(57)【要約】  本発明は少なくとも１つの電力制御装置201a-201c、202a-202cと、少なくとも１つの熱抽出装置101a-101cを具備している電力を電気的に制御するための回路装置に関する。前記少なくとも１つの熱抽出装置101a-101cは前記少なくとも１つの電力制御装置201a-201c、202a-202cと熱接触している。熱抽出装置101a-101cは固定され予め規定された電位103a-103cにクランプされることができ、少なくとも１つの電力制御装置201a-201c、202a-202cにより電気的に絶縁されるように構成されている。【選択図】図３
2009543535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）少なくとも１つの電力制御装置（201a-201c、202a-202c）と、
ｂ）前記少なくとも１つの電力制御装置（201a-201c、202a-202c）と熱接触する少なくとも１つの熱放散装置（101a-101c）とを具備している電力を電気的に制御するための回路装置において、
ｃ）前記熱放散装置（101a-101c）は予め定められた固定電位（103a-103c）にクランプされ、
ｄ）前記少なくとも１つの熱放散装置（101a-101c）は前記少なくとも１つの電力制御装置（201a-201c、202a-202c）から電気的に絶縁されるように構成されていることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
前記電力制御装置（201a-201c、202a-202c）は少なくとも２つの電力半導体コンポーネント（Ｔ１−Ｔ４）を具備している直列回路により構成されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項３】
前記電力制御装置（201a-201c、202a-202c）は放電抵抗（Ｒ１−Ｒ６）を構成している直列回路を介して相互に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の回路装置。
【請求項４】
少なくとも１つの熱放散装置（101a-101c）がクランプされている予め定められた固定電位（103a-103c）が放電抵抗（Ｒ１−Ｒ６）により決定されることを特徴とする請求項３記載の回路装置。
【請求項５】
前記熱放散装置（101a-101c）がクランプされている予め定められた固定電位（103a-103c）が接地電位（102）に関して電力を電気的に制御するための回路装置のリンク電圧の４分の１（Ｅ／４）であることを特徴とする請求項３記載の回路装置。
【請求項６】
前記電力制御装置（201a-201c、202a-202c）は相互に割当てられた第１及び第２の電力制御装置（201a-201c、202a-202c）を具備し、前記第１及び第２の電力制御装置（201a-201c、202a-202c）の放電抵抗（Ｒ１−Ｒ６）は前記予め定められた固定電位（103a-103c）を前記第１及び第２の電力制御装置（201a-201c、202a-202c）の接続点の間の中心電位にクランプすることを特徴とする請求項３記載の回路装置。
【請求項７】
異なる熱放散装置（101a-101c）は相互に独立して異なる前記予め定められた固定電位（103a-103c）にクランプされることができることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力を電気的に制御するための電気回路装置に関し、特に例えばサイリスタ素子、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、電界効果トランジスタ（電力ＦＥＴ）のような電力制御装置中に配置されている電力半導体コンポーネントから熱を放散する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような電力半導体コンポーネントとその他の回路装置または環境とのインターフェースは電力半導体コンポーネントの電気接続のための電気的インターフェースと熱的インターフェースを有し、それらは特に電力半導体コンポーネントの動作中に生じる熱を効率的に放散するように設計されている。
【０００３】
特に、本発明は電力半導体コンポーネントによる電力を電気的に制御する回路装置に関し、これは少なくとも１つの電力制御装置と、少なくとも１つの電力制御装置と熱的に接触する少なくとも１つの熱放散装置とを具備している。
【０００４】
電力制御装置中で発生される熱を放散するための熱放散装置は特に熱的及び電気的に伝導性である電子コンポーネントと熱放散装置との間の過剰に大きな差電圧を避けるように設計されている。
【０００５】
電力を電気的に制御するための回路装置は電力半導体コンポーネントのような個々の回路コンポーネント間、例えば相互間およびコンポーネントと例えば冷却素子のような対応する熱放散装置との間に電圧差を有し、この電圧差は電圧による破壊を招く高い値に到達する。
【０００６】
従来技術による回路装置では、電力半導体コンポーネントは熱放散装置上に配置され、その熱放散装置は接地接続されており、それ故接地電位に置かれている。３相のＡＣ電流とＡＣ電圧を制御するためのこのような通常の電力制御装置は、全ての制御モジュールが単一の熱放散装置上にある状態で構成され、これは例えば図１に示されているように接地Ｍのように０ボルトにクランプまたは接続されている。図１による回路装置は３相ＡＣ電流とＡＣ電圧の電力制御のための３つの方法で設計されている。図１の回路装置は３つの切換え装置Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を具備している。個々の切換え装置Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３はそれぞれ直列接続されている電力半導体コンポーネントＴ１ａ、Ｔ２ａおよびＴ３ａ、Ｔ４ａから形成されている。
【０００７】
キャパシタＣ１は２つの抵抗Ｒ１とＲ２の直列回路を介して放電される。図１の他の２つの電力制御装置Ｅ２とＥ３は類似の方法で形成されている。全ての電力半導体コンポーネントＴ１ａ、Ｔ２ａ、…、Ｔ３ｃ、Ｔ４ｃは冷却のための熱放散装置Ｗ０上に配置されている。
【０００８】
前記熱放散装置Ｗ０は良好な熱伝導性だけでなく高い導電性を有する。回路装置の動作期間中、一方では電力半導体コンポーネントと他方では熱放散装置Ｗ０の接続点間の電圧差が特定の予め定められた最大の電位差値、即ち破壊電圧を超過しないことを確実にするように注意を払わなければならない。
【０００９】
この問題を解決するために、図２に示されているように１対の電力半導体コンポーネントのそれぞれに熱放散装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６を設けることが提案されている。このような構成は図１に示されているような全ての電力半導体コンポーネントと単一の熱放散装置Ｗ０との間の大きな電圧差を防止するが、必要とされる回路コンポーネント数が増加する欠点がある。
【００１０】
残念ながら、このような構成は単一コンポーネントまたは二重コンポーネント構成でのみ設けられることができる。対応する熱伝導装置Ｗ１−Ｗ６の電位はしたがって２つの電力半導体コンポーネント間の中央の電位にクランプされており、これは電圧負荷をリンク電圧の約４分の１に限定する。
【００１１】
さらに、図２に示されている回路装置の大きな欠点は、この例では３相システムにおいて１８個の熱放散装置が示されている（図２は１つの相だけの回路コンポーネントを示している）ように多数の熱放散装置が必要であり、それらは故障を非常に受けやすく高価であることである。
【００１２】
さらに、Ｈブリッジモジュールは共通の中心電位点をもたないので、Ｈブリッジモジュールのこのような熱放散構成を提供することはできない。したがって、図２により提案されている解決手段は単一スイッチパッケージまたは二重スイッチパッケージの誘電性の電圧負荷を減少できることであるが、残念ながらこのタイプの冷却方法はＨブリッジモジュールのようなより最近の構成では使用されることができない。
【００１３】
EP 0933 867 A1は電気的に電力を制御するための一般的な電子回路装置を特定しており、ここではEP 0933 867 A1の図２ｂ（以下使用されている参照符合はEP 0933 867 A1を参照している）では、熱放散装置（14）は電気的に電力制御装置（10）に接続されており、電気的絶縁（13）は熱放散装置（14）と冷却フィン（0）との間のみに配置されていて、熱放散装置（14）と電力制御装置（10）との間には配置されていない。
【００１４】
電力を電気的に制御するためのさらに一般的な電子回路装置はEP 0 802 619 A1で特定されている。
【発明の概要】
【００１５】
電力半導体コンポーネントとその他の回路装置または環境間の熱的インターフェースは熱の放散を行うように機能する。電力半導体コンポーネントの電気接続のための電気的インターフェースが付加的に設けられる。結果として電位差が電子コンポーネントと熱放散装置との間で生じる可能性がある。
【００１６】
本発明の目的は、電力の電気的制御のための電力制御モジュールの効率的な熱放散装置または高い電圧破壊強度を有し個々のコンポーネントの数が少なくてよい電力制御装置を提供することである。
【００１７】
この目的は本発明により、特許請求項１の特徴を有する電力を電気的に制御するための回路装置手段により実現される。さらに本発明の構成は従属請求項から明らかである。
【００１８】
本発明の中心的な概念は最少数の熱放散装置を設けることであり、それにおいて個々の熱放散装置は予め定められた固定電位にクランプされる。予め定められた固定電位は好ましくは電力制御モジュールに属する２つの電力制御装置間の中間の電位である。
【００１９】
それ故、本発明の基本的な概念は、電力制御モジュールの個々の電力制御装置間にそれぞれの中心電位に対称的にクランプされているただ３つの熱放散装置を１相当りに設けることにある。これはまず、電力半導体コンポーネントと対応する熱放散装置との間の電圧負荷の最適な減少を実現し、使用されるコンポーネント数は従来技術と比較して減少される。
【００２０】
さらに、このような構成は電力を電気的に制御するための回路装置が二重のＨブリッジの形態で設計されることを可能にする。この場合、３．３ｋＶの標準的なコンポーネントが４．１６ｋＶ用に設計された駆動装置に使用されることができる。
【００２１】
本発明による電力を電気的に制御するための回路装置は、少なくとも１つの電力制御装置と、少なくとも１つの電力制御装置に熱的に接触する少なくとも１つの熱放散装置とを有しており、ここで熱放散装置は固定した予め定められた電位にクランプされている。好ましくは、少なくとも１つの熱放散装置が少なくとも１つの電力制御装置から電気的に絶縁されるように構成される。結果として、電力半導体コンポーネントと対応する熱放散装置との間の電圧負荷をさらに減少させることが可能となる効果が得られる。
【００２２】
本発明の１つの好ましい進展にしたがって、電力制御装置は少なくとも２つの電力半導体コンポーネントを具備している直列回路によって形成される。この場合、１対の電力制御装置は電力制御モジュールを形成する。３つの電力制御モジュールが１相を制御するために便宜的に必要とされる。
【００２３】
モジュールの電力制御装置は放電抵抗を具備する直列回路を介して相互に有効に電気的に接続される。
【００２４】
本発明のさらに好ましい形態によれば、少なくとも１つの熱放散装置がクランプされている予め定められた固定電位は放電抵抗により決定される。この場合、放電抵抗は分電抵抗を表している。
【００２５】
本発明のさらに別の好ましい形態によれば、熱放散装置がクランプされている予め定められた固定電位は接地電位に関して電力を電気的に制御するための回路装置のリンク電圧の４分の１の大きさである。
【００２６】
本発明のさらに別の好ましい形態によれば、電力制御装置は電力制御モジュールを形成する方法で相互に割当てられた第１及び第２の電力制御装置を具備しており、第１及び第２の電力制御装置の放電抵抗は予め定められた固定電位を第１と第２の電力制御装置の接続点の間で中心電位にクランプする。
【００２７】
好ましくは、異なる電力モジュールの異なる熱伝導装置は相互に独立して異なる予め定められた固定電位にクランプされる。
【００２８】
本発明のさらに好ましい形態によれば、少なくとも１つの熱放散装置はさらに、電力制御装置の少なくとも２つの電力半導体コンポーネントを相互に電気的に接続する接続装置に導電的に接続される。
【００２９】
このタイプの回路装置は電力制御に効率的な熱放散を与えるという本発明による目的を実現し、それにおいては少数のコンポーネントしか必要とされず、同時に高い電圧破壊強度が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】単一の熱放散装置を有する電力を電気的に制御する従来技術の回路装置を示す図。
【図２】複数の浮遊熱放散装置を有する電力を電気的に制御するさらに別の従来技術の回路装置を示す図。
【図３】本発明の好ましい実施形態による電気的にクランプされた熱放散装置を有する電力制御装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の例示的な実施形態を図面で示し、以下の説明で詳細に説明する。  
図面では、同一の参照符合は同一または機能的に同一のコンポーネントまたはステップを示している。  
本発明の例示的な実施形態を図３を参照して以下説明する。  
図３は、電力を電気的に制御する１相の回路装置を示している。電気的な３相電力の供給は図３に示されている種類の３相の回路相互接続を具備している回路装置を必要とする。電力を電気的に制御するための回路装置における本発明による冷却装置を説明するには、図３による１相を考えれば十分である。
【００３２】
本発明の基礎となる原理は、図１の第１の通常の回路装置を参照して説明したように単一の熱放散装置を接地電位にすることに基づいておらず、また電力を電気的に制御するためのさらに別の通常の回路装置について先に図２を参照して説明したような、後に自由に浮遊する電位になければならない多数（電力制御モジュール当り２つ）の個々の熱放散装置を提供することにも基づいていない。
【００３３】
図３に示されているように、電力を電気的に制御する本発明による回路装置の１つの相は３つの熱放散装置101a、101b、101cを有している。示されている３つの熱放散装置101a、101b、101cは接地電池102にあるのではなく、また自由浮遊状態でもない。本発明の基本的な概念は、熱放散装置101a-101cを予め定められた固定電位にクランプし、すなわち基準電位である接地電位102に関して熱放散装置101a、101b、101cの対応する電位103a、103b、103cにそれぞれクランプする概念が図３の回路装置で認められることができる。
【００３４】
電力を制御する回路装置は３つの別々に識別可能なブロック、即ち電力制御モジュール200a、200b、200cを具備している。前記各電力制御モジュール200は割当てられた熱放散装置101a-101cにより共に冷却される第１及び第２の電力制御装置201、202を有している。
【００３５】
したがって第１及び第２の電力制御装置201a、202aは第１の熱放散装置101a上に配置され、熱伝導的にそこに接続されており、第１及び第２の電力制御装置201b、202bは第２の熱放散装置101b上に配置され、熱伝導的にそこに接続され、第１及び第２の電力制御装置201c、202cは熱伝導的に第３の熱放散装置101cに接続されている。さらに、それぞれの熱放散装置101a、101b、101cは関連される電力制御装置201a、202a、201b、202b、201c、202cから電気的に絶縁されるように構成され、それによってそれぞれの電力制御装置201a、202a、201b、202b、201c、202cの電力半導体コンポーネントT1a、T2a、T3a、T4a、T1b、T2b、T3b、T4b、T1c、T2c、T3c、T4cと、対応する熱放散装置101a、101b、101cとの間の電圧負荷をさらに減少させることが可能な効果が得られる。
【００３６】
第１及び第２の電力制御装置201と202はそれぞれの場合、電力半導体コンポーネント（例えばＩＧＢＴ）を具備する直列回路から構成され、ここで電力制御装置のそれぞれの第１の接続は共通点に電気接続され、他方で第１及び第２の接続部104aと105aは２つの抵抗Ｒ１とＲ２を具備する直列回路を介して相互に接続されている。
【００３７】
３つの別々に識別可能な電力制御モジュール200a、200b、200cの基準シンボルには対応する電力制御モジュールへの割当てを明白にするために小文字ａ、ｂ、ｃが与えられていることを指摘しておく。
【００３８】
本発明によれば、対応するキャパシタ（キャパシタ装置）Ｃ１、Ｃ２を放電するように動作する放電抵抗Ｒ１とＲ２は分圧器を形成し、ここでそれぞれの場合の２つの抵抗Ｒ１とＲ２またはそれぞれＲ３とＲ４、或いはＲ５とＲ６の間の接合点における中心タップは対応する熱放散装置101a、101b、101cがそれぞれクランプされる中心電位を形成する。
【００３９】
以後、接地電位102が０Ｖであることが予測される。これは第１の電力制御モジュール200aの第１の電力制御装置201aの第１の接続装置104aに存在する＋Ｅ／２のリンク電圧を生じ、一方、負のリンク電圧（−Ｅ／２）が第２の電力制御モジュール200bの第２の電力制御装置202bの第２の接続装置105bに存在する。
【００４０】
電力制御装置202cの少なくとも２つの電力半導体コンポーネントT3c、T4cを電気的に接続する第２の接続装置107cは中心電位点と呼ばれ、熱放散装置101cに導電的に接続されている。
【００４１】
本発明の好ましい例示的な実施形態の同一の抵抗により形成されているそれぞれの分圧器抵抗、即ちＲ１＝Ｒ２とＲ３＝Ｒ４はそれぞれの熱放散装置101a、101bがそれぞれ電位103aと103bにクランプされる効果を有し、これは接地点102（０Ｖ）に関してリンク電圧の４分の１の値（Ｅ／４）を有する。
【００４２】
さらに、３つの基準電位検出部Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３が設けられ、それにおいては熱放散装置101aの電位103aに関して電力モジュール200aの対応する基準電位を検出することができる。
【００４３】
したがって、（特に熱放散装置101a-101cで）必要とされるコンポーネント数の減少を伴って高い電圧破壊強度を与えるという本発明の目的が実現される。
【００４４】
電力制御装置と熱放散装置の構成に対する回路方式は図３を参照して説明したように、特に以下の構造を有する回路トポロジに対して有効に適用される。  
−クランプされた３レベルの中性点（３ＬＮＰＣ）、
−クランプされた３レベルのアクチブ中性点（ＡＮＰＣ）、
−ＡＢＢの５レベルのトポロジ（ＡＢＢ５Ｌ）。
【００４５】
特に、図３を参照して前述した例示的な実施形態にしたがって説明した回路装置及び冷却構成は中間電圧動作で使用されるのに適している。
【００４６】
本発明を好ましい例示的な実施形態の基礎について前述したが、それに限定されず、種々の方法で変更されることができる。
【００４７】
さらに、本発明は前述した応用の可能性に限定されない。
【符合の説明】
【００４８】
図面では、同一の参照符合は同一または機能的に同一のコンポーネントまたはステップを示している。  
101a-101c・・・熱放散装置、102・・・接地電位、103a-103c・・・熱放散装置の電位、104a-104c・・・第１の接続部、105a-105c・・・第２の接続部、200a、200b、200c・・・電力制御モジュール、201a-201c・・・第１の電力制御装置、202a-202c・・・第２の電力制御装置、Ｅ・・・リンク電圧電位、C1-C2・・・キャパシタ部、R1-R6・・・放電抵抗、T1-T6・・・電力半導体コンポーネント、X1-X3・・・基準電位検出部。
【図１】
2009543535.tif 000003
【図２】
2009543535.tif 000004
【図３】
2009543535.tif 000005
【国際調査報告】
2009543535.tif 000006
2009543535.tif 000007
2009543535.tif 000008
2009543535.tif 000009
2009543535.tif 000010
2009543535.tif 000011