DE10340401A1 - Power converter arrangement e.g. for electrical drive systems, has devices for detecting actual current value arranged on modified component carrier - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Stromrichteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a power converter arrangement according to the preamble of claim 1.
Ein elektrisches Antriebssystem besteht mindestens aus einem Motor, der elektrische Energie etwa aus dem Stromnetz aufnimmt und in Rotationsenergie umwandelt, und ggf. einem Getriebe. Bei größeren Antrieben oder wenn die Antriebsaufgabe anspruchsvoll ist, oder auch wenn nicht immer die maximale Antriebsleistung benötigt wird, werden heute meist geregelte oder drehzahlveränderliche Antriebe verwendet. Bei einem geregelten Antrieb wird der elektrische Motor über ein Leistungsstellglied betrieben, und eine Regelung sorgt dafür, dass gewünschte Prozessgrößen eingehalten werden. Ein elektronisches Leistungsstellglied ist meist als ein Gerät ausgeführt, welches die erforderliche Leistungselektronik sowie die zugehörige Signalverarbeitung enthält. Solche Geräte werden z.B. als "Stromrichter", "Wechselrichter" oder "Umrichter" bezeichnet, womit das gesamte Gerät und nicht nur der Leistungsteil gemeint ist.One electric drive system consists of at least one motor, the electrical energy absorbs about from the mains and into rotational energy converts, and possibly a transmission. For larger drives or if the Drive task is demanding, or even if not always the maximum Drive power required become, are today usually regulated or variable speed drives uses. In a regulated drive, the electric motor is turned on Power control operated, and a scheme ensures that the desired process sizes met become. An electronic power actuator is usually designed as a device which the required power electronics as well as the associated signal processing contains. Such devices are used e.g. referred to as "power converter", "inverter" or "inverter", which means the entire device and not just the power part is meant.
Die Leistungselektronik verwendet als Bauelemente Dioden, Thyristoren, Leistungstransistoren und insbesondere für hohe Schaltfrequenzen und kleine Spannungen MOSFETs sowie für große Leistungen mit nicht allzu großen Schaltfrequenzen IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). IGBTs stehen heute für hohe Spannungen (2kV), und Ströme zur Verfügung. In der Antriebstechnik hat der IGBT in den letzten Jahren eine große Verbreitung gefunden. Wechselrichter zum Betrieb von Asynchron- und Synchronmaschinen im Leistungsbereich von wenigen 100 W bis in den MW-Bereich werden heute fast ausschließlich mit IGBTs realisiert. The Power electronics uses as components diodes, thyristors, Power transistors and in particular for high switching frequencies and small Voltages MOSFETs as well as for size Achievements with not too big Switching frequencies IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). IGBTs stand for today high voltages (2kV), and currents to Available. In drive technology, the IGBT has been widely used in recent years found. Inverter for operating asynchronous and synchronous machines in the power range from a few 100 W to the MW range almost exclusively today realized with IGBTs.
Die Leistungsbauelemente werden in Modulen angeordnet, die Einzelschalter oder auch integrierte Schaltungsanordnungen enthalten können. Die Aufbau- und Verbindungstechnik der Module muss die erforderliche elektrische Isolation sowie kompakte, vorzugsweise flache, Bauform und gute thermische Eigenschaften gewährleisten. Gleichzeitig bestehen Anforderungen nach geringen Kosten für Materialien und Prozesse bei gleichzeitig hoher Langzeitzuverlässigkeit und geringer Ausfallrate. Außerdem sollte ein großes Leistungsspektrum mit möglichst wenigen Modulvarianten realisierbar sein.The Power components are arranged in modules, the individual switches or may also contain integrated circuit arrangements. The Assembly and connection technology of the modules must be the required electrical insulation and compact, preferably flat, design and ensure good thermal properties. Exist at the same time Demands for low cost of materials and processes with simultaneously high long-term reliability and low failure rate. Furthermore should be a big one Range of services with as possible few module variants can be realized.
Die eigentlichen Leistungsbauelemente werden durch die Hersteller in Gehäuse eingebracht, wobei die Anschlüsse der Chips mit den äußeren Anschlüssen der Gehäuse verbunden werden. Für die integrierten Schaltkreise bzw. Chips der Informationstechnologie sind die Abmessungen solcher Gehäuse und die Anordnungen der Kontakte standardisiert, so dass die Produkte verschiedener Hersteller problemlos austauschbar sind.The actual power components are manufactured by the manufacturer casing introduced, with the connections the chips with the outer terminals of the casing get connected. For the integrated circuits or chips of information technology are the dimensions of such housing and standardized the arrangements of contacts, so that the products different manufacturers are easily interchangeable.
Im Rahmen der Betriebssteuerung und -überwachung elektrischer Antriebe mit Stromrichteranordnungen der genannten Art ist die präzise und zuverlässige Erfassung des jeweils durch die Anordnung fließenden Strom-Istwertes ("Stromistwerterfassung") von erheblicher praktischer Bedeutung.in the Framework of operation control and monitoring of electric drives with converter arrangements of the type mentioned is the precise and reliable detection of each flowing through the arrangement current value ("current value detection") of considerable practical meaning.
Es ist bekannt, hierfür separate Bauteile – speziell zu diesem Zweck ausgebildete Nebenschlusswiderstände (Shunts) auf der entsprechenden Leiterplatte oder der Stromschiene, auf der die Stromrichteranordnung sitzt, anzuordnen. Bekannt sind auch spezielle Stromrichtermodule mit in das Gehäuse integrierten Shunts als Messmittel zur Erfassung des Strom-Istwertes. Es sind auch bereits einzelne IGBT-Module mit integrierten Nebenschlusswiderständen zur Erfassung des Strom-Istwertes ("Stromshunts") bekannt und kommerziell verfügbar. Diese sind auf einem Träger der Stromrichteranordnung, beispielsweise vom DCB-Typ, integral in eine vorgegebene Stromrichteranordnung eingefügt.It is known for this separate components - especially Shunts formed for this purpose on the corresponding shunts Printed circuit board or the busbar on which the power converter assembly sits, to arrange. Also known are special converter modules with in the housing integrated shunt as measuring means for the detection of the current actual value. There are already individual IGBT modules with integrated shunt resistors for Acquisition of the current actual value ("current shunt") known and commercially available. These are on a carrier the power converter assembly, for example, of DCB type, integral inserted in a given power converter arrangement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe der Bereitstellung einer verbesserten Stromrichteranordnung der gattungsgemäßen Art zugrunde, welche eine besonders kostengünstige Erfassung des Strom-Istwertes unter verschiedenen Anwendungsbedingungen ermöglicht.Of the Invention has the object of providing an improved Converter arrangement of the generic type based, which a particularly cost-effective Detecting the actual current value under different conditions of use allows.
Diese Aufgabe wird durch eine Stromrichteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These Task is by a power converter arrangement with the features of claim 1. Appropriate training of the inventive concept are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung geht aus von bekannten standardisierten Leistungshalbleiter-Modulen als Stromrichter, beispielsweise vom Typ Econo+ (Fa. Eupec/Fuji) oder Semix (Fa. Semikron), die jeweils mehrere parallel geschaltete Bauelementträger in unterschiedlicher Anzahl zur Abdeckung verschiedener Stromwertbereiche umfassen. Sie schließt den wesentlichen Gedanken ein, unter (äußerlich unveränderter) Nutzung des zugehörigen Gehäuses mit der vorgegebenen Anschlusskonfiguration einen der ursprünglichen Träger ("DCB") durch einen solchen mit den erforderlichen Messmitteln (Shunts) zu ersetzen.The The invention is based on known standardized power semiconductor modules as power converter, for example of the type Econo + (Eupec / Fuji) or Semix (Semikron), each of which is connected in parallel component carrier in different numbers to cover different current value ranges include. she closes the essential thoughts, under (externally unchanged) Use of the associated housing with the default port configuration one of the original carrier ("DCB") with such a replace the required measuring equipment (shunts).
Da Leistungshalbleiter-Module ohne integrierte Shuntwiderstände in deutlich höheren Stückzahlen produziert werden, sind diese Module günstiger als Sondertypen mit integrierten Widerständen. Verwendet man die Grundteile dieser Standardmodule (Gehäuse + Anschlusstechnik + bestückte DCBs) weiter und ersetzt nur eine DCB, profitiert man von den günstigen Preisen für die Grundteile. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Integration der Shunts in das Leistungshalbleiter-Modul, da weniger Verbindungen zu realisieren sind und weniger Komponenten verbaut werden müssen. Dies ergibt eine Kosteneinsparung durch weniger Material und geringerem Montageaufwand.Since power semiconductor modules are produced without integrated shunt resistors in significantly higher quantities, these modules are cheaper than special types with integrated resistors. If one uses the basic parts of these standard modules (housing + connection technology + equipped DCBs) and replaces only one DCB, one benefits from the low prices for the basic parts. A further advantage results from the integration of the shunts into the power semiconductor module, since fewer connections have to be made and fewer components have to be installed. This results in a cost savings through less material and less installation effort.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht an das Vorhandensein von Bauelementträgern vom DCB-Typ gebunden, sie ist aber für bekannte Stromrichteranordnungen mit diesem Trägertyp besonders leicht und vorteilhaft möglich.The execution The invention is not limited to the presence of DCB-type device carriers bound, but she is known for Converter arrangements with this type of carrier particularly light and advantageously possible.
In einer zweckmäßigen Fortbildung dieser Variante zeichnet sich die Stromrichteranordnung aus durch eine Mehrzahl von Halbbrücken-DCB-Trägern als reine Leistungshalbleiter-Bauelementträger und einem diesen zum Modulausgang hin nachgeschalteten Messmitte-DCB-Träger mit mehreren wahlweise belegbaren Einbauplätzen für jeweils einen Nebenschlusswiderstand.In appropriate training This variant is characterized by the converter arrangement a plurality of half-bridge DCB carriers as pure power semiconductor component carrier and this to the module output downstream measuring center DCB carrier with several optional assignable bays for each a shunt resistor.
In einem bekannten Typ von Stromrichteranordnung weist der Messmittel-DCB-Träger zur Erfassung von Strom-Istwerten bis 450 A vier Einbauplätze auf, wobei zur Erfassung von Stromwerten bis 150 A zwei Einbauplätze und von Stromwerten bis 300 A drei Einbauplätze belegt sind. Hierdurch wird eine besonders rationelle und kostengünstige Möglichkeit der Strom-Istwerterfassung bei einem sehr häufig eingesetzten Typ von Stromrichteranordnung für besonders gefragte Leistungsbereiche geboten.In a known type of power converter arrangement, the measuring means DCB carrier to Acquisition of current actual values up to 450 A, four bays, where to capture current values up to 150 A two bays and of current values up to 300 A three bays are occupied. hereby is a particularly rational and cost-effective way of current-value acquisition in a very frequently used Type of power converter arrangement for particularly requested service areas offered.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Realisierung der Erfindung nicht nur bei IGBT-Modulen, sondern grundsätzlich auch bei anderen Typen von Stromrichteranordnungen bzw. Leistungshalbleiter-Modulen möglich ist, für die eine Erfassung des Strom-Istwertes gefordert ist. Es können speziell auch Anordnungen mit Leistungsdioden oder Thyristoren in erfindungsgemäßer weise ausgestaltet sein.It it should be noted that the realization of the invention is not only with IGBT modules, but in principle also with other types of converter arrangements or power semiconductor modules is possible, for the a detection of the current actual value is required. It can be special too Arrangements with power diodes or thyristors in accordance with the invention be designed.
Zweckmäßigkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von diesen zeigen:expediencies and advantages of the invention will be apparent from the dependent claims as well as the following description of a preferred embodiment based on the figures. From these show:
Die
Der
in allen drei Konfigurationen eingesetzte Standard-Shunt-DCB hat insgesamt
vier Einbauplätze
für Stromshunts
In der dargestellten Anordnung werden Shunts mit einer Grundtoleranz von ± 5% oder besser und einem dR (T) von maximal 0,5% über den gesamten relevanten Temperaturbereich eingesetzt. Speziell werden sogenannte BVR-Shunts eingesetzt. Die ausgegebenen Spannungswerte sind an kommerziell verfügbare A/D-Wandler angepasst, und die Kontaktierung der Ansteuersignale und Strom-Istwerte erfolgt über Druckkontakte oder Löt stifte. Die Shuntspannung wird an zwei Abgriffen abgenommen. Hieraus ergibt sich, dass die Symmetrierung und TK-Kompensation modulintern zu erfolgen hat.In In the illustrated arrangement shunts with a basic tolerance are used of ± 5% or better and a dR (T) of no more than 0.5% over the entire relevant Temperature range used. In particular, so-called BVR shunts used. The output voltage values are on commercial available A / D converter adapted, and the contacting of the drive signals and actual current values are via Pressure contacts or solder pins. The shunt voltage is taken at two taps. From this results itself that the balancing and TK compensation module-internal too took place.
In
Anpassung an
Mit
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel aufgrund einer bekannten und kommerziell verfügbaren IGBT-Modulkonfiguration beschränkt, sondern ebenso in anderen standardisierten Konfigurationen und anderen Kombinationen der Anspruchsmerkmale und oben hervorgehobenen Aspekte möglich.The execution The invention is not limited to this embodiment due to a known and commercially available IGBT module configuration limited, but also in other standardized configurations and others Combinations of claim characteristics and aspects highlighted above possible.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10340401A DE10340401A1 (en) | 2003-09-02 | 2003-09-02 | Power converter arrangement e.g. for electrical drive systems, has devices for detecting actual current value arranged on modified component carrier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10340401A DE10340401A1 (en) | 2003-09-02 | 2003-09-02 | Power converter arrangement e.g. for electrical drive systems, has devices for detecting actual current value arranged on modified component carrier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE10340401A1 true DE10340401A1 (en) | 2005-04-07 |
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ID=34258338
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE10340401A Withdrawn DE10340401A1 (en) | 2003-09-02 | 2003-09-02 | Power converter arrangement e.g. for electrical drive systems, has devices for detecting actual current value arranged on modified component carrier |
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DE (1) | DE10340401A1 (en) |
Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
DE102014112517B3 (en) * | 2014-09-01 | 2015-08-27 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Converter means |
EP3745830A1 (en) * | 2019-05-29 | 2020-12-02 | Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH | Arrangement with a power electronics substrate and a contact element, power electronics unit and power converter |
DE102019114520A1 (en) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh | Power electronics substrate, power electronics module and power converter |
-
2003
- 2003-09-02 DE DE10340401A patent/DE10340401A1/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
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DE102014112517B3 (en) * | 2014-09-01 | 2015-08-27 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Converter means |
EP3745830A1 (en) * | 2019-05-29 | 2020-12-02 | Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH | Arrangement with a power electronics substrate and a contact element, power electronics unit and power converter |
DE102019114524A1 (en) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh | Arrangement with a power electronics substrate and a contact element, power electronics unit and converter |
DE102019114520A1 (en) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh | Power electronics substrate, power electronics module and power converter |
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