パワーエレクトロニクスシステムにおける妨害輻射を低減するための装置

【課題】パワーエレクトロニクスシステムの不要輻射を低減する装置を提供する。
【解決手段】パワー半導体モジュール又は少なくとも１つのパワー半導体モジュールの構成部と、第１形成体を備えている基準電位と、パワー半導体構成素子を外部接続するために付設されている端子要素と接続するため、装置内に配されている異なる極性の少なくとも２つの直流負荷接続要素とを有している。異なる極性の２つの直流負荷接続要素は少なくとも夫々１つの部分を有し、この部分においてこれらの接続要素は平面状に形成され、これらの部分は互いに平行で隣接して延び電気絶縁されている。平面状の第１部分形成体を有する少なくとも１つの第２形成体を有し、この第２形成体は直流負荷接続要素の２つの平行する部分間の範囲でこれらの接続要素から電気絶縁されて配されている。同様に第２部分形成体は第１形成体と導電接続されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーエレクトロニクスシステムでの不要輻射を低減するための装置に関するものである。この装置は、個々のパワー半導体モジュールとして形成され得、もしくは、制御エレクトロニクス或いは受動構成素子のような更なるコンポーネントを有する少なくとも１つのパワー半導体モジュールの構成部としても形成され得る。制御可能なパワー半導体構成素子を有する押圧接触形態のパワー半導体モジュールである。本発明の出発点を、例として特許文献１から周知であるようなパワー半導体モジュールが成している。
【背景技術】
【０００２】
このようなパワー半導体モジュールは、従来技術に従い、ハウジングから構成され、この中に電気絶縁され、放熱ユニットに配されている少なくとも１つの基板が配されている。この基板に関する限りは、金属の接続パスから成る電気絶縁装置と、これに位置しこれらの接続パスと回路適合接続をしているパワー半導体構成素子とを有している。更に、周知のパワー半導体モジュールは、負荷端子及び補助端子から外部接続するための端子要素と、また内部に配されている接続要素とを有している。これらの接続要素は、回路適合接続するためにパワー半導体モジュールの内部で少なくとも平面状の金属形成体としての部分に形成されている。
【０００３】
更に、標準的なパワー半導体モジュールが更なるコンポーネントと組み合わされて、より複雑な適用に特有のパワーエレクトロニクスシステムを形成するパワーエレクトロニクスシステムが周知である。この場合、共通のハウジングに必要なコンポーネントと関連する接続要素とが全部配され且つ回路適合接続されている。外部接続に対しては、このようなパワーエレクトロニクスシステムは端子要素を有している。ユーザにとって、このようなパワーエレクトロニクスシステムは、周知のパワー半導体モジュールのように拡大された機能を有して作用する。
【０００４】
同様に、直流端子要素を夫々キャパシタを用いて基準電位に対して接続することが周知である。このような「Ｙキャパシタ」として周知の構成は、コモンモード干渉を低減するために機能する。パワー半導体構成素子の高いスイッチング周波数により、単位時間につき非常に大きな電圧変動が発生する。他方で、この電圧変動は電磁波の放射を引き起こし、これはパワーエレクトロニクスシステムの従ってここでは個々のパワー半導体モジュールの電磁両立性（ＥＭＣ）を低下させ、これによりこれらのモジュールは所定の基準値を満たさない。
【０００５】
Ｙキャパシタはこれらの電磁波の放射を低減するが、このためにＹキャパシタは出来るだけ干渉源付近、パワー半導体構成素子に配されるべきである。その上、付属する接続は、効果が高周波の場合でさえ実質的に低下しないように、出来る限り少ない寄生インダクタンスを有するべきである。
【０００６】
従来技術に従い、Ｙキャパシタは大抵パワー半導体モジュールの直流端子要素に配されているが、そのため追加の構成スペースを必要とし、追加のコンポーネントにより追加のコストももたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ１０２００６００６４２５Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、パワーエレクトロニクスシステムの妨害輻射を低減するための装置を提供することである。この装置は、システムの一体型内部構成部分であるべきで、個別のＹキャパシタの形態でコンポーネントを追加しないことが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、本発明に従い、請求項１に従う手段により解決される。好適実施形態は従属請求項に述べられる。
【００１０】
本発明の概念はパワーエレクトロニクスシステムから出発しており、このシステムは、個々のパワー半導体モジュールとして或いはパワー半導体モジュールを有する構成部として存在している。このようなシステムは、外部電気接続のための端子要素を備えたハウジングを有している。ハウジング内には、少なくとも１つのパワー半導体構成素子が配され、この素子は外部端子要素と回路適合接続をしている。この場合、一方では補助端子のための及び負荷端子のための接続要素、そしてこの場合特に異なる極性の少なくとも２つの直流負荷端子のため及び少なくとも１つの交流負荷端子のための接続要素が周知である。
【００１１】
本発明に従い、異なる極性の２つの直流負荷接続要素は、夫々少なくとも１つの部分を有しており、この部分にこれらの要素は平面的に構成されている。更に、これらの部分は互いに平行に延びており互いに密接に隣り合っている。当然、２つの直流負荷端子要素はこれらの延在部そしてこれらの特定の部分でもまた相互電気絶縁されている。
【００１２】
本発明に従う装置は、更に導電材料から成る第１形成体を有している基準電位を備えている。好適であり得るのは、この形成体がパワー半導体モジュールの放熱ユニットである時又は複合パワーエレクトロニクスシステムのハウジングの一部分である時である。
【００１３】
装置内部にＹキャパシタの機能性を形成するために、この装置は、導電材料から成る第２形成体を有している。この第２形成体は、他方では、平面的に形成されている第１部分形成体を有し、この第１部分形成体は、２つの平行している直流負荷接続要素の部分の間の領域に配され、これらの要素から電気絶縁されている。第２形成体の第２部分形成体は、装置の第１形成体と導電接続されている。
【００１４】
この場合、特に好適であり得るのは、この接続が、第２形成体全体がこの位置で可動であるように、この第１部分形成体が直流負荷接続要素の２つの平行する部分の間の領域を
様々な程度で満たすように形成される時である。
【００１５】
第２形成体の形成と構成とにより、この第２形成体はＹキャパシタの基本的な機能を満たすだけでなく、むしろこの構成の場合異なるキャパシタンスを調整することが可能であり、これにより装置全体を見込まれる適用条件に更に良好に調整することが可能である。
【００１６】
別の好適実施形態では、第２形成体は、カップ形状に形成され、これにより少なくとも１つのパワー半導体構成素子と同様に必要な基板も、ほぼ完全に第１形成体と共に取り囲んでいる。この場合、第２形成体は必要な空所を有し、装置の基板或いはパワー半導体構成素子と端子要素との間の必要な電気接続を可能にする。例としてここでは２つの直流負荷接続要素のうちの１つと異なる補助接続要素とは第２形成体を貫通することにより達し、必要な場合第２形成体に対し十分に電気絶縁されている。
【００１７】
更に、複合パワーエレクトロニクスシステムで好適であり得るのは、直流負荷接続要素の２つの平行する部分の間の領域が、システムの一部であるパワー半導体モジュールの側面に対し直接隣接して配されることである。この場合、パワー半導体モジュールは第１形成体に熱伝導接続且つ電気絶縁接続をして配されている一方、第２形成体はこの第２部分形成体を用いて第１形成体に配されている。この場合、更に好適であり得るのは、第２形成体が少なくとも１つの別の部分形成体を有している時であり、これにより少なくとも別の部分形成体と第１直流負荷接続要素と第２部分形成体と第２直流負荷接続要素とから構成される積層形状構成を生じる。
【００１８】
本発明の解決手段は、図１〜５の実施例に基づいて更に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】回路図として装置の基礎原理を示す図である。
【図２】従来技術に従う装置を示す図である。
【図３】本発明に従う装置の実施形態の断面図である。
【図４】本発明に従う装置の実施形態の断面図である。
【図５】本発明に従う装置の実施形態の３次元図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、回路図として装置の基礎原理を示している。ここで図示されているのは、複数のパワーエレクトロニクス回路の基本要素である２つのパワー半導体構成素子（２０）を有するハーフブリッジ回路であり、ここでは夫々逆並列接続されているダイオードを有するトランジスタとして形成されている。このようなハーフブリッジ回路は、多くの様々なパワー半導体モジュールの回路技術の基本である。更に図示されているのは、パワー半導体モジュール（１０）内にある２つの極性の第１直流負荷接続要素（２２、２４）であり、ここではこれらの接続要素（２２、２４）は夫々、付設されている第１端子要素（１２、１４）と接続されている。
【００２１】
同様に図示されているのは回路間キャパシタ（３０）であり、このキャパシタは、パワーエレクトロニクス回路においてエネルギーを一時保存し、パワー半導体構成素子（２０）に供給するために機能する。この回路間キャパシタ（３０）は、大抵、制御ユニット（３２）及び少なくとも１つのパワー半導体モジュール（１０）と同様に、より複雑なパワーエレクトロニクスシステム（６０）の一部である。同様にこのシステム（６０）は、パワー半導体モジュール（１０）のように、外部接続をするための第２端子要素（６２、６４）と、２つの極性を有する第２直流負荷端子要素（７２、７４）も有している。
【００２２】
従来技術に従い、ここでは２つの別個の個々のキャパシタ（４２、４４）から成っているＹキャパシタ（４０）は、複合システム（６０）の第２端子要素（７２、７４）と接続している。このＹキャパシタ（４０）を、パワー半導体モジュール（１０）の対応する第１端子要素（１２、１４）と接続させることもまた周知である。この場合、２つの個々のキャパシタ（４２、４４）は、一方では付設されている夫々の直流負荷接続要素（１２、１４或いは７２、７４）に接続され、他方では基準電位（４６）に接続されている。
【００２３】
図２は、従来技術に従うパワー半導体モジュール（１０）を有する装置の実施形態を概略断面図で示している。図示されているのは第１形成体（５０）であり、ここでは例えば銅体或いはアルミニウム体として構成されている放熱ユニットであり、この放熱ユニットに配されこの放熱ユニットに対し電気的に絶縁されてはいるが熱的には絶縁されていない基板（５２）を有している。放熱ユニット（５０）に対向している基板（５２）の表面は、異なる電気的電位を有する複数の導体路（５６）を絶縁体（５４）に有している。これらの導体路（５６）のいくつかにはパワー半導体構成素子（２０）が配され、回路に適合するように例えばワイヤボンディング接続を用いて接続されている。
【００２４】
ハウジング（９０）は基板（５２）を取り囲み、別の接続要素を有しており、ここで図示されているのは、異なる電位の２つの第１直流負荷接続要素（２２、２４）である。これらの第１直流負荷接続要素（２２、２４）は、従来技術から周知のように、基板（５２）の付設されている導体路（５６）を装置の外部接続のための端子要素（１２、１４）に接続している。ここでは、交流負荷接続要素の図示は不要であり、後に続く２つの図面においても明確性のため同様に不要である。
【００２５】
ここではＹキャパシタ（４０）は、パワー半導体モジュール（１０）の上の付加回路基板（４８）に配されている。図１に従う回路技術実施形態に従い、Ｙキャパシタ（４０）の２つのキャパシタ（４２、４４）は、夫々付設されている第１直流端子要素（２２、２４）と、基準電位（４６）ここでは第１形成体（５０）の基準電位とに接続されている。
【００２６】
図３及び４は、夫々パワー半導体モジュール（１０）を有する本発明に従う装置の２つの実施形態を概略断面図で示しており、図２に従う装置を出発点としている。
【００２７】
図３に従う実施形態は、基板（５２）の上の範囲に延びている、夫々の部分（２２０、２４０）で互いに平行な第１直流負荷接続要素（２２、２４）を有しており、これらの部分は少なくとも部分的に平面で、互いに対して平行である面法線によって形成されている。第１直流負荷接続要素（２２、２４）の平面形態（２２０、２４０）の範囲には、第２形成体（８０）がここではＺ形状の押し曲げ部分として形成され、第１部分形成体（８２）が第１直流負荷接続要素（２２、２４）の２つの部分（２２０、２４０）間で平面状になるように配されている。当然、第１直流負荷接続要素（２２、２４）は相互電気絶縁され、第２形成体（８０）に対しても電気絶縁されている。この形態により、Ｚ形状第２形成体（８０）は、第１直流負荷接続要素（２２、２４）と、基準電位にある第１形成体（５０）との間に夫々キャパシタ（４２、４４）を有するＹキャパシタ（４０）のように作用している。
【００２８】
更に第２形成体（８０）は第２部分形成体（８４）を有し、この第２部分形成体（８４）は第１形成体（５０）、放熱ユニットと導電接続されている。この接続は、第２形成体（８０）全体が基板（５２）に対して従って第１直流負荷接続要素（２２、２４）の平行する平面状部分（２２０、２４０）に対して可動であるように平行に形成されている。これは、最も簡潔な場合に第２部分形成体（８４）の深孔形状開口部により達せられる。この実施形態によりこの場合に生じた２つのキャパシタ（４２、４４）のキャパシタンスは調整され夫々の適用に合わせられ得る。
【００２９】
図４に従う実施形態は、その他の点では同じ特徴を有するが、その位置で可変である第２形成体を有していない。それに対して、ここでは第２形成体（８０）はカップ形状に形成され、放熱ユニット、第１形成体（５０）と共に基板（５２）を全面で取り囲んでいる。少なくとも１つの第１直流負荷接続要素（２２）と補助接続要素とを通って導くために、カップ形状の第２形成体（８０）は適切な位置に開口部を有している。当然、これらの接続要素（２２、２４）は、第２形成体（８０）に対して電気絶縁されて形成されている。
【００３０】
好適には、既に述べた第２形成体（８０）の機能の外に、不要放射の抑制にとって、図４に従う実施形態は特に高周波の場から基板を遮蔽するために適切である。
【００３１】
図５は、本発明に従う装置の実施形態を３次元図で示しており、この装置は、共通のハウジング内の、第１形成体（５０）と複数のパワー半導体モジュール（１０）とキャパシタユニットと制御ユニットとから成っている。ここで図示されているのは、第１形成体（５０）とパワー半導体モジュール（１０）と第２端子要素（６２、６４）と共に示されている第２直流負荷接続要素のような実質的なコンポーネントだけである。この場合、パワーモジュール（１０）は、第１形成体（５０）と熱伝導接続をし電気絶縁接続をしている。
【００３２】
パワー半導体モジュール（１０）から、これらの第２直流負荷接続要素（７２、７４）はハウジングの内部で第２端子要素（６２、６４）まで達し、これらの端子要素（６２、６４）は外部接触のために機能している。これらの第２直流負荷接続要素（７２、７４）は、これらの経過部全体で可能な限り密接に隣り合って配され、寄生インダクタンスを小さく保持する。
【００３３】
本発明に従うと、これらの第２直流負荷接続要素（７２、７４）は、ここではパワー半導体モジュール（１０）と並んでいる範囲で１つの部分を有し、この部分で接続要素（７２、７４）は平面状に形成され、これらの平面の面法線は互いに対して平行である。このため、これらの平面によりいわばプレートが生じ、これらのプレートは連続して夫々プレートキャパシタに付設されている。第２形成体（８０）を配することにより、この第２形成体（８０）は同様に平面状の部分形成体（８２）を第２直流負荷端子要素（７２、７４）の２つの平面状部分の間に有し、プレートキャパシタの第２プレートを夫々形成している。この第２形成体（８０）が基準電位（４６）になっている第１形成体（５０）と導電接続し、ここでは一体型で形成されていることにより、図１による回路に従うＹキャパシタ（４０）は形成されている。
【００３４】
ここに図示されているように、同様に好適であり得るのは第２直流負荷接続要素（７２、７４）に夫々隣接してこれらの接続要素（７２、７４）の外側に別の形成体（９２）を設けることであり、これらの形成体（９２）は、同様に第２直流負荷接続要素（７２、７４）から電気絶縁され第１形成体（５０）と導電接続して設けられている。これらの接続要素（７２、７４）は、高周波の場からの遮蔽を更に高めるために機能している。
【符号の説明】
【００３５】
１０パワー半導体モジュール
１２、１４第１端子要素
２０パワー半導体構成素子
２２、２４第１直流負荷接続要素
２２０、２４０平面形態、部分
３０回路間キャパシタ
３２制御ユニット
４０Ｙキャパシタ
４２、４４キャパシタ
４６基準電位
４８付加回路基板
５０第１形成体、放熱ユニット
５２基板
６０パワーエレクトロニクスシステム、構成部
６２、６４第２端子要素
７２、７４第２直流負荷接続要素
８０第２形成体
８２第１の部分形成体
８４第２の部分形成体
９０ハウジング

【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーエレクトロニクスシステムにおいて妨害輻射を低減するための装置であって、パワー半導体モジュール（１０）或いは少なくとも１つのパワー半導体モジュール（１０）の構成部（６０）と、少なくとも１つのパワー半導体構成素子（２０）と、基準電位（４６）を有し且つ導電材料から成る第１形成体（５０）とを有し、且つ、装置の内部に配され、パワー半導体構成素子（２０）を、装置の外部電気接続のために付設されている第１或いは第２端子要素（１２、１４、６２、６４）と回路適合接続するために機能する、異なる極性の少なくとも２つの第１或いは第２直流負荷接続要素（２２、２４、７２、７４）を有し、
異なる極性の２つの第１或いは第２直流負荷接続要素（２２、２４、７２、７４）が、少なくとも夫々１つの部分（２２０、２４０）を有し、この部分（２２０、２４０）で直流負荷接続要素（２２、２４、７２、７４）が平面状に形成され、これらの部分（２２０、２４０）が互いに平行に且つ互いに緊密に隣り合って延び相互電気絶縁され、
この装置が導電材料から成る少なくとも１つの第２形成体（８０）を有し、この形成体（８０）が平面状に形成された第１部分形成体（８２）を有し、この第１部分形成体（８２）が第１或いは第２直流負荷接続要素（２２，２４、７２、７４）の２つの平行する部分（２２０、２４０）の間の領域で相互電気絶縁して配され、且つ第１部分形成体（８２）が第２部分形成体（８４）を有し、この第２部分形成体（８４）が第１形成体（５０）と導電接続している、装置。
【請求項２】
第１或いは第２直流端子要素（２２、２４、７２、７４）に対向する第２形成体（８０）が、この第１部分形成体（８２）が第１或いは第２直流負荷接続要素（２２、２４、７２、７４）の２つの平行する部分（２２０、２４０）の間の領域を異なる程度で占めるように第２形成体（８０）の位置で可変に配されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１形成体（５０）が、パワー半導体モジュール（１０）の放熱ユニットを形成し、第２形成体（８０）が、完全にパワー半導体モジュール（１０）のハウジング（９０）の内部に配されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
第２形成体（８０）が、必要な切除部によってカップ形状に形成されると共に、第１形成体（５０）によって基板（５２）をほぼ完全に取り囲んでいる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
第２直流負荷接続要素（７２、７４）の２つの平行する部分の間の領域が、少なくとも１つのパワー半導体モジュール（１０）を有する構成の場合に、パワー半導体モジュール（１０）の側面に直接隣接して配され、パワー半導体モジュール（１０）が熱伝導接続及び電気絶縁接続をして第１形成体（５０）に配され、第２形成体（８０）がこの第２部分形成体（８４）を用いて同様に第１形成体（５０）に配されている、請求項１に記載の装置。

【図１】