DE102015113515A1

DE102015113515A1 - Planare Kondensatorenanschlüsse

Info

Publication number: DE102015113515A1
Application number: DE102015113515.9A
Authority: DE
Inventors: Colin Campbell; Robert James Ramm; Dino Sasaridis; Wenjun Liu
Original assignee: Tesla Motor Inc
Current assignee: Tesla Inc
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2016-06-02
Also published as: JP2016111329A; US9536671B2; US20160155572A1; HK1225853A1; CN105655129A; JP6742083B2; CN105655129B

Abstract

Eine elektronische Komponente umfasst: eine geschichtete Sammelschienenstruktur, die wenigstens zwei Sammelschienenschichten umfasst, die durch eine Isolationsschicht getrennt sind; einen Transistor, der mit der geschichteten Sammelschienenstruktur auf einer ersten Seite derselben verbunden ist; und einen Kondensator, welcher auf der ersten Seite der geschichteten Sammelschienenstruktur angebracht ist und weiter entfernt von der geschichteten Sammelschienenstruktur positioniert ist als der Transistor, wobei der Kondensator jeweilige planare Anschlüsse aufweist, die parallel zueinander und senkrecht zu der geschichteten Sammelschienenstruktur sind, wobei jeder der planaren Anschlüsse ein rechteckiges Element umfasst, wobei eine Seite desselben mit dem Kondensator verbunden ist und ein gegenüberliegendes Ende mit einer entsprechenden der Sammelschienenschichten verbunden ist.

Description

HINTERGRUND
Kondensatoren werden in vielfältigen elektronischen und anderen Vorrichtungen verwendet. Ein solcher Anwendungsbereich ist das Gebiet der Leistungswandler, wo ein Kondensator mit den Schaltelementen gekoppelt werden kann, um vor Transienten zu schützen und zu helfen, eine Spannung auf dem DC-Bus aufrechtzuerhalten. Diese Kondensatoren werden gewöhnlich als DC-Zwischenkreiskondensatoren bezeichnet.
Weiterhin ist das Temperaturmanagement ein wichtiger Aspekt vieler elektronischer Vorrichtungen, insbesondere derjenigen, in denen hohe Ströme auftreten, was bei Leistungswandlern oft der Fall ist. Eine Vorgehensweise zum Schützen einer Komponente vor Temperaturschäden besteht darin, die Komponente und die Hauptwärmequelle weiter voneinander weg anzuordnen. Dies kann jedoch unerwünschte Konsequenzen haben, wie etwa eine Verringerung des Wirkungsgrades und/oder eine Zunahme der physischen Größe der Vorrichtung.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem ersten Aspekt umfasst eine elektronische Komponente: eine geschichtete Sammelschienenstruktur, die wenigstens zwei Sammelschienenschichten umfasst, die durch eine Isolationsschicht getrennt sind; einen Transistor, der mit der geschichteten Sammelschienenstruktur auf einer ersten Seite derselben verbunden ist; und einen Kondensator, welcher auf der ersten Seite der geschichteten Sammelschienenstruktur angebracht ist und weiter entfernt von der geschichteten Sammelschienenstruktur positioniert ist als der Transistor, wobei der Kondensator jeweilige planare Anschlüsse aufweist, die parallel zueinander und senkrecht zu der geschichteten Sammelschienenstruktur sind, wobei jeder der planaren Anschlüsse ein rechteckiges Element umfasst, wobei eine Seite desselben mit dem Kondensator verbunden ist und ein gegenüberliegendes Ende mit einer entsprechenden der Sammelschienenschichten verbunden ist.
Implementierungen können einige der folgenden oder alle folgenden Merkmale umfassen. Der Kondensator ist von einem Gehäuse umschlossen, und die planaren Anschlüsse erstrecken sich außerhalb des Gehäuses. Jedes rechteckige Element erstreckt sich von einem Ende des Gehäuses zum anderen. Die elektronische Komponente umfasst ferner eine Stützstruktur für die rechteckigen Elemente, die sich vom Gehäuse aus in Richtung der geschichteten Sammelschienenstruktur erstreckt. Die Stützstruktur hält die planaren Anschlüsse an ihren Rändern, wobei nach außen gerichtete Flächen der rechteckigen Elemente frei bleiben. Ein Abschnitt der Stützstruktur isoliert die planaren Anschlüsse voneinander. Die Stützstruktur und die rechteckigen Elemente sind dafür ausgebildet, eine Sammelschienen-Positionierungskomponente relativ zu der elektronischen Komponente zu positionieren, wobei die Sammelschienen-Positionierungskomponente dafür ausgebildet ist, dass die geschichtete Sammelschienenstruktur an ihr angebracht wird. Die elektronische Komponente ist ein Wandler (Inverter), welcher mehrere Transistoren umfasst, die Sammelschienenschichten umfassen wenigstens eine erste und eine zweite DC-Sammelschienenschicht und eine AC-Sammelschienenschicht, und der Kondensator ist ein DC-Zwischenkreiskondensator für den Inverter. Jeder der planaren Anschlüsse weist mehrere Zuleitungen am gegenüberliegenden Ende des rechteckigen Elements auf, wobei die Zuleitungen den jeweiligen planaren Anschluss mit der entsprechenden Sammelschienenschicht verbinden. Jede der Sammelschienenschichten weist Öffnungen mit entsprechenden Laschen auf, die sich von Umfängen derselben aus erstrecken, und jede der Laschen ist dafür ausgebildet, mit einer entsprechenden der mehreren Zuleitungen zu fluchten und in Kontakt zu gelangen. Die Zuleitungen der jeweiligen planaren Anschlüsse sind gepaart und einem jeweiligen der mehreren Transistoren benachbart positioniert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Beispiel eines Kondensators mit planaren Anschlüssen.
2 ist ein Schnitt einer elektronischen Komponente, die einen Kondensator mit planaren Anschlüssen aufweist.
3 ist ein anderer Schnitt der elektronischen Komponente von 2.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In diesem Dokument werden Beispiele von Kondensatoren beschrieben, welche mit dem Rest einer elektronischen Vorrichtung mithilfe eines oder mehrerer Anschlüsse verbunden sind, die eine relativ große planare Form aufweisen. Diese Anschlussstruktur(en) kann (können) einen Kondensator bereitstellen, welcher thermisch von der Elektronik weit entfernt ist, sich jedoch elektrisch nahe bei ihr befindet. Insofern kann zum Beispiel ein Kondensator mit niedriger Induktivität mit besserem Temperaturmanagement bereitgestellt werden.
1 zeigt ein Beispiel eines Kondensators 100 mit planaren Anschlüssen 102 und 104. Die elektrischen Leiter des Kondensators sind in einem Gehäuse 106 enthalten. Der größte Teil des Anschlusses 102 außerhalb des Gehäuses ist in der Darstellung sichtbar, während der Anschluss 104 hier verborgen ist, mit Ausnahme von dessen Zuleitungen, die sich an der Oberseite des Kondensators 100 erstrecken.
Es kann eine beliebige Form von Kondensatorleitern verwendet werden, darunter unter anderem Filme oder Folien (z. B. zu einer kompakten Struktur gefaltet oder gerollt, welche in das Gehäuse 106 hineinpasst). Zum Beispiel kann das Gehäuse zwei oder mehr Teilräume zur Verfügung stellen, die jeweils einen entsprechenden Abschnitt des Kondensators aufnehmen. Das Gehäuse kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, welches dem Kondensator eine ausreichende Isolation und strukturelle Festigkeit verleiht (z. B. aus einem Polymer).
Jeder der planaren Anschlüsse 102 und 104 umfasst ein rechteckiges Element, wobei eine Seite desselben mit den Kondensatorleitern innerhalb des Gehäuses 106 verbunden ist. Die Proportionen des Abschnitts des Anschlusses außerhalb des Gehäuses können in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Anlage gewählt werden. Bei einigen Implementierungen kann das rechteckige Element ein Verhältnis von Breite zu Höhe von ungefähr 3:1 oder 4:1 aufweisen. Zum Beispiel kann der Anschluss mehr als dreimal so breit wie lang sein. Als ein weiteres Beispiel kann das Verhältnis von Breite oder Höhe zu Dicke zwischen ungefähr 50:1 und 200:1 liegen. Hier erstrecken sich die Abschnitte der Anschlüsse 102 und 104 außerhalb des Gehäuses im Wesentlichen von einem Ende des Gehäuses 106 zum anderen, es können jedoch auch andere Breiten verwendet werden. Die planaren Anschlüsse sind aus einem leitenden Material hergestellt (z. B. Kupfer).
Jeder der planaren Anschlüsse kann Zuleitungen aufweisen, die an einer oder mehreren seiner Seiten ausgebildet sind. Hier weist der Anschluss 102 Zuleitungen 108 auf, und der Anschluss 104 weist Zuleitungen 110 auf. Bei einigen Implementierungen weisen die zwei Anschlüsse dieselbe Anzahl von Zuleitungen auf, wobei die jeweiligen Zuleitungen paarweise entlang oberer Ränder der Anschlüsse angeordnet sind. Zum Beispiel können in Vorrichtungen, in denen mehrere Transistoren verwendet werden, die Zuleitungen der jeweiligen planaren Anschlüsse einem jeweiligen der mehreren Transistoren benachbart positioniert sein.
Der Kondensator 100 weist eine Stützstruktur 112 auf. Zum Beispiel kann die Stützstruktur dafür ausgebildet sein, die planaren Anschlüsse 102 und 104 an ihren Rändern zu halten und nach außen gerichtete Flächen derselben frei zu lassen. Die Stützstruktur kann dazu dienen, die Anschlüsse voneinander elektrisch zu isolieren. Als ein weiteres Beispiel kann die Stützstruktur dafür ausgebildet sein zu helfen, eine Sammelschienen-Positionierungskomponente (nicht dargestellt) zu positionieren, welche ihrerseits verwendet wird, um andere Komponenten einer elektronischen Vorrichtung zu halten. Die Stützstruktur kann aus demselben Material wie das Gehäuse hergestellt sein, um nur ein Beispiel zu nennen.
2 ist ein Schnitt einer elektronischen Komponente 200, die einen Kondensator 202 mit einem Gehäuse 203 und planaren Anschlüssen 204 und 206 aufweist. Die elektronische Komponente weist eine Leiterplatte 208 mit einer oder mehreren Komponenten 210 darauf und eine geschichtete Sammelschienenstruktur oder Busschienenstruktur (Busbar) 212, welche hier durch jeweilige Isolationsschichten getrennte Sammelschienen 212A–C umfasst, auf. Die Sammelschienenschichten sind aus einem leitenden Material wie etwa Kupfer hergestellt.
An der Leiterplatte und an den Sammelschienen sind Transistoren 214 angebracht. Es kann jede beliebige von mehreren verschiedenen Arten aktiver Schaltvorrichtungen verwendet werden (z. B. IGBTs). Zum Beispiel können Kollektor- und Emitterzuleitungen des Transistors mit zwei von den Sammelschienenschichten 212A–C verbunden sein, und eine Gate-Zuleitung kann mit der Leiterplatte verbunden sein. Bei einigen Implementierungen sind die Transistoren auf einem Kühlkörper 216 angebracht. Zum Beispiel kann der Kühlkörper einen inneren Hohlraum aufweisen, um eine Zirkulation von Kühlmittel zu gewährleisten, das sich in thermischem Kontakt mit dem (den) Transistoren befindet. Dies ermöglicht zum Beispiel, dass die Transistoren auf einer Seite der Leiterplatte positioniert werden und im Wesentlichen senkrecht zu dieser angeordnet werden, um ein verbessertes Temperaturmanagement zu bewirken. Bei einigen Implementierungen sind die Transistoren 214 paarweise auf gegenüberliegenden Seiten des Kühlkörpers angeordnet, wobei mehrere Paare entlang der Länge des Kühlkörpers positioniert sind. Weiterhin ermöglichen die Anschlüsse 204 und 206, dass der Kondensator 202 auf derselben Seite der geschichteten Sammelschienenstruktur angebracht wird wie die Transistoren und weiter entfernt von der geschichteten Sammelschienenstruktur positioniert wird als die Transistoren.
Die elektronische Komponente weist hier eine Sammelschienen-Positionierungskomponente 218 auf, welche dazu dient, Sammelschienen sowie Transistoren, Kühlkörper usw. relativ zueinander zu positionieren. Ein Einbauplatzelement 218A bildet einen Einbauplatz, in welchem hier die Transistoren 214 und der Kühlkörper 216 positioniert sind. Ein Sammelschienenschlitz 218B der Sammelschienen-Positionierungskomponente wird zum Positionieren einer oder mehrerer Sammelschienen oder Busschienen (Busbar) in der elektronischen Komponente verwendet, zum Beispiel um Verbindungen mit der geschichteten Sammelschienenstruktur 212 zu schaffen.
Die Anschlüsse 204 und 206 sind hier durch eine Stützstruktur 200 getrennt. Die Stützstruktur erstreckt sich von dem Gehäuse 203 aus und dient dazu, die Anschlüsse zu halten und sie elektrisch voneinander zu isolieren. Die Stützstruktur kann helfen, die Sammelschienen-Positionierungskomponente zu positionieren. Zum Beispiel können die Sammelschienen-Positionierungskomponente und der Kondensator in einem Anfangsstadium des Zusammenbaus aneinander befestigt werden, und die Transistoren 214, der Kühlkörper 216, die geschichtete Sammelschienenstruktur 212 und die Leiterplatte 208 können danach auf der Sammelschienen-Positionierungskomponente zusammengebaut und dadurch relativ zueinander positioniert werden.
Die elektronische Komponente 200 kann in mehreren verschiedenen Anlagen verwendet werden. Bei einigen Implementierungen bildet die elektronische Komponente einen Inverter, welcher die Transistoren 214 verwendet, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Bei einigen Implementierungen kann der Kondensator 202 ein DC-Zwischenkreiskondensator für den Inverter sein. Zum Beispiel können die Sammelschienenschichten 212 dann wenigstens eine erste und eine zweite DC-Sammelschienenschicht und eine AC-Sammelschienenschicht umfassen.
3 ist ein anderer Schnitt der elektronischen Komponente 200 von 2. Es handelt sich um eine Ansicht aus der entgegengesetzten Richtung. Hier ist dargestellt, dass der Anschluss 204 jeweilige Zuleitungen 300 an seinem distalen Ende aufweist (d. h. dem Ende, das demjenigen gegenüberliegt, an dem der Anschluss mit den Kondensatorleitern verbunden ist). In ähnlicher Weise weist der Anschluss 206 jeweilige Zuleitungen an seinem distalen Ende auf. Die Zuleitungen ermöglichen, dass die Anschlüsse mit entsprechenden der Sammelschienenschichten 212A–C verbunden werden. Zum Beispiel kann jede der Sammelschienenschichten 212A–C Öffnungen mit entsprechenden Laschen aufweisen, die sich von Umfängen derselben aus erstrecken, und jede der Laschen kann dafür ausgebildet sein, mit einer entsprechenden der Zuleitungen 300 und 302 zu fluchten und in Kontakt zu gelangen. Die Zuleitung und die Lasche können daher verbunden werden, zum Beispiel durch Schweißen. Bei einigen Implementierungen kann jede der Zuleitungen 300 und 302 gepaart sein und einem jeweiligen der Transistoren 214 benachbart positioniert sein.
Einige Implementierungen wurden als Beispiele beschrieben. Andere Implementierungen werden jedoch ebenfalls durch die folgenden Ansprüche abgedeckt.

Claims

Elektronische Komponente, welche umfasst: eine geschichtete Sammelschienenstruktur, die wenigstens zwei Sammelschienenschichten umfasst, die durch eine Isolationsschicht getrennt sind; einen Transistor, der mit der geschichteten Sammelschienenstruktur auf einer ersten Seite derselben verbunden ist; und einen Kondensator, welcher auf der ersten Seite der geschichteten Sammelschienenstruktur angebracht ist und weiter entfernt von der geschichteten Sammelschienenstruktur positioniert ist als der Transistor, wobei der Kondensator jeweilige planare Anschlüsse aufweist, die parallel zueinander und senkrecht zu der geschichteten Sammelschienenstruktur sind, wobei jeder der planaren Anschlüsse ein rechteckiges Element umfasst, wobei eine Seite desselben mit dem Kondensator verbunden ist und ein gegenüberliegendes Ende mit einer entsprechenden der Sammelschienenschichten verbunden ist.
Elektronische Komponente nach Anspruch 1, wobei der Kondensator von einem Gehäuse umschlossen ist, und wobei die planaren Anschlüsse sich außerhalb des Gehäuses erstrecken.
Elektronische Komponente nach Anspruch 2, wobei jedes rechteckige Element sich von einem Ende des Gehäuses zum anderen erstreckt.
Elektronische Komponente nach Anspruch 2 oder 3, welche ferner eine Stützstruktur für die rechteckigen Elemente umfasst, die sich vom Gehäuse aus in Richtung der geschichteten Sammelschienenstruktur erstreckt.
Elektronische Komponente nach Anspruch 4, wobei die Stützstruktur die planaren Anschlüsse an ihren Rändern hält, wobei nach außen gerichtete Flächen der rechteckigen Elemente frei bleiben.
Elektronische Komponente nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Abschnitt der Stützstruktur die planaren Anschlüsse voneinander isoliert.
Elektronische Komponente nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei die Stützstruktur und die rechteckigen Elemente dafür ausgebildet sind, eine Sammelschienen-Positionierungskomponente relativ zu der elektronischen Komponente zu positionieren, wobei die Sammelschienen-Positionierungskomponente dafür ausgebildet ist, dass die geschichtete Sammelschienenstruktur an ihr angebracht wird.
Elektronische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Komponente ein Inverter ist, welcher mehrere Transistoren umfasst, die Sammelschienenschichten wenigstens eine erste und eine zweite DC-Sammelschienenschicht und eine AC-Sammelschienenschicht umfassen und der Kondensator ein DC-Zwischenkreiskondensator für den Wandler ist.
Elektronische Komponente nach Anspruch 8, wobei jeder der planaren Anschlüsse mehrere Zuleitungen am gegenüberliegenden Ende des rechteckigen Elements aufweist, wobei die Zuleitungen den jeweiligen planaren Anschluss mit der entsprechenden Sammelschienenschicht verbinden.
Elektronische Komponente nach Anspruch 9, wobei jede der Sammelschienenschichten Öffnungen mit entsprechenden Laschen aufweist, die sich vom Umfang derselben aus erstrecken, und wobei jede der Laschen dafür ausgebildet ist, mit einer entsprechenden Zuleitung zu fluchten und in Kontakt zu gelangen.
Elektronische Komponente nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Zuleitungen der jeweiligen planaren Anschlüsse gepaart sind und einem jeweiligen Transistor benachbart positioniert sind.