DE102022113195A1 - Leistungselektronikanordnung mit parallel geschalteten Halbleiterschaltern, Leistungselektronikeinrichtung, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung einer Leistungselektronikanordnung - Google Patents
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Abstract
Leistungselektronikanordnung (1), aufweisend eine Schalteinrichtung (3) zum Schalten eines elektrischen Leitungsabschnitts (2) der Leistungselektronikanordnung (1), wobei die Schalteinrichtung (3) mehrere parallel geschaltete, gemeinsam über Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) von einer Steuereinheit (6) angesteuerte, bei Erreichen eines Schaltladungszustandes über die jeweilige Zuleitung (8, 8a, 8b, 8c, 8d) schaltende Halbleiterschalter (4) aufweist, wobei alle Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) trotz wenigstens teilweise unterschiedlicher Länge zumindest im Wesentlichen den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Leistungselektronikanordnung, aufweisend eine Schalteinrichtung zum Schalten eines elektrischen Leitungsabschnitts der Elektronik-anordnung, wobei die Schalteinrichtung mehrere parallel geschaltete, gemeinsam über Zuleitungen von einer Steuereinheit angesteuerte, bei Erreichen eines Schaltladungszustands über die jeweilige Zuleitung schaltende Halbleiterschalter aufweist. Daneben betrifft die Erfindung eine Leistungselektronikeinrichtung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungselektronikanordnung.
- Halbleiterschalter werden in Leistungselektronik-Anwendungen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, häufig eingesetzt, um Leitungsabschnitte leitend oder sperrend zu halten oder, in einigen Fällen, auch bestimmte Widerstände entlang des Leitungsabschnitts herzustellen. Dabei sind Halbleiterschalter für die Leistungselektronik meist für bestimmte Maximalströme geeignet. Daher wurde vorgeschlagen, in einer Schalteinrichtung mehrere parallel geschaltete Halbleiterschalter einzusetzen, um auch höhere Ströme schalten zu können. Die mehreren, parallel geschalteten Halbleiterschalter wirken dann wie ein gemeinsamer, großer, einzelner Schalter. Halbleiterschalter (häufig auch als Leistungshalbleiter bezeichnet) können beispielsweise in Leistungselektronikeinrichtungen wie Pulswechselrichtern, Ladeeinrichtungen, Gleichspannungswandlern und dergleichen eingesetzt werden.
- Bei IGBTs (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor), die auch als Si-Schalter bezeichnet werden können, sind inzwischen Herstellungstechniken bekannt, die es erlauben, große Schalter mit hoher Stromtragfähigkeit herzustellen, so dass in vielen Fällen ein oder wenige, beispielsweise zwei, IGBTs bereits ausreichend sind. Insbesondere ist es hier möglich, sehr große Chips aus Wafern zu gewinnen.
- In der aktuellen Entwicklung gewinnen jedoch MOSFETs (MOSFET = Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), insbesondere auf SiC-basierend, an Bedeutung. Hierbei ist allerdings die Fehlerrate auf dem Wafer bei aktuellen Herstellungsverfahren noch relativ hoch, so dass nur kleine Chips und mithin Halbleiterschalter, die für geringe Maximalströme ausgelegt sind, hergestellt werden können. Daher werden, wenn Schalteinrichtungen für hohe Ströme bereitgestellt werden sollen, oft größere Zahlen von MOSFETs als Halbleiterschalter parallelgeschaltet, beispielsweise vier, sechs oder acht MOSFETs.
- Nachdem die Halbleiterschalter der Schalteinrichtung gemeinsam angesteuert werden sollen, ist für jeden der Halbleiterschalter, insbesondere bezüglich des Gate-Anschlusses, eine Zuleitung von einer Steuereinheit zu dem Halbleiterschalter erforderlich, wobei seitens der Steuereinheit die entsprechenden Schaltsignale, üblicherweise durch Anlegen einer Spannung, gleichzeitig auf die verschiedenen Zuleitungen gegeben werden. Hierdurch kann es jedoch bei unterschiedlichen Längen der Zuleitungen, insbesondere mit einer zunehmenden Anzahl von Halbleiterschaltern, vorkommen, dass unterschiedliche Schaltzeitpunkte der einzelnen Halbleiterschalter resultieren. Halbleiterschalter schalten üblicherweise in Abhängigkeit einer bestimmten Gate-Source-Spannung, die dadurch hergestellt wird, dass über den Gate-Anschluss des Halbleiterschalters eine entsprechende Kapazität aufgeladen wird, mithin ein bestimmter Schaltladungszustand erreicht werden muss. Für unterschiedliche geometrische Positionen und somit unterschiedlich resultierende Längen der Zuleitungen dauert es bei ansonsten gleicher Ausgestaltung der Zuleitung, beispielsweise als übliche Bond-Drähte, unterschiedlich lange, bis der Schaltladezustand erreicht ist (Schaltzeit). Halbleiterschalter mit den kürzesten Zuleitungen schalten hierbei als erstes und werden somit anfangs mit dem vollen Gesamtstrom durch den Leitungsabschnitt belastet, bis auch weitere Halbleiterschalter zuschalten. Das hat zur Folge, dass entweder die Halbleiterschalter überdimensioniert werden müssen, um dieser Belastung Rechnung zu tragen, oder eine verkürzte Lebensdauer der Halbleiterschalter und somit der Schalteinrichtung gegeben ist.
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DE 10 2014 117 385 A1 betrifft eine Leistungshalbleiterschaltung mit elektrisch zueinander parallel geschalteten Stromventilen und einer Ansteuerschaltung, die zur Ansteuerung der elektrisch zueinander parallel geschalteten Stromventile ausgebildet ist. Dabei sollen von der Ansteuerschaltung Ansteuersignale derart erzeugt werden, dass beim Ausschalten der elektrisch zueinander parallel geschalteten Stromventile ein von der Ansteuerschaltung vorgesehenes Stromventil der elektrisch parallel geschalteten Stromventile mit einer gegenüber den Ausschaltzeitdauer der übrigen elektrisch zueinander parallel geschalteten Stromventile oder, wenn die Leistungshalbleiterdschaltung zwei elektrisch zueinander parallel geschaltete Stromventile aufweist, mit einer gegenüber der Ausschaltzeitdauer des übrigen der elektrisch zueinander parallel geschalteten Stromventile längeren Ausschaltzeitdauer ausschaltet. So sollen Vorteile bezüglich der Reduzierung von Spannungen und parasitären Induktivitäten erreicht werden. Hierbei wird davon ausgegangen, dass aufgrund von unterschiedlichen Leitungslängen auftretende Unterschiede im Ausschaltverhalten der Stromventile vernachlässigt werden können. -
WO 2013/0093410 -
WO 2015/001311 A1 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbessere Möglichkeit zur Synchronisierung des Einschaltverhaltens von Leistungshalbleiterschaltern in paralleler Anordnung anzugeben, welche insbesondere ohne eine massive Erhöhung des Steueraufwands auskommt.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Leistungselektronikanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass alle Zuleitungen trotz wenigstens teilweise unterschiedlicher Länge zumindest im Wesentlichen den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen.
- Die Erfindung basiert also auf der Erkenntnis, dass der wesentliche Faktor, der zu den unterschiedlichen Schaltzeitpunkten bei unterschiedlichen Längen der (sonst gleichen) Zuleitungen führt, der aufgrund der unterschiedlichen Längen resultierende unterschiedliche ohmsche Widerstand ist, der das Erreichen des Schaltladungszustands, mithin insbesondere einer Schaltspannung in einer kapazitiven Anordnung, verzögern kann. Daher wird vorgeschlagen, den Widerstand der Zuleitungen (Ansteuerleitungen) entsprechend der geometrischen Länge so anzupassen, dass für alle Zuleitungen der gleiche ohmsche Widerstand vorliegt und somit zumindest im Wesentlichen gleiche Schaltzeitpunkte realisiert werden können. Auf diese Weise kann mithin das Einschaltverhalten der Halbleiterschalter synchronisiert werden und eine Überlastung einzelner Halbleiterschalter kann vermieden werden. Eine Überdimensionierung der Leistungshalbleiterschalter ist nicht länger nötig, so dass Kosten und Bauraum eingespart werden können. Zugleich wird die Leistungselektronikanordnung robuster, mithin die Qualität und die Lebensdauer einer die Leistungselektronikanordnung nutzenden Leistungselektronik-einrichtung ebenso verbessert.
- Die Zuleitungen verbinden dabei Ansteuerausgänge der Steuereinheit, beispielsweise eines Steuerchips, mit den Gate-Anschlüssen der jeweiligen Leitungshalbleiterschalter. Bei den Halbleiterschaltern kann es sich grundsätzlich um IGBTs handeln, besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Vorgehen jedoch auf MOSFETs, insbesondere SiC-MOSFETs, anwendbar, so dass die Halbleiterschalter vorzugsweise MOSFETs sein können. Die Leistungselektronikanordnung kann dabei beispielsweise drei bis zehn Halbleiterschalter umfassen, möglich ist es jedoch auch, mehr als zehn Halbleiterschalter einzusetzen, beispielsweise bis zu fünfzig, bis zu hundert, oder sogar bis zu tausend Halbleiterschalter. Die Zuleitungen können dabei zweckmäßigerweise Bond-Drähte und/oder Leiterbahnen auf einer die Halbleiterschalter tragenden Leiterplatte umfassen. Hierbei ist eine zumindest teilweise Ausgestaltung als Bond-Drähte besonders bevorzugt, da für diese Eigenschaften, die den Widerstand beeinflussen, auf besonders einfache Art und Weise angepasst werden können.
- Sind die Halbleiterschalter, wie üblich, als jeweilige Chips ausgebildet, kann beispielsweise die auch als Ansteuerbaustein bezeichenbare Steuereinheit ebenso ein Chip sein und die entsprechenden Anschlüsse der Chips können über Bond-Drähte verbunden sein, insbesondere also Steueranschlüsse der Steuereinheit mit Gate-Anschlüssen der Halbleiterschalter.
- Dabei kann konkret vorgesehen sein, dass zum Ausgleich von Widerstandsunterschieden aufgrund der Länge der Zuleitungen unterschiedlich lange Zuleitungen sich in wenigstens einer Anpassungseigenschaft neben der Länge unterscheiden. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Anpassungseigenschaft das Material, aus dem die Zuleitungen bestehen, und/oder eine Lateralausdehnung, insbesondere Dicke, der Zuleitungen ist. Anders gesagt kann beispielsweise die Dicke der Zuleitung, beispielsweise deren Durchmesser/Kantenlänge, variiert werden, um einen aufgrund der Länge erhöhten Widerstand zu reduzieren. Hinsichtlich des Materials kann vorgesehen sein, dass sich die unterschiedlichen Materialien in ihrer Reinheit und/oder ihrem elektrischen Leitwert und/oder in ihrer Zusammensetzung, insbesondere im Fall von Legierungen, unterscheiden. Es kann mithin auch das Material variiert werden, insbesondere hinsichtlich der Reinheit, des elektrischen Leitwerts und/oder der Legierung, um durch unterschiedliche Längen auftretende Widerstandsunterschiede auszugleichen und Zuleitungen mit gleichem Widerstand bereitzustellen.
- Hierbei kann beispielsweise von einem Basismaterial ausgegangen werden, insbesondere Kupfer oder Aluminium. Dann kann vorgesehen sein, dass die längsten Zuleitungen aus dem reinen Basismaterial bestehen, während die Reinheit mit der Länge für kürzere Leitungen abnimmt. Das reine Material hat die höchste Leitfähigkeit, während diese mit abnehmender Reinheit sinkt und die Widerstandsabnahme aufgrund der Länge kompensiert.
- Neben der Leistungselektronikanordnung betrifft die Erfindung auch eine Leistungselektronikeinrichtung mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung. Dabei gelten die Ausführungen bezüglich der Leistungselektronikanordnung auch für die Leistungselektronikeinrichtung fort. Die Leistungselektronikeinrichtung kann beispielsweise eine Wandlereinrichtung, insbesondere ein Pulswechselrichter und/oder ein Gleichspannungswandler, oder eine in einem Kraftfahrzeug zu verbauende Ladeeinrichtung für eine Hochspannungsbatterie sein.
- Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist wenigstens eine erfindungsgemäße Leistungselektronikeinrichtung auf. Dabei kann es sich bei dem Kraftfahrzeug insbesondere um ein Elektrokraftfahrzeug oder ein Hybridkraftfahrzeug handeln, welches mithin eine elektrische Maschine umfasst, die an ein Hochspannungsnetz, dessen Spannung höher als die Spannung eines Niedrigspannungsnetzes des Kraftfahrzeugs ist, angeschlossen ist. Dann kann die Leistungselektronikeinrichtung beispielsweise ein Umrichter sein, über den die elektrische Maschine an das Hochspannungsnetz angeschlossen ist, oder aber auch eine anderweitig an das Hochspannungsnetz angebundene Leistungselektronikeinrichtung sein, beispielsweise ein das Hochspannungsnetz mit dem Niedrigspannungsnetz verbindender Gleichspannungswandler.
- Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungselektronikanordnung, aufweisend eine Schalteinrichtung zum Schalten eines elektrischen Leitungsabschnitts der Leistungselektronikanordnung, wobei die Schalteinrichtung mehrere parallel geschaltete, gemeinsam über Zuleitungen von einer Steuereinheit angesteuerte, bei Erreichen eines Schaltladungszustandes über die jeweilige Zuleitung schaltende Halbleiterschalter aufweist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Zuleitungen unterschiedlicher Länge durch Wahl wenigstens einer Anpassungseigenschaft so angepasst werden, dass die elektrischen Widerstände der Zuleitungen zumindest im Wesentlichen gleich sind. Mithin kann mit dem Verfahren insbesondere eine erfindungsgemäße Leistungselektronikanordnung hergestellt werden. Hierbei werden im Allgemeinen von der Länge unterschiedliche Anpassungseigenschaften variiert, um die Widerstände der Zuleitungen einander möglichst weitgehend anzugleichen und somit eine möglichst genaue Synchronisierung der Schaltzeitpunkte der Halbleiterschalter zu erreichen.
- Konkret können zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise Bestückungseinrichtungen verwendet werden, die unterschiedliche Leitungsarten mit einem gemeinsamen Bestückungskopf bestücken können. Entsprechende Bestückungseinrichtungen sind, beispielsweise für Pick and Place-Verfahren, bereits vorgeschlagen worden.
- Auch für das Verfahren gelten selbstverständlich die Ausführungen zu den bisherigen Gegenständen gemäß der Erfindung fort.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
-
1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung, -
2 eine erste mögliche Ausgestaltung von Zuleitungen, -
3 eine zweite mögliche Ausgestaltung von Zuleitungen, und -
4 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs. -
1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung 1 mit einem Leiterabschnitt 2, der mittels einer Schalteinrichtung 3 geschaltet werden soll. Nachdem der potentiell über den Leiterabschnitt 2 fließende Strom maximal zulässige Ströme für einzelne der hier verwendeten Leistungshalbleiterschalter, vorliegend SiC-MOSFETs, überschreitet, weist die Schalteinrichtung 3 eine Mehrzahl, hier beispielsweise sechs, von derartigen Halbleiterschaltern 4 auf, die allesamt parallel geschaltet sind. Dabei sind der einfachereren Darstellung halber die Halbleiterschalter 4 nur schematisch anhand ihrer entsprechenden Chips angedeutet. Neben den hier nicht näher gezeigten Anschlüssen für den entsprechend aufgezweigten Leitungsabschnitt 2, also dem Source-Anschluss und dem Drain-Anschluss, weist jeder der als Chips realisierten Halbleiterschalter 4 als Ansteueranschluss einen Gate-Anschluss 5 auf. - Diese Halbleiterschalter 4 sollen dabei von einer Steuereinheit 6, die vorliegend auch als ein Chip ausgebildet ist, derart angesteuert werden, dass sie sich wie ein einziger, großer Schalter verhalten, wozu entsprechende Ansteueranschlüsse 7 der Steuereinheit 6 über Zuleitungen 8, die hier als Bond-Drähte 9 ausgebildet sind, mit einem jeweiligen Gate-Anschluss 5 der Halbleiterschalter 4 verbunden sind. Aufgrund der geometrischen Anordnung der Halbleiterschalter 4 weisen die Zuleitungen 8 dabei unterschiedliche Längen auf. Dennoch ist aufgrund der geschickten Wahl von der Länge verschiedener Anpassungseigenschaften bei der Leistungselektronikanordnung der
1 gewährleistet, dass die Zuleitungen 8 alle denselben Widerstand haben, da dann bei gleichzeitiger Ansteuersignalgenerierung seitens der Steuereinheit 6 ein möglichst exakt gleichzeitiges Ein- und Ausschalten der Halbleiterschalter 4 möglich ist. -
2 zeigt eine erste Möglichkeit für eine solche Anpassung. Dabei sind zwei Zuleitungen 8a, 8b zwischen jeweils einem Gate-Anschluss 5 und einem Ansteueranschluss 7 der Steuereinheit 6 gezeigt. Ersichtlich ist die Zuleitung 8b länger als die Zuleitung 8a. Die hieraus bei gleicher Ausgestaltung der Zuleitungen 8a, 8b resultierende Widerstandszunahme wird im Beispiel der2 dadurch ausgeglichen, dass der Durchmesser, mithin die Dicke, der Zuleitung 8b gegenüber der der Zuleitung 8a erhöht ist, so dass die Zuleitungen 8a, 8b dennoch denselben ohmschen Widerstand aufweisen. - Eine andere Möglichkeit illustriert
3 schematisch. Dort sind wiederum zwei unterschiedlich lange Zuleitungen 8c, 8d gezeigt. Allerdings ist hier die Anpassungseigenschaft das Material, aus dem die Zuleitungen 8c, 8d jeweils bestehen. Vorliegend weist das Material der Zuleitung 8d, welches zur Unterscheidung schraffiert gezeigt ist, eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das Material der Zuleitung 8c auf, wodurch der Längenunterschied zumindest im Wesentlichen kompensiert wird. Dabei sind verschiedene Materialunterschiede denkbar, beispielsweise Unterschiede in der Reinheit, der Legierung, aber auch des Grundmaterials. -
4 zeigt schließlich eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 10. Dabei handelt es sich vorliegend um ein Elektrokraftfahrzeug, welches im nicht genauer gezeigten Antriebsstrang eine elektrische Maschine 11 aufweist. Die elektrische Maschine 11 ist über einen Umrichter 12 als Leistungselektronikkomponente 13 an ein Hochspannungsnetz 14 angeschlossen, das aus einer Batterie 15 gespeist wird. Als weitere Leistungselektronikeinrichtungen 13 sind an das Hochspannungsnetz 14 beispielhaft ein Gleichspannungswandler 16 und ein Onbord-Ladegerät 17 für die Batterie 15 gezeigt. Im vorliegenden Fall umfassen alle diese Leistungselektronikeinrichtungen 13 wenigstens eine Leistungselektronikanordnung 1 der erfindungsgemäßen Art. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014117385 A1 [0006]
- WO 2013/0093410 [0007]
- WO 2015/001311 A1 [0008]
Claims (10)
- Leistungselektronikanordnung (1), aufweisend eine Schalteinrichtung (3) zum Schalten eines elektrischen Leitungsabschnitts (2) der Leistungselektronikanordnung (1), wobei die Schalteinrichtung (3) mehrere parallel geschaltete, gemeinsam über Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) von einer Steuereinheit (6) angesteuerte, bei Erreichen eines Schaltladungszustandes über die jeweilige Zuleitung (8, 8a, 8b, 8c, 8d) schaltende Halbleiterschalter (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) trotz wenigstens teilweise unterschiedlicher Länge zumindest im Wesentlichen den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen.
- Leistungselektronikanordnung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschalter (4) MOSFETs, insbesondere SiC-MOSFETS, sind und/oder die Leistungselektronikanordnung (1) drei bis zehn Halbleiterschalter (4) umfasst. - Leistungselektronikanordnung nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) Bond-Drähte (9) und/oder Leiterbahnen auf einer die Halbleiterschalter (4) tragenden Leiterplatte umfassen. - Leistungselektronikanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich von Widerstandsunterschieden aufgrund der Länge der Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) unterschiedlich lange Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) sich in wenigstens einer Anpassungseigenschaft neben der Länge unterschieden.
- Leistungselektronikanordnung nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungseigenschaft das Material, aus dem die Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) bestehen, und/oder eine Lateralausdehnung, insbesondere Dicke, der Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) ist. - Leistungselektronikanordnung nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die unterschiedlichen Materialien in ihrer Reinheit und/oder in ihrem elektrischen Leitwert und/oder in ihrer Zusammensetzung, insbesondere im Fall von Legierungen, unterscheiden. - Leistungselektronikeinrichtung (13), aufweisend wenigstens eine Leistungselektronikanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
- Leistungselektronikeinrichtung nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Wandlereinrichtung, insbesondere ein Pulswechselrichter und/oder ein Gleichspannungswandler (13), oder eine in einem Kraftfahrzeug (10) zu verbauende Ladeeinrichtung für eine Hochspannungsbatterie (15) ist. - Kraftfahrzeug (10), aufweisend wenigstens eine Leistungselektronikeinrichtung (13) nach
Anspruch 7 oder8 . - Verfahren zur Herstellung einer Leistungselektronikanordnung (1), aufweisend eine Schalteinrichtung (3) zum Schalten eines elektrischen Leitungsabschnitts (2) der Leistungselektronikanordnung (1), wobei die Schalteinrichtung (3) mehrere parallel geschaltete, gemeinsam über Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) von einer Steuereinheit (6) angesteuerte, bei Erreichen eines Schaltladungszustandes über die jeweilige Zuleitung (8, 8a, 8b, 8c, 8d) schaltende Halbleiterschalter (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) unterschiedlicher Länge durch Wahl wenigstens einer Anpassungseigenschaft so angepasst werden, dass die elektrischen Widerstände der Zuleitungen (8, 8a, 8b, 8c, 8d) zumindest im Wesentlichen gleich sind.
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013093410A1 (en) | 2011-12-23 | 2013-06-27 | Amantys Ltd | Semiconductor device controllers |
WO2015001311A1 (en) | 2013-07-04 | 2015-01-08 | Amantys Ltd | Synchronising parallel power switches |
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