DE112014004147T5 - Energieumwandlungsvorrichtung - Google Patents

Energieumwandlungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112014004147T5
DE112014004147T5 DE112014004147.5T DE112014004147T DE112014004147T5 DE 112014004147 T5 DE112014004147 T5 DE 112014004147T5 DE 112014004147 T DE112014004147 T DE 112014004147T DE 112014004147 T5 DE112014004147 T5 DE 112014004147T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
conversion device
terminal
energy conversion
switching elements
negative terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112014004147.5T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112014004147B4 (de
Inventor
Hiroshi Ishino
Yousuke Jinsei
Atsushi Ikegame
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of DE112014004147T5 publication Critical patent/DE112014004147T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112014004147B4 publication Critical patent/DE112014004147B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/0555—Shape
    • H01L2224/05552—Shape in top view
    • H01L2224/05554—Shape in top view being square
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601—Structure
    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/36—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/37—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/37001—Core members of the connector
    • H01L2224/37099—Material
    • H01L2224/371—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/36—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/37—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/37001—Core members of the connector
    • H01L2224/37099—Material
    • H01L2224/371—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/37138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/37147—Copper [Cu] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/40137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H02M1/348—Passive dissipative snubbers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Eine Energieumwandlungsvorrichtung kann drei Anforderungen Beschränken einer Stoßspannung, Sicherstellen hoher Abstrahlungsleistung von Schaltelementen und Beschränken von Überschwingen zur gleichen Zeit erreichen. In einer Energieumwandlungsvorrichtung (100) sind Elementmodule (10H, 10L) von zwei Schaltelementen in einer Dickenrichtung mittels einer Isolierschicht (20) derart gestapelt, dass laterale Oberflächen (S1) parallel zueinander in einer gleichen Orientierung ausgerichtet sind und ein positiver Anschluss (+) eines Schaltelements und ein negativer Anschluss (–) des anderen Schaltelements angeordnet sind, um einander in der Dickenrichtung zu überlappen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung basiert auf der am 10. September 2013 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2013-187550 , auf deren Offenbarung vollinhaltlich Bezug genommen wird.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Energieumwandlungsvorrichtung, die zwei seriell verbundene Schaltelemente eines oberen Arms und eines unteren Arms beinhaltet und eine Last ausgehend von einem Verbindungspunkt der zwei Schaltelemente durch Konvertieren einer Spannung und eines Stroms von einer Gleichstromquelle mit Energie versorgt.
  • HINTERGRUND
  • Eine Energieumwandlungsvorrichtung, die zwei seriell verbundene Schaltelemente eines oberen Arms und eines unteren Arms beinhaltet und eine Last durch Konvertieren einer Spannung und eines Stroms von einer Gleichstromquelle Energie bereitstellt, ist beispielsweise in der JP 2005-287267 A (Patentdokument 1) offenbart.
  • Eine Energieumwandlungsvorrichtung, die in einem Fahrzeug eingesetzt wird, ist erforderlich, um hohe Energiedichte (kompakte Größe und großer Strom) und einen geringen Energieverlust aufzuweisen. Zu diesem Zweck werden ein Strom, eine Spannung und eine Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente erhöht gehalten. Wenn ein Strom, eine Spannung und eine Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente, die Energie bereitstellen, erhöht werden, wird jedoch eine Überspannung bzw. Stoßspannung erhöht, die zur Zeit des Schaltens auftritt. Um einen Schaltverlust zu reduzieren, ist es absolut notwendig, die Stoßspannung zu beschränken. Die Stoßspannung hängt ebenso von einem Wert einer schwebenden Induktivität innerhalb eines Filterkondensators oder eines Leistungsmoduls, das die Energiekonversionsvorrichtung bildet, oder einer Stromschiene, die die vorstehenden Komponenten elektrisch verbindet, ab und die Stoßspannung wird hoch, wenn die schwebende Induktivität groß ist.
  • Die Energieumwandlungsvorrichtung, die in Patentdokument 1 offenbart ist, beinhaltet Leistungsmodule bzw. Energiemodule, in denen jeweils das Schaltelement mit Harz in der Form eines flachen Quaders (flaches rechtwinkeliges Parallelflach) eingegossen ist. Eine positive Elektrode und eine negative Elektrode sind auf einer flachen Oberfläche des Energiemoduls vorgesehen und die andere Oberfläche, die eine Wärmesenkenebene ausbildet, ist mit einem Kühlsubstrat verbunden. Eine positive (oberer Arm) Energiemodulgruppe und eine negative (unterer Arm) Energiemodulgruppe sind derart angeordnet, dass die jeweiligen Oberflächen, die mit den Elektroden versehen sind, mit einem vorbestimmten Intervall gegenüberliegen und einen Zweiwegepfad ausbilden, in dem Strom in die und aus den Modulen, die einander gegenüberliegen, fließt. Aufgrund des Orts und der Konfiguration der Energiemodule, wie vorstehend beschrieben, beschränkt die Energiekonversionsvorrichtung von Patentdokument 1 eine Stoßspannung, so dass diese niedrig ist, indem die schwebende Induktivität, die zwischen den Energiemodulen auftritt, reduziert wird.
  • Andererseits, wenn ein größerer Strom fließt, erzeugen die Schaltelemente in Benutzung einen größeren Wärmebetrag. Es wird somit ebenso notwendig, Abstrahlungsleistung der Schaltelemente zu verbessern. Ein Schaltelement mit exzellenter Abstrahlungsleistung ist beispielsweise in der JP 2003-110064 A offenbart (Patentdokument 2).
  • Das Schaltelement, das in Patentdokument 2 offenbart ist, ist ein doppelseitiges Wärmesenkenelementmodul. Das Elementmodul hat eine Struktur, in der ein Paar Wärmesenken an beide Oberflächen eines Halbleiterchips beispielsweise mittels Lotschichten gebondet ist, und das Elementmodul ist in seiner Gesamtheit mit Harz derart eingegossen, dass jeweilige Außenoberflächen eines Paars der Wärmesenken freigelegt sind. Demzufolge kann Wärme an die beiden Oberflächen des Halbleiterchips freigesetzt werden und eine hohe Abstrahlungsleistung kann erzielt werden. Das Elementmodul von Patentdokument 2 ist ebenso wie ein flaches rechtwinkeliges Parallelflach geformt. Jedoch unterschiedlich zum Leistungsmodul in Patentdokument 1 bildet die Wärmesenke, die zu einer flachen Oberfläche freigelegt ist, eine positive Elektrode und die Wärmesenke, die zur anderen Oberfläche freigelegt ist, bildet eine negative Elektrode.
  • LITERATUR DES STANDS DER TECHNIK
  • PATENTLITERATUR
    • Patentdokument 1: JP 2005-287267 A
    • Patentdokument 2: JP 2003-110064 A
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, ist für eine Energieumwandlungsvorrichtung, die in einem Fahrzeug oder dergleichen eingesetzt wird, erforderlich, eine hohe Energiedichte und einen geringen Energieverlust aufzuweisen. Demzufolge wird eine Beschränkung einer Stoßspannung ein Problem, da ein Strom, eine Spannung und eine Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente erhöht werden. Zusätzlich muss Abstrahlungsleistung der Schaltelemente erhöht werden, wenn ein Strom größer wird. Ferner, um elektromagnetische Verträglichkeit sicherzustellen, muss nicht nur eine Stoßspannung, sondern ebenso Überschwingen, dass zu Rauschen im FM-Band wird, das mit der Stoßspannung einhergeht, beschränkt werden.
  • Daher ist die vorliegende Offenbarung auf eine Energieumwandlungsvorrichtung gerichtet, die zwei seriell verbundene Schaltelemente eines oberen Arms und eines unteren Arms beinhaltet und eine Last ausgehend von einem Verbindungspunkt der zwei Schaltelemente durch Konvertierung einer Spannung und eines Stroms von einer Gleichstromquelle versorgt. Die vorliegende Offenbarung hat eine Aufgabe eine Energieumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die drei Anforderungen Beschränken einer Stoßspannung, Sicherstellen von hoher Abstrahlungsleistung von Schaltelementen und Beschränken von Überschwingen erfüllen kann.
  • Eine Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet zwei seriell verbundene Schaltelemente eines oberen und eines unteren Arms und versorgt eine Last ausgehend von einem Verbindungspunkt der zwei Schaltelemente durch Umwandeln einer Spannung und eines Stroms von einer Gleichstromquelle mit Energie. Jedes der zwei Schaltelemente wird durch ein Elementmodul bereitgestellt, das mit Harz in einer Form eines flachen Quaders geformt ist. In jedem Elementmodul ist eine Wärmesenke, die mit einer positiven Elektrode des Schaltelements verbunden ist, auf einer flachen Oberfläche des flachen Quaders angeordnet und eine Wärmesenke, die mit einer negativen Elektrode des Schaltelements verbunden ist, auf einer gegenüberliegenden flachen Oberfläche des Quaders derart angeordnet, dass äußere Oberflächen der Wärmesenken freigelegt sind. Ein positiver Anschluss, der mit der Wärmesenke gekoppelt ist, die mit der positiven Elektrode verbunden ist, und ein negativer Anschluss, der mit der Wärmesenke gekoppelt ist, die mit der negativen Elektrode verbunden ist, sind von einer lateralen Oberfläche des flachen Quaders extrahiert sind, um sich in einer Dickenrichtung des flachen Quaders nicht zu überlappen.
  • Die Elementmodule der zwei Schaltelemente sind in der Dickenrichtung mittels einer Isolierschicht derart gestapelt, dass die laterale Oberfläche von einem der zwei Schaltelemente und die laterale Oberfläche des anderen der zwei Schaltelemente, von denen jeweils der positive Anschluss und der negative Anschluss extrahiert sind, parallel zueinander mit einer gleichen Orientierung ausgerichtet sind. Der positive Anschluss des einen der Schaltelemente und der negative Anschluss des anderen der Schaltelemente sind angeordnet, um sich in der Dickenrichtung zu überlappen. In einem Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, sind der positive Anschluss und der negative Anschluss elektrisch in einer Umgebung der lateralen Oberfläche der zwei Schaltelemente verbunden, um einen Ausgangsanschluss (nachfolgend auch als O-Anschluss bezeichnet) bereitzustellen, der mit der Last zu verbinden ist. In dem anderen Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, stellt der positive Anschluss des Schaltelements des oberen Arms einen Hochpotentialanschluss (nachfolgend auch als P-Anschluss bezeichnet) bereit, der mit einer Hochpotentialseite der Gleichstromquelle zu verbinden ist, und der negative Anschluss des Schaltelements des unteren Arms stellt einen Niederpotentialanschluss (nachfolgend auch als der N-Anschluss bezeichnet) bereit, der mit einer Niederpotentialseite der Gleichstromquelle zu verbinden ist.
  • Um als Erstes ausreichende Abstrahlungsleistung der Schaltelemente sicherzustellen, adaptiert die Energieumwandlungsvorrichtung ein doppelseitiges Wärmesenkenelementmodul wie folgt. Das heißt, die zwei seriell verbundenen Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms sind durch die Elementmodule ausgebildet, die mit Harz in der Form eines flachen Quaders (flaches rechtwinkeliges Parallelflach) eingegossen sind. Ebenso haben die Elementmodule eine Struktur, in der die Wärmesenke, die mit der positiven Elektrode des Schaltelements verbunden ist, sich auf der einen flachen Oberfläche des Quaders befindet und die Wärmesenke, die mit der negativen Elektrode verbunden ist, sich auf der gegenüberliegenden flachen Oberfläche derart befindet, dass die jeweiligen Außenflächen freigelegt sind.
  • Durch Einsetzen des doppelseitigen Wärmesenkenelementmoduls als die Schaltelemente kann hohe Abstrahlungsleistung verglichen beispielsweise mit einem einseitigen Wärmesenkenelementmodul erreicht werden, in dem eine Wärmesenke nur auf einer Oberfläche des flachen Quaders angeordnet ist. Ebenso sind die Elementmodule die Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms, die separat mit Harz ausgegossen bzw. eingegossen sind. Somit sind die Elementmodule kompakte Module verglichen beispielsweise mit einem Modul, in dem zwei Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms integral mit Harz eingegossen sind, oder einem Modul, in dem drei Schaltelemente entsprechend jeweiligen drei Phasen U, V und W der oberen Arme integral mit Harz eingegossen sind. Demzufolge kann in einem Fall, in dem die zweite Elementmodule, die nachfolgend beschrieben werden, gestapelt sind, die zwei Elementmodule mit einem hohen Genauigkeitsgrad angebracht werden, und sogar wenn eine Temperatur aufgrund von Wärme, die in den Schaltelementen erzeugt wird, ansteigt, wird die Deformation, die durch Verzug oder dergleichen verursacht wird, kleiner.
  • Die Energieumwandlungsvorrichtung setzt eine Struktur, die nachfolgend beschrieben ist, für die jeweiligen Elementmodule der Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms mit dem Ziel der Beschränkung einer Stoßspannung ein. Das heißt, jedes Elementmodul hat eine Struktur, in der der positive Anschluss, der mit der Wärmesenke gekoppelt ist, die mit der positiven Elektrode des Schaltelements verbunden ist, und der negative Anschluss, der mit der Wärmesenke gekoppelt ist, die mit der negativen Elektrode verbunden ist, von einer lateralen Oberfläche des flachen Quaders extrahiert sind, um einander in der Dickenrichtung des Quaders nicht zu überlappen. Die zwei Elementmodule entsprechend den Schaltelementen des oberen Arms und des unteren Arms sind in der Dickenrichtung mittels der Isolierschicht derart gestapelt, dass die laterale Oberfläche des einen der zwei Schaltelemente und die laterale Oberfläche des anderen der zwei Schaltelemente, von denen jeweils der positive Anschluss und der negative Anschluss extrahiert sind, parallel zueinander in derselben Orientierung ausgerichtet sind.
  • In dem vorstehenden gestapelten Zustand sind der positive Anschluss des einen der zwei Schaltelemente und der negative Anschluss des anderen der zwei Schaltelemente angeordnet, um einander in der Dickenrichtung zu überlappen. Das heißt, der positive Anschluss und der negative Anschluss sind derart in einer örtlichen Beziehung zueinander, dass der positive Anschluss und der negative Anschluss sich mindestens teilweise überlappen, wenn sie auf eine Ebene in der Dickenrichtung des flachen Quaders projiziert werden. In dem einen Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, sind der positive Anschluss und der negative Anschluss elektrisch in der Umgebung der lateralen Oberflächen der zwei Schaltelemente verbunden, um den O-Anschluss bereitzustellen, der mit der Last zu verbinden ist. In dem anderen Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, stellt der positive Anschluss des Schaltelements des oberen Arms den P-Anschluss bereit, der mit einer Hochpotentialseite der Gleichstromquelle zu verbinden ist, und der negative Anschluss des Schaltelements des unteren Arms stellt den N-Anschluss bereit, der mit einer Niederpotentialseite der Gleichstromquelle zu verbinden ist.
  • Die örtliche Beziehung der zwei Elementmodule, die die Energieumwandlungsvorrichtung ausbilden, zielt auf Beschränken einer Stoßspannung ΔV ab, indem die Induktivität Ld in der Energieversorgungsschaltung verkleinert wird. Das heißt, in dem anderen Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sich sind, um sich zu überlappen, fließt ein Strom am positiven Anschluss des Schaltelements des oberen Arms, der den P-Anschluss ausbildet, und am negativen Anschluss des Schaltelements des unteren Arms, der den N-Anschluss ausbildet, in einer entgegengesetzten Richtung. Somit wird ein Effekt zum Reduzieren der Induktivität durch Auslöschen bzw. Aufheben magnetischer Flüsse eingesetzt. In dem einen Satz fließt ebenso ein Strom ebenso am negativen Anschluss des Schaltelements des oberen Arms und dem positiven Anschluss des Schaltelements des unteren Arms in einer entgegengesetzten Richtung, bis die beiden elektrisch verbunden sind, um den O-Anschluss auszubilden. Somit wird der induktivitätsreduzierende Effekt, der durch Auslöschen bzw. Aufheben magnetischer Flüsse erlangt wird, ebenso eingesetzt. Aufgrund des induktivitätsreduzierenden Effekts, wie er vorstehend beschrieben ist, kann die Energieumwandlungsvorrichtung die Stoßspannung ΔV einschränken, indem die Induktivität Ld der Energieversorgungsschaltung in der Energieumwandlungsvorrichtung verkleinert wird. Ebenso wird magnetische Energie, die in der Induktivität Ld gespeichert ist, reduziert. Somit wird eine Resonanz mit einer latenten parasitären Kapazitätskomponente in einem Ld-Pfad früh gedämpft und eine Periode, während der Überschwingen auftritt, kann verkürzt werden.
  • Wie beschrieben wurde, sind die zwei Elementmodule, die die Energieumwandlungsvorrichtung ausbilden, kompakte Module, in denen die Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms separat mit Harz eingegossen sind, und können mit einer bzw. einem hohen Genauigkeitsgrad angebracht werden. Sogar wenn eine Temperatur aufgrund von Wärme, die in den Schaltelementen erzeugt wird, ansteigt, wird eine Deformation, die durch Verzug verursacht wird, kleiner. Insbesondere wird eine Deformation eines Metallmaterials wie beispielsweise der Elektroden ebenso kleiner. Somit kann der induktivitätsreduzierende Effekt, der durch Auslöschen bzw. Aufheben magnetischer Flüsse wie vorstehend beschrieben erlangt wird, auf verlässliche Weise zwischen dem positiven Anschluss des einen der zwei Schaltelemente und dem negativen Anschluss des anderen der zwei Schaltelemente eingesetzt werden. Beim Auftreten eines Fehlers in einem der zwei Schaltelemente aufgrund schlechter Herstellung oder aufgrund Wärmeerzeugung muss nur das ausgefallene Elementmodul ersetzt werden. Somit kann eine Fabrikationsausbeute und eine Lebensdauer der Energieumwandlungsvorrichtung verbessert werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Energieumwandlungsvorrichtung derart konfiguriert, dass der positive Anschluss und der negative Anschluss, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, eine örtliche Beziehung derart aufweisen, dass einer der beiden den anderen in der Dickenrichtung abdeckt. Das heißt, der positive Anschluss und der negative Anschluss sind derart in einer örtlichen Beziehung zueinander, dass einer den anderen wenn auf eine Ebene in der Dickenrichtung des flachen Quaders projiziert abdeckt. In einem Fall, in dem der positive Anschluss und der negative Anschluss eine identische Form haben, sind der positive Anschluss und der negative Anschluss derart in einer örtlichen Beziehung zueinander, dass die beiden wenn auf eine Ebene in der Dickenrichtung des flachen Quaders projiziert perfekt übereinstimmen. Somit kann der induktivitätsreduzierende Effekt, der durch Auslöschen bzw. Aufheben von Magnetflüssen erlangt wird, in maximal möglichem Ausmaß eingesetzt werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung haben die Elementmodule der zwei Schaltelemente entsprechend dem jeweiligen oberen und unteren Arm in der Energieumwandlungsvorrichtung die gleiche Struktur. Diese Konfiguration ist nicht nur vom Blickpunkt des Abgleichs der Eigenschaften der Schaltelemente und des Reduzierens der Herstellungskosten bevorzugt, sondern ebenso vom Blickpunkt des Einschränkens einer Stoßspannung.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind der positive Anschluss und der negative Anschluss aus der lateralen Oberfläche jedes Elementmoduls der Energieumwandlungsvorrichtung bei einer gleichen Höhe in der Dickenrichtung extrahiert. Demzufolge werden ein Entwurf bzw. ein Design und ein Anbringen einfacher.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden, um den induktivitätsreduzierenden Effekt zu verbessern, der durch Auslöschen bzw. Aufheben magnetischer Flüsse wie vorstehend beschrieben erlangt wird, der positive Anschluss und der negative Anschluss aus einer von zwei Regionen extrahiert, die in der Dickenrichtung durch einen Bisektor geteilt sind. Aufgrund des fünften Aspekts können in einem Fall, in dem die Elementmodule als der obere Arm und der untere Arm gestapelt sind, der positive Anschluss und der negative Anschluss in der örtlichen Beziehung zum Überlappen einander näher zueinander verglichen mit den Elementmodulen angeordnet werden, von denen der entsprechende positive Anschluss und negative Anschluss von Positionen auf einem Bisektor (Mitte) in der Dickenrichtung extrahiert werden. Somit kann der induktivitätsreduzierende Effekt, der durch Auslöschen bzw. Aufheben magnetischer Flüsse wie vorstehend beschrieben erlangt wird, weiter verstärkt werden. Sogar in einem Fall, in dem die Beschaltung, die nachfolgend beschrieben wird, verbunden wird, kann ein Strompfad der Beschaltung kürzer sein. Demzufolge wird eine Induktivität Ls der Beschaltung kleiner und somit kann die Stoßspannung ΔV eingeschränkt werden.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Energieumwandlungsvorrichtung derart konfiguriert, dass in dem anderen Satz der positiven Elektrode, die den P-Anschluss ausbildet, und der negativen Elektrode, die den N-Anschluss ausbildet, eine Beschaltung, die ein Kondensatorelement aufweist, elektrisch benachbart zu den lateralen Oberflächen der zwei Schaltelemente zwischen dem positiven Element und der negativen Elektrode elektrisch verbunden werden kann.
  • Durch Verbinden der Beschaltung in der Energieumwandlungsvorrichtung kann die Stoßspannung ΔV ferner reduziert werden, indem einem Kondensatorelement der Beschaltung ermöglicht wird, Energie zu absorbieren, die in der Induktivität Ld der Energieversorgungsschaltung angesammelt ist.
  • Die Beschaltung in der Energieumwandlungsvorrichtung dient zum Verbinden der P- und N-Anschlüsse der zwei gestapelten Elementmodule mit einem separaten Bauteil außer den Elementmodulen und ist demnach zur Außenseite der Elementmodule frei gelegt. Somit kann Wärme, die in der Beschaltung erzeugt wird, ausreichend in einem Abstrahlpfad, der sich von einem Abstrahlpfad für Wärme, die in den Schaltelementen erzeugt wird unterscheidet, mittels der Wärmesenken, die mit dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss gekoppelt sind, der zur Außenseite extrahiert ist, und mittels Wärmeableitung in die Luft abgegeben werden.
  • Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden kann die Beschaltung in der Energieumwandlungsvorrichtung ein Metallbauteil, das einen im Wesentlichen U-förmigen Strompfad zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss aufweist und mit einem Schnittabschnitt an einem Mittelpunkt versehen ist, und ein oberflächenmontiertes Kondensatorelement beinhalten, dessen Elektroden mit gegenüberliegenden Seiten des Schnittabschnitts verbunden sind.
  • Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Widerstand mit dem Kondensatorelement in Serie in der Beschaltung verbunden.
  • Ein Widerstandswert Rs des Widerstands, der mit dem Kondensatorelement in Serie verbunden ist, hat einen angemessenen Wert. Ist der Widerstandswert Rs zu klein, kann eine Stoßspannung, die reduziert werden muss, nicht eingeschränkt werden. Ein Strom wird nicht durch parasitäre Induktivität und das Kondensatorelement in der Beschaltung allein verbraucht (Strom wird in der parasitären Induktivität gespeichert) und ein Widerstand, der den Strom konsumiert, wird notwendig. Ebenso tritt die LC-Resonanz, die vorstehend beschrieben ist, einfach auf, was ein weiteres Problem wird. Im Gegensatz dazu, wenn der Widerstandswert Rs zu groß ist, wird eine Stoßspannung, die in den Schaltelementen auftritt, nicht durch die Beschaltungsseite umgangen und die Beschaltung funktioniert nicht mehr.
  • Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Widerstand, der mit dem Kondensatorelement in Serie verbunden ist, durch ein oberflächenmontiertes Widerstandselement ausgebildet sein und Elektroden des Widerstands können mit gegenüberliegenden Seiten eines Schnittabschnitts verbunden sein, der dem im Wesentlichen U-förmigen Metallelement an einer Position bereitgestellt wird, die sich vom Schnittabschnitt, mit dem das Kondensatorelement verbunden, unterscheidet. Alternativ kann der Widerstand durch einen getrimmten Widerstandsabschnitt ausgebildet sein, von dem eine Querschnittsfläche an einem Mittelpunkt des Strompfads reduziert ist, indem an dem Metallbauteil ein im Wesentlichen U-förmiger Einschnitt getätigt wird. Ferner kann der Widerstand durch Kombinieren des oberflächenmontierten Widerstandselements und des getrimmten Widerstandsabschnitts ausgebildet sein. Wenn der getrimmte Widerstandsabschnitt als der Widerstand verwendet wird, kann der Widerstandswert Rs eingestellt werden, nachdem die Beschaltung an der Energieumwandlungsvorrichtung angebracht ist.
  • Die Beschaltung in der vorstehend beschriebenen Energieumwandlungsvorrichtung ist elektrisch kollektiv zwischen dem P-Anschluss des Elementmoduls des oberen Arms und dem N-Anschluss des Elementmoduls des unteren Arms verbunden, die aufeinander gestapelt sind. Jedoch ist eine Konfiguration der Beschaltung nicht auf die vorstehend beschriebene Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Offenbarung die Beschaltung elektrisch zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss einzeln in jedem der gestapelten Elementmodule des oberen Arms und des unteren Arms verbunden sein. Ferner ist die Beschaltung in der Energieumwandlungsvorrichtung, die vorstehend beschrieben ist, eine C-Beschaltung mit einem Kondensator allein oder eine RC-Beschaltung mit einem Kondensatorelement und einem Widerstand. Es ist zu beachten, dass jedoch eine Konfiguration der Beschaltung nicht auf die vorstehenden Konfigurationen beschränkt ist und die Beschaltung eine RCD-Beschaltung sein kann, in der eine Diode parallel mit einem Widerstand verbunden ist.
  • Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Offenbarung setzt, um ausreichende Abstrahlungsleistung der Schaltelemente wie vorstehend beschrieben sicherzustellen, die Energieumwandlungsvorrichtung doppelseitige Wärmesenkenelementmodule ein. Hierbei kann die Energieumwandlungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass die Elementmodule der Schaltelemente mittels einer Isolierschicht zwischen Wasserkühlern angeordnet sind. Somit wird Wärme, die in den Schaltelementen erzeugt wird (Wärme, die in dem Kondensatorelement und dem Widerstand erzeugt wird, wenn die Beschaltung verbunden ist), zu den Wasserkühlern ausgehend von den Wärmesenken, die hin zu den Außenflächen der jeweiligen Elementmodule freigelegt sind, mittels der Isolierschichten transferiert. Demzufolge kann ein starker Kühleffekt eingesetzt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist die vorstehende Energieumwandlungsvorrichtung eine Energieumwandlungsvorrichtung, die drei Anforderungen Beschränken einer Stoßspannung, Sicherstellen hoher Abstrahlungsleistung von Schaltelementen und Beschränken von Überschwingen zur selben Zeit erfüllen kann. Somit kann gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Offenbarung die Energieumwandlungsvorrichtung, die vorstehend beschrieben ist, in einem Fahrzeug eingesetzt werden, für das eine Energieumwandlungsvorrichtung, die hohe Energiedichte und einen kleinen Energieverlust aufweist, erforderlich ist und Beschränkung einer Stoßspannung ein Problem wird, wenn ein Strom, eine Spannung und eine Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente erhöht werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen ersichtlicher.
  • Es zeigen:
  • 1A eine Vorderansicht eines Elementmoduls eines Schaltelements, das in einer Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird;
  • 1B ist eine Untersicht des Elementmoduls, das in 1A dargestellt ist, um durch einen Innenraum zu sehen;
  • 1C eine Schnittansicht entlang der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie IC-IC von 1B;
  • 2A ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration und ein Verwendungsmuster der Energieumwandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 2B eine perspektivische Ansicht, die eine Außenerscheinung der Energieumwandlungsvorrichtung darstellt, die in 2A dargestellt ist;
  • 2C eine schematische Vorderansicht der Energieumwandlungsvorrichtung betrachtet in einer Richtung, die durch einen Pfeil A von 2B angegeben wird;
  • 3A eine perspektivische Ansicht, die eine Außenerscheinung einer Modifikation der Energieumwandlungsvorrichtung darstellt;
  • 3B eine perspektivische Ansicht, die eine Außenerscheinung einer weiteren Modifikation der Energieumwandlungsvorrichtung darstellt;
  • 4A eine Draufsicht, die ein Beispiel eines weiteren Elementmoduls darstellt;
  • 4B eine Untersicht des Elementmoduls, das in 4A dargestellt ist, um durch ein Inneres zu sehen;
  • 4C eine Schnittansicht entlang der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie IVC-IVC von 4B;
  • 5 eine perspektivische Ansicht, die eine Außenerscheinung der Energieumwandlungsvorrichtung unter Verwendung des Elementmoduls von 4A bis 4C darstellt;
  • 6A eine Schnittansicht einer Energieumwandlungsvorrichtung, die ein weiteres Beispiel der Konfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung unter Verwendung des Elementmoduls, das in 1A bis 1C dargestellt ist, darstellt;
  • 6B eine Schnittansicht einer Energieumwandlungsvorrichtung, die ein weiteres Beispiel der Konfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung unter Verwendung des Elementmoduls, das in 4A bis 4C dargestellt ist, darstellt;
  • 7A ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration und ein Verwendungsmuster einer Energieumwandlungsvorrichtung darstellt, die zusätzlich mit einer Beschaltung versehen ist;
  • 7B eine perspektivische Ansicht, die eine Außenerscheinung der Energieumwandlungsvorrichtung darstellt, die in 7A dargestellt ist;
  • 7C eine schematische Vorderansicht der Energieumwandlungsvorrichtung betrachtet in einer Richtung, die durch einen Pfeil A von 7B dargestellt ist;
  • 8A eine perspektivische Ansicht, die eine Außenerscheinung eines weiteren Beispiels der Energieumwandlungsvorrichtung darstellt;
  • 8B eine Draufsicht der Energieumwandlungsvorrichtung, die in 8A dargestellt ist, betrachtet in einer Richtung, die durch einen Pfeil A angegeben ist;
  • 8C eine vergrößerte Ansicht der Beschaltung in der Energieumwandlungsvorrichtung, die in 8B dargestellt ist;
  • 9A eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel einer tatsächlichen Konfiguration der Beschaltung inmitten der Fabrikation darstellt;
  • 9B eine Vorderansicht der Beschaltung, die in 9A dargestellt ist;
  • 9C eine vergrößerte Vorderansicht der kompletten Beschaltung, die in 9B dargestellt ist;
  • 10A eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der tatsächlichen Konfiguration der Beschaltung während der Fabrikation darstellt;
  • 10B eine Vorderansicht der Beschaltung, die in 10A dargestellt ist;
  • 10C eine vergrößerte Vorderansicht der vervollständigten Beschaltung, die in 10B dargestellt ist;
  • 11A eine schematische Ansicht einer Energieumwandlungsvorrichtung, die die Energieumwandlungsvorrichtung, die in 6A dargestellt ist, versehen mit der Beschaltung ist;
  • 11B eine schematische Ansicht einer Energieumwandlungsvorrichtung, die die Energieumwandlungsvorrichtung, die in 6B dargestellt ist, versehen mit der Beschaltung ist; und
  • 12 eine Draufsicht eines Inverters unter Verwendung eines fahrzeuggebundenen Dreiphasenmotors als eine Last, was eine Beispielsanwendung der Energieumwandlungsvorrichtung ist, die in 11A oder 11B dargestellt ist.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung beinhaltet zwei seriell verbundene Schaltelemente eines oberen Arms und eines unteren Arms und versorgt eine Last ausgehend von einem Verbindungspunkt der zwei Schaltelemente mit Energie durch Umwandeln einer Spannung und eines Stroms von einer Gleichstromquelle.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung gemäß den Zeichnungen erläutert.
  • 1A bis 1C sind Ansichten, die ein Beispiel eines Elementmoduls eines Schaltelements darstellen, das in der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendet wird. 1A ist eine Vorderansicht eines Elementmoduls 10. 1B ist eine Untersicht des Elementmoduls 10, um durch ein Inneres zu sehen. 1C ist eine Schnittansicht entlang der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie IC-IC von 1B.
  • 2A bis 2C zeigen ein Beispiel der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung des Schaltelements (Elementmodul 10) von 1A bis 1C. 2A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration und ein Verwendungsmuster einer Energieumwandlungsvorrichtung 100 darstellt, die durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie eingekreist ist. 2B ist eine perspektivische Ansicht, die eine Außenerscheinung der Energieumwandlungsvorrichtung 100 darstellt. 2C ist eine schematische Vorderansicht betrachtet in einer Richtung, die durch einen Pfeil A in 2B angegeben ist. Abschnitte von 2A bis 2C, die gleich zu den Abschnitten von 1A bis 1C sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C ist an einem Fahrzeug installiert wie beispielsweise einem Automobil und wird als eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors oder dergleichen angewandt.
  • Gemäß 2A beinhaltet die Energieumwandlungsvorrichtung 100, die durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie eingekreist ist, zwei seriell verbundene Schaltelemente (Elementmodule 10H und 10L) eines oberen Arms und eines unteren Arms. Die Schaltelemente, die in dem Schaltungsdiagramm von 2A dargestellt sind, sind IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate). Eine Freilaufdiode ist antiparallel mit dem IGBT verbunden. Die Energieumwandlungsvorrichtung 100 versorgt eine Last L ausgehend von einem Verbindungspunkt der zwei Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms durch Konvertieren einer Spannung und eines Stroms von einer Gleichstromquelle mittels eines Glättungskondensators C mit Energie.
  • Die zwei Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms, die die Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C ausbilden, sind jeweils durch Elementmodule 10H und 10L, die mit Harz in der Form eines flachen Quaders eingegossen sind, ausgebildet und haben die gleiche Struktur wie das Elementmodul 10, das in 1A bis 1C dargestellt ist.
  • Wie in 1B dargestellt ist, beinhaltet das Elementmodul 10 von 1A bis 1C einen IGBT-Elementchip 1 und ein Freilaufdiodenelementchip 2, der bzw. die aus Silizium (Si) gefertigt ist bzw. sind, und wie eine Ebene angeordnet ist bzw. sind. Beide Oberflächen der jeweiligen Elementchips 1 und 2 sind zwischen einem Paar Leitungsrahmen 3 und 4 eingepfercht, die als Elektroden und Wärmesenken funktionieren. Die Leitungsrahmen 3 und 4 sind aus einem typischen Leitungsrahmenmaterial gefertigt, wie beispielsweise einer Platte aus einer vernickelten Kupferlegierung.
  • In dem Elementmodul 10 von 1A bis 1C können der IGBT-Elementchip 1 und der Freilaufdiodenelementchip 2 beispielsweise aus Siliziumcarbid (SiC) gefertigt sein. In dem Elementmodul 10 sind der IGBT und die Freilaufdiode (nachfolgend als FWD (Flywheel Diode) bezeichnet) aus separaten Elementchips 1 bzw. 2 ausgebildet. Jedoch können der IGBT und die FWD aus einem einzelnen Elementchip gefertigt sein.
  • Wie in 1C dargestellt ist, ist der Leitungsrahmen 3 an eine Kollektorelektrode des IGBT-Elementchips 1 und eine Kathodenelektrode des antiparallelen FWD-Elementchips 2 mit Lot 5 gebondet und funktioniert als eine positive Hochpotentialelektrode (+). Der Leitungsrahmen 4 ist an eine Emitterelektrode des IGBT-Elementchips 1 und eine Anodenelektrode des antiparallelen FWD-Elementchips 2 mit dem Lot 5 mittels Kupferblöcken 6, die zum Höhenabgleich verwendet werden, gebondet und funktioniert als eine negative Niederpotentialelektrode (–).
  • In dem Elementmodul 10 von 1A bis 1C sind ein Paar der Leitungsrahmen 3 und 4, die Elementchips 1 und 2, die sich zwischen den Leitungsrahmen 3 und 4 befinden, und die Kupferblöcke 6 durch Gießharz 7 eingekapselt. Das Gießharz 7 ist aus einem normalen Gießmaterial wie beispielsweise Epoxidharz gefertigt und durch Transferpressen (engl.: transfer molding) unter Verwendung einer Form (engl.: die) geformt.
  • Wie in 1C dargestellt ist, sind ein Teil des Leitungsrahmens 3 und ein Teil des Leitungsrahmens 4 von dem Gießharz 7 frei gelegt und funktionieren als Wärmesenken 3h bzw. 4h. Somit hat das Elementmodul 10 eine doppelseitige Wärmesenkenkonfiguration, durch die Wärme von den beiden Oberflächen der jeweiligen Elementchips 1 und 2 mittels der Leitungsrahmen 3 und 4 freigegeben wird. In anderen Worten sind in dem Elementmodul 10 die Wärmesenke 3h, die mit der positiven Elektrode des Schaltelements verbunden ist, auf einer flachen Oberfläche des Quaders, der aus dem Gießharz 7 gefertigt ist, und die Wärmesenke 4h, die mit der negativen Elektrode verbunden ist, auf einer gegenüberliegenden flachen Oberfläche derart angeordnet, dass die jeweiligen Außenflächen freigelegt sind.
  • Ferner sind in dem Elementmodul 10 von 1A bis 1C Endabschnitte der Leitungsrahmen 3 und 4 von einer lateralen Oberfläche S1 (vordere Oberfläche von 1A) des Quaders, der aus dem Gießharz 7 gefertigt ist, wie nachfolgend beschrieben, extrahiert und funktionieren als Anschlüsse 3t bzw. 4t. Das heißt, der positive Anschluss (+) 3t, der mit der Wärmesenke 3h gekoppelt ist, die mit der positiven Elektrode (+) des Schaltelements verbunden ist, und der negative Anschluss (–) 4t, der mit der Wärmesenke 4h gekoppelt ist, die mit der negativen Elektrode (–) verbunden ist, sind von der einen lateralen Oberfläche S1 des flachen Quaders extrahiert, um einander in einer Dickenrichtung des Quaders nicht zu überlappen.
  • Insbesondere in dem Elementmodul 10, wie durch eine abwechselnd lang und zwei kurze gestrichelte Linie von 1A angegeben ist, sind der positive Anschluss 3t und der negative Anschluss 4t von der einen lateralen Oberfläche S1 mit einer gleichen Höhe H1 in der Dickenrichtung extrahiert. Genauer gesagt ist die abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelte Linie von 1A ein Bisektor des Elementmoduls 10 in der Dickenrichtung und demnach sind der positive Anschluss 3t und der negative Anschluss 4t ausgehend von der Mitte in der Dickenrichtung extrahiert.
  • In dem Elementmodul 10, wie es in 1B dargestellt ist, sind Signalleitungen 200, die mit einer Steuerelektrode des Schaltelements (Gateelektrode des IGBT-Elementchips 1) verbunden sind, von der anderen lateralen Oberfläche S2 extrahiert, die der lateralen Oberfläche S1 gegenüberliegt, von der der positive Anschluss 3t und der negative Anschluss 4t extrahiert sind. Genauer gesagt ist eine abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelte Linie von 1B ein Bisektor der anderen lateralen Oberfläche S2 in einer Richtung orthogonal zur Dickenrichtung und die Signalleitungen 200 sind von einer von zwei Regionen extrahiert, die durch den Bisektor geteilt sind.
  • In der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C sind die Elementmodule 10H und 10L, die zwei Schaltelemente der gleichen Struktur wie das Elementmodul 10 von 1A bis 1C sind, das vorstehend beschrieben ist, invers miteinander gestapelt, wie in 2B dargestellt ist. Insbesondere liegt in der Energieumwandlungsvorrichtung 100 eine Isolierschicht 20 zwischen den Elementmodulen 10H und 10L vor, um das eine von dem anderen zu isolieren, und die Elementmodule 10H und 10L sind in der Dickenrichtung derart gestapelt, dass die lateralen Oberflächen (vordere Oberfläche, die in 1A dargestellt ist), von denen jeweils der positive Anschluss (+) und der negative Anschluss (–) extrahiert sind, parallel zueinander in einer gleichen Orientierung ausgerichtet sind.
  • Ebenso, wie in 2C dargestellt ist, sind der positive Anschluss (+) von einem Schaltelement und der negative Anschluss (–) des anderen Schaltelements so angeordnet, um einander in der Dickenrichtung zu überlappen. In einem Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um einander zu überlappen, sind der positive Anschluss und der negative Anschluss elektrisch durch ein Metallbauteil in der Umgebung der lateralen Oberflächen S1 verbunden, um einen O-Anschluss (Ausgangsanschluss) auszubilden, der mit der Last L verbunden ist. In dem anderen Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um einander zu überlappen, bildet der positive Anschluss (+) des Schaltelements als der obere Arm einen P-Anschluss (Hochpotentialanschluss), der mit einer Hochpotentialseite der Gleichstromquelle verbunden ist, und der negative Anschluss (–) des Schaltelements als der untere Arm bildet einen N-Anschluss (Niederpotentialanschluss), der mit einer Niederpotentialseite der Gleichstromquelle verbunden ist.
  • Die Energieumwandlungsvorrichtung 100, die in 2A bis 2C beispielhaft dargestellt ist, stellt Energie in Einheiten von zwei seriell verbundenen Schaltelementen des oberen Arms und des unteren Arms bereit, und stellt der Last L Energie ausgehend von dem Verbindungspunkt (O-Anschluss) der zwei Schaltelemente bereit. Beispielsweise im Fall einer Energieumwandlungsvorrichtung (Inverter) unter Verwendung eines fahrzeuggebundenen Dreiphasenmotors als eine Last, ist die Energieumwandlungsvorrichtung aus seriell verbundenen Schaltelementen in drei Einheiten entsprechend jeweiligen Phasen U, V und W ausgebildet und versorgt den Dreiphasenmotor, der eine induktive Last darstellt, ausgehend von einer Batterie der Gleichstromquelle mit Wechselstromenergie.
  • Wie im Überblick über die Erfindung vorstehend beschrieben wurde, muss heutzutage eine Energieumwandlungsvorrichtung, die in einem Fahrzeug oder dergleichen eingesetzt wird, hohe Energiedichte und einen geringen Energieverlust aufweisen und Beschränken einer Stoßspannung und von Überschwingen und eine Abstrahlungsleistung der Schaltelemente werden ein Problem. Somit, um als Erstes ausreichende Abstrahlungsleistung der Schaltelemente sicherzustellen, setzt die Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C das in 1A bis 1C dargestellte doppelseitige Wärmesenkenelementmodul 10 ein. Das heißt, die zwei seriell verbundenen Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms sind durch die Elementmodule 10H bzw. 10L ausgebildet, die jeweils mit Harz in der Form eines flachen Quaders eingegossen sind. Wie in 1A bis 1C dargestellt ist, haben die Elementmodule 10H und 10L eine Struktur, in der die Wärmesenke 3h, die mit der positiven Elektrode (+) des Schaltelements verbunden ist, auf einer flachen Oberfläche des Quaders und die Wärmesenke 4h, die mit der negativen Elektrode (–) verbunden ist, auf der gegenüberliegenden flachen Oberfläche derart angeordnet sind, dass die jeweiligen Außenflächen freigelegt sind.
  • Durch Einsetzen der doppelseitigen Wärmesenkenelementmodule 10H und 10L als die Schaltelemente kann hohe Abstrahlungsleistung wie nachfolgend beschrieben verglichen beispielsweise mit einem einseitigen Wärmesenkenelementmodul eingesetzt werden, in dem eine Wärmesenke nur auf einer Oberfläche eines flachen Quaders angeordnet ist. Ebenso sind die Elementmodule 10H und 10L, die die Energieumwandlungsvorrichtung 100 ausbilden, Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms, die separat mit Harz eingegossen sind. Somit sind die Elementmodule 10H und 10L verglichen mit beispielsweise einem Modul, in dem zwei Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms integral mit dem Harz eingegossen sind, oder einem Modul, in dem drei Schaltelemente entsprechend den jeweiligen Phasen U, V und W des oberen Arms integral mit Harz eingegossen sind, kompakte Module. Demzufolge, wenn die zwei Elementmodule 10H und 10L gestapelt sind, wie in der Energieumwandlungsvorrichtung 100, können die Elementmodule 10H und 10L mit einem hohen Genauigkeitsgrad angebracht werden und sogar wenn eine Temperatur aufgrund von Wärme, die in den Schaltelementen erzeugt wird, ansteigt, wird eine Deformation, die durch einen Verzug oder dergleichen verursacht wird, kleiner.
  • Die Energieumwandlungsvorrichtung 100, die in 2A bis 2C beispielhaft dargestellt ist, setzt eine Struktur, die nachfolgend beschrieben ist, für die jeweiligen Elementmodule 10H und 10L der Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms mit dem Ziel der Beschränkung einer Stoßspannung ein. Das heißt, wie in 1A bis 1C dargestellt ist, hat jedes der Elementmodule 10H und 10L eine Struktur, in der der positive Anschluss (+), der mit der positiven Elektrode des Schaltelements gekoppelt ist, und der negative Anschluss (–), der mit der negativen Elektrode gekoppelt ist, von einer lateralen Oberfläche S1 extrahiert sind, um einander in der Dickenrichtung des flachen Quaders, der aus dem Gießharz 7 gefertigt ist, nicht zu überlappen. Wie in 2B und 2C dargestellt ist, sind die Elementmodule 10H und 10L entsprechend dem oberen Arm bzw. dem unteren Arm in der Dickenrichtung mittels der Isolierschicht 20 derart gestapelt, dass die jeweiligen lateralen Oberflächen S1, von denen der entsprechende positive Anschluss und negative Anschluss extrahiert sind, parallel zueinander in der gleichen Orientierung ausgerichtet sind.
  • In dem vorstehenden gestapelten Zustand sind der positive Anschluss (+) von einem Schaltelement und der negative Anschluss (–) des anderen Schaltelements so angeordnet, um einander in der Dickenrichtung zu überlappen. Das heißt, der positive Anschluss und der negative Anschluss sind derart in einer örtlichen Beziehung, dass der positive Anschluss und der negative Anschluss wenn auf eine Ebene in der Dickenrichtung des flachen Quaders projiziert sich mindestens teilweise überlappen. In einem Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, sind der positive Anschluss und der negative Anschluss in der Umgebung der lateralen Oberflächen S1 elektrisch verbunden, von denen jeweils der positive Anschluss und der negative Anschluss extrahiert sind, um den O-Anschluss auszubilden, der mit der Last L verbunden ist. In dem anderen Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, bildet der positive Anschluss (+) des Schaltelements des unteren Arms den P-Anschluss aus, der mit einer Hochpotentialseite der Gleichstromquelle verbunden ist, und der negative Anschluss (–) des Schaltelements des unteren Arms bildet den N-Anschluss aus, der mit einer Niederpotentialseite der Gleichstromquelle verbunden ist.
  • Eine Stoßspannung ΔV, die in der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C auftritt, erfüllt eine Beziehung, die durch Gleichung (1) wie folgt ausgedrückt ist: ΔV = Ld × (dl/dt) (1), wobei Ld eine Induktivität in einer Energieversorgungsschaltung ist, die durch eine unterbrochene Linie in 2A dargestellt ist, und dl/dt eine Stromänderungsrate ist.
  • Eine Zunahme der Energiedichte (größerer Strom) und eine Abnahme des Energieverlusts (schnelleres Schalten) der Energieumwandlungsvorrichtung, die vorstehend beschrieben ist, findet in einer Richtung statt, in der die Stromänderungsrate dl/dt auf der rechten Seite von Gleichung (1) zunimmt. Somit ist es, um die Stoßspannung ΔV zu beschränken, notwendig, die Induktivität Ld der Energieversorgungsschaltung so klein wie möglich zu machen.
  • Die örtliche Beziehung der zwei Elementmodule 10H und 10L, die die Energieumwandlungsvorrichtung 100 wie vorstehend beschrieben ausbilden, zielt auf die Beschränkung der Stoßspannung ΔV ab, indem die Induktivität Ld der Energieversorgungsschaltung verkleinert wird. Das heißt, hinsichtlich des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, wie in 2B dargestellt ist, fließt ein Strom in einer entgegengesetzten Richtung am positiven Anschluss des Schaltelements des oberen Arms, der den P-Anschluss ausbildet, und am negativen Anschluss des Schaltelements des unteren Arms, der den N-Anschluss ausbildet. Somit wird ein Effekt zum Reduzieren der Induktivität durch Auslöschen bzw. Aufheben magnetischer Flüsse eingesetzt. Ein Strom fließt in einer entgegengesetzten Richtung ebenso am negativen Anschluss des Schaltelements des oberen Arms und am positiven Anschluss des Schaltelements des unteren Arms bis die beiden elektrisch verbunden sind, um den O-Anschluss auszubilden. Somit wird der induktivitätsreduzierende Effekt, der durch Auslöschen bzw. Aufheben von Magnetflüssen erlangt wird, ebenso eingesetzt. Aufgrund des vorstehenden induktivitätsreduzierenden Effekts kann die Stoßspannung der Spannung ΔV eingeschränkt werden, indem die Induktivität Ld der Energieversorgungsschaltung in der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C verkleinert wird. Ebenso wird die magnetische Energie, die in der Induktivität Ld gespeichert ist, reduziert, wenn die Induktivität Ld kleiner wird. Somit wird eine Resonanz mit einer latenten parasitären Kapazitätskomponente in einem Ld-Pfad früh gedämpft und eine Periode, während der Überschwingen auftritt, kann verkürzt werden, das heißt, ein überschwingungsbeschränkender Effekt kann erlangt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, sind die zwei Elementmodule 10H und 10L, die die Energieumwandlungsvorrichtung ausbilden, kompakte Module, in denen Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms separat mit Harz eingegossen sind, und sie können mit einem hohen Genauigkeitsgrad angebracht werden. Sogar wenn eine Temperatur aufgrund Wärme, die in den Schaltelementen erzeugt wird, ansteigt, wird eine Deformation, die durch einen Verzug verursacht wird, kleiner. Insbesondere wird eine Deformation eines Metallmaterials wie beispielsweise der Elektroden ebenso kleiner. Somit kann der induktivitätsreduzierende Effekt, der durch Auslöschen bzw. Aufheben magnetischer Flüsse wie vorstehend beschrieben erlangt wird, auf verlässliche Weise zwischen dem positiven Anschluss eines Schaltelements und dem negativen Anschluss des anderen Schaltelements eingesetzt werden. Beim Auftreten eines Fehlers in einem der zwei Schaltelemente aufgrund schlechter Herstellung oder Wärmeerzeugung muss nur das ausgefallene Elementmodul ersetzt werden. Somit kann eine Fabrikationsausbeute und eine Lebensdauer der Energieumwandlungsvorrichtung verbessert werden.
  • Die Energieumwandlungsvorrichtung 100, die in 2A bis 2C beispielhaft dargestellt ist, wird nun im Detail erläutert.
  • In der Energieumwandlungsvorrichtung, die durch Stapeln von zwei Elementmodulen ausgebildet ist, ist es bevorzugter, dass der positive Anschluss (+) und der negative Anschluss (–) derart in einer örtlichen Beziehung zueinander sind, dass einer der Anschlüsse den anderen Ende in der Dickenrichtung abdeckt. Das heißt, der positive Anschluss und der negative Anschluss sind derart in einer örtlichen Beziehung, dass einer den anderen wenn auf eine Ebene in der Dickenrichtung des flachen Quaders projiziert abdeckt. Die zwei Elementmodule 10H und 10L in der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C haben die gleiche Struktur und der positive Anschluss und der negative Anschluss haben eine identische Form. Somit, wenn die zwei Elementmodule 10H und 10L gestapelt sind, wie in 2C dargestellt ist, sind der positive Anschluss und der negative Anschluss derart in einer örtlichen Beziehung, dass die beiden perfekt übereinstimmen wenn auf eine Ebene in der Dickenrichtung des flachen Quaders projiziert. Demzufolge kann der induktivitätsreduzierende Effekt, der wie vorstehend beschrieben durch Auslöschen bzw. Aufheben von Magnetflüssen erlangt wird, in größtmöglichem Ausmaß eingesetzt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es bevorzugt, dass die Elementmodule der zwei Schaltelemente entsprechend dem jeweiligen oberen und unteren Arm in der Energieumwandlungsvorrichtung die gleiche Struktur nicht nur vom Blickpunkt der übereinstimmenden Eigenschaften der Schaltelemente und Reduzieren der Herstellungskosten, sondern ebenso ausgehend vom Blickpunkt des Beschränkens der Stoßspannung aufweisen.
  • In den Elementmodulen 10H und 10L, die die Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C ausbilden, sind die Signalleitungen 200, die mit den Steuerelektroden der Schaltelemente verbunden sind, von den lateralen Oberflächen S2, die den lateralen Oberflächen S1 gegenüberliegen, extrahiert, von denen der entsprechende positive Anschluss und negative Anschluss extrahiert sind. Demzufolge sind, sogar wenn die zwei Elementmodule 10H und 10L wie vorstehend beschrieben gestapelt sind, wie in 2B dargestellt ist, eine Richtung, in der die positiven Anschlüsse und die negativen Anschlüsse extrahiert sind, und eine Richtung, in der die Signalleitungen 200 extrahiert sind, entgegengesetzt. Demzufolge wird eine Leitungsverbindung der jeweiligen Anschlüsse und der Signalleitungen 200 einfacher.
  • Ferner sind in den Elementmodulen 10H und 10L, die die gleiche Struktur wie das Elementmodul 10 von 1A bis 1C aufweisen, die Signalleitungen 200 von der lateralen Oberfläche S2 in einer von zwei Regionen extrahiert, die durch den Bisektor in einer Richtung orthogonal zur Dickenrichtung geteilt sind. Demzufolge können sogar, wenn die zwei Elementmodule 10H und 10L wie vorstehend beschrieben gestapelt sind, wie in 2B dargestellt ist, die Signalleitungen des oberen Arms und die Signalleitungen des unteren Arms davor bewahrt werden, sich zu überlappen. Demzufolge wird eine Leitungsverbindung mit den jeweiligen Signalleitungen einfacher.
  • Eine Modifikation der Energieumwandlungsvorrichtung 100, die in 2A bis 2C dargestellt ist, wird nachfolgend beschrieben.
  • 3A und 3B sind perspektivische Ansichten, die eine Außenerscheinung bzw. die Außenerscheinungen von Energieumwandlungsvorrichtungen 101 bzw. 102 darstellen.
  • In jeder der Energieumwandlungsvorrichtungen 101 und 102, die in 3A bzw. 3B dargestellt sind, werden Elementmodule 10H und 10L, die die gleichen wie die sind, die in der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C verwendet werden, verwendet und invers aufeinander mittels der Isolierschicht 20 auf gleiche Weise wie in der Energieumwandlungsvorrichtung 100 gestapelt.
  • In der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C, wie in 2B dargestellt ist, wird das Metallbauteil 30 zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss, die zusammen den O-Anschluss bilden, eingeschoben und der positive Anschluss und der negative Anschluss sind elektrisch in der Umgebung der lateralen Oberflächen S1 verbunden. Das Metallbauteil 30 zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss verbindet nicht nur elektrisch den positiven Anschluss und den negativen Anschluss, sondern funktioniert ebenso als ein Abstandshalter zum Fixieren eines Intervalls in der Dickenrichtung.
  • In der Energieumwandlungsvorrichtung 101, die in 3A dargestellt ist, ist jedoch ein Isolierbauteil 31, das als ein Abstandshalter funktioniert, ebenso zwischen einem Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die den P-Anschluss bzw. den N-Anschluss ausbilden, eingefügt, um ein Intervall in der Dickenrichtung zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, zu fixieren. Demzufolge bleibt das Intervall zwischen den positiven Anschlüssen und den negativen Anschlüssen unveränderlich, sogar wenn eine externe Kraft oder Wärme ausgeübt wird. Demzufolge kann der induktivitätsreduzierende Effekt, der durch Auslöschen bzw. Aufheben von Magnetflüssen wie vorstehend beschrieben erreicht wird, auf stabile Weise eingesetzt werden.
  • In der Energieumwandlungsvorrichtung 102, die in 3B dargestellt ist, wird das Metallbauteil 30 durch ein Metallbauteil 32 ersetzt, das im Wesentlichen wie ein Buchstabe „U” betrachtet in einer Richtung, die durch einen Pfeil A angegeben ist, geformt ist, und der positive Anschluss und der negative Anschluss, die zusammen den O-Anschluss ausbilden, sind elektrisch von außerhalb verbunden. Durch Sicherstellen, dass das Metallbauteil 32 eine vorbestimmte Dicke hat, wird das Metallbauteil 32 ebenso in die Lage versetzt, als ein Abstandshalter zum Fixieren eines Intervalls in der Dickenrichtung zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss zu funktionieren.
  • 4A bis 4C sind Ansichten, die ein Beispiel eines weiteren Elementmoduls von Schaltelementen, die in der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, darstellt. 4A ist eine Vorderansicht eines Elementmoduls 11 und 4B ist eine Untersicht des Elementmoduls 11 zum Blicken durch ein Inneres. 4C ist eine Schnittansicht entlang der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie IVC-IVC von 4B. Abschnitte des Elementmoduls 11 von 4A bis 4C, die gleich den Abschnitten des Elementmoduls 11 von 1A bis 1C sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Außenerscheinung einer Energieumwandlungsvorrichtung 103 darstellt, die ein Beispiel der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung des Schaltelements (Elementmodul 11) von 4A bis 4C ist. In der Energieumwandlungsvorrichtung 103 von 5 haben Elementmodule 11H und 11L von zwei Schaltelementen als ein oberer Arm und ein unterer Arm dieselbe Struktur wie das Elementmodul 11 von 4A bis 4C und sind invers miteinander mittels einer Isolierschicht 20 gestapelt.
  • Ein Unterschied des Elementmoduls 11 des Schaltelements, das in 4A bis 4C dargestellt ist, zum Elementmodul 10 des Schaltelements, das in 1A bis 1C dargestellt ist, ist eine Höhe H2 eines positiven Anschlusses (+) 3ta und eines negativen Anschlusses (–) 4ta, die von einer lateralen Oberfläche S1 eines Quaders, das aus Gießharz 7 gefertigt ist, extrahiert sind.
  • In dem Elementmodul 10 von 1A bis 1C haben der positive Anschluss 3t und der negative Anschluss 4t die gleiche Höhe H1 in der Dickenrichtung und sind von Positionen auf einem Bisektor in der Dickenrichtung des Elementmoduls 10, der durch die abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelte Linie angegeben ist, das heißt, von der Mitte in der Dickenrichtung extrahiert. Im Gegensatz dazu sind in dem Elementmodul 11 von 4A bis 4C der positive Anschluss 3ta und der negative Anschluss 4ta von derselben Höhe H2 in der Dickenrichtung in einer oberen Region von zwei Regionen extrahiert, die in der Dickenrichtung durch einen Bisektor geteilt sind, der durch eine abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelte Linie von 4A angegeben ist.
  • Aufgrund der vorstehenden Konfiguration können in der Energieumwandlungsvorrichtung 103 von 5, in der die Elementmodule 11H und 11L mit derselben Struktur wie die Struktur von 4A bis 4C invers miteinander gestapelt sind, der positive Anschluss (+) und der negative Anschluss (–) in der örtlichen Beziehung, sich einander zu überlappen, näher aneinander verglichen mit der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C angeordnet werden. Somit kann der induktivitätsreduzierende Effekt, der durch Auslöschen bzw. Aufheben von Magnetflüssen wie vorstehend beschrieben ist, mit der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C erlangt wird, der eingesetzt wird, indem einem Strom erlaubt wird, in eine entgegengesetzte Richtung zu fließen, ferner verbessert werden. Sogar in einem Fall, in dem eine Beschaltung, die nachfolgend beschrieben ist, verbunden wird, kann ein Strompfad der Beschaltung kürzer sein. Demzufolge wird eine Induktivität Ls der Beschaltung kleiner und somit kann die Stoßspannung ΔV eingeschränkt werden.
  • Das Elementmodul 11 von 4A bis 4C unterscheidet sich von dem Elementmodul 10 von 1A bis 1C dadurch, dass eine Kerbe 7a, die durch die laterale Oberfläche S1 des Quaders verläuft, das aus dem Gießharz 7 gefertigt ist, in der Dickenrichtung zwischen dem positiven Anschluss (+) und dem negativen Anschluss (–) vorgesehen ist. Die Induktivität Ld wird größer, wenn der positive Anschluss 3ta und der negative Anschluss 4ta beabstandet sind. Jedoch kann durch Bereitstellen der Kerbe 7a eine Kriechentladung, die einfach zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss auftritt, wenn ein Raum zwischen den zwei Anschlüssen geschmälert wird, vermieden werden.
  • 6A und 6B sind Schnittansichten von Energieumwandlungsvorrichtungen 104 bzw. 105. 6A zeigt ein weiteres Beispiel der Konfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung unter Verwendung des Elementmoduls 10 von 1A bis 1C und 6B zeigt ein weiteres Beispiel der Konfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung unter Verwendung des Elementmoduls 11 von 4A bis 4C.
  • In der Energieumwandlungsvorrichtung 104 von 6A sind Elementmodule 10H und 10L als der obere Arm und der untere Arm der gleichen Struktur wie das Elementmodul 10, das in 1A bis 1C dargestellt ist, invers auf gleiche Weise wie in der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C gestapelt. In der Energieumwandlungsvorrichtung 105 von 6B sind Elementmodule 11H und 11L des oberen Arms und des unteren Arms von derselben Struktur wie das Elementmodul 11, das in 4A bis 4C dargestellt sind, invers auf gleiche Weise wie in der Energieumwandlungsvorrichtung 103 von 5 gestapelt.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, sind das Elementmodul 10, das in 1A bis 1C dargestellt ist, und das Elementmodul 11, das in 4A bis 4C dargestellt ist, doppelseitige Wärmesenkenelementmodule, die jeweils die Wärmesenke 3h und 4h entsprechend zugeordnet auf einer und gegenüberliegenden flachen Oberflächen des Quaders, der aus dem Gießharz 7 gefertigt ist, angeordnet haben. Die Energieumwandlungsvorrichtung 104 und 105, die in 6A bzw. 6B dargestellt ist, sind demnach derart konfiguriert, dass die Elementmodule 10H und 10L angeordnet sind, und die Elementmodule 11H und 11L zwischen Wasserkühlen 50 mittels Isolierschichten 21 angeordnet sind. Somit wird Wärme, die in den Schaltelementen (Wärme, die in einem Kondensatorelement und einem Widerstand erzeugt wird, wenn die Beschaltung, die nachfolgend beschrieben ist, verbunden wird) erzeugt wird, an die Wasserkühler 50 ausgehend von den Wärmesenken 3h und 4h, die zu den Außenflächen jedes Elementmoduls freigelegt sind, mittels der Isolierschicht 21 transferiert. Demzufolge wird es den Energieumwandlungsvorrichtungen 104 und 105, die in 6A bzw. 6B dargestellt sind, möglich, einen großen Kühleffekt einzusetzen und somit ausreichende Abstrahlungsleistung der Schaltelemente sicherzustellen.
  • Die Isolierschichten 21 können beispielsweise eine folgende Konfiguration einsetzen. Das heißt, eine Dreifachschichtisolierschicht, die aus einer Schicht Wärmeleitpaste, einer Schicht Keramiksubstrat (Si3N4, AlN, Al2O3 oder dergleichen) und einer weiteren Schicht Wärmeleitpaste gefertigt ist, befindet sich zwischen der Wärmesenke und dem Wasserkühler. Alternativ kann sich eine Wärmesenken- und Isolierschicht (beispielsweise Epoxid-basiertes Harz, das mit anorganischem Füller wie beispielsweise Al2O3, BN und AlN gemischt ist, um hohe thermische Leitfähigkeit aufzuweisen) zwischen der Wärmesenke und dem Wasserkühler befinden.
  • Wie durch die Intervalle W1 und W2 von 6A bzw. 6B angegeben ist, können der positive Anschluss (+) und der negative Anschluss (–) in der örtlichen Beziehung, sich einander zu überlappen, näher aneinander in der Energieumwandlungsvorrichtung 105 von 6B als in der Energieumwandlungsvorrichtung 104 von 6A sein. Somit ist, da der induktivitätsreduzierende Effekt, der durch Auslöschen bzw. Aufheben von Magnetflüssen erlangt wird, ferner erhöht werden kann, die Konfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung 105 von 6B bevorzugter als die Konfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung 104 von 6A.
  • In den vorstehend beschriebenen Energieumwandlungsvorrichtungen kann eine Beschaltung elektrisch zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss, die den P-Anschluss bzw. den N-Anschluss ausbilden, verbunden werden, um ferner die Stoßspannung ΔV zusätzlich zum induktivitätsreduzierenden Effekt zu reduzieren, der durch Auslöschen bzw. Aufheben von Magnetflüssen erreicht wird.
  • 7A bis 7C zeigen ein Beispiel einer Energieumwandlungsvorrichtung, die die Energieumwandlungsvorrichtung 100 ist, die in 2A bis 2C dargestellt ist, zusätzlich ausgestattet mit einer Beschaltung ist. 7A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration und ein Verwendungsmuster einer Energieumwandlungsvorrichtung 110 darstellt, die durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie eingekreist ist. 7B ist eine perspektivische Ansicht, die eine Außenerscheinung der Energieumwandlungsvorrichtung 110 darstellt. 7C ist eine schematische Vorderansicht betrachtet in einer Richtung, die durch einen Pfeil A von 7B angegeben ist. Abschnitte der Energieumwandlungsvorrichtung 110 von 7A bis 7C, die gleich den Abschnitten der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Wie bei der Energieumwandlungsvorrichtung 100, die in dem Schaltungsdiagramm von 2A dargestellt ist, beinhaltet die Energieumwandlungsvorrichtung 110, die durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in dem Schaltungsdiagramm von 7A eingekreist ist, zwei seriell verbundene Schaltelemente (Elementmodule 10H und 10L) eines oberen Arms und eines unteren Arms. Die Energieumwandlungsvorrichtung 110 versorgt eine Last L ausgehend von einem Verbindungspunkt der zwei Schaltelemente des oberen Arms und des unteren Arms durch Konvertieren einer Spannung und eines Stroms von einer Gleichstromquelle mittels eines Glättungskondensators C mit Energie. Indessen ist zusätzlich zur Schaltungskonfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A eine Beschaltung 40, die aus einem Kondensator Cs und einem Widerstand Rs besteht, die in Serie verbunden sind, neben lateralen Oberflächen S1 zwischen einem P-Anschluss und einem N-Anschluss in der Energieumwandlungsvorrichtung 110 von 7A verbunden.
  • In der Energieumwandlungsvorrichtung 110 einer tatsächlichen Konfiguration, die in 7B und 7C dargestellt ist, ist die Beschaltung 40 einer tatsächlichen Konfiguration wie nachfolgend beschrieben, zusätzlich zwischen dem positiven Anschluss (+) und dem negativen Anschluss (–), die den P-Anschluss bzw. den N-Anschluss ausbilden, in der Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2B und 2C vorgesehen. Das heißt, die Beschaltung 40 in der Energieumwandlungsvorrichtung 110 von 7A bis 7C beinhaltet ein Metallbauteil 33, das im Wesentlichen wie ein Buchstabe „U” betrachtet in einer Richtung, die durch einen Pfeil A von 7B angegeben ist, geformt ist und mit Schnittabschnitten an Mittelpunkten versehen ist, und oberflächenmontierte Kondensatorelemente 41 und Widerstandselemente 42, von denen Elektroden mit gegenüberliegenden Seiten der Schnittabschnitte verbunden sind. Die Beschaltung 40, die wie in den Zeichnungen dargestellt konfiguriert ist, ist elektrisch zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss, die den P-Anschluss bzw. den N-Anschluss ausbilden, in der Umgebung der lateralen Oberflächen S1 verbunden. Um die Beschaltung 40 zu verbinden, kann die Beschaltung 40 mit Schrauben wie nachfolgend beschrieben oder durch Löten oder Schweißen befestigt werden.
  • Die Beschaltung 40 in der Energieumwandlungsvorrichtung 110, die in 7B und 7C dargestellt ist, dient zum Verbinden der P- und N-Anschlüsse der zwei gestapelten Elementmodule 10H und 10L mit einem separaten Bauteil außer den Elementmodulen und ist demnach zur Außenseite der Elementmodule freigelegt. Somit kann Wärme, die in der Beschaltung 40 erzeugt wird, ausreichend in einem Abstrahlpfad, der sich von einem Abstrahlpfad von Wärme, die in den Schaltelementen erzeugt wird, unterscheidet, mittels der Wärmesenke, die mit dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss gekoppelt sind, die zur Außenseite extrahiert sind, und mittels Wärmeableitung in die Luft abgegeben werden.
  • Die Beschaltung 40 in der Energieumwandlungsvorrichtung 110, die in 7A dargestellt ist, ist eine RC-Beschaltung, in der der Widerstand Rs mit dem Kondensator Cs in Serie verbunden ist. Es ist zu beachten, dass jedoch die Beschaltung 40 nicht auf die RC-Beschaltung beschränkt ist und ein bestimmter Reduzierungseffekt der Stoßspannung ΔV sogar erlangt werden kann, wenn die Beschaltung 40 eine C-Beschaltung ist, die nur den Kondensator Cs aufweist. Alternativ kann die Beschaltung 40 eine RCD-Beschaltung sein, in der eine Diode mit dem Widerstand Rs parallel verbunden ist.
  • In der Schaltungskonfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung 110, die in 7A dargestellt ist, wird als Erstes ein Reduzierungseffekt der Stoßspannung ΔV, der durch den Kondensator Cs der Beschaltung 40 allein erlangt wird, beschrieben.
  • Durch Verbinden der Beschaltung wie vorstehend mit der Energieumwandlungsvorrichtung kann die Stoßspannung ΔV, die durch Gleichung 1 ausgedrückt ist, wie nachfolgend beschrieben, reduziert werden, indem dem Kondensatorelement der Beschaltung ermöglicht wird, Energie, die in der Induktivität Ld der Energieversorgungsschaltung angesammelt ist, zu absorbieren.
  • In der Energieumwandlungsvorrichtung, die zusätzlich mit der Beschaltung versehen ist, hat die Stoßspannung ΔV, die in der Energieumwandlungsvorrichtung auftritt, eine Beziehung, die durch Gleichung (2) wie folgt ausgedrückt ist: ΔV = I × √(Ld/Cs) + Ls × (dl/dt) (2), wobei Ls eine Induktivität der Beschaltung und Cs ein Kapazitätswert des Kondensatorelements der Beschaltung ist, wie sie in 7A dargestellt ist.
  • Die Stoßspannung ΔV, wenn die Beschaltung wie durch Gleichung (2) ausgedrückt ist, verbunden ist, kann auf einen ausreichend kleinen Wert verglichen zur Stoßspannung ΔV beschränkt werden, wenn die Beschaltung nicht verbunden ist, wie durch die vorstehende Gleichung (1) ausgedrückt ist. Das heißt, in Gleichung (2) ist der erste Term auf der rechten Seite bezüglich der Induktivität Ld der Energieversorgungsschaltung ein Ausdruck innerhalb der Quadratwurzel. Somit kann unter Verwendung eines Kondensatorelements mit einem vorbestimmten Kapazitätswert, der erste Ausdruck auf der rechten Seite kleiner als der zweite Ausdruck auf der rechten Seite bezüglich der Induktivität Ls der Beschaltung gemacht werden. Ebenso, wie in 7B dargestellt ist, hat die Leitung (Schleife) eine kurze Länge. Somit hat die Induktivität Ls der Beschaltung einen ausreichend kleinen Wert verglichen mit der Induktivität Ld der Energieversorgungsschaltung. Der zweite Term auf der rechten Seite von Gleichung (2) nimmt deshalb einen Wert, der ausreichend kleiner als der Wert der rechten Seite der Gleichung (1) ist.
  • Insbesondere fließt in der vorstehend beschriebenen Energieumwandlungsvorrichtung hinsichtlich des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, ein Strom in einer entgegengesetzten Richtung am positiven Anschluss des oberen Arms, der den P-Anschluss ausbildet, und am negativen Anschluss des unteren Arms, der den N-Anschluss ausbildet, und demnach wird der Reduzierungseffekt der Induktivität Ld, der durch Auslöschung bzw. Aufheben magnetischer Flüsse wie vorstehend beschrieben erlangt wird, eingesetzt. Demzufolge kann der erste Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung (2) kleiner als der zweite Ausdruck gemacht werden, indem ein Kondensatorelement verwendet wird, das einen relativ kleinen Kapazitätswert Cs aufweist. Ebenso sind in der vorstehend beschriebenen Energieumwandlungsvorrichtung der positive Anschluss des oberen Arms, der den P-Anschluss ausbildet und der negative Anschluss des unteren Arms, der den N-Anschluss ausbildet, angeordnet, um sich zu überlappen. Somit kann die Beschaltung, die zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss ausgebildet ist, mit der kürzesten Leitungslänge ausgebildet werden. Demzufolge kann die Induktivität Ls der Beschaltung, was der zweite Ausdruck auf der rechten Seite von der vorstehenden Gleichung (2) ist, ebenso auf ein Minimum reduziert werden und ein Effekt, der durch Verbinden der Beschaltung erlangt wird, kann in größtmöglichem Ausmaß eingesetzt werden.
  • In der Schaltungskonfiguration der Energieumwandlungsvorrichtung 110, die in 7A dargestellt ist, wird eine Wirkung, die durch Verbinden des Widerstands Rs mit dem Kondensator Cs in Serie in der Beschaltung 40 erlangt wird, nachfolgend beschrieben.
  • In der in 7A dargestellten Energieumwandlungsvorrichtung 110 tritt in einem Fall, in dem der Widerstand nicht mit dem Kondensator Cs in Serie in der Beschaltung 40 verbunden ist, eine LC-Resonanz zwischen der Induktivität Ld der Energieversorgungsschaltung und dem Kondensatorelement Cd in der Beschaltung 40 auf und Überschwingen wird größer. Ist Rs ein Widerstandswert des Widerstands, der mit dem Kondensatorelement in Serie verbunden ist, dann wird ein Dämpfungskoeffizient ζ der LC-Resonanz durch Gleichung (3) wie folgt ausgedrückt: ζ = (Rs/2) × √(Cs/Ld) (3).
  • In einem Fall, in dem der Widerstand nicht mit dem Kondensatorelement in Serie in der Beschaltung 40 verbunden ist, wird Rs = 0 auf der rechten Seite der vorstehenden Gleichung (3) eingefügt. Somit wird der Dämpfungskoeffizient ζ = 0 erlangt (Dämpfung tritt nicht auf).
  • Der Widerstandswert Rs des Widerstands, der mit dem Kondensatorelement in Serie verbunden ist, hat einen angemessenen Wert. Wenn der Widerstandswert Rs zu klein ist, kann ein Stoß, der reduziert werden muss, nicht um viel beschränkt werden. Ein Strom wird nicht durch eine parasitäre Induktivität und das Kondensatorelement in der Beschaltung alleine verbraucht (Strom wird in der parasitären Induktivität gespeichert) und ein Widerstand, der den Strom konsumiert, wird notwendig. Ebenso, wenn der Widerstandswert Rs zu klein ist, tritt die RC-Resonanz einfach auf, was ein weiteres Problem wird. Im Gegensatz dazu, wenn der Widerstandswert Rs zu groß ist, wird ein Stoß, der in den Schaltelementen auftritt, nicht durch die Beschaltungsseite umgangen und die Beschaltung funktioniert nicht länger.
  • Wie beschrieben wurde, wird eine Kompromissbeziehung abhängig davon erzeugt, ob der Widerstand, der mit dem Kondensatorelement in Serie verbunden ist, einen großen oder kleinen Widerstandswert Rs aufweist. Somit ist ein bevorzugter Wert des Dämpfungskoeffizienten ζ von Gleichung (3) ungefähr 0,5, mit dem Resonanz nur geringfügig auftritt. Durch Entwerfen der Beschaltung, wenn der Dämpfungskoeffizient ζ = 0,5 gegeben ist, können Cs und Rs demzufolge mit nachfolgenden Gleichungen (4) bzw. (5) unter Verwendung beispielsweise eines Anstiegs der Spannung (der erste Ausdruck auf der rechten Seite der vorstehenden Gleichung (2)), δ V mittels der Beschaltung bestimmt werden. Cs = Ld × (I/δV)2 (4) Rs = √(Ld/Cs) (5)
  • Die Energieumwandlungsvorrichtung 110 von 7A bis 7C, mit der die Beschaltung 40 einschließlich des Kondensators Cs, der einen angemessenen Kapazitätswert aufweist, und des Widerstands Rs, der einen angemessenen Widerstandswert aufweist und mit dem Kondensator Cs in Serie verbunden ist, verbunden ist, kann somit die Stoßspannung ΔV und das Überschwingen effektiver als die Energieumwandlungsvorrichtung 100 von 2A bis 2C einschränken.
  • Eine Modifikation der Energieumwandlungsvorrichtung 110, die in 7A bis 7C dargestellt ist, wird nachfolgend beschrieben.
  • 8A bis 8C zeigen ein weiteres Beispiel der Energieumwandlungsvorrichtung. 8A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Außenerscheinung einer Energieumwandlungsvorrichtung 111 darstellt. 8B ist eine Vorderansicht betrachtet in einer Richtung, die durch einen Pfeil A von 8A angegeben ist. 8C ist eine vergrößerte Ansicht einer Beschaltung 40, die in 8B dargestellt ist.
  • In der Energieumwandlungsvorrichtung 111, die in 8A bis 8C dargestellt ist, ist die Beschaltung 40 ebenso wie die Beschaltung 40, die in der Energieumwandlungsvorrichtung 110 von 7A bis 7C verwendet wird, zwischen einem P-Anschluss und einem N-Anschluss verbunden, wo das Isolierelement 31, das als der Abstandshalter in der Energieumwandlungsvorrichtung 101 funktioniert, die in 3 dargestellt ist, eingefügt ist. In der Energieumwandlungsvorrichtung 111, die in 8A und 8B dargestellt ist, sind ein P-Anschluss Tp, ein N-Anschluss Tn und ein O-Anschluss To, die mit einem vorbestimmten positiven Anschluss (+) und einem vorbestimmten negativen Anschluss (–) mit Schrauben verbunden sind, dargestellt. In einem Metallbauteil 33, das im Wesentlichen wie ein Buchstabe U geformt ist, der Beschaltung 40, die in 8C dargestellt ist, sind Schraubendurchgangslöcher Ka, die durch eine gepunktete Linie angegeben sind, Schnittabschnitte Kt, die mit Elektroden eines Kondensatorelements 41 verbunden sind, und Widerstandselemente 42 auf beiden Seiten dargestellt.
  • 9A bis 9C und 10A bis 10C sind Ansichten, die weitere Beispiele der tatsächlichen Konfiguration der Beschaltung darstellen. 9A und 9B zeigen eine Beschaltung 40a der Mitte eines Fabrikationszyklus und 10A und 10B zeigen eine Beschaltung 40b ebenso in der Mitte eines Fabrikationszyklus. 9A und 10A sind Draufsichten und 9B und 10B sind Vorderansichten. 9C und 10C sind vergrößerte Vorderansichten, die die vervollständigten Beschaltungen 40a bzw. 40b darstellen.
  • In den Beispielen der tatsächlichen Konfiguration der Schaltung 40, die in 7A bis 7C und 8A bis 8C dargestellt sind, werden die oberflächenmontierten Widerstandselemente 42 als der Widerstand Rs in dem Schaltungsdiagramm von 7A verwendet.
  • Im Gegensatz dazu werden in der Beschaltung 40a von 9A bis 9C Widerstandsabschnitte 42a und 42b als der Widerstand Rs in dem Schaltungsdiagramm von 7A verwendet. Die Widerstandsabschnitte 42a und 42b sind getrimmte Widerstandsabschnitte, von denen Querschnittsflächen an einem Mittelpunkt eines Strompfads durch Tätigen eines Einschnitts in ein Metallbauteil 33a reduziert werden, das im Wesentlichen wie ein Buchstabe „U” geformt ist.
  • Die Beschaltung 40a, die in 9A und 9B dargestellt ist, ist in einem Zustand, in dem zwei oberflächenmontierte Kondensatorelemente 41a auf dem plattengleichen Metallbauteil 33a montiert sind, bevor gebogen und geschnitten wird. Jede der gepunkteten Linien B1 und B2 von 9A gibt eine Position an, bei der gebogen wird. Das Metallbauteil 33a, das im Wesentlichen wie ein Buchstabe „U” geformt ist und in 9C dargestellt ist, wird durch Biegen des Metallbauteils 33a mit einem rechten Winkel hin zur Rückseite der Blechoberfläche entlang der gepunkteten Linien B1 und B2 ausgebildet. Ebenso sind unterbrochene Linien K1 bis K4 und T1 bis T4 von 9A Linien, die jeweils eine Position angeben, bei der geschnitten wird, und die eine Länge des Einschnitts angeben. Der untere Schnittabschnitt Kt des Kondensatorelements 41a, der bzw. das in 9C dargestellt ist, ist durch Schneiden in das Metallbauteil 33a entlang der unterbrochenen Linien K1 bis K4 von 9A ausgebildet. Ebenso sind die getrimmten Widerstandsabschnitte 42a und 42b, deren Querschnittsflächen an einem Mittelpunkt im Strompfad reduziert sind, durch Schneiden in das Metallelement 33a entlang der unterbrochenen Linien T1 bis T4 von 9A ausgebildet.
  • Das Schneiden entlang den unterbrochenen Linien K1 bis K4 und T1 bis T4 wird durch eine Laserverarbeitung ausgeführt, nachdem das Metallbauteil 33a entlang der gepunkteten Linien B1 und B2 gebogen ist und die Beschaltung 40a zwischen dem positiven Anschluss (+) und dem negativen Anschluss (–) der gestapelten Elementmodule 10H und 10L angebracht ist. Somit kann der Widerstand Rs der getrimmten Widerstandsabschnitte 42a und 42b nach Bedarf bei einer Nachbearbeitung eingestellt werden. Der Großteil eines Schaltverlusts in der Beschaltung wird am Widerstand verbraucht (Wärmeerzeugung) und ein Durchbruch wird für einen Widerstand befürchtet, der aus einem Dünnfilm ausgebildet ist. Jedoch, da in der Konfiguration der getrimmten Widerstandsabschnitte 42a und 42b ein dicker Leitungsrahmen verwendet wird, ist ein Durchbruch nicht zu befürchten.
  • In der Beschaltung 40b von 10A bis 10C werden beide oberflächenmontierte Widerstandselemente 42c und getrimmten Widerstandsabschnitte 42d und 42e als der Widerstand Rs in dem Schaltungsdiagramm von 7A verwendet.
  • Die Beschaltung 40b, die 10A und 10B dargestellt ist, ist in einem Zustand, in dem zwei oberflächenmontierte Kondensatorelemente 41b und zwei oberflächenmontierte Widerstandselemente 42c auf einem plattengleichen Metallbauteil 33b montiert sind. Schnittabschnitte Kt, die in 10C dargestellt sind, sind unter dem Kondensatorelement 41b und unter den Widerstandselementen 42c an unterschiedlichen Positionen durch Schneiden in das Metallbauteil 33b entlang unterbrochener Linien K1 bis K4 von 10A vorgesehen. Ebenso sind die getrimmten Widerstandsabschnitte 42d und 42e, deren Querschnittsflächen an einem Mittelpunkt in einem Strompfad reduziert sind, durch Schneiden in das Metallbauteil 33b entlang unterbrochener Linien T5 bis T8 von 10A vorgesehen.
  • Wie vorstehend durch die tatsächlichen Konfigurationen der Beschaltungen 40, 40a und 40b beispielhaft dargestellt ist, können die Widerstände Rs von 7A, die mit dem Kondensatorelement in Serie verbunden sind, entweder ein oberflächenmontiertes Widerstandselement oder getrimmte Widerstandsabschnitte sein, deren Querschnittsflächen an einem Mittelpunkt im Strompfad reduziert sind. Alternativ können ein oberflächenmontiertes Widerstandselement und getrimmte Widerstandsabschnitte kombiniert werden. In einem Fall, in dem die getrimmten Widerstandsabschnitte als der Widerstand verwendet werden, kann der Widerstandswert Rs eingestellt werden, nachdem die Beschaltung zwischen den vorbestimmten Anschlüssen in der Energieumwandlungsvorrichtung angebracht ist. Um den Dämpfungskoeffizienten ζ in der vorstehenden Gleichung (3) auf 0,5 festzulegen (ζ = 0,5) ist es insbesondere kritisch, den Widerstandswert Rs genau festzulegen, da der Kapazitätswert Cs zu einer Berechnung innerhalb der Quadratwurzel beiträgt, wobei der Widerstandswert Rs zu einer Berechnung außerhalb der Quadratwurzel beiträgt. Demzufolge ist es bevorzugt, dass der Widerstand durch Bereitstellen getrimmter Widerstandsabschnitte eingestellt werden kann, nachdem die Beschaltung angebracht ist.
  • Es ist ebenso bevorzugt, dass die oberflächenmontierten Kondensatorelemente und Widerstandselemente, die in den Beschaltungen 40, 40a und 40b verwendet werden, eine kleine parasitäre Induktivitätskomponente aufweisen. Es ist demnach bevorzugt, die oberflächenmontierten Kondensatorelemente und Widerstandselemente zu verwenden, die eine kurze Länge in einer Richtung des Strompfads aufweisen (ein kleines L zu W Verhältnis aufweisen). Ferner ist es ausgehend vom thermischen Blickpunkt bevorzugt, eine Konfiguration zum Teilen eines gewünschten Widerstands Rs beispielsweise in (Rs/n) × n (in serieller Verbindung) anzuwenden und eine Konfiguration zum Teilen eines gewünschten Kapazitätswerts Cs beispielsweise in (Cs/n) × n (in paralleler Verbindung) anzuwenden.
  • 11A und 11B sind schematische Ansichten von Energieumwandlungsvorrichtungen 112 bzw. 113. In der Energieumwandlungsvorrichtung 112 ist eine Beschaltung 40c an der Energieumwandlungsvorrichtung 104 angebracht, die in 6A dargestellt ist. In der Energieumwandlungsvorrichtung 113 ist eine Beschaltung 40d an der Energieumwandlungsvorrichtung 105 angebracht, die in 6B dargestellt ist. In 11A und 11B sind Kondensatoren und Widerstände, die die Beschaltungen 40c und 40d bilden, der Einfachheit halber weggelassen und nur Metallbauteile 33c und 33d in einem Strompfad sind schematisch dargestellt.
  • In der Energieumwandlungsvorrichtung 113 von 11B können, wie durch Intervalle W1 und W2 angegeben ist, ein positiver Anschluss (+) und ein negativer Anschluss (–) in einer örtlichen Beziehung, um sich einander zu überlappen, näher aneinander sein als in der Energieumwandlungsvorrichtung 112 von 11A wie in den Energieumwandlungsvorrichtungen 104 und 105 von 6A bzw. 6B. Somit kann das Metallbauteil 33d, das die Beschaltung 40d in der Energieumwandlungsvorrichtung 113 von 11B ausbildet, verglichen mit dem Metallbauteil 33c, das die Beschaltung 40c in der Energieumwandlungsvorrichtung 112 von 11A ausbildet, kürzer sein. Demzufolge kann nicht nur der induktivitätsreduzierende Effekt, der durch Auslöschen bzw. Aufheben von Magnetflüssen wie vorstehend beschrieben erlangt wird, besser sein, sondern kann ebenso die parasitäre Induktivität Ls der Beschaltung in der Energieumwandlungsvorrichtung 113 von 11B kleiner als in der Energieumwandlungsvorrichtung 112 von 11A sein. Die Energieumwandlungsvorrichtungen 112 und 113 von 11A bzw. 11B können nicht nur Wärme, die in der Beschaltung 40C und 40D erzeugt wird, in die Außenluft freigeben, sondern können ebenso die Wärme an die Wasserkühler 50 mittels der Wärmesenken freigeben, die hin zu den Außenflächen der Elementmodule und der Isolierschichten freigelegt sind.
  • 12 ist eine Draufsicht eines Inverters 104 unter Verwendung eines fahrzeuggebundenen Dreiphasenmotors als eine Last, was eine Beispielanwendung der Energieumwandlungsvorrichtung ist, die in 11A oder 11B dargestellt ist.
  • Der Inverter 114, der in 12 dargestellt ist, beinhaltet drei Energieumwandlungsvorrichtungen 114u, 114v und 114w entsprechend Phasen U, V bzw. W, von denen jede dieselbe Struktur wie die Energieumwandlungsvorrichtung 112 oder 113 hat, die in 11A bzw. 11B dargestellt sind. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, sind die drei Energieumwandlungsvorrichtungen 114u, 114v und 114w auf der Blechoberfläche parallel ausgerichtet und derart konfiguriert, dass zwei Elementmodule als ein oberer Arm und ein unterer Arm, die jede der Energieumwandlungsvorrichtungen 114u, 114v und 114w ausbilden, zwischen den Wasserkühlern 50 eingeklemmt sind, die allen Phasen gemein sind, wie in 11A oder 11B dargestellt ist. Ein Kühlmittel fließt von einer Einlassöffnung 50i ein und fließt von einer Auslassöffnung 50o aus, nachdem es durch die Wasserkühler 50 geflossen ist, wie durch einen Pfeil B angegeben ist. In 12 kennzeichnet Bezugszeichen 200a Signalleitungen des oberen Arms und Bezugszeichen 200b kennzeichnet Signalleitungen des unteren Arms.
  • Durch Laminieren der Konfiguration von 12 in mehreren Schritten, können Schaltungen, die mehrere Lasten antreiben und eine Energieversorgungsspannung aufwärts und abwärts wandeln, integral mit einer kompakten Größe bereitgestellt werden.
  • Wie beschrieben wurde, ist irgendeine der vorstehend beschriebenen Energieumwandlungsvorrichtungen eine Energieumwandlungsvorrichtung, die drei Anforderungen Beschränken einer Stoßspannung, Sicherstellen hoher Strahlungslasten von Schaltelementen und Beschränken von Überschwingen gleichzeitig erreichen kann. Somit werden die Energieumwandlungsvorrichtungen, die vorstehend beschrieben sind, geeignet in einem Fahrzeug eingesetzt, für die eine Energieumwandlungsvorrichtung mit hoher Energiedichte und einem geringen Energieverlust erforderlich ist, und Beschränkung einer Stoßspannung ein Problem wird, wenn ein Strom, eine Spannung und eine Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente erhöht werden.
  • Während die vorliegende Offenbarung gemäß den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen und die vorstehende Struktur beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet unterschiedliche Modifikationen und Modifikationen innerhalb eines äquivalenten Bereichs. Ferner sind unterschiedliche Kombinationen und Ausführungsformen sowie weitere Kombinationen und Ausführungsformen, die ferner ein Element allein oder mehr oder weniger als ein Element beinhalten, ebenso innerhalb des Umfangs und der Idee der vorliegenden Offenbarung.

Claims (16)

  1. Energieumwandlungsvorrichtung (100 bis 105, 110 bis 113, 114u, 114v, 114w) weist zwei seriell verbundene Schaltelemente eines oberen und eines unteren Arms auf, wobei die Energieumwandlungsvorrichtung Energie einer Last ausgehend von einem Verbindungspunkt der zwei Schaltelemente durch Umwandeln einer Spannung und eines Stroms von einer Gleichstromquelle bereitstellt, wobei: jedes der zwei Schaltelemente durch ein Elementmodul (10, 10H, 10L, 11, 11H, 11L) bereitgestellt wird, das mit Harz in einer Form eines flachen Quaders geformt ist; das Elementmodul eine Wärmesenke (3h), die mit einer positiven Elektrode des Schaltelements verbunden ist, und eine Wärmesenke (4h), die mit einer negativen Elektrode des Schaltelements verbunden ist, beinhaltet, wobei die Wärmesenke (3h), die mit der positiven Elektrode verbunden ist, auf einer flachen Oberfläche des flachen Quaders angeordnet ist, so dass eine äußere Oberfläche davon freigelegt ist, und die Wärmesenke (4h), die mit der negativen Elektrode verbunden ist, auf einer gegenüberliegenden flachen Oberfläche des Quaders angeordnet ist, so dass eine äußere Oberfläche davon freigelegt ist; das Elementmodul einen positiven Anschluss (3t, 3ta), der mit der Wärmesenke gekoppelt ist, die mit der positiven Elektrode verbunden ist, und einen negativen Anschluss (4t, 4ta) beinhaltet, der mit der Wärmesenke gekoppelt ist, die mit der negativen Elektrode verbunden ist, und die positive Elektrode und die negative Elektrode von einer lateralen Oberfläche (S1) des flachen Quaders extrahiert sind, ohne sich in einer Dickenrichtung des flachen Quaders zu überlappen; die Elementmodule der zwei Schaltelemente in der Dickenrichtung mittels einer Isolierschicht (20, 21) derart gestapelt sind, dass die laterale Oberfläche von einem der zwei Schaltelemente und die laterale Oberfläche des anderen der zwei Schaltelemente parallel zueinander mit einer gleichen Orientierung ausgerichtet sind, und der positive Anschluss des einen der zwei Schaltelemente und der negative Anschluss des anderen der zwei Schaltelemente angeordnet sind, um sich in der Dickenrichtung zu überlappen; in einem Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, der positive Anschluss und der negative Anschluss elektrisch in einer Umgebung der lateralen Oberfläche der zwei Schaltelemente verbunden sind, um einen Ausgangsanschluss bereitzustellen, der mit der Last zu verbinden ist; und in dem anderen Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, der positive Anschluss des Schaltelements des oberen Arms einen Hochpotentialanschluss bereitstellt, der mit einer Hochpotentialseite der Gleichstromquelle zu verbinden ist, und der negative Anschluss des Schaltelements des unteren Arms einen Niederpotentialanschluss bereitstellt, der mit einer Niederpotentialseite der Gleichstromquelle zu verbinden ist.
  2. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: der positive Anschluss und der negative Anschluss, die angeordnet sind, um sich zu überlappen, eine örtliche Beziehung derart aufweisen, dass einer der beiden den anderen in der Dickenrichtung abdeckt.
  3. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: die Elementmodule der zwei Schaltelemente die gleiche Struktur haben.
  4. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der positive Anschluss und der negative Anschluss aus der lateralen Oberfläche bei einer gleichen Höhe in der Dickenrichtung extrahiert sind.
  5. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei: der positive Anschluss und der negative Anschluss aus einer von zwei Regionen extrahiert sind, die in der Dickenrichtung durch einen Bisektor geteilt sind.
  6. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: ein Abstandshalter zum Fixieren eines Intervalls in der Dickenrichtung zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss eingeführt ist, die angeordnet sind, um sich zu überlappen.
  7. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: eine Kerbe (7a), die sich durch die laterale Oberfläche in der Dickenrichtung erstreckt, zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss vorgesehen ist.
  8. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: eine Signalleitung, die mit einer Steuerelektrode des Schaltelements verbunden ist, von einer anderen lateralen Oberfläche (S2) extrahiert ist, die der lateralen Oberfläche gegenüberliegt.
  9. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei: die Signalleitung von der anderen lateralen Oberfläche in einer von zwei Regionen, die durch einen Bisektor in einer Richtung orthogonal zur Dickenrichtung geteilt sind, extrahiert ist.
  10. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei: in dem anderen Satz des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses eine Beschaltung (40, 40a, 40b, 40c, 40d), die ein Kondensatorelement (41, 41a, 41b) aufweist, elektrisch benachbart zur lateralen Oberfläche zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss verbunden ist.
  11. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Beschaltung beinhaltet: ein Metallbauteil (33, 33a, 33b, 33c, 33d), das einen im Wesentlichen U-förmigen Strompfad zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss aufweist und mit einem Schnittabschnitt an einem Mittelpunkt ausgebildet ist; und das Kondensatorelement eines oberflächenmontierten Typs, dessen Elektroden mit gegenüberliegenden Seiten des Schnittabschnitts verbunden sind.
  12. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei: ein Widerstand mit dem Kondensatorelement in Serie verbunden ist.
  13. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei: der Widerstand durch ein oberflächenmontiertes Widerstandselement (42, 42c) ausgebildet ist; und Elektroden des Widerstands mit gegenüberliegenden Seiten eines Schnittabschnitts verbunden sind, der dem Mentalbauteil an einer Position bereitgestellt wird, die sich von dem Schnittabschnitt unterscheidet, mit dem das Kondensatorelement verbunden ist.
  14. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei: der Widerstand durch einen getrimmten Widerstandsabschnitt (42a, 42b, 42d, 42e) ausgebildet, von dem eine Querschnittsfläche, an einem Mittelpunkt des Strompfads durch Tätigen eines Einschnitts in das Metallbauteil reduziert ist.
  15. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei: die Elementmodule der zwei Schaltelemente eine Struktur aufweisen, in der die Elementmodule zwischen Wasserkühlern (50) mittels einer Isolierschicht (21) angeordnet sind.
  16. Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei: die Energieumwandlungsvorrichtung in einem Fahrzeug eingesetzt wird.
DE112014004147.5T 2013-09-10 2014-09-01 Energieumwandlungsvorrichtung Active DE112014004147B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013187550A JP6127847B2 (ja) 2013-09-10 2013-09-10 電力変換装置
JP2013-187550 2013-09-10
PCT/JP2014/004463 WO2015037203A1 (ja) 2013-09-10 2014-09-01 電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112014004147T5 true DE112014004147T5 (de) 2016-07-07
DE112014004147B4 DE112014004147B4 (de) 2023-02-23

Family

ID=52665335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112014004147.5T Active DE112014004147B4 (de) 2013-09-10 2014-09-01 Energieumwandlungsvorrichtung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9729044B2 (de)
JP (1) JP6127847B2 (de)
DE (1) DE112014004147B4 (de)
WO (1) WO2015037203A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018212443A1 (de) * 2018-07-25 2020-01-30 Infineon Technologies Ag Halbleitergehäuse mit passivem elektrischem Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
US10985110B2 (en) 2018-07-25 2021-04-20 Infineon Technologies Ag Semiconductor package having an electromagnetic shielding structure and method for producing the same
US11004764B2 (en) 2018-07-25 2021-05-11 Infineon Technologies Ag Semiconductor package having symmetrically arranged power terminals and method for producing the same
US11018072B2 (en) 2018-07-25 2021-05-25 Infineon Technologies Ag Semiconductor package having overlapping electrically conductive regions and method for producing the same
DE102022202254A1 (de) 2022-03-04 2023-02-23 Zf Friedrichshafen Ag Modulares Halbbrückenmodul
DE102022200878A1 (de) 2022-01-26 2023-07-27 Zf Friedrichshafen Ag Leistungshalbleitermodul mit gestapelter diode

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9917529B2 (en) * 2014-03-27 2018-03-13 Hitachi, Ltd. Power conversion unit, power converter and method of manufacturing power converter
DE102014111421A1 (de) * 2014-08-11 2016-02-11 Woodward Kempen Gmbh Niederinduktive Schaltungsanordnung eines Umrichters
JP6499066B2 (ja) * 2015-03-24 2019-04-10 株式会社東芝 半導体装置、インバータ回路、駆動装置、車両、及び、昇降機
JP6676888B2 (ja) * 2015-06-19 2020-04-08 株式会社明電舎 電力変換装置
JP6493171B2 (ja) * 2015-11-18 2019-04-03 株式会社デンソー 電力変換装置
JP6448759B1 (ja) * 2017-12-26 2019-01-09 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP7069885B2 (ja) * 2018-03-15 2022-05-18 株式会社デンソー 半導体装置
JP7159609B2 (ja) * 2018-05-15 2022-10-25 株式会社デンソー 半導体装置
JP7364499B2 (ja) 2020-03-10 2023-10-18 株式会社日立製作所 電力変換ユニットおよび電力変換装置
DE102020124869A1 (de) * 2020-09-24 2022-03-24 Audi Aktiengesellschaft Steuerung der aktiven Entladung eines Hochvolt-Zwischenkreises
JP7508322B2 (ja) 2020-09-29 2024-07-01 株式会社日立製作所 電力変換ユニットおよび電力変換装置、電力変換ユニットの検査方法
CN112467982A (zh) * 2020-11-06 2021-03-09 广州小鹏汽车科技有限公司 电源电路、电路板和开关电源
WO2022107439A1 (ja) * 2020-11-17 2022-05-27 日立Astemo株式会社 パワー半導体モジュール
JP2024015613A (ja) * 2022-07-25 2024-02-06 株式会社 日立パワーデバイス パワー半導体モジュールおよびそれを用いたモータ駆動システム

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09215343A (ja) 1996-01-30 1997-08-15 Hitachi Ltd インバータ装置
US7145254B2 (en) 2001-07-26 2006-12-05 Denso Corporation Transfer-molded power device and method for manufacturing transfer-molded power device
JP2003110064A (ja) 2001-07-26 2003-04-11 Denso Corp 半導体装置
JP3807354B2 (ja) 2001-08-06 2006-08-09 株式会社デンソー 半導体装置
US7009291B2 (en) * 2002-12-25 2006-03-07 Denso Corporation Semiconductor module and semiconductor device
JP2004208411A (ja) * 2002-12-25 2004-07-22 Denso Corp ハーフブリッジ回路用半導体モジュール
JP4455914B2 (ja) 2004-03-31 2010-04-21 三菱電機株式会社 電力変換装置
US8125781B2 (en) 2004-11-11 2012-02-28 Denso Corporation Semiconductor device
JP4538359B2 (ja) * 2005-03-31 2010-09-08 株式会社日立産機システム 電気回路モジュール
JP2008218455A (ja) 2007-02-28 2008-09-18 Denso Corp リードフレームおよびリードフレーム収納治具
JP4651653B2 (ja) * 2007-10-15 2011-03-16 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2009130044A (ja) 2007-11-21 2009-06-11 Denso Corp 半導体装置の製造方法
JP5169353B2 (ja) 2008-03-18 2013-03-27 三菱電機株式会社 パワーモジュール
US8148815B2 (en) * 2008-10-13 2012-04-03 Intersil Americas, Inc. Stacked field effect transistor configurations
JP5212088B2 (ja) * 2008-12-25 2013-06-19 株式会社デンソー 半導体モジュール冷却装置
JP2010153523A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Renesas Technology Corp 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP5510432B2 (ja) * 2011-02-28 2014-06-04 株式会社豊田自動織機 半導体装置
US8723311B2 (en) * 2011-06-30 2014-05-13 Stmicroelectronics S.R.L. Half-bridge electronic device with common heat sink on mounting surface
CN103313566A (zh) 2012-03-08 2013-09-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 风扇固定装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018212443A1 (de) * 2018-07-25 2020-01-30 Infineon Technologies Ag Halbleitergehäuse mit passivem elektrischem Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
US10985110B2 (en) 2018-07-25 2021-04-20 Infineon Technologies Ag Semiconductor package having an electromagnetic shielding structure and method for producing the same
US11004764B2 (en) 2018-07-25 2021-05-11 Infineon Technologies Ag Semiconductor package having symmetrically arranged power terminals and method for producing the same
US11018072B2 (en) 2018-07-25 2021-05-25 Infineon Technologies Ag Semiconductor package having overlapping electrically conductive regions and method for producing the same
US11217504B2 (en) 2018-07-25 2022-01-04 Infineon Technologies Ag Semiconductor package with passive electrical component and method for the production thereof
US11515228B2 (en) 2018-07-25 2022-11-29 Infineon Technologies Ag Double sided semiconductor package
DE102022200878A1 (de) 2022-01-26 2023-07-27 Zf Friedrichshafen Ag Leistungshalbleitermodul mit gestapelter diode
DE102022202254A1 (de) 2022-03-04 2023-02-23 Zf Friedrichshafen Ag Modulares Halbbrückenmodul

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015037203A1 (ja) 2015-03-19
JP2015056925A (ja) 2015-03-23
US20160211741A1 (en) 2016-07-21
US9729044B2 (en) 2017-08-08
DE112014004147B4 (de) 2023-02-23
JP6127847B2 (ja) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112014004147B4 (de) Energieumwandlungsvorrichtung
DE60119865T2 (de) Elektrische Energie(um)wandlungsvorrichtung
DE102011104928B4 (de) Kühlungsaufbau eines Kondensators und Umrichter damit
DE102018106357A1 (de) Leistungsumwandlungsgerät
DE112014005622T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102009006869A1 (de) Halbleitermodul
DE102015215133B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102016121914A1 (de) Elektrischer Stromrichter
DE112018004952T5 (de) Kühlkörper und schaltungsanordnung
DE102019128721A1 (de) Leistungselektronikvorrichtung für eine fremderregte Synchronmaschine und Kraftfahrzeug
DE112017002185T5 (de) Leistungsschaltungseinrichtung
DE112020006374T5 (de) Leistungsmodul mit verbesserten elektrischen und thermischen Charakteristiken
DE102017216981A1 (de) Halbleitermodul
DE112018006370T5 (de) Halbleitereinrichtung
DE102021200016A1 (de) Halbleitermodul und verfahren zum herstellen eines halbleitermoduls
DE102015108909A1 (de) Anordnung mehrerer Leistungshalbleiterchips und Verfahren zur Herstellung derselben
EP3504724A1 (de) Elektroden gekühlte kondensator-baugruppe
DE112011104406B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102021209589A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102013213204A1 (de) Halbleitereinheit
DE112016003964T5 (de) Leistungswandler
DE112014007088B4 (de) Leistungswandlungsvorrichtung mit einem Filterkondensator
DE112018002452B4 (de) Halbleitermodul und Leistungswandler
DE102019214789A1 (de) Steuergerät zum Betreiben eines Elektroantriebs für ein Fahrzeug und Verfahren zum Herstellen eines deratigen Steuergeräts
DE112020003685T5 (de) Halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H02M0007480000

Ipc: H01L0025070000

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final