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DE102021202174A1 - Power module, in particular for an inverter for electric machines - Google Patents

Power module, in particular for an inverter for electric machines Download PDF

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Publication number
DE102021202174A1
DE102021202174A1 DE102021202174.3A DE102021202174A DE102021202174A1 DE 102021202174 A1 DE102021202174 A1 DE 102021202174A1 DE 102021202174 A DE102021202174 A DE 102021202174A DE 102021202174 A1 DE102021202174 A1 DE 102021202174A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
conductor
structures
semiconductor switches
contact
circuit carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021202174.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Frank Zander
Christine Arenz
Dominik Alexander Ruoff
Sebastian Strache
Daniel Schweiker
Marco Salvatore Costa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102021202174.3A priority Critical patent/DE102021202174A1/en
Priority to PCT/EP2022/054984 priority patent/WO2022184640A1/en
Publication of DE102021202174A1 publication Critical patent/DE102021202174A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H10W90/00
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
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    • H05K1/0228Compensation of cross-talk by a mutually correlated lay-out of printed circuit traces, e.g. for compensation of cross-talk in mounted connectors
    • H10W44/501
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    • H05K2201/09209Shape and layout details of conductors
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul (1), insbesondere für einen Wechselrichter für Elektromaschinen, mit einem Schaltungsträger (10) und mehreren Halbleiterschaltern, wobei auf dem ersten Schaltungsträger (10) mehrere erste Leiterstrukturen (11), mehrere zweite Leiterstrukturen (12), eine dritte Leiterstruktur (13), mehrere mit den zweiten Leiterstrukturen (12) verbundene erste Kontaktstrukturen (12.2) und mehrere mit der dritten Leiterstruktur (13) verbundene zweite Kontaktstrukturen (13.2) ausgebildet sind, wobei die ersten Leiterstrukturen (11) und die zweiten Leiterstrukturen (12) abwechselnd in einem ersten Bereich des ersten Schaltungsträgers (10) angeordnet sind, und die dritte Leiterstruktur (13) an einem gegenüberliegenden zweiten Bereich des ersten Schaltungsträgers (10) angeordnet ist, wobei die ersten Leiterstrukturen (11) jeweils zwischen zwei zweiten Leiterstrukturen (12) angeordnet sind, wobei mehrere erste Halbleiterschalter (HS1 bis HS6) über Hochstromleitungen (18) mit den zweiten Kontaktstrukturen (13.2) verbunden und auf die ersten Leiterstrukturen (11) verteilt sind, wobei mehrere zweite Halbleiterschalter (LS1 bis LS6) über Hochstromleitungen (18) mit den ersten Kontaktstrukturen (12.2) verbunden und auf der dritten Leiterstruktur (13) angeordnet sind, wobei die dritte Leiterstruktur (13) Engstellen (13.3) aufweist, welche die dritte Leiterstruktur (13) mit den zweiten Kontaktstrukturen (13.2) verbinden, wobei die Engstellen (13.3) an einem Kreuzungsbereich (17) ausgebildet sind, an welchem die dritte Leiterstruktur (13) die zweiten Leiterstrukturen (12) trennt oder die zweiten Leiterstrukturen (12) die zweiten Kontaktstrukturen (13.2) von der dritten Leiterstruktur (13) trennen.The invention relates to a power module (1), in particular for an inverter for electrical machines, having a circuit carrier (10) and a plurality of semiconductor switches, with a plurality of first conductor structures (11), a plurality of second conductor structures (12), a third Conductor structure (13), several first contact structures (12.2) connected to the second conductor structures (12) and several second contact structures (13.2) connected to the third conductor structure (13) are formed, wherein the first conductor structures (11) and the second conductor structures (12 ) are arranged alternately in a first area of the first circuit carrier (10), and the third conductor structure (13) is arranged on an opposite second area of the first circuit carrier (10), the first conductor structures (11) each being between two second conductor structures (12 ) are arranged, with several first semiconductor switches (HS1 to HS6) via high-current lines ( 18) are connected to the second contact structures (13.2) and distributed to the first conductor structures (11), with several second semiconductor switches (LS1 to LS6) being connected to the first contact structures (12.2) via high-current lines (18) and being mounted on the third conductor structure (13 ) are arranged, the third conductor structure (13) having constrictions (13.3) which connect the third conductor structure (13) to the second contact structures (13.2), the constrictions (13.3) being formed at a crossing region (17) at which the third conductor structure (13) separates the second conductor structures (12) or the second conductor structures (12) separate the second contact structures (13.2) from the third conductor structure (13).

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul, welches insbesondere in einem Wechselrichter für Elektromaschinen eingesetzt werden kann. Zudem betrifft die Erfindung einen Dreiphasenwechselwandler für eine Elektromaschine mit mindestens einem solchen Leistungsmodul.The invention relates to a power module which can be used in particular in an inverter for electric machines. In addition, the invention relates to a three-phase AC converter for an electric machine with at least one such power module.

Aus der DE 10 2014 219 998 B4 ist ein Leistungsmodul, insbesondere zur Bereitstellung von einem Phasenstrom für einen Elektromotor bekannt. Das Leistungsmodul umfasst einen Schaltungsträger mit einer Oberfläche, zumindest zwei erste Kontaktflächen auf der Oberfläche und zumindest zwei erste Leistungstransistoren, die jeweils je eine Bodenkontaktfläche aufweisen. Jeweils ein erster Leistungstransistor der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren ist auf jeweils einer der ersten Kontaktflächen unmittelbar angeordnet und über seine Bodenkontaktfläche unmittelbar mit der jeweiligen ersten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Zudem umfasst das Leistungsmodul eine zweite Kontaktfläche auf der Oberfläche und zumindest zwei zweite Leistungstransistoren, die jeweils je eine Bodenkontaktfläche aufweisen. Die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren sind auf der zweiten Kontaktfläche unmittelbar angeordnet und über ihre jeweiligen Bodenkontaktflächen unmittelbar mit der zweiten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Des Weiteren umfasst das Leistungsmodul zumindest zwei dritte Kontaktflächen auf der Oberfläche, wobei die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren auf ihren von der Oberfläche des Schaltungsträgers abgewandten Seiten jeweils je eine weitere Kontaktfläche aufweisen und jeweils ein zweiter Leistungstransistor der zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren über seine weitere Kontaktfläche mit jeweils einer der zumindest zwei dritten Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden ist. Die zumindest zwei ersten Kontaktflächen und die zumindest zwei dritten Kontaktflächen sind in einer Längsrichtung des Leistungsmoduls alternierend nacheinander angeordnet und die zweite Kontaktfläche ist neben den zumindest zwei ersten Kontaktflächen und den zumindest zwei dritten Kontaktflächen angeordnet, wobei die zweite Kontaktfläche zumindest zwei Kontaktbereiche aufweist, wobei sich jeweils einer der zumindest zwei Kontaktbereiche neben jeweils einem der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren befindet. Die zumindest zwei ersten Leistungstransistoren weisen auf ihren von der Oberfläche des Schaltungsträgers abgewandten Seiten jeweils je eine weitere Kontaktfläche auf und jeweils ein erster Leistungstransistor der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren ist über seine weitere Kontaktfläche mit dem jeweils einen sich neben ihm befindenden Kontaktbereich der zumindest zwei Kontaktbereiche der zweiten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Hierbei sind die zumindest zwei Kontaktbereiche der zweiten Kontaktfläche und die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren in der Längsrichtung alternierend nacheinander angeordnet.From the DE 10 2014 219 998 B4 a power module is known, in particular for providing a phase current for an electric motor. The power module includes a circuit carrier with a surface, at least two first contact areas on the surface and at least two first power transistors, each having a ground contact area. In each case a first power transistor of the at least two first power transistors is arranged directly on one of the first contact areas and is electrically conductively connected directly to the respective first contact area via its bottom contact area. In addition, the power module includes a second contact area on the surface and at least two second power transistors, each of which has a bottom contact area. The at least two second power transistors are arranged directly on the second contact surface and are electrically conductively connected directly to the second contact surface via their respective bottom contact surfaces. Furthermore, the power module comprises at least two third contact surfaces on the surface, the at least two second power transistors each having a further contact surface on their sides facing away from the surface of the circuit carrier and one second power transistor of the at least two second power transistors each having a further contact surface one of the at least two third contact surfaces is electrically conductively connected. The at least two first contact areas and the at least two third contact areas are arranged alternately one after the other in a longitudinal direction of the power module, and the second contact area is arranged next to the at least two first contact areas and the at least two third contact areas, with the second contact area having at least two contact areas, with one of the at least two contact areas is located next to one of the at least two first power transistors. The at least two first power transistors each have a further contact surface on their sides facing away from the surface of the circuit carrier, and each first power transistor of the at least two first power transistors is connected via its further contact surface to the one contact region of the at least two contact regions located next to it second contact area electrically conductively connected. In this case, the at least two contact regions of the second contact area and the at least two second power transistors are arranged alternately one after the other in the longitudinal direction.

Aus der JP 2020-53622 A ist ein Leistungsmodul bekannt, welches einen Schaltungsträger und Leistungshalbleiterschaltelemente umfasst, welche auf dem Schaltungsträger angeordnet sind. Das Leistungsmodul bildet eine Wechselrichterschaltung, welche einen High-Side-Pfad umfasst, der durch einen positiven Versorgungsanschluss, einen Wechselstromanschluss und ein High-Side-Schaltergruppe gebildet wird, und einen Low-Side-Pfad, der durch einen negativen Versorgungsanschluss, den Wechselstromanschluss und ein Low-Side-Schaltergruppe gebildet wird. Die High-Side-Schaltergruppe und die Low-Side-Schaltergruppe werden abwechselnd geschaltet. An einem Ende des Schaltungsträgers sind Stromschienen für die Gleichstromversorgung von Leiterstrukturen vorgesehen, welche auf einem isolierenden Substrat angeordnet sind. Hierbei bildet eine erste Stromschiene den positiven Versorgungsanschluss, eine zweite Stromschiene bildet den negativen Versorgungsanschluss und eine dritte Stromschiene bildet den Wechselstromanschluss. Die Leiterstrukturen und deren Kontaktflächen für die Gleichstromleistung, welche elektrisch mit den korrespondierenden Stromschienen verbunden sind, weisen eine Konfiguration auf, bei der mehrere positive Kontaktflächen, welche jeweils mit einer positiven Leiterstruktur verbunden sind, und mehrere negative Kontaktflächen, welche jeweils mit einer negativen Leiterstruktur verbunden sind, nebeneinander in X-Richtung entlang einer Endkante des Schaltungsträgers vorgesehen sind. Hierbei sind die positiven Kontaktflächen jeweils zwischen zwei negativen Kontaktflächen angeordnet, und mindestens eine negative Kontaktfläche ist zwischen zwei positiven Kontaktflächen angeordnet. An einer gegenüberliegenden Endkante des Schaltungsträger ist eine Wechselstromleiterstruktur angeordnet, welche über eine Wechselstromkontaktfläche mit der dritten Stromschiene verbunden ist. Die High-Side-Schaltergruppe umfasst zwei Halbleiterschalter, welche jeweils auf der positiven Leiterstruktur angeordnet und über Bonddrähte mit der Wechselstromleiterstruktur verbunden sind. Die Low-Side-Schaltergruppe umfasst zwei Halbleiterschalter, welche jeweils auf einer eigenen Leiterstruktur angeordnet und über Bonddrähte mit einer der negativen Leiterstrukturen verbunden sind. Die Leiterstrukturen, auf welchen die beiden Halbleiterschalter der Low-Side-Schaltergruppe angeordnet sind, sind über Bonddrähte mit der Wechselstromleiterstruktur elektrisch verbunden.From the JP 2020-53622 A a power module is known which comprises a circuit carrier and power semiconductor switching elements which are arranged on the circuit carrier. The power module forms an inverter circuit, which includes a high-side path formed by a positive supply terminal, an AC terminal, and a high-side switch group, and a low-side path formed by a negative supply terminal, the AC terminal, and a low-side switch group is formed. The high-side switch group and the low-side switch group are switched alternately. At one end of the circuit carrier, busbars are provided for the direct current supply of conductor structures, which are arranged on an insulating substrate. In this case, a first busbar forms the positive supply connection, a second busbar forms the negative supply connection and a third busbar forms the AC connection. The conductor patterns and their contact pads for DC power, which are electrically connected to the corresponding bus bars, have a configuration in which a plurality of positive contact pads, each connected to a positive conductor pattern, and a plurality of negative contact pads, each connected to a negative conductor pattern are provided side by side in the X-direction along an end edge of the circuit carrier. In this case, the positive contact surfaces are each arranged between two negative contact surfaces, and at least one negative contact surface is arranged between two positive contact surfaces. An AC conductor structure is arranged on an opposite end edge of the circuit carrier and is connected to the third busbar via an AC contact area. The high-side switch group includes two semiconductor switches which are each arranged on the positive conductor structure and are connected to the AC conductor structure via bonding wires. The low-side switch group includes two semiconductor switches, each of which is arranged on its own conductor structure and is connected to one of the negative conductor structures via bonding wires. The conductor structures on which the two semiconductor switches of the low-side switch group are arranged are electrically connected to the AC conductor structure via bonding wires.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Das Leistungsmodul mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein Stromfluss durch die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter an den Engstellen zusammengeführt und dann wieder gleichmäßig verteilt wird. Dies führt zu einer Rückkopplung, welche in vorteilhafter Weise dafür sorgt, dass die Halbleiterschalterchips gleichverteilt belastet werden. Durch die Engstellen ist erreicht, dass bei Vorliegen eines Fehlerfalls unter den zweiten Halbleiterschaltern ein Durchbrennen eines der gegenüberliegend angeordneten ersten Halbleiterschalters verhindert werden kann. Würde beispielsweise einer der zweiten Halbleiterschalter einen Kurzschluss aufweisen, so dass durch dessen Chip ein hoher Strom fließen kann, so würde ohne die Engstellen ein asymmetrisch hoher Strom durch einen der intakten ersten Halbleiterschalter fließen, dessen Chip gegenüberliegend zu dem Chip des defekten zweiten Halbleiterschalters angeordnet ist. Des Weiteren werden die Auswirkungen durch Bauteiltoleranzen aufgrund der Engstellen am Kreuzungsbereich reduziert. Dies wiederum hat Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der Bauteile und sorgt für eine gleiche Alterung der Bauteile.The power module with the features of independent patent claim 1 has the advantage that a current flow through the first semiconductor switch and the second semiconductor switch is brought together at the bottlenecks and then distributed evenly again. This leads to feedback which advantageously ensures that the semiconductor switch chips are loaded in an evenly distributed manner. The bottlenecks ensure that, if there is a fault among the second semiconductor switches, one of the first semiconductor switches arranged opposite can be prevented from burning out. If, for example, one of the second semiconductor switches had a short circuit so that a high current could flow through its chip, without the bottlenecks an asymmetrically high current would flow through one of the intact first semiconductor switches whose chip is arranged opposite the chip of the defective second semiconductor switch . Furthermore, the effects of component tolerances due to the bottlenecks at the crossing area are reduced. This in turn affects the performance of the components and ensures that the components age at the same rate.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Leistungsmodul, insbesondere für einen Wechselrichter für Elektromaschinen, zur Verfügung, welches einen ersten Schaltungsträger und eine geradzahlige Anzahl von auf dem ersten Schaltungsträger angeordneten Halbleiterschaltern umfasst. Der erste Schaltungsträger weist eine isolierende Oberfläche auf. Auf dieser Oberfläche sind mehrere erste Leiterstrukturen, welche über eine erste Stromschiene mit einem positiven Versorgungsanschluss kontaktiert bzw. kontaktierbar sind, mehrere zweite Leiterstrukturen, welche über eine zweite Stromschiene mit einem negativen Versorgungsanschluss kontaktiert bzw. kontaktierbar sind, eine dritte Leiterstruktur, welche über eine dritte Stromschiene mit einem Lastanschluss kontaktiert bzw. kontaktierbar ist, mehrere erste Kontaktstrukturen, welche elektrisch mit den zweiten Leiterstrukturen verbunden sind, und mehrere zweite Kontaktstrukturen ausgebildet, welche elektrisch mit der dritten Leiterstruktur verbunden sind. Die ersten Leiterstrukturen und die zweiten Leiterstrukturen sind abwechselnd in einem ersten Bereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet, und die dritte Leiterstruktur ist an einem gegenüberliegenden zweiten Bereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet, wobei die ersten Leiterstrukturen jeweils zwischen zwei zweiten Leiterstrukturen angeordnet sind. Eine Anzahl von ersten Halbleiterschaltern ist elektrisch parallel zwischen dem positiven Versorgungsanschluss und dem Lastanschluss eingeschleift und über Hochstromleitungen mit den zweiten Kontaktstrukturen der dritten Leiterstruktur verbunden und auf die ersten Leiterstrukturen verteilt. Eine gleiche Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern ist elektrisch parallel zwischen dem negativen Versorgungsanschluss und dem Lastanschluss eingeschleift und über Hochstromleitungen mit den ersten Kontaktstrukturen der zweiten Leiterstrukturen verbunden und so auf der dritten Leiterstruktur angeordnet, dass die zweiten Halbleiterschaltern den ersten Halbleiterschaltern gegenüberliegen. Hierbei sind die ersten Kontaktstrukturen und die zweiten Kontaktstrukturen parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern und den zweiten Halbleiterschaltern angeordnet, wobei die dritte Leiterstruktur Engstellen aufweist, welche die dritte Leiterstruktur mit den zweiten Kontaktstrukturen verbinden. Die Engstellen sind an einem Kreuzungsbereich ausgebildet, an welchem die dritte Leiterstruktur die zweiten Leiterstrukturen trennt und/oder die zweiten Leiterstrukturen die zweiten Kontaktstrukturen von der dritten Leiterstruktur trennen.Embodiments of the present invention provide a power module, in particular for an inverter for electric machines, which comprises a first circuit carrier and an even number of semiconductor switches arranged on the first circuit carrier. The first circuit carrier has an insulating surface. On this surface are several first conductor structures, which are or can be contacted via a first busbar with a positive supply connection, several second conductor structures, which are or can be contacted via a second busbar with a negative supply connection, a third conductor structure, which is connected via a third Conductor rail is contacted or contactable with a load terminal, a plurality of first contact structures which are electrically connected to the second conductor structures, and a plurality of second contact structures which are electrically connected to the third conductor structure. The first conductor structures and the second conductor structures are arranged alternately in a first area of the first circuit carrier, and the third conductor structure is arranged on an opposite second area of the first circuit carrier, the first conductor structures each being arranged between two second conductor structures. A number of first semiconductor switches are looped in electrically in parallel between the positive supply connection and the load connection and are connected to the second contact structures of the third conductor structure via high-current lines and distributed to the first conductor structures. An equal number of second semiconductor switches are looped in electrically in parallel between the negative supply terminal and the load terminal and are connected to the first contact structures of the second conductor structures via high-current lines and are arranged on the third conductor structure in such a way that the second semiconductor switches face the first semiconductor switches. In this case, the first contact structures and the second contact structures are arranged parallel to one another between the first semiconductor switches and the second semiconductor switches, the third conductor structure having constrictions which connect the third conductor structure to the second contact structures. The bottlenecks are formed at an intersection area at which the third conductor structure separates the second conductor structures and/or the second conductor structures separate the second contact structures from the third conductor structure.

Zudem wird ein Wechselwandler für eine elektrische Wechselstrommaschine vorgeschlagen, welcher zwischen einer Gleichspannungsversorgung und der Wechselstrommaschine eingeschleift ist und mindestens ein solches Leistungsmodul umfasst. Der Wechselwandler kann vorzugsweise als B6-Dreiphasenwechselwandler für einen Dreiphasenmotor ausgeführt werden und drei Leistungsmodule umfassen.In addition, an AC converter for an electrical AC machine is proposed, which is looped in between a DC voltage supply and the AC machine and includes at least one such power module. The AC converter can preferably be designed as a B6 three-phase AC converter for a three-phase motor and can include three power modules.

Durch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls können Streuinduktivitäten und EMV-Emissionen im Vergleich mit aus dem Stand der Technik bekannten Layouts von Leistungsmodulen deutlich reduziert werden. Da Hinpfade bzw. erste Strompfade und Rückpfade bzw. zweite Strompfade des Stromes auf derselben Seite des Schaltungsträgers des Leistungsmoduls und räumlich nebeneinander verlaufen und in die gleiche Richtung fließen, kann die Streuinduktivität des Leistungsmoduls selbst weiter reduziert werden. Deutlich wird das an der Stromkommutierung zwischen den ersten Halbleiterschaltern und den zweiten Halbleiterschaltern. Ein Stromfluss in den ersten Strompfaden durch die ersten Halbleiterschalter kommutiert dabei zu einem Stromfluss in den zweiten Strompfaden durch die zweiten Halbleiterschalter. Der Abbau des Stromflusses in den ersten Strompfaden führt zu einem Aufbau des Stromflusses in den zweiten Strompfaden. Da die Ströme im ersten Strompfad und im zweiten Strompfad auf derselben Oberfläche des Schaltungsträgers in die gleiche Richtung fließen, führt dies dazu, dass sich das Magnetfeld nicht ändert und somit die Streuinduktivität stark reduziert wird. Dadurch wird der Einsatz von Halbleitern mit hohen Schaltfrequenzen ermöglicht.Stray inductances and EMC emissions can be significantly reduced by embodiments of the power module according to the invention in comparison with power module layouts known from the prior art. Since forward paths or first current paths and return paths or second current paths of the current run on the same side of the circuit carrier of the power module and spatially next to each other and flow in the same direction, the leakage inductance of the power module itself can be further reduced. This becomes clear from the current commutation between the first semiconductor switches and the second semiconductor switches. A current flow in the first current paths through the first semiconductor switches commutes to a current flow in the second current paths through the second semiconductor switches. The reduction in the current flow in the first current paths leads to an increase in the current flow in the second current paths. Since the currents in the first current path and in the second current path flow in the same direction on the same surface of the circuit carrier, this means that the magnetic field does not change and the leakage inductance is therefore greatly reduced. This enables the use of semiconductors with high switching frequencies.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Leistungsmoduls und des im unabhängigen Patentanspruch 14 angegebenen Wechselwandlers für eine elektrische Wechselstrommaschine möglich.Advantageous improvements of the power module specified in independent patent claim 1 and of the AC converter specified in independent patent claim 14 for an electrical AC machine are possible as a result of the measures and developments listed in the dependent claims.

Besonders vorteilhaft ist, dass ein Layout des ersten Schaltungsträgers spiegelsymmetrisch zu einer Mittelachse ausgeführt sein kann. Dadurch kann eine symmetrische Verteilung des Stromflusses auf dem Schaltungsträger erreicht werden.It is particularly advantageous that a layout of the first circuit carrier can be mirror-symmetrical to a central axis. As a result, a symmetrical distribution of the current flow on the circuit carrier can be achieved.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können die Engstellen als Leiterstrukturen ausgeführt sein, welche die korrespondierenden zweiten Leiterstrukturen auftrennen. Hierbei können die im Kreuzungsbereich getrennten zweiten Leiterstrukturen über Bonddrähte miteinander verbunden sein, welche die als Leiterstrukturen ausgeführten Engstellen überspannen. Alternativ können die Engstellen jeweils als Bonddrähte ausgeführt sein, welche die korrespondierenden zweiten Kontaktstrukturen mit der dritten Leiterstruktur verbinden und die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen im Kreuzungsbereich überspannen. Zudem können sowohl als Leiterstrukturen und als Bonddrähte ausgeführte Engstellen vorhanden sein. Durch die Überkreuzung des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads im Kreuzungsbereich liegen der Hinpfad und der Rückpfad des Stromes auf dem Schaltungsträger räumlich fast aufeinander, was wiederum die Streuinduktivität des Moduls weiter reduziert.In an advantageous embodiment of the power module, the bottlenecks can be designed as conductor structures, which separate the corresponding second conductor structures. In this case, the second conductor structures separated in the crossing area can be connected to one another via bonding wires which span the constrictions designed as conductor structures. Alternatively, the bottlenecks can each be in the form of bonding wires, which connect the corresponding second contact structures to the third conductor structure and span the interconnected second conductor structures in the crossing area. In addition, constrictions designed both as conductor structures and as bonding wires can be present. Due to the crossing of the first current path and the second current path in the crossing area, the forward path and the return path of the current are spatially almost on top of each other on the circuit carrier, which in turn further reduces the leakage inductance of the module.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können die Leiterstrukturen jeweils über Kontaktflächen mit der korrespondierenden Stromschiene kontaktiert sein. Durch die flächige Anbindung an die Stromschienen können Übergangswiderstände reduziert werden.In a further advantageous refinement of the power module, the conductor structures can each be contacted via contact surfaces with the corresponding busbar. Contact resistance can be reduced thanks to the flat connection to the busbars.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können erste Kontaktflächen der ersten Leiterstrukturen und zweite Kontaktflächen der zweiten Leiterstrukturen abwechselnd an einem ersten Rand des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein, und eine dritte Kontaktfläche der dritten Leiterstruktur kann an einem gegenüberliegenden zweiten Rand des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein. Dadurch können die erste Stromschiene zur Verbindung des Leistungsmoduls mit dem positiven ersten Versorgunganschluss und die zweite Stromschiene zur Verbindung des Leistungsmoduls mit dem negativen zweiten Versorgunganschluss auf ein und dieselbe Seite des Schaltungsträgers gelegt werden, so dass eine umschlossene Fläche und damit auch die Streuinduktivität der Stromschienenversorgung reduziert werden können. Zudem kann dadurch erreicht werden, dass die Stromschienen zur Verbindung der Leiterstrukturen mit den Versorgungsanschlüssen der Gleichspannungsversorgung übereinander angeordnet werden können.In a further advantageous configuration of the power module, first contact areas of the first conductor structures and second contact areas of the second conductor structures can be arranged alternately on a first edge of the first circuit carrier, and a third contact area of the third conductor structure can be arranged on an opposite second edge of the first circuit carrier. As a result, the first busbar for connecting the power module to the positive first supply connection and the second busbar for connecting the power module to the negative second supply connection can be placed on one and the same side of the circuit carrier, so that an enclosed area and thus also the leakage inductance of the busbar supply are reduced can become. In addition, it can be achieved that the busbars for connecting the conductor structures to the supply terminals of the DC voltage supply can be arranged one above the other.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können die erste Stromschiene zur Kontaktierung der ersten Leiterstrukturen und die zweite Stromschiene zur Kontaktierung der zweiten Leiterstrukturen räumlich übereinander in zwei parallelen Ebenen angeordnet sein, um die umschlossene Fläche und damit auch die Streuinduktivität der Stromschienenversorgung weiter zu reduzieren.In a further advantageous embodiment of the power module, the first busbar for contacting the first conductor structures and the second busbar for contacting the second conductor structures can be arranged spatially one above the other in two parallel planes in order to further reduce the enclosed area and thus also the leakage inductance of the busbar supply.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann eine zweiter Schaltungsträger, auf welchem eine Treiberschaltung für die Halbleiterschalter angeordnet ist, räumlich über dem ersten Schaltungsträger angeordnet werden. Hierbei können Steueranschlüsse der Halbleiterschalter über Steuerleitungen elektrisch mit dem zweiten Schaltungsträger kontaktiert sein. Unter einem Steueranschluss kann beispielsweise ein Gateanschluss oder ein Kelvin-Sourceanschluss eines Feldeffekttransistors oder ein Basisanschluss eines Bipolartransistors verstanden werden.In a further advantageous configuration of the power module, a second circuit carrier, on which a driver circuit for the semiconductor switches is arranged, can be arranged spatially above the first circuit carrier. In this case, control connections of the semiconductor switches can be electrically contacted with the second circuit carrier via control lines. A control connection can be understood, for example, as a gate connection or a Kelvin source connection of a field effect transistor or a base connection of a bipolar transistor.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können die zweiten Halbleiterschaltern um 180° gedreht zu den ersten Halbleiterschaltern angeordnet sein. Das bedeutet, dass die zweiten Leistungsanschlüsse der zweiten Halbleiterschalter den zweiten Leistungsanschlüssen der ersten Halbleiterschalter zugewandt sind. Dadurch kann dieselbe Stromrichtung auf dem Schaltungsträger des Leistungsmoduls im ersten Strompfad bzw. Hinpfad und im zweiten Strompfad bzw. Rückpfad einfach umgesetzt werden.In a further advantageous configuration of the power module, the second semiconductor switches can be arranged rotated by 180° with respect to the first semiconductor switches. This means that the second power connections of the second semiconductor switches face the second power connections of the first semiconductor switches. As a result, the same current direction on the circuit carrier of the power module can be implemented easily in the first current path or forward path and in the second current path or return path.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann eine geradzahlige Anzahl von ersten Halbleiterschaltern auf die ersten Leiterstrukturen verteilt sein und eine gleiche geradzahlige Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern kann gegenüberliegend zu den ersten Halbleiterschaltern auf der dritten Leiterstruktur angeordnet sein. Dies ermöglicht ein besonders Einfach Realisierung des symmetrischen Layouts des ersten Schaltungsträgers.In a further advantageous configuration of the power module, an even number of first semiconductor switches can be distributed over the first conductor structures and an equal even number of second semiconductor switches can be arranged opposite the first semiconductor switches on the third conductor structure. This enables the symmetrical layout of the first circuit carrier to be realized in a particularly simple manner.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann für jede der ersten Leiterstrukturen jeweils eine mit der dritten Leiterstruktur verbundene zweite Kontaktstruktur vorhanden sein. Dadurch können auf der korrespondierenden Leiterstruktur angeordnete erste Halbleiterschalter mit einer gemeinsamen zweiten Kontaktstruktur kontaktiert werden. Alternativ können auf der korrespondierenden Leiterstruktur angeordnete erste Halbleiterschalter mit verschiedenen zweiten Kontaktstrukturen kontaktiert werden.In a further advantageous configuration of the power module, a second contact structure connected to the third conductor structure can be present for each of the first conductor structures. As a result, first semiconductor switches arranged on the corresponding conductor structure can be contacted with a common second contact structure. Alternatively, first semiconductor switches arranged on the corresponding conductor structure can be contacted with different second contact structures.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls können drei zweite Leiterstrukturen und zwei erste Leiterstrukturen abwechselnd im ersten Bereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein, so dass die drei zweiten Leiterstrukturen die beiden ersten Leiterstrukturen seitlich einrahmen. Hierbei kann eine Länge der dritten Leiterstruktur im zweiten Bereich des ersten Schaltungsträgers so gewählt sein, dass sie der Länge der nebeneinander angeordneten ersten und zweiten Leiterstrukturen entspricht. Dadurch kann ein Layout mit einer besonders niedrigen Streuinduktivität umgesetzt werden.In a particularly advantageous exemplary embodiment of the power module, three second conductor structures and two first conductor structures can be arranged alternately in the first region of the first circuit carrier, so that the three second conductor structures laterally frame the two first conductor structures. In this case, a length of the third conductor structure in the second region of the first circuit carrier can be selected such that it corresponds to the length of the first and second conductor structures arranged next to one another. As a result, a layout with a particularly low leakage inductance can be implemented.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description. In the drawings, the same reference symbols denote components or elements that perform the same or analogous functions.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines ersten Schaltzustands eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wechselwandlers für eine elektrische Wechselstrommaschine, mit drei erfindungsgemäßen Leistungsmodulen. 1 shows a schematic circuit diagram of a first switching state of an exemplary embodiment of an AC converter according to the invention for an alternating current machine, with three power modules according to the invention.
  • 2 zeigt ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Wechselwandlers für eine elektrische Wechselstrommaschine aus 1 in einem zweiten Schaltzustand. 2 shows a schematic circuit diagram of the AC converter according to the invention for an electrical AC machine 1 in a second switching state.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Layouts eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 1 und 2 mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines ersten Schaltungsträgers. 3 shows a schematic representation of a layout of a first embodiment of the power module according to the invention 1 and 2 with a first exemplary embodiment of a first circuit carrier.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Layouts eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 1 und 2 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers. 4 shows a schematic representation of a layout of a second embodiment of the power module according to the invention 1 and 2 with a second exemplary embodiment of the first circuit carrier.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Layouts eines dritten Ausführungsbeispiels des ersten Schaltungsträgers für ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul. 5 shows a schematic representation of a layout of a third exemplary embodiment of the first circuit carrier for a power module according to the invention.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Layouts eines vierten Ausführungsbeispiels des ersten Schaltungsträgers für ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul. 6 shows a schematic representation of a layout of a fourth exemplary embodiment of the first circuit carrier for a power module according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, ist das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselwandlers 100 für eine elektrische Wechselstrommaschine 40 zwischen einer Gleichspannungsversorgung U Bat und der Wechselstrommaschine 40 eingeschleift. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wechselwandler 100 als B6-Dreiphasenwechselwandler 100A für einen Dreiphasenmotor 40A ausgeführt und umfasst drei Leistungsmodule 1. Die drei Leistungsmodule 1 sind jeweils als Halbbrücken ausgeführt und mit einem positiven ersten Versorgungsanschluss T+ und einem negativen zweiten Versorgungsanschluss T- der Gleichspannungsversorgung UBat verbunden. Hierbei stellt eine erste Halbbrücke an ihrem Lastanschluss PH eine erste Phase U für den Dreiphasenmotor 40A zur Verfügung. Eine zweite Halbbrücke stellt an ihrem Lastanschluss PH eine zweite Phase V für den Dreiphasenmotor 40A zur Verfügung. Eine dritte Halbbrücke stellt an ihrem Lastanschluss PH eine dritte Phase W für den Dreiphasenmotor 40A zur Verfügung. Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, umfasst der Dreiphasenmotor 40A drei Induktivitäten Lu, Lv, Lw, welche jeweils als Last für die korrespondierenden Leistungsmodule 1 wirken. Hierbei wirkt eine erste Induktivität Lu als Last für die erste Halbbrücke und die erste Phase U. Eine zweite Induktivität Lv wirkt als Last für die zweite Halbbrücke und die zweite Phase V. Eine dritte Induktivität Lw wirkt als Last für die dritte Halbbrücke und die dritte Phase W. Zur Glättung der ausgegebenen Spannung der Gleichspannungsversorgung UBat ist parallel zur Gleichspannungsversorgung UBat eine Zwischenkreiskapazität C angeordnet, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kondensator umfasst.How out 1 and 2 As can be seen, the illustrated exemplary embodiment of an AC converter 100 according to the invention for an electrical AC machine 40 is looped in between a DC voltage supply U Bat and the AC machine 40 . In the illustrated embodiment, the AC converter 100 is designed as a B6 three-phase AC converter 100A for a three-phase motor 40A and includes three power modules 1. The three power modules 1 are each designed as half-bridges and are connected to a positive first supply connection T+ and a negative second supply connection T- of the DC voltage supply UBat . In this case, a first half-bridge provides a first phase U for the three-phase motor 40A at its load connection PH. A second half-bridge provides a second phase V for the three-phase motor 40A at its load connection PH. A third half-bridge provides a third phase W for the three-phase motor 40A at its load connection PH. How out 1 and 2 As can further be seen, the three-phase motor 40A comprises three inductances Lu, Lv, Lw, which act as loads for the corresponding power modules 1, respectively. A first inductor Lu acts as a load for the first half bridge and the first phase U. A second inductor Lv acts as a load for the second half bridge and the second phase V. A third inductor Lw acts as a load for the third half bridge and the third phase W. To smooth the output voltage of the DC voltage supply UBat, an intermediate circuit capacitor C is arranged in parallel with the DC voltage supply UBat, which comprises a capacitor in the exemplary embodiment shown.

Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, umfasst das Leistungsmodul 1, 1A, 1B in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils einen ersten Schaltungsträger 10, 10A, 10B und einer geradzahligen Anzahl von Halbleiterschaltern LS1 bis LS6, HS1 bis HS6, welche auf dem ersten Schaltungsträger 10, 10A, 10B angeordnet ist. Der erste Schaltungsträger 10, 10A, 10B weist eine isolierende Oberfläche 10.1 auf. Auf der Oberfläche 10.1 sind mehrere erste Leiterstrukturen 11, 11A, 11B, welche über eine erste Stromschiene 3 mit einem positiven Versorgungsanschluss T+ kontaktiert sind, mehrere zweite Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C, welche jeweils über eine zweite Stromschiene 5 mit einem negativen Versorgungsanschluss T- kontaktiert sind, eine dritte Leiterstruktur 13, welche über eine dritte Stromschiene 7 mit einem Lastanschluss PH kontaktiert ist, mehrere erste Kontaktstrukturen 12.2, welche elektrisch mit den zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C verbunden sind, und mehrere zweite Kontaktstrukturen 13.2 ausgebildet, welche elektrisch mit der dritten Leiterstruktur 13 verbunden sind. Hierbei sind die ersten Leiterstrukturen 11, 11A, 11B und die zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C abwechselnd in einem ersten Bereich des ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B angeordnet, und die dritte Leiterstruktur 13 ist an einem gegenüberliegenden zweiten Bereich des ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B angeordnet ist. Die die ersten Leiterstrukturen 11, 11A, 11B sind jeweils zwischen zwei zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C angeordnet. Zudem ist eine geradzahlige Anzahl von ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS6 elektrisch parallel zwischen dem positiven Versorgungsanschluss T+ und dem Lastanschluss PH eingeschleift und über Hochstromleitungen 18 mit den zweiten Kontaktstrukturen 13.2 der dritten Leiterstruktur 13 verbunden und auf die ersten Leiterstrukturen 11, 11A, 11B verteilt. Eine gleiche geradzahlige Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern LS1 bis LS6 ist elektrisch parallel zwischen dem negativen Versorgungsanschluss T- und dem Lastanschluss PH eingeschleift und über Hochstromleitungen 18 mit den ersten Kontaktstrukturen 12.2 der zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C verbunden und so auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet, dass die zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 den ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS6 gegenüberliegen. Die ersten Kontaktstrukturen 12.2 und die zweiten Kontaktstrukturen 13.2 sind parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS6 und den zweiten Halbleiterschaltern LS1 bis LS6 angeordnet. Hierbei weist die dritte Leiterstruktur 13 Engstellen 13.3 auf, welche die dritte Leiterstruktur 13 mit den zweiten Kontaktstrukturen 13.2 verbinden. Die Engstellen 13.3 sind an einem Kreuzungsbereich 17 ausgebildet, an welchem die dritte Leiterstruktur 13 die zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C trennt oder die zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C die zweiten Kontaktstrukturen 13.2 von der dritten Leiterstruktur 13 trennen.How out 3 and 4 As can further be seen, the power module 1, 1A, 1B in the exemplary embodiments shown comprises a first circuit carrier 10, 10A, 10B and an even number of semiconductor switches LS1 to LS6, HS1 to HS6, which are arranged on the first circuit carrier 10, 10A, 10B is. The first circuit carrier 10, 10A, 10B has an insulating surface 10.1. On the surface 10.1 are several first conductor structures 11, 11A, 11B, which are contacted via a first busbar 3 with a positive supply connection T+, several second conductor structures 12, 12A, 12B, 12C, which are each connected via a second busbar 5 with a negative supply connection T- are contacted, a third conductor structure 13, which is contacted via a third busbar 7 with a load terminal PH, several first contact structures 12.2, which are electrically connected to the second conductor structures 12, 12A, 12B, 12C, and several second contact structures 13.2 are formed , which are electrically connected to the third conductor structure 13 . Here, the first conductor structures 11, 11A, 11B and the second conductor structures 12, 12A, 12B, 12C alternate in a first region of the first th circuit carrier 10, 10A, 10B is arranged, and the third conductor structure 13 is arranged on an opposite second region of the first circuit carrier 10, 10A, 10B. The first conductor structures 11, 11A, 11B are each arranged between two second conductor structures 12, 12A, 12B, 12C. In addition, an even number of first semiconductor switches HS1 to HS6 are looped in electrically in parallel between the positive supply connection T+ and the load connection PH and are connected to the second contact structures 13.2 of the third conductor structure 13 via high-current lines 18 and distributed to the first conductor structures 11, 11A, 11B. An equal number of second semiconductor switches LS1 to LS6 is looped in electrically in parallel between the negative supply connection T and the load connection PH and is connected via high-current lines 18 to the first contact structures 12.2 of the second conductor structures 12, 12A, 12B, 12C and so to the third conductor structure 13 arranged so that the second semiconductor switches LS1 to LS6 face the first semiconductor switches HS1 to HS6. The first contact structures 12.2 and the second contact structures 13.2 are arranged parallel to one another between the first semiconductor switches HS1 to HS6 and the second semiconductor switches LS1 to LS6. In this case, the third conductor structure 13 has constrictions 13.3, which connect the third conductor structure 13 to the second contact structures 13.2. The bottlenecks 13.3 are formed at a crossing area 17, at which the third conductor structure 13 separates the second conductor structures 12, 12A, 12B, 12C or the second conductor structures 12, 12A, 12B, 12C separate the second contact structures 13.2 from the third conductor structure 13.

Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen des Leistungsmoduls 1, 1A, 1B jeweils drei zweite Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C und zwei erste Leiterstrukturen 11A, 11B abwechselnd in dem ersten, in der Darstellung unteren Bereich des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B angeordnet, so dass die drei zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C die beiden ersten Leiterstrukturen 11A, 11B seitlich einrahmen. Eine Länge der dritten Leiterstruktur 13 in dem zweiten, in der Darstellung oberen Bereich des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B ist so gewählt, dass sie der Länge der nebeneinander angeordneten ersten und zweiten Leiterstrukturen 11A, 11B, 12A, 12B, 12C entspricht.How out 3 and 4 It can also be seen that in the illustrated exemplary embodiments of the power module 1, 1A, 1B, three second conductor structures 12A, 12B, 12C and two first conductor structures 11A, 11B are arranged alternately in the first region of the first circuit carrier 10A, 10B, which is the lower region in the illustration. so that the three second conductor structures 12A, 12B, 12C frame the two first conductor structures 11A, 11B laterally. A length of the third conductor structure 13 in the second region of the first circuit carrier 10A, 10B, which is at the top in the illustration, is selected such that it corresponds to the length of the first and second conductor structures 11A, 11B, 12A, 12B, 12C arranged next to one another.

Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, umfassen die Leistungsmodule 1, 1A, 1B in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils sechs erste Halbleiterschalter HS1 bis HS6, welche in dem in 1 und 2 dargestellten Wechselwandler 100 jeweils zu einem High-Side-Schalter HS_U, HS_V, HS_W zusammengefasst sind, und sechs zweite Halbleiterschalter LS1 bis LS6 welche in dem in 1 und 2 dargestellten Wechselwandler 100 jeweils zu einem Low-Side-Schalter LS_U, LS_V, LS_W zusammengefasst sind. Zudem sind die sechs ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 in zwei High-Side-Schaltergruppen 15, 15A, 15B aufgeteilt. Drei erste Halbleiterschalter HS1, HS2, HS3 einer ersten High-Side-Schaltergruppe 15A sind auf einer ersten, in der Darstellung linken ersten Leiterstruktur 11A angeordnet. Drei weitere erste Halbleiterschalter HS4, HS5, HS6 einer zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B sind auf einer zweiten, in der Darstellung rechten ersten Leiterstruktur 11B angeordnet. Des Weiteren sind die sechs zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 in zwei Low-Side-Schaltergruppen 14, 14A, 14B aufgeteilt und beabstandet zueinander sowie korrelierend mit den sechs ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS6 der beiden High-Side-Schaltergruppen 15, 15A, 15B auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet. Hierbei sind drei zweite Halbleiterschalter LS1, LS2, LS3 einer ersten Low-Side-Schaltergruppe 14A gegenüberliegend zu den drei ersten Halbleiterschaltern HS1, HS2, HS3 der ersten High-Side-Schaltergruppe 15A in der Darstellung links auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet, und drei weitere zweite Halbleiterschalter LS4, LS5, LS6 einer zweiten Low-Side-Schaltergruppe 14B sind gegenüberliegend zu den drei ersten Halbleiterschaltern HS4, HS5, HS6 der zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B in der Darstellung rechts auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet. Dadurch sind eine erste, in der Darstellung linke erste Kontaktstruktur 12.2 und eine erste, in der Darstellung linke zweite Kontaktstruktur 13.2 parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS3 der ersten High-Side-Schaltergruppe 15A und den zweiten Halbleiterschaltern LS1 bis LS3 der ersten Low-Side-Schaltergruppe 14A angeordnet. Zudem sind eine zweite, in der Darstellung rechte erste Kontaktstruktur 12.2 und eine zweite, in der Darstellung rechte zweite Kontaktstruktur 13.2 parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern HS4 bis HS6 der zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B und den zweiten Halbleiterschaltern LS4 bis LS6 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe 14B angeordnet.How out 3 and 4 As can further be seen, the power modules 1, 1A, 1B in the illustrated exemplary embodiments each include six first semiconductor switches HS1 to HS6, which are in the 1 and 2 The alternating converter 100 shown are each combined to form a high-side switch HS_U, HS_V, HS_W, and six second semiconductor switches LS1 to LS6 which are in the in 1 and 2 illustrated inverter 100 are each combined to form a low-side switch LS_U, LS_V, LS_W. In addition, the six first semiconductor switches HS1 to HS6 are divided into two high-side switch groups 15, 15A, 15B. Three first semiconductor switches HS1, HS2, HS3 of a first high-side switch group 15A are arranged on a first conductor structure 11A, which is on the left in the illustration. Three further first semiconductor switches HS4, HS5, HS6 of a second high-side switch group 15B are arranged on a second first conductor structure 11B, which is on the right in the illustration. Furthermore, the six second semiconductor switches LS1 to LS6 are divided into two low-side switch groups 14, 14A, 14B and spaced apart from one another and correlating with the six first semiconductor switches HS1 to HS6 of the two high-side switch groups 15, 15A, 15B on the third conductor structure 13 arranged. Here, three second semiconductor switches LS1, LS2, LS3 of a first low-side switch group 14A are arranged opposite the three first semiconductor switches HS1, HS2, HS3 of the first high-side switch group 15A in the illustration on the left on the third conductor structure 13, and three further second semiconductor switches LS4, LS5, LS6 of a second low-side switch group 14B are arranged opposite the three first semiconductor switches HS4, HS5, HS6 of the second high-side switch group 15B in the illustration on the right on the third conductor structure 13. As a result, a first contact structure 12.2, on the left in the illustration, and a first second contact structure 13.2, on the left in the illustration, are parallel to one another between the first semiconductor switches HS1 to HS3 of the first high-side switch group 15A and the second semiconductor switches LS1 to LS3 of the first low -Side switch group 14A arranged. In addition, a second first contact structure 12.2, on the right in the illustration, and a second contact structure 13.2, on the right in the illustration, are parallel to one another between the first semiconductor switches HS4 to HS6 of the second high-side switch group 15B and the second semiconductor switches LS4 to LS6 of the second low -side switch group 14B arranged.

Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten dritten und vierten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10C, 10D jeweils vier zweite Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D und drei erste Leiterstrukturen 11A, 11B, 11C abwechselnd in dem ersten, in der Darstellung unteren Bereich des ersten Schaltungsträgers 10C, 10D angeordnet, so dass die vier zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D die drei ersten Leiterstrukturen 11A, 11B, 11C seitlich einrahmen. Eine Länge der dritten Leiterstruktur 13 in dem zweiten, in der Darstellung oberen Bereich des ersten Schaltungsträgers 10C, 10D ist so gewählt, dass sie der Länge der nebeneinander angeordneten ersten und zweiten Leiterstrukturen 11A, 11B, 11C, 12A, 12B, 12C, 12D entspricht.How out 5 and 6 It can also be seen that in the illustrated third and fourth exemplary embodiment of the first circuit carrier 10C, 10D, four second conductor structures 12A, 12B, 12C, 12D and three first conductor structures 11A, 11B, 11C alternate in the first region of the first circuit carrier, which is the lower region in the illustration 10C, 10D arranged so that the four second conductor structures 12A, 12B, 12C, 12D frame the three first conductor structures 11A, 11B, 11C laterally. A length of the third conductor structure 13 in the second region of the first circuit carrier 10C, 10D, which is at the top in the illustration, is selected such that it corresponds to the length of the first and two, which are arranged next to one another th conductor structures 11A, 11B, 11C, 12A, 12B, 12C, 12D.

Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, ist in den umfasst dargestellten Ausführungsbeispielen der ersten Schaltungsträger 10C, 10D analog zu den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen der ersten Schaltungsträger 10A, 10B jeweils eine geradzahlige Anzahl von Halbleiterschaltern LS1 bis LS5, HS1 bis HS5. Im Unterschied zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B umfassen die in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele des ersten Schaltungsträgers 10C, 10D jeweils eine ungerade Anzahl von fünf ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS5, welche jeweils zu einem High-Side-Schalter HS_U, HS_V, HS_W des in 1 und 2 dargestellten Wechselwandlers zusammengefasst sind, und eine ungerade Anzahl von fünf zweiten Halbleiterschaltern LS1 bis HL5, welche jeweils zu einem Low-Side-Schalter LS_U, LS_V, LS_W des in 1 und 2 dargestellten Wechselwandlers zusammengefasst sind. Zudem sind die fünf ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS5 in drei High-Side-Schaltergruppen 15, 15A, 15B, 15C aufgeteilt. Zwei erste Halbleiterschalter HS1, HS2 einer ersten High-Side-Schaltergruppe 15A sind auf einer ersten, in der Darstellung linken ersten Leiterstruktur 11A angeordnet. Ein weiterer erster Halbleiterschalter HS3 einer zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B ist auf einer zweiten, in der Darstellung mittleren Leiterstruktur 11B angeordnet. Zwei weitere erste Halbleiterschalter HS4, HS5 einer dritten High-Side-Schaltergruppe 15C sind auf einer dritten, in der Darstellung rechten ersten Leiterstruktur 11C angeordnet. Des Weiteren sind die fünf zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS5 in drei Low-Side-Schaltergruppen 14, 14A, 14B, 14C aufgeteilt und beabstandet zueinander auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet. Hierbei sind zwei zweite Halbleiterschalter LS1, LS2 einer ersten Low-Side-Schaltergruppe 14A gegenüberliegend zu der ersten High-Side-Schaltergruppe 15A in der Darstellung links auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet, und ein weiterer zweiter Halbleiterschalter LS3 einer zweiten Low-Side-Schaltergruppe 14B ist gegenüberliegend zu der zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B in der Darstellung mittig auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet, und zwei weitere zweite Halbleiterschalter LS4, LS5 einer dritten Low-Side-Schaltergruppe 14C sind gegenüberliegend zu der dritten High-Side-Schaltergruppe 15B in der Darstellung rechts auf der dritten Leiterstruktur 13 angeordnet. Dadurch sind eine erste, in der Darstellung linke erste Kontaktstruktur 12.2 und eine erste, in der Darstellung linke zweite Kontaktstruktur 13.2 parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern HS1, HS2 der ersten High-Side-Schaltergruppe 15A und den zweiten Halbleiterschaltern LS1, LS2 der ersten Low-Side-Schaltergruppe 14A angeordnet. Des Weiteren sind eine zweite, in der Darstellung mittlere erste Kontaktstruktur 12.2 und eine zweite, in der Darstellung mittlere zweite Kontaktstruktur 13.2 parallel zueinander zwischen dem ersten Halbleiterschalter HS3 der zweiten High-Side-Schaltergruppe 15B und dem zweiten Halbleiterschalter LS3 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe 14B angeordnet. Zudem sind eine dritte, in der Darstellung rechte erste Kontaktstruktur 12.2 und eine dritte, in der Darstellung rechte zweite Kontaktstruktur 13.2 parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern HS4, HS5 der dritten High-Side-Schaltergruppe 15C und den zweiten Halbleiterschaltern LS4, LS5 der dritten Low-Side-Schaltergruppe 14C angeordnet.How out 5 and 6 can further be seen, in the illustrated exemplary embodiments, the first circuit carriers 10C, 10D are analogous to those in 3 and 4 illustrated embodiments of the first circuit carrier 10A, 10B each have an even number of semiconductor switches LS1 to LS5, HS1 to HS5. In contrast to the first and second exemplary embodiment of the first circuit carrier 10A, 10B, the 5 and 6 illustrated exemplary embodiments of the first circuit carrier 10C, 10D each have an odd number of five first semiconductor switches HS1 to HS5, which each form a high-side switch HS_U, HS_V, HS_W of the in 1 and 2 illustrated changeover converter are combined, and an odd number of five second semiconductor switches LS1 to HL5, which each form a low-side switch LS_U, LS_V, LS_W of the in 1 and 2 illustrated converter are summarized. In addition, the five first semiconductor switches HS1 to HS5 are divided into three high-side switch groups 15, 15A, 15B, 15C. Two first semiconductor switches HS1, HS2 of a first high-side switch group 15A are arranged on a first conductor structure 11A, which is on the left in the illustration. Another first semiconductor switch HS3 of a second high-side switch group 15B is arranged on a second conductor structure 11B, which is in the middle in the illustration. Two further first semiconductor switches HS4, HS5 of a third high-side switch group 15C are arranged on a third, first conductor structure 11C on the right in the illustration. Furthermore, the five second semiconductor switches LS1 to LS5 are divided into three low-side switch groups 14, 14A, 14B, 14C and are arranged on the third conductor structure 13 at a distance from one another. In this case, two second semiconductor switches LS1, LS2 of a first low-side switch group 14A are arranged opposite the first high-side switch group 15A in the illustration on the left on the third conductor structure 13, and a further second semiconductor switch LS3 of a second low-side switch group 14B is arranged opposite the second high-side switch group 15B in the center of the third conductor structure 13 in the illustration, and two further second semiconductor switches LS4, LS5 of a third low-side switch group 14C are opposite the third high-side switch group 15B arranged on the third conductor structure 13 on the right in the illustration. As a result, a first contact structure 12.2, on the left in the illustration, and a first second contact structure 13.2, on the left in the illustration, are parallel to one another between the first semiconductor switches HS1, HS2 of the first high-side switch group 15A and the second semiconductor switches LS1, LS2 of the first low -Side switch group 14A arranged. Furthermore, a second first contact structure 12.2, middle in the illustration, and a second second contact structure 13.2, middle in the illustration, are parallel to one another between the first semiconductor switch HS3 of the second high-side switch group 15B and the second semiconductor switch LS3 of the second low-side switch Switch group 14B arranged. In addition, a third first contact structure 12.2, on the right in the illustration, and a third second contact structure 13.2, on the right in the illustration, are parallel to one another between the first semiconductor switches HS4, HS5 of the third high-side switch group 15C and the second semiconductor switches LS4, LS5 of the third low -Side switch group 14C arranged.

Wie oben bereits ausgeführt ist, bilden die einzelnen Leistungsmodule 1, 1A, 1B in den dargestellten Ausführungsbeispielen vorzugsweise eine Halbbrücke, wobei die ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5 der High-Side-Schaltergruppen 15 der Halbbrücke bilden, und die zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 die Low-Side-Schaltergruppen 14 der Halbbrücke bilden, welche jeweils wechselseitig angesteuert werden. Das bedeutet, dass die zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 sperrend angesteuert werden, wenn die ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5 leitend angesteuert werden und umgekehrt. Zudem sind erste Leistungsanschlüsse der ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5 mit den korrespondierenden ersten Leiterstrukturen 11, 11A, 11B, 11C elektrisch leitend verbunden und zweite Leistungsanschlüsse der ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5 sind über die Hochstromleitungen 18, welche vorzugsweise als Bonddrähte 18A ausgeführt sind, elektrisch mit den zweiten Kontaktstrukturen 13.2 der dritten Leiterstruktur 13 verbunden. Des Weiteren sind erste Leistungsanschlüsse der zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 mit der dritten Leiterstruktur 13 elektrisch leitend verbunden und zweite Leistungsanschlüsse der zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 sind über die Hochstromleitungen 18 elektrisch mit den ersten Kontaktstrukturen 12.2 der zweiten Leiterstruktur 12, 12A, 12B, 12C, 12D verbunden. Die Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5, LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen des ersten Schaltungsträger 10A, 10B, 10C, 10D jeweils als Feldeffekttransistoren ausgeführt, so dass Drainanschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5, LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 den ersten Leistungsanschlüssen entsprechen. Sourceanschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS6 bzw. HS1 bis HS5, LS1 bis LS6 bzw. LS1 bis LS5 entsprechen den zweiten Leistungsanschlüssen. Bei der Verwendung von Bipolartransistoren als Halbleiterschalter entsprechen Kollektoranschlüsse den ersten Leistungsanschlüssen und Emitteranschlüsse den zweiten Leistungsanschlüssen der Halbleiterschalter.As already explained above, the individual power modules 1, 1A, 1B in the illustrated exemplary embodiments preferably form a half-bridge, with the first semiconductor switches HS1 to HS6 or HS1 to HS5 of the high-side switch groups 15 forming the half-bridge, and the second semiconductor switches LS1 to LS6 and LS1 to LS5 form the low-side switch groups 14 of the half-bridge, which are each driven alternately. This means that the second semiconductor switches LS1 to LS6 or LS1 to LS5 are turned off when the first semiconductor switches HS1 to HS6 or HS1 to HS5 are turned on and vice versa. In addition, first power connections of the first semiconductor switches HS1 to HS6 or HS1 to HS5 are electrically conductively connected to the corresponding first conductor structures 11, 11A, 11B, 11C and second power connections of the first semiconductor switches HS1 to HS6 or HS1 to HS5 are connected via the high-current lines 18, which are preferably embodied as bonding wires 18A, are electrically connected to the second contact structures 13.2 of the third conductor structure 13. Furthermore, first power terminals of the second semiconductor switches LS1 to LS6 or LS1 to LS5 are electrically conductively connected to the third conductor structure 13 and second power terminals of the second semiconductor switches LS1 to LS6 or LS1 to LS5 are electrically connected to the first contact structures 12.2 of the second conductor structure 12, 12A, 12B, 12C, 12D connected. The semiconductor switches HS1 to HS6 or HS1 to HS5, LS1 to LS6 or LS1 to LS5 are each designed as field effect transistors in the illustrated exemplary embodiments of the first circuit carrier 10A, 10B, 10C, 10D, so that drain connections of the semiconductor switches HS1 to HS6 or HS1 to HS5, LS1 to LS6 or LS1 to LS5 correspond to the first power connections. Source connections of the semiconductor switches HS1 to HS6 or HS1 to HS5, LS1 to LS6 or LS1 to LS5 correspond to the second power connections. When using bipolar transistors as semiconductor switches, the collector connections correspond to the first power connections and Emitter terminals the second power terminals of the semiconductor switch.

Wie aus 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, sind die Leiterstrukturen 11, 12, 13 in den dargestellten Ausführungsbeispielen des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B, 10C, 10D jeweils über Kontaktflächen 11.1, 12.1, 13.1 mit der korrespondierenden Stromschiene 3, 5, 7 kontaktiert. Bei den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die erste, in der Darstellung linke erste Leiterstruktur 11A über eine erste, in der Darstellung linke erste Kontaktfläche 11.1A mit der ersten Stromschiene 3 verbunden. Die zweite, in der Darstellung rechte erste Leiterstruktur 11B ist über eine zweite, in der Darstellung rechte erste Kontaktfläche 11.1B mit der ersten Stromschiene 3 verbunden. Zudem ist die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A über eine erste, in der Darstellung linke zweite Kontaktfläche 12.1A mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die zweite, in der Darstellung mittlere zweite Leiterstruktur 12B ist über eine zweite, in der Darstellung mittlere zweite Kontaktfläche 12.1B mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die dritte, in der Darstellung rechte zweite Leiterstruktur 12C ist über eine dritte, in der Darstellung rechte zweite Kontaktfläche 12.1B mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die dritte Leiterstruktur 13A ist über eine mittig angeordnete dritte Kontaktfläche 13.1 mit der dritten Stromschiene 7 verbunden. Bei den in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die erste, in der Darstellung linke erste Leiterstruktur 11A über eine erste, in der Darstellung linke erste Kontaktfläche 11.1A mit der ersten Stromschiene 3 verbunden. Die zweite, in der Darstellung mittlere erste Leiterstruktur 11B ist über eine zweite, in der Darstellung mittlere erste Kontaktfläche 11.1B mit der ersten Stromschiene 3 verbunden. Die dritte, in der Darstellung rechte erste Leiterstruktur 11C ist über eine dritte, in der Darstellung rechte erste Kontaktfläche 11.IC mit der ersten Stromschiene 3 verbunden. Zudem ist die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A über eine erste, in der Darstellung linke zweite Kontaktfläche 12.1A mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die zweite, in der Darstellung zwischen der linken ersten Leiterstruktur 11A und der mittleren ersten Leiterstruktur 11B angeordnete zweite Leiterstruktur 12B ist über eine zweite zweite Kontaktfläche 12.1B mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. How out 3 until 6 It can also be seen that the conductor structures 11, 12, 13 in the illustrated exemplary embodiments of the first circuit carrier 10A, 10B, 10C, 10D are in contact with the corresponding busbar 3, 5, 7 via contact surfaces 11.1, 12.1, 13.1. At the in 3 and 4 In the illustrated exemplary embodiments, the first conductor structure 11A, on the left in the illustration, is connected to the first busbar 3 via a first contact surface 11.1A, on the left in the illustration. The second first conductor structure 11B, on the right in the illustration, is connected to the first busbar 3 via a second first contact area 11.1B, on the right in the illustration. In addition, the first, second conductor structure 12A, on the left in the illustration, is connected to the second busbar 5 via a first, second contact surface 12.1A, on the left in the illustration. The second conductor structure 12B, which is in the middle in the illustration, is connected to the second busbar 5 via a second contact area 12.1B, in the middle in the illustration. The third, second conductor structure 12C, on the right in the illustration, is connected to the second busbar 5 via a third, second contact area 12.1B, on the right in the illustration. The third conductor structure 13A is connected to the third busbar 7 via a centrally arranged third contact area 13.1. At the in 5 and 6 In the illustrated exemplary embodiments, the first conductor structure 11A, on the left in the illustration, is connected to the first busbar 3 via a first contact surface 11.1A, on the left in the illustration. The second first conductor structure 11B, which is in the middle in the illustration, is connected to the first busbar 3 via a second first contact area 11.1B, in the middle in the illustration. The third first conductor structure 11C, on the right in the illustration, is connected to the first busbar 3 via a third first contact area 11.IC, on the right in the illustration. In addition, the first, second conductor structure 12A, on the left in the illustration, is connected to the second busbar 5 via a first, second contact surface 12.1A, on the left in the illustration. The second conductor structure 12B, which is arranged between the left-hand first conductor structure 11A and the middle first conductor structure 11B in the illustration, is connected to the second busbar 5 via a second second contact area 12.1B.

Die dritte, in der Darstellung zwischen der mittleren ersten Leiterstruktur 11B und der rechten ersten Leiterstruktur 11C angeordnete zweite Leiterstruktur 12C ist über eine dritte zweite Kontaktfläche 12.1C mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die vierte, in der Darstellung rechte zweite Leiterstruktur 12D ist über eine vierte, in der Darstellung rechte zweite Kontaktfläche 12.1D mit der zweiten Stromschiene 5 verbunden. Die dritte Leiterstruktur 13A ist über eine mittig angeordnete dritte Kontaktfläche 13.1 mit der dritten Stromschiene 7 verbunden.The third second conductor structure 12C, which is arranged between the first conductor structure 11B in the middle and the first conductor structure 11C on the right in the illustration, is connected to the second busbar 5 via a third, second contact area 12.1C. The fourth second conductor structure 12D, on the right in the illustration, is connected to the second busbar 5 via a fourth second contact area 12.1D, on the right in the illustration. The third conductor structure 13A is connected to the third busbar 7 via a centrally arranged third contact area 13.1.

Wie aus 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, sind die ersten Kontaktflächen 11.1A, 11.1B, 11.1C der ersten Leiterstrukturen 11A, 11B, 11C und die zweiten Kontaktflächen 12.1A, 12.1B, 12.1C, 12.1D der zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D abwechselnd an einem ersten, in der Darstellung unteren Rand des ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B, 10C, 10D angeordnet, und die dritte Kontaktfläche 13.1 der dritten Leiterstruktur 13 ist an einem gegenüberliegenden zweiten, hier oberen Rand des ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B, 10C, 10D angeordnet. Des Weiteren sind die erste Stromschiene 3 zur Kontaktierung der ersten Leiterstrukturen 11A, 11B, 11C und die zweite Stromschiene 5 zur Kontaktierung der zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D räumlich übereinander in zwei parallelen Ebenen angeordnet. Dadurch ergibt sich eine kleinere von den beiden Stromschienen 3, 5 umschlossene Fläche A1, als wenn die beiden Stromschienen 3, 5 an gegenüberliegenden Rändern des ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B, 10C, 10D angeordnet wären.How out 3 until 6 It can further be seen that the first contact surfaces 11.1A, 11.1B, 11.1C of the first conductor structures 11A, 11B, 11C and the second contact surfaces 12.1A, 12.1B, 12.1C, 12.1D of the second conductor structures 12A, 12B, 12C, 12D alternate arranged on a first edge of the first circuit carrier 10, 10A, 10B, 10C, 10D, which is the lower edge in the illustration, and the third contact surface 13.1 of the third conductor structure 13 is on an opposite second edge, here the upper edge, of the first circuit carrier 10, 10A, 10B, 10C, 10D arranged. Furthermore, the first busbar 3 for contacting the first conductor structures 11A, 11B, 11C and the second busbar 5 for contacting the second conductor structures 12A, 12B, 12C, 12D are arranged spatially one above the other in two parallel planes. This results in a smaller area A1 enclosed by the two busbars 3, 5 than if the two busbars 3, 5 were arranged on opposite edges of the first circuit carrier 10, 10A, 10B, 10C, 10D.

Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, ist ein zweiter Schaltungsträger 16, auf welchem nicht näher dargestellte Treiberschaltungen für die Halbleiterschalter HS1 bis HS6, LS1 bis LS6 angeordnet sind, räumlich über dem ersten Schaltungsträger 10 angeordnet. Hierbei sind Steueranschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS6, LS1 bis LS6 über Steuerleitungen 19 elektrisch mit dem zweiten Schaltungsträger 16 kontaktiert, wobei die Steuerleitungen 19 vorzugsweise als Bonddrähte 19A ausgeführt sind. Zudem ist ein Temperatursensor 16.1 auf dem zweiten Schaltungsträger 16 angeordnet, um die Temperatur im Leistungsmodul 1, 1A, 1B zu messen. Die Halbleiterschalter HS1 bis HS6, LS1 bis LS6 sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Leistungsmodule 1, 1A, 1B jeweils als Feldeffekttransistoren mit einer Kelvin-Source ausgeführt. Daher werden Gateanschlüsse und Kelvin-Sourceanschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS6, LS1 bis LS6 jeweils über eine der Steuerleitungen 19 mit den Treiberschaltungen auf dem zweiter Schaltungsträger 16 verbundenen. Zudem sind die zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 um 180° gedreht zu den ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 angeordnet. Das bedeutet, dass die zweiten Leistungsanschlüsse der zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS6 den zweiten Leistungsanschlüssen der ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS6 zugewandt sind.How out 3 and 4 It can also be seen that a second circuit carrier 16, on which driver circuits (not shown in detail) for the semiconductor switches HS1 to HS6, LS1 to LS6 are arranged, is spatially arranged above the first circuit carrier 10. In this case, control connections of the semiconductor switches HS1 to HS6, LS1 to LS6 are electrically contacted to the second circuit carrier 16 via control lines 19, the control lines 19 preferably being in the form of bonding wires 19A. In addition, a temperature sensor 16.1 is arranged on the second circuit carrier 16 in order to measure the temperature in the power module 1, 1A, 1B. In the illustrated exemplary embodiments of the power modules 1, 1A, 1B, the semiconductor switches HS1 to HS6, LS1 to LS6 are each designed as field effect transistors with a Kelvin source. Therefore, the gate connections and Kelvin source connections of the semiconductor switches HS1 to HS6, LS1 to LS6 are each connected to the driver circuits on the second circuit carrier 16 via one of the control lines 19 . In addition, the second semiconductor switches LS1 to LS6 are arranged rotated by 180° with respect to the first semiconductor switches HS1 to HS6. This means that the second power connections of the second semiconductor switches LS1 to LS6 face the second power connections of the first semiconductor switches HS1 to HS6.

Analog ist für die in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele des ersten Schaltungsträger 10C, 10D ebenfalls ein solcher räumlich über dem ersten Schaltungsträger 10 angeordneter nicht dargestellter zweiter Schaltungsträger 16 vorgesehen, auf welchem Treiberschaltungen für die Halbleiterschalter HS1 bis HS5, LS1 bis LS5 angeordnet sind. Hierbei sind Steueranschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS5, LS1 bis LS5 über Steuerleitungen 19 elektrisch mit dem zweiten Schaltungsträger 16 kontaktiert, wobei die Steuerleitungen 19 vorzugsweise als Bonddrähte 19A ausgeführt sind. Die Halbleiterschalter HS1 bis HS5, LS1 bis LS5 sind ebenfalls jeweils als Feldeffekttransistoren mit einer Kelvin-Source ausgeführt. Daher werden Gateanschlüsse und Kelvin-Sourceanschlüsse der Halbleiterschalter HS1 bis HS5, LS1 bis LS6 jeweils über eine der Steuerleitungen 19 mit den Treiberschaltungen auf dem zweiten Schaltungsträger 16 verbundenen. Zudem sind die zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS5 um 180° gedreht zu den ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS5 angeordnet. Das bedeutet, dass die zweiten Leistungsanschlüsse der zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS5 den zweiten Leistungsanschlüssen der ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS5 zugewandt sind.Analog is for the in 5 and 6 illustrated embodiments of the first circuit carrier 10C, 10D also such a spatial above the first circuit carrier 10 arranged not shown second circuit carrier 16 is provided, on which driver circuits for the semiconductor switches HS1 to HS5, LS1 to LS5 are arranged. In this case, control connections of the semiconductor switches HS1 to HS5, LS1 to LS5 make electrical contact with the second circuit carrier 16 via control lines 19, the control lines 19 preferably being in the form of bonding wires 19A. The semiconductor switches HS1 to HS5, LS1 to LS5 are also each designed as field effect transistors with a Kelvin source. Therefore, gate connections and Kelvin source connections of the semiconductor switches HS1 to HS5, LS1 to LS6 are each connected to the driver circuits on the second circuit carrier 16 via one of the control lines 19 . In addition, the second semiconductor switches LS1 to LS5 are arranged rotated by 180° with respect to the first semiconductor switches HS1 to HS5. This means that the second power connections of the second semiconductor switches LS1 to LS5 face the second power connections of the first semiconductor switches HS1 to HS5.

Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, sind die Engstellen 13.3 im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10A als Leiterstrukturen 13.3A ausgeführt, welche die korrespondierenden zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C voneinander trennen. Hierbei verbindet eine in der Darstellung linke Leiterstruktur 13.3A die dritte Leiterstruktur 13 mit der in der Darstellung linken zweiten Kontaktstruktur 3.2 und eine in der Darstellung recht Leiterstruktur 13.3A verbindet die dritte Leiterstruktur 13 mit der in der Darstellung rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2. Die drei im Kreuzungsbereich 17 getrennten zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C sind über Bonddrähte 17A miteinander verbunden, welche die als Leiterstrukturen 13.3A ausgeführten Engstellen 13.3 überspannen. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, verbinden erste Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A mit der dritten, in der Darstellung rechten zweiten Leiterstruktur 12C, und überspannen dabei die beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3. Des Weiteren verbinden zweite Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A mit der zweiten, in der Darstellung mittleren zweiten Leiterstruktur 12B, und überspannen dabei die linke der beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3. Zudem verbinden dritte Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die dritte, in der Darstellung rechte zweite Leiterstruktur 12C mit der zweiten, in der Darstellung mittleren zweiten Leiterstruktur 12B, und überspannen dabei die Rechte der beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3.How out 3 It can also be seen that the bottlenecks 13.3 in the illustrated first exemplary embodiment of the first circuit carrier 10A are designed as conductor structures 13.3A, which separate the corresponding second conductor structures 12A, 12B, 12C from one another. A conductor structure 13.3A on the left in the illustration connects the third conductor structure 13 with the second contact structure 3.2 on the left in the illustration and a conductor structure 13.3A on the right in the illustration connects the third conductor structure 13 with the second contact structure 13.2 on the right in the illustration. The three second conductor structures 12A, 12B, 12C separated in the crossing area 17 are connected to one another via bonding wires 17A, which span the constrictions 13.3 designed as conductor structures 13.3A. How out 3 As can further be seen, first bonding wires 17A, only one of which is shown, connect the first, second conductor structure 12A on the left in the representation with the third, second conductor structure 12C on the right in the representation, and thereby span the two conductor structures 13.3A of the bottlenecks 13.3. Furthermore, second bonding wires 17A, only one of which is shown, connect the first, second conductor structure 12A on the left in the representation, to the second conductor structure 12B, in the middle in the representation, and thereby span the left of the two conductor structures 13.3A of the bottlenecks 13.3. In addition, third bonding wires 17A, only one of which is shown, connect the third, second conductor structure 12C on the right in the representation with the second conductor structure 12B, in the middle in the representation, and thereby span the right of the two conductor structures 13.3A of the bottlenecks 13.3.

Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, trennen die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10B die zweiten Kontaktstrukturen 13.2 von der dritten Leiterstruktur 13. Daher sind die Engstellen 13.3 jeweils als Bonddrähte 13.3B ausgeführt, welche die korrespondierenden zweiten Kontaktstrukturen 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13 verbinden und die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C im Kreuzungsbereich 17 überspannen. Hierbei verbinden mehrere in der Darstellung linke Bonddrähte 13.3B, von welchen zwei dargestellt sind, die in der Darstellung linke zweite Kontaktstruktur 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13. Zudem verbinden mehrere in der Darstellung rechte Bonddrähte 13.3B, von welchen zwei dargestellt sind, die in der Darstellung rechte zweite Kontaktstruktur 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13.How out 4 As can also be seen, the interconnected second conductor structures 12, 12A, 12B, 12C in the illustrated second exemplary embodiment of the first circuit carrier 10B separate the second contact structures 13.2 from the third conductor structure 13. The bottlenecks 13.3 are therefore each designed as bonding wires 13.3B, which connect the second contact structures 13.2 to the third conductor structure 13 and span the interconnected second conductor structures 12, 12A, 12B, 12C in the crossing region 17. In this case, several bonding wires 13.3B on the left in the illustration, of which two are shown, connect the second contact structure 13.2 on the left in the illustration with the third conductor structure 13. In addition, several bonding wires 13.3B on the right in the illustration, of which two are shown, connect the ones in the representation on the right second contact structure 13.2 with the third conductor structure 13.

Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, sind die Engstellen 13.3 zwischen der dritten Leiterstruktur 13 und der linken und rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2 im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10C als Leiterstrukturen 13.3A ausgeführt, welche die linke zweite Leiterstruktur 12A und die rechte zweite Leiterstruktur 12D von den mittleren zweiten Leiterstrukturen 12B, 12C trennen. Hierbei verbindet eine in der Darstellung linke Leiterstruktur 13.3A die dritte Leiterstruktur 13 mit der in der Darstellung linken zweiten Kontaktstruktur 13.2 und eine in der Darstellung recht Leiterstruktur 13.3A verbindet die dritte Leiterstruktur 13 mit der in der Darstellung rechten zweiten Kontaktstruktur 3.2. Die drei im Kreuzungsbereich 17 getrennten zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D sind über Bonddrähte 17A miteinander verbunden, welche die als Leiterstrukturen 13.3A ausgeführten Engstellen 13.3 überspannen. Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, verbinden erste Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A mit der vierten, in der Darstellung rechten zweiten Leiterstruktur 12, und überspannen dabei die beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3 und die beiden mittleren zweiten Leiterstrukturen 12B, 12C. Des Weiteren verbinden zweite Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die erste, in der Darstellung linke zweite Leiterstruktur 12A mit der zweiten zweiten Leiterstruktur 12B, und überspannen dabei die linke der beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3. Zudem verbinden dritte Bonddrähte 17A, von denen nur einer dargestellt ist, die vierte, in der Darstellung rechte zweite Leiterstruktur 12D mit der dritten zweiten Leiterstruktur 12C und überspannen dabei die rechte der beiden Leiterstrukturen 13.3A der Engstellen 13.3. Zudem sind die zweite und dritte Leiterstrukturen 12B, 12C miteinander verbunden und bilden eine gemeinsame erste Kontaktstruktur 12.2 aus. Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, trennen die zweite zweite Leiterstruktur 12B und die dritte zweite Leiterstruktur 12C die mittlere zweite Kontaktstruktur 13.2 von der dritten Leiterstruktur 13. Daher sind zwei weitere Engstellen 13.3 als Bonddrähte 13.3B ausgeführt, welche die mittlere zweite Kontaktstruktur 13.2 mit der linken zweiten Kontaktstruktur 13.2 bzw. mit der rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2 verbinden. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10 kann auf die mittlere zweite Kontaktstruktur 13.2 verzichtet werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Leistungsanschlüsse des auf der mittleren ersten Leiterstruktur 11B angeordneten ersten Halbleiterschalters HS3 dann symmetrisch über als Bonddrähte 18A ausgeführte Hochstromleitungen 18 mit der linken und der rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2 kontaktiert.How out 5 It can also be seen that the constrictions 13.3 between the third conductor structure 13 and the left and right second contact structure 13.2 are designed as conductor structures 13.3A in the illustrated third exemplary embodiment of the first circuit carrier 10C, which separate the left second conductor structure 12A and the right second conductor structure 12D from the middle separate second conductor structures 12B, 12C. A conductor structure 13.3A on the left in the illustration connects the third conductor structure 13 with the second contact structure 13.2 on the left in the illustration and a conductor structure 13.3A on the right in the illustration connects the third conductor structure 13 with the second contact structure 3.2 on the right in the illustration. The three second conductor structures 12A, 12B, 12C, 12D separated in the crossing region 17 are connected to one another via bonding wires 17A, which span the constrictions 13.3 designed as conductor structures 13.3A. How out 5 As can also be seen, first bonding wires 17A, only one of which is shown, connect the first, second conductor structure 12A, on the left in the representation, with the fourth, second conductor structure 12, on the right in the representation, and thereby span the two conductor structures 13.3A of the constrictions 13.3 and the two middle second conductor structures 12B, 12C. Furthermore, second bonding wires 17A, only one of which is shown, connect the first conductor structure 12A, which is on the left in the illustration, to the second second conductor structure 12B, and thereby span the left of the two conductor structures 13.3A of the bottlenecks 13.3. In addition, third bonding wires 17A, only one of which is shown, connect the fourth, second conductor structure 12D on the right in the representation with the third second conductor structure 12C and thereby span the right of the two conductor structures 13.3A of the bottlenecks 13.3. In addition, the second and third conductor structures 12B, 12C are connected to one another and form a common first contact structure 12.2. How out 5 further As can be seen, the second second conductor structure 12B and the third second conductor structure 12C separate the middle second contact structure 13.2 from the third conductor structure 13. Two further constrictions 13.3 are therefore designed as bonding wires 13.3B, which connect the middle second contact structure 13.2 to the left second contact structure 13.2 or connect to the right second contact structure 13.2. In an alternative exemplary embodiment of the first circuit carrier 10, which is not shown, the central second contact structure 13.2 can be dispensed with. In this embodiment, the power connections of the first semiconductor switch HS3 arranged on the middle first conductor structure 11B are then contacted symmetrically via high-current lines 18 designed as bonding wires 18A with the left and right second contact structure 13.2.

Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, trennen die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen 12A, 12B, 12C, 12D im dargestellten vierten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10D die zweiten Kontaktstrukturen 13.2 von der dritten Leiterstruktur 13. Daher sind die Engstellen 13.3 jeweils als Bonddrähte 13.3B ausgeführt, welche die korrespondierenden zweiten Kontaktstrukturen 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13 verbinden und die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen 12, 12A, 12B, 12C im Kreuzungsbereich 17 überspannen. Hierbei verbinden mehrere in der Darstellung linke Bonddrähte 13.3B, von welchen zwei dargestellt sind, die in der Darstellung linke zweite Kontaktstruktur 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13. Zudem verbinden mehrere in der Darstellung rechte Bonddrähte 13.3B, von welchen zwei dargestellt sind, die in der Darstellung rechte zweite Kontaktstruktur 13.2 mit der dritten Leiterstruktur 13. Außerdem ist die mittlere zweite Kontaktstruktur über Bonddrähte 13.3B, von denen jeweils einer dargestellt ist, mit der linken zweiten Kontaktstruktur 13.2 bzw. mit der rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2 verbunden. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des ersten Schaltungsträgers 10 kann auf die mittlere zweite Kontaktstruktur 13.2 verzichtet werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Leistungsanschlüsse des auf der mittleren ersten Leiterstruktur 11B angeordneten ersten Halbleiterschalters HS3 dann symmetrisch über als Bonddrähte 18A ausgeführte Hochstromleitungen 18 mit der linken und der rechten zweiten Kontaktstruktur 13.2 kontaktiert.How out 6 As can also be seen, the interconnected second conductor structures 12A, 12B, 12C, 12D in the illustrated fourth exemplary embodiment of the first circuit carrier 10D separate the second contact structures 13.2 from the third conductor structure 13. The bottlenecks 13.3 are therefore each designed as bonding wires 13.3B, which the corresponding connect the second contact structures 13.2 to the third conductor structure 13 and span the interconnected second conductor structures 12, 12A, 12B, 12C in the crossing region 17. In this case, several bonding wires 13.3B on the left in the illustration, of which two are shown, connect the second contact structure 13.2 on the left in the illustration with the third conductor structure 13. In addition, several bonding wires 13.3B on the right in the illustration, of which two are shown, connect the ones in the representation right second contact structure 13.2 with the third conductor structure 13. In addition, the middle second contact structure is connected via bonding wires 13.3B, one of which is shown, with the left second contact structure 13.2 or with the right second contact structure 13.2. In an alternative exemplary embodiment of the first circuit carrier 10, which is not shown, the central second contact structure 13.2 can be dispensed with. In this embodiment, the power connections of the first semiconductor switch HS3 arranged on the middle first conductor structure 11B are then contacted symmetrically via high-current lines 18 designed as bonding wires 18A with the left and right second contact structure 13.2.

Gemeinsam ist allen dargestellten Ausführungsbeispielen des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B, 10C, 10D ein spiegelsymmetrischer Aufbau des Layouts zu einer Mittelachse MA. Selbstverständlich sind noch andere geeignete Ausführungsbeispiele des ersten Schaltungsträgers 10A mit einer anderen Anzahl von Halbleiterschaltern oder ersten und zweiten Leiterstrukturen 11, 12 denkbar, solange die Symmetrie des Layouts erhalten bleibt.What all illustrated exemplary embodiments of the first circuit carrier 10A, 10B, 10C, 10D have in common is a mirror-symmetrical structure of the layout with respect to a central axis MA. Of course, other suitable exemplary embodiments of the first circuit carrier 10A with a different number of semiconductor switches or first and second conductor structures 11, 12 are also conceivable, as long as the symmetry of the layout is retained.

Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten ersten Schaltzustand des Wechselwandlers 100 der High-Side-Schalter HS_U für die erste Phase U, der Low-Side-Schalter LS_V für die zweite Phase V und der High-Side-Schalter HS_W für die dritte Phase W leitend angesteuert. Zudem sind der Low-Side-Schalter LS_U für die erste Phase U, der High-Side-Schalter HS_V für die zweite Phase V und der Low-Side-Schalter LS_W für die dritte Phase W sperrend angesteuert. Dadurch bildet sich ein erster Strompfad IP1 vom positiven ersten Versorgunganschluss T+ über den High-Side-Schalter HS_U für die erste Phase U, die erste Induktivität Lu, die zweite Induktivität Lv und den Low-Side-Schalter LS_V für die zweite Phase V zum negativen zweiten Versorgungsanschluss T-. Zudem bildet sich ein zweiter Strompfad IP2 vom positiven ersten Versorgunganschluss T+ über den High-Side-Schalter HS_W für die dritte Phase W, die dritte Induktivität Lw, die zweite Induktivität Lv und den Low-Side-Schalter LS_V für die zweite Phase V zum negativen zweiten Versorgungsanschluss T-. Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, wird nach dem Umschalten des High-Side-Schalter HS_U für die erste Phase U in den sperrenden Zustand und des Low-Side-Schalter LS_U für die erste Phase U in den leitenden Zustand wird der erste Strompfad IP1 unterbrochen und es entsteht ein dritter Strompfad IP3, dessen Stromfluss den Stromfluss des ersten Strompfads IP1 kommutiert und von der ersten Induktivität Lu angetrieben über die zweite Induktivität Lv und den Low-Side-Schalter LS_V für die zweite Phase V und den Low-Side-Schalter LS_V für die erste Phase U zurück zur ersten Induktivität Lv verläuft. Der zweite Strompfad IP2 bleibt in dem in 2 dargestellten zweiten Schaltzustand weiter geschlossen und verläuft vom positiven ersten Versorgunganschluss T+ über den High-Side-Schalter HS_W für die dritte Phase W, die dritte Induktivität Lw, die zweite Induktivität Lv und den Low-Side-Schalter LS_V für die zweite Phase V zum negativen zweiten Versorgungsanschluss T-. Die Stromrichtungen im Wechselwandler 100 können sich in Abhängigkeit von den Schaltzuständen der Halbleiterschalter HS1 bis HS6, LS1 bis LS6, eines vorher eingeprägten Stroms oder aber einer Betriebsart (Motor oder Generator) der elektrischen Maschine auch umkehren. 1 und 2 zeigen beispielhaft die Umschaltung vom High-Side-Schalter HS_U für die erste Phase U auf den Low-Side-Schalter LS_U für die erste Phase U. In 1 bis 4 ist der erste Strompfad IP1 durch durchgezogene Pfeile, der zweite Strompfad IP2 durch gepunktete Pfeile und der dritte Strompfad IP3 durch gestrichelte Pfeile repräsentiert, wobei in 3 und 4 nur der erste Strompfad IP1 und der dritte Strompfad IP3 dargestellt sind, welche für die erste Phase U relevant sind.How out 1 can also be seen, in the first switching state of the AC converter 100 shown, the high-side switch HS_U for the first phase U, the low-side switch LS_V for the second phase V and the high-side switch HS_W for the third phase W conductively driven. In addition, the low-side switch LS_U for the first phase U, the high-side switch HS_V for the second phase V and the low-side switch LS_W for the third phase W are turned off. This forms a first current path IP1 from the positive first supply connection T+ via the high-side switch HS_U for the first phase U, the first inductor Lu, the second inductor Lv and the low-side switch LS_V for the second phase V to the negative second supply connection T-. In addition, a second current path IP2 forms from the positive first supply connection T+ via the high-side switch HS_W for the third phase W, the third inductor Lw, the second inductor Lv and the low-side switch LS_V for the second phase V to the negative second supply connection T-. How out 2 It can also be seen that after the high-side switch HS_U for the first phase U has switched to the blocking state and the low-side switch LS_U for the first phase U has switched to the conducting state, the first current path IP1 is interrupted and it is created a third current path IP3, whose current flow commutes the current flow of the first current path IP1 and driven by the first inductor Lu via the second inductor Lv and the low-side switch LS_V for the second phase V and the low-side switch LS_V for the first Phase U runs back to the first inductor Lv. The second current path IP2 remains in the in 2 The second switching state shown is further closed and runs from the positive first supply connection T+ via the high-side switch HS_W for the third phase W, the third inductance Lw, the second inductance Lv and the low-side switch LS_V for the second phase V to the negative second supply connection T-. The current directions in the AC converter 100 can also reverse depending on the switching states of the semiconductor switches HS1 to HS6, LS1 to LS6, a previously impressed current or an operating mode (motor or generator) of the electrical machine. 1 and 2 show an example of switching from the high-side switch HS_U for the first phase U to the low-side switch LS_U for the first phase U. In 1 until 4 the first current path IP1 is represented by solid arrows, the second current path IP2 by dotted arrows and the third current path IP3 by dashed arrows, where in 3 and 4 only the first current path IP1 and the third current path IP3 are shown, which are relevant for the first phase U.

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  • JP 2020053622 A [0003]JP2020053622A [0003]

Claims (15)

Leistungsmodul (1), insbesondere für einen Wechselrichter (100) für Elektromaschinen (40), mit einem ersten Schaltungsträger (10) und einer geradzahligen Anzahl von Halbleiterschaltern (LS1 bis LS6, HS1 bis HS6), welche auf dem ersten Schaltungsträger (10) angeordnet ist, wobei der erste Schaltungsträger (10) eine isolierende Oberfläche (10.1) aufweist, wobei auf der Oberfläche (10.1) mehrere erste Leiterstrukturen (11), welche über eine erste Stromschiene (3) mit einem positiven Versorgungsanschluss (T+) kontaktiert bzw. kontaktierbar sind, mehrere zweite Leiterstrukturen (12), welche jeweils über eine zweite Stromschiene (5) mit einem negativen Versorgungsanschluss (T-) kontaktiert bzw. kontaktierbar sind, eine dritte Leiterstruktur (13), welche über eine dritte Stromschiene (7) mit einem Lastanschluss (PH) kontaktiert bzw. kontaktierbar ist, mehrere erste Kontaktstrukturen (12.2), welche elektrisch mit den zweiten Leiterstrukturen (12) verbunden sind, und mehrere zweite Kontaktstrukturen (13.2) ausgebildet sind, welche elektrisch mit der dritten Leiterstruktur (13) verbunden sind, wobei die ersten Leiterstrukturen (11) und die zweiten Leiterstrukturen (12) abwechselnd in einem ersten Bereich des ersten Schaltungsträgers (10) angeordnet sind, und die dritte Leiterstruktur (13) an einem gegenüberliegenden zweiten Bereich des ersten Schaltungsträgers (10) angeordnet ist, wobei die ersten Leiterstrukturen (11) jeweils zwischen zwei zweiten Leiterstrukturen (12) angeordnet sind, wobei eine Anzahl von ersten Halbleiterschaltern (HS1 bis HS6) elektrisch parallel zwischen dem positiven Versorgungsanschluss (T+) und dem Lastanschluss (PH) eingeschleift und über Hochstromleitungen (18) mit den zweiten Kontaktstrukturen (13.2) der dritten Leiterstruktur (13) verbunden und auf die ersten Leiterstrukturen (11) verteilt ist, wobei eine gleiche Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern (LS1 bis LS6) elektrisch parallel zwischen dem negativen Versorgungsanschluss (T-) und dem Lastanschluss (PH) eingeschleift und über Hochstromleitungen (18) mit den ersten Kontaktstrukturen (12.2) der zweiten Leiterstrukturen (12) verbunden und so auf der dritten Leiterstruktur (13) angeordnet ist, dass die zweiten Halbleiterschalter (LS1 bis LS6) den ersten Halbleiterschaltern (HS1 bis HS6) gegenüberliegen, wobei die ersten Kontaktstrukturen (12.2) und die zweiten Kontaktstrukturen (13.2) parallel zueinander zwischen den ersten Halbleiterschaltern (HS1 bis HS6) und den zweiten Halbleiterschaltern (LS1 bis LS6) angeordnet sind, wobei die dritte Leiterstruktur (13) Engstellen (13.3) aufweist, welche die dritte Leiterstruktur (13) mit den zweiten Kontaktstrukturen (13.2) verbinden, wobei die Engstellen (13.3) an einem Kreuzungsbereich (17) ausgebildet sind, an welchem die dritte Leiterstruktur (13) die zweiten Leiterstrukturen (12) trennt und/oder die zweiten Leiterstrukturen (12) die zweiten Kontaktstrukturen (13.2) von der dritten Leiterstruktur (13) trennen.Power module (1), in particular for an inverter (100) for electric machines (40), with a first circuit carrier (10) and an even number of semiconductor switches (LS1 to LS6, HS1 to HS6), which are arranged on the first circuit carrier (10). is, wherein the first circuit carrier (10) has an insulating surface (10.1), wherein on the surface (10.1) a plurality of first conductor structures (11) which are contacted via a first busbar (3) with a positive supply connection (T+) or can be contacted are, a plurality of second conductor structures (12) which are each contacted or can be contacted via a second busbar (5) with a negative supply connection (T-), a third conductor structure (13) which is connected via a third busbar (7) with a load connection (PH) is contacted or contactable, a plurality of first contact structures (12.2), which are electrically connected to the second conductor structures (12), and a plurality of second contact structure structures (13.2) are formed, which are electrically connected to the third conductor structure (13), the first conductor structures (11) and the second conductor structures (12) being arranged alternately in a first region of the first circuit carrier (10), and the third Conductor structure (13) is arranged on an opposite, second area of the first circuit carrier (10), the first conductor structures (11) each being arranged between two second conductor structures (12), a number of first semiconductor switches (HS1 to HS6) being electrically connected in parallel between looped into the positive supply connection (T+) and the load connection (PH) and connected to the second contact structures (13.2) of the third conductor structure (13) via high-current lines (18) and distributed to the first conductor structures (11), with an equal number of second Semiconductor switches (LS1 to LS6) electrically in parallel between the negative supply terminal (T-) and the Lasta Connection (PH) is looped in and connected to the first contact structures (12.2) of the second conductor structures (12) via high-current lines (18) and is arranged on the third conductor structure (13) in such a way that the second semiconductor switches (LS1 to LS6) correspond to the first semiconductor switches ( HS1 to HS6), the first contact structures (12.2) and the second contact structures (13.2) being arranged parallel to one another between the first semiconductor switches (HS1 to HS6) and the second semiconductor switches (LS1 to LS6), the third conductor structure (13) Has constrictions (13.3) which connect the third conductor structure (13) to the second contact structures (13.2), the constrictions (13.3) being formed at a crossing area (17) at which the third conductor structure (13) connects the second conductor structures (12 ) separates and/or the second conductor structures (12) separate the second contact structures (13.2) from the third conductor structure (13). Leistungsmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Layout des ersten Schaltungsträgers (10) spiegelsymmetrisch zu einer Mittelachse (MA) ausgeführt ist.Power module (1) after claim 1 , characterized in that a layout of the first circuit carrier (10) is mirror-symmetrical to a central axis (MA). Leistungsmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Engstellen (13.3) als Leiterstrukturen (13.3A) ausgeführt sind, welche die korrespondierenden zweiten Leiterstrukturen (12) auftrennen.Power module (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the bottlenecks (13.3) are designed as conductor structures (13.3A) which separate the corresponding second conductor structures (12). Leistungsmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kreuzungsbereich (17) getrennten zweiten Leiterstrukturen (12) über Bonddrähte (17A) miteinander verbunden sind, welche die als Leiterstrukturen (13.3A) ausgeführten Engstellen (13.3) überspannen.Power module (1) after claim 3 , characterized in that the second conductor structures (12) separated in the crossing region (17) are connected to one another via bonding wires (17A) which span the constrictions (13.3) designed as conductor structures (13.3A). Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Engstellen (13.3) jeweils als Bonddrähte (13.3B) ausgeführt sind, welche die korrespondierenden zweiten Kontaktstrukturen (13.2) mit der dritten Leiterstruktur (13) verbinden und die miteinander verbundenen zweiten Leiterstrukturen (12) im Kreuzungsbereich (17) überspannen.Power module (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the bottlenecks (13.3) are each designed as bonding wires (13.3B) which connect the corresponding second contact structures (13.2) to the third conductor structure (13) and the interconnected second conductor structures (12) in the crossing area (17) span. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstrukturen (11, 12, 13) jeweils über Kontaktflächen (11.1, 12.1, 13.1) mit der korrespondierenden Stromschiene (3, 5, 7) kontaktiert sind.Power module (1) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the conductor structures (11, 12, 13) are each contacted via contact surfaces (11.1, 12.1, 13.1) with the corresponding conductor rail (3, 5, 7). Leistungsmodul (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass erste Kontaktflächen (11.1) der ersten Leiterstrukturen (11) und zweite Kontaktflächen (12.1) der zweiten Leiterstrukturen (12) abwechselnd an einem ersten Rand des ersten Schaltungsträgers (10) angeordnet sind und eine dritte Kontaktfläche (13.1) der dritten Leiterstruktur (13) an einem gegenüberliegenden zweiten Rand des ersten Schaltungsträgers (10) angeordnet ist.Power module (1) after claim 6 , characterized in that first contact surfaces (11.1) of the first conductor structures (11) and second contact surfaces (12.1) of the second conductor structures (12) are arranged alternately on a first edge of the first circuit carrier (10) and a third contact surface (13.1) of the third Conductor structure (13) is arranged on an opposite second edge of the first circuit carrier (10). Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromschiene (3) zur Kontaktierung der ersten Leiterstrukturen (11) und die zweite Stromschiene (5) zur Kontaktierung der zweiten Leiterstrukturen (12) räumlich übereinander in zwei parallelen Ebenen angeordnet sind.Power module (1) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the first busbar (3) for contacting the first conductor structures (11) and the second busbar (5) for contacting the second conductor structures (12) are arranged spatially one above the other in two parallel planes. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Schaltungsträger (16), auf welchem eine Treiberschaltung für die Halbleiterschalter (HS1 bis HS6, LS1 bis LS6) angeordnet ist, räumlich über dem ersten Schaltungsträger (10) angeordnet ist, wobei Steueranschlüsse der Halbleiterschalter (HS1 bis HS6, LS1 bis LS6) über Steuerleitungen (19) elektrisch mit dem zweiten Schaltungsträger (16) kontaktiert sind.Power module (1) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that a second circuit carrier (16), on which a driver circuit for the semiconductor switches (HS1 to HS6, LS1 to LS6) is arranged spatially above is arranged on the first circuit carrier (10), control connections of the semiconductor switches (HS1 to HS6, LS1 to LS6) being electrically contacted to the second circuit carrier (16) via control lines (19). Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Halbleiterschaltern (LS1 bis LS6) um 180° gedreht zu den ersten Halbleiterschaltern (HS1 bis HS6) angeordnet sind.Power module (1) according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the second semiconductor switches (LS1 to LS6) rotated by 180 ° to the first semiconductor switches (HS1 to HS6) are arranged. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von ersten Halbleiterschaltern (HS1 bis HS6) auf die ersten Leiterstrukturen (11) verteilt ist und eine gleiche Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern (LS1 bis LS6) gegenüberliegend zu den ersten Halbleiterschaltern (HS1 bis HS6) auf der dritten Leiterstruktur (13) angeordnet ist.Power module (1) according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that a number of first semiconductor switches (HS1 to HS6) is distributed on the first conductor structures (11) and an equal number of second semiconductor switches (LS1 to LS6) opposite the first semiconductor switches (HS1 to HS6) on the third conductor structure (13) is arranged. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der ersten Leiterstrukturen (11) jeweils eine mit der dritten Leiterstruktur (13) verbundene zweite Kontaktstruktur (13.2) vorhanden ist.Power module (1) according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that for each of the first conductor structures (11) there is a second contact structure (13.2) connected to the third conductor structure (13). Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass drei zweite Leiterstrukturen (12) und zwei erste Leiterstrukturen (11) abwechselnd im ersten Bereich des ersten Schaltungsträgers (10) angeordnet sind, so dass die drei zweiten Leiterstrukturen (12) die beiden ersten Leiterstrukturen seitlich einrahmen, wobei eine Länge der dritten Leiterstruktur (13) im zweiten Bereich des ersten Schaltungsträgers (10) so gewählt ist, dass sie der Länge der nebeneinander angeordneten ersten und zweiten Leiterstrukturen (11, 12) entspricht.Power module (1) according to one of Claims 1 until 12 , characterized in that three second conductor structures (12) and two first conductor structures (11) are arranged alternately in the first region of the first circuit carrier (10), so that the three second conductor structures (12) frame the two first conductor structures laterally, with a length of the third conductor structure (13) in the second region of the first circuit carrier (10) is selected such that it corresponds to the length of the first and second conductor structures (11, 12) arranged next to one another. Wechselwandler (100) für eine elektrische Wechselstrommaschine (40), welcher zwischen einer Gleichspannungsversorgung (UBat) und der Wechselstrommaschine eingeschleift ist und mindestens ein Leistungsmodul (1) umfasst, welches nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.AC converter (100) for an electrical AC machine (40), which is looped in between a DC voltage supply (UBat) and the AC machine and comprises at least one power module (1) which, according to one of Claims 1 until 13 is trained. Wechselwandler (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselwandler (100) als B6-Dreiphasenwechselwandler (100A) für einen Dreiphasenmotor (40A) ausgeführt ist und drei Leistungsmodule (1) umfasst.AC converter (100) after Claim 14 , characterized in that the AC converter (100) is designed as a B6 three-phase AC converter (100A) for a three-phase motor (40A) and comprises three power modules (1).
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