DE102014227027A1 - Power semiconductor drive - Google Patents

Power semiconductor drive Download PDF

Info

Publication number
DE102014227027A1
DE102014227027A1 DE102014227027.8A DE102014227027A DE102014227027A1 DE 102014227027 A1 DE102014227027 A1 DE 102014227027A1 DE 102014227027 A DE102014227027 A DE 102014227027A DE 102014227027 A1 DE102014227027 A1 DE 102014227027A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power
drive device
power component
semiconductor
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102014227027.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Reinhard Scholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102014227027.8A priority Critical patent/DE102014227027A1/en
Priority to CN201511002184.6A priority patent/CN105744758B/en
Publication of DE102014227027A1 publication Critical patent/DE102014227027A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/492—Bases or plates or solder therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/325—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by abutting or pinching, i.e. without alloying process; mechanical auxiliary parts therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/10—Containers; Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts, e.g. between cap and base of the container or between leads and walls of the container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49838—Geometry or layout
    • H01L23/49844—Geometry or layout for devices being provided for in H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0263—High current adaptations, e.g. printed high current conductors or using auxiliary non-printed means; Fine and coarse circuit patterns on one circuit board
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
    • H05K1/141—One or more single auxiliary printed circuits mounted on a main printed circuit, e.g. modules, adapters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10431—Details of mounted components
    • H05K2201/10575—Insulating foil under component
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/11—Treatments characterised by their effect, e.g. heating, cooling, roughening
    • H05K2203/1147—Sealing or impregnating, e.g. of pores

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein intelligentes Leistungsbauteil mit parallel zueinander ausgerichteten Platten 1, 2, welche mit den Stromeingängen und den Stromausgängen von Leistungshalbleitern 8 verbunden sind. Damit können hohe Ströme 16, beispielsweise zum Widerstandsschweißen, gesteuert werden, ohne dass übermäßig viel Verlustwärme entsteht.The invention relates to an intelligent power component with parallel aligned plates 1, 2, which are connected to the current inputs and the current outputs of power semiconductors 8. Thus, high currents 16, for example, for resistance welding, can be controlled without excessive heat loss.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Leistungsbauteil mit Leistungshalbleiter, welches mittels einer intelligenten Ansteuerung betreibbar ist. Leistungsbauteile werden zur Steuerung hoher elektrischer Ströme verwendet, insbesondere elektrischer Ströme im kA-Bereich, wie sie bei industriellen Prozessen, leistungsfähigen Maschinen und Elektrofahrzeugen oder beim Widerstandsschweißen benötigt werden.The invention relates to a power component with power semiconductor, which is operable by means of an intelligent control. Power components are used to control high electrical currents, especially kA range electrical currents, such as those needed in industrial processes, powerful machinery and electric vehicles, or resistance welding.

Stand der TechnikState of the art

Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Anordnung wie in der EP1921908B1 gezeigt. Die 1 verdeutlicht hier grob schematisch in einer Seitenansicht eine Schaltungsanordnung mit einem gattungsgemäßen Leistungsmodul. Das Leistungsmodul und die Leiterplatte sind zwischen einem Kühlkörper und einer Presseinrichtung angeordnet. Es besteht der Wunsch, derartige Leistungsmodule möglichst universell in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen einzusetzen. Hierzu sollten die Leistungsmodule kompakt, leicht austauschbar und für spezifische Anwendungen konfigurierbar sein.The starting point of the invention is an arrangement as in EP1921908B1 shown. The 1 here shows schematically in a side view a circuit arrangement with a generic power module. The power module and the printed circuit board are arranged between a heat sink and a pressing device. There is a desire to use such power modules as universally as possible in a wide variety of applications. For this purpose, the power modules should be compact, easily replaceable and configurable for specific applications.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Realisierung eines Leistungsbauteils, welches möglichst kompakt gebaut ist und universell für verschiedenste Anwendungen, insbesondere die weiter oben genannten Anwendungen, leicht konfigurierbar und nachrüstbar ist.The object of the invention is therefore the realization of a power device which is built as compact as possible and universally for a variety of applications, in particular the applications mentioned above, easily configurable and retrofittable.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Leistungsbauteil zur Steuerung eines elektrischen Starkstromes.The starting point of the invention is a power component for controlling an electrical high current.

Unter einem Starkstrom werden Ströme verstanden, wie sie beispielsweise beim Widerstandsschweißen, zum Antrieb von Servomotoren oder zum Betrieb von leistungsfähigen Maschinen oder zum Betrieb von Fahrzeugen verwendet werden. Es handelt sich in der Regel um Ströme im einstelligen oder zweistelligen Kiloampere-Bereich bei Spannungen > 50 Volt, vorzugsweise aus Dreiphasen-Netzen. Es kommen vor allem Anwendungen in Frage, bei denen eine Zwischenkreisspannung bereitgestellt werden muss oder eine Gleichrichtung des Stromes erforderlich wird, beispielsweise Wechselrichter und Umrichter zum Betreiben von elektrischen Motoren, auch elektrischen Fahrzeugmotoren.Under a high current currents are understood, as used for example in resistance welding, for driving servomotors or for the operation of powerful machines or for the operation of vehicles. These are typically currents in the single-digit or double-digit kiloampere range at voltages> 50 volts, preferably from three-phase networks. In particular, there are applications in which a DC link voltage must be provided or a rectification of the current is required, for example, inverters and converters for operating electric motors, including electric vehicle engines.

Das Leistungsbauteil umfasst mindestens einen Leistungshalbleiter mit einem Stromeingang, einem Stromausgang und einem Steueranschluss. Das Leistungsbauteil umfasst zusätzlich eine elektrisch leitfähige Stromeingangsplatte und eine elektrisch leitfähige Stromabgangsplatte, wobei der Stromeingang des Leistungshalbleiters mit der Stromeingangsplatte und der Stromausgang des Leistungshalbleiters mit der Stromabgangsplatte verbunden ist. Als Plattenmaterial kommt beispielsweise Kupfer oder Molybdän in Frage. Die Stromeingangsplatte und/oder die Stromausgangsplatte können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Der Steueranschluss des Leistungshalbleiters ist zwischen beiden vorzugsweise parallel zueinander ausgerichteten Platten angeordnet. Zusätzlich ist eine Anbindungsmöglichkeit für eine Ansteuereinrichtung vom Leistungsbauteil umfasst, mittels welcher der Steueranschluss ansteuerbar ist.The power component comprises at least one power semiconductor with a current input, a current output and a control connection. The power component additionally comprises an electrically conductive current input plate and an electrically conductive current output plate, the current input of the power semiconductor being connected to the current input plate and the current output of the power semiconductor being connected to the current output plate. As a plate material is for example copper or molybdenum in question. The current input plate and / or the current output plate may be formed in one piece or in several parts. The control terminal of the power semiconductor is arranged between two plates, which are preferably aligned parallel to one another. In addition, a connection possibility for a drive device from the power component is included, by means of which the control connection can be controlled.

Die Anbindungsmöglichkeit kann durch Anschlussmittel für eine Ansteuereinrichtung realisiert sein. Das Anschlussmittel kann derart realisiert sein, dass eine Integration der Ansteuereinrichtung in das Leistungsbauteil und/oder die Anbindung einer beispielsweise externen Ansteuereinrichtung an das Leistungsbauteil möglich wird.The connection possibility can be realized by connecting means for a control device. The connection means can be realized in such a way that an integration of the drive device in the power component and / or the connection of an example external drive means to the power device is possible.

Zur Integration der Ansteuereinrichtung kann eine Aufnahmevorrichtung für die Ansteuereinrichtung zwischen beiden Platten, beispielsweise auf einem isoliert zwischen den Platten, vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu den Platten, angeordneten ersten Bauteileträger vorgesehen sein. Bei der Aufnahmevorrichtung kann es sich um einen Sockel oder eine Aussparung am Bauteilträger handeln, mittels dessen bzw. mittels derer die zur Realisierung der Ansteuereinrichtung/Ansteuereinrichtungsanbindung erforderlichen Bauteile am Bauteilträger angeordnet werden können. Vorteilhaft hierbei ist, dass das Leistungsbauteil besonders kompakt realisiert werden kann und dass die Ansteuereinrichtung mittels der Platten vor mechanischen Beschädigungen geschützt ist. Auch ist eine Ansteuereinrichtung derart leicht nachrüstbar bzw. montierbar. Die Ansteuereinrichtung kann auch schon bei der Herstellung des Bauteilträgers in diesen integriert werden.In order to integrate the drive device, a receiving device for the drive device can be provided between the two plates, for example on a first component carrier which is arranged in an insulated manner between the plates, preferably substantially parallel to the plates. The receiving device can be a base or a recess on the component carrier, by means of which or by means of which the components required for the realization of the drive device / drive device connection can be arranged on the component carrier. The advantage here is that the power device can be realized in a particularly compact and that the control device is protected by the plates from mechanical damage. Also, a drive device is so easy to retrofit or mountable. The control device can also be integrated in the production of the component carrier in this.

Es wäre jedoch auch denkbar die Ansteuereinrichtung am Leistungsbauteil oder Bauteilträger derart anzuordnen, dass sie außerhalb der Platten oder nur teilweise zwischen den Platten angeordnet ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Ansteuereinrichtung leicht zugänglich ist. Zum mechanischen Schutz der Ansteuereinrichtung müssten jedoch zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden. Beispielsweise könnte auch eine lösbare Steckverbindung vorgesehen sein, mittels derer die Ansteuereinrichtung mit dem Leistungsbauteil verbunden werden kann. Oder die Ansteuereinrichtung kann an einem zweiten Bauteilträger angeordnet sein, welcher mit dem ersten Bauteilträger verbunden ist.However, it would also be conceivable to arrange the drive device on the power component or component carrier in such a way that it is arranged outside the plates or only partially between the plates. The advantage here is that the drive device is easily accessible. For the mechanical protection of the control device, however, additional precautions would have to be taken. For example, a detachable plug connection could also be provided, by means of which the control device can be connected to the power component. Or the drive device may be arranged on a second component carrier, which is connected to the first component carrier.

Das Anschlussmittel könnte auch als industrielle Feldbusschnittstelle (z. B. SERCOS, Profibus und dergleichen) realisiert sein, so dass die Anbindung einer externen und/oder internen Ansteuereinrichtung an das Leistungsbauteil mittels eines Feldbusses ermöglicht wird. Diese Ansteuereinrichtung müsste dann ebenfalls eine kompatible industrielle Feldbusschnittstelle aufweisen, z. B. eine Ethernet-Schnittstelle bei entsprechenden Feldbussen. The connection means could also be implemented as an industrial fieldbus interface (eg SERCOS, Profibus and the like), so that the connection of an external and / or internal control device to the power component is made possible by means of a fieldbus. This drive would then also have a compatible industrial fieldbus interface, z. As an Ethernet interface with appropriate fieldbuses.

Das Leistungsbauteil kann auch eine Kombination aus den zuvor erwähnten Anbindungsmöglichkeiten umfassen, so dass sowohl eine integrierte Lösung als auch eine externe Anbindung realisiert werden kann. Auch könnte eine integrierte Ansteuereinrichtung mittels der Feldbusschnittstelle mit einer externen Ansteuereinrichtung und/oder einer übergeordneten (Prozess-)Steuerung kommunizieren.The power component can also comprise a combination of the aforementioned connection possibilities, so that both an integrated solution and an external connection can be realized. An integrated drive device could also communicate with an external drive device and / or a higher-level (process) controller by means of the fieldbus interface.

Als Verbindungsmittel zwischen den Leistungshalbleiteranschlüssen und den Platten können Fügemittel verwendet werden, welche elektrisch leitfähig sind und welche stoffschlüssige Verbindungen ermöglichen. Als Fügeprozess kommt beispielsweise Löten oder Sintern, ggf. auch Schweißen in Frage. Der Steueranschluss ist derart zwischen beiden Platten angeordnet, dass dieser keinen elektrischen Kontakt zu den Platten hat und zwischen den Platten zugänglich bleibt.As connecting means between the power semiconductor terminals and the plates joining means can be used, which are electrically conductive and which allow material connections. As a joining process, for example, soldering or sintering, possibly also welding in question. The control terminal is arranged between the two plates such that it has no electrical contact with the plates and remains accessible between the plates.

Bei dem Leistungshalbleiter kann es sich um einen stromgesteuerten oder spannungsgesteuerten Halbleiter handeln wie beispielsweise ein Bipolar-Transistor, ein IGBT, ein FET oder ein MOSFET oder dergleichen. Die Steuerung des Halbleiters kann mittels der Gate-Source-Spannung erfolgen. Sinngemäß erfolgt die Ansteuerung von Halbleitern anderer Bauart dann entsprechend ihrer Datenblätter. Als Leistungshalbleiter kommen auch Leistungshalbleiter mit einem flachen (Metall-)Gehäuse in Frage. Das Gehäuse schützt den Leistungshalbleiter und erleichtert aufgrund der flachen Form eine flächige Anbindung an die Platten. Dies verbessert die Wärmeleitfähigkeit der Gesamtanordnung und vermindert die Verluste. Der Steueranschluss ist im Wesentlichen innerhalb der Platten parallel zu den Platten angeordnet und unabhängig vom Stromeingang oder Stromausgang ansteuerbar.The power semiconductor may be a current-controlled or voltage-controlled semiconductor, such as a bipolar transistor, an IGBT, a FET or a MOSFET, or the like. The control of the semiconductor can be effected by means of the gate-source voltage. Analogously, the control of semiconductors of other types then takes place according to their data sheets. As power semiconductors also power semiconductors come with a flat (metal) housing in question. The housing protects the power semiconductor and, due to the flat shape, facilitates a flat connection to the plates. This improves the thermal conductivity of the overall arrangement and reduces the losses. The control connection is arranged essentially inside the plates parallel to the plates and can be controlled independently of the current input or current output.

Bei der Ansteuereinrichtung kann es sich um eine integrierte Schaltung handeln, welche vorzugsweise genügend Rechenleistung und Speicher bereithält, so dass neben der reinen Ansteuerung des Leistungshalbleiters noch weitere übergeordnete Aufgaben zum Betrieb des Leistungsbauteils erfüllt werden können. Zusätzlich können externe Schaltungen wie Treiber oder Feldbusschnittstellen vorgesehen sein. Diese externen Schaltungen könnten jedoch auch von der integrierten Schaltung umfasst sein, so dass eine minimale oder gar keine externe Beschaltung mehr erforderlich wird.The control device may be an integrated circuit, which preferably has enough computing power and memory available, so that, in addition to the pure control of the power semiconductor, further superordinate tasks for operating the power device can be fulfilled. In addition, external circuits such as drivers or fieldbus interfaces can be provided. However, these external circuits could also be included in the integrated circuit, so that minimal or no external circuitry is required.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mittel u. a. des Anschlussmittels zur Anbindung und/oder Integration einer Ansteuereinrichtung ist die Realisierbarkeit eines kompakten und universell einsetzbaren Leistungsbauteils gewährleistet, welches bei Verwendung einer vorzugsweise programmierbaren Ansteuereinrichtung weitestgehen autark betrieben werden kann und somit für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete leicht konfigurierbar ist. Wird eine programmierbare Ansteuereinrichtung mit genügend Rechenleistung und Speicher verwendet, so kann diese für spezielle Anwendungsgebiete leicht umprogrammiert oder in ihrem Funktionsumfang erweitert werden, Programmodule könnten nachgeladen oder ausgetauscht werden. Dies könnte auch über eine Internetverbindung oder Rechnernetze (z. B. Cloud) erfolgen.Means u. a. the connection means for connection and / or integration of a drive device, the feasibility of a compact and universally applicable power device is guaranteed, which can be operated largely autonomous when using a preferably programmable drive means and thus is easily configurable for a variety of applications. If a programmable control device with sufficient computing power and memory is used, it can be easily reprogrammed for special fields of application or extended in scope, program modules could be recharged or replaced. This could also be done via an internet connection or computer networks (eg cloud).

In einer Widerstandsschweißanwendung beispielsweise könnte das Leistungsbauteil für den Widerstandsschweißprozess optimiert mit einem ersten Ansteuerprogramm angesteuert werden. In einer Anwendung zum Betrieb von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen könnte das Leistungsbauteil für diese Anwendung optimiert mit einem zweiten Ansteuerprogramm angesteuert werden. Wird das Leistungsbauteil in einem Versorgungsmodul eingesetzt, so könnte ein entsprechendes drittes Ansteuerprogramm vorgesehen sein. Alle oder einzelne Ansteuerprogramme könnten im Speicher der Ansteuereinrichtung abrufbar abgelegt sein oder die Ansteuereinrichtung könnte derart realisiert sein, dass Ansteuerprogramme leicht nachladbar oder änderbar sind, zum Beispiel mittels einer Feldbusschnittstelle. Der mechanische Aufbau des Leistungsbauteils vereinfacht den Einbau in mechanische Bauteilhalterungen, wie sie beispielsweise für Scheibenzellen verwendet werden. Dies erhöht die Flexibilität in industriellen Anwendungen, denn das erfindungsgemäße Leistungsbauteil ist leicht austauschbar oder leicht nachrüstbar.For example, in a resistance welding application, the power device for the resistance welding process could be optimized to be driven by a first drive program. In an application for the operation of battery-operated electric vehicles, the power component for this application could be optimized with a second drive program. If the power component is used in a supply module, then a corresponding third drive program could be provided. All or individual control programs could be retrievably stored in the memory of the control device or the control device could be implemented such that control programs are easily rechargeable or changeable, for example by means of a fieldbus interface. The mechanical design of the power component simplifies installation in mechanical component holders, such as those used for disc cells. This increases the flexibility in industrial applications, because the power component according to the invention is easily replaceable or easy to retrofit.

Bevorzugt sind die Platten in ihrem Randbereich mittels eines elektrisch nicht leitfähigen Verbindungsmittels miteinander verbunden, wobei Platten und Verbindungsmittel ein Gehäuse bilden. Als Verbindungsmittel kommen beispielsweise Harze in Frage. Materialien aus Hartkunststoff oder Weichkunststoff kommen ebenfalls in Frage. Das mittels der Platten und des Verbindungsmittels realisierte Gehäuse umgibt und schützt die von den Leistungsbauteilplatten umfassten Komponenten vor äußeren Einflüssen, insbesondere den Leistungshalbleiter und bei der integrierten Variante auch die Ansteuereinrichtung. Gerade bei widrigen Umgebungsbedingungen – wie sie häufig im industriellen Umfeld auftreten – ist dies von großem Vorteil. Auch ein Spritzwasserschutz gemäß der IP-Schutzklassen ist somit sehr leicht realisierbar.Preferably, the plates are connected to each other in their edge region by means of an electrically non-conductive connecting means, wherein plates and connecting means form a housing. As connecting agents, for example, resins in question. Materials made of hard plastic or soft plastic are also suitable. The housing realized by means of the plates and the connecting means surrounds and protects the components encompassed by the power component plates from external influences, in particular the power semiconductor and, in the case of the integrated variant, also the drive device. Especially in adverse environmental conditions - as they often occur in industrial environments - this is a great advantage. Even a splash protection according to the IP protection classes is thus very easy to implement.

Sind der Leistungshalbleiter und/oder die Ansteuereinrichtung an einem Bauteilträger angeordnet, so kann dieser Bauteilträger zwischen beiden Platten vorzugsweise im Wesentlichen parallel vorgesehen sein, wobei der Steueranschluss mit einer vom Bauteilträger umfassten Leiterbahn verbunden sein kann. Bei dem Bauteilträger kann es sich vorzugsweise um eine Leiterplatte (PCB – „Printed Curcuit Board”) handeln. Der Bauteilträger kann Durchkontaktierungen (z. B. sog. VIA's = „Vertical Interconnect Access”) zu den Platten aufweisen.If the power semiconductor and / or the drive device are arranged on a component carrier, then this component carrier can be provided substantially parallel between the two plates, wherein the control connection can be connected to a conductor track encompassed by the component carrier. The component carrier may preferably be a printed circuit board (PCB). The component carrier can have plated-through holes (eg so-called VIA's = "Vertical Interconnect Access") to the plates.

Vorzugsweise wird eine Anordnung mit Leistungsbauteil und Ansteuereinrichtung realisiert, wobei die Ansteuereinrichtung mittels des Anschlussmittels an das Leistungsbauteil angeschlossen ist. Im Falle einer integrierten Lösung ist die Ansteuereinrichtung vom Leistungsbauteil zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, umfasst. Im Falle einer nicht integrierten Lösung ist die Ansteuereinrichtung mechanisch/elektrisch am Leistungsbauteil angeordnet oder, vorzugsweise mittels einer Feldbusschnittstelle, an das Leistungsbauteil angebunden.Preferably, an arrangement with power component and drive device is realized, wherein the drive means is connected by means of the connection means to the power component. In the case of an integrated solution, the drive device is at least partially, preferably completely, enclosed by the power component. In the case of a non-integrated solution, the control device is mechanically / electrically arranged on the power component or, preferably by means of a fieldbus interface, connected to the power component.

Die Ansteuereinrichtung umfasst bevorzugt eine Ansteuerimpulserzeugung und vorzugsweise auch eine Spannungsversorgung zur Versorgung der Ansteuerimpulserzeugung. Sind Leistungshalbleiter und Ansteuereinrichtung an einem gemeinsamen Bauteilträger angeordnet, so kann die Übertragung der Ansteuerimpulse mittels am Bauteilträger angebrachter Leiterbahnen erfolgen.The drive device preferably comprises a drive pulse generation and preferably also a voltage supply for supplying the drive pulse generation. If the power semiconductor and the drive device are arranged on a common component carrier, then the transmission of the drive pulses can take place by means of conductor tracks attached to the component carrier.

Vorzugsweise ist eine schnelle Treiberstufe vorgesehen, welche zwischen dem Ausgang der Ansteuerimpulserzeugung und dem Steueranschlusses des Leistungshalbleiters vorgesehen ist, um die Ansteuerimpulserzeugung vom Steueranschlusses des Leistungshalbleiters zu entkoppeln und damit dieser in kürzester Zeit leistungsmäßig angesteuert werden kann. Die Treiberstufe kann von der Ansteuereinrichtung auch umfasst sein oder separat von der Ansteuereinrichtung beispielsweise auf einem gemeinsamen Bauteilträger angeordnet sein. Mittels dieser Anordnung ist ein weitestgehend autarker Betrieb des Leistungsbauteils sichergestellt.Preferably, a fast driver stage is provided which is provided between the output of the drive pulse generation and the control terminal of the power semiconductor to decouple the Ansteuerimpulserzeugung from the control terminal of the power semiconductor and thus this can be controlled in terms of performance in no time. The driver stage can also be encompassed by the drive device or be arranged separately from the drive device, for example, on a common component carrier. By means of this arrangement, a largely self-sufficient operation of the power device is ensured.

Bei Integration der Ansteuereinrichtung in das Leistungsbauteil ist dieses ohne zusätzliche übergeordnete Maßnahmen einsetzbar, lediglich die Spannungsversorgung muss gewährleistet sein. Dies kann je nach Anwendungsfall mittels einer Gleichspannungsquelle oder durch Anzapfung einer Transformatorspule und Gleichrichtung dieser angezapften Spannung erfolgen. Letzteres ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn das Leistungsbauteil zusammen mit einem Transformator eingesetzt wird.When integrating the control device in the power component this can be used without additional higher-level measures, only the power supply must be guaranteed. This can be done depending on the application by means of a DC voltage source or by tapping a transformer coil and rectification of this tapped voltage. The latter is useful, for example, if the power component is used together with a transformer.

Bevorzugt ist die Ansteuereinrichtung und/oder das Leistungsbauteil dazu eingerichtet, ein Statussignal für den Betriebszustand des Leistungshalbleiters, des Leistungsbauteils oder der Ansteuereinrichtung auszugeben. Es wird somit möglich an eine übergeordnete Prozessteuerung einen für das Leistungsbauteil spezifischen Betriebszustand zu melden. Je nach Art des Betriebszustandes kann diese Prozessteuerung dann geeignete Maßnahmen einleiten, z. B. Abfangen von Fehlern, Einleiten von Kühlmaßnahmen bei Überhitzung und dergleichen. Das Statussignal kann mittels einer proprietären Schnittstelle oder mittels einer Standardschnittstelle (z. B. Feldbusschnittstelle) übertragen werden.Preferably, the drive device and / or the power component is set up to output a status signal for the operating state of the power semiconductor, the power device or the drive device. It is thus possible to report to a higher-level process control a specific for the power device operating condition. Depending on the type of operating state, this process control can then initiate appropriate measures, eg. As interception of errors, initiation of cooling measures in case of overheating and the like. The status signal can be transmitted by means of a proprietary interface or by means of a standard interface (eg fieldbus interface).

Die Ansteuereinrichtung umfasst vorzugsweise eine Recheneinrichtung zur Verarbeitung von Logiksignalen, welche zum Betrieb des Leistungshalbleiters erforderlich werden könnten und/oder zur Ausführung von für den Betrieb des Leistungsbauteils geeigneten Programmen wie beispielsweise die Realisierung einer Lebensdauerüberwachung. Hierbei können unter Zugrundelegung der während des Betriebs des Leistungshalbleiters im Leistungshalbleiter auftretende Temperaturen, Spannungen wie Flussspannungen und Ströme berücksichtigt und mit Referenzwerten verglichen werden. Als Referenzwerte kommen beispielsweise Wertevorgaben mit Toleranzbändern oder an neuen Leistungshalbleitern ermittelte Referenzwerte in Frage.The drive device preferably comprises a computing device for processing logic signals which might be required for operation of the power semiconductor and / or for executing programs suitable for the operation of the power device, such as, for example, the realization of lifetime monitoring. In this case, on the basis of the temperatures occurring during operation of the power semiconductor in the power semiconductor, voltages such as forward voltages and currents can be taken into account and compared with reference values. For example, value specifications with tolerance bands or reference values determined on new power semiconductors may be considered as reference values.

Die Ergebnisse dieser Betriebsarten könnten mittels des zuvor genannten Statussignals ebenfalls von einer Prozesssteuerung weiterverarbeitet werden. Speziell mittels der Lebensdauerüberwachung könnten frühzeitig Maßnahmen zur Gewährleistung des weiteren und sicheren Betriebs der Anordnung eingeleitet werden.The results of these operating modes could also be further processed by a process controller by means of the aforementioned status signal. Especially by means of the lifetime monitoring measures could be taken early to ensure the further and safe operation of the arrangement.

Vorzugsweise ist, insbesondere auch zur Realisierung der zuvor genannten Lebensdauerüberwachung, von der Ansteuereinrichtung und/oder dem Leistungsbauteil ein Erfassungsmittel zur Erfassung und/oder Überwachung von Messwerten umfasst, insbesondere Werte mit Bezug zur Halbleitertemperatur und/oder zum Halbleiterstrom und/oder zur Halbleiterflussspannung und/oder zur Halbleitereingangsspannung.Preferably, in particular also for the realization of the aforementioned lifetime monitoring, the detection device and / or the power component comprise a detection means for acquiring and / or monitoring measured values, in particular values related to the semiconductor temperature and / or to the semiconductor current and / or to the semiconductor voltage and / or or to the semiconductor input voltage.

Ergänzend werden die zuvor erwähnten Maßnahmen vorzugsweise dadurch erweitert, dass von der Ansteuereinrichtung und/oder dem Leistungsbauteil eine Kurzschlussüberwachung und/oder eine Unterspannungsüberwachung für die Spannungsversorgung und/oder die Ansteuerimpulserzeugung umfasst sind. Es könnte auch vorgesehen sein, dass je nach Anwendungsfall externe Spannungen, wie beispielsweise eine Transformatorspannung und/oder eine Gleichrichterspannung und/oder eine Zwischenkreisspannung, zusätzlich überwacht und/oder ausgewertet werden. Neben der Überwachung des Leistungshalbleiters bzw. des Leistungsbauteils selbst wären somit zusätzlich noch bezüglich des Leistungsbauteils externe Anwendungskomponenten mittels der Ansteuereinrichtung leicht überwachbar. Unter Anwendungskomponenten werden Komponenten verstanden, welche anwendungsspezifisch sind, z. B. der Schweißtransformator bei einer Widerstandsschweißanwendung.In addition, the measures mentioned above are preferably expanded by the short circuit monitoring and / or an undervoltage monitoring for the voltage supply and / or the drive pulse generation being included by the drive device and / or the power component. It could also be provided that, depending on the application, external Voltages, such as, for example, a transformer voltage and / or a rectifier voltage and / or a DC link voltage, are additionally monitored and / or evaluated. In addition to the monitoring of the power semiconductor or of the power component itself, external application components would thus additionally be easily monitored with respect to the power component by means of the control device. Application components are components which are application-specific, eg. B. the welding transformer in a resistance welding application.

Besonders bevorzugt ist von der Ansteuereinrichtung auch eine Avalance-Überwachung umfasst. Diese kann dafür verwendet werden den Leistungshalbleiter einzuschalten, bevor die Avalance-Energie einen vorgegebenen Richtwert überschreitet. Durch das so kontrollierte Avalanche-Verhalten kann der Leistungshalbleiter vor Zerstörung durch Überspannungen geschützt werden, speziell wenn hohe Ströme und geringe Transitzeiten auftreten.Particularly preferably, the activation device also includes an avalance monitoring system. This can be used to turn on the power semiconductor before the Avalance energy exceeds a given benchmark. The controlled avalanche behavior of the power semiconductor can be protected from destruction by overvoltages, especially when high currents and low transit times occur.

Alle diese Maßnahmen dienen der Sicherstellung eines reibungslosen Betriebs des erfindungsgemäßen Leistungsbauteils, entweder mittels einer übergeordneten Prozessüberwachung oder mittels der Ansteuereinrichtung selbst.All these measures serve to ensure a smooth operation of the power component according to the invention, either by means of a higher-level process monitoring or by means of the control device itself.

Weiter bevorzug ist von der Ansteuereinrichtung bzw. dem Leistungsbauteil eine Feldbusschnittstelle zur Anbindung derselben bzw. desselben an einen industriellen Feldbus umfasst bzw. die Ansteuereinrichtung oder das Leistungsbauteil sind dazu geeignet mittels eines Feldbusses mit übergeordneten weiteren Einrichtungen (z. B. Prozessteuerung) eine Kommunikationsverbindung aufzubauen.The drive device or the power component is suitable for establishing a communication connection by means of a field bus with higher-level further devices (eg process control) ,

Die zuvor erwähnten Statussignale und Vergleichs- und Überwachungsergebnisse könnten somit auch an externe Einrichtungen mittels des Feldbusses übermittelt werden. Auch eine Anbindung von zusätzlich zu überwachenden Komponenten an die Ansteuereinrichtung könnte so realisiert werden. Mittels der Feldbusschnittstellen könnten auch Istwerte wie Spannungen, Ströme, Temperaturen und sämtliche weitere im Leistungsbauteil bzw. am Leistungshalbleiter messtechnisch erfassbaren Werte im Wesentlichen in Echtzeit beispielsweise von einer übergeordneten Einrichtung (Regelung, Prozesssteuerung und dergleichen) ausgelesen und verarbeitet werden. Unter einem industriellen Feldbus werden sämtliche Einrichtungen verstanden mittels derer Daten zwischen mehreren Busteilnehmern ausgetauscht werden können, zum Beispiel auch basierend auf dem Ethernet-Standard, vorzugsweise in Echtzeit. Auch eine drahtlose Anbindung ist denkbar.The above-mentioned status signals and comparison and monitoring results could thus also be transmitted to external devices by means of the fieldbus. A connection of additional components to be monitored to the control device could thus be realized. By means of the field bus interfaces, actual values such as voltages, currents, temperatures and all other values that can be detected by measurement in the power component or power semiconductor could be read out and processed substantially in real time, for example, by a higher-level device (control, process control and the like). An industrial field bus means all devices by means of which data can be exchanged between several bus users, for example also based on the Ethernet standard, preferably in real time. A wireless connection is also conceivable.

Besonders bevorzugt ist die Ansteuereinrichtung dazu eingerichtet mehrere Leistungshalbleiter unabhängig voneinander anzusteuern, insbesondere einen ersten Leistungshalbleiter unabhängig von einem zweiten Leistungshalbleiter bzw. einen zweiten Leistungshalbleiter unabhängig von einem ersten Leistungshalbleiter. Sofern mehrere Leistungshalbleiter vorhanden sind, können mittels der zuvor genannten Feldbusschnittstelle auch die zuvor erwähnten Messwerte bezüglich der weiteren Leistungshalbleiter, d. h. für jeden Leistungshalbleiter separat und unabhängig voneinander, ausgelesen, verarbeitet und bei der Ansteuerung der Steuereingänge jedes einzelnen Leistungshalbleiters berücksichtigt werden.Particularly preferably, the drive device is set up to control a plurality of power semiconductors independently of one another, in particular a first power semiconductor independent of a second power semiconductor or a second power semiconductor independently of a first power semiconductor. If a plurality of power semiconductors are present, the above-mentioned measured values with respect to the further power semiconductors, i. H. for each power semiconductor separately and independently, read out, processed and taken into account in the control of the control inputs of each power semiconductor.

Die Ansteuereinrichtung kann daher auch dazu eingerichtet sein den Betriebszustand eines zweiten Leistungshalbleiters während der Erzeugung der Ansteuerimpulse zur Ansteuerung eines ersten Leistungshalbleiters zu berücksichtigen.The drive device can therefore also be set up to take into account the operating state of a second power semiconductor during the generation of the drive pulses for driving a first power semiconductor.

Mittels dieser Maßnahme wäre ein Betrieb auch ohne übergeordnete Steuerung möglich, die üblicherweise den Betrieb der Leistungshalbleiter koordiniert. In diesem Falle übernimmt die Ansteuereinrichtung nun die Koordination der Ansteuerimpulse für die Steuereingänge eines ersten Leistungshalbleiters in Abhängigkeit der Betriebszustände zumindest eines weiteren vorhandenen Leistungshalbleiters. Damit ist nun ein völlig autarker Betrieb des Leistungsbauteils auch ohne übergeordnete Steuerung realisierbar.By means of this measure, operation would also be possible without a higher-level control, which usually coordinates the operation of the power semiconductors. In this case, the control device now takes over the coordination of the drive pulses for the control inputs of a first power semiconductor depending on the operating conditions of at least one other existing power semiconductor. Thus, a completely self-sufficient operation of the power component can be realized even without higher-level control.

Speziell bei Gleichrichteranwendungen könnte die Ansteuereinrichtung Mittel zur Realisierung eines Vergleichs einer Trafospannung und/oder einer Gleichrichterspannung bzw. der Sperrspannung zum Beispiel mit Referenzspannungen oder mit den Spannungen untereinander oder mit von den Spannungen abgeleiteten zusätzlichen Spannungen umfassen.Especially in rectifier applications, the drive device could comprise means for realizing a comparison of a transformer voltage and / or a rectifier voltage or the blocking voltage, for example with reference voltages or with the voltages with one another or with additional voltages derived from the voltages.

So könnte ein Kurzschluss am Trafo oder in einem Gleichrichterzweig leicht und schnell erkannt und beispielsweise mittels des zuvor erwähnten Statusausgangs und/oder einer Feldbusanbindung an eine übergeordnete Einrichtung gemeldet werden. Alternativ könnte die Ansteuereinrichtung selbst geeignete Maßnahmen einleiten, wie beispielsweise die Abschaltung eines defekten Leistungshalbleiters oder eines Gleichrichterzweiges.Thus, a short circuit at the transformer or in a rectifier branch could easily and quickly be detected and reported, for example, by means of the aforementioned status output and / or a field bus connection to a higher-level device. Alternatively, the control device itself could initiate appropriate measures, such as the shutdown of a defective power semiconductor or a rectifier branch.

Für die Anwendung Widerstandsschweißen könnte die Flussspannung des Leistungshalbleiters (z. B. MOSFET) bzw. die Einschaltzeit erfasst werden. Somit wären jederzeit Rückschlüsse bezüglich des Status der Schweißzange möglich (Zange offen/geschlossen bzw. Kontakt ja/nein).For the resistance welding application, the forward voltage of the power semiconductor (eg MOSFET) or the switch-on time could be detected. Thus, conclusions about the status of the welding gun are possible at any time (pliers open / closed or contact yes / no).

Vorteilhaft ist es auch in einem von der Ansteuereinrichtung oder einem vom Leistungsbauteil umfassten Speicher anwendungsspezifische Daten abzulegen. Bei der zuvor genannten Anwendung könnten beispielsweise für den Schweißprozess relevante Daten oder Daten der Schweißzange im Speicher abgelegt bzw. abrufbar bereitgehalten werden. Auch wäre es denkbar Daten des Leistungsbauteils selbst im integrierten Speicher abzulegen, so dass das Leistungsbauteil von einer übergeordneten Einrichtung durch Auslesen der Daten leicht identifizierbar ist. Somit wäre auch ein elektronisches Typenschild für die Anordnung realisierbar.It is also advantageous in one of the control device or a memory included by the power device application specific data store. In the aforementioned application, for example, data or data relevant to the welding process of the welding tongs could be stored in the memory or made available retrievably. It would also be conceivable to store data of the power component itself in the integrated memory, so that the power component can be easily identified by a higher-level device by reading out the data. Thus, an electronic nameplate for the arrangement would be feasible.

Vorzugsweise wird ein Transformator mit einem Gleichrichter wie zuvor beschrieben ausgestattet, wobei der Gleichrichter an eine Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen und von dem Transformator umfasst bzw. am Transformator angeordnet ist.Preferably, a transformer is equipped with a rectifier as described above, wherein the rectifier is connected to a secondary winding of the transformer and comprises of the transformer or is arranged on the transformer.

Diese Anordnung bietet beispielsweise in der Anwendung Widerstandschweißen den Vorteil, dass ein Schweißtransformator zum Widerstandsschweißen bereits einen intelligenten Gleichrichter umfasst und als Bausatz für Widerstandsschweißanlagen angeboten werden kann. Ähnliche Bausätze mit oder ohne Transformator bieten sich für andere Anwendungsfelder an, beispielsweise bei Versorgungsmodulen für Servomotoren oder Elektrofahrzeuge.This arrangement offers, for example in the application resistance welding the advantage that a welding transformer for resistance welding already includes a smart rectifier and can be offered as a kit for resistance welding equipment. Similar kits with or without a transformer are available for other applications, such as servo motor or electric vehicle supply modules.

Das Versorgungsmodul arbeitet als Wechselrichter oder Umrichter und kann ein Leistungsbauteil gemäß der Patentansprüche zur Erzeugung einer Zwischenkreisgleichspannung umfassen, welche anschließend wechselgerichtet werden kann.The supply module operates as an inverter or inverter and may comprise a power component according to the claims for generating a DC link voltage, which can then be reversed.

Auch kann mittels der erfindungsgemäßen Lösung eine komplette Antriebsvorrichtung mit Regeleinrichtung und Versorgungsmodul realisiert werden. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung zum Betrieb von Maschinen zur Herstellung oder Bearbeitung von Produkten ist ebenfalls denkbar.Also, by means of the solution according to the invention a complete drive device with control device and supply module can be realized. The use of the solution according to the invention for the operation of machines for the production or processing of products is also conceivable.

Figurenbeschreibungfigure description

1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel. 1 schematically shows a first embodiment.

2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel. 2 schematically shows a further embodiment.

3 zeigt Funktionsblöcke einer ersten Ansteuereinrichtung. 3 shows functional blocks of a first drive device.

4 zeigt Funktionsblöcke einer zweiten Ansteuereinrichtung. 4 shows functional blocks of a second control device.

5 zeigt eine Versorgungsmodulanwendung. 5 shows a utility module application.

6 zeigt eine Widerstandsschweißanwendung. 6 shows a resistance welding application.

1 zeigt eine Widerstandsschweißdiode mit mehreren Halbleitern 8. Die vorgenannte Widerstandsschweißdiode umfasst zwischen beiden Platten 1, 2 den Bauteilträger 9 in Form einer Leiterplatte. Die Halbleiter 8 haben jeweils ein Metallgehäuse 7, welches mit dem Stromeingang des Halbleiters 8 verbunden ist. Vorzugsweise kommt ein Gehäuse 7 zum Einsatz, welches den Halbleiter 8 zumindest einseitig schützt. Der gegenüberliegende Stromausgang 14 des Halbleiters 8 ist ohne Gehäuse 7 frei zugänglich ausgeführt. Ein Steueranschluss 6 ist ebenfalls gezeigt. Denkbar sind jedoch auch Halbleiter 8 ohne eigenes Gehäuse 7. Wichtig ist, dass diese Halbleiter 8 großflächige Stromeingänge und/oder Stromausgänge aufweisen, um die Verluste und die Leistungsdichte zu reduzieren. Zusätzlich müssen diese Halbleiter 8 zur Übertragung hoher Ströme im kA-Bereich geeignet sein. Als elektrisch leitfähige Stromeingangsplatte 1 ist eine Kupferplatte 1 vorgesehen und als elektrisch leitfähige Stromabgangsplatte 2 ist ebenfalls eine Kupferplatte 2 vorgesehen. Alternativ käme auch Molybdän in Frage. Die gewählten Materialien sollten eine gute Strom- und Wärmeleitfähigkeit und eine ähnliche thermische Ausdehnung wie Silizium aufweisen. Die Stärke der Platten 1, 2 kann beispielsweise im Millimeterbereich liegen (z. B. 2 mm). Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stromeingang mehrerer MOSFET-Bauteile 8 mit der Stromeingangsplatte 1 und der Stromausgang der Bauteile 8 mit der Stromabgangsplatte 2 verbunden. Beide Kupferplatten 1, 2 sind parallel und in geringem Abstand zueinander ausgerichtet. Hierdurch wird die Anordnung sehr kompakt. Der Stromeingang ist mit der Stromeingangsplatte 1 mittels Löten oder Sintern unmittelbar elektrisch leitend verbunden. Hierzu wird am Stromeingang des Halbleitergehäuses 7 Lot 15 oder Sinterpaste 15 flächig aufgetragen. Die der Außenseite des Halbleitergehäuses 7 zugewandte Innenfläche der Stromeingangsplatte 1 ist, abgesehen von den Kontaktstellen für das Halbleitergehäuse 7, mit einem Lack 10 versehen, welcher Lot 15 oder Sintermaterial 15 abstößt. Der Stromausgang ist mit der Stromabgangsplatte 2 mittelbar mittels elektrischer Verbindungsmittel 14 (VIAS – vertikale Durchkontaktierungen durch die Leiterplatte 9) mittels Löten und/oder Sintern und/oder mittels Kupferdomen (nicht gezeigt), welche Bestandteil der Stromabgangsplatte 2 sein können, elektrisch leitend verbunden. Auch hier kann ein Lack 10 vorgesehen sein. Das Gate 6 der Bauteile 8 ist zwischen den Platten 1, 2 zugänglich, so dass es mittels einer Ansteuereinrichtung ansteuerbar ist. Das Anschlussmittel (nicht gezeigt) für die Ansteuereinrichtung kann auf dem Bauteilträger 9 vorgesehen sein und vollständig oder teilweise von den Platten 1, 2 umgeben sein. Das Anschlussmittel ermöglicht eine Integration der Ansteuereinrichtung in das Leistungsbauteil. Alternativ oder zusätzlich kann das Anschlussmittel auch die Anbindungsmöglichkeit einer nicht integrierten oder nur teilweise integrierten Ansteuereinrichtung an das Leistungsbauteil bereitstellen, zum Beispiel mittels eines Feldbusses. 1 shows a resistance welding diode with multiple semiconductors 8th , The aforementioned resistance welding diode comprises between both plates 1 . 2 the component carrier 9 in the form of a printed circuit board. The semiconductors 8th each have a metal case 7 connected to the current input of the semiconductor 8th connected is. Preferably comes a housing 7 used, which is the semiconductor 8th at least one-sided protection. The opposite current output 14 of the semiconductor 8th is without housing 7 freely accessible. A control connection 6 is also shown. However, semiconductors are also conceivable 8th without own housing 7 , Importantly, these semiconductors 8th have large current inputs and / or current outputs to reduce losses and power density. In addition, these semiconductors must 8th be suitable for the transmission of high currents in the kA range. As electrically conductive current input plate 1 is a copper plate 1 provided and as an electrically conductive current outlet plate 2 is also a copper plate 2 intended. Alternatively, molybdenum would be considered. The materials chosen should have good thermal and thermal conductivity and thermal expansion similar to that of silicon. The strength of the plates 1 . 2 may, for example, be in the millimeter range (eg 2 mm). In the embodiment shown here, the current input of several MOSFET components 8th with the power input plate 1 and the current output of the components 8th with the current outlet plate 2 connected. Both copper plates 1 . 2 are aligned parallel and at a small distance from each other. As a result, the arrangement is very compact. The current input is with the current input plate 1 directly electrically conductively connected by means of soldering or sintering. For this purpose, the current input of the semiconductor housing 7 solder 15 or sintered paste 15 applied flat. The outside of the semiconductor package 7 facing inner surface of the power input plate 1 is, apart from the contact points for the semiconductor package 7 , with a paint 10 provided, which lot 15 or sintered material 15 repels. The current output is with the current output plate 2 indirectly by means of electrical connection means 14 (VIAS - vertical vias through the PCB 9 ) by means of soldering and / or sintering and / or by means of copper domes (not shown) forming part of the current outlet plate 2 can be electrically connected. Again, a paint 10 be provided. The gate 6 of the components 8th is between the plates 1 . 2 accessible, so that it can be controlled by means of a drive device. The connection means (not shown) for the drive device may be on the component carrier 9 be provided and completely or partially from the plates 1 . 2 be surrounded. The connection means enables integration of the drive device into the power component. Alternatively or additionally, the connection means can also connect to a non-integrated or only partially integrated control device to the Power component provide, for example by means of a fieldbus.

Die Ansteuereinrichtung ist in der Lage die Steuereingänge aller Halbleiter 8 vorzugsweise mittels eines Treibers (nicht gezeigt) gemeinsam oder separat anzusteuern. Die Ansteuereinrichtung ist auch in der Lage einzelne Halbleiter 8 abhängig vom Zustand anderer Halbleiter 8 anzusteuern.The drive device is capable of the control inputs of all semiconductors 8th preferably by means of a driver (not shown) together or separately to control. The drive device is also capable of individual semiconductors 8th depending on the state of other semiconductors 8th head for.

Die parallel und in ihrem Randbereich bündig zueinander angeordneten Kupferplatten 1, 2 sind mindestens in ihrem Randbereich mittels eines elektrisch nicht leitfähigen Platten-Verbindungsmittels 3 miteinander verbunden, so dass die Kupferplatten 1, 2 mit dem Verbindungsmittel 3 ein Gehäuse für die zwischen den Platten 1, 2 angeordneten Komponenten 6, 7, 8, 9 bilden. Das Verbindungsmittel 3 kann eine Vergussmasse sein, es kann alternativ jedoch auch mittels eines Kunststoffes (z. B. Hartkunststoff oder Weichkunststoff) realisiert sein. Vorteil ist die dadurch erzielbare mechanische Festigkeit der Anordnung bei verbesserter Wärmeleitung bei verminderter thermischer Dehnung und der hieraus resultierende bessere Schutz der Verbindungsstellen 14, 15 und der Halbleiter 8.The parallel and in their edge region flush with each other arranged copper plates 1 . 2 are at least in their edge region by means of an electrically non-conductive plate-connecting means 3 interconnected so that the copper plates 1 . 2 with the connecting means 3 a housing for between the plates 1 . 2 arranged components 6 . 7 . 8th . 9 form. The connecting means 3 may be a potting compound, but it may alternatively be realized by means of a plastic (eg., Hard plastic or soft plastic). Advantage is the achievable mechanical strength of the arrangement with improved heat conduction at reduced thermal expansion and the resulting better protection of the joints 14 . 15 and the semiconductor 8th ,

Mittels des Verbindungsmittels 3 kann eine Anordnung realisiert werden, welche je nach Anwendung auch den für die Verwendung erforderlichen IP-Schutzarten genügt. Gemäß dem Detailausschnitt der 1 (siehe links unten) können am Rand beider Kupferplatten 1, 2 und am Verbindungsmittel 3 in sich formschlüssig eingreifende Kontaktierungsstellen vorgesehen sein, welche eine feste Kontaktierung zwischen Verbindungsmittel 3 und Platten 1, 2 gewährleisten. Ein großflächiges Vergießen beider Platten erübrigt sich so, und die Herstellung wird durch wenige Montageschritte vereinfacht.By means of the bonding agent 3 an arrangement can be realized, which also satisfies the IP protection required for use depending on the application. According to the detail of the 1 (see bottom left) may be on the edge of both copper plates 1 . 2 and at the connection means 3 be provided in form-locking engaging contact points, which a firm contact between connecting means 3 and plates 1 . 2 guarantee. A large-area casting of both plates is unnecessary, and the production is simplified by a few assembly steps.

Der während des Betriebs der Anordnung auftretende Strom 16 kann mittels der Steueranschlüsse 6 gesteuert werden und so die vorgegebene Richtung von der Stromeingangsplatte 1 zur Stromausgangsplatte 2 passieren. Die von den Halbleitern 6 während des Betriebs erzeugte Wärme 5 dagegen kann in beiden Richtungen von der Stromeingangsplatte 1 und der Stromabgangsplatte 2 und damit von den Halbleitern 8 selbst abtransportiert werden. Dieses Verhalten soll mittels der in der Figur gezeigten Pfeile 5 angedeutet sein. Das Verhalten ist insbesondere vorteilhaft beim Widerstandsschweißen, wo sehr hohe Ströme zum Einsatz kommen und entsprechend viel Verlustwärme abgeführt werden muss.The current occurring during operation of the device 16 can by means of the control connections 6 be controlled and so the default direction of the power input panel 1 to the current output plate 2 happen. The semiconductors 6 heat generated during operation 5 however, in both directions from the power input panel 1 and the power outlet plate 2 and thus of the semiconductors 8th be taken away yourself. This behavior is intended by means of the arrows shown in the figure 5 be indicated. The behavior is particularly advantageous in resistance welding, where very high currents are used and correspondingly much heat loss must be dissipated.

Im Bild sind vier Halbleiter 8 gezeigt. Die Stromeingänge dieser Halbleiter sind mittels der Kupferplatte 1 miteinander verbunden. Ebenso sind die Stromausgänge mittels der VIAS 14 und/oder mittels von der Kupferplatte 2 umfasster Kupferdome (nicht gezeigt) unter Verwendung der Kupferplatte 2 miteinander verbunden.The picture shows four semiconductors 8th shown. The current inputs of these semiconductors are by means of the copper plate 1 connected with each other. Similarly, the current outputs by means of VIAS 14 and / or by means of the copper plate 2 enclosed copper dome (not shown) using the copper plate 2 connected with each other.

Die 2 offenbart eine ähnliche Anordnung wie bereits in 1 gezeigt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale, sofern sich nichts anderes aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung ergibt. Der Hauptunterschied zur 1 besteht darin, dass die Stromeingänge (z. B. Oberseite oder Unterseite der Halbleiter 8) und die Stromausgänge (z. B. Oberseite oder Unterseite der Halbleiter 8) mittels Löten oder Sintern unmittelbar mit den Kupferplatten 1, 2 direkt verbunden sind (hier keine VIAS, Gehäuse o. ä.). Die Steueranschlüsse 6 sind mittels Leiterbahnen z. B. auf einer Folie oder auf einem starren Träger 9 zugänglich angeordnet und können mittels einer Ansteuereinrichtung 17 angesteuert werden. Ein weiterer Unterscheid zur 1 besteht darin, dass beide Kupferplatten 1, 2 jeweils mit einer mit Kühlkanälen 18 durchsetzten Zusatzkühlplatte 11 verbunden sind. Diese Kühlplatten 11 könnten auch bei der aus 1 bekannten Variante Verwendung finden. Auch könnte nur eine Kühlplatte 11 an der Stromeingangsplatte 1 oder an der Stromausgangsplatte 2 angeordnet sein. Prinzipiell könnte bei beiden Varianten (1 und 2) auch eine Stromeingangsplatte 1 und/oder eine Stromausgangsplatte 2 mit einem integrierten Kühlkanal 18 verwendet werden, so dass die separaten Zusatzkühlplatten 11 entfallen würden. Die möglichen Varianten hängen in erster Linie vom Leistungsbedarf des Anwendungsfalls ab.The 2 discloses a similar arrangement as already in 1 shown. Like reference numerals denote like features, unless otherwise indicated by the description and / or the drawing. The main difference to 1 is that the current inputs (eg top or bottom of the semiconductor 8th ) and the current outputs (eg top or bottom of the semiconductors 8th ) by soldering or sintering directly with the copper plates 1 . 2 directly connected (here no VIAS, housing o. Ä.). The control connections 6 are by means of conductors z. B. on a slide or on a rigid support 9 arranged accessible and can by means of a control device 17 be controlled. Another difference to 1 is that both copper plates 1 . 2 each with one with cooling channels 18 interspersed additional cooling plate 11 are connected. These cold plates 11 could also look at the 1 find known variant use. Also could only be a cooling plate 11 at the power input panel 1 or at the power output plate 2 be arranged. In principle, in both variants ( 1 and 2 ) also a power input plate 1 and / or a current output plate 2 with an integrated cooling channel 18 be used so that the separate auxiliary cooling plates 11 would be omitted. The possible variants depend primarily on the power requirement of the use case.

Im Randbereich rechts im Bild ragt hier mittels einer Aussparung im Verbindungsmittel 3 (nicht gezeigt) ein Leiterplattenteil 12 aus der Anordnung heraus. Das Leiterplattenteil 12 könnte auch mittels einer zweiten Leiterplatte realisiert sein (nicht gezeigt), welche mit der ersten Leiterplatte 9 mittels einer Steckverbindung 13 mechanisch und/oder elektrisch verbunden sein könnte. Diese aus der Anordnung herausragende Leiterplatte 12 umfasst die Ansteuereinrichtung 17 zur Ansteuerung der zwischen den Platten 1,2 parallel geschalteten Halbleiter 8. Das Verbindungsmittel 3 schließt die gesamte Anordnung ringsherum zumindest teilweise ab. Im Bereich der Aussparung wird die Anordnung vergossen, so dass die Vergussmasse zusammen mit dem umlaufenden Verbindungsmittel einen gegenüber äußeren widrigen Einflüssen schützenden Abschluss der Anordnung bildet. Bei Verwendung geeigneter Miniaturbauteile ist es auch möglich die Ansteuereinrichtung 17 auf der ersten Leiterplatte 9 anzubringen, so dass auch diese von den Platten 1, 2 und dem Verbindungsmittel 3 vollständig umschlossen ist. Diese Variante wird bei der Serienproduktion der Anordnung empfohlen. Alternativ oder zusätzlich ist die Anbringung geeigneter mechanischer und/oder elektrischer Schnittstellen zum Beispiel für einen Feldbus denkbar (nicht gezeigt).In the edge area on the right in the picture protrudes here by means of a recess in the connecting means 3 (not shown) a circuit board part 12 out of the arrangement. The circuit board part 12 could also be realized by means of a second circuit board (not shown), which with the first circuit board 9 by means of a plug connection 13 could be mechanically and / or electrically connected. This outstanding from the arrangement circuit board 12 includes the drive device 17 for controlling the between the plates 1 . 2 parallel connected semiconductor 8th , The connecting means 3 completes the entire arrangement around at least partially. In the region of the recess, the arrangement is encapsulated, so that the potting compound together with the encircling connection means forms a closure of the arrangement which protects against external adverse influences. When using suitable miniature components, it is also possible the drive device 17 on the first circuit board 9 to attach so that these too from the plates 1 . 2 and the connecting means 3 is completely enclosed. This variant is recommended for serial production of the arrangement. Alternatively or additionally, the attachment of suitable mechanical and / or electrical interfaces, for example, for a fieldbus conceivable (not shown).

Empfohlen wird auch hier eine möglichst dünne Leiterplatte 9, so dass die mechanischen Eigenschaften zum Tragen der Halbleiter und zur Stabilisierung der Anordnung gerade noch ausreichen, die Wärmeabfuhr optimal ist und die mechanischen Spannungen in der Platte 9 bei Erwärmung minimal ausfallen. Also recommended here is a thin printed circuit board 9 so that the mechanical properties for supporting the semiconductors and for stabilizing the arrangement are just sufficient, the heat dissipation is optimal and the mechanical stresses in the plate 9 minimal when heated.

3 zeigt grob schematisch die Funktionsblöcke der erfindungsgemäßen Ansteuereinrichtung (z. B. Bezugszeichen 17 in 2) für Gleichrichterschaltungen. Diese kann eine Spannungsversorgung 313 selbst umfassen, oder mit einer solchen verbunden sein. Die Spannungsversorgung 313 kann die Versorgung aller oder einzelner Komponenten des Leistungsbauteils sicherstellen, beispielsweise mittels eines DC/DC-Konverters 316 zur Erzeugung einer potentialgetrennten Gleichspannung für die Funktionen des Leistungshalbleiters und/oder mittels einer Bootstrapschaltung 314 aus einer Transformatorspannung und/oder mittels einer Transformatorhilfswicklung 315. 3 shows roughly schematically the function blocks of the drive device according to the invention (eg reference numerals 17 in 2 ) for rectifier circuits. This can be a power supply 313 themselves, or be associated with such. The power supply 313 can ensure the supply of all or individual components of the power device, for example by means of a DC / DC converter 316 for generating a potential-separated DC voltage for the functions of the power semiconductor and / or by means of a bootstrap circuit 314 from a transformer voltage and / or by means of a transformer auxiliary winding 315 ,

Die Ansteuereinrichtung umfasst als zentrale Funktionseinheit eine Ansteuerimpulserzeugung 319, wobei diese mittels der zuvor erläuterten Spannungsversorgung 313 versorgt werden kann. Die Ansteuerimpulse können vorzugsweise an einen Treiberbaustein 32 weitergeleitet werden, welcher die Steuereingänge der Leistungshalbleiter 31a, 31b einer hier lediglich beispielhaft gezeigten Halbbrücke ansteuern kann. Diese Anordnung ist nicht auf die Ansteuerung von nur zwei Leistungshalbleitern 31a, 31b beschränkt.The drive device comprises a drive pulse generation as a central functional unit 319 , this by means of the previously explained power supply 313 can be supplied. The drive pulses may preferably be to a driver module 32 be forwarded, which the control inputs of the power semiconductors 31a . 31b can drive a half bridge shown here only by way of example. This arrangement is not based on the control of only two power semiconductors 31a . 31b limited.

Die Ansteuereinrichtung kann auch dazu eingerichtet sein, ein Statussignal für den Betriebszustand des Leistungshalbleiters mittels einer Statusmeldeeinrichtung 318 auszugeben. Zusätzlich kann eine Recheneinrichtung 33 zur Verarbeitung von Logiksignalen und/oder zur Realisierung einer Lebensdauerüberwachung für den Leistungshalbleiter umfasst sein.The drive device can also be set up to provide a status signal for the operating state of the power semiconductor by means of a status reporting device 318 issue. In addition, a computing device 33 for processing logic signals and / or for realizing lifetime monitoring for the power semiconductor.

Ebenso kann ein Erfassungsmittel 36 zur Erfassung und/oder zur Überwachung von Messwerten umfasst sein, insbesondere zur Erfassung von Temperaturen, Spannungen an Bauteilen, Transformatoren und/oder Gleichrichtern und/oder Halbleitern, oder zur Erfassung von Strömen an bzw. in den verbauten Komponenten. Alles in allem soll das Erfassungsmittel 36 die Erfassung von allen denkbaren und messtechnisch erfassbaren Istwerten sicherstellen, welche während des Betriebs des Leistungsbauteils auftreten können. Zusätzlich kann eine Kurzschlussüberwachung und/oder eine Unterspannungsüberwachung 38 für die Spannungsversorgung 313 und/oder die Ansteuerimpulserzeugung 319 vorgesehen sein. Ebenso kann eine Avalance-Überwachung 39 und eine zweite zusätzliche Temperaturüberwachung 310 vorgesehen sein.Likewise, a detection means 36 for detecting and / or monitoring measured values, in particular for detecting temperatures, voltages at components, transformers and / or rectifiers and / or semiconductors, or for detecting currents at or in the installed components. All in all, the means of detection 36 ensure the recording of all conceivable and metrologically detectable actual values, which can occur during operation of the power device. In addition, a short-circuit monitoring and / or undervoltage monitoring 38 for the power supply 313 and / or the drive pulse generation 319 be provided. Likewise, an Avalance monitoring 39 and a second additional temperature control 310 be provided.

Mittels dieser Maßnahmen wird eine intensive Überwachung der internen Abläufe des Leistungsbauteils ermöglicht. Das Leistungsbauteil kann mittels der Ansteuereinrichtung beispielsweise im Rahmen einer anwendungsspezifisch implementierten Zustandsüberwachung seinen eigenen Betriebszustand in Echtzeit an übergeordnete Stellen übermitteln oder zum Abruf bereithalten. Ein Funktionsblock 317 zur Fehlererzeugung bzw. Erzeugung von Fehlersignalen kann die zuvor genannte Überwachung sinnvoll ergänzen. Kühlmedien können überwacht und die Funktionen von Temperaturschaltern können basierend auf dieser Überwachung realisiert werden.By means of these measures, an intensive monitoring of the internal processes of the power component is made possible. By way of example, the power component can transmit its own operating state in real time to higher-level locations or make it available for retrieval in the context of an application-specifically implemented condition monitoring. A functional block 317 For error generation or generation of error signals, the aforementioned monitoring can usefully supplement. Coolant media can be monitored and the functions of temperature switches can be realized based on this monitoring.

Weiter gezeigt ist ein Funktionsbock 37, welcher eine Identifikation des Leistungsbauteils ermöglicht, sowie ein Funktionsblock 312 zur Bereitstellung oder Abspeicherung von anwendungsspezifischen Daten, z. B. von Schweißzangendaten, sowie ein Funktionsblock 311 zur Bereitstellung oder Abspeicherung von anwendungsspezifischen Daten, z. B. von Schweißdaten wie Schweißprozessdaten. Es kann auch eine Funktion umfasst sein, welche die gezielte Abfrage derartiger Daten realisiert.Further shown is a function block 37 , which allows identification of the power device, as well as a functional block 312 for providing or storing application-specific data, e.g. B. of welding tongs data, as well as a function block 311 for providing or storing application-specific data, e.g. B. welding data such as welding process data. It may also include a function that realizes the targeted query of such data.

Erleichtert wird die Kommunikation der Überwachungsergebnisse mittels einer separaten oder von dem Leistungsbauteil bzw. der Ansteuereinrichtung umfassten Feldbusschnittstelle 34 zur Anbindung der Ansteuereinrichtung oder des Leistungsbauteils an einen industriellen Feldbus. Vorzugsweise basiert diese Feldbusschnittstelle 34 auf dem Ethernet-Standard, wie beispielsweise dem SERCOS-Feldbus, oder auf einem drahtlosen Feldbus-Standard. Mittels einer Verbindung 35 kann das Leistungsbauteil bzw. die Ansteuereinrichtung an eine übergeordnete Steuerung mittels der Feldbusschnittstelle 34 angebunden werden. Es können Prozessdaten (Identifikationsdaten, Temperaturen, Stromistwerte, Spannungsistwerte und dergleichen) oder die zuvor erwähnten gesammelten Daten und/oder die Daten mehrerer Leistungshalbleiter ohne hohen Verdrahtungsaufwand übertragen werden bzw. abgerufen werden.The communication of the monitoring results is facilitated by means of a separate or from the power component or the control device included fieldbus interface 34 for connecting the control device or the power component to an industrial fieldbus. This fieldbus interface is preferably based 34 on the Ethernet standard, such as the SERCOS fieldbus, or on a wireless fieldbus standard. By means of a connection 35 can the power component or the control device to a higher-level control by means of the fieldbus interface 34 be connected. Process data (identification data, temperatures, actual current values, voltage actual values and the like) or the aforementioned collected data and / or the data of several power semiconductors can be transmitted or retrieved without high wiring costs.

Auch kann die Ansteuereinrichtung dazu eingerichtet sein bei der Ansteuerung eines ersten Leistungshalbleiters 31a und/oder 31b den Betriebszustand weiterer Leistungshalbleiters 321 optional zu berücksichtigen. Die Ansteuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Steueranschlüsse mehrerer Leistungshalbleiter 321, 31a, 31b unabhängig voneinander anzusteuern und vorzugsweise temperaturabhängige Schaltvorgänge einzuleiten 320. Die Ansteuereinrichtung hier eignet sich insbesondere zur Realisierung von Stromrichtern aller Art, insbesondere basierend auf Vollbrückenschaltungen, Halbbrückenschaltungen oder Mittelpunktschaltungen.Also, the drive means may be adapted to drive a first power semiconductor 31a and or 31b the operating state of another power semiconductor 321 optional to consider. The drive device can be set up to control the terminals of several power semiconductors 321 . 31a . 31b independently of each other and preferably initiate temperature-dependent switching operations 320 , The control device here is particularly suitable for the realization of power converters of all kinds, in particular based on full bridge circuits, half bridge circuits or center point circuits.

Die in dieser Figur gezeigten Funktionsblöcke können je nach Anwendungsfall komplett oder teilweise bzw. in beliebiger Kombination vom Leistungsbauteil und/oder von der Ansteuereinrichtung umfasst sein, beispielsweise auch in Form von auf einer Recheneinrichtung ablauffähigen Programmen. Einige Funktionsblöcke wie Treiber 32 und/oder Spannungsversorgung 313 oder die Feldbusschnittstelle 34 können auch als zusätzliche externe Komponenten zur Ansteuereinrichtung realisiert sein. Bevorzugt sind jedoch alle hier beschriebenen Komponenten von einer integrierten Schaltung umfasst, welche die Ansteuereinrichtung repräsentiert.Depending on the application, the functional blocks shown in this figure may be completely or partially or in any desired combination of the power component and / or the control device, for example also in the form of programs executable on a computer. Some functional blocks like drivers 32 and / or power supply 313 or the fieldbus interface 34 can also be implemented as additional external components to the drive device. However, all components described here are preferably comprised by an integrated circuit, which represents the drive device.

Die integrierte Schaltung mit/ohne externer Beschaltung ist vorzugsweise auf dem in den 1 und 2 gezeigten Bauteilträger 9 angeordnet und vorzugsweise zwischen den Platten 1, 2 vorgesehen.The integrated circuit with / without external wiring is preferably on the in the 1 and 2 shown component carrier 9 arranged and preferably between the plates 1 . 2 intended.

4 zeigt grob schematisch die Funktionsblöcke der erfindungsgemäßen Ansteuereinrichtung, welche zum Zwecke der Ansteuerung eines Wechselrichters ausgebildet ist. Der zugehörige Wechselrichter ist in 5 gezeigt. Die hier gezeigten Funktionsblöcke entsprechend den in 3 erläuterten Funktionsblöcken mit identischen Bezugszeichen. Es wird auf deren Beschreibung im Rahmen der 3 verwiesen. Die Bezugszeichen 51a bis f sind bei 5 erläutert. 4 shows roughly schematically the functional blocks of the drive device according to the invention, which is designed for the purpose of controlling an inverter. The associated inverter is in 5 shown. The function blocks shown here correspond to those in 3 explained function blocks with identical reference numerals. It is based on their description in the context of 3 directed. The reference numerals 51a to f are at 5 explained.

5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Versorgungsmodul für einen Drehstrom-Servomotor 524, vorzugsweise mit Positionserfassung (nicht gezeigt). Die verwendeten Leistungshalbleiter in den drei gezeigten Halbbrücken 51a, d und 51b, e sowie 51c, f können mittels der erfindungsgemäßen Leistungsbauteile gemäß den 1 und 2 mit entsprechender Beschreibung realisiert sein. Die Halbbrücken können an einem Gleichspannungszwischenkreis (+/–) angeschlossen sein. 5 shows a section of a supply module for a three-phase servomotor 524 , preferably with position detection (not shown). The power semiconductors used in the three half-bridges shown 51a , d and 51b , e as well 51c , f can by means of the power components according to the invention according to the 1 and 2 be realized with appropriate description. The half bridges can be connected to a DC voltage intermediate circuit (+/-).

6 zeigt als Anwendungsbeispiel eine Widerstandsschweißanlage umfassend eine Schweißsteuerung 60, eine Schweißzange 61 mit Schweißtransformator 62 und Gleichrichter 63. Der Gleichrichter 63 und der Transformator 62 bilden eine kompakte und von der Zange 61 separate Einheit, weil der Gleichrichter 63 am Transformator 62 in der Regel bereits vor der Montage an der Zange 61 angeordnet wird. Der Transformator 62 bzw. Gleichrichter 63 umfasst wie beansprucht die erfindungsgemäße Lösung und ist hier mittels einer drahtgebundenen Ethernet-Verbindung 64 via SERCOS III-Protokoll mit der Schweißsteuerung 60 verbunden. Drahtlose Lösungen wären ebenfalls denkbar. 6 shows as an example of application a resistance welding system comprising a welding control 60 , a welding tongs 61 with welding transformer 62 and rectifier 63 , The rectifier 63 and the transformer 62 form a compact and of the pliers 61 separate unit because of the rectifier 63 at the transformer 62 usually already before mounting on the pliers 61 is arranged. The transformer 62 or rectifier 63 comprises as claimed the solution according to the invention and is here by means of a wired Ethernet connection 64 via SERCOS III protocol with the welding control 60 connected. Wireless solutions would also be possible.

Alle in den 1 bis 6 gezeigten Merkmale können auch in abgewandelter Form zur Realisierung alternativer Ausführungsformen fachmännisch zusammengefasst werden. Auch können alternative Ausführungsformen zusätzliche in der Beschreibung genannte Merkmale umfassen, welche in der Figurenbeschreibung nicht gezeigt oder erwähnt sind. Die hier gezeigten Anwendungsbeispiele sollen keine Limitierung der mittels der Erfindung realisierbaren Anwendungsfälle darstellen. Beispielsweise lässt sich ein erfindungsgemäßes Leistungsbauteil in die unterschiedlichsten Gleichrichteranwendungen und elektronischen Schaltungen (Vollbrücke, Halbbrücke, Mittelpunktschaltung) integrieren.All in the 1 to 6 The features shown can also be expertly summarized in a modified form for the realization of alternative embodiments. Also, alternative embodiments may include additional features mentioned in the description, which are not shown or mentioned in the description of the figures. The application examples shown here are not intended to represent any limitation on the use cases realizable by means of the invention. For example, a power component according to the invention can be integrated into a wide variety of rectifier applications and electronic circuits (full bridge, half bridge, center point circuit).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1921908 B1 [0002] EP 1921908 B1 [0002]

Claims (13)

Leistungsbauteil zur Steuerung eines elektrischen Starkstromes (16), umfassend einen Leistungshalbleiter (8) mit Stromeingang, Stromausgang und Steueranschluss (6), umfassend eine elektrisch leitfähige Stromeingangsplatte (1) und umfassend eine elektrisch leitfähige Stromabgangsplatte (2), wobei der Stromeingang des Leistungshalbleiters (8) mit der Stromeingangsplatte (1) und der Stromausgang des Leistungshalbleiters (8) mit der Stromabgangsplatte (2) verbunden ist, wobei der Steueranschluss (6) zwischen den Platten (1, 2) angeordnet ist und wobei ein Anschlussmittel für eine Ansteuereinrichtung (17) umfasst ist, mittels welcher der Steueranschluss (6) ansteuerbar ist, wobei das Anschlussmittel eine Integration der Ansteuereinrichtung in das Leistungsbauteil und/oder die Anbindung der Ansteuereinrichtung (17) an das Leistungsbauteil ermöglicht.Power component for controlling an electric power current ( 16 ), comprising a power semiconductor ( 8th ) with current input, current output and control connection ( 6 ) comprising an electrically conductive current input plate ( 1 ) and comprising an electrically conductive current outlet plate ( 2 ), wherein the current input of the power semiconductor ( 8th ) with the power input plate ( 1 ) and the current output of the power semiconductor ( 8th ) with the current outlet plate ( 2 ), the control terminal ( 6 ) between the plates ( 1 . 2 ) and wherein a connection means for a drive device ( 17 ) by means of which the control connection ( 6 ) is controllable, wherein the connection means an integration of the drive device in the power component and / or the connection of the drive device ( 17 ) to the power component. Leistungsbauteil gemäß Anspruch 1, wobei mittels des Anschlussmittels eine Ansteuereinrichtung (17) angeschlossen ist, welche eine Ansteuerimpulserzeugung (319) und vorzugsweise eine Spannungsversorgung (313, 314, 315, 316) umfasst oder mit einer solchen verbunden ist, wobei die Spannungsversorgung (313, 314, 315, 316) auch zur Versorgung der Ansteuerimpulserzeugung (319) eingerichtet ist.Power component according to claim 1, wherein by means of the connection means a drive device ( 17 ), which generates a drive pulse generation ( 319 ) and preferably a power supply ( 313 . 314 . 315 . 316 ) is connected to or connected to such, wherein the power supply ( 313 . 314 . 315 . 316 ) also for the supply of the drive pulse generation ( 319 ) is set up. Leistungsbauteil gemäß Anspruch 2, wobei die Ansteuereinrichtung (17) oder das Leistungsbauteil dazu eingerichtet ist ein Statussignal für den Betriebszustand des Leistungsbauteils oder des Leistungshalbleiters (8) oder der Ansteuereinrichtung (17) auszugeben.Power component according to claim 2, wherein the drive device ( 17 ) or the power component is set up a status signal for the operating state of the power component or the power semiconductor ( 8th ) or the control device ( 17 ). Leistungsbauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei die Ansteuereinrichtung (17) eine Recheneinrichtung (33) zur Verarbeitung von Logiksignalen und/oder zum Ablauf von Programmen wie beispielsweise einer Zustandsüberwachung oder einer Lebensdauerüberwachung für den Leistungshalbleiter umfasst.Power component according to one of the preceding claims 2 or 3, wherein the drive device ( 17 ) a computing device ( 33 ) for processing logic signals and / or the execution of programs such as a condition monitoring or a lifetime monitor for the power semiconductor. Leistungsbauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei von der Ansteuereinrichtung (17) ein Erfassungsmittel (36) zur Erfassung und/oder Überwachung von Messwerten umfasst ist, insbesondere bezüglich Temperaturen und/oder Strömen und/oder Spannungen am bzw. im Leistungshalbleiter (8) oder Leistungsbauteil oder an weiteren vom Leistungsbauteil umfassten Komponenten.Power component according to one of the preceding claims 2 to 4, wherein the drive device ( 17 ) a detection means ( 36 ) for detecting and / or monitoring measured values, in particular with regard to temperatures and / or currents and / or voltages on or in the power semiconductor ( 8th ) or power component or other components included in the power component. Leistungsbauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, wobei von der Ansteuereinrichtung (17) eine Kurzschlussüberwachung und/oder eine Unterspannungsüberwachung (38) umfasst ist.Power component according to one of the preceding claims 2 to 5, wherein the drive device ( 17 ) a short circuit monitoring and / or an undervoltage monitoring ( 38 ) is included. Leistungsbauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, wobei von der Ansteuereinrichtung (17) eine Avalance-Überwachung (39) umfasst ist.Power component according to one of the preceding claims 2 to 6, wherein the drive device ( 17 ) an avalance monitoring ( 39 ) is included. Leistungsbauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, wobei von der Ansteuereinrichtung (17) oder dem Leistungsbauteil eine Feldbusschnittstelle (34) zur Anbindung der Ansteuereinrichtung (17) oder des Leistungsbauteils an einen industriellen Feldbus vorgesehen ist, vorzugsweisen einen auf dem Ethernet-Standard basierenden Feldbus, wie dem SERCOS-Feldbus oder einem drahtlosen Feldbus.Power component according to one of the preceding claims 2 to 7, wherein the drive device ( 17 ) or the power component a fieldbus interface ( 34 ) for the connection of the control device ( 17 ) or the power device to an industrial fieldbus, preferably an Ethernet standard based fieldbus such as the SERCOS fieldbus or a wireless fieldbus. Leistungsbauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuereinrichtung (17) eingerichtet ist die Steueranschlüsse mehrerer Leistungshalbleiter (8) unabhängig voneinander anzusteuern.Power component according to one of the preceding claims, wherein the drive device ( 17 ) the control terminals of several power semiconductors ( 8th ) independently of each other. Leistungsbauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuereinrichtung (17) dazu eingerichtet ist bei der Ansteuerung eines ersten Leistungshalbleiters (8) den Betriebszustand eines zweiten Leistungshalbleiters (8) zu berücksichtigen.Power component according to one of the preceding claims, wherein the drive device ( 17 ) is set up for the activation of a first power semiconductor ( 8th ) the operating state of a second power semiconductor ( 8th ). Stromrichter, insbesondere Gleichrichter, umfassend ein Leistungsbauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Power converter, in particular rectifier, comprising a power component according to one of the preceding claims. Transformator, insbesondere Schweißtransformator zum Widerstandsschweißen, mit Stromrichter gemäß Anspruch 11, wobei der Stromrichter an eine Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen ist.Transformer, in particular welding transformer for resistance welding, with power converter according to claim 11, wherein the power converter is connected to a secondary winding of the transformer. Vorrichtung, insbesondere Gerät, Automatisierungskomponente, Maschine oder Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, Widerstandsschweißvorrichtung, Versorgungsmodul für Servomotoren, umfassend einen Transformator gemäß Anspruch 12 und/oder einen Stromrichter gemäß Anspruch 11.Device, in particular device, automation component, machine or vehicle, in particular electric vehicle, resistance welding device, supply module for servomotors, comprising a transformer according to claim 12 and / or a power converter according to claim 11.
DE102014227027.8A 2014-12-30 2014-12-30 Power semiconductor drive Pending DE102014227027A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014227027.8A DE102014227027A1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Power semiconductor drive
CN201511002184.6A CN105744758B (en) 2014-12-30 2015-12-29 Power semiconductor control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014227027.8A DE102014227027A1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Power semiconductor drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014227027A1 true DE102014227027A1 (en) 2016-06-30

Family

ID=56116739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014227027.8A Pending DE102014227027A1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Power semiconductor drive

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN105744758B (en)
DE (1) DE102014227027A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3722040A1 (en) * 2019-04-09 2020-10-14 Robert Bosch GmbH Power component and transformer device for resistance welding
DE102020211631A1 (en) 2020-09-17 2022-03-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung SEMICONDUCTOR MODULE FOR A WELDING TRANSFORMER AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH SEMICONDUCTOR MODULE

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19828664A1 (en) * 1998-06-26 2000-01-05 Siemens Ag Semiconductor arrangement e.g. power semiconductor based on chip-on-chip (COC) technology
DE102008054306A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-17 Mitsubishi Electric Corp. Resin-sealed semiconductor device and manufacturing method therefor
DE102010038154A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-12 Infineon Technologies Ag Laminated electronic component and method for its production
EP1921908B1 (en) 2006-11-08 2012-08-01 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Circuit assembly with a power module that is combined with a circuit board
DE102011015327A1 (en) * 2011-03-28 2012-10-04 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Inverter arrangement, method for manufacturing a converter arrangement and method for operating a converter arrangement
US20130134571A1 (en) * 2011-11-28 2013-05-30 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Power module package

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8975711B2 (en) * 2011-12-08 2015-03-10 Infineon Technologies Ag Device including two power semiconductor chips and manufacturing thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19828664A1 (en) * 1998-06-26 2000-01-05 Siemens Ag Semiconductor arrangement e.g. power semiconductor based on chip-on-chip (COC) technology
EP1921908B1 (en) 2006-11-08 2012-08-01 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Circuit assembly with a power module that is combined with a circuit board
DE102008054306A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-17 Mitsubishi Electric Corp. Resin-sealed semiconductor device and manufacturing method therefor
DE102010038154A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-12 Infineon Technologies Ag Laminated electronic component and method for its production
DE102011015327A1 (en) * 2011-03-28 2012-10-04 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Inverter arrangement, method for manufacturing a converter arrangement and method for operating a converter arrangement
US20130134571A1 (en) * 2011-11-28 2013-05-30 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Power module package

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3722040A1 (en) * 2019-04-09 2020-10-14 Robert Bosch GmbH Power component and transformer device for resistance welding
CN111816430A (en) * 2019-04-09 2020-10-23 罗伯特·博世有限公司 Power component and transformer device for resistance welding
DE102020211631A1 (en) 2020-09-17 2022-03-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung SEMICONDUCTOR MODULE FOR A WELDING TRANSFORMER AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH SEMICONDUCTOR MODULE

Also Published As

Publication number Publication date
CN105744758A (en) 2016-07-06
CN105744758B (en) 2021-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3401956B1 (en) Power semiconductor module for a motor vehicle and motor vehicle
EP2773481B1 (en) Heavy-current transformer having at least four contacting points
DE102012104377B4 (en) Semiconductor device and drive device having a semiconductor device
EP3000168B1 (en) Multilevel converter
DE112011105802T5 (en) Power module, electrical power converter and electric vehicle
WO2014206665A1 (en) Electrical circuit and method for producing an electrical circuit for activating a load
EP3524463B1 (en) Electronic unit for inductive charging systems
DE102019209829A1 (en) Apparatus comprising a heat sink and a motor vehicle
DE102005034012A1 (en) Power semiconductor component for use as e.g. low-side switch, has diode with anode and cathode terminals, which are connected with source, drain and gate terminals of field effect transistor by diffusion solder connection
EP2774256B1 (en) Synchronous rectifier
DE102014227027A1 (en) Power semiconductor drive
EP2716145A1 (en) Printed circuit board for electric components, and printed circuit board system
WO2015121118A1 (en) Electric energy storage device and method for extracting the heat from an electric energy storage device
DE102008018841A1 (en) Method for producing and constructing a power module
DE102006038541B4 (en) Semiconductor device arrangement with complementary power devices
EP3557614A1 (en) Power module with a power electronic component on a substrate plate and power electronic circuit with such a power module
EP3874917B1 (en) High current circuit
EP3181284B1 (en) Frequency converter
EP3041138A1 (en) Power device for which parameters can be set and method for operating the same
EP3281289B1 (en) Power converter comprising semiconductor switches connected in parallel
DE102014226521A1 (en) Carrier module with bridging element for a semiconductor element
DE102021203704A1 (en) Half bridge, power module and inverter for an electric drive of an electric vehicle or a hybrid vehicle
DE112018001775T5 (en) circuit means
DE102014227024A1 (en) power device
DE102014113426A1 (en) Circuit arrangement for converting an electrical variable, in particular for converting an input voltage UE at a voltage input into an output voltage UA at a voltage output of the circuit arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed