetztenRichtungen. Dies dämmtdie Entstehung von Rauschen aufgrund der Verdrahtungsinduktivität des Kontaktierungsdrahts 16 ein(und kann deshalb Rauschdämfungsteilewie eine Filterschaltung einsparen), wodurch ein sehr kleiner Spannungsabfall,der im Kontaktierungsdraht entstanden ist, erfasst werden kann.Nach der Ausführungsformkann ein Leistungshalbleitermodul als solches bereitgestellt werden,bei dem ein Schaltungshauptstrom ohne Parallelwiderstand erfasstund Rauschen reduziert wird.
    [0041] Indem dargestellten Beispiel ist eine Zone, durch welche ein Schaltungshauptstromin einer Richtung fließt,die zur Stromrichtung durch den Kontaktierungsdraht 16 allgemeinentgegengesetzt ist, im zweiten Schaltungsleiterbild 15b ausgebildet.Statt dessen kann aber auch das erste Schaltungsleiterbild 14b mitsolch einer Zone ausgebildet sein, um die Verdrahtungsinduktivität des Kontaktierungsdrahts 16 zureduzieren.
    [0042] Nunwird mit Bezug auf 5 einevierte Ausführungsformdes Leistungshalbleitermoduls nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.In der Ausführungsformumfasst der Detektor 12e wie der Detektor 12 desLeistungshalbleitermoduls 2 ein Paar von Schaltungsleiterbildern 14c und 15e,die überden Kontaktierungsdraht 16 miteinander verbunden sind.Ein Paar von Kontaktleiterbildern 18e und 19c istaus den Punkten H und I herausgeführt, die sich innerhalb derKontaktierungsstellen C und D des Paars von Schaltungsleiterbildern 14c und 15e imHinblick auf eine Erstreckungsrichtung des Kontaktierungsdrahts 16 befinden.Das Paar von Kontaktleiterbildern 18c und 19e istan den AusgangsanschlüssenE und F mit einem nicht gezeigten Paar von Spannungserfassungsanschlüssen mithoher Impedanz verbunden. Deshalb fließt im Wesentlichen kein Stromzwischen den Punkten C und H und den Punkten D und I, und auch nichtzwischen den Punkten H und E und den Punkten I und F.
    [0043] Dain der Ausführungsformdie Beginnpunkte H und I der Kontaktleiterbilder 18e und 19c sichzu den Kontaktierungsstellen C und D „innenliegend" befinden, ist aufgrundder Verdrahtungsinduktivitätein anderer Rauscheffekt als derjenige des Kontaktierungsdrahtsausgeschaltet, wodurch ein sehr kleiner Spannungsabfall, der imKontaktierungsdraht 16 entsteht, erfasst werden kann.
    [0044] Obwohldie Kontaktleiterbilder 18c und 19c von derselbenSeite der Schaltungsleiterbilder 14c bzw. 15c herausgeführt sind,könnensie auch aus entgegengesetzten Seiten herausgeführt sein.
    [0045] Auchdie vorliegende Ausführungsformkann mit den zuvor und den nachstehend noch zu beschreibenden Ausführungsformenkombiniert werden.
    [0046] Nunwird mit Bezug auf 6 einefünfteAusführungsformdes Leistungshalbleitermoduls nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.In der Ausführungsformumfasst der Detektor 12d drei Schaltungsleiterbilder 30, 32 und 34.Die Schaltungsleiterbilder 30 und 34 erstreckensich angrenzend und im Allgemeinen parallel zueinander. Das Schaltungsleiterbild 32 liegteinem der Enden der Schaltungsleiterbilder 30 und 34 im Hinblickauf deren Erstreckungsrichtung gegenüber. Die Schaltungsleiterbilder 30 und 32 sind über einenKontaktierungsdraht 16A miteinander verbunden. Ein Paarvon Kontaktleiterbildern 18d und 19d ist von ausder Näheder Kontaktierungsstellen C und D des Schaltungsleiterbilds 30 bzw. 32 herausgeführt. DieKontaktleiterbilder 18d und 19d sind an Ausgangsanschlüssen E undF mit einem Paar von nicht gezeigten Spannungserfassungsanschlüssen mithoher Impedanz verbunden.
    [0047] DieSchaltungsleiterbilder 32 und 34 sind über einenKontaktierungsdraht 16B miteinander verbunden, der angrenzendund im Allgemeinen parallel zum Kontaktierungsdraht 16A ist.Bei einem Betrieb des Moduls fließt Schaltungshauptstrom durchdie Schaltungsleiterbilder 30, 32 und dann 34.Im Spezielleren fließtSchaltungshauptstrom, der aus der Wechselrichterschaltung 3 kommt(siehe 1), über einenEingangsanschluss A des rechteckigen Schaltungsleiterbilds 30 indas Leiterbild 30, erreicht die Kontaktierungsstelle Cdes Kontaktierungsdrahts 16A auf dem Leiterbild 30,und fließtdann durch den Kontaktierungsdraht 16A zur KontaktierungsstelleD auf dem Schaltungsleiterbild 32 weiter. Der Schaltungshauptstromfließtdann durch das Schaltungsleiterbild 32 und erreicht eineKontaktierungsstelle J des Kontaktierungsdrahts 16B aufdem Leiterbild 32. Als Nächstes fließt der Schaltungshauptstromdurch den Kontaktierungsdraht 16B zu einer KontaktierungsstelleK auf dem Schaltungsleiterbild 34 und geht dann durch dasSchaltungsleiterbild 34 zu einem Ausgangsanschluss B hindurchund fließtin die Stromversorgung 8 (siehe 1).
    [0048] Inder Ausführungsformführenbei einem Betrieb des Moduls die Kontaktierungsdrähte 16A und 16B Stromin im Allgemeinen entgegengesetzten Richtungen. Dies dämmt dieEntstehung von Rauschen aufgrund der Verdrahtungsinduktivität der Kontaktierungsdrähte 16A und 16B ein,wodurch ein sehr kleiner Spannungsabfall, der im Kontaktierungsdraht 16A entstandenist, erfasst werden kann. Nach der Ausführungsform kann ein Leistungshalbleitermodulals solches bereitgestellt werden, bei dem ein Schaltungshauptstromohne Parallelwiderstand erfasst und Rauschen reduziert wird.
    [0049] Esist festzuhalten, dass in dem dargelegten Beispiel die Zone zwischenden Punkten A und C und die Zone zwischen den Punkten K und B Stromin im Allgemeinen entgegengesetzten Richtungen führen, wodurch die Verdrahtungsinduktivität des Modulsreduziert wird.
    [0050] Nunwird mit Bezug auf 7 einesechste Ausführungsformdes Leistungshalbleitermoduls nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.In der Ausführungsformumfasst der Detektor 12e mehrere (zwei im gezeigten Beispiel)Kontaktierungsdrähte 16C und 16D,durch welche die Schaltungsleiterbilder 14e und 15e miteinanderverbunden sind. Ein Paar von Kontaktleiterbildern 18e und 19e istvon in der Näheder Kontaktierungsstellen C und D des Paars der Schaltungsleiterbilder 14e bzw. 15e herausgeführt. Wennder kombinierte Widerstand der Kontaktierungsdrähte 16C und 16D gleichdemjenigen eines einzigen Kontaktierungsdrahts wie in den vorstehendenAusführungsformen eingestelltwird, kann, da die Mantelflächeder Kontaktierungsdrähtejeweils vergrößert wird,die Abstrahlkennlinie des Kontaktierungsdrahts verbessert werden.Im Ergebnis kann der Temperaturanstieg des Kontaktierungsdrahtswährenddes Betriebs unterdrücktwerden.
    [0051] Eineangemessene Auswahl der Anzahl von Kontaktierungsdrähten undder Durchmesser und/oder die Längedes Kontaktierungsdrahts ermöglichenes, dass ein Ohmwert des Spannungserfassungswiderstands auf einengewünschtenWert eingestellt werden kann. Dies ist in der Praxis im Vergleichzu einem Aufbau, bei dem ein Parallelwiderstand verwendet wird,sehr nützlich.
    [0052] Esist festzuhalten, dass in den vorstehenden Ausführungsformen mehrere Kontaktierungsdrähte zum Anschlusseines Paars von Schaltungsleiterbildern verwendet werden können. BEZUGSZEICHENLISTE
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Leistungshalbleitermodul (2; 2a)mit einem Detektor (12; 12b; 12c; 12e)zum Erfassen eines durch ein Leistungshalbleiterbauteil fließenden Schaltungshauptstroms,wobei der Detektor umfasst: ein erstes und ein zweites Schaltungsleiterbild(14, 15; 14b, 15b; 14c, 15c; 14e, 15e); einenKontaktierungsdraht (16; 16C, 16D), deran einer ersten und einer zweiten Kontaktierungsstelle (C, D) mitdem ersten bzw. zweiten Schaltungsleiterbild verbunden ist; und einPaar von Kontaktleiterbildern (18, 19; 18b, 19b; 18c, 19c; 18e, 19e),die von aus der Näheder ersten und zweiten Kontaktierungsstelle des ersten und zweitenSchaltungsleiterbilds herausgeführtsind, wobei der Detektor dazu ausgelegt ist, einen Potentialunterschiedzwischen dem Paar von Kontaktleiterbildern zu erfassen, der dadurchentsteht, dass ein Schaltungshauptstrom durch das erste Schaltungsleiterbild,den Kontaktierungsdraht und dann durch das zweite Schaltungsleiterbildfließt,um einen Potentialunterschied im Kontaktierungsdraht zu erfassen.
    [2] Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei jedeserste und zweite Schaltungsleiterbild (14b, 15b) eineZone (G) aufweist, die angrenzend an den und im Allgemeinen parallelzum Kontaktierungsdraht (16) ist, so dass die Zone undder Kontaktierungsdraht Strom in im Allgemeinen entgegengesetztenRichtungen führen.
    [3] Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei dasLeistungshalbleiterbauteil (4u, 4v, 4w, 6u, 6v, 6w)ein Bauteil mit drei Anschlüssenist, das einen Gateanschluss als Stromsteuerungsanschluss aufweist, undein Stromausgangsanschluss davon mit einem Eingangsanschluss (A)des ersten Schaltungsleiterbilds (14) verbunden ist; undwobei eine Spannung an den Stromsteuerungsanschluss angelegt wird,so dass ein Potentialunterschied des Stromsteuerungsanschlussesrelativ zu einem Ausgangsanschluss (B) des zweiten Schaltungsleiterbilds(15) entsteht und Schaltungshauptstrom durch das Leistungshalbleiterbauteilfließt.
    [4] Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei daserste und zweite Schaltungsleiterbild (14e, 15e) miteinander über mehrereder Kontaktierungsdrähte(16C, 16D) verbunden sind.
    [5] Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei dasPaar von Kontaktleiterbildern (18c, 19c) an Punkten(H, I) beginnen, welche sich im Hinblick auf eine Erstreckungsrichtungdes Kontaktierungsdrahts (16) zwischen der ersten und derzweiten Kontaktierungsstelle (C, D) befinden.
    [6] Leistungshalbleitermodul mit einem Detektor (12d)zum Erfassen eines durch ein Leistungshalbleiterbauteil fließenden Schaltungshauptstroms,wobei der Detektor umfasst: ein erstes, zweites und drittesSchaltungsleiterbild (30, 32, 34); einenersten Kontaktierungsdraht (16A), der an einer ersten undeiner zweiten Kontaktierungsstelle (C, D) mit dem ersten bzw. zweitenSchaltungsleiterbild verbunden ist; einen zweiten Kontaktierungsdraht(16B), der an einer dritten und vierten Kontaktierungsstelle(J, K) mit dem ersten bzw. zweiten Schaltungsleiterbild verbundenist; und ein Paar von Kontaktleiterbildern (18d, 19d),die von aus der Näheder ersten und zweiten Kontaktierungsstelle des ersten und zweitenSchaltungsleiterbilds oder von aus der Nähe der dritten oder viertenKontaktierungsstelle des zweiten und dritten Schaltungsleiterbildsherausgeführtsind, wobei der Detektor dazu ausgelegt ist, einen Potentialunterschiedzwischen dem Paar von Kontaktleiterbildern zu erfassen, der dadurchentsteht, dass ein Schaltungshauptstrom durch das erste Schaltungsleiterbild,den ersten Kontaktierungsdraht, das zweite Schaltungsleiterbild,den zweiten Kontaktierungsdraht und dann durch das dritte Schaltungsleiterbildfließt,um einen Potentialunterschied im ersten oder zweiten Kontaktierungsdrahtzu erfassen; und wobei der erste und der zweite Kontaktierungsdrahtangrenzend und im Allgemeinen parallel zueinander herausgeführt sind,so dass der erste und der zweite Kontaktierungsdraht Strom in imAllgemeinen entgegengesetzten Richtungen führen.
    [7] System zum Bestimmen eines durch ein Leistungshalbleiterbauteileines Leistungshalbleitermoduls (2) fließenden Schaltungshauptstroms,Folgendes umfassend: einen Detektor (12) mit einemersten und einem zweiten Schaltungsleiterbild (14, 15);einen Kontaktierungsdraht (16), der an einer ersten undeiner zweiten Kontaktierungsstelle (C, D) mit dem ersten bzw. zweiten Schaltungsleiterbildverbunden ist; und ein Paar von Kontaktleiterbildern (18, 19),die von aus der Näheder ersten und zweiten Kontaktierungsstelle des ersten und zweitenSchaltungsleiterbilds herausgeführtist, wobei der Detektor dazu ausgelegt ist, einen Potentialunterschiedzwischen dem Paar von Kontaktleiterbildern zu erfassen, der dadurchentsteht, dass ein Schaltungshauptstrom durch das erste Schaltungsleiterbild,den Kontaktierungsdraht und dann durch das zweite Schaltungsleiterbildfließt,um einen Potentialunterschied im Kontaktierungsdraht zu erfassen; einenTemperaturfühler(23) zum Erfassen einer Temperatur des Kontaktierungsdrahts;und eine Temperaturausgleichsschaltung (22) mit einerAnzeigetabelle fürein Verhältniszwischen der Temperatur und dem Ohmwert des Kontaktierungsdrahts,um einen Ohmwert des Kontaktierungsdrahts basierend auf den Temperaturdatenaus dem Temperaturfühlerzu bestimmen und den Schaltungshauptstrom basierend auf dem Ohmwertund dem vom Detektor erfassten Potentialunterschied zu bestimmen.
    [8] System nach Anspruch 7, wobei der Temperaturfühler (23)einen Teil eines Gehäuseserfasst, welcher das Leistungshalbleitermodul (2) zum Vorscheinkommen lässt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    CN100334705C|2007-08-29|
    KR100591205B1|2006-06-19|
    JP4342232B2|2009-10-14|
    FR2857505A1|2005-01-14|
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-02-10| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-04-19| 8363| Opposition against the patent|
    2009-06-18| 8331| Complete revocation|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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