Силовой полупроводниковый прибор Советский патент 1990 года по МПК H01L23/34 H01L23/36 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в выходных силовых каскадах усилительных и передающих устройств, а также во вторичных источниках питания, в мощных генераторах и инверторах, работающих в непрерывном режиме.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения и расширение эксплуатационных возможностей.

На фиг. 1 изображен силовой полупроводниковый прибор: на фиг. 2 - электрическая схема прибора.

Силовой полупроводниковый прибор содержит корпус, состоящий из крышки 1 и основания 2, проходные изоляторы 3, вывод 4, электрически соединенный с управляющей зоной кристалла 5. Кристалл 5 расположен на прокладке 6 из теплопроводного электроизоляционного материала, закрепленной на внешней торцовой поверхности основания 2. Под кристаллом 5 на внутренней торцовой поверхности основания 2 рас- положена камера 7, заполненная теплоаккумулирующим веществом 8. Тепло- аккумулирующее вещество 8 поджато к дну камеры 7 плунжером 9 через подвижную плату 10, на которой расположены контактные пластины 11, посредством пружины 12. Плата 10 перемещается внутри основания 2

В исходном положении одна часть контактных пластин 11 электрически замыкает между собой соединенные с силовыми зонами кристалла 5 внутренние 13 и внешние 14 жесткие выводы, а другая часть контактных пластин 11 электрически замыкает между собой только внешние жесткие выводы 14. Внутренние жесткие выводы 13 выведены из полости основания 2 внутрь крышки 1 через проходные изоляторы 3 и соединены с силовыми зонами кристалла 5, а внешние жесткие выводы 14 выведены через проходные изоляторы 3 из корпуса прибора. Необходимое усилие для поджатия пружиной 12 плунжера 9 к теплоаккумулирующему веществу 8 обеспечивается завинчивающейся крышкой 15 со шлицем 16. Крышка 15 после регулировки фиксируется герметичным швом 17. Для закрепления силового полупроводникового прибора и обеспечения теплового контакта с теплоотводом боковая поверхность основания 2 снабжена резьбой 18.

Прибор работает следующим образом.

Электропитание подается на кристалл 5 через замкнутые контактными пластинами 11 внешние 14 и внутренние 13 жесткие выводы. Электрический контакт обеспечивается пружиной 12, поджимающей плату 10, на которой расположены контактные пластины 11. При нормальной работе кристалла 5 его температура растет до допустимого предела, передается основанию 2 и теплоаккумулирующему веществу 8, заполняющему замкнутый объем камеры 7. Допустимый предел температуры кристалла 5 выбирается таким, при котором достигается точка плавления теплоаккумулирующего вещества 8, что обеспечивает стабильный отвод гепла от кристалла 5 до момента

0 полного расплавления теплоаккумулирующего вещества 8, которое, расширяясь в камере 7, начинает давить на плунжер 9, взаимодействующий с двигающейся внутри основания 2 платой 10, и, преодолевая дав5 ление пружины 12, перемещает плату 10 с расположенными на ней контактными пластинами 11, разрывая электрическое соединение между внешними 14 и внутренними 13 жесткими выводами. При этом электро0 питание и схема устройства отключаются от кристалла 5, а система контактов сигнал С и резерв Р (фиг. 2) вызывает срабатывание сигнального устройства и переход на работу резерва.

5После отключения электропитания от

кристалла 5 температура на нем снижается, теплоаккумулирующее вещество 8 остывает и сокращается в обьеме. Давление на плунжер 9 прекращается, и под действием пру0 жины 12 подвижная плата 10с контактными пластинами 11 возвращается в исходное положение, что обеспечивает дальнейшую работу силового полупроводникового прибора.

5В качестве теплоаккумулирующего вещества применяются легкоплавкие композиции, а также эвтектические сплавы, точка плавления которых выбирается из необходимых условий работы силового полупро0 водникового прибора.

Замкнутая емкость камеры выбирается,так, чтобы в ней находилась часть нерасплавившегося теплоаккумулирующего вещества при нормальной длительной рабо5 те кристалла. Потребное количество тепло- аккумулирующего вещества в камере находится в прямо пропорциональной зависимости от количества тепла, которое необходимо отвести от кристалла в течение

0 заданного времени.

Температура отключения прибора при аварийной ситуации устанавливается путем выбора состава теплоаккумулирующего вещества с необходимой точкой перехода из

5 одного фазового состояния в другое, время отключения прибора - объемом вещества и силой давления пружины.

Защита кристалла силового полупроводникового прибора от разрушения достигается улучшением эффективности охлаждения за счет распределения тепла по

всей площади основания, при этом площадь контактирования прибора с теплоотводом осуществляется всей боковой поверхностью основания с резьбой. Причем отбор энергии на плавление теплоаккумулирую- щего вещества в замкнутом объеме камеры обеспечивает стабильную температуру кристалла за счет интенсивного отбора тепла от него до момента перехода вещества в фазу расплава.

Расширение эксплуатационных возможностей и повышение КПД устройств, в которых применен силовой полупроводниковый прибор, достигается за счет встроенного в прибор коммутирующего узла, управляемого в зависимости от температуры кристалла посредством расположенной под ним камеры с теплоаккумулирующим веществом, плунжером, подвижной платы с контактами, электрически соединенными с жесткими внешними и внутренними выводами, которые обеспечивают работу самозащиты кристалла от выхода из строя путем отключения в аварийных ситуациях (короткое замыкание, перегрузки ит.п.)от питания и схемы, с одновременным включением цепей сигнализации и резерва. При этом исключается применение специальных электронных и других видов устройств защиты от перегрузок и коротких замыканий в устройствах, где применяется предлагаемый силовой полупроводниковый прибор, что значительно снижает потребление энергии и повышает КПД этих устройств, а также снижает их вес и уменьшает габариты.

Формула изобретения 1. Силовой полупроводниковый прибор, содержащий корпус, выполненный в виде основания и крышки, установленной на основании, размещенную внутри корпуса на основании прокладку из теплопроводного электроизоляционного материала, на которой закреплен кристалл, внешние жесткие выводы, одни концы которых электрически соединены с соответствующими контактными зонами кристалла, а другие выведены

наружу, и внутренние жесткие выводы, электрически соединенные с соответствующими внешними и соответствующими контактными зонами кристалла, отличающийс я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения и расширения эксплу- атационных возможностей, основание выполнено в виде полого цилиндра и снабжено размещенными внутри него камерой с

плунжером, полость которой заполнена теплоаккумулирующим веществом, и подвижным контактным узлом с контактными пластинами, камера закреплена на внутренней торцовой стенке полого цилиндра со

стороны, противоположной размещению кристалла, а подвижный контактный узел установлен на внешней торцовой стенке полого цилиндра с возможностью возвратно- поступательного перемещения вдоль

геометрической оси полого цилиндра, причем электрическое соединение одних внешних жестких выводов с соответствующими контактными зонами кристалла и электрическое соединение внутренних жестких выводов с контактными зонами кристалла выполнено в виде неразъемного соединения, а других внешних жестких выводов с соответствующими контактными зонами кристалла - в виде разъемного соединения

посредством внутренних жестких выводов и контактных пластин подвижного контактного узла, при этом плунжер установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с подвижным контактным узлом с обеспечением контакта его контактных пластин с внутренними жесткими выводами и соответствующими внешними жесткими выводами.

2.Прибор по п. 1, отличающийся тем, что подвижный контактный узел выполнен в виде подпружиненной платы, на одной стороне которой размещены контактные пластины.

3.Прибор по пп. 1 и 2, отличаю- - щ и и с я тем,что на цилиндрической поверхности основания с внешней стороны выполнена резьба.

;/

13

it &-Ч

v

w

M

Фиг. 2

11 P h0

/

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в выходных силовых каскадах усилительных и передающих устройств, а также во вторичных источниках питания, в мощных генераторах и инверторах, работающих в непрерывном режиме. Целью является повышение эффективности охлаждения и расширение эксплуатационных возможностей прибора. Для этого основание 2 выполнено в виде полого цилиндра и размещено в полости цилиндра камеры 7, заполненной теплоаккумулирующим веществом 8, которое поджато к дну камеры плунжером 9 через подвижную плату 10, и прибор снабжен подвижным контактным узлом. Подвижный контактный узел представляет собой подвижную плату 10, на одной стороне которой выполнены контактные пластины 11, имеющие электрическую связь через внутренние 13 и внешние 14 жесткие выводы с силовыми зонами кристалла 5. Устройство обеспечивает высокую эффективность охлаждения и стабильную рабочую температуру кристалла, а также расширение эксплуатационных возможностей и повышение КПД прибора. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.