Многофункциональный высоковольтный модуль
MULTIFUNCTIONAL HIGH-VOLTAGE MODULE

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при конструировании высоковольтных источников питания, с обеспечением электропрочности в широком диапазоне климатических воздействий, а также жесткости конструкции в целом при механических воздействиях в широком диапазоне.
Известен высоковольтный импульсный конденсатор (Авторское свидетельство №383099, МПК: Н01G 1/14, опубликовано 23.05.1973), содержащий пакет последовательно соединенных секций, крышку, выводы, изолирующий барьер и прокладки. При этом изолирующий барьер выполнен в виде плоской перегородки, во внутренней полости которой размещены прокладки секций конденсатора.
Известен высоковольтный конденсатор (Патент РФ №2117350, МПК: Н01G 4/32, опубликован 10.08.1998), содержащий металлизированную ленту диэлектрика, две фольговые ленты (обкладки), образующие торцевые контакты, а также, по меньшей мере, две ленты неметаллизированного диэлектрика. Пространство между фольговыми лентами заполнено диэлектрической лентой, при этом толщина каждой фольговой ленты равна толщине диэлектрической ленты, заполняющей пространство между ними.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является высоковольтный конденсатор (Патент на полезную модель RU №194681, МПК: Н01G 4/00; Н05К 1/04, опубликован в 2019 г.), содержащий металлизированные слои и межслойный диэлектрик, выполненный на основе многослойной печатной платы. При этом металлизированные слои соединены через один при помощи металлизированных сквозных переходных отверстий, кроме того он дополнительно содержит металлизированные сквозные монтажно-коммутационные отверстия, расположенные в занижениях и соединенные каждое со своими металлизированными слоями.
Техническая проблема, решаемая созданием данного изобретения, заключается в ограниченных функциональных и технических возможностях использования указанных выше высоковольтных конденсаторов, а именно в невозможности их использования в качестве многофункциональных устройств радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) для обеспечения решения широкого круга задач.
Кроме этого указанные высоковольтные конденсаторы имеют недостаточную электропрочность в широком диапазоне климатических воздействий, а также жесткость конструкции в целом при механических воздействиях в широком диапазоне.
Технический результат заявляемого технического решения направлен на создание многофункционального высоковольтного модуля с расширенными функциями и техническими возможностями его использования для решения широкого круга задач как многофункционального устройства РЭА, обеспечивающего повышение компактности РЭА (размещение в ограниченным объеме), электропрочности в широком диапазоне климатических воздействий, а также жесткости конструкции в целом при механических воздействиях в широком диапазоне.
Технический результат достигается тем, что многофункциональный высоковольтный модуль выполнен на основе многослойной печатной платы, содержащей металлизированные слои и межслойный диэлектрик, при этом металлизированные слои соединены через один при помощи металлизированных сквозных переходных отверстий. Кроме того многослойная печатная плата имеет металлизированные сквозные монтажно-коммутационные отверстия, каждое из которых соединено со своими металлизированными слоями. При этом он отличается от прототипа тем, что с одной из сторон во внешней поверхности многослойной печатной платы выполнен, по крайней мере, один паз, в котором размещено и зафиксировано один или несколько высоковольтных кабелей, жилы которых распаяны в металлизированные сквозные монтажно-коммутационные отверстия. Кроме этого он дополнительно содержит электронные компоненты, размещенные на внешней поверхности многослойной печатной платы с одной или с обеих ее сторон. Причем высоковольтные кабели и электронные компоненты размещены в слое теплопроводящего полимерного материала.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - общий вид многофункционального высоковольтного модуля;
Фиг. 2 - вид А фиг. 1;
Фиг. 3 - общий вид многослойной печатной платы;
Фиг. 4 - вид Б фиг. 3;
Фиг. 5 - вид В фиг. 3;
Фиг. 6 - сечение Г-Г фиг. 3;
Фиг. 7 - общий вид многослойной печатной платы с кабелями (электронные компоненты условно не показаны).
Многофункциональный высоковольтный модуль выполнен на основе многослойной печатной платы 1 (фиг. 1-7), содержащей металлизированные слои (обкладки) 2 (фиг. 6) и межслойный диэлектрик 3 (фиг. 6). При этом многослойная печатная плата 1 имеет металлизированные сквозные переходные 4 (фиг. 6) и монтажно-коммутационные отверстия 5 (фиг. 3, 7) с распаянными в них высоковольтными кабелями 6, 7 (фиг. 1, 2, 7), а также содержит электронные компоненты 8 (фиг. 1, 2), размещенные на внешней поверхности с одной или с обеих ее сторон, например, на поверхности 9 и поверхности 10 (фиг. 1, 3, 4, 5), в слое теплопроводящего полимерного материала 11 (фиг. 1, 2).
Металлизированные слои 2 и межслойный диэлектрик 3 размещены по принципу построения многослойной печатной платы (несколько металлизированных слоев с диэлектриком между ними). Причем металлизированные слои 2 соединены через один с помощью металлизированных сквозных переходных отверстий 4, предназначенных для параллельного соединения через один металлизированных слоев 2 любого количества для получения необходимой величины емкости и шага номинальных напряжений. При этом необходимое номинальное напряжение при изготовлении многофункционального высоковольтного модуля достигается изменением толщины применяемого в нем межслойного диэлектрика 3 - стеклотекстолита.
С одной из сторон многослойной печатной платы 1 во внешней поверхности выполнен, по крайней мере, один паз для размещения высоковольтных кабелей. Например, в поверхности 9 многослойной печатной платы 1 может быть выполнено два паза 12, 13 (фиг. 3, 4, 5) П-образной формы в плане шириной L, L1 (фиг. 3), длиной  (фиг. 3) и глубиной Н, H1 (фиг. 4, 5) соответственно. В каждом из пазов 12, 13 размещено и зафиксировано один или несколько высоковольтных кабелей 6, 7 (фиг. 7), жилы которых распаяны в металлизированные сквозные монтажно-коммутационные отверстия 5, каждое из которых соединено со своими металлизированными слоями 2 многослойной печатной платы 1.
Высоковольтные кабели 6, 7 в пазах 12, 13 дополнительно зафиксированы нитяным бандажом 14 (фиг. 7) и также покрыты слоем теплопроводящего полимерного материала 11 (фиг. 1, 2).
Такое размещение высоковольтных кабелей 6, 7 обусловлено надежностью их крепления, а также конструктивной компактностью с обеспечением размещения многофункционального высоковольтного модуля в ограниченном объеме.
Глубина Н, H1 (фиг. 4, 5), длина  (фиг. 3) пазов 12, 13 и наибольший диаметр D, D1 (фиг. 2, 7) изоляции размещаемых в пазах 12, 13 высоковольтных кабелей 6, 7 находятся в следующей зависимости:
где Н, H1 - глубина пазов;
D, D1 - наибольшие диаметры изоляции кабелей;
- длина пазов.
Причем ширина L, L1 (фиг. 3) пазов 12, 13 равна наибольшему диаметру изоляции кабеля (в случае размещения в пазу одного высоковольтного кабеля) или сумме наибольших диаметров изоляции кабелей (в случае размещения в пазу нескольких высоковольтных кабелей).
Ширина L, L1 (фиг. 3), глубина Н, H1 (фиг. 4, 5) и длина  (фиг. 3) пазов 12, 13 определяются эмпирическим путем и обусловлены конструктивной компактностью.
Примером многофункционального высоковольтного модуля может являться электронный узел, представляющий собой многофункциональное устройство РЭА с эффективным использованием в своем составе многослойной печатной платы 1 (фиг. 1-7) для получения необходимой величины емкости. На внешней поверхности многослойной печатной платы 1 размещены электронные компоненты 8 (фиг. 1, 2), а также выполнены пазы 12 и 13 (фиг. 3, 4, 5), в которых размещены и зафиксированы высоковольтные кабели 6 и 7 (фиг. 1, 2, 7).
Высоковольтные кабели 6, 7 и электронные компоненты 8, размещенные с обеих сторон многослойной печатной платы 1 на поверхностях 9, 10 (фиг. 1), покрыты слоем теплопроводящего полимерного материала 11 (фиг. 1, 2), например, теплопроводящим компаундом, что обеспечивает высокую электропрочность многофункционального высоковольтного модуля в широком диапазоне климатических воздействий, а также жесткость конструкции в целом при механических воздействиях в широком диапазоне.
Крепление многофункционального высоковольтного модуля при его установке в аппаратуре применения может иметь различные варианты, например, посредством монтажных отверстий 15 (фиг. 2), которые показаны условно, так как их местоположение и количество будет определяться размерами и конфигурацией конкретного многофункционального высоковольтного модуля.
Изделие в целом обусловлено конструктивной компактностью, создает законченность технического решения - многофункционального высоковольтного модуля, обеспечивая его размещение в ограниченным объеме РЭА, что повышает компактность РЭА в целом, с возможным применением, например, в ударных беспилотных летательных аппаратах.