(57)【要約】本発明は、オールタネータが３相固定子巻線（９）を有しているという、交流から直流に整流するための整流器に関する。該固定子巻線（９）の相（１１，１２，１３）は電力部（８）内のスイッチングエレメント（１５．１，１５．２；１６．１，１６．２；１７．１，１７．２）を介して制御される。電力部（８）は、レギュレータモジュール（３，５５）を有している制御部（２）を介して制御される。整流器（１）は制御接続端子（３０）を備えている制御部（２）（コントロールモジュール）と該制御部によって制御される、冷却装置（２３，２４）を任意に備えている電力部（８）（パワーモジュール）とから成っており、該電力部において電力を導くすべての素子（１５．１，１５．２；１６．１，１６．２；１７．１，１７．２）がパワーＭＯＳ素子（２８）として実現されていて、スタック構造体（２０）に集積されている。
2005532776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流から直流に整流するための整流器であって、
オールタネータが３相固定子巻線（９）を有しておりかつ該固定子巻線（９）の相（１１，１２，１３）が電力部（８）内のスイッチングエレメント（１５．１，１５．２；１６．１，１６．２；１７．１，１７．２）を介して制御され、電力部は、レギュレータモジュール（３，５５）を有している制御部（２）を介して制御される形式のものにおいて、
整流器（１）は制御接続端子（３０）を備えている制御部（２）（コントロールモジュール）と該制御部とは別個の電力部（８）（パワーモジュール）とから成っており、該電力部において電力を導くすべての素子（１５．１，１５．２；１６．１，１６．２；１７．１，１７．２）がパワーＭＯＳ素子（２８）として実現されていて、スタック構造体（２０）に集積されている
ことを特徴とする整流器。
【請求項２】
電力部（８）（パワーモジュール）にまとめられている、電力を導く素子（１５．１，１５．２；１６．１，１６．２；１７．１，１７．２）は、両面側がコンタクト形成されているパワーＭＯＳ素子（２８）として実現されている
請求項１記載の整流器。
【請求項３】
電力部（８）（パワーモジュール）のスタック構造体（２０）は、間にパワーＭＯＳ素子（２８）を両面側のコンタクト形成部（２９）を介して収容している第１の基板（２５）および第２の基板（２７）と、冷却エレメント（２３，２４）とを有している
請求項１記載の整流器。
【請求項４】
冷却装置（２３，２４）はスタック構造体（２０）の上面（２１）に取り付けられている
請求項３記載の整流器。
【請求項５】
冷却装置（２３，２４）はスタック構造体（２０）の下面（２２）に取り付けられている
請求項３記載の整流器。
【請求項６】
電力部（８）（パワーモジュール）は面状に外に向かってコンタクト形成されている
請求項１記載の整流器。
【請求項７】
電力部（８）（パワーモジュール）は面状に塗布されている熱放出ための熱伝導ペーストを介して外に向かってコンタクト形成されている
請求項６記載の整流器。
【請求項８】
パワーＭＯＳ素子（２８）の両面側のコンタクト形成はスタック構造体（２０）内の、はんだ付け個所／はんだ付け面として実現されているコンタクト形成面（２９）を介して行われる
請求項２記載の整流器。
【請求項９】
パワーＭＯＳ素子（２８）の両面側のコンタクト形成はスタック構造体（２０）内の、導電接着面として実現されているコンタクト形成面（２９）を介して行われる
請求項２記載の整流器。
【請求項１０】
電力部（８）（パワーモジュール）のスタック構造体（２０）は、間にパワーＭＯＳ素子（２８）を両面側でコンタクト形成して収容している打ち抜き格子および第１の基板（２５）と、冷却エレメント（２３，２４）とを有している
請求項１記載の整流器。
【請求項１１】
電力部（８）（パワーモジュール）はＩＭＳ基板を有しており、該ＩＭＳ基板にパワーＭＯＳ素子（２８）が接続されている
請求項１記載の整流器。
【請求項１２】
制御部（２）（コントロールモジュール）はワンチップ構造において実現されておりかつドライバモジュール（４）が集積されているレギュレータＡＳＩＣモジュール（３，５５）から成っている
請求項１記載の整流器。
【請求項１３】
制御部（２）（コントロールモジュール）は別個のレギュレータＡＳＩＣモジュール（３，５５）および別個のドライバモジュール（４）を有しているマルチチップ構造において実現されている
請求項１記載の整流器。
【請求項１４】
電力部（８）（パワーモジュール）はスタック構造体（２０）の第１の基板（２５）と第２の基板（２７）との間にコンタクト形成部として電力接続端子（４５．１，４５．２；４６．１，４６．２）を含んでいる
請求項３記載の整流器。
【請求項１５】
電力部（８）（パワーモジュール）はスタック構造体（２０）の第１の基板（２５）に載着されている電力接続端子（４６．１，４６．２）を有している
請求項３または１０記載の整流器。
【請求項１６】
スタック構造体（２０）のパワーＭＯＳ素子（２８）は射出成型材料（５１）によって取り囲まれている
請求項１記載の整流器。
【請求項１７】
電力部（８）（パワーモジュール）の制御接続端子（３０）はスタック構造体（２０）の基板面（２５，２７）の１つの開放している、射出成型されていない面（５２）に導き出されている
請求項３または１０記載の整流器。
【請求項１８】
制御接続端子（３０）は側方または垂直方向（５３）に延在して電力部（８）（パワーモジュール）から導き出されている
請求項１６記載の整流器。
【請求項１９】
制御部（２）（コントロールモジュール）は射出成型材料（５１）から作製されている、電力部（８）（パワーモジュール）の面（２１）に配置されておりかつ該電力部と垂直方向（５３）において導き出されている制御接続端子（３０）を介して接続されている
請求項１から１８までのいずれか１項または複数項記載の整流器。
【請求項２０】
制御部（２）（コントロールモジュール）は用途向きエレメント（５４）を備えている
請求項１記載の整流器。
【請求項２１】
スタック構造体（２０）は側方で突出している金属性の固定エレメント（４５，５０）を備えている基本プレートを有している
請求項３または１０記載の整流器。
【請求項２２】
電力部（８）（パワーモジュール）は制御部（２）（コントロールモジュール）を含んでおり、該制御部は布線接続部（５９）を備えた標準パッケージＩＣ（５５）またはＩＣ（３）を有しており、該布線接続部はそれぞれ制御接続端子（５７）を有しておりかつスタック構造体（２０）の基板（２５，２７）の１つの制御接続端子（３０）に接続されている
請求項３または１０記載の整流器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
車両には、走行作動中に発生するあらゆる作動条件において車両の搭載電源網に電流を十分に供給するオールタネータが使用される。これにより、車両バッテリーがエネルギー蓄積器として常に十分に充電されていることが保証されている。車両に対するオールタネータは商用車における例えば１４Ｖ、２８Ｖの充電電圧に対しておよび将来的に、１２Ｖ、２４Ｖまたは３６Ｖのバッテリーを申し分なく充電することができるように、４２Ｖの搭載電源網に対して設計される。車両バッテリーの充電および電子回路ユニットおよび電気機器の作動には直流電流が必要であるので、整流器を用いてオールタネータの３相交流を直流に整流することができる。
【０００２】
従来の技術
ＤＥ１９７０９２８０Ｃ２から、内燃機関に対するスタータ系が明らかである。このスタータ系は直流電圧−中間回路−インバータを有している。これは、直流電圧−交流電圧コンバータ、短時間エネルギー蓄積器並びに搭載電源網側の直流電圧変換器を有している。制御装置を介してこれらの構成要素の制御が行われる。制御装置を用いて、車両のスタータに供給されるべき３相交流電流の振幅、位相および周波数が前以て決められる。直流電圧変換器に対して制御装置を用いて、電流の大きさ、電流の無機および電圧の上昇度もしくは電流の下降度が予め与えられる。制御装置は負荷制御装置に更に、どの程度の大きさの電流を短時間−エネルギー蓄積器から取り出すことができるかかつ場合によって取り出しの際にどの程度の電圧差を克服すべきかを予め与える。スタータモータはスタートフェーズの期間に短時間−エネルギー蓄積器から付加的なエネルギーを必要とする。
【０００３】
スタート過程が行われた後、スタータモータはゼネレータとして動作しかつコンバータを介して中間回路にエネルギーを供給する。搭載電源網側の直流電圧変換器を双方向の変換器として実現することで、一方において、電気的なエネルギーを搭載電源網バッテリーから中間回路に持っていくことができかつ他方においてスタータ過程後のスタータモータのゼネレータ作動の際にエネルギーを中間回路から低電圧側に運ぶことができる。その際車両の搭載電源網の負荷に給電しかつ搭載電源網に再度充電することができる。
【０００４】
ＤＥ１００６２０７５Ａには、中間回路コンデンサが集積されているコンバータが開示されている。コンバータは電荷蓄積器を有している電圧中間回路に接続されている。この解決法によるコンバータはハーフブリッジ回路またはブリッジ回路を有していることができる。この回路はケーシング内に配置されているモジュールを形成している。電荷蓄積器は複数の中間回路コンデンサに分割されており、そのうちの１つ、複数またはすべてがモジュールの単数もしくは複数の集積された構成部分である。
【０００５】
今日車両に使用されているオールタネータではその整流器は受動素子から構成されていることも多い。このために、阻止性の高いダイオードまたはツェナーダイオードを使用することができる。阻止性の高いダイオードは電流弁のように作用し、それ故に交流電流を整流するための適当な半導体素子ということになる。阻止方向における電流は順方向電流に比べて１０７倍まで小さくなるという可能性がある。ツェナーダイオード（Ｚダイオード）の場合、電圧が逆方向において上昇していく際所定の電圧に達してからツェナーおよび／またはなだれ降伏のために電流が上昇することになる。Ｚダイオードは降伏領域内の持続作動用に設計される。今述べた半導体素子の最も普通に行われる形式のマウントは、冷却体または冷却薄板へのダイオードの圧入である。その他これらダイオードは、オールタネータのエンドシールドに直接圧入されるようすることもできる。オールタネータの電子装置は半導体素子の他に、励磁電流並びにフリーホイールを制御するレギュレータを有している。
【０００６】
発明の叙述
本発明により提案される解決法により、受動の電子素子を有している従来の整流器に代わるアクティブ整流器が提供される。本発明により提案される、アクティブな電子素子を含んでいる整流器は更に、電力部と制御部との間の分離を有している。アクティブな素子から構成されている整流器における電力部と制御部との間の分離により、自ずと生ずる効率を著しく改善することができる。というのは、アクティブな電子素子として、高阻止性のダイオードのような受動電子素子とは異なって著しく高いゼネレータ電力を整流することができるパワーＭＯＳ（Metal-Oxid-Semiconducters）素子が使用されるからである。より高いゼネレータ電力の整流により、本発明により提案されるアクティブ整流器を車両において将来的に期待される４２Ｖの搭載電源網内で使用することが保証される。４２Ｖの搭載電源網は車両の搭載電源網として使用されることになるまたはこれまでの１２Ｖの搭載電源網に対して付加的に使用されるものである。
【０００７】
電力素子は電力部（パワーモジュール）にまとめられ、かつこの電力部に対して十分な熱放出を考慮しなければならないので、冷却装置は電力部に直接設けられるかまたはこの電力部（パワーモジュール）に直接組み込まれる。アクティブ整流器の本発明の構成によって更に、マウントコストが著しく低減されかつ整流器当たり一層低い製造コストが実現される。
【０００８】
ツェナーダイオードのようなコスト面で有利な受動素子を使用することができない、将来期待される、車両の４２Ｖの搭載電源網の使用を考えると、本発明により提案される解決法による例えばパワーＭＯＳ素子のようなアクティブ素子の使用によって、整流器当たりの部品コストに有利に作用するコスト面で有利な択一選択例を提供することができる。アクティブに切り替わるパワーＭＯＳ素子の使用で、電気的な損失が低減されるという利点が生じる。というのは、アクティブに付加接続されるパワーＭＯＳ素子の抵抗は受動素子である高阻止性のダイオードの、順方向における抵抗より低いからである。電力部に直接配属されている冷却素子による改善された熱放出に基づいて、４２Ｖの搭載電源網において生じる一層高いゼネレータ電力が整流される。負荷遮断（Load-Dump）の場合、パワーＭＯＳ素子のアクティブな付加接続により、オールタネータの特性および搭載電源網付加が、受動素子を有しかつＺダイオードにツェナー降伏が生じる整流器の場合に比べて有利に働くようにすることができる。ツェナー電圧の部品に規定されるパラメータのばらつきのために、負荷遮断（Load-Dump）の発生の際に上限値に関して広い搭載電源網電圧領域が生じる。パワーＭＯＳ素子のアクティブな付加接続により、この電圧領域を発生する最大搭載電源網電圧Ｕｍａｘに関して低減することができる。更に、パワーＭＯＳ素子の場合、部品に規定されるパラメータのばらつきは著しく狭い許容偏差となっている。
【０００９】
アクティブ素子を含んでいる整流器の本発明のコンフィギュレーションによって更に、フリーホイールの際の整流器における電力損がパワーＭＯＳ素子のアクティブな付加接続によって低減される。提案された解決法によって、これまでレギュレータに属していた、例えばフィールド出力段およびフリーホイールダイオードのような電力を導く素子も電力部に集積することができる。これにより一方において、全体として必要である、熱放出のための冷却コストを電力部（パワーモジュール）に集中させることができ、他方においてレギュレータモジュールにおける熱損失電力を著しく低減することができる。別の利点は、レギュレータＩＣの簡単化されたマウントが実現される点にあり、この場合フリーホイールダイオードおよびフィールド出力段の、電力部（パワーモジュール）への集積がレギュレータＩＣ組み込み場所の選択に関するフレキシビリティを拡大する。
【００１０】
プラグ接続端子並びにレギュレータＡＳＩＣに関する顧客固有の差異は制御部（コントロールモジュール）に制限され、アクティブ整流器の電力部（パワーモジュール）には関わってこない。電力部（パワーモジュール）はアクティブ整流器、フィールド出力段およびフリーホイールダイオードを含んでおりかつ制御部対する、顧客とは無関係なインタフェースを提供する。本発明により提案されるアクティブ整流器の制御のために必要な機能部、すなわちゲートドライバはワンチップ解決法の枠ではレギュレータＡＳＩＣに収容されるようにすることができる。全体の電力部（パワーモジュール）が両面のはんだ技術で実現されるのであれば、製造コストを低く抑えることができる。というのは、これらコンタクト形成部を製造するためのリフローはんだ付け装置ないし通過走行式真空炉を備えているベルトコンベヤーを使用することができかつ本発明の解決法によるアクティブ整流器の単価を低減することになる大量生産が可能になるからである。両面で実現されているはんだ付けコンタクト形成部によって、改善された熱結合を得ることができる。合成樹脂モールド技術（Moulding）によって、アクティブ素子、すなわちパワーＭＯＳ素子を例えば水しぶき、震動および汚れのような外部の影響に対して効果的にシールドすることができかつ同時に、アクティブ整流器の例えば上下に重なって配置されてマウントされる電力部および制御部に対して扁平なマウント面を提供する。
【００１１】
図面
図面に基づいて次に本発明を詳細に説明する。
【００１２】
その際：
図１は、制御部、電力部を備えているアクティブ整流器の回路およびこれらの相互に別個である配置関係の略図であり、
図２は、冷却体、上側および下側のＤＢＣ支持体基板並びにこれらの間に配置されているアクティブに切り替わる素子から成っているスタック構造体の断面図であり、
図３は、図２のスタック構造体の下側の基板の平面図であり、
図４は、電力素子およびフリーホイールダイオードが位置決めされている下側の基板の平面図であり、
図５は、基板間に配置されている電力部と側方に導出されている接続端子の略図であり、
図６は、電力部と載着されている接続端子の略図であり、
図７は、モールド技術を用いてモールドされたパワーモジュールと上側に配置されている冷却体の斜視図であり、
図８．１ないし図８．３はそれぞれ、側方に導出されている接続端子の１つの形態を有する射出成型されたパワーモジュールの斜視図であり、
図９は、パワーモジュールにコントロールモジュールが載着されているアクティブ整流器の１形態の斜視図であり、
図１０は、電力部に制御ＩＣが標準パッケージされているアクティブ整流器の変形形態の平面図であり、
図１１は、電力部に制御部が集積されており、制御部のＩＣがワイヤ接続部によって電力接続端子に接続されているという変形形態の平面図である。
【００１３】
実施例
図１から、制御部、電力部を備えているアクティブ整流器の回路およびこれらの相互に別個である配置関係を読み取ることができる。
【００１４】
図１に図示の回路図に従って構成されているアクティブ整流器１は制御部２を有している。制御部はレギュレータＩＣ３並びにこのレギュレータＩＣによって制御されるゲートドライバ４から成っている。図１に示されているように、制御部２（コントロールモジュール）がマルチチップ構造で実現されている実施形態とは異なって、ゲートドライバモジュール４がレギュレータＩＣ３に集積され、これにより図１のアクティブ整流器１の制御部２がワンチップ構造で実現されるようにすることもできる。図１の図示の実施例において、レギュレータＩＣは双方向の制御線路５を介して電力部８（パワーモジュール）に接続されている。電力部は複数の電力を導くアクティブに切り替わる素子を有している。制御部２（コントロールモジュール）に含まれているゲートドライバ４は第１の制御線路６並びに第２の制御線路７を介して有利にはスタック構造体２０において実現されている電力部８（パワーモジュール）に接続されている。電力部８（パワーモジュール）は有利には、図２に図示されているスタック構造体２０において実現される。図１に図示の電力部８（パワーモジュール）は有利にはパワーＭＯＳ素子として実現されている、スイッチング機能を引き受けるトランジスタ１５．１ないし１５．２を有している。これらトランジスタを介してオールタネータの固定子巻線９の相１０（Ｕ）が制御される。電力を導く素子を含んでいる電力部８（パワーモジュール）のトランジスタ対１６．１ないし１６．２を介してオールタネータの固定子巻線９の別の相１１（Ｖ）が制御され、一方パワーＭＯＳ素子として実現されているトランジスタ１７．１ないし１７．２はオールタネータの３相固定子巻線９の相１２（Ｗ）を制御する。電力部８（パワーモジュール）には更に、フリーホイールダイオード１３が収容されている。これは、オールタネータの３相固定子巻線９を励磁する界磁巻線１４に配属されているものである。
【００１５】
アクティブ整流器のこの回路によれば、すべての素子１５．１，１５．２；１６．１，１６．２；１７．１，１７．２並びに１３は電力部８（パワーモジュール）内に収容されている。制御機能はアクティブ整流器の電力部８（パワーモジュール）とは空間的に別個にワンチップ構造またはマルチチップ構造において制御部２（コントロールモジュール）内に収容されている。
【００１６】
図２は、冷却体、上側および下側のＤＢＣ支持体基板並びにこれらの間に配置されているアクティブに切り替わる素子を備えて成るパワーモジュールのスタック構造体の断面図である。
【００１７】
図２の図示の構造から、図１に略示されている電力部８（パワーモジュール）のスタック構造体の実施例が詳細に分かる。１つの可能なスタック構造体２０の、図２に図示されている実施例によればこの構造体は第１の基板２５並びに別の、第２の基板２７を有している。
【００１８】
その際第１の基板２５ないし第２の基板２７はＤＢＣ支持体として実現されていてよい。ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）はセラミックをベースとした基板材料である。これは両面側に銅膜を備えている。図２のスタック構造体の第１の基板２５と第２の基板２７との間に有利には、パワーＭＯＳ素子２８として実現されている半導体モジュールが収容されている。アクティブに切り替わるパワーＭＯＳ素子２８は両面側でコンタクト形成面２９を介してコンタクト形成される。コンタクト形成面２９は面状はんだ付け技術を用いても導電接着によってでも製造することができる。両面側のコンタクト形成を可能にするはんだ付け法を用いた製造形態により、低い作製コストでアクティブ整流器のコンパクトなスタック構造体２０が実現され、しかもその場合従来の形式の構造に比べて寝付け次ごうが著しく改善されてる。図２のスタック構造体２０の実施例において、スタック構造体２０の下面２２に冷却装置として冷却体２３が取り付けられている。冷却体はスタック構造体２０とは反対の側において熱を放出する表面を拡大するためのリブ部２４を備えている。用途に依存して勿論、冷却装置として機能する冷却体２３をスタック構造体２０の下面２２に代わってスタック構造体２０の上面２１に配置することも難なく可能である。図２に図示の、冷却装置として機能する、熱を放出する表面２４が拡大されている冷却体２３に代わって、電力部８（パワーモジュール）のスタック構造体２０は外側、すなわち上面２１ないし下面２２に熱伝導性ペーストを面状に被着することによって外側に向かってコンタクト形成されるようにすることもできる。電力部８（パワーモジュール）の本発明により提案されるスタック構造体２０のこの択一形態では冷却体２３を省略することができる。
【００１９】
図１のアクティブ整流器１の電力部８（パワーモジュール）の、図２に図示されているスタック構造体２０の実施例に代わって、スタック構造体２０は打ち抜き格子を有していることができる。これに、有利にはパワーＭＯＳ素子２８として実現されている電力を導く個々の素子が取り付けられる。スタック構造体２０の２つの層を表しているこれら２つの構成要素に、図２に図示のスタック構造体２０に類似して第２の基板層２７が続くようにすることができる。その際この基板層の外側に拡大された熱放出面２４を有する冷却体２３が取り付けられるようにすることができる。スタック構造体２０のこの択一的な実施例の第２の基板はＤＢＣであってよい。
【００２０】
電力部８（パワーモジュール）内のスタック構造体２０の別の択一的な実施例において、第１の基板２５並びに第２の基板２７はＩＭＳ基板によって置換することができる。ＩＭＳ基板（Insulated Metal substrat）とは、Ａｌ支持体に絶縁されて被着されている導体路のことである。
【００２１】
図３には、図２に示されているスタック構造体の第２の基板の平面が示されている。
【００２２】
図３に示されている、図２のスタック構造体２０の第２の基板２７の平面図から、第２の基板２７がパワーＭＯＳ素子の方の側においてコンタクト形成面２９を備えていることが明らかである。コンタクト形成面２９ははんだ付けによってかまたは導電接着によって表されることができる。制御接続端子としてまとめられておりかつ参照番号３０が付されているすべての制御ないし信号接続端子は有利には、第２の基板２７の一方の側に導き出されていて、図３には図示されていない制御部（図１を参照）に対する用途向きのインタフェースを形成している。第２の基板２７はＤＢＣとして実現されていてもよいし、ＩＭＳとして実現されていてもよい。制御接続端子３０は詳細には、界磁巻線１４に対するゲート３１、オールタネータの３相固定子巻線９の相Ｕのハイサイドスイッチに対するゲート３２、相Ｖのハイサイドスイッチに対するゲート３３並びに相Ｗのハイサイドスイッチに対するゲート３４を有している。更に、参照番号３５，３６，３７によってそれぞれ、３相固定子巻線９の相ＵないしＶないしＷの電位が示されている。参照番号３８によって界磁巻線１４に対する電子接続端子が示され、一方ゲート３９には電圧レベルが現れるようになっている。
【００２３】
ゲート４０はアースであり、一方ゲート４１，４２および４３はそれぞれ、オールタネータの３相固定子巻線９の相Ｕ，ＶおよびＷのローサイドスイッチに対する制御接続端子である。
【００２４】
図４は、電力スイッチング素子およびフリーホイールダイオードが位置決めされているスタック構造体の下側の基板の平面図である。
【００２５】
図４に示されている平面図は図３の平面図と類似しているが、図３に示されているコンタクト形成面２９の上に、それがはんだ付け技術においてであれ、導電接着によって生成されているものであれ、個々には有利にはパワーＭＯＳ素子２８として実現されている電力を導く部品が重ねられている点で相異している。図１に図示の、３相固定子巻線９の相Ｕに対する電力を導く１５．１ないし１５．２、相Ｖに対する電力を導く１６．１ないし１６．２および相Ｗに対する電力を導く１７．１ないし１７．２を形成している電力を導く素子２８は扁平な部分によって示されておりかつ更に、図２に断面図から読み取ることができるように、図４には図示されていない、スタック構造体２０の上側の基板２５によって被覆されている。例えば第２の基板２７の開放側で電力部８（パワーモジュール）から導き出すことができる制御接続端子３０は、図３との関連において挙げかつ説明もした制御接続端子３０に相応している。
【００２６】
図５から、電力部から２つの側において導き出される電力接続端子を読み取ることができる。
【００２７】
図３ないし図４に詳細に図示されている個々の制御接続端子３０が１つの側において電力部８（パワーモジュール）から導き出されている一方、電力接続端子４５．１ないし４５．２はスタック構造体２０（図２の断面図参照）の第１の基板２５と第２の基板２７との間のコンタクト形成部によって表されている。図５の平面図において第１の基板２５の面の拡がりは下方に配置されている第２の基板２７より多少小さいコンフィギュレーションになっている。これにより制御接続端子３０は電力部８（パワーモジュール）の１つの側において露出しておりかつ図５には図示されていない電力部２（図９の略図も参照）と相応にコンタクト形成することができる。
【００２８】
基板面間のコンタクト形成部として実現されている、図５に図示の電力接続端子の実施例に対して択一選択的に、図６には載着されている電力接続端子の実施例が示されている。
【００２９】
図６の平面図から、電力部８（図２のスタック構造体２０参照）が、ＤＢＣにおいて実現されているものであれ、ＩＭＳにおいて実現されているものであれ、第１の基板２５並びに図６の平面図では下方に位置している第２の基板２７を有していることが明らかである。第１の基板２５の面の拡がりは下方に配置されている第２の基板２７より小さく選定されている。これによりスタック構造体２０において第２の基板２７に縁領域が形成され、この縁領域は電力接続端子４６．１ないし４６．２の実施例において第２の基板２７に載着することができるコンタクトエレメントに対するコンタクト個所として用いられる。図５の電力部８（パワーモジュール）の平面図と類似して、制御接続端子３０は電力部８（パワーモジュール）の１つの側にまとめられて、第１の基板２５の下方で導き出されておりかつスタック構造体２０（図２参照）の第２の基板２７の空いている部分に自由に接近可能に載着されている。
【００３０】
図７には、射出成型材料を用いて鋳込まれているパワーモジュールとその上面側に配置されているリブ構造の冷却体が示されている。
【００３１】
図７の斜視図から、図７には図示されていない、基板面２５，２７の装置およびこれらの間に収容されている、有利にはパワーＭＯＳ素子２８として実現されている、アクティブ整流器１の電力を導く素子が合成樹脂材料５１によってブロック形式に取り囲まれるようにすることができることが明らかである。電力を導く素子２８を合成樹脂材料５１によって鋳込むことによって、この素子を効果的にカプセル化することができる。電力部８（パワーモジュール）の実施例において、電力部８（パワーモジュール）の２つの側に置いて導き出されている電力接続端子４５．１ないし４５．２はここには図示されていない第１の基板２５と第２の基板２７との間のコンタクト形成部として実現されている。択一的に、電力部８（パワーモジュール）は、射出成型材料５１に代わって、基本プレートを有していてもよく、その場合には基本プレートに図７に図示されている、ここでは固定用舌片として実現されている固定エレメント４９，５０が取り付けられている。図７には例えば択一例として図示されている基本プレートの固定用舌片４９ないし５０は、電力部８（パワーモジュール）の上面側に配置されている、拡大された熱伝達面２４を有している冷却体２３の作用に取って代わることもできるしまたは冷却体を補足することもできる。固定用舌片４９ないし５０はねじ結合孔またはリベット接合孔を備えていることができる。このようなねじ結合孔ないしリベット接合孔は実施例として示されている固定用舌片４９ないし５０に対して択一選択的に、冷却装置として用いられ、電力を導く素子２８の熱を搬出する冷却体２３のリブ形成部２４に直接実現されていてもよい。図７の斜視図において、図７には図示されていない電力部（図１の回路略図参照）に対する制御接続端子３０は垂直方向５３において上方向に延びて実現されている。図７には図示されていない制御部（コントロールモジュール）は例えば、電力部８（パワーモジュール）の平面に延在している水平方向の上面側に載着されていてよく、この場合には垂直方向５３において上に向かって延在している制御接続端子３０に直接コンタクト形成される。
【００３２】
図８．１ないし図８．３から、電力部８（パワーモジュール）からの接続端子の導出の種々の実施例を読み取ることができる。
【００３３】
図８．１，図８．２および図８．３に図示の実施例に共通していることは、これらの図には詳細に図示されていない、有利にはパワーＭＯＳ素子２８として実現されている電力を導く素子が、参照番号５１で示されている合成樹脂射出成型材料によって取り囲まれているようにすることができるかまたは電力部８（パワーモジュール）が側方に導き出されている固定エレメント４０ないし５０を備えている基本プレートを有していることができるかである。図８．１，図８．２および図８．３の内部に配置されている電力を導く素子２８に対する電力接続端子は参照番号４５．１ないし４５．２によって特徴付けられている。これらは図８．１，図８．２および図８．３の斜視図では、同様に図示されていない第１の基板２５と第２の基板２７との間のコンタクト形成部として実現されている。択一的に、電力接続端子４５．１ないし４５．２は図６に示されているように第２の基板２７に載着されているコンタクト形成部として実現されていてもよい。
【００３４】
図８．１の実施例では制御接続端子３０は第２の基板２７の射出成型材料なしに実現されている縁部の上に延在しておりかつ図８．１に図示されていない制御部（コントロールモジュール）に対するコンタクト形成のために自由に接近可能である。
【００３５】
図８．２の実施例において制御接続端子３０は同様に図８．２に図示されていない制御部（コントロールモジュール）に対するコンタクト形成のために電力部８（パワーモジュール）から側方に導き出されている。
【００３６】
図８．３は、電力部８（パワーモジュール）の内部から上方に垂直方向５３において導き出されている制御接続端子３０を示している。これは、図７に図示されている、アクティブ整流器の電力を導く素子を収容する電力部８（パワーモジュール）の実施例に匹敵するものである。
【００３７】
図８．１，図８．２および図８．３には詳細に示されていないが、電力部８（パワーモジュール）の上面２１にも下面２２にも図７の斜視図に示されている、拡大された熱放出面２４を有している冷却装置２３が実現されていてよい。冷却体２３によって形成されている、図７に図示の冷却装置に代わって、図８．１，図８．２および図８．３に図示の電力部８（パワーモジュール）の上面２１にも下面２２にも熱伝導性ペーストが大面積で設けられる。この熱伝導性ペーストを介して有利にはパワーＭＯＳ素子２８として実現されている電力を導く構成要素から発生される熱を放出することができる。このような場合には、図７に図示のもしくは図２に図示されているスタック構造体２０のリブ構造の冷却体２３を設ける必要はない。
【００３８】
図９は、パワーモジュールにコントロールモジュールが載着されているアクティブ整流器を示している。
【００３９】
この実施例から、電力部８（パワーモジュール）の上面２１に制御部２（コントロールモジュール）が取り付けられていることが明らかである。実質的に水平方向に延在している面として実現されている上面２１は制御部２に対する取り付け面になっている。制御部２も射出成型技術において実現されていてよく、その場合には制御部２（コントロールモジュール）の内部に存在しているレギュレータモジュール３ないし５５（ここには図示されていない）が水いつのインタフェース、すなわち用途向きの差し込みコネクタによってコンタクト形成可能である。上面に申し分なく接近可能に取り付けられている差し込みコネクタ５４によって有利な仕方で、顧客固有の差異を、差し込みコネクタに関してであれ、使用されるレギュレータＩＣに関してであれ、唯一の部品、すなわち制御部２に限るようにすることができる。アクティブ整流器１、１つまたは複数のフィールド出力段およびフリーホイールダイオード１３を含んでいる電力部８（パワーモジュール）でさえ、顧客に無関係なインタフェースである。電力部８（パワーモジュール）と制御部２（コントロールモジュール）との間の接続は用途向き（顧客専用）でありかつ例えば、図８．３ないし図７に図示の、実質的に垂直方向５３に延在している制御接続端子３０によって簡単に上から嵌め込むことによって実現することができる。
【００４０】
図１０の略図から、電力部に標準パッケージされているＩＣを有する制御部が取り付けられている実施例が明らかである。
【００４１】
図１０に示されている電力部８（パワーモジュール）は、例えば第２の基板面２７に取り付けられている、例えばレギュレータＩＣ３（図１の回路図も参照）として用いることができる標準パッケージのＩＣ５５を有している。参照番号４５．１ないし４５．２によって、電力部８（パワーモジュール）から側方に導き出されている電力接続端子が示されている。参照番号３０によって一括して示されている制御接続端子３０はＩＣ５５のコンタクト形成個所５６を介して接続されている。ＩＣ５５それ自体は、図１０に略示されている制御接続端子５７によって制御されることができる。図１０の略図から更に、電力部８（パワーモジュール）の上側の基板はその下方に図示されている第２の基板２７より小さな面積の拡がりで実現することができることが明らかである。
【００４２】
図１１に図示の電力部８（パワーモジュール）はレギュレータＩＣ３を有しており、これはワイヤボンディング接続部５８を用いて、有利にはパワーＭＯＳ素子として実現されている電力を導く素子２８の個々の制御接続端子３０に接続される。図１１に図示のレギュレータＩＣ３も制御接続端子５７を介して制御可能であり、更に図１１に図示の電力部８（パワーモジュール）は電力接続端子４５．１ないし４５．２を有しており、これらは３相固定子巻線９に相応して入力側および出力側がアクティブ整流器１の電力部８（パワーモジュール）から導き出される。
【００４３】
種々の実施例においてこれまで説明してきた解決法によって、受動部品であるコストの面で有利なツェナーダイオードを整流のために使用することができないという将来的に使用されるべきである４２Ｖの搭載電源網に組み込むことができるアクティブ整流器１が示される。アクティブ整流器１において行われる、パワーＭＯＳ素子２８を用いた整流の際に、著しく僅かな電気的な損失しか生じない。というのは、アクティブに付加接続される素子２８の抵抗はダイオードの、順方向における抵抗より小さいからである。一層大きな電流をスイッチングすることができるので、４２Ｖの搭載電源網のために必要であるより高いゼネレータ電力も整流することができる。負荷遮断時にも、アクティブな付加接続によるパワーＭＯＳ素子２８の使用によって、車両のオールタネータもしくは搭載電源網の特性に有利に作用するようにすることができる。更に、本発明により提案されるアクティブ整流器においてフリーホイール時の整流器における線路損がアクティブな付加接続によって低減される。付加的に、プロセスに規定されてパワーＭＯＳ素子に存在しているボデーダイオードによって、相応の制御信号が生じていないときにもフリーホイールが可能である。
【００４４】
電力部８（パワーモジュール）に電力を導く素子がまとめられているので、拡大された熱放出表面２４を有する冷却体２３を被着するにせよ、モールド法で製造された、電力部８（パワーモジュール）のケーシング５１の上面２１ないし下面２２に熱放出に有利に働く熱伝導性ペーストを面状に塗布するにせよ、電力部８（パワーモジュール）において効果的な冷却を実現することができる。
【００４５】
制御部２（コントロールモジュール）と電力部８（パワーモジュール）との間の機能分離により、これまでの実施形態においては励磁電流用のフィールド出力段およびフリーホイールダイオード１４を含んでいたレギュレータＩＣ３もしくは５５の熱的な損失電力を低減することが可能になる。これにより、レギュレータＩＣ３に対して著しく簡単化されたマウント技術が適用され、更に組み込み場所の選択に関するフレキシビリティが著しく高められる。本発明により提案される解決法によって、コネクタジオメトリーおよびレギュレータモジュール３に対する選択に関する顧客固有の差異は唯一の部品、すなわち制御部２に限られる。アクティブ整流器１、フィールド出力段並びにフリーホイールダイオード１３を含んでいる電力部８（パワーモジュール）自体が顧客に無関係なインタフェースを提供する。アクティブ整流器１の制御のために必要である、ゲートドライバ４の形の機能部は例えばワンチップ構造においてレギュレータＩＣ３に集積することができかつ更に、マルチチップ構造における別個のチップモジュールとしても制御部２（コントロールモジュール）に収容することができる。スタック構造体２０が上に説明した実施例において両面側のはんだ付け技術を用いてもしくは導電接着によって実施されるのであれば、従来のスタック構造体に比べて著しく改善されている熱結合において一層低い作製コストでアクティブ整流器１のコンパクトな構造が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】制御部、電力部を備えているアクティブ整流器の回路およびこれらの相互に別個である配置関係の略図
【図２】冷却体、上側および下側のＤＢＣ支持体基板並びにこれらの間に配置されているアクティブに切り替わる素子から成っているスタック構造体の断面図
【図３】図２のスタック構造体の下側の基板の平面図であり、
【図４】電力素子およびフリーホイールダイオードが位置決めされている下側の基板の平面図
【図５】基板間に配置されている電力部と側方に導出されている接続端子の略図
【図６】電力部と載着されている接続端子の略図
【図７】モールド技術を用いてモールドされたパワーモジュールと上側に配置されている冷却体の斜視図
【図８．１】側方に導出されている接続端子の１つの変形形態を有する射出成型されたパワーモジュールの斜視図
【図８．２】側方に導出されている接続端子の別の変形形態を有する射出成型されたパワーモジュールの斜視図
【図８．３】側方に導出されている接続端子の更に別の変形形態を有する射出成型されたパワーモジュールの斜視図
【図９】パワーモジュールにコントロールモジュールが載着されているアクティブ整流器の１形態の斜視図
【図１０】電力部に制御ＩＣが標準パッケージされているアクティブ整流器の変形形態の平面図
【図１１】電力部に制御部が集積されており、制御部のＩＣがワイヤ接続部によって電力接続端子に接続されているという変形形態の平面図
【符号の説明】
【００４７】
１  アクティブ整流器の回路
２  制御部
３  レギュレータＩＣ
４  ゲートドライバ
５  双方向の線路
６  第１の制御線路
７  第２の制御線路
８  電力部（パワーモジュール）
９  固定子巻線
１０  固定子巻線のＵ相
１１  固定子巻線のＶ相
１２  固定子巻線のＷ相
１３  フリーホイールダイオード
１４  界磁巻線
１５．１  Ｕ相の第１トランジスタ
１５．２  Ｕ相の第２トランジスタ
１６．１  Ｖ相の第１トランジスタ
１６．２  Ｖ相の第２トランジスタ
１７．１  Ｗ相の第１トランジスタ
１７．２  Ｗ相の第２トランジスタ
２０  スタック構造体
２１  上面
２２  下面
２３  冷却装置
２４  熱伝達面
２５  第１の基板面
２６  中間コンタクト形成部
２７  第２の基板面
２８  アクティブ半導体素子（ＭＯＳ）（Metal-Oxid-Semiconducter）
２９  コンタクト形成面
３０  制御接続端子
３１  界磁巻線のゲート
３２  Ｕ相のハイサイドゲート
３３  Ｖ相のハイサイドゲート
３４  Ｗ相のハイサイドゲート
３５  Ｕ相の電位
３６  Ｖ相の電位
３７  Ｗ相の電位
３８  フィールド電位
３９  Ｂ＋
４０  アース
４１  Ｕ相のローサイドゲート
４２  Ｖ相のローサイドゲート
４３  Ｗ相のローサイドゲート
４４  第２の基板のコンタクト形成面
４５．１  電力接続端子
４５．２  電力接続端子
４６．１  電力接続端子
４６．２  電力接続端子
４７  載着された第１の電力接続端子
４８  載着された第２の電力接続端子
４９  第１の固定舌片
５０  第２の固定舌片
５１  射出成型材料（モールディング）
５２  開放している第２の基板
５３  制御接続端子３０の垂直配置
５４  用途向けコネクタ
５５  標準パーケージＩＣ
５６  制御接続端子３０のＩＣ用コンタクト
５７  制御接続端子ＩＣ
５８  ワイヤボンディング装置
【図１】
2005532776.tif 000003
【図２】
2005532776.tif 000004
【図３】
2005532776.tif 000005
【図４】
2005532776.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005532776.tif 000009
2005532776.tif 000010
【図９】
2005532776.tif 000011
【図１０】
2005532776.tif 000012
【図１１】
2005532776.tif 000013
【国際調査報告】
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2005532776.tif 000015
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