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Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul, welches insbesondere in einem Wechselrichter für Elektromaschinen eingesetzt werden kann. Zudem betrifft die Erfindung einen Dreiphasenwechselwandler für eine Elektromaschine mit mindestens einem solchen Leistungsmodul.
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Aus der
DE 10 2014 219 998 B4 ist ein Leistungsmodul, insbesondere zur Bereitstellung von einem Phasenstrom für einen Elektromotor bekannt. Das Leistungsmodul umfasst einen Schaltungsträger mit einer Oberfläche, zumindest zwei erste Kontaktflächen auf der Oberfläche und zumindest zwei erste Leistungstransistoren, die jeweils je eine Bodenkontaktfläche aufweisen. Jeweils ein erster Leistungstransistor der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren ist auf jeweils einer der ersten Kontaktflächen unmittelbar angeordnet und über seine Bodenkontaktfläche unmittelbar mit der jeweiligen ersten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Zudem umfasst das Leistungsmodul eine zweite Kontaktfläche auf der Oberfläche und zumindest zwei zweite Leistungstransistoren, die jeweils je eine Bodenkontaktfläche aufweisen. Die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren sind auf der zweiten Kontaktfläche unmittelbar angeordnet und über ihre jeweiligen Bodenkontaktflächen unmittelbar mit der zweiten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Des Weiteren umfasst das Leistungsmodul zumindest zwei dritte Kontaktflächen auf der Oberfläche, wobei die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren auf ihren von der Oberfläche des Schaltungsträgers abgewandten Seiten jeweils je eine weitere Kontaktfläche aufweisen und jeweils ein zweiter Leistungstransistor der zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren über seine weitere Kontaktfläche mit jeweils einer der zumindest zwei dritten Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden ist. Die zumindest zwei ersten Kontaktflächen und die zumindest zwei dritten Kontaktflächen sind in einer Längsrichtung des Leistungsmoduls alternierend nacheinander angeordnet und die zweite Kontaktfläche ist neben den zumindest zwei ersten Kontaktflächen und den zumindest zwei dritten Kontaktflächen angeordnet, wobei die zweite Kontaktfläche zumindest zwei Kontaktbereiche aufweist, wobei sich jeweils einer der zumindest zwei Kontaktbereiche neben jeweils einem der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren befindet. Die zumindest zwei ersten Leistungstransistoren weisen auf ihren von der Oberfläche des Schaltungsträgers abgewandten Seiten jeweils je eine weitere Kontaktfläche auf und jeweils ein erster Leistungstransistor der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren ist über seine weitere Kontaktfläche mit dem jeweils einen sich neben ihm befindenden Kontaktbereich der zumindest zwei Kontaktbereiche der zweiten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Hierbei sind die zumindest zwei Kontaktbereiche der zweiten Kontaktfläche und die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren in der Längsrichtung alternierend nacheinander angeordnet.
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Aus der
JP 2020-53622 A ist ein Leistungsmodul bekannt, welches einen Schaltungsträger und Leistungshalbleiterschaltelemente umfasst, welche auf dem Schaltungsträger angeordnet sind. Das Leistungsmodul bildet eine Wechselrichterschaltung, welche einen High-Side-Pfad umfasst, der durch einen positiven Versorgungsanschluss, einen Wechselstromanschluss und ein High-Side-Schaltergruppe gebildet wird, und einen Low-Side-Pfad, der durch einen negativen Versorgungsanschluss, den Wechselstromanschluss und ein Low-Side-Schaltergruppe gebildet wird. Die High-Side-Schaltergruppe und die Low-Side-Schaltergruppe werden abwechselnd geschaltet. An einem Ende des Schaltungsträgers sind Stromschienen für die Gleichstromversorgung von Leiterstrukturen vorgesehen, welche auf einem isolierenden Substrat angeordnet sind. Hierbei bildet eine erste Stromschiene den positiven Versorgungsanschluss, eine zweite Stromschiene bildet den negativen Versorgungsanschluss und eine dritte Stromschiene bildet den Wechselstromanschluss. Die Leiterstrukturen und deren Kontaktflächen für die Gleichstromleistung, welche elektrisch mit den korrespondierenden Stromschienen verbunden sind, weisen eine Konfiguration auf, bei der mehrere positive Kontaktflächen, welche jeweils mit einer positiven Leiterstruktur verbunden sind, und mehrere negative Kontaktflächen, welche jeweils mit einer negativen Leiterstruktur verbunden sind, nebeneinander in X-Richtung entlang einer Endkante des Schaltungsträgers vorgesehen sind. Hierbei sind die positiven Kontaktflächen jeweils zwischen zwei negativen Kontaktflächen angeordnet, und mindestens eine negative Kontaktfläche ist zwischen zwei positiven Kontaktflächen angeordnet. An einer gegenüberliegenden Endkante des Schaltungsträger ist eine Wechselstromleiterstruktur angeordnet, welche über eine Wechselstromkontaktfläche mit der dritten Stromschiene verbunden ist. Die High-Side-Schaltergruppe umfasst zwei Halbleiterschalter, welche jeweils auf der positiven Leiterstruktur angeordnet und über Bonddrähte mit der Wechselstromleiterstruktur verbunden sind. Die Low-Side-Schaltergruppe umfasst zwei Halbleiterschalter, welche jeweils auf einer eigenen Leiterstruktur angeordnet und über Bonddrähte mit einer der negativen Leiterstrukturen verbunden sind. Die Leiterstrukturen, auf welchen die beiden Halbleiterschalter der Low-Side-Schaltergruppe angeordnet sind, sind über Bonddrähte mit der Wechselstromleiterstruktur elektrisch verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das Leistungsmodul mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein Stromfluss durch die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter an den Engstellen zusammengeführt und dann wieder gleichmäßig verteilt wird. Dies führt zu einer Rückkopplung, welche in vorteilhafter Weise dafür sorgt, dass die Halbleiterschalterchips gleichverteilt belastet werden. Durch die Engstellen ist erreicht, dass bei Vorliegen eines Fehlerfalls unter den zweiten Halbleiterschaltern ein Durchbrennen eines der gegenüberliegend angeordneten ersten Halbleiterschalters verhindert werden kann. Würde beispielsweise einer der zweiten Halbleiterschalter einen Kurzschluss aufweisen, so dass durch dessen Chip ein hoher Strom fließen kann, so würde ohne die Engstellen ein asymmetrisch hoher Strom durch einen der intakten ersten Halbleiterschalter fließen, dessen Chip gegenüberliegend zu dem Chip des defekten zweiten Halbleiterschalters angeordnet ist. Des Weiteren werden die Auswirkungen durch Bauteiltoleranzen aufgrund der Engstellen am Kreuzungsbereich reduziert. Dies wiederum hat Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der Bauteile und sorgt für eine gleiche Alterung der Bauteile.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Leistungsmodul, insbesondere für einen Wechselrichter für Elektromaschinen, zur Verfügung, welches einen ersten Schaltungsträger und eine geradzahlige Anzahl von auf dem ersten Schaltungsträger angeordneten Halbleiterschaltern umfasst. Der erste Schaltungsträger weist eine isolierende Oberfläche auf. Auf dieser Oberfläche sind mehrere erste Leiterstrukturen, welche über eine erste Stromschiene mit einem positiven Versorgungsanschluss kontaktiert bzw. kontaktierbar sind, mehrere zweite Leiterstrukturen, welche über eine zweite Stromschiene mit einem negativen Versorgungsanschluss kontaktiert bzw. kontaktierbar sind, eine dritte Leiterstruktur, welche über eine dritte Stromschiene mit einem Lastanschluss kontaktiert bzw. kontaktierbar ist, mehrere erste Kontaktstrukturen, welche elektrisch mit den zweiten Leiterstrukturen verbunden sind, und mehrere zweite Kontaktstrukturen ausgebildet, welche elektrisch mit der dritten Leiterstruktur verbunden sind. Die ersten Leiterstrukturen und die zweiten Leiterstrukturen sind abwechselnd in einem ersten Bereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet, und die dritte Leiterstruktur ist an einem gegenüberliegenden zweiten Bereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet, wobei die ersten Leiterstrukturen jeweils zwischen zwei zweiten Leiterstrukturen angeordnet sind. Eine Anzahl von ersten Halbleiterschaltern ist elektrisch parallel zwischen dem positiven Versorgungsanschluss und dem Lastanschluss eingeschleift und über Hochstromleitungen mit den zweiten Kontaktstrukturen der dritten Leiterstruktur verbunden und auf die ersten Leiterstrukturen verteilt. Eine gleiche Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern ist elektrisch parallel zwischen dem negativen Versorgungsanschluss und dem Lastanschluss eingeschleift und über Hochstromleitungen mit den ersten Kontaktstrukturen der zweiten Leiterstrukturen verbunden und so auf der dritten Leiterstruktur angeordnet, dass die zweiten Halbleiterschaltern den ersten Halbleiterschaltern gegenüberliegen. Hierbei sind die ersten Kontaktstrukturen und die zweiten Kontaktstrukturen parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern und den zweiten Halbleiterschaltern angeordnet, wobei die dritte Leiterstruktur Engstellen aufweist, welche die dritte Leiterstruktur mit den zweiten Kontaktstrukturen verbinden. Die Engstellen sind an einem Kreuzungsbereich ausgebildet, an welchem die dritte Leiterstruktur die zweiten Leiterstrukturen trennt und/oder die zweiten Leiterstrukturen die zweiten Kontaktstrukturen von der dritten Leiterstruktur trennen.
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Zudem wird ein Wechselwandler für eine elektrische Wechselstrommaschine vorgeschlagen, welcher zwischen einer Gleichspannungsversorgung und der Wechselstrommaschine eingeschleift ist und mindestens ein solches Leistungsmodul umfasst. Der Wechselwandler kann vorzugsweise als B6-Dreiphasenwechselwandler für einen Dreiphasenmotor ausgeführt werden und drei Leistungsmodule umfassen.
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Durch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls können Streuinduktivitäten und EMV-Emissionen im Vergleich mit aus dem Stand der Technik bekannten Layouts von Leistungsmodulen deutlich reduziert werden. Da Hinpfade bzw. erste Strompfade und Rückpfade bzw. zweite Strompfade des Stromes auf derselben Seite des Schaltungsträgers des Leistungsmoduls und räumlich nebeneinander verlaufen und in die gleiche Richtung fließen, kann die Streuinduktivität des Leistungsmoduls selbst weiter reduziert werden. Deutlich wird das an der Stromkommutierung zwischen den ersten Halbleiterschaltern und den zweiten Halbleiterschaltern. Ein Stromfluss in den ersten Strompfaden durch die ersten Halbleiterschalter kommutiert dabei zu einem Stromfluss in den zweiten Strompfaden durch die zweiten Halbleiterschalter. Der Abbau des Stromflusses in den ersten Strompfaden führt zu einem Aufbau des Stromflusses in den zweiten Strompfaden. Da die Ströme im ersten Strompfad und im zweiten Strompfad auf derselben Oberfläche des Schaltungsträgers in die gleiche Richtung fließen, führt dies dazu, dass sich das Magnetfeld nicht ändert und somit die Streuinduktivität stark reduziert wird. Dadurch wird der Einsatz von Halbleitern mit hohen Schaltfrequenzen ermöglicht.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Leistungsmoduls und des im unabhängigen Patentanspruch 14 angegebenen Wechselwandlers für eine elektrische Wechselstrommaschine möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass ein Layout des ersten Schaltungsträgers spiegelsymmetrisch zu einer Mittelachse ausgeführt sein kann. Dadurch kann eine symmetrische Verteilung des Stromflusses auf dem Schaltungsträger erreicht werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können die Engstellen als Leiterstrukturen ausgeführt sein, welche die korrespondierenden zweiten Leiterstrukturen auftrennen. Hierbei können die im Kreuzungsbereich getrennten zweiten Leiterstrukturen über Bonddrähte miteinander verbunden sein, welche die als Leiterstrukturen ausgeführten Engstellen überspannen. Alternativ können die Engstellen jeweils als Bonddrähte ausgeführt sein, welche die korrespondierenden zweiten Kontaktstrukturen mit der dritten Leiterstruktur verbinden und die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen im Kreuzungsbereich überspannen. Zudem können sowohl als Leiterstrukturen und als Bonddrähte ausgeführte Engstellen vorhanden sein. Durch die Überkreuzung des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads im Kreuzungsbereich liegen der Hinpfad und der Rückpfad des Stromes auf dem Schaltungsträger räumlich fast aufeinander, was wiederum die Streuinduktivität des Moduls weiter reduziert.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können die Leiterstrukturen jeweils über Kontaktflächen mit der korrespondierenden Stromschiene kontaktiert sein. Durch die flächige Anbindung an die Stromschienen können Übergangswiderstände reduziert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können erste Kontaktflächen der ersten Leiterstrukturen und zweite Kontaktflächen der zweiten Leiterstrukturen abwechselnd an einem ersten Rand des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein, und eine dritte Kontaktfläche der dritten Leiterstruktur kann an einem gegenüberliegenden zweiten Rand des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein. Dadurch können die erste Stromschiene zur Verbindung des Leistungsmoduls mit dem positiven ersten Versorgunganschluss und die zweite Stromschiene zur Verbindung des Leistungsmoduls mit dem negativen zweiten Versorgunganschluss auf ein und dieselbe Seite des Schaltungsträgers gelegt werden, so dass eine umschlossene Fläche und damit auch die Streuinduktivität der Stromschienenversorgung reduziert werden können. Zudem kann dadurch erreicht werden, dass die Stromschienen zur Verbindung der Leiterstrukturen mit den Versorgungsanschlüssen der Gleichspannungsversorgung übereinander angeordnet werden können.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können die erste Stromschiene zur Kontaktierung der ersten Leiterstrukturen und die zweite Stromschiene zur Kontaktierung der zweiten Leiterstrukturen räumlich übereinander in zwei parallelen Ebenen angeordnet sein, um die umschlossene Fläche und damit auch die Streuinduktivität der Stromschienenversorgung weiter zu reduzieren.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann eine zweiter Schaltungsträger, auf welchem eine Treiberschaltung für die Halbleiterschalter angeordnet ist, räumlich über dem ersten Schaltungsträger angeordnet werden. Hierbei können Steueranschlüsse der Halbleiterschalter über Steuerleitungen elektrisch mit dem zweiten Schaltungsträger kontaktiert sein. Unter einem Steueranschluss kann beispielsweise ein Gateanschluss oder ein Kelvin-Sourceanschluss eines Feldeffekttransistors oder ein Basisanschluss eines Bipolartransistors verstanden werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können die zweiten Halbleiterschaltern um 180° gedreht zu den ersten Halbleiterschaltern angeordnet sein. Das bedeutet, dass die zweiten Leistungsanschlüsse der zweiten Halbleiterschalter den zweiten Leistungsanschlüssen der ersten Halbleiterschalter zugewandt sind. Dadurch kann dieselbe Stromrichtung auf dem Schaltungsträger des Leistungsmoduls im ersten Strompfad bzw. Hinpfad und im zweiten Strompfad bzw. Rückpfad einfach umgesetzt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann eine geradzahlige Anzahl von ersten Halbleiterschaltern auf die ersten Leiterstrukturen verteilt sein und eine gleiche geradzahlige Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern kann gegenüberliegend zu den ersten Halbleiterschaltern auf der dritten Leiterstruktur angeordnet sein. Dies ermöglicht ein besonders Einfach Realisierung des symmetrischen Layouts des ersten Schaltungsträgers.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann für jede der ersten Leiterstrukturen jeweils eine mit der dritten Leiterstruktur verbundene zweite Kontaktstruktur vorhanden sein. Dadurch können auf der korrespondierenden Leiterstruktur angeordnete erste Halbleiterschalter mit einer gemeinsamen zweiten Kontaktstruktur kontaktiert werden. Alternativ können auf der korrespondierenden Leiterstruktur angeordnete erste Halbleiterschalter mit verschiedenen zweiten Kontaktstrukturen kontaktiert werden.
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Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls können drei zweite Leiterstrukturen und zwei erste Leiterstrukturen abwechselnd im ersten Bereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein, so dass die drei zweiten Leiterstrukturen die beiden ersten Leiterstrukturen seitlich einrahmen. Hierbei kann eine Länge der dritten Leiterstruktur im zweiten Bereich des ersten Schaltungsträgers so gewählt sein, dass sie der Länge der nebeneinander angeordneten ersten und zweiten Leiterstrukturen entspricht. Dadurch kann ein Layout mit einer besonders niedrigen Streuinduktivität umgesetzt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines ersten Schaltzustands eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wechselwandlers für eine elektrische Wechselstrommaschine, mit drei erfindungsgemäßen Leistungsmodulen.
- 2 zeigt ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Wechselwandlers für eine elektrische Wechselstrommaschine aus 1 in einem zweiten Schaltzustand.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Layouts eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 1 und 2 mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines ersten Schaltungsträgers.
- 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Layouts eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 1 und 2 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers.
- 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Layouts eines dritten Ausführungsbeispiels des ersten Schaltungsträgers für ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul.
- 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Layouts eines vierten Ausführungsbeispiels des ersten Schaltungsträgers für ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, ist das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselwandlers 100 für eine elektrische Wechselstrommaschine 40 zwischen einer Gleichspannungsversorgung U Bat und der Wechselstrommaschine 40 eingeschleift. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wechselwandler 100 als B6-Dreiphasenwechselwandler 100A für einen Dreiphasenmotor 40A ausgeführt und umfasst drei Leistungsmodule 1. Die drei Leistungsmodule 1 sind jeweils als Halbbrücken ausgeführt und mit einem positiven ersten Versorgungsanschluss T+ und einem negativen zweiten Versorgungsanschluss T- der Gleichspannungsversorgung UBat verbunden. Hierbei stellt eine erste Halbbrücke an ihrem Lastanschluss PH eine erste Phase U für den Dreiphasenmotor 40A zur Verfügung. Eine zweite Halbbrücke stellt an ihrem Lastanschluss PH eine zweite Phase V für den Dreiphasenmotor 40A zur Verfügung. Eine dritte Halbbrücke stellt an ihrem Lastanschluss PH eine dritte Phase W für den Dreiphasenmotor 40A zur Verfügung. Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, umfasst der Dreiphasenmotor 40A drei Induktivitäten Lu, Lv, Lw, welche jeweils als Last für die korrespondierenden Leistungsmodule 1 wirken. Hierbei wirkt eine erste Induktivität Lu als Last für die erste Halbbrücke und die erste Phase U. Eine zweite Induktivität Lv wirkt als Last für die zweite Halbbrücke und die zweite Phase V. Eine dritte Induktivität Lw wirkt als Last für die dritte Halbbrücke und die dritte Phase W. Zur Glättung der ausgegebenen Spannung der Gleichspannungsversorgung UBat ist parallel zur Gleichspannungsversorgung UBat eine Zwischenkreiskapazität C angeordnet, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kondensator umfasst.
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Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, umfasst das Leistungsmodul 1, 1A, 1B in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils einen ersten Schaltungsträger 10, 10A, 10B und einer geradzahligen Anzahl von Halbleiterschaltern LS1 bis LS6, HS1 bis HS6, welche auf dem ersten Schaltungsträger 10, 10A, 10B angeordnet ist. Der erste Schaltungsträger 10, 10A, 10B weist eine isolierende Oberfläche 10.1 auf. Auf der Oberfläche 10.1 sind mehrere erste Leiterstrukturen 11, 11A, 11B, welche über eine erste Stromschiene 3 mit einem positiven Versorgungsanschluss T+ kontaktiert sind, mehrere zweite Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C, welche jeweils über eine zweite Stromschiene 5 mit einem negativen Versorgungsanschluss T- kontaktiert sind, eine dritte Leiterstruktur 13, welche über eine dritte Stromschiene 7 mit einem Lastanschluss PH kontaktiert ist, mehrere erste Kontaktstrukturen 12.2, welche elektrisch mit den zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C verbunden sind, und mehrere zweite Kontaktstrukturen 13.2 ausgebildet, welche elektrisch mit der dritten Leiterstruktur 13 verbunden sind. Hierbei sind die ersten Leiterstrukturen 11, 11A, 11B und die zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C abwechselnd in einem ersten Bereich des ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B angeordnet, und die dritte Leiterstruktur 13 ist an einem gegenüberliegenden zweiten Bereich des ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B angeordnet ist. Die die ersten Leiterstrukturen 11, 11A, 11B sind jeweils zwischen zwei zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C angeordnet. Zudem ist eine geradzahlige Anzahl von ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS6 elektrisch parallel zwischen dem positiven Versorgungsanschluss T+ und dem Lastanschluss PH eingeschleift und über Hochstromleitungen 18 mit den zweiten Kontaktstrukturen 13.2 der dritten Leiterstruktur 13 verbunden und auf die ersten Leiterstrukturen 11, 11A, 11B verteilt. Eine gleiche geradzahlige Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern LS1 bis LS6 ist elektrisch parallel zwischen dem negativen Versorgungsanschluss T- und dem Lastanschluss PH eingeschleift und über Hochstromleitungen 18 mit den ersten Kontaktstrukturen 12.2 der zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C verbunden und so auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet, dass die zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 den ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS6 gegenüberliegen. Die ersten Kontaktstrukturen 12.2 und die zweiten Kontaktstrukturen 13.2 sind parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS6 und den zweiten Halbleiterschaltern LS1 bis LS6 angeordnet. Hierbei weist die dritte Leiterstruktur 13 Engstellen 13.3 auf, welche die dritte Leiterstruktur 13 mit den zweiten Kontaktstrukturen 13.2 verbinden. Die Engstellen 13.3 sind an einem Kreuzungsbereich 17 ausgebildet, an welchem die dritte Leiterstruktur 13 die zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C trennt oder die zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C die zweiten Kontaktstrukturen 13.2 von der dritten Leiterstruktur 13 trennen.
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Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen des Leistungsmoduls 1, 1A, 1B jeweils drei zweite Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C und zwei erste Leiterstrukturen 11A, 11B abwechselnd in dem ersten, in der Darstellung unteren Bereich des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B angeordnet, so dass die drei zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C die beiden ersten Leiterstrukturen 11A, 11B seitlich einrahmen. Eine Länge der dritten Leiterstruktur 13 in dem zweiten, in der Darstellung oberen Bereich des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B ist so gewählt, dass sie der Länge der nebeneinander angeordneten ersten und zweiten Leiterstrukturen 11A, 11B, 12A, 12B, 12C entspricht.
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Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, umfassen die Leistungsmodule 1, 1A, 1B in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils sechs erste Halbleiterschalter HS1 bis HS6, welche in dem in 1 und 2 dargestellten Wechselwandler 100 jeweils zu einem High-Side-Schalter HS_U, HS_V, HS_W zusammengefasst sind, und sechs zweite Halbleiterschalter LS1 bis LS6 welche in dem in 1 und 2 dargestellten Wechselwandler 100 jeweils zu einem Low-Side-Schalter LS_U, LS_V, LS_W zusammengefasst sind. Zudem sind die sechs ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 in zwei High-Side-Schaltergruppen 15, 15A, 15B aufgeteilt. Drei erste Halbleiterschalter HS1, HS2, HS3 einer ersten High-Side-Schaltergruppe 15A sind auf einer ersten, in der Darstellung linken ersten Leiterstruktur 11A angeordnet. Drei weitere erste Halbleiterschalter HS4, HS5, HS6 einer zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B sind auf einer zweiten, in der Darstellung rechten ersten Leiterstruktur 11B angeordnet. Des Weiteren sind die sechs zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 in zwei Low-Side-Schaltergruppen 14, 14A, 14B aufgeteilt und beabstandet zueinander sowie korrelierend mit den sechs ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS6 der beiden High-Side-Schaltergruppen 15, 15A, 15B auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet. Hierbei sind drei zweite Halbleiterschalter LS1, LS2, LS3 einer ersten Low-Side-Schaltergruppe 14A gegenüberliegend zu den drei ersten Halbleiterschaltern HS1, HS2, HS3 der ersten High-Side-Schaltergruppe 15A in der Darstellung links auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet, und drei weitere zweite Halbleiterschalter LS4, LS5, LS6 einer zweiten Low-Side-Schaltergruppe 14B sind gegenüberliegend zu den drei ersten Halbleiterschaltern HS4, HS5, HS6 der zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B in der Darstellung rechts auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet. Dadurch sind eine erste, in der Darstellung linke erste Kontaktstruktur 12.2 und eine erste, in der Darstellung linke zweite Kontaktstruktur 13.2 parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS3 der ersten High-Side-Schaltergruppe 15A und den zweiten Halbleiterschaltern LS1 bis LS3 der ersten Low-Side-Schaltergruppe 14A angeordnet. Zudem sind eine zweite, in der Darstellung rechte erste Kontaktstruktur 12.2 und eine zweite, in der Darstellung rechte zweite Kontaktstruktur 13.2 parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern HS4 bis HS6 der zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B und den zweiten Halbleiterschaltern LS4 bis LS6 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe 14B angeordnet.
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Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten dritten und vierten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10C, 10D jeweils vier zweite Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D und drei erste Leiterstrukturen 11A, 11B, 11C abwechselnd in dem ersten, in der Darstellung unteren Bereich des ersten Schaltungsträgers 10C, 10D angeordnet, so dass die vier zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D die drei ersten Leiterstrukturen 11A, 11B, 11C seitlich einrahmen. Eine Länge der dritten Leiterstruktur 13 in dem zweiten, in der Darstellung oberen Bereich des ersten Schaltungsträgers 10C, 10D ist so gewählt, dass sie der Länge der nebeneinander angeordneten ersten und zweiten Leiterstrukturen 11A, 11B, 11C, 12A, 12B, 12C, 12D entspricht.
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Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, ist in den umfasst dargestellten Ausführungsbeispielen der ersten Schaltungsträger 10C, 10D analog zu den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen der ersten Schaltungsträger 10A, 10B jeweils eine geradzahlige Anzahl von Halbleiterschaltern LS1 bis LS5, HS1 bis HS5. Im Unterschied zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B umfassen die in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele des ersten Schaltungsträgers 10C, 10D jeweils eine ungerade Anzahl von fünf ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS5, welche jeweils zu einem High-Side-Schalter HS_U, HS_V, HS_W des in 1 und 2 dargestellten Wechselwandlers zusammengefasst sind, und eine ungerade Anzahl von fünf zweiten Halbleiterschaltern LS1 bis HL5, welche jeweils zu einem Low-Side-Schalter LS_U, LS_V, LS_W des in 1 und 2 dargestellten Wechselwandlers zusammengefasst sind. Zudem sind die fünf ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS5 in drei High-Side-Schaltergruppen 15, 15A, 15B, 15C aufgeteilt. Zwei erste Halbleiterschalter HS1, HS2 einer ersten High-Side-Schaltergruppe 15A sind auf einer ersten, in der Darstellung linken ersten Leiterstruktur 11A angeordnet. Ein weiterer erster Halbleiterschalter HS3 einer zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B ist auf einer zweiten, in der Darstellung mittleren Leiterstruktur 11B angeordnet. Zwei weitere erste Halbleiterschalter HS4, HS5 einer dritten High-Side-Schaltergruppe 15C sind auf einer dritten, in der Darstellung rechten ersten Leiterstruktur 11C angeordnet. Des Weiteren sind die fünf zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS5 in drei Low-Side-Schaltergruppen 14, 14A, 14B, 14C aufgeteilt und beabstandet zueinander auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet. Hierbei sind zwei zweite Halbleiterschalter LS1, LS2 einer ersten Low-Side-Schaltergruppe 14A gegenüberliegend zu der ersten High-Side-Schaltergruppe 15A in der Darstellung links auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet, und ein weiterer zweiter Halbleiterschalter LS3 einer zweiten Low-Side-Schaltergruppe 14B ist gegenüberliegend zu der zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B in der Darstellung mittig auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet, und zwei weitere zweite Halbleiterschalter LS4, LS5 einer dritten Low-Side-Schaltergruppe 14C sind gegenüberliegend zu der dritten High-Side-Schaltergruppe 15B in der Darstellung rechts auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet. Dadurch sind eine erste, in der Darstellung linke erste Kontaktstruktur 12.2 und eine erste, in der Darstellung linke zweite Kontaktstruktur 13.2 parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern HS1, HS2 der ersten High-Side-Schaltergruppe 15A und den zweiten Halbleiterschaltern LS1, LS2 der ersten Low-Side-Schaltergruppe 14A angeordnet. Des Weiteren sind eine zweite, in der Darstellung mittlere erste Kontaktstruktur 12.2 und eine zweite, in der Darstellung mittlere zweite Kontaktstruktur 13.2 parallel zueinander zwischen dem ersten Halbleiterschalter HS3 der zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B und dem zweiten Halbleiterschalter LS3 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe 14B angeordnet. Zudem sind eine dritte, in der Darstellung rechte erste Kontaktstruktur 12.2 und eine dritte, in der Darstellung rechte zweite Kontaktstruktur 13.2 parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern HS4, HS5 der dritten High-Side-Schaltergruppe 15C und den zweiten Halbleiterschaltern LS4, LS5 der dritten Low-Side-Schaltergruppe 14C angeordnet.
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Wie oben bereits ausgeführt ist, bilden die einzelnen Leistungsmodule 1, 1A, 1B in den dargestellten Ausführungsbeispielen vorzugsweise eine Halbbrücke, wobei die ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5 der High-Side-Schaltergruppen 15 der Halbbrücke bilden, und die zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 die Low-Side-Schaltergruppen 14 der Halbbrücke bilden, welche jeweils wechselseitig angesteuert werden. Das bedeutet, dass die zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 sperrend angesteuert werden, wenn die ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5 leitend angesteuert werden und umgekehrt. Zudem sind erste Leistungsanschlüsse der ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5 mit den korrespondierenden ersten Leiterstrukturen 11, 11A, 11B, 11C elektrisch leitend verbunden und zweite Leistungsanschlüsse der ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5 sind über die Hochstromleitungen 18, welche vorzugsweise als Bonddrähte 18A ausgeführt sind, elektrisch mit den zweiten Kontaktstrukturen 13.2 der dritten Leiterstruktur 13 verbunden. Des Weiteren sind erste Leistungsanschlüsse der zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 mit der dritten Leiterstruktur 13 elektrisch leitend verbunden und zweite Leistungsanschlüsse der zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 sind über die Hochstromleitungen 18 elektrisch mit den ersten Kontaktstrukturen 12.2 der zweiten Leiterstruktur 12, 12A, 12B, 12C, 12D verbunden. Die Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5, LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen des ersten Schaltungsträger 10A, 10B, 10C, 10D jeweils als Feldeffekttransistoren ausgeführt, so dass Drainanschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5, LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 den ersten Leistungsanschlüssen entsprechen. Sourceanschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5, LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 entsprechen den zweiten Leistungsanschlüssen. Bei der Verwendung von Bipolartransistoren als Halbleiterschalter entsprechen Kollektoranschlüsse den ersten Leistungsanschlüssen und Emitteranschlüsse den zweiten Leistungsanschlüssen der Halbleiterschalter.
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Wie aus 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, sind die Leiterstrukturen 11, 12, 13 in den dargestellten Ausführungsbeispielen des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B, 10C, 10D jeweils über Kontaktflächen 11.1, 12.1, 13.1 mit der korrespondierenden Stromschiene 3, 5, 7 kontaktiert. Bei den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die erste, in der Darstellung linke erste Leiterstruktur 11A über eine erste, in der Darstellung linke erste Kontaktfläche 11.1A mit der ersten Stromschiene 3 verbunden. Die zweite, in der Darstellung rechte erste Leiterstruktur 11B ist über eine zweite, in der Darstellung rechte erste Kontaktfläche 11.1B mit der ersten Stromschiene 3 verbunden. Zudem ist die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A über eine erste, in der Darstellung linke zweite Kontaktfläche 12.1A mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die zweite, in der Darstellung mittlere zweite Leiterstruktur 12B ist über eine zweite, in der Darstellung mittlere zweite Kontaktfläche 12.1B mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die dritte, in der Darstellung rechte zweite Leiterstruktur 12C ist über eine dritte, in der Darstellung rechte zweite Kontaktfläche 12.1B mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die dritte Leiterstruktur 13A ist über eine mittig angeordnete dritte Kontaktfläche 13.1 mit der dritten Stromschiene 7 verbunden. Bei den in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die erste, in der Darstellung linke erste Leiterstruktur 11A über eine erste, in der Darstellung linke erste Kontaktfläche 11.1A mit der ersten Stromschiene 3 verbunden. Die zweite, in der Darstellung mittlere erste Leiterstruktur 11B ist über eine zweite, in der Darstellung mittlere erste Kontaktfläche 11.1B mit der ersten Stromschiene 3 verbunden. Die dritte, in der Darstellung rechte erste Leiterstruktur 11C ist über eine dritte, in der Darstellung rechte erste Kontaktfläche 11.IC mit der ersten Stromschiene 3 verbunden. Zudem ist die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A über eine erste, in der Darstellung linke zweite Kontaktfläche 12.1A mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die zweite, in der Darstellung zwischen der linken ersten Leiterstruktur 11A und der mittleren ersten Leiterstruktur 11B angeordnete zweite Leiterstruktur 12B ist über eine zweite zweite Kontaktfläche 12.1B mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden.
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Die dritte, in der Darstellung zwischen der mittleren ersten Leiterstruktur 11B und der rechten ersten Leiterstruktur 11C angeordnete zweite Leiterstruktur 12C ist über eine dritte zweite Kontaktfläche 12.1C mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die vierte, in der Darstellung rechte zweite Leiterstruktur 12D ist über eine vierte, in der Darstellung rechte zweite Kontaktfläche 12.1D mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die dritte Leiterstruktur 13A ist über eine mittig angeordnete dritte Kontaktfläche 13.1 mit der dritten Stromschiene 7 verbunden.
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Wie aus 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, sind die ersten Kontaktflächen 11.1A, 11.1B, 11.1C der ersten Leiterstrukturen 11A, 11B, 11C und die zweiten Kontaktflächen 12.1A, 12.1B, 12.1C, 12.1D der zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D abwechselnd an einem ersten, in der Darstellung unteren Rand des ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B, 10C, 10D angeordnet, und die dritte Kontaktfläche 13.1 der dritten Leiterstruktur 13 ist an einem gegenüberliegenden zweiten, hier oberen Rand des ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B, 10C, 10D angeordnet. Des Weiteren sind die erste Stromschiene 3 zur Kontaktierung der ersten Leiterstrukturen 11A, 11B, 11C und die zweite Stromschiene 5 zur Kontaktierung der zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D räumlich übereinander in zwei parallelen Ebenen angeordnet. Dadurch ergibt sich eine kleinere von den beiden Stromschienen 3, 5 umschlossene Fläche A1, als wenn die beiden Stromschienen 3, 5 an gegenüberliegenden Rändern des ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B, 10C, 10D angeordnet wären.
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Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, ist ein zweiter Schaltungsträger 16, auf welchem nicht näher dargestellte Treiberschaltungen für die Halbleiterschalter HS1 bis HS6, LS1 bis LS6 angeordnet sind, räumlich über dem ersten Schaltungsträger 10 angeordnet. Hierbei sind Steueranschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS6, LS1 bis LS6 über Steuerleitungen 19 elektrisch mit dem zweiten Schaltungsträger 16 kontaktiert, wobei die Steuerleitungen 19 vorzugsweise als Bonddrähte 19A ausgeführt sind. Zudem ist ein Temperatursensor 16.1 auf dem zweiten Schaltungsträger 16 angeordnet, um die Temperatur im Leistungsmodul 1, 1A, 1B zu messen. Die Halbleiterschalter HS1 bis HS6, LS1 bis LS6 sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Leistungsmodule 1, 1A, 1B jeweils als Feldeffekttransistoren mit einer Kelvin-Source ausgeführt. Daher werden Gateanschlüsse und Kelvin-Sourceanschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS6, LS1 bis LS6 jeweils über eine der Steuerleitungen 19 mit den Treiberschaltungen auf dem zweiter Schaltungsträger 16 verbundenen. Zudem sind die zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 um 180° gedreht zu den ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 angeordnet. Das bedeutet, dass die zweiten Leistungsanschlüsse der zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 den zweiten Leistungsanschlüssen der ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 zugewandt sind.
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Analog ist für die in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele des ersten Schaltungsträger 10C, 10D ebenfalls ein solcher räumlich über dem ersten Schaltungsträger 10 angeordneter nicht dargestellter zweiter Schaltungsträger 16 vorgesehen, auf welchem Treiberschaltungen für die Halbleiterschalter HS1 bis HS5, LS1 bis LS5 angeordnet sind. Hierbei sind Steueranschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS5, LS1 bis LS5 über Steuerleitungen 19 elektrisch mit dem zweiten Schaltungsträger 16 kontaktiert, wobei die Steuerleitungen 19 vorzugsweise als Bonddrähte 19A ausgeführt sind. Die Halbleiterschalter HS1 bis HS5, LS1 bis LS5 sind ebenfalls jeweils als Feldeffekttransistoren mit einer Kelvin-Source ausgeführt. Daher werden Gateanschlüsse und Kelvin-Sourceanschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS5, LS1 bis LS6 jeweils über eine der Steuerleitungen 19 mit den Treiberschaltungen auf dem zweiten Schaltungsträger 16 verbundenen. Zudem sind die zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS5 um 180° gedreht zu den ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS5 angeordnet. Das bedeutet, dass die zweiten Leistungsanschlüsse der zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS5 den zweiten Leistungsanschlüssen der ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS5 zugewandt sind.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, sind die Engstellen 13.3 im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10A als Leiterstrukturen 13.3A ausgeführt, welche die korrespondierenden zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C voneinander trennen. Hierbei verbindet eine in der Darstellung linke Leiterstruktur 13.3A die dritte Leiterstruktur 13 mit der in der Darstellung linken zweiten Kontaktstruktur 3.2 und eine in der Darstellung recht Leiterstruktur 13.3A verbindet die dritte Leiterstruktur 13 mit der in der Darstellung rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2. Die drei im Kreuzungsbereich 17 getrennten zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C sind über Bonddrähte 17A miteinander verbunden, welche die als Leiterstrukturen 13.3A ausgeführten Engstellen 13.3 überspannen. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, verbinden erste Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A mit der dritten, in der Darstellung rechten zweiten Leiterstruktur 12C, und überspannen dabei die beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3. Des Weiteren verbinden zweite Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A mit der zweiten, in der Darstellung mittleren zweiten Leiterstruktur 12B, und überspannen dabei die linke der beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3. Zudem verbinden dritte Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die dritte, in der Darstellung rechte zweite Leiterstruktur 12C mit der zweiten, in der Darstellung mittleren zweiten Leiterstruktur 12B, und überspannen dabei die Rechte der beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3.
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Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, trennen die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10B die zweiten Kontaktstrukturen 13.2 von der dritten Leiterstruktur 13. Daher sind die Engstellen 13.3 jeweils als Bonddrähte 13.3B ausgeführt, welche die korrespondierenden zweiten Kontaktstrukturen 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13 verbinden und die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C im Kreuzungsbereich 17 überspannen. Hierbei verbinden mehrere in der Darstellung linke Bonddrähte 13.3B, von welchen zwei dargestellt sind, die in der Darstellung linke zweite Kontaktstruktur 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13. Zudem verbinden mehrere in der Darstellung rechte Bonddrähte 13.3B, von welchen zwei dargestellt sind, die in der Darstellung rechte zweite Kontaktstruktur 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13.
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Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, sind die Engstellen 13.3 zwischen der dritten Leiterstruktur 13 und der linken und rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2 im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10C als Leiterstrukturen 13.3A ausgeführt, welche die linke zweite Leiterstruktur 12A und die rechte zweite Leiterstruktur 12D von den mittleren zweiten Leiterstrukturen 12B, 12C trennen. Hierbei verbindet eine in der Darstellung linke Leiterstruktur 13.3A die dritte Leiterstruktur 13 mit der in der Darstellung linken zweiten Kontaktstruktur 13.2 und eine in der Darstellung recht Leiterstruktur 13.3A verbindet die dritte Leiterstruktur 13 mit der in der Darstellung rechten zweiten Kontaktstruktur 3.2. Die drei im Kreuzungsbereich 17 getrennten zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D sind über Bonddrähte 17A miteinander verbunden, welche die als Leiterstrukturen 13.3A ausgeführten Engstellen 13.3 überspannen. Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, verbinden erste Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A mit der vierten, in der Darstellung rechten zweiten Leiterstruktur 12, und überspannen dabei die beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3 und die beiden mittleren zweiten Leiterstrukturen 12B, 12C. Des Weiteren verbinden zweite Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A mit der zweiten zweiten Leiterstruktur 12B, und überspannen dabei die linke der beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3. Zudem verbinden dritte Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die vierte, in der Darstellung rechte zweite Leiterstruktur 12D mit der dritten zweiten Leiterstruktur 12C und überspannen dabei die rechte der beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3. Zudem sind die zweite und dritte Leiterstrukturen 12B, 12C miteinander verbunden und bilden eine gemeinsame erste Kontaktstruktur 12.2 aus. Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, trennen die zweite zweite Leiterstruktur 12B und die dritte zweite Leiterstruktur 12C die mittlere zweite Kontaktstruktur 13.2 von der dritten Leiterstruktur 13. Daher sind zwei weitere Engstellen 13.3 als Bonddrähte 13.3B ausgeführt, welche die mittlere zweite Kontaktstruktur 13.2 mit der linken zweiten Kontaktstruktur 13.2 bzw. mit der rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2 verbinden. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10 kann auf die mittlere zweite Kontaktstruktur 13.2 verzichtet werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Leistungsanschlüsse des auf der mittleren ersten Leiterstruktur 11B angeordneten ersten Halbleiterschalters HS3 dann symmetrisch über als Bonddrähte 18A ausgeführte Hochstromleitungen 18 mit der linken und der rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2 kontaktiert.
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Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, trennen die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D im dargestellten vierten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10D die zweiten Kontaktstrukturen 13.2 von der dritten Leiterstruktur 13. Daher sind die Engstellen 13.3 jeweils als Bonddrähte 13.3B ausgeführt, welche die korrespondierenden zweiten Kontaktstrukturen 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13 verbinden und die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C im Kreuzungsbereich 17 überspannen. Hierbei verbinden mehrere in der Darstellung linke Bonddrähte 13.3B, von welchen zwei dargestellt sind, die in der Darstellung linke zweite Kontaktstruktur 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13. Zudem verbinden mehrere in der Darstellung rechte Bonddrähte 13.3B, von welchen zwei dargestellt sind, die in der Darstellung rechte zweite Kontaktstruktur 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13. Außerdem ist die mittlere zweite Kontaktstruktur über Bonddrähte 13.3B, von denen jeweils einer dargestellt ist, mit der linken zweiten Kontaktstruktur 13.2 bzw. mit der rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2 verbunden. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10 kann auf die mittlere zweite Kontaktstruktur 13.2 verzichtet werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Leistungsanschlüsse des auf der mittleren ersten Leiterstruktur 11B angeordneten ersten Halbleiterschalters HS3 dann symmetrisch über als Bonddrähte 18A ausgeführte Hochstromleitungen 18 mit der linken und der rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2 kontaktiert.
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Gemeinsam ist allen dargestellten Ausführungsbeispielen des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B, 10C, 10D ein spiegelsymmetrischer Aufbau des Layouts zu einer Mittelachse MA. Selbstverständlich sind noch andere geeignete Ausführungsbeispiele des ersten Schaltungsträgers 10A mit einer anderen Anzahl von Halbleiterschaltern oder ersten und zweiten Leiterstrukturen 11, 12 denkbar, solange die Symmetrie des Layouts erhalten bleibt.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten ersten Schaltzustand des Wechselwandlers 100 der High-Side-Schalter HS_U für die erste Phase U, der Low-Side-Schalter LS_V für die zweite Phase V und der High-Side-Schalter HS_W für die dritte Phase W leitend angesteuert. Zudem sind der Low-Side-Schalter LS_U für die erste Phase U, der High-Side-Schalter HS_V für die zweite Phase V und der Low-Side-Schalter LS_W für die dritte Phase W sperrend angesteuert. Dadurch bildet sich ein erster Strompfad IP1 vom positiven ersten Versorgunganschluss T+ über den High-Side-Schalter HS_U für die erste Phase U, die erste Induktivität Lu, die zweite Induktivität Lv und den Low-Side-Schalter LS_V für die zweite Phase V zum negativen zweiten Versorgungsanschluss T-. Zudem bildet sich ein zweiter Strompfad IP2 vom positiven ersten Versorgunganschluss T+ über den High-Side-Schalter HS_W für die dritte Phase W, die dritte Induktivität Lw, die zweite Induktivität Lv und den Low-Side-Schalter LS_V für die zweite Phase V zum negativen zweiten Versorgungsanschluss T-. Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, wird nach dem Umschalten des High-Side-Schalter HS_U für die erste Phase U in den sperrenden Zustand und des Low-Side-Schalter LS_U für die erste Phase U in den leitenden Zustand wird der erste Strompfad IP1 unterbrochen und es entsteht ein dritter Strompfad IP3, dessen Stromfluss den Stromfluss des ersten Strompfads IP1 kommutiert und von der ersten Induktivität Lu angetrieben über die zweite Induktivität Lv und den Low-Side-Schalter LS_V für die zweite Phase V und den Low-Side-Schalter LS_V für die erste Phase U zurück zur ersten Induktivität Lv verläuft. Der zweite Strompfad IP2 bleibt in dem in 2 dargestellten zweiten Schaltzustand weiter geschlossen und verläuft vom positiven ersten Versorgunganschluss T+ über den High-Side-Schalter HS_W für die dritte Phase W, die dritte Induktivität Lw, die zweite Induktivität Lv und den Low-Side-Schalter LS_V für die zweite Phase V zum negativen zweiten Versorgungsanschluss T-. Die Stromrichtungen im Wechselwandler 100 können sich in Abhängigkeit von den Schaltzuständen der Halbleiterschalter HS1 bis HS6, LS1 bis LS6, eines vorher eingeprägten Stroms oder aber einer Betriebsart (Motor oder Generator) der elektrischen Maschine auch umkehren. 1 und 2 zeigen beispielhaft die Umschaltung vom High-Side-Schalter HS_U für die erste Phase U auf den Low-Side-Schalter LS_U für die erste Phase U. In 1 bis 4 ist der erste Strompfad IP1 durch durchgezogene Pfeile, der zweite Strompfad IP2 durch gepunktete Pfeile und der dritte Strompfad IP3 durch gestrichelte Pfeile repräsentiert, wobei in 3 und 4 nur der erste Strompfad IP1 und der dritte Strompfad IP3 dargestellt sind, welche für die erste Phase U relevant sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014219998 B4 [0002]
- JP 2020053622 A [0003]
