ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к области силовой электроники и может быть использована в рентгеновской, лазерной и другой высоковольтной аппаратуре.
Известна конструкция высоковольтных диодов типа ДВЛ [1], состоящая из корпуса, выполненного в виде трубки из изоляционного материала типа керамики или пластмассы. Внутри трубки размещается полупроводниковая сборка, состоящая из отдельных выпрямительных элементов соединенных последовательно в вертикальную стопку.
Перед сборкой каждый элемент напаивается на металлическую подложку, которая используется в качестве теплоотвода и центрации выпрямительного элемента в сборке относительно оси с помощью 3-х направляющих, выполненных из гетинакса. Кроме того, каждый выпрямительный элемент электрически изолирован от ближайшей подложки с помощью фторопластовой трубки и слюдяной прокладки. К крайним выпрямительным элементам припаяны анодный и катодный внешние вывода. Трубка заполняется трансформаторным маслом или элегазом.
Данная конструкция имеет один серьезный недостаток. Ввиду плохого отвода тепла от выпрямительных элементов через боковую поверхность, приборы работают при небольших токах, причем обязательным условием при эксплуатации является погружение прибора в трансформаторное масло или в полиметилсилоксановую жидкость с электрической прочностью не менее 15 кВ/мм. И даже в этих условиях прямой средний ток не должен превышать 0,4 А.
Высоковольтные диодные столбы аналогичной конструкции выпускают и другие фирмы, например, «Semikron» [2].
Целью технического решения является упрощение конструкции и условий эксплуатации при одновременном повышении технических параметров модуля.
Это достигается за счет того, что высоковольтный выпрямительный модуль состоит из корпуса, выполненного из диэлектрического материала с внешними анодным и катодным выводами. В корпусе размещена сборка полупроводниковых элементов соединенных электрически в последовательную цепь, причем сборка размещена на диэлектрической плоской пластине, имеющей на одной стороне отдельные изолированные металлизированные участки на которых закреплены выпрямительные элементы, соединенные последовательно с помощью перемычек.
В случае, когда требуются модули с минимальными габаритными размерами, тогда уменьшают расстояние между выпрямительными элементами, но при этом корпус заливают гелеобразным диэлектрическим материалом или эпоксидной смолой.
На рис.1, показан модуль без крышки, на рис.2 показан модуль в разрезе.
Пример конкретного исполнения рассмотрим на конструкции модуля предназначенного на 17 кВ.
Высоковольтный выпрямительный модуль состоит из корпуса 1, выполненного из диэлектрического материала, например, высокотемпературной пластмассы, в котором закреплена пластина 2 из диэлектрического теплопроводного материала, например, из оксидной или нитридной керамики.
На пластине имеются металлизированные изолированные участки 3, расположенные на расстоянии 5 мм друг от друга, на которые напаяны выпрямительные элементы 4, имеющие обратное напряжение 2,0 кВ с лавинной характеристикой. Каждый выпрямительный элемент соединен с соседним металлизированным участком с помощью металлической перемычки 5. Кроме того, анодный внешний вывод 6 припаян к металлизированному участку начала электрической цепи, а катодный
внешний вывод 7 припаян к выпрямительному элементу конца электрической цепи.
Все соединения осуществляются за одну термообработку в специальном кондукторе. В качестве припоя используется ПОС-61.
Для улучшения диэлектрических свойств внутри корпуса модуля его заливают гелеобразным диэлектрическим веществом 8 или эпоксидной смолой.
Данная конструкция модуля имеет гораздо лучший отвод тепла от выпрямительных элементов с помощью теплопроводящей изолирующей пластины, что позволяет эксплуатировать его на воздухе при нормальных условиях, с увеличением рабочего тока в пять раз по сравнению с аналогом.
Кроме того, максимально допустимая температура выпрямительного элемента повышается со 125°С до 150°С. Соединяя последовательно два или три подобных модуля можно создать прибор в одном корпусе на обратные напряжения до 50 кВ и более.
Источники информации.
[1]. Диоды высоковольтные лавинные.
Технические условия КИАФ.432 312. 016 ТУ.
Производитель ЗАО «Силовая модульная Электроника» г.Москва.
[2] Каталог фирмы Semikron (innoration + serrise) Силовые полупроводники 90; 1990 г стр.В10-5.