技术领域本发明涉及一种具有功率半导体的功率部件，该功率部件能够借助智能的控制来运行。功率部件被用于控制大电流、特别是kA范围中的电流，如所述电流在工业过程、有效率的机器和电动车辆中或在电阻熔焊中所需的那样。
背景技术：
本发明的出发点是一种如在EP1921908B1中所示的装置。图1在此粗略地示意性地以侧视图示出具有这种类型的功率模块的电路装置。功率模块和电路板被布置在冷却体和挤压设备之间。存在以下愿望，这样的功率模块尽可能普遍地用在极不同的应用领域中。对此，功率模块应该是紧凑的、可容易更换的并且对于特别的应用是可配置的。本发明的任务因此在于实现一种功率部件，该功率部件尽可能紧凑地构造并且普遍地对于极不同的应用、特别是更上面所述的应用是容易可配置的并且可改造的。
技术实现要素：
本发明的出发点是一种用于控制强电流的功率部件。强电流理解为如其例如在电阻熔焊中、用于驱动伺服电机或用于运行有效率的机器或用于运行车辆时所使用的电流。通常是优选三相电网中的在电压大于50伏特的情况下一位数或两位数千安培范围中的电流。首先可以考虑以下应用，在所述应用中必须提供中间回路电压或电流的整流变得必需，例如用于运行电动机、也或者车辆电动机的逆变器和变流器。功率部件包括至少一个具有电流输入端、电流输出端和控制端子的功率半导体。功率部件还包括导电的电流输入板和导电的电流输出板，其中功率半导体的电流输入端与电流输入板连接并且功率半导体的电流输出端与电流输出板连接。作为板材料例如可以考虑铜或钼。电流输入板和/或电流输出板可以单片或多片地来构造。功率半导体的控制端子被布置在两个优选相互平行定向的板之间。附加地，功率部件包括针对控制设备的连接方案，借助该控制设备可以控制控制端子。连接方案可以通过用于控制设备的连接机构来实现。连接机构可以被实现成，使得控制设备到功率部件中的集成和/或例如外部控制设备到功率部件上的连接变得可以。为了集成控制设备，可以为控制设备在例如绝缘地在板之间、优选地基本上与板平行布置的第一部件载体上的两个板之间设置容纳装置。容纳装置可以是部件载体上的基座或留空，借助该基座或借助该留空可以在部件载体上布置为了实现控制设备/控制设备连接所需的部件。在此有利的是，功率部件可以特别紧凑地实现并且借助板保护控制设备以免机械损坏。控制设备也可以容易地改造或安装。控制设备也可以在制造部件载体时已经被集成到该部件载体中。然而，也应该可以设想将控制设备布置在功率部件或部件载体上，使得控制设备布置在板之外或仅仅部分地布置在板之间。在此有利的是，控制设备是可容易接近的。然而，为了机械保护控制设备必须采取预防措施。例如也可以设置可分开的插接连接，借助该插接连接控制设备可以与功率部件连接。或者可以将控制设备布置在第二部件载体上，该第二部件载体与第一部件载体连接。连接机构也可以被实现为工业现场总线接口（例如SERCOS（串行实时通信协议）、过程现场总线和类似的），使得外部的和/或内部的控制设备到功率部件上的连接借助现场总线能够实现。该控制设备于是必须同样具有兼容的工业现场总线接口、例如在相应的现场总线中的以太网接口。功率部件也可以包括之前提及的连接方案的组合，使得不仅集成的解决方案而且外部的连接能够实现。集成的控制设备也可以借助现场总线接口与外部的控制设备和/或上级的（过程）控制装置进行通信。作为功率半导体端子和板之间的连接剂可以使用接合剂，所述接合剂是导电的并且能够实现材料决定的连接。作为接合过程例如可以考虑钎焊或烧结，必要时也考虑熔焊。控制端子被布置在两个板之间，使得该控制端子不具有与板的电接触并且在板之间保持可接近的。功率半导体可以是电流控制的或电压控制的半导体、诸如二极管晶体管、IGBT、FET或MOSFET或类似的。半导体的控制可以借助栅源电压来进行。按意义，其他结构类型的半导体的控制于是可以根据其数据页来进行。作为功率半导体也可以考虑具有平坦的（金属）壳体的功率半导体。壳体保护功率半导体并且由于平坦的形状使到板上的平面连接容易。这改进总装置的导热性并且减小损耗。控制端子基本上在板之内平行于板来布置并且能够与电流输入端或电流输出端无关地来控制。控制设备可以是集成电路，该集成电路优选地准备好足够的计算功率和存储器，使得除了纯控制功率半导体以外还能够满足用于运行功率部件的其他上级的任务。附加地可以设置外部电路、如驱动器或现场总线接口。然而，所述外部电路也可以被集成电路所包括，使得需要最小的外部接线或甚至不再需要外部接线。本发明的优点此外借助用于连接和/或集成控制设备的连接机构保证紧凑的并且可普遍使用的功率部件的可实现性，该连接机构在使用优选可编程的控制设备时能够最深入地自给自足地运行并且因此对于极不同的应用领域是可容易配置的。如果使用具有足够的计算功率和存储器的可编程的控制设备，则该控制设备可以针对特别的应用领域容易地重新编程或在其功能范围内扩展，程序模块可以被再加载或更换。这也可以通过因特网连接或计算机网络（例如云）来进行。在电阻熔焊应用中，功率部件例如可以针对电阻熔焊过程优化地利用第一控制程序来控制。在用于运行电池驱动的电动车辆的应用中，功率部件可以针对该应用优化地利用第二控制程序来控制。如果功率模块被用在供电模块中，则可以设置相应的第三控制程序。所有或各个控制程序能够可调用地保存在控制设备的存储器中或者控制设备可以被实现成，使得控制程序例如借助现场总线接口是容易地可再加载的或可改变的。功率部件的机械构造简化到如例如针对圆盘式单元所使用的机械部件支架中的装配。这提高在工业应用中的灵活性，因为根据本发明的功率部件是可容易更换的或可容易改造的。优选地，板在其边缘区域中借助不导电的连接剂相互连接，其中板和连接剂构成壳体。作为连接剂例如可以考虑树脂。同样可以考虑由硬塑料或软塑料构成的材料。借助板和连接剂实现的壳体包围并且保护由功率部件板所包括的组件、特别是功率半导体并且在集成的方案中还有控制设备以免外部影响。恰好在不利的环境条件下（如其经常在工业环境中所出现），这是特别有利的。根据IP保护等级的喷水保护因此也能够很容易实现。如果功率半导体和/或控制设备布置在部件载体上，则该部件载体可以优选地基本上平行地设置在两个板之间，其中控制端子可以与被部件载体所包括的导体线路连接。部件载体可以优选地是电路板（PCB－“印刷电路板”）。部件载体可以具有到板的通孔接触（例如所谓的VIA＝“垂直互连接入”）。优选地实现具有功率部件和控制设备的装置，其中控制设备借助连接机构被连接到功率部件上。在集成的解决方案的情况下，控制设备被功率部件至少部分地、优选完全地包括。在非集成的解决方案的情况下，控制设备机械地/电地布置在功率部件上或优选地借助现场总线接口连接到功率部件上。控制设备优选地包括控制脉冲发生器并且优选地也包括用于给控制脉冲发生器供电的电源。如果功率半导体和控制设备被布置在共同的部件载体上，则控制脉冲的传输可以借助施加在部件载体上的导体线路进行。优选地设置快速驱动级，该快速驱动级被设置在控制脉冲发生器的输出端和功率半导体的控制端子之间，以便将控制脉冲发生器从功率半导体的控制端子上去耦合并且因此该功率半导体能够在最短时间内根据功率来控制。驱动级也可以被控制设备包括或与控制设备分离地例如布置在共同的部件载体上。借助该装置保证功率部件的最深入地自给自足的运行。在控制设备集成到功率部件中的情况下，该功率部件能够在没有附加的上级的措施的情况下使用，仅仅必须保证电压供应。这可以根据应用情况借助直流电压源或通过变压器线圈的分接和该所分接的电压的整流来实现。最后，例如如果功率部件与变压器一起被使用，则是有意义的。优选地，控制设备和/或功率部件被设立用于输出功率半导体、功率部件或控制设备的运行状态的状态信号。因此可以向上级的过程控制报告对于功率部件特别的运行状态。根据运行状态的方式，该过程控制于是可以引入合适的措施、例如截获错误、在过热时引入冷却措施和类似的。状态信号可以借助专用接口或借助标准接口（例如现场总线接口）来传输。控制设备优选地包括用于处理逻辑信号的计算设备，所述逻辑信号可能为了运行功率半导体和/或为了实施对于运行功率部件合适的程序、诸如寿命监视的实现变得必需。在此，可以以在运行功率半导体期间在功率半导体中所出现的温度为基础来考虑电压、诸如正向电压和电流并且与参考值进行比较。作为参考值例如可以考虑具有公差带的值预先规定或在新的功率半导体上确定的参考值。所述运行方式的结果可以借助之前提及的状态信号同样由过程控制来继续处理。特别借助寿命监视可以及早地引入用于保证继续并且安全运行装置的措施。优选地，特别是也为了实现之前提及的寿命监视，由控制设备和/或功率部件包括用于检测和/或监视测量值、特别是与半导体温度和/或半导体电流和/或半导体正向电压和/或半导体输入电压有关的值的检测机构。补充地，之前提及的措施优选地通过以下方式来扩展，即由控制设备和/或功率部件包括短路监视和/或针对电压供应的欠压监视和/或控制脉冲发生器。也可以设置，根据应用情况附加地监视和/或分析外部电压、诸如变压器电压和/或整流器电压和/或中间回路电压。除了监视功率半导体或功率部件本身以外，因此还应该可以附加地关于功率部件借助控制设备容易地监视外部应用组件。应用组件理解为应用专用的组件、例如在电阻熔焊应用中的焊接变压器。特别优选地，也由控制设备包括雪崩监视。该雪崩监视可以用于在雪崩能量超过预先给定的标准值之前接通功率半导体。通过这样控制的雪崩行为可以保护功率半导体以免由于过压引起的毁坏，特别当大电流和短的过渡时间时。所有这些措施用于或者借助上级的过程监视或者借助控制设备本身来保证根据本发明的功率部件的顺利的运行。进一步优选地，由控制设备或功率部件包括用于连接相同的到工业现场总线上的现场总线接口或者控制设备或功率部件适合于借助现场总线建立与上级的另外的设备（例如过程控制装置）的通信连接。之前提及的状态信号和比较结果和监视结果因此也可以借助现场总线被传递到外部设备。也可以实现附加地要监视的组件到控制设备上的连接。借助现场总线接口，也可以例如由上级的设备（调节装置、过程控制装置和类似的）基本上实时地读出和处理实际值、如电压、电流、温度和所有其他在功率部件中或在功率半导体上测量技术上能检测的值。工业现场总线理解为以下所有设备，借助所述所有设备例如也基于以太网标准可以实时地在多个总线参与方之间交换数据。也可以考虑无线连接。特别优选地，控制设备被设立用于彼此无关地控制多个功率半导体，特别是与第二功率半导体无关地控制第一功率半导体或与第一功率半导体无关地控制第二功率半导体。只要存在多个功率半导体，则也可以借助之前提及的现场总线接口读出、处理并且在控制每个单独的功率半导体的控制输入端时考虑关于其他功率半导体的之前提及的测量值，也即对于每个功率半导体单独地并且彼此无关地进行。因此控制设备也可以被设立用于在产生用于控制第一功率半导体的控制脉冲期间考虑第二功率半导体的运行状态。借助这些措施应该可以在没有上级控制的情况下也实现运行，该上级控制通常协调功率半导体的运行。在该情况下，控制设备现在承担根据至少一个另外的存在的功率半导体的运行状态来协调用于第一功率半导体的控制输入端的控制脉冲。因此，现在在没有上级控制的情况下也可以实现功率部件的完全自给自足的运行。特别在整流器应用中，控制设备可以包括用于实现变压器电压和/或整流器电压或截止电压例如与参考电压或与彼此间电压或与由所述电压推导出的附加的电压的比较的机构。因此变压器处的或整流器分支中的短路可以容易并且快速地被识别并且例如借助之前提及的状态输出和/或现场总线连接向上级设备报告。替代地，控制设备本身可以引入合适的措施、诸如有缺陷的功率半导体或整流器分支的切断。对于应用、电阻熔焊，可以检测功率半导体（例如MOSFET）的正向电压或接通时间。因此关于焊钳的状态的推断应该是任何时候都可以的（钳：开着/闭合或接触：是/否）。有利地，也可以在由控制设备或由功率部件所包括的存储器中保存专用数据。在之前提及的应用中，例如可以在存储器中保存或可调用地准备好对于熔焊过程重要的数据或焊钳的数据。也应该可以考虑将功率部件本身的数据保存在集成的存储器中，使得功率部件可以由上级的设备通过读出数据而容易地识别。因此电子类型铭牌也应该对于该装置是可实现的。优选地，变压器配备如之前描述的整流器，其中整流器被连接到变压器的次级绕组上并且被变压器所包括或被布置在变压器上。该装置例如在电阻熔焊应用中提供以下优点，用于电阻熔焊的熔焊变压器已经包括智能的整流器并且可以作为电阻熔焊设施的安装包来提供。具有或没有变压器的相似的安装包适合于其他应用领域、例如伺服电机或电动车辆的供电模块。供电模块作为逆变器或变流器工作并且可以包括根据专利权利要求的用于产生中间回路直流电压的功率部件，该中间回路直流电压随后可以被逆变。也可以借助根据本发明的解决方案实现具有调节设备和供电模块的完整的驱动装置。根据本发明的解决方案用于运行用于制造或加工产品的机器同样是可设想的。附图说明图1示意性地示出第一实施例。图2示意性地示出另一实施例。图3示出第一控制设备的功能块。图4示出第二控制设备的功能块。图5示出供电模块应用。图6示出电阻熔焊应用。具体实施方式图1示出具有多个半导体8的电阻熔焊二极管。前述的电阻熔焊二极管在两个板1、2之间包括电路板形式的部件载体9。半导体8分别具有金属壳体7，该金属壳体与半导体8的电流输入端连接。优选地使用至少一侧保护半导体8的壳体7。半导体8的相对的电流输出端14没有壳体7可自由接近地实施。控制端子6同样被示出。然而也可设想的是半导体8没有自身的壳体7。重要的是，这些半导体8具有大面积的电流输入端和/或电流输出端，以便减小损耗和功率密度。附加地，这些半导体8必须适合于传输kA范围内的大电流。作为导电的电流输入板1设置铜板1并且作为导电的电流输出板2同样设置铜板2。替代地，也可以考虑钼。所选择的材料应该具有好的导电性和导热性和与硅相似的热膨胀。板1、2的厚度例如可以位于毫米范围内（例如2mm）。在这里示出的实施例中，多个MOSFET部件8的电流输入端与电流输入板1连接并且部件8的电流输出端与电流输出板2连接。两个铜板1、2相互平行地并且以小的间距来对齐。因此该装置变得很紧凑。电流输入端与电流输入板1借助钎焊或烧结直接导电连接。为此，在半导体壳体7的电流输入端上平面地施加焊料15或烧结膏15。电流输入板1的朝向半导体壳体7的外侧的内面除了用于半导体壳体7的接触位置以外设有漆10，该漆排斥焊料15或烧结材料15。电流输出端与电流输出板2间接地借助电连接剂14（VIAS－穿过电路板9的垂直的通孔接触）借助钎焊和/或烧结和/或铜突起（未示出）导电连接，所述铜突起可以是电流输出板2的组成部分。在此也可以设置漆10。部件8的栅6在板1、2之间是可接近的，使得该栅能够借助控制设备来控制。用于控制设备的连接机构（未示出）可以设置在部件载体9上并且完全或部分地被板1、2包围。连接机构能够实现控制设备到功率部件中的集成。替代地或附加地，连接机构例如借助现场总线也可以提供到功率部件上的非集成的或仅仅部分集成的控制设备的连接方案。控制设备能够优选地借助驱动器（未示出）共同地或分离地控制所有半导体8的控制输入端。控制设备也能够根据另外的半导体8的状态来控制各个半导体8。平行并且在其边缘区域相互齐平地布置的铜板1、2至少在其边缘区域中借助不导电的板连接剂3相互连接，使得铜板1、2与连接剂3构成布置在板1、2之间的组件6、7、8、9的壳体。连接剂3可以是浇铸物，然而该连接剂也可以替代地借助塑料（例如硬塑料或软塑料）来实现。优点是在减小的热膨胀下在改进的导热的情况下该装置的可由此实现的机械强度并且由此所致的连接位置14、15和半导体8的更好的保护。借助连接剂3可以实现以下装置，该装置根据应用也满足对于应用所需的IP保护方式。根据图1的细节区段（参见左下），在铜板1、2的边缘处并且在连接剂3处可以设置有形状配合地咬合的接触位置，所述接触位置保证连接剂3和板1、2之间的牢固的接触。两个板的大面积的浇铸成为多余并且制造通过少的安装步骤而被简化。在运行该装置期间所出现的电流16可以借助控制端子6来控制并且通过从电流输入板1到电流输出板2的预先给定的方向。而由半导体6在运行期间所产生的热量5可以在两个方向上从电流输入板1和电流输出板2并且因此从半导体8本身被运走。该行为应该可以借助在图中示出的箭头5来表明。该行为在电阻熔焊中是特别有利的，在那里使用很高的电流并且相应地必须多地散发损耗热量。在图中示出四个半导体8。这些半导体的电流输入端借助铜板1相互连接。同样，电流输出端借助VIAS14和/或借助由铜板2所包括的铜突起（未示出）在使用铜板2的情况下相互连接。图2公开了与已经在图1中示出的相似的装置。相同的附图标记表示相同的特征，只要没有其他的从描述和/或附图中得出。与图1的主要区别在于，电流输入端（例如半导体8的上侧或下侧）和电流输出端（例如半导体8的上侧或下侧）借助钎焊或烧结直接与铜板1、2直接连接（在此没有VIAS、壳体或诸如此类的）。控制端子6借助例如薄膜或硬的载体9上的导体线路可接近地来布置并且可以借助控制设备17来控制。与图1的另一区别在于，两个铜板1、2分别与利用冷却管道18贯穿的附加铜板11连接。这些铜板11也可以用在由图1已知的方案中。也可以仅仅一个铜板11布置在电流输入板1上或电流输出板2上。原则上也可以在两个方案（图1和图2）中使用具有集成的冷却管道18的电流输入板1和/或电流输出板2，使得省略分离的附加冷却板11。所述可能的方案首先依赖于应用情况的功率需求。在图中右侧的边缘区域中，在此电路板部分12借助连接剂3（未示出）中的留空从装置中突出。电路板部分12也可以借助第二电路板来实现（未示出），该第二电路板可以借助插接连接13与第一电路板9机械和/或电地连接。该从装置中突出的电路板12包括用于控制板1、2之间并联的半导体8的控制设备17。连接剂3四周至少部分地封闭整个装置。在留空的区域中浇铸该装置，使得浇铸物连同环绕的连接剂构成装置的防止外部不利影响的封闭。在使用合适的小型部件的情况下也可以在第一电路板9上装配控制设备17，使得该控制设备也被板1、2和连接剂3完全包围。该方案在装置的批量生产时被推荐。替代地或附加地，例如可以为现场总线设想装配合适的机械和/或电接口。在此也推荐尽可能薄的电路板9，使得用于承载半导体和用于使装置稳定的机械特性恰好还足够，散热是最佳的并且板9中的机械应力在加热时最小地出现。图3粗略地示意性地示出用于整流器电路的根据本发明的控制设备（例如图2中的附图标记17）的功能块。该控制设备可以自身包括电压供应313。电压供应313例如借助用于为功率半导体的功能产生电位分离的直流电压的DC/DC转换器316和/或借助变压器辅助绕组315和/或借助引导程序电路314由变压器电压可以保证功率部件的所有或各个组件的供电。控制设备包括控制脉冲发生器319作为中央功能单元，其中该控制脉冲发生器可以借助之前阐述的电压供应313来供电。控制脉冲可以优选地被转发给驱动器部件32，该驱动器部件可以控制在此仅仅示例性示出的半桥的功率半导体31a、31b的控制输入端。该装置不限于控制仅仅两个功率半导体31a、31b。控制设备也可以被设立用于借助状态通知设备318输出功率半导体的运行状态的状态信号。附加地可以包括用于处理逻辑信号和/或用于实现功率半导体的寿命监视的计算设备33。同样可以包括用于检测和/或用于监视测量值、特别是用于检测部件、变压器和/或整流器和/或半导体上的温度、电压或者用于检测所构建的组件上或中的电流的检测机构36。总而言之，检测机构36应该保证所有可设想的并且测量技术上能检测的实际值的检测，所述实际值能够在运行功率部件期间出现。附加地，可以设置用于电压供应313和/或控制脉冲发生器319的短路监视和/或欠压监视38。同样可以设置雪崩监视39和第二附加的温度监视310。借助这些措施能够实现功率部件的内部运转的强化的监视。功率部件可以借助控制设备例如在专用地实施的状态监视的范围内将其自身的运行状态实时地传递给上级的位置或为调用准备好。用于错误产生或产生错误信号的功能块317可以有意义地补充之前提及的监视。冷却介质可以被监视并且温度开关的功能可以基于该监视来实现。此外示出能够实现功率部件的识别的功能块37以及用于提供或保存专用数据、例如焊钳数据的功能块312，以及用于提供或保存专用数据、例如熔焊数据、如熔焊过程数据的功能块311。也可以包括实现这样的数据的有目的的查询的功能。监视结果借助分离的或由功率部件或控制设备所包括的用于将控制设备或功率部件连接到工业现场总线上的现场总线接口34的通信变得容易。优选地，该现场总线接口34基于以太网标准、诸如SERCOS现场总线或基于无线现场总线标准。借助连接35，功率部件或控制设备可以借助现场总线接口34被连接到上级控制装置上。过程数据（识别数据、温度、电流实际值、电压实际值和类似的）或之前提及的集合的数据和/或多个功率半导体的数据可以在没有高的布线花费的情况下被传输或调用。控制设备也可以被设立用于在控制第一功率半导体31a和/或31b时可选地考虑其他功率半导体321的运行状态。控制设备可以被设立用于彼此无关地控制多个功率半导体321、31a、31b的控制端子并且优选地引入320温度相关的开关过程。控制设备在此特别是适合于实现所有类型的变流器、特别是基于全桥电路、半桥电路或中间点电路的变流器。在该图中示出的功能块可以根据应用情况完全地或部分地或以任意组合地被功率部件和/或控制设备所包括，例如也以能在计算设备上运行的程序的形式被包括。一些功能块、如驱动器32和/或电压供应313或现场总线接口34也可以作为用于控制设备的附加的外部组件来实现。优选地，然而所有在此描述的组件被代表控制设备的集成电路所包括。具有/没有外部接线的集成电路优选地被布置在图1和2中示出的部件载体9上并且优选地被设置在板1、2之间。图4粗略地示意性地示出根据本发明的控制设备的功能块，该控制设备为了控制逆变器而被改造。所属的逆变器在图5中示出。在此示出的功能块对应于在图3中阐述的功能块具有相同的附图标记。参考其在图3的范围内的描述。附图标记51a至51f在图5中阐述。图5示出优选地具有位置检测（未示出）的三相电流伺服电机524的供电模块中的区段。三个所示出的半桥51a、d和51b、e以及51c、f中所使用的功率半导体可以借助根据图1和2的根据本发明的功率部件以相应的描述来实现。半桥可以被连接到直流电压中间回路（+/-）上。图6示出作为应用例的电阻熔焊设施，其包括熔焊控制装置60、具有熔焊变压器62和整流器63的焊钳61。整流器63和变压器62构成紧凑的并且与钳61分离的单元，因为整流器63可能在安装在钳61上之前已经布置在变压器62上变压器62或整流器63如所要求地包括根据本发明的解决方案并且在此借助线连接的以太网连接64通过SERCOSIII协议与熔焊控制装置60连接。无线的解决方案应该同样可设想。所有在图1至6中示出的特征也可以以用于实现替代的实施方式的变型形式被专业人员所综合。替代的实施方式也可以包括附加的在说明书中提及的特征，所述特征在图描述中未被示出或提及。在此示出的应用例不应该限制借助本发明可实现的应用情况。例如根据本发明的功率部件可以集成到极不同的整流器应用和电子电路（半桥、全桥、中间点电路）中。