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DE102021203861A1 - Circuit arrangement for power semiconductors connected in parallel and electronic module - Google Patents

Circuit arrangement for power semiconductors connected in parallel and electronic module Download PDF

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DE102021203861A1
DE102021203861A1 DE102021203861.1A DE102021203861A DE102021203861A1 DE 102021203861 A1 DE102021203861 A1 DE 102021203861A1 DE 102021203861 A DE102021203861 A DE 102021203861A DE 102021203861 A1 DE102021203861 A1 DE 102021203861A1
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DE
Germany
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circuit arrangement
semiconductor component
igbt
electronic module
bipolar semiconductor
Prior art date
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Application number
DE102021203861.1A
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German (de)
Inventor
Fabian Hohmann
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Schaltungsanordnung für Leistungshalbleiter eines Inverters, aufweisend mindestens drei zueinander parallel geschaltete Leistungshalbleiter, die als Halbleiterbauelemente gebildet sind, von denen jedes über einen eigenen Gateanschluss ansteuerbar ist. Eines ist als unipolares Halbleiterbauelement gebildet, und die anderen sind als bipolare Halbleiterbauelemente gebildet. Das erste bipolare Halbleiterbauelement ist als IGBT gebildet, und das zweite bipolare Halbleiterbauelement ist als zum ersten bipolaren Halbleiterbauelement antiparalleler IGBT gebildet.A circuit arrangement for power semiconductors of an inverter is proposed, having at least three power semiconductors connected in parallel with one another, which are formed as semiconductor components, each of which can be controlled via its own gate connection. One is formed as a unipolar semiconductor device and the others are formed as bipolar semiconductor devices. The first bipolar semiconductor component is formed as an IGBT, and the second bipolar semiconductor component is formed as an IGBT antiparallel to the first bipolar semiconductor component.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere der Elektronikmodule für einen Elektroantrieb.The present invention relates to the field of electric mobility, in particular electronic modules for an electric drive.

Die Verwendung von Elektronikmodulen, etwa Leistungselektronikmodulen, bei Kraftfahrzeugen hat in den vergangenen Jahrzehnten stark zugenommen. Dies ist einerseits auf die Notwendigkeit, die Kraftstoffeinsparung und die Fahrzeugleistung zu verbessern, und andererseits auf die Fortschritte in der Halbleitertechnologie zurückzuführen. Hauptbestandteil eines solchen Elektronikmoduls ist ein DC/AC-Wechselrichter (Inverter), der dazu dient, elektrische Maschinen wie Elektromotoren oder Generatoren mit einem mehrphasigen Wechselstrom (AC) zu bestromen. Dabei wird ein aus einem mittels einer DC-Energiequelle, etwa einer Batterie, erzeugter Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom umgewandelt. Zu diesem Zweck umfassen die Inverter eine Vielzahl von Elektronikbauteilen, mit denen Brückenschaltungen (etwa Halbbrücken) realisiert werden, beispielsweise Halbleiterleistungsschalter, die auch als Leistungshalbleiter bezeichnet werden.The use of electronic modules, such as power electronic modules, in motor vehicles has increased significantly in recent decades. This is due on the one hand to the need to improve fuel economy and vehicle performance and on the other hand to advances in semiconductor technology. The main component of such an electronic module is a DC/AC converter (inverter), which is used to power electrical machines such as electric motors or generators with a multi-phase alternating current (AC). In this case, a direct current generated from a DC energy source such as a battery is converted into a multi-phase alternating current. For this purpose, the inverters include a large number of electronic components with which bridge circuits (such as half-bridges) are implemented, for example semiconductor power switches, which are also referred to as power semiconductors.

Eine gängige Methode zur Leistungssteigerung von Invertern ist die Parallelschaltung von Leistungshalbleitern. Auch gibt es mehrere speziell zugeschnittene Halbleiteranordnungen für Inverter zur Verbesserung der Effizienz. Mit der breiten Verfügbarkeit von Siliziumkarbid-MOSFETs (SiC-MOSFET) bestehen die Halbleiter heutiger Hocheffizienz-Inverter rein aus Siliziumkarbid (SiC). In früheren Invertern kamen SiC-Schottky Dioden in Kombination mit Silizium (Si)-IGBTs zum Einsatz, um die Sperrverzugsladung zu reduzieren, wie z.B. aus der DE19638620A1 oder der GB2270797A bekannt.A common method for increasing the performance of inverters is the parallel connection of power semiconductors. Also, there are several specially tailored semiconductor devices for inverters to improve efficiency. With the widespread availability of silicon carbide MOSFETs (SiC MOSFETs), the semiconductors of today's high-efficiency inverters are made entirely of silicon carbide (SiC). In earlier inverters, SiC Schottky diodes were used in combination with silicon (Si) IGBTs to reduce reverse charge, such as from the DE19638620A1 or the GB2270797A known.

Die Einsparung von SiC-Fläche auf dem Chip ist aus diversen Gründen notwendig, unter anderem aus Gründen des Platzbedarfs, aber auch der Kosten. Beispielsweise benötigen Inverter aus einem Silizium-IGBT und einer SiC-Schottky Diode weniger SiC-Fläche als reine SiC-MOSFET Inverter. Eine Parallelschaltung aus IGBT mit antiparalleler Diode und einem SiC-MOSFET verspricht eine hohe Effizienz. In Vorwärtsrichtung kann zudem eine Beeinflussung der Stromaufteilung durch die Gatespannung eingestellt werden. Dies ermöglicht eine Beeinflussung der vorliegenden Sperrverzögerungsladung. In Rückwärtsrichtung ist aber die fehlende Steuerbarkeit dieses topologischen Schalters ein Problem. Während die Stromaufteilung in Vorwärtsrichtung mittels Gatespannung am MOSFET und IGBT getrennt voneinander eingestellt werden kann, ist dies in Rückwärtsrichtung nur bedingt möglich. Durch die Gatespannung des MOSFET lässt sich zwar die Rückwärtscharakteristik dieses Bauteils beeinflussen, aber der rückwärtige Pfad des MOSFET lässt sich nicht vollständig sperren. Die Rückwärtscharakteristik der antiparallen Diode des IGBT lässt sich jedoch überhaupt nicht beeinflussen, was zu einem hohen Teilstrom in der Siliziumdiode führt. Die daraus resultierenden hohen Schaltverluste sind unerwünscht und führen zu einer Verschlechterung der Gesamtleistung des topologischen Schalters.Saving SiC area on the chip is necessary for a variety of reasons, including reasons of space requirements, but also reasons of cost. For example, inverters made from a silicon IGBT and a SiC Schottky diode require less SiC area than pure SiC MOSFET inverters. A parallel connection of IGBT with anti-parallel diode and a SiC MOSFET promises high efficiency. In the forward direction, the current distribution can also be influenced by the gate voltage. This enables the present reverse recovery charge to be influenced. In the reverse direction, however, the lack of controllability of this topological switch is a problem. While the current distribution in the forward direction can be set separately by means of the gate voltage on the MOSFET and IGBT, this is only possible to a limited extent in the reverse direction. The MOSFET gate voltage can be used to influence the reverse characteristic of this device, but the reverse path of the MOSFET cannot be completely blocked. However, the reverse characteristic of the anti-parallel diode of the IGBT cannot be influenced at all, which leads to a high partial current in the silicon diode. The resulting high switching losses are undesirable and degrade the overall performance of the topological switch.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine entsprechend verbesserte Schaltungsanordnung für parallel geschaltete Leistungshalbleiter eines Inverters zur Nutzung bei Elektroantrieben von Fahrzeugen, sowie ein zugehöriges Elektronikmodul bereitzustellen, welche diese Nachteile überwinden.The invention is therefore based on the object of providing a correspondingly improved circuit arrangement for parallel-connected power semiconductors of an inverter for use in electric drives of vehicles, and an associated electronic module, which overcomes these disadvantages.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claims. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.

Vorgeschlagen wird eine Schaltungsanordnung für Leistungshalbleiter eines Inverters, aufweisend mindestens drei zueinander parallel geschaltete Leistungshalbleiter, die als Halbleiterbauelemente gebildet sind, von denen jedes über einen eigenen Gateanschluss ansteuerbar ist. Eines ist als unipolares Halbleiterbauelement gebildet, und die anderen sind als bipolare Halbleiterbauelemente gebildet. Das erste bipolare Halbleiterbauelement ist als IGBT gebildet, und das zweite bipolare Halbleiterbauelement ist als zum ersten bipolaren Halbleiterbauelement antiparalleler IGBT gebildet, der in Rückwärtsrichtung eine Spannung aufnehmen kann.A circuit arrangement for power semiconductors of an inverter is proposed, having at least three power semiconductors connected in parallel with one another, which are formed as semiconductor components, each of which can be controlled via its own gate connection. One is formed as a unipolar semiconductor device and the others are formed as bipolar semiconductor devices. The first bipolar semiconductor device is formed as an IGBT, and the second bipolar semiconductor device is formed as an IGBT which is antiparallel to the first bipolar semiconductor device and can receive a voltage in the reverse direction.

Wird anstatt einer zum IGBT parallel geschalteten Diode ein antiparalleler IGBT verwendet, lassen sich alle Silizium-Halbleiter sowohl in Vorwärts-, als auch in Rückwärtsrichtung abschalten. Es entsteht ein bidirektionaler Schalter, welcher eine Spannung sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung aufnehmen kann. Kleine Ströme bzw. Leistungen können somit rein mit dem MOSFET gestellt werden.If an anti-parallel IGBT is used instead of a diode connected in parallel to the IGBT, all silicon semiconductors can be turned off in both the forward and reverse directions. A bidirectional switch is created, which can absorb a voltage in both the forward and reverse directions. Small currents or power can thus be provided purely with the MOSFET.

In einer Ausführung ist zweite bipolare Halbleiterbauelement als ein RB-IGBT gebildet.In one embodiment, the second bipolar semiconductor device is formed as an RB-IGBT.

In einer alternativen Ausführung ist das zweite bipolare Halbleiterbauelement als ein Feldstopp-IGBT gebildet und am Emitter-Ausgang des zweiten bipolaren Halbleiterbauelements ist eine Diode in Serie geschaltet. Genauer ist die Anode der Diode mit dem Emitter des Feldstopp-IGBT verbunden.In an alternative embodiment, the second bipolar semiconductor component is formed as a field stop IGBT and a diode is connected in series at the emitter output of the second bipolar semiconductor component. More specifically, the anode of the diode is connected to the emitter of the field stop IGBT.

In einer Ausführung ist zusätzlich am Emitter-Ausgang des ersten bipolaren Halbleiterbauelements eine Diode in Serie geschaltet.In one embodiment, a diode is additionally connected in series at the emitter output of the first bipolar semiconductor component.

Die Schaltung kann durch Verwendung unterschiedlicher Bauteile bzw. Topologien realisiert und der Stromfluss durch Silizium-Bauteile wirksam unterbunden werden.The circuit can be realized by using different components or topologies and the flow of current through silicon components can be effectively prevented.

In einer Ausführung ist das unipolare Halbleiterbauelement als ein SiC-MOSFET gebildet. In einer Ausführung sind das erste und das zweite Halbleiterbauelement aus Silizium gebildet. Alternativ oder zusätzlich sind die Dioden Silizium gebildet.In one embodiment, the unipolar semiconductor component is formed as a SiC MOSFET. In one embodiment, the first and second semiconductor devices are formed from silicon. Alternatively or additionally, the diodes are made of silicon.

Ferner wird eine Verwendung einer Schaltungsanordnung in einem Inverter eines Elektronikmoduls zur Ansteuerung des Elektroantriebs eines mit einem elektrischen Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs vorgeschlagen.Furthermore, the use of a circuit arrangement in an inverter of an electronics module for controlling the electric drive of a vehicle equipped with an electric drive is proposed.

Ferner wird ein Elektronikmodul zur Ansteuerung eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Elektronikmodul einen Inverter mit einer vorgeschlagenen Schaltungsanordnung aufweist.Furthermore, an electronic module for controlling an electric drive of a vehicle is proposed, the electronic module having an inverter with a proposed circuit arrangement.

Ferner wird ein Elektroantrieb eines Fahrzeugs mit dem zur Ansteuerung des Elektroantriebs gebildeten Elektronikmodul vorgeschlagen.Furthermore, an electric drive of a vehicle with the electronic module formed for controlling the electric drive is proposed.

Ferner wird ein Fahrzeug, aufweisend einen Elektroantrieb mit einem Elektronikmodul, vorgeschlagen.Furthermore, a vehicle having an electric drive with an electronics module is proposed.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which show details according to the invention, and from the claims. The individual features can each be implemented individually or together in any combination in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the attached drawing.

1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau der Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 1 shows a basic structure of the circuit arrangement according to an embodiment of the present invention.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist eine möglichst kleine SiC-Fläche ein Ziel der Auslegung von Schaltungen für Leistungshalbleiter. Außerdem ist es wünschenswert, dass eine Abschaltung aller in der Schaltung verwendeten Silizium-Halbleiter sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung möglich ist.As already mentioned at the beginning, the smallest possible SiC area is a goal when designing circuits for power semiconductors. It is also desirable to be able to turn off all silicon semiconductors used in the circuit in both the forward and reverse directions.

Dieses Problem wird gelöst durch eine Parallelschaltung aus einem unipolaren Halbleiterbauelement 3 und zwei bipolaren Halbleiterbauelementen 1, 2, von denen eines als erster IGBT 1 gebildet ist, und das andere als zweiter IGBT 2 gebildet ist, der antiparallel zum ersten IGBT geschaltet ist.This problem is solved by a parallel connection of a unipolar semiconductor component 3 and two bipolar semiconductor components 1, 2, one of which is formed as a first IGBT 1 and the other is formed as a second IGBT 2, which is connected antiparallel to the first IGBT.

Als unipolares Halbleiterbauelement 3 wird vorteilhaft ein Transistor, z.B. ein Siliziumkarbid-MOSFET bzw. SiC-MOSFET, eingesetzt, wobei es keine Beschränkung der Wahl des Halbleiterbauelements gibt, da dieses je nach Anwendung zu wählen ist.A transistor, e.g. a silicon carbide MOSFET or SiC MOSFET, is advantageously used as the unipolar semiconductor component 3, with there being no restriction on the selection of the semiconductor component, since this is to be selected depending on the application.

Im Fahrzeug speist der Inverter der E-Maschine im Zustand der Wechselrichtersperre Energie in den Zwischenkreiskondensator. Hierfür muss der antiparallele IGBT eingeschaltet werden. Somit fließt Strom über die parasitären Dioden der Leistungshalbleiter bzw. über die entsprechenden Freilaufdioden in den Zwischenkreis zurück. Solange sich die E-Maschine dreht, wird der Zwischenkreiskondensator über die im Inverter bzw. den Leistungshalbleiterschaltern vorhandenen (Freilauf-)Dioden geladen. Wenn dieser höher geladen ist als die Batterie, fließt Energie zurück in die Batterie. Als Fehlerfall wird eine Überlastung der Dioden bezeichnet, denen während diesem Betrieb eine außerordentlich hohe Verlustleistung eingeprägt wird.In the vehicle, the inverter of the e-machine feeds energy into the intermediate circuit capacitor when the inverter is blocked. To do this, the anti-parallel IGBT must be switched on. As a result, current flows back into the intermediate circuit via the parasitic diodes of the power semiconductors or via the corresponding freewheeling diodes. As long as the e-machine is rotating, the intermediate circuit capacitor is charged via the (freewheeling) diodes in the inverter or the power semiconductor switches. If this is more charged than the battery, energy flows back into the battery. An overload of the diodes is referred to as an error case, which is subjected to an extraordinarily high power loss during this operation.

Im Gegensatz zu reinen SiC-Lösungen kann durch den antiparallel geschalteten IGBT ein Stromfluss der Siliziumbauteile / bipolaren Bauteile auch in Rückwärtsrichtung unterbunden werden. Durch die separat vom unipolaren Halbleiterbauelement 3 ansteuerbare Gatespannung G_IGBT1 und G_IGBT2 der beiden IGBTs 1, 2 ist eine zusätzliche Beeinflussung der Stromverteilung im Fehlerfall möglich. So kann das thermische Wegdriften eines Einzelschalters, also eines topologischen Schalters einer Parallelschaltung aus unipolarem Halbleiterbauelement 1, z.B. SiC-MOSFET, und den beiden antiparallel geschalteten IGBTs 1, 2, verhindert werden.In contrast to pure SiC solutions, the anti-parallel connected IGBT can also prevent a current flow in the silicon components / bipolar components in the reverse direction. Due to the gate voltage G_IGBT1 and G_IGBT2 of the two IGBTs 1, 2, which can be controlled separately by the unipolar semiconductor component 3, it is possible to additionally influence the current distribution in the event of a fault. In this way, the thermal drifting away of an individual switch, i.e. a topological switch in a parallel circuit made up of a unipolar semiconductor component 1, e.g. SiC-MOSFET, and the two IGBTs 1, 2 connected in antiparallel, can be prevented.

Aktuelle IGBTs sind mit Feld-Stopp ausgeführt und ermöglichen damit nur eine begrenzte Spannungsaufnahme von Emitter zu Kollektor. Da der IGBT 2, welcher die bisher verwendete (Freilauf-)Diode substituiert, die volle Sperrspannung aufnehmen muss, ist eine höhere Sperrspannungsfestigkeit nötig. Dies kann durch die Verwendung von RB-IGBTs sichergestellt werden, welche eine beidseitige Sperrspannungsaufnahme ermöglichen. Alternativ kann dies auch mit einer seriellen Diode 21 erreicht werden.Current IGBTs are designed with field stop and thus only allow a limited voltage absorption from emitter to collector. Since the IGBT 2, which replaces the (freewheeling) diode used up to now, has to absorb the full blocking voltage, a higher blocking voltage resistance is required. This can be ensured by using RB-IGBTs, which enable reverse voltage pickup on both sides. Alternatively, this can also be achieved with a diode 21 in series.

Das zweite Halbleiterbauelement 2 kann also als RB-IGBT, d.h. als rückwärtssperrender IGBT (Engl: Reverse Blocking IGBT), oder alternativ, wie in 1 gezeigt, als ein zum ersten Halbleiterbauelement 1 antiparallel geschalteter Feldstopp-IGBT mit einer an seinem Emitter-Ausgang in Serie geschalteter Diode 21 gebildet sein. Durch beide Schaltungsanordnungen wird ein topologischer Schalter gebildet, durch den der Stromfluss durch Silizium-Bauteile wirksam unterbunden werden kann. Das heißt, dass alle verwendeten Silizium-Halbleiter sowohl in Vorwärts-, als auch in Rückwärtsrichtung abgeschaltet werden können. Vorteilhaft ist hierbei auch, dass der Schalter über drei Steueranschlüsse bzw. Gateanschlüsse G_MOSFET, G_IGBT1, G_IGBT2 verfügt, welche unabhängig voneinander ein- oder ausgeschaltet werden können.The second semiconductor component 2 can therefore be used as an RB-IGBT, ie as a reverse blocking IGBT (Reverse Blocking IGBT), or alternatively, like in 1 shown, can be formed as a field stop IGBT connected antiparallel to the first semiconductor component 1 with a diode 21 connected in series at its emitter output. A topological switch is formed by both circuit configurations, through which the flow of current through silicon components can be effectively prevented. This means that all silicon semiconductors used can be switched off in both the forward and reverse directions. It is also advantageous here that the switch has three control terminals or gate terminals G_MOSFET, G_IGBT1, G_IGBT2, which can be switched on or off independently of one another.

Das erste bipolare Halbleiterbauelement 1, d.h. der IGBT 1, welcher die Sperrspannung von Kollektor zu Emitter aufnehmen kann, benötigt nicht unbedingt eine serielle Diode 11 (in 1 mit dem Stern * gekennzeichnet). Die hier anfallende Spannung in Rückwärtsrichtung ist bedingt durch die induktive Anbindung. Die Notwendigkeit der Diode 11 ist daher bedingt durch den Aufbau und Schaltstrategie des Kommutierungskreis.The first bipolar semiconductor component 1, ie the IGBT 1, which can take the blocking voltage from collector to emitter, does not necessarily need a series diode 11 (in 1 marked with an asterisk *). The voltage occurring here in the reverse direction is due to the inductive connection. The need for the diode 11 is therefore due to the design and switching strategy of the commutation circuit.

Vorteilhaft sind IGBTs 1 und 2 sowie die Dioden 11, 21 aus Silizium gebildet.IGBTs 1 and 2 and the diodes 11, 21 are advantageously made of silicon.

Die Schaltungsanordnung wird vorteilhaft bei topologischen Schaltern eingesetzt, wie in 1 gezeigt. Dort ist ein Einzelschalter dargestellt. Es können aber auch alle auf dem beschriebenen Prinzip basierenden Inverter-Topologien mit dieser Schaltungsanordnung realisiert werden, z.B. B6 Brücke, ANPC (active neutral point clamped) Topologie, Multilevel-Umrichter. Als Anwendung ist dabei vor allem der Traktionsinverter im Automobilbereich vorgesehen, d.h. die Schaltungsanordnung kann insbesondere in einem einen Inverter aufweisenden oder als Inverter gebildeten Elektronikmodul zur Ansteuerung einer E-Maschine verwendet werden. Eine E-Maschine kann vorteilhaft ein Elektroantrieb eines mit einem elektrischen Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs sein.The circuit arrangement is advantageously used in topological switches, as in 1 shown. A single switch is shown there. However, all inverter topologies based on the principle described can also be implemented with this circuit arrangement, eg B6 bridge, ANPC (active neutral point clamped) topology, multilevel converter. The traction inverter in the automotive sector is primarily intended as an application, ie the circuit arrangement can be used in particular in an electronic module that has an inverter or is formed as an inverter for controlling an electric machine. An electric machine can advantageously be an electric drive of a vehicle equipped with an electric drive.

Außerdem werden erfindungsgemäß ein Elektronikmodul mit einem Inverter mit einer vorgeschlagenen Schaltungsanordnung, das zur Ansteuerung eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs dient, ein Elektroantrieb und ein Fahrzeug bereitgestellt.In addition, an electronic module with an inverter with a proposed circuit arrangement, which is used to control an electric drive of a vehicle, an electric drive and a vehicle are provided according to the invention.

Ein Elektronikmodul im Rahmen dieser Erfindung dient zum Betreiben eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs. Das Elektronikmodul umfasst einen DC/AC-Wechselrichter (Engl.: Inverter) mit dem beschriebenen Inverteraufbau oder einen Teil hiervon. Das Elektronikmodul kann außerdem einen AC/DC-Gleichrichter (Engl.: Rectifier), einen DC/DC-Wandler (Engl.: DC/DC Converter), Transformator (Engl.: Transformer) und/oder einen anderen elektrischen Wandler oder einen Teil eines solchen Wandlers umfassen oder ein Teil hiervon sein. Insbesondere dient das Elektronikmodul zum Bestromen einer E-Maschine, beispielsweise eines Elektromotors und/oder eines Generators. Ein DC/AC-Wechselrichter dient vorzugsweise dazu, aus einem mittels einer DC-Spannung einer Energiequelle, etwa einer Batterie, erzeugten Gleichstrom einen mehrphasigen Wechselstrom zu erzeugen.An electronic module within the scope of this invention serves to operate an electric drive of a vehicle, in particular an electric vehicle and/or a hybrid vehicle. The electronics module includes a DC/AC inverter with the described inverter structure or a part thereof. The electronics module may also include an AC/DC rectifier, DC/DC converter, transformer, and/or other electrical converter or part of such a transducer or be part thereof. In particular, the electronics module serves to energize an electric machine, for example an electric motor and/or a generator. A DC/AC inverter is preferably used to generate a multi-phase alternating current from a direct current generated by means of a DC voltage from an energy source, such as a battery.

Inverter für Elektroantriebe von Fahrzeugen, insbesondere PKW und NKW, sowie Bussen, sind für den Hochvoltbereich ausgelegt und sind in einer Sperrspannungklasse von 650 V bis 1200V bzw. einer Spannungsklasse der Batteriespannung von ca. 400V bis 800 V, ggf. sogar bereits ab 200 V, anzusiedeln.Inverters for electric drives of vehicles, especially cars and commercial vehicles, as well as buses, are designed for the high-voltage range and are in a blocking voltage class of 650 V to 1200 V or a voltage class of the battery voltage of approx. 400 V to 800 V, possibly even from 200 V , to settle.

Bezugszeichenlistereference list

11
IGBTIGBT
1111
Diodediode
22
IGBTIGBT
2121
Diode (optional, durch * gekennzeichnet)Diode (optional, marked by *)
33
SiC-MOSFETSiC MOSFET
G_MOSFETG_MOSFET
Gatespannung MOSFET 3Gate voltage MOSFET 3
G_IGBT1G_IGBT1
Gatespannung IGBT 1Gate voltage IGBT 1
G_IGBT2G_IGBT2
Gatespannung IGBT 2Gate voltage IGBT 2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 19638620 A1 [0003]DE 19638620 A1 [0003]
  • GB 2270797 A [0003]GB 2270797A [0003]

Claims (10)

Schaltungsanordnung für Leistungshalbleiter eines Inverters, aufweisend mindestens drei zueinander parallel geschaltete Leistungshalbleiter, die als Halbleiterbauelemente (1, 2, 3) gebildet sind, von denen - jedes über einen eigenen Gateanschluss (G_MOSFET, G_IGBT1, G_IGBT2) ansteuerbar ist, und - eines als unipolares Halbleiterbauelement (3) gebildet ist, und die anderen als bipolare Halbleiterbauelemente (1, 2) gebildet sind, wobei - das erste bipolare Halbleiterbauelement (1) als IGBT gebildet ist, und - das zweite bipolare Halbleiterbauelement (2) als zum ersten bipolaren Halbleiterbauelement (1) antiparalleler IGBT (2) gebildet ist, der in Rückwärtsrichtung eine Spannung aufnehmen kann.Circuit arrangement for power semiconductors of an inverter, having at least three power semiconductors connected in parallel with one another, which are formed as semiconductor components (1, 2, 3), of which - each can be controlled via its own gate connection (G_MOSFET, G_IGBT1, G_IGBT2), and - One is formed as a unipolar semiconductor component (3), and the others are formed as bipolar semiconductor components (1, 2), wherein - The first bipolar semiconductor component (1) is formed as an IGBT, and - The second bipolar semiconductor component (2) is formed as an IGBT (2) which is antiparallel to the first bipolar semiconductor component (1) and can absorb a voltage in the reverse direction. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das zweite bipolare Halbleiterbauelement (2) als ein RB-IGBT gebildet ist.Circuit arrangement according to claim 1 , wherein the second bipolar semiconductor component (2) is formed as an RB-IGBT. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das zweite bipolare Halbleiterbauelement (2) als ein Feldstopp-IGBT gebildet ist und am Emitter-Ausgang des zweiten bipolaren Halbleiterbauelements (2) eine Diode (21) in Serie geschaltet ist.Circuit arrangement according to claim 1 , wherein the second bipolar semiconductor component (2) is formed as a field stop IGBT and at the emitter output of the second bipolar semiconductor component (2) a diode (21) is connected in series. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Emitter-Ausgang des ersten bipolaren Halbleiterbauelements (1) eine Diode (11) in Serie geschaltet ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, a diode (11) being connected in series at the emitter output of the first bipolar semiconductor component (1). Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das unipolare Halbleiterbauelement (3) als ein SiC-MOSFET (1) gebildet ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, in which the unipolar semiconductor component (3) is formed as a SiC MOSFET (1). Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste bipolare und das zweite bipolare Halbleiterbauelement (1, 2) und/oder die Dioden (11, 21) aus Silizium gebildet sind.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, in which the first bipolar and the second bipolar semiconductor component (1, 2) and/or the diodes (11, 21) are formed from silicon. Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Inverter eines Elektronikmoduls zur Ansteuerung des Elektroantriebs eines mit einem elektrischen Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs.Use of a circuit arrangement according to one of the preceding claims in an inverter of an electronic module for controlling the electric drive of a vehicle equipped with an electric drive. Elektronikmodul zur Ansteuerung eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs, wobei das Elektronikmodul einen Inverter mit einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.Electronic module for controlling an electric drive of a vehicle, the electronic module having an inverter with a circuit arrangement according to one of Claims 1 until 6 having. Elektroantrieb eines Fahrzeugs, aufweisend das zur Ansteuerung des Elektroantriebs gebildete Elektronikmodul nach Anspruch 8.Electric drive of a vehicle, having the electronic module formed for controlling the electric drive claim 8 . Fahrzeug, aufweisend einen Elektroantrieb mit einem Elektronikmodul nach Anspruch 8.Vehicle having an electric drive with an electronic module claim 8 .
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