Полупроводниковое управляемое устройство Советский патент 1988 года по МПК H01L25/02 

ЩУ////// //1 //7/////

У

Фиг.1

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в полупроводниковых преобразователях электрической энергии, пусковых и защитных устройствах, станциях управления электроприводамио

Целью изобретения является повышение надежности устройства в работе путем снижения перегрева светодиодов при одновременном упрощении конструкции силовой части устройства для повышения эксплуатационной готовности, а также улучшение технологичности, улучшение теплоотдачи и снижение экс- плуатационньпс расходов путем уменьшения потребления тока от стабилизированного источника питания

На фиГо изображено полупроводниковое устройство, реализующее встреч- но-параллельное соединение оптотирис- торных выпрямительных элементов; на ,3 и 4 - устройства, содержащие соответственно две, три и одну пару встречно-параллельно включенных опто- тиристорных элементов, вид сверху; на фиг о5 - токовая шина; на фит«6 и 7 - варианты устройства, содержащего две пары оптотирнсторных элементов с генератором импульсов, разме- щенным на изолирующей плате (фигоб) и керамической пластине, пристроенной к основанию (фиг„У), вид сверху (корпус снят); на фиг„8,9 - электрические схемы соединения полупроводни- кового устройства

Устройство содержит металлическое основание I, керамические теплопро- водящие пластины 2, выпрямительные элементы 3 с р-п переходами и свето- чувствительной поверхностью, токовые шины и токовые выводы 5, дополнитсгль- ную изолирующую плату 6 с размещенным на ней генератором 7 импульсов управления с управляющи ми выводами 8, светоизлучающие диоды 9 и направляющие трубки 10, эластичный компаунд II и герметизирующий компаунд 12, корпус 13 с крьппкой 14; на металлическом основании 1 размещены керамические теплопроводящие пластины 2, токоЕ1ые шины 4 с напаянными, например анодами, выпрямительными элементами 3, к светочувствительной поверхности которых с помощью направляющих трубок 10 прикреплены светоизлучаннцие диоды 9, соединенные, например последовательно, между собой и с управляющими выводами 8 генератора 7 им

5

0 5 30

о .с 0

5

пульсов, размещенными на изолирующей плате 6о Токовые шины 4 выполнены, например, в виде скобы с выступом 15, расположенным несимметрично отно сительно оси шины 4, к которому присоединен, например катодом, соседний силовой выпрямительный элемент 3 с образованием встречно-параллель-- но включенных пар управляющих выпрямительных элементов 3,

Генератор 7 импульсов, выполнен-: ный, например, по пленочной технологии на керамической пластине 16, прикреплен к общему металлическому основанию 1 (фиго 7). Генератор импульсов может быть также размещен на изолирующей плате 6, укрепленной на токовых щинах 4, с пазами для токовых 1зыводов 5 о Генератор 7 импульсов и выводы светоизлучающих диодов 9, сое;даненных между собой, например последовательно, соединены с управляющими выводами 8 для подключения к источнику 17 сигнала и источникам ISji 19 питания При этом выходной усилитель 20 генератора 7 импульсов связан через последовательно соединенные светодиоды 9, например, с нестабилизированным источником 19 питания, а входной каскад генератора 21 импульсов подключен к стабилизированному источнику 18 питания и источнику 17 сигнала Возможно подключение генератора 7 импульсов к одному источнику 18 питанияо

Варианты устройства, представленные на фиго 2-4, отличаются числом пар встречно-параллельно включенных фото- тиристорных выпрямительных элементов для подключения нагрузки 22 токовыми выводами 5 к одной, двум или трем фазам сети переменного тока 23о Уст- ройство помещено в корпус 13, например пластмассовый, и загерметизировано компаундом 12

Устройство работает следукяцим образомо

При подаче постоянного электрического сигнала от источника 17 сигнала и напряжения питания от источников 18 и 19 питания на управляющие выводы 8 генератор 7 импульсов, выполненный например, на однопереход- ном транзисторе, вырабатьшает относительно редкие токовые импульсы, протекающие через последовательно соединенные светоизлучающие диоды 9, достаточные для переключения элементов 3 в проводящее состояние в любой момент времени в течение полупериода, когда к фототиристорному элементу приложено напряжение в прямом направлении Например, для подключения фототиристоров на токи до 160 А используются токовые импульсы с параметрами; амплитуда 200 мА, ширина 30 МКС при частоте 3-5 кГцо Так как каждая пара встречно-параллельно включенных элементов 3 подключается вьшодами 5 к одной фазе сети переменого тока 23 и нагрузке 22, то устройство при подаче электрического входного сигнала от источника 17 подключает нагрузку 22 переменного тока к источнику сетевого питания 23 на весь период подачи сигнала

Устройство монтируется на охладитель (непосредственно на механизм) или внутри двигателя, так как токове дущие и выпрямительные элементы 5,4 и 3 устройства изолированы от металл ческого основания 1 и обеспечивают низкое тепловое сопротивление Подключение устройства к сети и нагрузке облегчено односторонним располо- жением токовых и управляющих вьшо- дов, конструкцией сиповых выводов, например под винт, и функциональной законченностью устройства, в котором полностью выполнена коммутация управляющих и силовых элементов, гальванически изолированных один от дру- гого.с помощью оптической связио

ч

Снижение тепловыделений и уменьшение перегрева светоизлучакяцих диодов для повышения надежности его работы при одновременном повышении эксплуатационной готовности достигается вклчением в состав устройства конструктивных элементов, обеспечивающих им

ности и скважности, защита светоизлу- чающих диодов от возможного пробоя при неправильном включении . Зксплу- атационная готовность устройства по- вьшена также за счет конструкции устройства, реализующей в зависимости от варианта одну или несколько пар соединенных встречно-параллельно выпрямительных элементов, обеспечивающих непосредственное подключение нагрузки переменного тока к одной, двум или трем соответственно фазам сети переменного тока. Гальваническая

изоляция от основания и источника управляющих сигналов и герметизация устройства компаундом обеспечивают возможность встраивания устройства внутрь механизма (например, насоса),

монтажа на охладитель или двигатель, повышенную устойчивость к различным внешним воздействиям (тряска, удары, агрессивная среда и т,До).

Упрощение конструкции устройства достигается включением в состав устройства токовой шины только одного типа, выполненной в виде скобы с выступом, расположенным несимметрично относительно оси шины, что обеспечивает возможность встречно-параллельного соединения соседних выпрямительных элементов при их групповом монтаже При этом предложенная унифицированная конструкция силовой шины обеспечивает реализацию симметричного соединения соседних выпрямительных элементов для выполнения полной коммутации силовых элементов Упрощение конструк ции достигается также тем, что общий генератор импульсов подключен своим выходом к выводам последовательно соединенных светоизлуча- ющих диодов Улучшение теплоотдачи.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в полупроводниковых преобразователях электрической энергии, пусковых и защитных устройствах, станциях управления электроприводами Целью изобретения является повьшение надежности устройства в работе путем снижения перегрева светодиодов при одновременном упрощении конструкции силовой части устройства для по- выщения эксплуатационной готовности, а также улучшение технологичности, улучшение теплоотдачи и снижение эксплуатационных расходов за счет уменьшения потребления тока от стаг билизированного источника питания Цель достигается за счет того, что устройство снабжено дополнительной изолирующей платой 6, на которой размещен генератор импульсов управления, выходы которого присоединены к выводам светодиодов 9, а входы - к внешним выводам 8 управления устройства для подключения к источникам питания и входного сигнала, Дпя упрощения конструкции каждая токовая шинл 4, на которой установлен выпрямительный элемент 3, выполнена в виде скобы с выступом, расположенным относительно оси шины, чем обеспечивается встречно-|| параллельное соединение соседних выпрямительных элементов 3 между собой. 3 з„п„ ф-лы, 9 ил о (Л оо со О5 00

пульсное оптическое управление выпря- 45 , частности от генератора импульсов.

мительными элементами при подаче постоянного сигнала управления, что позволяет снизить средний прямой ток потребления через светоизлучающие диоды и их перегрев. При этом уменьшается деградация их светоизлучакнцей способности, а значительный запас по импульсной мощности гарантирует даже при проявлении некоторой деградации светодиодов превьшение порога излучения , необходимого для отпирания силового элемента Одновременно обеспечено ограничение амплитудного значения импульсного тока, его длитель

в том числе от ограничивающего величину тока резистора, достигается его выполнением по пленочной технологии на керамической подложке, прикрепленной к общему металлическому основанию Снижение эксплуатационньпс расходов достигается также за счет уменьшения потребления тока от стабилизи- рованного источника питания, что обеспечивается подключением выходного усилителя генератора импульсов через последовательно соединенные светодио- ды к нестабилизированному источнику питания

51396

Формула изобретения

1, Йолупроводниковое управляемое устройство для преобразования элект- . рической энергиир загерметизированное компаундом, содержащее силовые полупроводниковые элементы, часть которых снабжена светочувствительной поверхностью и оптически связана со свето- ю излучсшицими диодами, прикрепленными, например, с помощью направляющих трубок к светочувствительной по- .верхности, при этом полупроводниковые элементы прикреплены к общему металли- 5 ческому основанию через металлические шины, изолированные теплопроводя- щим слоем от основания и соединяющие каждай силовой элемент с двумя токовыми выводами устройства, а свето- 20 излучающие диоды соединены с управляющими выводами, укрепленными на изолирующей плате, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства путем снижения перегре- 25 ва светодиодов при одновременном упрощении конструкции силовой части устройства для повьппения эксплуатационной готовности, оно дополнительно снабжено дополнительной изолирующей платой, на JQ которой размещен генератор импульсов управления, выводы которого присоединены к выводам последовательно соедд - ненных светодиодов, а входы присоединены к внешним выводам: управления уст- ройства, размещенным на основной изолирующей плате, для подключения к источникам питания и входного сигнала, причем дополнительная изоО б о о

Фиг. 2.

806

лирующая штата с генератором импульсов размещена между металлическими тинами с укрепленными на них токовыми выводами, а каждая токовая шина, к которой прикреплен полупроводниковый элемент, выполнен в виде скобы с выступом, расположенньш несимметрично относительно оси шины, к которому присоединен соседний силовой полупроводниковьй элемент, с образованием встречно-параллельно включенных пар управляемых полупроводниковых элементов

2„ Устройство по По, о т л и ч а ю щ е е .с я тем, что, с целью улучшения технологичности, управляющие вьшоды устройства и генератор импульсов размещены на одной дополнительной изолирующей плате.

3„ Устройство по По1, отличающееся тем, что, с целью улучшения теплоотдачи, генератор импульсов выполнен по пленочной технологии на керамической подложке, прикрепленной к общему основаниюо

4, Устройство по пп,1-3, отличающееся тем, что, с целью снижения эксплуатационных расходов з счет уменьшения потребления тока от стабилизированного источника питания, выходной усилитель генератора импульсов через последовательно сое- диненные светодиоды связан с нестабилизированным источником питания , при этом выходной каскад генератора импульсов Подключен к стабилизированному источнику питания о

,-ф

vy

J.

Фиг.5

,

.

8

о о о

Фаг.3

8

i.

о о о о

)

Фиг.

о о о

V фиг. 6

фиг.7

о

&

18

(риг. 8

A,

/5/r

(i3

i

r

фие.9

H -i5bi

/7

20

21

r/ir

0