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Leistungshalbleitermodule fuer Stromrichter mit verteilten Energiespeichern

IP.com Disclosure Number: IPCOM000127691D
Original Publication Date: 2005-Oct-10
Included in the Prior Art Database: 2005-Oct-10

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Stromrichterschaltungen fuer hohe Spannungen erfordern im Allgemeinen die direkte Reihenschaltung von Leistungshalbleitern oder die Reihenschaltung von Teilstromrichtern. Aus dem Patent DE 10103031 sind Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern bekannt, bei denen Teilstromrichter nach Abbildung 1 (10) oder Abbildung 2 (11) in Reihe geschaltet werden. Diese Teilstromrichter bestehen neben einem Energiespeicher (9) aus jeweils einer Reihenschaltung von zwei Einzelschaltern. Ein Einzelschalter entspricht dabei einem abschaltbaren Leistungshalbleiter (1) bzw. (3) (IGBT, GTO, IGCT o.ae.) (Insulated Gate Bipolar Transistor IGBT, Gate Turn-Off thyristor GTO, Integrated Gate Commutated Thyristor IGCT) mit antiparallel geschalteter Diode (2) bzw. (4). Die Reihenschaltung von zwei Einzelschaltern wie in Abbildung 1 und Abbildung 2 wird als Halbbruecke bezeichnet. Der Energiespeicher besteht aus einem Einzelkondensator (9), der aus einem Einzelkondensator oder aus einer Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren bestehen kann.

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Leistungshalbleitermodule fuer Stromrichter mit verteilten Energiespeichern

Idee: Marc Hiller, DE-Nuernberg

Stromrichterschaltungen fuer hohe Spannungen erfordern im Allgemeinen die direkte Reihenschaltung von Leistungshalbleitern oder die Reihenschaltung von Teilstromrichtern. Aus dem Patent DE 10103031 sind Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern bekannt, bei denen Teilstromrichter nach Abbildung 1 (10) oder Abbildung 2 (11) in Reihe geschaltet werden. Diese Teilstromrichter bestehen neben einem Energiespeicher (9) aus jeweils einer Reihenschaltung von zwei Einzelschaltern. Ein Einzelschalter entspricht dabei einem abschaltbaren Leistungshalbleiter (1) bzw. (3) (IGBT, GTO, IGCT o.ae.) (Insulated Gate Bipolar Transistor IGBT, Gate Turn-Off thyristor GTO, Integrated Gate Commutated Thyristor IGCT) mit antiparallel geschalteter Diode (2) bzw. (4). Die Reihenschaltung von zwei Einzelschaltern wie in Abbildung 1 und Abbildung 2 wird als Halbbruecke bezeichnet. Der Energiespeicher besteht aus einem Einzelkondensator (9), der aus einem Einzelkondensator oder aus einer Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren bestehen kann.

Darueber hinaus sind aus dem Stand der Technik weitere Teilstromrichter bekannt. Ein Ausfuehrungsbeispiel eines solchen Teilstromrichters ist in Abbildung 3 (20) zu sehen. Dieser Teilstromrichter (20) besteht neben den beiden Energiespeichern aus zwei in Reihe geschalteten Halbbruecken, die wiederum aus einer Reihenschaltung von zwei Einzelschaltern aufgebaut sind. Jeder Einzelschalter besteht aus jeweils einem abschaltbaren Leistungshalbleiter (IGBT, GTO, IGCT
o.ae.), in Abbildung 3 Ziffer (21), (23), (25), (27) mit jeweils antiparalleler Diode (22), (24), (26), (28). Den Spannungszwischenkreis jeder Halbbruecke bildet auch hier jeweils ein Energiespeicher (Kondensator) (29) bzw. (30). Dieser Energiespeicher wiederum besteht jeweils aus einem Einzelkondensator oder aus einer Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren.

Beim Einsatz solcher oder anderer Teilstromrichter in Stromrichterschaltungen auf dem Gebiet der Antriebstechnik oder der Hochspannungs-Gleichstromuebertragung (HGUe) und FACTS-Controller (FACTS, Flexible AC Transmission System) in Hoch- und Mittelspannungsnetzen kommt es im Allgemeinen abhaengig vom Betriebspunkt zu einer stark unterschiedlichen Strombelastung der einzelnen Leistungshalbleiter (abschaltbare Leitungshalbleiter und Dioden) innerhalb eines Teilstromrichters.

Fuer eine Vielzahl von Anwendungen auf dem Gebiet der Antriebsstromrichter, HGUe und FACTS ist es von Vorteil, IGBTs als abschaltbare Leitungshalbleiter zu verwenden. Dabei werden Leistungshalbleitermodule verwendet, bei denen die Kontaktierung der IGBT- und Dioden-Chips wie folgt realisiert ist:

- durch Druckkontaktierung (press-pack)

- durch Bonddraehte oder

- mittels einer alternativen stossstromfesten Verbindungstechnik (z.B. SIPLIT-

Verbindungstechnik).

Bei der Herstellung solch...