DE102010019717A1

DE102010019717A1 - Leistungsschaltung

Info

Publication number: DE102010019717A1
Application number: DE102010019717A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dautzenberg; Michael Winter
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2011-11-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungsschaltung, wie sie z. B. zur Steuerung elektrischer Bauteile eingesetzt wird. Die Leistungsschaltung muss EMC-Anforderungen genügen. Dies soll effektiv mit möglichst geringem Aufwand erreicht werden. Hierfür wird vorgeschlagen, dass jedem Schaltungsträger mindestens ein Kondensator zugeordnet ist, der direkt mit dem Schaltungsträger elektrisch kontaktiert und in einer möglichst geringen räumlichen Entfernung zu diesem angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsschaltung mit einer Vielzahl von Schaltungsträgern und mit Mitteln zum Entstören elektromagnetischer Wellen.
Solche Leistungsschaltungen sind an sich bekannt und werden zur Steuerung elektrischer Bauteile eingesetzt. So werden Leistungsschaltungen z. B. in Fahrzeugen zur Steuerung von elektrische Dreiphasen-Motoren verwendet, die als Servomotoren für Lenkhilfen eingesetzt sind.
Infolge von sehr hohen Schaltfrequenzen ist es erforderlich, die Leistungsschaltungen zu entstören, damit EMC-Anforderungen eingehalten werden (EMC = electromagnetic compability). Hierfür werden entsprechende EMC-Filter als Mittel zum Entstören eingesetzt. Es ist bekannt, dass die EMC-Filter (elektrische) Kondensatoren umfassen können. Diese sind bei den bekannten Leistungsschaltungen elektrisch zusammengefasst und dann an einzelne Schaltungsträger angeschlossen. Damit die EMC-Anforderungen eingehalten werden, ist es erforderlich, insgesamt hohe Kondensator-Kapazitäten zur Verfügung zu stellen. Dies erfordert entsprechenden Bauraum.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leistungsschaltung zu schaffen, die bei relativ geringem Aufwand den EMC-Anforderungen genügt.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Jedem der Schaltungsträger ist mindestens ein Kondensator zugeordnet, der direkt mit dem Schaltungsträger elektrisch kontaktiert und in einer möglichst geringen räumlichen Entfernung zu diesem angeordnet ist. Die direkte elektrische Kontaktierung bedeutet, dass die Kondensatoren nicht zusammengefasst und dann an die Schaltungsträger angeschlossen sind. Anstatt des einen Kondensators können bei gleicher Gesamt-Kapazität auch mehrere parallel geschaltet sein. Die Zuordnung des Kondensators zu einem zugehörigen Schaltungsträger in Verbindung mit der räumlich nahen Anordnung – diese erlaubt wiederum eine sehr kurze elektrische Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator und dem Schaltungsträger – bewirkt eine besonders effektive Entstörung. Die Kapazität des Kondensators kann gegenüber dem Bekannten kleiner dimensioniert sein oder bewirkt bei gleicher Größe eine wesentlich bessere Entstörung.
Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
In einer Alternative der Erfindung ist jeder Kondensator in einer Draufsicht auf den zugeordneten Schaltungsträger unter diesem und mit gleicher axialer Ausrichtung angeordnet. Das bedeutet, dass der Kondensator und der zugehörige Schaltungsträger weitestgehend parallel ausgerichtet sind. Hierbei weisen elektrische Anschlüsse des Kondensators zu dem Ende des Schaltungsträgers, an dem Kontakte für eine Verbindung mit den Anschlüssen angeordnet sind. Hierdurch können die Verbindungsleitungen bei geringem erforderlichem Bauraum besonders kurz gehalten sein. Alternativ ist es auch möglich, dass jeder Kondensator über dem zugeordneten Schaltungsträger angeordnet ist.
In einer weiteren Alternative sind die Kondensatoren in einem Stanzgitter-Paket kontaktiert. Dies ist besonders einfach zusammen mit weiteren erforderlichen Anschlüssen herzustellen. Als Stanzgitter-Paket ist hier eine Vielzahl von gegeneinander isolierten Stanzgittern definiert, die z. B. durch Umspritzen mit Kunststoff zu einer Einheit zusammengefasst sind.
Die Erfindung ist besonders gut für einen Dreiphasen-Motor in einem Kraftfahrzeug geeignet.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Leistungsschaltung auf eine Seite mit Schaltungsträgern,
2 eine perspektivische Ansicht der Leistungsschaltung auf eine Seite mit Kondensatoren und
3 einen perspektivische Ansicht durch die Leistungsschaltung, geschnitten.
Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich sind auf einer deckelartig ausgebildeten Grundplatte 1 drei Schaltungsträger 2 so angeordnet, dass deren Längsachsen auf Seiten eines spitzwinkligen Dreiecks liegen.
Die Grundplatte 1 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Grundriss auf, wobei die Seiten konvex verlaufen. Die Grundplatte 1 ist als Kühlkörper für die Schaltungsträger 2 aus gut wärmeleitfähigem Material und gleichzeitig als Deckel für einen Dreiphasen-Motor ausgebildet. Hierfür ist an der Grundplatte 1 an einer den Schaltungsträgern 2 gegenüber liegenden Seite, die in montiertem Zustand dem Motor zugewendet ist, ein kreisringförmiger Stutzen 3 angeformt. Zentrisch in der Grundplatte 1 ist eine Aufnahme 4 für ein Lager des Motors ausgebildet.
Jeder der Schaltungsträger 2 umfasst eine rechteckige Leiterplatte aus DCB-Keramik (DCB = Direct Copper Bonded), die wärmeleitend auf der Grundplatte 1 befestigt ist. Auf dem Schaltungsträger 2 sind elektrische und/oder elektronische Bauteile angeordnet, die teilweise einer Ansteuerung des Motors – hier handelt es sich z. B. um Leistungs-Transistoren zum Schalten eines Stroms zu dem Motor – und teilweise Mitteln zum Entstören elektromagnetischer Wellen zugeordnet sind.
Auf der den Schaltungsträgern 2 gegenüber liegenden Seite der Grundplatte 1 sind innerhalb des Stutzens 3 drei elektrische Kondensatoren 5 befestigt, die Teil der Mittel zum Entstören sind. Hierbei ist jedem der Schaltungsträger 2 einer der Kondensatoren 5 zugeordnet. In einer senkrechten Draufsicht auf den Schaltungsträger 2 ist dieser so oberhalb des zugeordneten Kondensators 5 angeordnet, dass die Längsachsen des Schaltungsträgers 2 und des Kondensators 5 in einer senkrechten Ebene sind. Der Schaltungsträger 2 und der zugeordnete Kondensator 5 sind also – bezogen auf die Achsen – im Wesentlichen zentrisch angeordnet; ein gegenseitiger Abstand ist so gering wie möglich gehalten und hängt von der Dicke der Grundplatte 1 sowie eines Stanzgitter-Pakets 6 ab.
Das Stanzgitter-Paket 6 umfasst mehrere, hier z. B. neun (nur teilweise sichtbare) Stanzgitter 6.1 bis 6.9, die gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die Isolierung sowie die Zusammenfassung zu dem Stanzgitter-Paket 6 erfolgt wie bekannt durch eine Umspritzung mit Kunststoff, wobei hier gleichzeitig funktionale Teile wie z. B. Halter für die Kondensatoren 5 angeformt sind.
Jeder der Kondensatoren 5 ist separat entsprechend der Polung elektrisch an zwei zugehörige erste der Stanzgitter 6.1 bis 6.6 angeschlossen, wobei der Anschluss in geringer räumlicher Entfernung zu dem zugehörigen Schaltungsträger 2 angeordnet ist, wie die 3 besonders deutlich zeigt. Weiterhin sind die ersten Stanzgitter 6.1 bis 6.6 entsprechend ihrer Polung z. B. mittels Bonddrähten an den zugehörigen Schaltungsträger 2 angeschlossen, wobei Leitungslängen von dem Kondensator 5 über die Stanzgitter 6.1 bis 6.6 und die Bonddrähte zu dem zugehörigen Schaltungsträger 2 möglichst kurz gehalten sind. Die ersten Stanzgitter 6.1 bis 6.6 sind entsprechend ihrer Polung an erste Kontakte 7 angeschlossen, die zum Anschluss an eine Spannungsversorgung bestimmt sind.
Jeweils ein zweites der Stanzgitter 6.7 bis 6.9 ist zur Leistungsübertragung entsprechend an einen zugehörigen der Schaltungsträger 2 angeschlossen und mit einem von zweiten Kontakten 8 verbunden, die für die Ansteuerung des Motors bestimmt sind.
Bezugszeichenliste

1: Grundplatte
2: Schaltungsträger
3: Stutzen
4: Aufnahme
5: Kondensator
6: Stanzgitter-Paket
6.1–6.9: Stanzgitter
7: erster Kontak
8: zweiter Kontakt

Claims

Leistungsschaltung mit einer Vielzahl von Schaltungsträgern (2) und mit Mitteln zum Entstören elektromagnetischer Wellen, wobei jedem der Schaltungsträger (2) mindestens ein Kondensator (5) als Teil der Mittel zum Entstören zugeordnet ist, der direkt mit dem Schaltungsträger (2) elektrisch kontaktiert und in einer möglichst geringen räumlichen Entfernung zu diesem angeordnet ist.
Leistungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kondensator (5) in einer Draufsicht auf den zugeordneten Schaltungsträger (2) unter diesem und mit gleicher axialer Ausrichtung angeordnet ist.
Leistungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (5) in einem Stanzgitter-Paket (6) kontaktiert sind.
Leistungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einem Dreiphasen-Motor zugeordnet ist.
Leistungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie einem Kraftfahrzeug zugeordnet ist.