СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ БЛОК

Силовой полупроводниковый блок
Полезная модель относится к силовой полупроводниковой технике и может быть использована при создании новых полупроводниковых приборов силовой полупроводниковой электроники.
Известны конструкции полупроводниковых блоков, состоящие их охладителя, выполняющего функции токопровода и теплоотвода, полупроводниковых приборов, запрессованных в охладитель, электрических проводников, служащих для
соединения полупроводниковых приборов между собой и присоединения их к
электрической схеме устройства ( патенты США № 3 831 062,4 305 088,
Общим недостатком известных конструкций является то, что в каждом плече выпрямительного устройства применен один полупроводниковой прибор, что не позволяет использовать блок на токи, значение которых превышает нагрузочную способность одного полупроводникового прибора. Кроме того, в патентах качестве охладителя используется металлическое тело без ребер, которое из-за ограниченной поверхности теплоотвода не обеспе нивает требуемого отвода тепла от полупроводниковых приборов. Это приводит к необходимости снижать ток нагрузки полупроводникового прибора или увеличивать количество плоских охладителей. В последнем случае возрастают габаритные размеры выпрямительного устройства.
Признаки аналогов по патентам патенты США № 3 831 062, 4 305 088, 5 473 208, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются следующими, наличие:
а охладителя,i
d полупроводниковых приборов, а токовводов.
Причины, препятствую1цие получению требуемых технических решений в аналогах, являются следующими:
а в качестве охладителей использованы металлические тела без ребер, которые из-за ограниченной поверхности теплоотвода не обеспечивают
требуемого отвода тепла от полупроводниковых приборов,
а В каждом плече выпрямительного устройства применен один полупроводниковой прибор, что не позволяет использовать блок на токи, значение которых превышает нагрузочную способность одного полупроводникового прибора.
За прототип принята конструкция полупроводникового блока, состоящая из оребренного охладителя, являющегося электропроводящей частью выпрямителя, полупроводниковых приборов, установленных в углубление плоской части охладителя, токовводов, предназначен1т1ых для соединения полупроводниковых приборов с электрической схемой ( патент США № 5 206 793).
Причины, препятствующие получению требуемых технических решений в прототипе, являются следующими:
/fi f/x ;
Q В каждом плече выпрямительного устройства применен один полупроводниковой прибор, что не позволяет использовать блок на токи, значение которых превышает нагрузочную способность одного полупроводникового прибора,
а конструкция блока является неремонтопригодной, так как в ней использованы бескорпусные полупроводниковые приборы, загерметизированные в теле охладителя.
Задача, на которую направлена заявляемая полезная модель, состоит в том, чтобы устранить указанные недостатки и создать полезную модель, обеспечивающую:
а улучшенные эксплуатационные харакгерисгики полупроводникового блока,
а снижение теплового сопротивления и увеличение тока нафузки
преобразовательного устройсгва, а ремонтопригодность блока как в процессе его изготовления, так и во время
эксплуатации.
Сущность предлагаемых технических решений состоит в том, что полупроводниковые приборы помещаются в сквозные отверстия в плоской части оребренного охладителя, например, с помощью запрессовки , при этом донышко корпуса прибора находится в непосредственном контакте с ребром охладителя, площадь контакта составляет не менее 20 процентов площади донышка корпуса прибора. В плоской части оребренного охладителя имеются сквозные каналы для подвода воздуха в межреберное пространство со стороны плоской части. Кроме того, в ребрах охладителя изготовлены каналы для вентиляции межреберного пространства.
I
Размещение полупроводниковых приборов непосредственно на ребра охладителя и наличие в нем дополнителшых каналов позволяет более эффективно отводить тепло от полупроводниковых приборов, что увеличивает нагрузочные характеристики полупроводникового блока.
Общими признаками заявляемого технического решения и известного являются наличие:
Q оребренного охладителя,
Q полупроводниковых приборов,
а токовводов.
Отличительными признаками являются:
а размещение полупроводниковых приборов в полостях плоской части оребренного охладителя на глубину, превышающую толщину плоской части охладителя и позволяющую контактировать донышку корпуса прибора с ребром охладителя, причем площадь контакта должна составлять не менее 20 процентов площади донышка.
Q наличие каналов в плоской части охладителя и его ребрах.
Авторы считают, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «существенного отличия, так как технические решения, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, им неизвестны.
На фиг. 1 представлен общий вид одной из возможных конструкций силового полупроводникового блока в аксонометрии. На фиг. 2 представлен общий вид
полупроводникового прибора в аксонометрии. На фиг. 3. приведена электрическая схема полупроводникового блока. На фиг, 4. представлен разрез оребренного охладителя полупроводникового блока в аксонометрии. На фиг. 5 представлен в аксонометрии общий вид отверстия, в котором установлен полупроводниковый прибор. На фиг.6 представлен общий вид силового полупроводникового блока с отверстиями, выполняющими роль дополнительных каналов.
Полупроводниковый блок, изображенный на фиг. 1, состоит из охладителя 1,
токовводов 9, 10, 11, 13. В охладителе вдоль его ребер изготовлены сквозные
отверстия 8 с запрессованными в них полупроводниковыми приборами 2, конструкция которых изображена на фиг. 2 .
В качестве полупроводникового прибора на фиг. 2 показан диод, который состоит из корпуса 3, вывода 4 и изолятора 5. Анодом 6 диода является корпус 3, а катодом
7является вывод 4. Вместо диода можно применить другой тип полупроводникового прибора, например, тиристор.
8конструкции полупроводникового блока, изображенного на фиг. 1, применено 18 полупроводниковых приборов, которые разделены на три группы I, II и III. Каждая
группа состоит из шести приборов, выводы которых соединены между собой токовводами 9, 10 и 11 , например, пайкой выводов 4 через отверстия 12. Электрическая схема блока изображена на фиг. 3, где диодами 14, 15,16 схематически изображены три группы I, II и III параллельно соединенных полупроводниковых приборов, перемычкой 17 является охладитель 1, проводниками 19,20 и 21 являются токовводы 9, 10 и 11, электродом 18 является токоввод 13.
1 При параллельно соединении полупроводниковых приборов исключительно важно
обеспечить одинаковую температуру полупроводниковых приборов. В предложенной конструкции силового полупроводникового блока применены следующие технические решения:
о обеспечен интенсивный отвода тепла от полупроводниковых приборов, с этой целью они размещены непосредственно на ребрах охладителя,
о для выравнивания температур полупроводниковых приборов в плоской части охладителя между полупроводниковыми приборами изготовлены сквозные каналы для подвода воздуха в межреберное пространство со стороны плоской части , кроме того в ребрах охладителя изготовлены каналы для вентиляции межреберного пространства.
На фиг. 4 показана разрез отверстия 8, в которое запрессован полупроводниковый прибор ( токоввод 9 силового полупроводникового блока не показан).
На фиг. 5 приведено изображение отверстия 8 в увеличенном масштабе, где приняты следующие обозначения W - глубина отверстия, h - толщина плоской части охладителя.
Глубина отверстия должна быть больше толщины плоской части охладителя. Донышко полупроводниковых приборов контактирует в области 25 с основанием ребра 24 охладителя. Площадь области контакта 25 составляет не менее 20 % площади доныщка полупроводникового прибора.
Область 26 отверстия 8 является открытой, через нее отверстие 8 сообщается с межреберным пространством охладителя. У отверстия 8 область 26 может состоять из двух частей, каждая из которых расположена с противоположных сторон ребра.
6
Наличие областей 26 позволяет осуществлять ремонт силового полупроводникового
блока как в процессе его производства, так и во время эксплуатации.
Для улучшения вентиляции межреберного пространства и выравнивания теплового
сопротивления силового полупроводникового блока при его горизонтальном и
вертикальном положении в ребрах изготовлены каналы 22 и 23. Эти каналы могут иметь различную форму в зависимости от способа их изготовления. На фиг1 и фиг. 4 каналами являются канавки 23, изготовленные между полупроводниковыми приборами. Глубина канавок 23 должна превышать толщину плоской части охладителя для сообщения с межреберным пространством. Канавки 22 изготовлены , в направлении центральной оси полупроводникового прибора( фиг.2 ). На фиг.6 показан силовой полупроводниковый блок, в котором дополнительные каналы изготовлены в форме сквозных отверстий ,27 и 28.
Таким образом, предлагаемая конструкция силового полупроводникового блока имеет следующие преимущества перед известной конструкцией:
о обеспечена хорошая вентиляция межреберного пространства и выровнена температура полупроводниковых приборов,
о обеспечен интенсивный отвод тепла от полупроводникового прибора за счет его расположения непосредственно на ребре охладителя и изготовления каналов в плоской части и ребрах охладителя,
о снижено значение теплового сопротивления силового полупроводникового блока, что позволяет увеличить значение выпрямленного тока, снизить массо - габаритные показатели, повысить надежность конструкции силового полупроводникового блока.
о обеспечено одинаковое значение теплового сопротивления силового полупроводникового блока при его вертикальном и горизонтальном положении в пространстве,
о обеспечена возможность ремонта силового полупроводникового блока как в производстве, так и вовремя его эксплуатации.
Перечисленные преимущества позволяютрасширить эксплуатационные возможности преобразовательного устройства, в котором применена предложена конструкция
силового полупроводникового блока.