WO2012062711A2 - Assembly for cooling power semiconductors - Google Patents
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- WO2012062711A2 WO2012062711A2 PCT/EP2011/069566 EP2011069566W WO2012062711A2 WO 2012062711 A2 WO2012062711 A2 WO 2012062711A2 EP 2011069566 W EP2011069566 W EP 2011069566W WO 2012062711 A2 WO2012062711 A2 WO 2012062711A2
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- 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
- H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
Definitions
- the invention relates to the field of power electronics.
- the invention relates to an assembly for power electronics and a medium-voltage rectifier.
- diodes are connected in series to the
- the diodes can be installed in a presspack design or in medium-voltage rectifier bridges in the form of printed circuit boards or stud-mounted diode assemblies, ie with assemblies with a bolt or thread for fastening.
- the Presspack technology is mechanically complex, but is still used for high performance.
- the stud mounf solutions are more likely to be used for smaller services.
- the power semiconductors must be electrically isolated from each other so that leakage currents are avoided. It may also be another problem to arrange the power semiconductors so that power dissipation can be dissipated in the form of heat, for example with active cooling.
- DE 197 56 250 A1 discloses an assembly for cooling power semiconductors, which assembly comprises a base and a plurality of semiconductor modules attached to the base.
- Each of the semiconductor modules has a power semiconductor and a heat sink for cooling the power semiconductor, wherein in the base for the heat sink, an opening is provided through which a cooling medium can flow past the heat sink in a cooling air passage.
- 2008/1 17602 A1 also discloses a generic assembly for cooling power semiconductors.
- a first aspect of the invention relates to an assembly for power electronics.
- power electronics can be electronics or comprise an electronic circuit which is designed to process or switch voltages above 1,000 V and / or currents above 10 A.
- Power electronics can also be designed to process high currents with a plurality of power semiconductors connected in parallel and / or high voltages with a plurality of power semiconductors connected in series.
- the assembly includes an electrically insulating base and a plurality of semiconductor modules attached to the base.
- Each of the semiconductor modules in this case has a power semiconductor and a heat sink, which serves for cooling the power semiconductor.
- a cooling medium for example cooling air can flow past the heat sink in a cooling air duct.
- a semiconductor module may be an arrangement of electronic components which comprises at least one power semiconductor, such as a diode, a thyristor or an IGBT, and further components, such as a capacitor, a resistor, an inductance or the like.
- the other components can be arranged on a common board, which in turn can be attached to the power semiconductor.
- Each of the semiconductor modules has a heat sink, on which the power semiconductor can be fixed in such a way that a good heat transfer from the power semiconductor to the heat sink is ensured.
- the other components can be connected to the heat sink, for example by means of the common board.
- the semiconductor modules of the plurality of semiconductor modules can be constructed identically. This makes mass production of the semiconductor modules possible, especially for various applications in various electronic circuits.
- the electrical components such as the power semiconductor and the other components, which may be at a high voltage relative to other components of another semiconductor module, may be electrically isolated from that other semiconductor module, since the base is made of an electrically insulating material Material includes.
- the semiconductor modules and in particular the power semiconductors can be cooled by a cooling medium flowing through the openings, via which a respective heat sink of a semiconductor module is mounted.
- the assembly provides mechanical stability for the power electronics. A separate attachment for the semiconductor modules is not necessary.
- a medium voltage rectifier may be designed to process voltages in a range between 1,000 V and 50,000 V.
- the medium voltage rectifier may be connected to a multi-phase power supply providing this voltage.
- the rectifier can either a separate Include a module with a base for each of the phases or a single module with a base for all phases.
- such an assembly may comprise as a base a tube or a plate. It is thus possible for the rectifier to comprise either three tubes or three plates as a base or a single tube or a single plate as a base in the case of three-phase alternating current.
- the base together with a housing forms a cavity for discharging the cooling medium.
- the assembly may have a base that includes a plate.
- the plate can represent a wall within the housing and form a cavity together with other walls of the housing.
- the housing may be the outer wall of the medium-voltage rectifier, in which a fan or blower is arranged, which blows the air from the cavity formed by the plate and the other walls of the housing from the cavity into the vicinity of the rectifier.
- the semiconductor modules are arranged on the plate, for example screwed thereto, and by the negative pressure in the cavity cooling air flows through the openings on the heat sinks, whereby the power semiconductors are cooled. It is to be understood that the semiconductor modules may be disposed inside or outside the cavity.
- a base with a plate can be integrally formed, for example, plastic.
- Such a base is easy to manufacture, either by molding of the plastic material or by simply punching openings of a plastic plate.
- the base forms a cavity.
- the base itself provides this space by a Forms hollow body.
- the base comprises a pipe or is a pipe.
- a pipe may be a hollow body having substantially the same profile in a longitudinal direction.
- Such a profile may be, for example, a circle, a round tube, or a rectangle or square, in a square pipe.
- a tube has the advantage that it can be easily manufactured by pressing it as a plastic extrusion (extrusion).
- other components of the base such as webs or stiffeners can be easily formed in this way together with the base by extrusion.
- the base may be a one-piece body or the assembly may comprise a one-piece base.
- a further tube for guiding the cooling air is arranged inside the tube.
- a long and thin tube that is to say a tube in which the extension in the longitudinal direction is substantially greater than the diameter of the tube
- the internal friction of the air flowing through the tube may not cause the air to be uniform the openings is sucked.
- the inner and outer tubes can be extruded simultaneously, for example with braces connecting the two tubes.
- the base can be manufactured as an integral part of the assembly.
- openings and semiconductor modules are arranged at a same height with respect to a longitudinal direction of the tube.
- openings and semiconductor modules are located at the same height of the tube, it is possible to attach a plurality of semiconductor modules to the tube with the same tube length. This results in a compact design in which the tube has opposite openings, for example two or four openings may have the same height.
- the openings may be arranged at equal intervals around the tube.
- the semiconductor modules can first be connected together in series at the same height around the tube, before another electrical connection to another level (that is, semiconductor modules at a different height) takes place.
- openings and semiconductor modules are arranged in a row along a longitudinal direction of the tube. This results in an assembly whose length can be easily scaled by adding or removing semiconductor modules.
- the tubes for the base can be extruded arbitrarily long and be provided in a further step with the openings in a row along the longitudinal direction of the tube. Only then can the tubes be cut to the desired length according to the desired number of semiconductor modules.
- the assembly comprises a fan for generating a cooling air flow in the cooling air duct.
- the cooling air flow is generated in the hollow body or in the interior of the tube.
- the blower can either convey the cooling air or the cooling medium into the interior of the hollow body or, conversely, suck out the cooling air or the cooling medium from the interior of the pipe.
- the cooling medium is not a gas but a liquid
- a pump can be used instead of the blower.
- the fan may be located at one end of the tube.
- the other end of the tube may be closed with a lid.
- the base has a web, to which each of the semiconductor modules is attached.
- a web can be an elongate component that protrudes substantially perpendicularly from the base.
- the web may extend in a longitudinal direction of a pipe as a base and / or protrude from the pipe in a radial direction of the pipe.
- the web can protrude orthogonally from the plate.
- the web can on the one hand serve to fasten the semiconductor modules, for example with screws and nuts (in this case, when assembling the assembly does not need to be gripped inside the cavity when the semiconductor modules are to be attached to the base), on the other hand, the web can also as Electrical isolation are used to electrically isolate semiconductor modules from other semiconductor modules.
- the web can also be formed integrally with the base again, for example, the web can be molded together with a plate or extruded together with a tube.
- a portion of a pipe profile of the pipe as a base in the region of the openings for the cooling medium is straight (and can be considered as a plate).
- the openings which may be formed in a row along the web, are located on a straight section of the pipe profile.
- Another section of the pipe profile can be curved.
- Under a pipe profile can be understood to mean the cross section of the tube orthogonal to the longitudinal direction of the tube.
- a substantially cuboid heat sink may be tightly applied to the opening.
- the straight section of the tube profile can begin so near the web that the web and the straight section are orthogonal to each other.
- the base has a ridge between a first row of semiconductor modules and a second row of semiconductor modules.
- the first row and the second row can be electrically insulated from each other by the web.
- the bridge can thus also serve to electrically isolate the semiconductor modules from one another in order to prevent leakage currents between the first row of semiconductor modules and the second row of semiconductor modules.
- the power electronics may be configured to process multiple phases (eg, three) of an alternating current.
- the plurality of semiconductor modules is adapted to process only one phase of the alternating current.
- the power electronics for each phase on a separate module. If the power electronics processes several phases of an alternating current, a separate base or separate assembly for cooling, fastening and insulation can therefore be present for each phase of the alternating current. Overall, the individual phases sen of the alternating current thereby even better isolated from each other electrically and thermally.
- the plurality of semiconductor modules comprises at least two, three or even a plurality of rows of semiconductor modules, each row being adapted to process one phase of the alternating current in each case.
- the plurality of semiconductor modules may comprise three rows of series-connected semiconductor modules, such as may be present in a rectifier, for example.
- the rows can be constructed identically, that is to say comprise the same number of semiconductor modules, which can also be interconnected in a similar manner. In this way, all branches of a rectifier can be arranged on a single base.
- At least one semiconductor module (or else all semiconductor modules) of the plurality of semiconductor modules comprises a power diode as power semiconductor and / or a snubber circuit.
- the diode may be part of a rectifier branch.
- the snubber circuit can serve to dynamically and statically symmetrically divide the diode voltage across other diodes when the diode is blocking.
- a semiconductor module comprises an IGBT, for example for an active rectifier or for an MMLC converter.
- the assembly or the plurality of semiconductor modules comprises a rectifier branch.
- a rectifier usually requires two rectifier branches, a positive rectifier branch for generating a positive DC voltage and a negative rectifier branch for generating a negative DC voltage.
- the negative and the positive branch are usually connected in series, with their center is connected to the AC terminal of the respective phase and then at the other ends in each case the positive and the negative DC voltage is applied.
- the two rectifier branches can be arranged on a tube as a base such that the AC voltage port in the middle of the tube and the connections for the two DC voltages are at the ends of the tube.
- numerous problems can be solved with the assembly as described above and below.
- the increase of the blocking voltage by the series connection of a plurality of semiconductor modules (in the case of a passive rectifier, ie diode modules) with a low blocking voltage can result in the individual diode modules having to be isolated from one another. Further, the diode modules during operation may have a certain power loss, which must be dissipated by means of a suitable cooling. Both isolation and proper cooling can be provided by the assembly.
- the design of a rectifier assembly should be scalable and modular, especially for use at different voltage levels. This scalability and modularity can also be implemented with the module.
- the problems of isolation, cooling and mounting with a single constructional element, that is the base of the assembly can be easily realized.
- the base is cheap to manufacture and can be easily scaled.
- Fig. 1 shows a rectifier according to an embodiment of the invention.
- Fig. 2 shows a drive system in which a rectifier according to an embodiment of the invention can be used.
- FIG. 3 shows a semiconductor module according to an embodiment of the invention.
- FIG. 4 shows a further view of the semiconductor module from FIG. 3.
- FIG. 5 shows a semiconductor module according to another embodiment of the invention.
- FIG. 6 shows a further view of the semiconductor module from FIG. 5.
- Fig. 7 shows an assembly according to an embodiment of the invention.
- FIG. 8 shows another view of the assembly of FIG. 7.
- FIG. 9 shows an assembly according to another embodiment of the invention.
- FIG. 10 shows a further view of the assembly of FIG. 9.
- Fig. 11 shows an assembly according to another embodiment of the invention.
- Fig. 12 shows an assembly according to another embodiment of the invention.
- Fig. 13 shows an assembly according to another embodiment of the invention.
- Fig. 14 shows an assembly according to another embodiment of the invention.
- Fig. 15 shows a base for an assembly according to another embodiment of the invention.
- Fig. 16 shows a base for an assembly according to another embodiment of the invention.
- FIG. 1 shows a rectifier 10, which is designed to convert an AC voltage applied to its AC voltage input 12 into a DC voltage at its DC voltage output 14.
- the rectifier 10 is a typical six-pulse rectifier 10 having, for each of the three phases L1, L2, L3, two series rectifier branches 16 connected at one end to one of the phases L1, L2, L3 of FIG AC voltage and connected to the other end with either the negative-voltage pole -VDC or the positive-voltage pole + VDC of the DC output 14.
- Each of the rectifier branches 16 is constructed from a chain of series-connected semiconductor modules 18, which in each case has a power semiconductor 20, in this case a diode 20, and a snubber circuit 22 connected in parallel with the diode 20.
- the semiconductor modules 18 are similarly constructed subassemblies of the rectifier 10, from which, for example, the rectifier branches 16 can be constructed.
- the snubber circuit 22 is mounted over the diode 20 so that the voltage division during the blocking of the diode 20 can be divided dynamically and also statically symmetrically.
- the circuit 20 comprises a resistor 24 and a capacitor 26.
- the snubber circuit 22 shown in FIG. 1 other embodiments of snubber circuits are possible.
- a drive system 28 which comprises a rectifier 10, as shown in FIG.
- the rectifier 10 rectifies an AC voltage originating from a supply network 10 into a DC voltage, which in turn is supplied to a converter 30, which can generate a variable AC voltage for a drive 32, such as an electric motor.
- FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of a semiconductor module 18 that includes a
- Diode module 20 ' With two diodes 20 connected in series.
- the diode module 20 ' is connected to a heat sink 34, for example, the diode module 20' can be screwed or riveted to the heat sink 34. Opposite the surface, can be passed to the heat from the diode in the heat sink 34, the diode module 20 'contacts 36, which are connected to a circuit board 38, on which the other components 24, 26 of two snubber circuit 22 are arranged.
- the Board facing away from the diode 20 four resistors 24 and two capacitors 26 are arranged.
- the resistors 24 and capacitors 26 on the board 38 thereby form the two snubber circuits 22, which are each connected in parallel to the two diodes 20 of the diode module 20 '.
- the circuit board 38 is located laterally next to the arrangement of diode 20 and heat sink 34 and extends parallel to this arrangement.
- the components 24, 26 mounted on the circuit board 38 are connected by means of three bus bars 40 to the diode module 20 ', which can be connected to the circuit board 38 by means of press-fit or solder contacts.
- the bus bars 40 (for example copper strips) establish an electrical and mechanical connection to the terminals 36 of the diode module 20 '.
- the board 38 is connected via the bus bars 40 to the contacts 36.
- the circuit board 38 is mechanically connected to the heat sink 34 via a bolt or a screw.
- FIG. 4 shows a view of the end faces of the semiconductor module 18 from FIG. 3.
- the circuit board 38 (which can be, for example, a printed circuit board 38) is arranged at a distance from the diode 20 and the heat sink 34 and fastened to the heat sink 34 via a spacer 42, for example with a screw 42.
- the potential of the heat sink 34 by means of the electrical connection through the spacer 42 is set to a defined potential, which is for isolation reasons of the dual diode module 20 'in half of the total blocking voltage of the two diodes 20.
- the diode module 20 ' can be air-cooled by the heat sink 34.
- the heat sink 34 is an extruded heat sink 34 whose thermal resistance can be adjusted by varying the length in the extrusion direction E.
- the heat sink 34 can be produced by extruding a strand with the profile of the heat sink and then separating the individual heat sinks from the strand.
- the heat sink 34 holes 44, with which the semiconductor module 18 can be attached to a base for example by means of screws or rivets.
- FIGS. 5 and 6 show a further exemplary embodiment of a semiconductor module 18.
- the diode module 20 'and the heat sink 34 are screwed together.
- FIGS. 5 and 6 illustrate another way in which the board 38 carrying the snubber circuit 22 may be connected to the array of diode module 20 'and heat sink 34.
- the board 38 has openings with which it can be pushed directly over the terminals 36 in order, for example, by screwing them firmly to the diode module 20 'to connect.
- the board 38 is orthogonal to the array of diode module 20 'and heat sink 34 from.
- the resistors 24 and 26, which are connected in the same way as in the embodiment of FIGS. 3 and 4 are arranged next to the diode module 20 '.
- the heat sink 34 consists essentially of a cuboid body with a constant profile in the direction E.
- the heat sink 34 has a plurality of comb-like arranged cooling fins 46, which can be traversed by cooling air and allow the heat sink 34, the diode module 20 connected to it 'to cool.
- the heat sink 34 has two fastening elements with the holes 44, at which the heat sink 34 can be connected to a base.
- FIG. 7 shows a first exemplary embodiment of an assembly 48, on which a plurality of semiconductor modules 18 are arranged.
- the assembly 48 comprises a base 50 in the form of a tube 50, on which in a longitudinal direction L of the tube, a plurality of series-connected semiconductor modules 18, in the present case, the semiconductor modules 18 of FIGS. 1 and 2, are arranged.
- the individual semiconductor modules 18 are connected by means of busbars 52 and attached to a web 54 of the assembly 48. This can be done for example by means of screws or rivets through the openings 44 on the heat sinks 34.
- the web 54 corresponding holes through which the screws or rivets can be pushed.
- the diode modules 20 'and the elements of the snubber circuit 20 are connected in this way only indirectly via the heat sink 34 to the base 50.
- the assembly 48 thus includes an electrically insulating plastic tube 50, which can be extruded very inexpensively and are attached to the diodes by means of the semiconductor modules 18. It thus provides a possibility to enable a simple construction of a diode branch 12. With the choice of the extruded profile (ie For example, with a web 54) at the same time the attachment of the semiconductor modules 18 can be accomplished.
- the extruded plastic pipe 50 can be previously provided with holes and cutouts for the air inlets 60.
- the tube profile of the tube 50 has a straight (plate-shaped) section 56 and a curved section 58. In this case, the semiconductor modules 18 are arranged on the straight section 56.
- the openings 60 for the cooling air and the semiconductor modules 18 are arranged in a row 66 along the web 54.
- the base 50 that is the tube 50, can be manufactured in a simple manner.
- the plastic tube 50 can be extruded together with the web 54 in one step.
- the extruded or extruded plastic tube can be cut.
- the scaling of the voltage is adjustable with the tube length of the tube 50, depending on the installation height, a pole end may need to be folded, as shown below in Fig. 13.
- the plastic tube 50 can be provided with the openings 60 or air inlets 60, via which the heat sinks 34 of the semiconductor modules 18 can then be arranged.
- the web 54 and the plastic tube 50 can be provided with holes with the aid of the semiconductor modules 18 can be connected via their heat sink 34 to the tube 50.
- the assembly 48 can then be assembled by screwing or riveting the semiconductor modules 18 to the tube 50 in a first step and then electrically connecting the individual semiconductor modules via the busbars 52.
- FIG. 8 shows a further embodiment of an assembly 48 to which two rectifier branches 16 are attached.
- a plurality of semiconductor modules 18 connected in series as shown in FIG. 7, are mounted on the plastic pipe 50, in a longitudinal direction of the pipe 50.
- the plurality of semiconductor modules 18 comprise a first (positive) rectifier branch 16a and a second (negative) rectifier branch 16b.
- the assembly 48 includes an AC voltage terminal 62.
- two DC voltage terminals 64a, 64b are mounted.
- the assembly 48 thus comprises an intermediate AC terminal 62 connected to the first rectifier arm 16a and the second rectifier arm 16b and a first positive DC terminal 64a connected to the other end of the first rectifier arm 16a and a second DC voltage terminal 64b connected to the other end of the second rectifier branch 16b. Since in the embodiment 48 shown in FIG. 8, in the middle of the AC voltage terminal 62 and above and below the terminal 64a with + VDC and the terminal 64b with -VDC are mounted, individual poles can be attached without creepage problems directly adjacent to each other at the pipe ends because they have substantially the same electrical potential.
- FIGS. 9 and 10 show another embodiment of an assembly 48a that includes a plurality of rows 66a, 66b, 66c of semiconductor modules 18.
- Each of the rows 66a, 66b, 66c shown in FIGS. 9 and 10 can be constructed like the row 66 shown in FIG.
- each of the rows 66a, 66b, 66c comprises semiconductor modules 18, which are connected in series via busbars 52 and are fastened by means of their heat sinks 34 with a web 54 on the tube 50a.
- the tube 50a has a plurality of straight tube section portions 56 arranged radially around the tube.
- the tube 50a has at the edge of each of the sections 56 a web 54 on which the semiconductor modules 18 are fastened.
- FIG. 8 shows a single-pole design of the assembly 48.
- a single-pole design 48 may be advantageous at higher phase voltages compared to the three-pole variant 48a shown in FIG. 9, since the creepage distances extending between the rows 66a, 66b and 66c can only be sufficiently extended by sufficiently high ribs 54 or additional ribs are used.
- FIG. 1 1 shows another embodiment of a package 48b comprising two rows of semiconductor modules 66a, 66b arranged along a longitudinal direction L of the pipe 50b.
- the tube 50b is symmetrical to a median plane.
- Fig. 12 shows another embodiment with an assembly 48c comprising a base 50c formed of four identical plates 68a, 68b, 68c, 68d which are assembled into a square tube profile. The sections of the plates 68a, 68b, 68c, 68d projecting beyond the square tube profile thereby form webs 54 to which the rows 66a, 66b, 66c, 66d of semiconductor modules 18 are fastened.
- FIGS. 9 to 12 of assemblies 48a, 48b, 48c as well as the assembly 48 shown in FIGS. 7 and 8 can be produced, that can be extruded in one piece.
- assemblies 48 and 48a shown in FIGS. 7 to 10 include series-connected semiconductor modules 18, which are also arranged according to their delay along a longitudinal direction of the tube 50 and 50 a.
- the same is also possible for the exemplary embodiments 48b and 48c shown in FIGS. 11 and 12.
- FIG. 13 shows a further possibility of how semiconductor modules 18, which are fastened to a tube 50d, can be interconnected.
- the semiconductor modules 18 located at the same height in the longitudinal direction L are connected in series, before an electrical connection to the next level of semiconductor modules 18 takes place.
- An analogue interconnection is special also for the embodiments 48b and 48c shown in Figs. 1 and 12 possible.
- the semiconductor modules 18 can first be connected together in series, before an electrical connection to the next level takes place. In this way, all of the semiconductor modules 18 of one phase can be attached to a short tube 50d.
- Each of the assemblies 48, 48b, 48c, or even 48d may be used for a single rectifier arm 12 (or a pair of rectifier arms 12) of a rectifier 10.
- a single rectifier arm 12 or a pair of rectifier arms 12
- six (or three) similarly constructed tubes 50, 50b, 50c, 50d could be used for a six-pulse rectifier.
- the connection of the individual semiconductor modules with insulated cables 70, as shown in FIG. 13, could take place.
- the connection of the individual semiconductor modules 18 via bus bars 52 as shown for example in FIG. 7, takes place.
- FIG. 14 shows another embodiment of an assembly 48e comprising a plastic tube 50e as a base 50e.
- the plastic tube 50e is connected at one end to a fan 72 or fan 72 and closed at the other end with a lid 74.
- a negative pressure can be generated in the interior of the tube 50e, so that cooling air flows through the openings 60 into the interior of the tube 50e, thereby cooling the cooling body 34 of the semiconductor modules 18 (not shown in FIG. 14).
- the air distribution within the tube that is, the distribution of the negative pressure within the tube 50e can be adjusted with an inner tube 76.
- a negative pressure is generated by the blower 72 in the inner tube 76, with the air from the end portion of the tube 50e can be sucked in the vicinity of the lid 74 so that 50e generated by an internal friction of the air in the tube pressure differences are compensated can.
- the inner tube 76 can be extruded in the same operation as the outer tube 50e and thus represent a one-piece component of the assembly 48e.
- FIG. 15 shows an exemplary embodiment of an assembly 48f (in which, for reasons of clarity, the semiconductor modules 18 and a part of the openings 60 are not shown).
- the assembly 48f comprises a hollow body 50f on which a number of webs 54 are arranged.
- the hollow body 50f is a tube 50f with elongated tem profile, which is bounded on its longer sides by two plates 68, 68a. From the front plate 68, the webs 54 are perpendicular, between the webs 54 are openings 60 in the hollow body 50f available, through which the heat sink 34 of the semiconductor modules 18 can be arranged, you are attached via the webs 53 on the hollow body 50f.
- This arrangement of the semiconductor modules 18 and their attachment to the webs 54 can be carried out in an analogous manner as shown in FIGS. 7 to 12 embodiments.
- FIG. 16 shows a further exemplary embodiment with an assembly 48g, which is formed from a plastic plate 68 and walls 78, which can simultaneously represent the housing of a rectifier 10.
- the plastic plate 68 separates a part of the interior of the housing from the remaining part of the interior.
- the separated area forms a cooling air channel 51, which is bounded by the plate 68 and the walls 78.
- a fan 72 may be provided, which creates a negative pressure in the separated area 51, through which cooling air can be sucked through the openings 60 into the interior of the separated area 51.
- webs 54 are also arranged on the plate 68, which protrude perpendicularly from the plate 68.
- the semiconductor modules 18 can again be fastened to the webs 54 with the heat sinks 34, so that the openings 60 are arranged below the heat sinks 34 in such a way that the cooling air sucked through the opening 60 passes through the cooling air Heat sink 34 flows.
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Abstract
Description
Baugruppe zum Kühlen von Leistungshalbleitern Assembly for cooling power semiconductors
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Leistungselektronik. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Baugruppe für eine Leistungselektronik und einen Mittelspannungsgleichrichter. The invention relates to the field of power electronics. In particular, the invention relates to an assembly for power electronics and a medium-voltage rectifier.
Stand der Technik State of the art
Bei Leistungselektronik, wie etwa Gleichrichtern oder Umrichtern, kommt es häufig vor, dass eine Mehrzahl gleich aufgebauter Leistungshalbleiter in den Schaltungen vorhanden ist. Beispielsweise werden, um den Maximalstrom zu erhöhen, Leistungshalbleiter parallel oder, um eine Maximalspannung zu erhöhen, Leistungshalbleiter in Reihe geschaltet. In power electronics, such as rectifiers or converters, it often happens that a plurality of identically constructed power semiconductors is present in the circuits. For example, to increase the maximum current, power semiconductors are connected in parallel or, in order to increase a maximum voltage, power semiconductors are connected in series.
Bei Gleichrichtern werden zum Beispiel Dioden in Reihe geschaltet, um die For rectifiers, for example, diodes are connected in series to the
Blockierspannung zu erhöhen. Die Dioden können dabei in einer Presspack- Bauform oder in Mittelspannungsgleichrichterbrücken in Form von Leiterplatten oder„stud mounf- Dio- den-Baugruppen, d.h. mit Baugruppen mit einem Bolzen oder Gewinde zum Befestigen, verbaut werden. Die Presspack-Technologie ist mechanisch aufwändig, wird jedoch trotzdem für große Leistungen eingesetzt. Die„stud mounf-Lösungen werden eher für kleinere Leistungen verwendet. Neben dem Problem der mechanischen Befestigung kann es sein, dass die Leistungshalbleiter so voneinander elektrisch isoliert werden müssen, dass Kriechströme vermieden werden. Auch kann es ein weiteres Problem darstellen, die Leistungshalbleiter so anzuordnen, dass Verlustleistung in Form von Wärme abgeführt werden kann, beispielsweise mit einer aktiven Kühlung. ln der DE 197 56 250 A1 ist eine Baugruppe zum Kühlen von Leistungshalbleitern angegeben, welche Baugruppe eine Basis und eine Mehrzahl von Halbleitermodulen umfasst, die an der Basis befestigt sind. Jedes der Halbleitermodule weist einen Leistungshalbleiter und einen Kühlkörper zum Kühlen des Leistungshalbleiters auf, wobei in der Basis für den Kühlkörper eine Öffnung vorgesehen ist, durch die ein Kühlmedium am Kühlkörper vorbei in einen Kühlluftkanal strömen kann. Darüber hinaus ist auch in der US Increase blocking voltage. In this case, the diodes can be installed in a presspack design or in medium-voltage rectifier bridges in the form of printed circuit boards or stud-mounted diode assemblies, ie with assemblies with a bolt or thread for fastening. The Presspack technology is mechanically complex, but is still used for high performance. The stud mounf solutions are more likely to be used for smaller services. In addition to the problem of mechanical attachment, it may be that the power semiconductors must be electrically isolated from each other so that leakage currents are avoided. It may also be another problem to arrange the power semiconductors so that power dissipation can be dissipated in the form of heat, for example with active cooling. DE 197 56 250 A1 discloses an assembly for cooling power semiconductors, which assembly comprises a base and a plurality of semiconductor modules attached to the base. Each of the semiconductor modules has a power semiconductor and a heat sink for cooling the power semiconductor, wherein in the base for the heat sink, an opening is provided through which a cooling medium can flow past the heat sink in a cooling air passage. In addition, also in the US
2008/1 17602 A1 auch eine gattungsgemässe Baugruppe zum Kühlen von Leistungshalbleitern offenbart. 2008/1 17602 A1 also discloses a generic assembly for cooling power semiconductors.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute und einfach herzustellende Baugruppe bereitzustellen, die zum gleichzeitigen Kühlen, Isolieren und Befestigen von Leis- tungshalbleitern bzw. Leistungshalbleitermodulen dient. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Baugruppe für eine Leistungselektronik. Bne Leistungselektronik kann dabei Elektronik sein bzw. eine elektronische Schaltung umfassen, die dazu ausgeführt ist, Spannungen über 1.000 V und/oder Ströme über 10 A zu verarbeiten bzw. zu schalten. Eine Leistungselektronik kann auch dazu ausgeführt sein, hohe Ströme mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Leistungshalbleitern und/oder hohe Spannungen mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteter Leistungshalbleiter zu verarbeiten. It is an object of the invention to provide a simple structure and easy to manufacture assembly, which is used for simultaneous cooling, isolation and mounting of power semiconductors or power semiconductor modules. This object is solved by the subject matter of the independent claims. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description. A first aspect of the invention relates to an assembly for power electronics. In this case, power electronics can be electronics or comprise an electronic circuit which is designed to process or switch voltages above 1,000 V and / or currents above 10 A. Power electronics can also be designed to process high currents with a plurality of power semiconductors connected in parallel and / or high voltages with a plurality of power semiconductors connected in series.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Baugruppe eine elektrisch isolierende Basis und eine Mehrzahl von Halbleitermodulen, die an der Basis befestigt sind. Jedes der Halbleitermodule weist dabei einen Leistungshalbleiter und einen Kühlkörper auf, der zum Kühlen der Leistungshalbleiter dient. In der Basis ist für jeden Kühlkörper eine Öffnung vorgesehen, durch die ein Kühlmedium, beispielsweise Kühlluft am Kühlkörper vorbei in einen Kühlluftkanal strömen kann. Ein Haltleitermodul kann dabei eine Anordnung von elektronischen Komponenten sein, die wenigstens einen Leistungshalbleiter, wie beispielsweise eine Diode, einen Thyristor oder einen IGBT, und weitere Bauelemente, wie beispielsweise einen Kondensator, einen Widerstand, eine Induktivität oder ähnliches umfasst. Beispielsweise können die weiteren Bauelemente auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein, die wiederum am Leistungshalbleiter befestigt sein kann. According to one embodiment of the invention, the assembly includes an electrically insulating base and a plurality of semiconductor modules attached to the base. Each of the semiconductor modules in this case has a power semiconductor and a heat sink, which serves for cooling the power semiconductor. In the base, an opening is provided for each heat sink, through which a cooling medium, for example cooling air can flow past the heat sink in a cooling air duct. In this case, a semiconductor module may be an arrangement of electronic components which comprises at least one power semiconductor, such as a diode, a thyristor or an IGBT, and further components, such as a capacitor, a resistor, an inductance or the like. For example, the other components can be arranged on a common board, which in turn can be attached to the power semiconductor.
Jedes der Halbleitermodule weist einen Kühlkörper auf, an dem der Leistungshalbleiter derartig befestigt sein kann, dass ein guter Wärmeübertritt vom Leistungshalbleiter zum Kühlkörper gewährleistet ist. Auch die weiteren Bauelemente können, beispielsweise mittels der gemeinsamen Platine, mit dem Kühlkörper verbunden sein. Each of the semiconductor modules has a heat sink, on which the power semiconductor can be fixed in such a way that a good heat transfer from the power semiconductor to the heat sink is ensured. The other components can be connected to the heat sink, for example by means of the common board.
Insbesondere können die Halbleitermodule aus der Mehrzahl von Halbleitermodulen identisch aufgebaut sein. Dies macht eine Massenfertigung der Halbleitermodule, insbesondere auch für verschiedene Anwendungen in verschiedenen elektronischen Schaltungen möglich. In particular, the semiconductor modules of the plurality of semiconductor modules can be constructed identically. This makes mass production of the semiconductor modules possible, especially for various applications in various electronic circuits.
Insgesamt können mit der einfach aufgebauten und einfach herzustellenden Baugruppe verschiedene Funktionen für die Leistungselektronik gleichzeitig bereitgestellt werden. Die elektrischen Bauteile, wie etwa der Leistungshalbleiter und die weiteren Bauelemente, die sich bezüglich anderen Bauelementen eines anderen Haltleitermoduls auf einer hohen Spannung befinden können, können elektrisch von diesem anderen Haltleitermodul isoliert werden, da die Basis aus einem elektrisch isolierenden Material besteht bzw. ein derartiges Material umfasst. Weiter können die Halbleitermodule und insbesondere die Leistungshalbleiter gekühlt werden, indem ein Kühlmedium durch die Öffnungen strömt, über die jeweils ein Kühlkörper eines Halbleitermoduls angebracht ist. Darüber hinaus stellt die Baugruppe mechanische Stabilität für die Leistungselektronik bereit. Eine gesonderte Befestigung für die Halbleitermodule ist nicht notwendig. Overall, various functions for the power electronics can be provided simultaneously with the simple design and easy to manufacture module. The electrical components, such as the power semiconductor and the other components, which may be at a high voltage relative to other components of another semiconductor module, may be electrically isolated from that other semiconductor module, since the base is made of an electrically insulating material Material includes. Furthermore, the semiconductor modules and in particular the power semiconductors can be cooled by a cooling medium flowing through the openings, via which a respective heat sink of a semiconductor module is mounted. In addition, the assembly provides mechanical stability for the power electronics. A separate attachment for the semiconductor modules is not necessary.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Mittelspannungsgleichrichter mit wenigs- tens einer Baugruppe, so wie sie vorstehend und im Nachfolgenden beschrieben ist. Ein Mittelspannungsgleichrichter kann dazu ausgeführt sein, Spannungen in einem Bereich zwischen 1.000 V und 50.000 V zu verarbeiten. Beispielsweise kann der Mittelspannungsgleichrichter mit einem mehrphasigen Stromnetz, das diese Spannung bereitstellt, verbunden sein. In diesem Fall kann der Gleichrichter dabei entweder eine gesonderte Baugruppe mit einer Basis für jede der Phasen oder eine einzelne Baugruppe mit einer Basis für alle Phasen umfassen. Another aspect of the invention relates to a medium-voltage rectifier with at least one module, as described above and below. A medium voltage rectifier may be designed to process voltages in a range between 1,000 V and 50,000 V. For example, the medium voltage rectifier may be connected to a multi-phase power supply providing this voltage. In this case, the rectifier can either a separate Include a module with a base for each of the phases or a single module with a base for all phases.
Wie im Folgenden noch beschrieben wird, kann eine derartige Baugruppe als Basis ein Rohr oder eine Platte umfassen. Es ist also möglich, dass der Gleichrichter bei dreiphasigem Wechselstrom entweder drei Rohre oder drei Platten als Basis oder ein einzelnes Rohr oder eine einzelne Platte als Basis umfasst. As will be described below, such an assembly may comprise as a base a tube or a plate. It is thus possible for the rectifier to comprise either three tubes or three plates as a base or a single tube or a single plate as a base in the case of three-phase alternating current.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet die Basis zusammen mit einem Ge- häuse einen Hohlraum zum Abführen des Kühlmediums. Beispielsweise kann die Baugruppe eine Basis aufweisen, die eine Platte umfasst. Die Platte kann dabei eine Wandung innerhalb des Gehäuses darstellen und zusammen mit weiteren Wandungen des Gehäuses einen Hohlraum bilden. Beispielsweise kann das Gehäuse die äußere Wandung des Mittelspannungsgleichrichters sein, in dem ein Lüfter oder Gebläse angeordnet ist, der die Luft aus dem durch die Platte und den weiteren Wandungen des Gehäuses gebildeten Hohlraums aus dem Hohlraum in die Umgebung des Gleichrichters bläst. Die Halbleitermodule sind dabei auf der Platte angeordnet, beispielsweise mit dieser verschraubt, und durch den Unterdruck im Hohlraum strömt Kühlluft an den Kühlkörpern durch die Öffnungen, wodurch die Leistungshalbleiter gekühlt werden. Es ist zu verste- hen, dass die Halbleitermodule im Inneren oder im Außenraum des Hohlraums angeordnet sein können. According to one embodiment of the invention, the base together with a housing forms a cavity for discharging the cooling medium. For example, the assembly may have a base that includes a plate. The plate can represent a wall within the housing and form a cavity together with other walls of the housing. For example, the housing may be the outer wall of the medium-voltage rectifier, in which a fan or blower is arranged, which blows the air from the cavity formed by the plate and the other walls of the housing from the cavity into the vicinity of the rectifier. The semiconductor modules are arranged on the plate, for example screwed thereto, and by the negative pressure in the cavity cooling air flows through the openings on the heat sinks, whereby the power semiconductors are cooled. It is to be understood that the semiconductor modules may be disposed inside or outside the cavity.
Eine Basis mit einer Platte kann dabei einstückig ausgebildet sein, beispielsweise aus Kunststoff. Eine derartige Basis ist einfach herzustellen, entweder durch Formpressen des Kunststoffmaterials oder durch einfaches Ausstanzen von Öffnungen aus einer Kunststoffplatte. A base with a plate can be integrally formed, for example, plastic. Such a base is easy to manufacture, either by molding of the plastic material or by simply punching openings of a plastic plate.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet die Basis einen Hohlraum. Im Gegensatz zu der eben beschriebenen Platte, die mit weiteren Komponenten, beispielsweise einem Gehäuse eines Mittelspannungsgleichrichters, den oder einen Hohlraum bilden kann, aus dem das Kühlmedium abgesaugt werden kann, ist es auch möglich, dass die Basis diesen Raum selbst bereitstellt, indem sie einen Hohlkörper bildet. According to one embodiment of the invention, the base forms a cavity. In contrast to the plate just described, which can form with other components, such as a housing of a medium-voltage rectifier, or a cavity from which the cooling medium can be sucked, it is also possible that the base itself provides this space by a Forms hollow body.
Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass die Basis ein Rohr umfasst oder ein Rohr ist. Unter einem Rohr kann dabei jeder längliche Hohlkörper aufgefasst werden. Grund- sätzlich kann ein Rohr jedoch ein Hohlkörper sein, der in einer Längsrichtung im Wesentlichen das gleiche Profil aufweist. Ein derartiges Profil kann beispielweise ein Kreis, bei einem runden Rohr, oder auch ein Rechteck oder Quadrat, bei einem eckigen Rohr, sein. Ein Rohr bietet den Vorteil, dass es einfach hergestellt werden kann, indem es als Kunst- Stoffstrang gepresst wird (Extrusion). Auch weitere Komponenten der Basis, wie Stege oder Versteifungen können auf diese Weise einfach zusammen mit der Basis durch Strangpressen gebildet werden. In diesem Fall kann die Basis ein einstückiger Körper sein bzw. die Baugruppe eine einstückige Basis umfassen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist im Inneren des Rohrs ein weiteres Rohr zum Führen der Kühlluft angeordnet. Bei einem langen und dünnen Rohr, das heißt einem Rohr, bei dem die Erstreckung in Längsrichtung wesentlich größer ist als der Durchmesser des Rohrs, kann es sein, dass durch die innere Reibung der Luft, die durch das Rohr strömt, die Luft nicht gleichmäßig aus den Öffnungen gesaugt wird. In diesem Fall ist es möglich, im Innern des Rohrs ein weiteres Rohr anzuordnen, das ein Stück weit in das äußere Rohr hineinreicht, beispielsweise bis nahezu zu dessen Ende, so dass, wenn an einem Ende der beiden Rohre Luft aus den Rohren gesaugt wird, auch am anderen Ende ein entsprechender Unterdruck vorhanden ist. Auch in diesem Fall können das innere und das äußere Rohr gleichzeitig zusammen extrudiert werden, beispielsweise mit Verstre- bungen, die die beiden Rohre verbinden. Auch in diesem Fall kann die Basis als einstückiges Bestandteil der Baugruppe gefertigt werden. This is possible, for example, in that the base comprises a pipe or is a pipe. Under a pipe each elongated hollow body can be understood. Reason- In addition, however, a pipe may be a hollow body having substantially the same profile in a longitudinal direction. Such a profile may be, for example, a circle, a round tube, or a rectangle or square, in a square pipe. A tube has the advantage that it can be easily manufactured by pressing it as a plastic extrusion (extrusion). Also, other components of the base, such as webs or stiffeners can be easily formed in this way together with the base by extrusion. In this case, the base may be a one-piece body or the assembly may comprise a one-piece base. According to one embodiment of the invention, a further tube for guiding the cooling air is arranged inside the tube. In the case of a long and thin tube, that is to say a tube in which the extension in the longitudinal direction is substantially greater than the diameter of the tube, the internal friction of the air flowing through the tube may not cause the air to be uniform the openings is sucked. In this case, it is possible to arrange in the interior of the pipe another pipe which extends a little way into the outer pipe, for example to almost its end, so that when air is sucked out of the pipes at one end of the two pipes, also at the other end, a corresponding negative pressure is present. In this case too, the inner and outer tubes can be extruded simultaneously, for example with braces connecting the two tubes. Also in this case, the base can be manufactured as an integral part of the assembly.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind Öffnungen und Halbleitermodule auf einer gleichen Höhe in Bezug auf eine Längsrichtung des Rohrs angeordnet. Einerseits ist es möglich, lediglich eine Reihe von Öffnungen und Halbleitermodulen auf der Basis anzuordnen, bei einem Rohr beispielsweise eine Reihe von Öffnungen und Halbleitermodulen, die sich in einer Längsrichtung entlang des Rohrs erstrecken. Wenn jedoch Öffnungen und Halbleitermodule auf einer gleichen Höhe des Rohrs angeordnet sind, ist es möglich, bei gleicher Rohrlänge mehrere Halbleitermodule an dem Rohr zu befestigen Auf diese Weise entsteht eine kompakte Bauweise, bei der das Rohr gegenüberliegende Öffnungen, beispielsweise zwei oder vier Öffnungen, auf gleicher Höhe aufweisen kann. Die Öffnungen können in gleichen Abständen um das Rohr angeordnet sein. According to one embodiment of the invention, openings and semiconductor modules are arranged at a same height with respect to a longitudinal direction of the tube. On the one hand, it is possible to arrange only a series of apertures and semiconductor modules on the base, for example, a tube of a series of apertures and semiconductor modules extending in a longitudinal direction along the tube. However, if openings and semiconductor modules are located at the same height of the tube, it is possible to attach a plurality of semiconductor modules to the tube with the same tube length. This results in a compact design in which the tube has opposite openings, for example two or four openings may have the same height. The openings may be arranged at equal intervals around the tube.
Insbesondere bei einer Reihenschaltung der Halbleitermodule können die Halbleitermodu- le auf gleicher Höhe um das Rohr zunächst in Reihe zusammengeschaltet werden, bevor eine weitere elektrische Verbindung zu einer weiteren Ebene (das heißt Halbleitermodu- len auf einer anderen Höhe) erfolgt. In particular, in the case of a series connection of the semiconductor modules, the semiconductor modules can first be connected together in series at the same height around the tube, before another electrical connection to another level (that is, semiconductor modules at a different height) takes place.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind Öffnungen und Halbleitermodule in ei- ner Reihe entlang einer Längsrichtung des Rohrs angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich eine Baugruppe, deren Länge leicht durch Hinzufügen oder Entfernen von Halbleitermodulen skaliert werden kann. Beispielsweise können die Rohre für die Basis beliebig lange extrudiert werden und in einem weiteren Arbeitsschritt mit den Öffnungen in einer Reihe entlang der Längsrichtung des Rohrs versehen werden. Erst danach können die Rohre entsprechend der gewünschten Anzahl der Halbleitermodule auf die gewünschte Länge zugeschnitten werden. According to one embodiment of the invention, openings and semiconductor modules are arranged in a row along a longitudinal direction of the tube. This results in an assembly whose length can be easily scaled by adding or removing semiconductor modules. For example, the tubes for the base can be extruded arbitrarily long and be provided in a further step with the openings in a row along the longitudinal direction of the tube. Only then can the tubes be cut to the desired length according to the desired number of semiconductor modules.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Baugruppe ein Gebläse zum Erzeugen eines Kühlluftstroms im Kühlluftkanal. Insbesondere wird der Kühlluftstrom im Hohlkörper bzw. im Inneren des Rohrs erzeugt. Dabei kann das Gebläse entweder die Kühlluft bzw. das Kühlmedium in das Innere des Hohlkörpers befördern bzw. umgekehrt die Kühlluft oder das Kühlmedium aus dem Inneren des Rohrs heraussaugen. Ist das Kühlmedium kein Gas, sondern eine Flüssigkeit, kann anstatt des Gebläses auch eine Pumpe verwendet werden. Bei einem Rohr als Basis der Baugruppe, kann beispielsweise das Gebläse an einem Ende des Rohrs angeordnet sein. Zusätzlich kann das andere Ende des Rohrs mit einem Deckel verschlossen sein. According to one embodiment of the invention, the assembly comprises a fan for generating a cooling air flow in the cooling air duct. In particular, the cooling air flow is generated in the hollow body or in the interior of the tube. In this case, the blower can either convey the cooling air or the cooling medium into the interior of the hollow body or, conversely, suck out the cooling air or the cooling medium from the interior of the pipe. If the cooling medium is not a gas but a liquid, a pump can be used instead of the blower. For example, with a tube as the base of the assembly, the fan may be located at one end of the tube. In addition, the other end of the tube may be closed with a lid.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Basis einen Steg auf, an dem je- des der Halbleitermodule befestigt ist. Ein Steg kann dabei eine längliche Komponente sein, die im Wesentlichen senkrecht von der Basis absteht. Beispielsweise kann sich der Steg in einer Längsrichtung eines Rohrs als Basis erstrecken und/oder in einer radialen Richtung des Rohrs vom Rohr abstehen. Bei einer Platte kann der Steg orthogonal von der Platte abstehen. According to one embodiment of the invention, the base has a web, to which each of the semiconductor modules is attached. A web can be an elongate component that protrudes substantially perpendicularly from the base. For example, the web may extend in a longitudinal direction of a pipe as a base and / or protrude from the pipe in a radial direction of the pipe. In a plate, the web can protrude orthogonally from the plate.
Der Steg kann einerseits zum Befestigen der Halbleitermodule dienen, beispielsweise mit Schrauben und Muttern (in diesem Fall muss beim Zusammenbau der Baugruppe nicht in das Innere des Hohlraums gegriffen werden, wenn die Halbleitermodule an der Basis befestigt werden sollen), andererseits kann der Steg auch als elektrische Isolierung dienen, um Halbleitermodule von anderen Halbleitermodulen elektrisch zu isolieren. Der Steg kann dabei auch wieder integral mit der Basis geformt sein, beispielsweise kann der Steg zusammen mit einer Platte formgepresst werden oder zusammen mit einem Rohr extrudiert werden. The web can on the one hand serve to fasten the semiconductor modules, for example with screws and nuts (in this case, when assembling the assembly does not need to be gripped inside the cavity when the semiconductor modules are to be attached to the base), on the other hand, the web can also as Electrical isolation are used to electrically isolate semiconductor modules from other semiconductor modules. The web can also be formed integrally with the base again, for example, the web can be molded together with a plate or extruded together with a tube.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Abschnitt eines Rohrprofils des Rohrs als Basis im Bereich der Öffnungen für das Kühlmedium gerade (und kann als Platte auf- gefasst werden). Mit anderen Worten befinden sich die Öffnungen, die in einer Reihe entlang des Stegs gebildet sein können, auf einem geraden Abschnitt des Rohrprofils. Ein weiterer Abschnitt des Rohrprofils kann dabei gekrümmt sein. Unter einem Rohrprofil kann dabei der Querschnitt des Rohrs orthogonal zur Längsrichtung des Rohrs verstanden werden. According to one embodiment of the invention, a portion of a pipe profile of the pipe as a base in the region of the openings for the cooling medium is straight (and can be considered as a plate). In other words, the openings, which may be formed in a row along the web, are located on a straight section of the pipe profile. Another section of the pipe profile can be curved. Under a pipe profile can be understood to mean the cross section of the tube orthogonal to the longitudinal direction of the tube.
Im Falle eines geraden Abschnitts der Basis kann ein im Wesentlichen quaderförmiger Kühlkörper eng an die Öffnung angelegt werden. Der gerade Abschnitt des Rohrprofils kann dabei so neben dem Steg beginnen, dass der Steg und der gerader Abschnitt orthogonal aufeinander stehen. In the case of a straight portion of the base, a substantially cuboid heat sink may be tightly applied to the opening. The straight section of the tube profile can begin so near the web that the web and the straight section are orthogonal to each other.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Basis zwischen einer ersten Reihe von Halbleitermodulen und einer zweiten Reihe von Halbleitermodulen einen Steg auf. Dadurch können die erste Reihe und die zweite Reihe durch den Steg voneinander elektrisch isoliert werden. Neben seiner Funktion als Befestigungsmittel kann der Steg damit auch dazu dienen, die Halbleitermodule voneinander elektrisch zu isolieren, um Kriechströme zwischen der ersten Reihe von Halbleitermodulen und der zweiten Reihe von Halbleitermodulen zu verhindern. According to one embodiment of the invention, the base has a ridge between a first row of semiconductor modules and a second row of semiconductor modules. Thereby, the first row and the second row can be electrically insulated from each other by the web. In addition to its function as a fastener, the bridge can thus also serve to electrically isolate the semiconductor modules from one another in order to prevent leakage currents between the first row of semiconductor modules and the second row of semiconductor modules.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Leistungselektronik dazu ausgeführt sein, mehrere Phasen (beispielsweise drei) eines Wechselstroms zu verarbeiten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Mehrzahl von Halbleitermodulen dazu ausgeführt, lediglich eine Phase des Wechselstroms zu verarbeiten. Mit anderen Worten weist die Leistungselektronik für jede Phase eine gesonderte Baugruppe auf. Falls die Leistungselektronik mehrere Phasen eines Wechselstroms verarbeitet, kann also für jede Phase des Wechselstroms eine gesonderte Basis bzw. gesonderte Baugruppe zur Küh- lung, Befestigung und Isolierung vorhanden sein. Insgesamt können die einzelnen Pha- sen des Wechselstroms dadurch noch besser voneinander elektrisch und thermisch isoliert werden. According to one embodiment of the invention, the power electronics may be configured to process multiple phases (eg, three) of an alternating current. According to an embodiment of the invention, the plurality of semiconductor modules is adapted to process only one phase of the alternating current. In other words, the power electronics for each phase on a separate module. If the power electronics processes several phases of an alternating current, a separate base or separate assembly for cooling, fastening and insulation can therefore be present for each phase of the alternating current. Overall, the individual phases sen of the alternating current thereby even better isolated from each other electrically and thermally.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Mehrzahl von Halbleitermodu- len wenigstens zwei, drei oder auch eine Mehrzahl von Reihen von Halbleitermodulen, wobei jede Reihe dazu ausgeführt sein kann, jeweils eine Phase des Wechselstroms zu verarbeiten. According to one embodiment of the invention, the plurality of semiconductor modules comprises at least two, three or even a plurality of rows of semiconductor modules, each row being adapted to process one phase of the alternating current in each case.
Beispielsweise kann die Mehrzahl von Halbleitermodulen drei Reihen von in Reihe ge- schalteten Halbleitermodulen umfassen, wie sie beispielsweise bei einem Gleichrichter vorhanden sein können. Die Reihen können dabei identisch aufgebaut sein, das heißt die gleiche Anzahl an Halbleitermodulen umfassen, die auch gleichartig miteinander verschaltet sein können. Auf diese Weise können alle Zweige eines Gleichrichters auf einer einzigen Basis angeordnet werden. By way of example, the plurality of semiconductor modules may comprise three rows of series-connected semiconductor modules, such as may be present in a rectifier, for example. The rows can be constructed identically, that is to say comprise the same number of semiconductor modules, which can also be interconnected in a similar manner. In this way, all branches of a rectifier can be arranged on a single base.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst wenigstens ein Halbleitermodul (oder auch alle Halbleitermodule) aus der Mehrzahl von Halbleitermodulen eine Leistungsdiode als Leistungshalbleiter und/oder eine Snubber-Schaltung. Die Diode kann Bestandteil eines Gleichrichterzweigs sein. Die Snubber-Schaltung kann dazu dienen, die an der Diode anliegenden Spannung dynamisch und statisch symmetrisch über andere Dioden aufzuteilen, wenn die Diode blockiert. According to one embodiment of the invention, at least one semiconductor module (or else all semiconductor modules) of the plurality of semiconductor modules comprises a power diode as power semiconductor and / or a snubber circuit. The diode may be part of a rectifier branch. The snubber circuit can serve to dynamically and statically symmetrically divide the diode voltage across other diodes when the diode is blocking.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass ein Halbleitermodul einen IGBT, beispielsweise für einen aktiven Gleichrichter oder für einen MMLC-Umrichter, umfasst. Alternatively, however, it is also possible that a semiconductor module comprises an IGBT, for example for an active rectifier or for an MMLC converter.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Baugruppe bzw. die Mehrzahl von Halbleitermodulen einen Gleichrichterzweig. Für jede der Phasen eines Wechselstroms werden bei einem Gleichrichter gewöhnlich zwei Gleichrichterzweige benötigt, ein positiver Gleichrichterzweig zum Erzeugen einer positiven Gleichspannung und einen ne- gativen Gleichrichterzweig zum Erzeugen einer negativen Gleichspannung. Der negative und der positive Zweig sind in der Regel in Reihe geschaltet, wobei ihre Mitte mit dem Wechselspannungsanschluss der jeweiligen Phase verbunden ist und an den anderen Enden dann jeweils die positive und die negative Gleichspannung anliegt. Die beiden Gleichrichterzweige können dabei auf einem Rohr als Basis derart angeordnet sein, dass der Wechselspannungsanschluss in der Mitte des Rohrs und die Anschlüsse für die beiden Gleichspannungen an den Enden des Rohrs liegen. Insbesondere bei einem Mittelspannungsgleichrichter können mit der Baugruppe, so wie sie vorstehend und im Nachfolgenden beschrieben ist, zahlreiche Probleme gelöst werden. Die Erhöhung der Blockierspannung durch die Reihenschaltung einer Mehrzahl von Halbleitermodulen (im Falle eines passiven Gleichrichters also Diodenmodule) mit niedriger Blockierspannung kann zur Folge haben, dass die einzelnen Diodenmodule vonei- nander isoliert werden müssen. Weiter können die Diodenmodule während des Betriebs eine bestimmte Verlustleistung aufweisen, welche mittels einer geeigneten Kühlung abgeführt werden muss. Sowohl die Isolierung als auch die geeignete Kühlung können von der Baugruppe bereitgestellt werden. Darüber hinaus soll der Aufbau einer Gleichrichterbaugruppe skalierbar und modular sein, insbesondere für die Verwendung bei verschiedenen Spannungsniveaus. Auch diese Skalierbarkeit und Modularität können mit der Baugruppe umgesetzt werden. According to one embodiment of the invention, the assembly or the plurality of semiconductor modules comprises a rectifier branch. For each of the phases of an alternating current, a rectifier usually requires two rectifier branches, a positive rectifier branch for generating a positive DC voltage and a negative rectifier branch for generating a negative DC voltage. The negative and the positive branch are usually connected in series, with their center is connected to the AC terminal of the respective phase and then at the other ends in each case the positive and the negative DC voltage is applied. The two rectifier branches can be arranged on a tube as a base such that the AC voltage port in the middle of the tube and the connections for the two DC voltages are at the ends of the tube. Especially with a medium-voltage rectifier, numerous problems can be solved with the assembly as described above and below. The increase of the blocking voltage by the series connection of a plurality of semiconductor modules (in the case of a passive rectifier, ie diode modules) with a low blocking voltage can result in the individual diode modules having to be isolated from one another. Further, the diode modules during operation may have a certain power loss, which must be dissipated by means of a suitable cooling. Both isolation and proper cooling can be provided by the assembly. In addition, the design of a rectifier assembly should be scalable and modular, especially for use at different voltage levels. This scalability and modularity can also be implemented with the module.
Für einen Gleichrichter, so wie er obenstehend und unterstehend beschrieben ist, können die Probleme der Isolation, der Kühlung und der Montage mit einem einzigen Konstrukü- onselement, das heißt der Basis der Baugruppe, auf einfache Weise realisiert werden. Darüber hinaus ist die Basis günstig herzustellen und kann leicht skaliert werden. For a rectifier as described above and below, the problems of isolation, cooling and mounting with a single constructional element, that is the base of the assembly, can be easily realized. In addition, the base is cheap to manufacture and can be easily scaled.
Falls technisch möglich, aber nicht explizit genannt, sind auch Kombinationen von Ausfüh- rungsformen so wie obenstehend und untenstehend beschrieben auch Ausführungsfor- men der Baugruppe oder des Gleichrichters. If technically possible, but not explicitly mentioned, combinations of embodiments as described above and below are also embodiments of the module or of the rectifier.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Brief Description of the Drawings Embodiments of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt einen Gleichrichter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt ein Antriebssystem, in dem ein Gleichrichter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden kann. Fig. 1 shows a rectifier according to an embodiment of the invention. Fig. 2 shows a drive system in which a rectifier according to an embodiment of the invention can be used.
Fig. 3 zeigt ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3 shows a semiconductor module according to an embodiment of the invention.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ansicht des Halbleitermoduls aus Fig. 3. FIG. 4 shows a further view of the semiconductor module from FIG. 3.
Fig. 5 zeigt ein Halbleitermodul gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6 zeigt eine weitere Ansicht des Halbleitermoduls aus Fig. 5. 5 shows a semiconductor module according to another embodiment of the invention. FIG. 6 shows a further view of the semiconductor module from FIG. 5.
Fig. 7 zeigt eine Baugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 7 shows an assembly according to an embodiment of the invention.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ansicht der Baugruppe aus Fig. 7. Fig. 9 zeigt eine Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. FIG. 8 shows another view of the assembly of FIG. 7. FIG. 9 shows an assembly according to another embodiment of the invention.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ansicht der Baugruppe aus Fig. 9. FIG. 10 shows a further view of the assembly of FIG. 9. FIG.
Fig. 11 zeigt eine Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 11 shows an assembly according to another embodiment of the invention.
Fig. 12 zeigt eine Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 12 shows an assembly according to another embodiment of the invention.
Fig. 13 zeigt eine Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 14 zeigt eine Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 13 shows an assembly according to another embodiment of the invention. Fig. 14 shows an assembly according to another embodiment of the invention.
Fig. 15 zeigt eine Basis für eine Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 16 zeigt eine Basis für eine Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 15 shows a base for an assembly according to another embodiment of the invention. Fig. 16 shows a base for an assembly according to another embodiment of the invention.
Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in zusammenfassender Form in der Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Wege zur Ausführung der Erfindung The reference numerals used in the figures and their meaning are listed in summary form in the list of reference numerals. Basically, identical or similar parts are provided with the same reference numerals. Ways to carry out the invention
Die Fig. 1 zeigt einen Gleichrichter 10, der dazu ausgeführt ist, eine an seinem Wechselspannungseingang 12 anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung an seinem Gleichspannungsausgang 14 umzuwandeln. Bei dem Gleichrichter 10 handelt es sich um einen typischen Sechs-Puls-Gleichrichter 10, der für jede der drei Phasen L1 , L2, L3 zwei in Reihe geschaltete Gleichrichterzweige 16 aufweist, die an einem Ende mit einer der Phasen L1 , L2, L3 der Wechselspannung und mit ihrem anderen Ende mit entweder dem Pol für die negative Spannung -VDC oder dem Pol für die positive Spannung +VDC des Gleichspannungsausgangs 14 verbunden sind. Jeder der Gleichrichterzweige 16 ist aus einer Kette von in Reihe geschalteten Halbleitermodulen 18 aufgebaut, die dabei jeweils einen Leistungshalbleiter 20, hier eine Diode 20, und eine parallel zur Diode 20 geschaltete Snubber-Schaltung 22 aufweist. Bei den Halbleitermodulen 18 handelt es sich um gleich aufgebaute Unterbaugruppen des Gleichrichters 10, aus denen beispielsweise die Gleichrichterzweige 16 aufgebaut werden können. FIG. 1 shows a rectifier 10, which is designed to convert an AC voltage applied to its AC voltage input 12 into a DC voltage at its DC voltage output 14. The rectifier 10 is a typical six-pulse rectifier 10 having, for each of the three phases L1, L2, L3, two series rectifier branches 16 connected at one end to one of the phases L1, L2, L3 of FIG AC voltage and connected to the other end with either the negative-voltage pole -VDC or the positive-voltage pole + VDC of the DC output 14. Each of the rectifier branches 16 is constructed from a chain of series-connected semiconductor modules 18, which in each case has a power semiconductor 20, in this case a diode 20, and a snubber circuit 22 connected in parallel with the diode 20. The semiconductor modules 18 are similarly constructed subassemblies of the rectifier 10, from which, for example, the rectifier branches 16 can be constructed.
Die Snubber-Schaltung 22 ist über der Diode 20 angebracht, damit die Spannungsaufteilung während dem Blockieren der Diode 20 dynamisch und auch statisch symmetrisch aufgeteilt werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Schaltung 20 einen Widerstand 24 und einen Kondensator 26. Anstatt der in der Fig. 1 gezeigten Snubber- Schaltung 22, sind auch andere Ausführungen von Snubber-Schaltungen möglich. The snubber circuit 22 is mounted over the diode 20 so that the voltage division during the blocking of the diode 20 can be divided dynamically and also statically symmetrically. In the embodiment shown, the circuit 20 comprises a resistor 24 and a capacitor 26. Instead of the snubber circuit 22 shown in FIG. 1, other embodiments of snubber circuits are possible.
In der Fig. 2 ist ein Antriebssystem 28 dargestellt, das einen Gleichrichter 10, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist, umfasst. Der Gleichrichter 10 richtet dabei eine aus einem Versor- gungsnetz 10 stammende Wechselspannung in eine Gleichspannung gleich, diewiede- rum einem Umrichter 30 zugeführt ist, der eine variable Wechselspannung für einen Antrieb 32, wie beispielsweise einen elektrischen Motor, erzeugen kann. 2, a drive system 28 is shown, which comprises a rectifier 10, as shown in FIG. In this case, the rectifier 10 rectifies an AC voltage originating from a supply network 10 into a DC voltage, which in turn is supplied to a converter 30, which can generate a variable AC voltage for a drive 32, such as an electric motor.
Die Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Halbleitermoduls 18, das ein FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of a semiconductor module 18 that includes a
Diodenmodul 20' mit zwei in Reihe geschalteten Dioden 20 umfasst. Das Diodenmodul 20' ist dabei mit einem Kühlkörper 34 verbunden, beispielsweise kann das Diodenmodul 20' auf den Kühlkörper 34 geschraubt oder genietet sein. Gegenüber der Fläche, an der Wärme aus der Diode in den Kühlkörper 34 geleitet werden kann, weist das Diodenmodul 20' Kontakte 36 auf, die mit einer Platine 38 verbunden sind, auf der die weiteren Bau- elemente 24, 26 von zwei Snubber-Schaltung 22 angeordnet sind. Auf der einen Seite der Platine, die von der Diode 20 weg weist, sind dabei vier Widerstände 24 und zwei Kondensatoren 26 angeordnet. Die Widerstände 24 und Kondensatoren 26 auf der Platine 38 bilden dabei die zwei Snubber-Schaltungen 22, die jeweils parallel zu den beiden Dioden 20 des Diodenmoduls 20' geschaltet sind. Diode module 20 'with two diodes 20 connected in series. The diode module 20 'is connected to a heat sink 34, for example, the diode module 20' can be screwed or riveted to the heat sink 34. Opposite the surface, can be passed to the heat from the diode in the heat sink 34, the diode module 20 'contacts 36, which are connected to a circuit board 38, on which the other components 24, 26 of two snubber circuit 22 are arranged. On the one hand the Board facing away from the diode 20, four resistors 24 and two capacitors 26 are arranged. The resistors 24 and capacitors 26 on the board 38 thereby form the two snubber circuits 22, which are each connected in parallel to the two diodes 20 of the diode module 20 '.
Die Platine 38 befindet sich seitlich neben der Anordnung aus Diode 20 und Kühlkörper 34 und erstreckt sich parallel zu dieser Anordnung. Die auf der Platine 38 angebrachten Komponenten 24, 26 sind mittels drei Stromschienen 40 mit dem Diodenmodul 20' verbunden, die mittels Einpress- oder Lötkontakten mit der Platine 38 verbunden sein kön- nen. Die Stromschienen 40 (beispielsweise Kupferstreifen) stellen eine elektrische und mechanische Verbindung zu den Anschlüssen 36 des Diodenmoduls 20' her. An ihrem oberen Ende ist die Platine 38 über die Stromschienen 40 mit den Kontakten 36 verbunden. An ihrem anderen Ende ist die Platine 38 mechanisch mit dem Kühlkörper 34 über einen Bolzen oder eine Schraube verbunden. The circuit board 38 is located laterally next to the arrangement of diode 20 and heat sink 34 and extends parallel to this arrangement. The components 24, 26 mounted on the circuit board 38 are connected by means of three bus bars 40 to the diode module 20 ', which can be connected to the circuit board 38 by means of press-fit or solder contacts. The bus bars 40 (for example copper strips) establish an electrical and mechanical connection to the terminals 36 of the diode module 20 '. At its upper end, the board 38 is connected via the bus bars 40 to the contacts 36. At its other end, the circuit board 38 is mechanically connected to the heat sink 34 via a bolt or a screw.
In der Fig. 4 ist eine Ansicht auf die Stirnseiten der des Halbleitermoduls 18 aus der Fig. 3 dargestellt. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, ist die Platine 38 (die beispielsweise eine Printplatte 38 sein kann) beabstandet von der Diode 20 und dem Kühlkörper 34 angeordnet und am Kühlkörper 34 über einen Abstandhalter 42, beispielsweise mit einer Schrau- be 42 befestigt. Über den Abstandhalter 42 wird das Potential des Kühlkörpers 34 mittels der elektrischen Verbindung durch den Abstandhalter 42 auf ein definiertes Potential gelegt, welches aus Isolationsgründen des Dualdiodenmoduls 20' in der Hälfte der gesamten Blockierspannung der beiden Dioden 20 liegt. Das Diodenmodul 20' kann durch den Kühlkörper 34 luftgekühlt werden. Der Kühlkörper 34 ist ein extrudierter Kühlkörper 34, dessen thermischer Widerstand durch Variantion der Länge in Extrusionsrichtung E eingestellt werden kann. Der Kühlkörper 34 kann bä- spielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein Strang mit dem Profil des Kühlkörpers stranggepresst wird und dann die einzelnen Kühlkörper von dem Strang abgetrennt wer- den. Darüber hinaus weist der Kühlkörper 34 Löcher 44 auf, mit dem das Halbleitermodul 18 an einer Basis befestigt werden kann, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben oder Nieten. FIG. 4 shows a view of the end faces of the semiconductor module 18 from FIG. 3. As can be seen from FIG. 4, the circuit board 38 (which can be, for example, a printed circuit board 38) is arranged at a distance from the diode 20 and the heat sink 34 and fastened to the heat sink 34 via a spacer 42, for example with a screw 42. About the spacer 42, the potential of the heat sink 34 by means of the electrical connection through the spacer 42 is set to a defined potential, which is for isolation reasons of the dual diode module 20 'in half of the total blocking voltage of the two diodes 20. The diode module 20 'can be air-cooled by the heat sink 34. The heat sink 34 is an extruded heat sink 34 whose thermal resistance can be adjusted by varying the length in the extrusion direction E. By way of example, the heat sink 34 can be produced by extruding a strand with the profile of the heat sink and then separating the individual heat sinks from the strand. In addition, the heat sink 34 holes 44, with which the semiconductor module 18 can be attached to a base, for example by means of screws or rivets.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleitermoduls 18. Ge- nauso wie bei dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel des Halbleitermo- duls 18 sind das Diodenmodul 20' und der Kühlkörper 34 miteinander verschraubt. In den Fig. 5 und 6 wird jedoch eine andere Möglichkeit dargestellt, wie die Platine 38, die die Snubber-Schaltung 22 trägt, mit der Anordnung aus Diodenmodul 20' und Kühlkörper 34 verbunden werden kann. Dazu weist die Platine 38 Öffnungen auf, mit denen sie direkt über die Anschlüsse 36 geschoben werden kann um sie beispielsweise durch Verschrau- ben, fest mit dem Diodenmodul 20' zu verbinden. Damit steht die Platine 38 orthogonal von der Anordnung aus Diodenmodul 20' und Kühlkörper 34 ab. Dabei sind die Widerstände 24 und 26, die genauso wie in der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 geschaltet sind, neben dem Diodenmodul 20' angeordnet. FIGS. 5 and 6 show a further exemplary embodiment of a semiconductor module 18. In the same way as in the exemplary embodiment of the semiconductor mode shown in FIGS. Duls 18, the diode module 20 'and the heat sink 34 are screwed together. However, FIGS. 5 and 6 illustrate another way in which the board 38 carrying the snubber circuit 22 may be connected to the array of diode module 20 'and heat sink 34. For this purpose, the board 38 has openings with which it can be pushed directly over the terminals 36 in order, for example, by screwing them firmly to the diode module 20 'to connect. Thus, the board 38 is orthogonal to the array of diode module 20 'and heat sink 34 from. In this case, the resistors 24 and 26, which are connected in the same way as in the embodiment of FIGS. 3 and 4, are arranged next to the diode module 20 '.
In der Fig. 5 ist auch der Aufbau des Kühlkörpers 34 gut zu erkennen. Der Kühlkörper 34 besteht im Wesentlichen aus einem quaderförmigen Körper mit gleichbleibendem Profil in Richtung E. Der Kühlkörper 34 weist eine Vielzahl von kammartig angeordneten Kühllamellen 46 auf, die von Kühlluft durchströmt werden können und die es dem Kühlkörper 34 ermöglichen, das mit ihm verbundene Diodenmodul 20' zu kühlen. An seinen Enden in Längsrichtung weist der Kühlkörper 34 zwei Befestigungselemente mit den Löchern 44 auf, an denen der Kühlkörper 34 mit einer Basis verbunden werden kann. In Fig. 5, the structure of the heat sink 34 is clearly visible. The heat sink 34 consists essentially of a cuboid body with a constant profile in the direction E. The heat sink 34 has a plurality of comb-like arranged cooling fins 46, which can be traversed by cooling air and allow the heat sink 34, the diode module 20 connected to it 'to cool. At its longitudinal ends, the heat sink 34 has two fastening elements with the holes 44, at which the heat sink 34 can be connected to a base.
Die Fig. 7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Baugruppe 48, auf der eine Mehrzahl von Halbleitermodulen 18 angeordnet ist. Die Baugruppe 48 umfasst eine Basis 50 in der Form eines Rohrs 50, auf dem in einer Längsrichtung L des Rohrs eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Halbleitermodulen 18, im vorliegenden Fall die Halbleitermodule 18 aus den Fig. 1 und 2, angeordnet sind. Die einzelnen Halbleitermodule 18 sind mittels Stromschienen 52 verbunden und an einem Steg 54 der Baugruppe 48 befestigt. Dies kann beispielsweise mittels Schrauben oder Nieten durch die Öffnungen 44 an den Kühlkörpern 34 erfolgen. Hierzu weist der Steg 54 entsprechende Löcher auf, durch die die Schrauben oder Nieten geschoben werden können. Die Diodenmodule 20' und die Elemente der Snubberschaltung 20 sind auf diese Weise lediglich indirekt über den Kühlkörper 34 mit der Basis 50 verbunden. FIG. 7 shows a first exemplary embodiment of an assembly 48, on which a plurality of semiconductor modules 18 are arranged. The assembly 48 comprises a base 50 in the form of a tube 50, on which in a longitudinal direction L of the tube, a plurality of series-connected semiconductor modules 18, in the present case, the semiconductor modules 18 of FIGS. 1 and 2, are arranged. The individual semiconductor modules 18 are connected by means of busbars 52 and attached to a web 54 of the assembly 48. This can be done for example by means of screws or rivets through the openings 44 on the heat sinks 34. For this purpose, the web 54 corresponding holes through which the screws or rivets can be pushed. The diode modules 20 'and the elements of the snubber circuit 20 are connected in this way only indirectly via the heat sink 34 to the base 50.
Die Baugruppe 48 umfasst damit ein elektrisch isolierendes Kunststoffrohr 50, welches sehr preiswert extrudiert werden kann und an dem Dioden mittels der Halbleitermodule 18 befestigt sind. Sie stellt damit eine Möglichkeit bereit, einen einfachen Aufbau eines Diodenzweigs 12 zu ermöglichen. Mit der Wahl des extrudierten Profils (das heißt bei- spielsweise mit einem Steg 54) kann zugleich die Befestigung der Halbleitermodule 18 bewerkstelligt werden. Dazu kann das extrudierte Kunststoffrohr 50 zuvor noch mit Bohrungen und Ausfräsungen für die Lufteinlässe 60 versehen werden. Wie aus der Fig. 7 zu erkennen ist, weist das Rohrprofil des Rohrs 50 einen geraden (plattenförmigen) Abschnitt 56 und einen gekrümmten Abschnitt 58 auf. Auf dem geraden Abschnitt 56 sind dabei die Halbleitermodule 18 angeordnet. Außerdem befinden sich im geraden Abschnitt 56 Öffnungen 60, durch die Luft durch die Lamellen 46 der Kühlkörper 34 in das Innere des Rohrs bzw. aus diesem heraus strömen kann. Im Inneren des Rohrs 50 ist somit ein Kühlluftkanal 51 gebildet, der durch die Wandungen des Rohrs 50 begrenzt wird. The assembly 48 thus includes an electrically insulating plastic tube 50, which can be extruded very inexpensively and are attached to the diodes by means of the semiconductor modules 18. It thus provides a possibility to enable a simple construction of a diode branch 12. With the choice of the extruded profile (ie For example, with a web 54) at the same time the attachment of the semiconductor modules 18 can be accomplished. For this purpose, the extruded plastic pipe 50 can be previously provided with holes and cutouts for the air inlets 60. As can be seen from FIG. 7, the tube profile of the tube 50 has a straight (plate-shaped) section 56 and a curved section 58. In this case, the semiconductor modules 18 are arranged on the straight section 56. In addition, in the straight portion 56 openings 60 through which air through the fins 46 of the heat sink 34 in the interior of the pipe or can flow out of it. Inside the tube 50 thus a cooling air channel 51 is formed, which is bounded by the walls of the tube 50.
Die Öffnungen 60 für die Kühlluft und die Halbleitermodule 18 sind in einer Reihe 66 entlang des Stegs 54 angeordnet. The openings 60 for the cooling air and the semiconductor modules 18 are arranged in a row 66 along the web 54.
Die Basis 50, das heißt das Rohr 50, kann dabei auf einfache Art und Weise gefertigt werden. The base 50, that is the tube 50, can be manufactured in a simple manner.
In einem ersten Schritt kann das Kunststoffrohr 50 zusammen mit dem Steg 54 in einem Arbeitsschritt extrudiert werden. In a first step, the plastic tube 50 can be extruded together with the web 54 in one step.
In einem zweiten Schritt kann, abhängig von der Anzahl der Halbleitermodule, das extrudierte bzw. stranggepresste Kunststoff rohr zugeschnitten werden. Die Skalierung der Spannung ist mit der Rohrlänge des Rohrs 50 einstellbar, wobei je nach Einbauhöhe ein Polende eventuell gefaltet werden muss, so wie es weiter unten in der Fig. 13 dargestellt ist. In a second step, depending on the number of semiconductor modules, the extruded or extruded plastic tube can be cut. The scaling of the voltage is adjustable with the tube length of the tube 50, depending on the installation height, a pole end may need to be folded, as shown below in Fig. 13.
In einem dritten Schritt (der auch vor dem zweiten Schritt erfolgen kann) kann das Kunststoffrohr 50 mit den Öffnungen 60 bzw. Lufteinlässen 60 versehen werden, über die dann die Kühlkörper 34 der Halbleitermodule 18 angeordnet werden können. In a third step (which can also take place before the second step), the plastic tube 50 can be provided with the openings 60 or air inlets 60, via which the heat sinks 34 of the semiconductor modules 18 can then be arranged.
In einem vierten Schritt können auch der Steg 54 bzw. das Kunststoff rohr 50 mit Löchern versehen werden, mit deren Hilfe die Halbleitermodule 18 über ihre Kühlkörper 34 mit dem Rohr 50 verbunden werden können. Die Baugruppe 48 kann dann dadurch zusammengestellt werden, dass in einem ersten Schritt die Halbleitermodule 18 mit dem Rohr 50 verschraubt bzw. vernietet werden und anschließend die einzelnen Halbleitermodule über die Stromschienen 52 elektrisch miteinander verbunden werden. In a fourth step, the web 54 and the plastic tube 50 can be provided with holes with the aid of the semiconductor modules 18 can be connected via their heat sink 34 to the tube 50. The assembly 48 can then be assembled by screwing or riveting the semiconductor modules 18 to the tube 50 in a first step and then electrically connecting the individual semiconductor modules via the busbars 52.
Die Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Baugruppe 48, an der zwei Gleichrichterzweige 16 angebracht sind. An dem Kunststoffrohr 50 sind in einer Längsrichtung des Rohrs 50 eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Halbleitermodulen 18, so wie es in Fig. 7 dargestellt ist, angebracht. Die Mehrzahl von Halbleitermodulen 18 umfassen dabei einen ersten (positiven) Gleichrichterzweig 16a und einen zweiten (negativen) Gleichrichterzweig 16b. In der Mitte des Rohrs zwischen den beiden Gleichrichterzweigen 16 un- fasst die Baugruppe 48 einen Wechselspannungsanschluss 62. An den Enden des Rehres sind zwei Gleichspannungsanschlüsse 64a, 64b angebracht. Die Baugruppe 48 um- fasst also einen mittleren Anschluss 62 für Wechselspannung, der mit dem ersten Gleich- richterzweig 16a und dem zweiten Gleichrichterzweig 16b verbunden ist und einen ersten Anschluss 64a für eine positive Gleichspannung, der mit dem anderen Ende des ersten Gleichrichterzweigs 16a verbunden ist und einen zweiten Gleichspannungsanschluss 64b, der mit dem anderen Ende des zweiten Gleichrichterzweigs 16b verbunden ist. Da bei der in der Fig. 8 gezeigten Ausführungsform 48 in der Mitte der Wechselspannungsanschluss 62 und oben und unten jeweils der Anschluss 64a mit +VDC und der Anschluss 64b mit -VDC angebracht sind, können einzelne Pole ohne Kriechstreckenprobleme direkt nebeneinander an den Rohrenden befestigt werden, da sie im Wesentlichen das gleiches elektrisches Potential aufweisen. FIG. 8 shows a further embodiment of an assembly 48 to which two rectifier branches 16 are attached. On the plastic pipe 50, in a longitudinal direction of the pipe 50, a plurality of semiconductor modules 18 connected in series, as shown in FIG. 7, are mounted. The plurality of semiconductor modules 18 comprise a first (positive) rectifier branch 16a and a second (negative) rectifier branch 16b. In the middle of the tube between the two rectifier branches 16, the assembly 48 includes an AC voltage terminal 62. At the ends of the barrel, two DC voltage terminals 64a, 64b are mounted. The assembly 48 thus comprises an intermediate AC terminal 62 connected to the first rectifier arm 16a and the second rectifier arm 16b and a first positive DC terminal 64a connected to the other end of the first rectifier arm 16a and a second DC voltage terminal 64b connected to the other end of the second rectifier branch 16b. Since in the embodiment 48 shown in FIG. 8, in the middle of the AC voltage terminal 62 and above and below the terminal 64a with + VDC and the terminal 64b with -VDC are mounted, individual poles can be attached without creepage problems directly adjacent to each other at the pipe ends because they have substantially the same electrical potential.
Die Fig. 9 und 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe 48a, die mehrere Reihen 66a, 66b, 66c von Halbleitermodulen 18 umfasst. Jede der in den Fig. 9 und 10 gezeigten Reihen 66a, 66b, 66c kann dabei wie die in der Fig. 7 gezeigte Reihe 66 aufgebaut sein. Insbesondere umfasst jede der Reihen 66a, 66b, 66c Halbleitermodule 18, die über Stromschienen 52 in Reihe geschaltet sind und mittels ihrer Kühlkörper 34 mit einem Steg 54 am Rohr 50a befestigt sind. Wie aus den Fig. 9 und 10 hervorgeht, weist das Rohr 50a mehrere Abschnitte 56 mit geradem Rohrprofil auf, die in radialer Richtung um das Rohr herum angeordnet sind. Darüber hinaus weist das Rohr 50a am Rande jeder der Abschnitte 56 einen Steg 54 auf, an dem die Halbleitermodule 18 befes- tigt sind. Die drei Reihen 66a, 66b, 66c von Halbleitermodulen 18 können dabei für die Gleichrichterzweige 16 des Gleichrichters 10 verwendet werden, wenn jede der Reihen 66a, 66b, 66c anlog der Reihe 66 aus der Fig. 8 aufgebaut wird. Die Fig. 8 zeigt im Gegensatz dazu eine einpolige Ausführung der Baugruppe 48. Eine einpolige Ausführung 48 kann bei höheren Phasenspannungen gegenüber der in der Fig. 9 gezeigten dreipoligen Variante 48a vorteilhaft sein, da sich die Kriechstrecken, die sich zwischen den Reihen 66a, 66b und 66c ergeben können, nur dadurch genügend verlängern lassen, indem genügend hohe Rippen 54 bzw. zusätzliche Rippen eingesetzt werden. FIGS. 9 and 10 show another embodiment of an assembly 48a that includes a plurality of rows 66a, 66b, 66c of semiconductor modules 18. Each of the rows 66a, 66b, 66c shown in FIGS. 9 and 10 can be constructed like the row 66 shown in FIG. In particular, each of the rows 66a, 66b, 66c comprises semiconductor modules 18, which are connected in series via busbars 52 and are fastened by means of their heat sinks 34 with a web 54 on the tube 50a. As shown in Figs. 9 and 10, the tube 50a has a plurality of straight tube section portions 56 arranged radially around the tube. In addition, the tube 50a has at the edge of each of the sections 56 a web 54 on which the semiconductor modules 18 are fastened. The three rows 66a, 66b, 66c of semiconductor modules 18 can be used for the rectifier branches 16 of the rectifier 10 when each of the rows 66a, 66b, 66c is constructed analogous to the row 66 of FIG. In contrast, FIG. 8 shows a single-pole design of the assembly 48. A single-pole design 48 may be advantageous at higher phase voltages compared to the three-pole variant 48a shown in FIG. 9, since the creepage distances extending between the rows 66a, 66b and 66c can only be sufficiently extended by sufficiently high ribs 54 or additional ribs are used.
Die Fig. 1 1 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe 48b, die zwei Reihen von Halbleitermodulen 66a, 66b, die entlang einer Längsrichtung L des Rohrs 50b angeordnet sind, umfasst. Das Rohr 50b ist dabei symmetrisch zu einer Mittelebene. Die Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Baugruppe 48c, die eine Basis bzw. ein Rohr 50c umfasst, das aus vier gleichen Platten 68a, 68b, 68c, 68d gebildet ist, die zu einem quadratischen Rohrprofil zusammengesetzt sind. Die über das quadratische Rohrprofil hinausragenden Abschnitte der Platten 68a, 68b, 68c, 68d bilden dabei Stege 54, an denen die Reihen 66a, 66b, 66c, 66d von Halbleitermodulen 18 befestigt sind. 1 1 shows another embodiment of a package 48b comprising two rows of semiconductor modules 66a, 66b arranged along a longitudinal direction L of the pipe 50b. The tube 50b is symmetrical to a median plane. Fig. 12 shows another embodiment with an assembly 48c comprising a base 50c formed of four identical plates 68a, 68b, 68c, 68d which are assembled into a square tube profile. The sections of the plates 68a, 68b, 68c, 68d projecting beyond the square tube profile thereby form webs 54 to which the rows 66a, 66b, 66c, 66d of semiconductor modules 18 are fastened.
Insgesamt ist zu verstehen, dass die in den Fig. 9 bis 12 gezeigten Ausführungsformen von Baugruppen 48a, 48b, 48c genauso wie das in den Fig. 7 und 8 gezeigte Baugruppe 48 hergestellt werden kann, also einstückig stranggepresst werden kann. Overall, it is understood that the embodiments shown in FIGS. 9 to 12 of assemblies 48a, 48b, 48c as well as the assembly 48 shown in FIGS. 7 and 8 can be produced, that can be extruded in one piece.
Die in den Fig. 7 bis 10 gezeigten Ausführungsformen von Baugruppen 48 und 48a umfassen in Reihe geschaltete Halbleitermodule 18, die auch entsprechend ihrer Verspätung entlang einer Längsrichtung des Rohrs 50 bzw. 50a angeordnet sind. Gleiches ist auch für die in den Fig. 11 und 12 gezeigten Ausführungsbeispiele 48b und 48c möglich. The embodiments of assemblies 48 and 48a shown in FIGS. 7 to 10 include series-connected semiconductor modules 18, which are also arranged according to their delay along a longitudinal direction of the tube 50 and 50 a. The same is also possible for the exemplary embodiments 48b and 48c shown in FIGS. 11 and 12.
Die Fig. 13 zeigt eine weitere Möglichkeit, wie Halbleitermodule 18, die an einem Rohr 50d befestigt sind, miteinander verschaltet werden können. Bei dem in der Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel werden zuerst die auf der gleichen Höhe in Längsrichtung L befindlichen Halbleitermodule 18 in Reihe geschaltet, bevor eine elektrische Verbindung zur nächsten Ebene von Halbleitermodulen 18 erfolgt. Eine analoge Verschaltung ist insbe- sondere auch für die in den Fig. 1 1 und 12 gezeigten Ausführungsformen 48b und 48c möglich. Beispielsweise können bei der Baugruppe 48c die Halbleitermodule 18 erst reihum miteinander verbunden werden, bevor eine elektrische Verbindung in die nächste Ebene erfolgt. Auf diese Weise können alle Halbleitermodule 18 einer Phase an einem kurzen Rohr 50d befestigt werden. FIG. 13 shows a further possibility of how semiconductor modules 18, which are fastened to a tube 50d, can be interconnected. In the embodiment shown in FIG. 13, first, the semiconductor modules 18 located at the same height in the longitudinal direction L are connected in series, before an electrical connection to the next level of semiconductor modules 18 takes place. An analogue interconnection is special also for the embodiments 48b and 48c shown in Figs. 1 and 12 possible. For example, in the case of the assembly 48c, the semiconductor modules 18 can first be connected together in series, before an electrical connection to the next level takes place. In this way, all of the semiconductor modules 18 of one phase can be attached to a short tube 50d.
Jede der Baugruppen 48, 48b, 48c oder auch 48d kann für einen einzelnen Gleichrichterzweig 12 (oder ein Paar von Gleichrichterzweigen 12) eines Gleichrichters 10 verwendet werden. Damit könnten beispielsweise für einen Sechs-Puls-Gleichrichter sechs (oder drei) gleichartig aufgebaute Rohre 50, 50b, 50c, 50d verwendet werden. Einerseits könnte die Verbindung der einzelnen Halbleitermodule mit isolierten Kabeln 70, so wie es in der Fig. 13 dargestellt ist, erfolgen. Andererseits ist aber auch möglich, dass die Verbindung der einzelnen Halbleitermodule 18 über Stromschienen 52, so wie es beispielsweise in der Fig. 7 dargestellt ist, erfolgt. Each of the assemblies 48, 48b, 48c, or even 48d may be used for a single rectifier arm 12 (or a pair of rectifier arms 12) of a rectifier 10. Thus, for example, six (or three) similarly constructed tubes 50, 50b, 50c, 50d could be used for a six-pulse rectifier. On the one hand, the connection of the individual semiconductor modules with insulated cables 70, as shown in FIG. 13, could take place. On the other hand, it is also possible that the connection of the individual semiconductor modules 18 via bus bars 52, as shown for example in FIG. 7, takes place.
Die Fig. 14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe 48e, die ein Kunststoffrohr 50e als Basis 50e umfasst. Das Kunststoffrohr 50e ist an einem Ende mit einem Gebläse 72 oder Lüfter 72 verbunden und am anderen Ende mit einem Deckel 74 verschlossen. Mit dem Gebläse 72 kann im Inneren des Rohrs 50e ein Unterdruck erzeugt werden, so dass Kühlluft durch die Öffnungen 60 in das Innere des Rohrs 50e strömt und dabei die (in der Fig. 14 nicht dargestellten) Kühlkörper 34 der Halbleitermodule 18 kühlt. Auf diese Weise kann die Verlustleistung aus den Dioden 20 der Halbleitermodule 18 abgeführt werden. Die Luftaufteilung innerhalb des Rohrs, das heißt die Verteilung des Unterdrucks innerhalb des Rohrs 50e kann mit einem inneren Rohr 76 eingestellt werden. Dabei wird durch das Gebläse 72 auch im inneren Rohr 76 ein Unterdruck erzeugt, mit dem auch Luft aus dem Endbereich des Rohrs 50e in der Nähe des Deckels 74 abgesaugt werden kann, so dass durch eine innere Reibung der Luft im Rohr 50e erzeugte Druckunterschiede ausgeglichen werden können. Das innere Rohr 76 kann dabei im gleichen Arbeitsgang wie das äußere Rohr 50e extrudiert werden und somit eine einstückige Komponente der Baugruppe 48e darstellen. FIG. 14 shows another embodiment of an assembly 48e comprising a plastic tube 50e as a base 50e. The plastic tube 50e is connected at one end to a fan 72 or fan 72 and closed at the other end with a lid 74. With the blower 72, a negative pressure can be generated in the interior of the tube 50e, so that cooling air flows through the openings 60 into the interior of the tube 50e, thereby cooling the cooling body 34 of the semiconductor modules 18 (not shown in FIG. 14). In this way, the power loss from the diodes 20 of the semiconductor modules 18 can be dissipated. The air distribution within the tube, that is, the distribution of the negative pressure within the tube 50e can be adjusted with an inner tube 76. In this case, a negative pressure is generated by the blower 72 in the inner tube 76, with the air from the end portion of the tube 50e can be sucked in the vicinity of the lid 74 so that 50e generated by an internal friction of the air in the tube pressure differences are compensated can. The inner tube 76 can be extruded in the same operation as the outer tube 50e and thus represent a one-piece component of the assembly 48e.
Die Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Baugruppe 48f (bei der aus Gründen der Übersichtlichkeit die Halbleitermodule 18 und ein Teil der Öffnungen 60 nicht eingezeichnet sind). Die Baugruppe 48f umfasst einen Hohlkörper 50f, auf dem eine Anzahl von Stegen 54 angeordnet ist. Der Hohlkörper 50f ist dabei ein Rohr 50f mit langgestreck- tem Profil, das auf seinen längeren Seiten von zwei Platten 68, 68a begrenzt wird. Von der vorderen Platte 68 stehen die Stege 54 senkrecht ab, zwischen den Stege 54 sind Öffnungen 60 im Hohlkörper 50f vorhanden, über die die Kühlkörper 34 der Halbleitermodule 18 angeordnet werden können, dir über die Stege 53 am Hohlkörper 50f befestigt sind. Diese Anordnung der Halbleitermodule 18 sowie deren Befestigung an den Stegen 54 kann in analoger Weise wie in den Fig. 7 bis 12 gezeigten Ausführungsformen erfolgen. FIG. 15 shows an exemplary embodiment of an assembly 48f (in which, for reasons of clarity, the semiconductor modules 18 and a part of the openings 60 are not shown). The assembly 48f comprises a hollow body 50f on which a number of webs 54 are arranged. The hollow body 50f is a tube 50f with elongated tem profile, which is bounded on its longer sides by two plates 68, 68a. From the front plate 68, the webs 54 are perpendicular, between the webs 54 are openings 60 in the hollow body 50f available, through which the heat sink 34 of the semiconductor modules 18 can be arranged, you are attached via the webs 53 on the hollow body 50f. This arrangement of the semiconductor modules 18 and their attachment to the webs 54 can be carried out in an analogous manner as shown in FIGS. 7 to 12 embodiments.
Die Fig. 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Baugruppe 48g, die aus einer Kunststoffplatte 68 und Wandungen 78 gebildet ist, die gleichzeitig das Gehäuse eines Gleichrichters 10 darstellen können. Die Kunststoff platte 68 trennt dabei einen Teil des Innenraums des Gehäuses vom restlichen Teil des Innenraums ab. Der abgetrennte Bereich bildet einen Kühlluftkanal 51 , der durch die Platte 68 und die Wandungen 78 begrenzt wird. In dem abgetrennten Bereich 51 kann ein Lüfter 72 vorhanden sein, der in dem abgetrennten Bereich 51 einen Unterdruck erzeugt, durch den durch die Öffnungen 60 Kühlluft in das Innere des abgetrennten Bereichs 51 gesaugt werden kann. Analog der Ausführungsform in der Fig. 15 sind auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 16 Stege 54 auf der Platte 68 angeordnet, die senkrecht von der Platte 68 abstehen. Analog den in den Fig. 7 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispielen können die Halbleitermodule 18 wieder mit den Kühlkörpern 34 an den Stegen 54 befestigt werden, so dass die Öffnungen 60 derart unter den Kühlkörpern 34 angeordnet sind, dass die durch die Öffnung 60 eingesaugte Kühlluft durch die Kühlkörper 34 strömt. FIG. 16 shows a further exemplary embodiment with an assembly 48g, which is formed from a plastic plate 68 and walls 78, which can simultaneously represent the housing of a rectifier 10. The plastic plate 68 separates a part of the interior of the housing from the remaining part of the interior. The separated area forms a cooling air channel 51, which is bounded by the plate 68 and the walls 78. In the separated area 51, a fan 72 may be provided, which creates a negative pressure in the separated area 51, through which cooling air can be sucked through the openings 60 into the interior of the separated area 51. Analogous to the embodiment in FIG. 15, in the exemplary embodiment of FIG. 16, webs 54 are also arranged on the plate 68, which protrude perpendicularly from the plate 68. Analogous to the exemplary embodiments shown in FIGS. 7 to 12, the semiconductor modules 18 can again be fastened to the webs 54 with the heat sinks 34, so that the openings 60 are arranged below the heat sinks 34 in such a way that the cooling air sucked through the opening 60 passes through the cooling air Heat sink 34 flows.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Bezugszeichenliste In addition, it should be understood that "comprising" does not exclude other elements or steps and "a" or "an" does not exclude a plurality. "Further, it should be noted that features or steps described with reference to one of the above embodiments also can be used in combination with other features or steps of other embodiments described above, and reference signs in the claims are not intended to be limiting. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Gleichrichter 10 rectifiers
12 Wechselspannungseingang 14 Gleichspannungsausgang 12 AC input 14 DC output
16 Gleichrichterzweig 16 rectifier branch
18 Halbleitermodul 18 semiconductor module
20, 20' Leistungshalbleiter, Diodenmodul 20, 20 'power semiconductor, diode module
22 Snubberschaltung 22 snubber circuit
24 Widerstand 24 resistance
26 Kondensator 26 capacitor
28 Antriebssystem 28 drive system
30 Umrichter 30 inverters
32 Antrieb 32 drive
34 Kühlkörper 34 heat sink
36 Anschluss 36 connection
38 Platine 38 board
40 Kontakt 40 contact
42 Schraube 42 screw
E Extrusionsrichtung des KühlkörpersE extrusion direction of the heat sink
44 Öffnung 44 opening
46 Kühllamellen 46 cooling fins
48, 48a bis 48g Baugruppe 48, 48a to 48g assembly
L Längsrichtung L longitudinal direction
50, 50a bis 50g Basis, Rohr 50, 50a to 50g base, tube
51 Kühlluftkanal 51 cooling air duct
52 Stromschiene 52 busbar
54 Steg 54 footbridge
56 gerades Rohrprofil 56 straight tube profile
58 gekrümmtes Rohrprofil 58 curved pipe profile
60 Öffnung 60 opening
62 Wechselspannungsanschluss 62 AC voltage connection
64a, 64b Gleichspannungsanschluss 66, 66a bis 66d Reihe von Halbleitermodulen 68, 68a bis 68d Platte Kabel 64a, 64b DC terminal 66, 66a to 66d row of semiconductor modules 68, 68a to 68d plate electric wire
Gebläse, Lüfter Deckel inneres Rohr Wandung Blower, fan cover inner tube wall
Claims
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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