Полупроводниковое управляемое устройство

 

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 повыщения 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

СО!03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н О1 1. 25/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 41 041 74/24-07

{ 22) 30. 07. 86 (46) 15.05.88. Бюл. Ф 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промьппленности, сельском хозяйстве и на транспорте

° (72) В.Б.Зильбернштейн, С.С.Рабкин, Н.И.Сидоров, И.М.Горелик, В.А.Гофман и А,И.Губенко (53) 621.314.632 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 983840, кл. Н 01 1 25/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1056319, кл. Н 01 ? 25/02, 1982. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УПРАВЛЯЕМОЕ

УСТРОЙСТВО

{57) Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в полупроводниковых преобразователях электрической энергии, пусковых и защитных устройствах, станциях управления электроприводами.

Целью изобретения является повышение надежности устройства в работе пу„„SU„„1396180 А i тем снижения перегрева светодиодов при одновременном упрощении конструкции силовой части устройства для повышения эксплуатационной готовности, а также улучшение технологичности, улучшение теплоотдачи и снижение эксплуатационных расходов за счет уменьшения потребления тока от ста-. 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 . Я для подключения к источникам питания и входного сигнала, Для упрощения конструкции каждая токовая шина 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. 1;©

3 з.п. ф-лы, 9 ил. С5

1396180

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

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- 15 плуатационных расходов путем уменьшения потребления тока от стабилизированного источника питания.

На фиг.l изображено полупроводниковое устройство, реализующее встреч- 20 но-параллельное соединение оптотиристорных выпрямительных элементов," на фиг.2,3 и 4 — устройства, содержащие соответственно две, три и одну пару встречно-параллельно включенных опто- 25 тиристорных элементов, вид сверху; на фиг.5 — токовая шина; на фиг.6 и 7 — варианты устройства, содержащего две пары оптотиристорных элементов с генератором:импульсов, разме- 30 щенным на изолирующей плате (фиг„6) и керамической пластине, пристроенной к основанию (фиг,7), вид сверху (корпус снят); на фиг.8,9 — электрические схемы соединения полупроводни- 35 кового устройства.

Устройство содержит металлическое основание 1, керамические теплопроводящие пластины 2, выпрямительные элементы 3 с р-и переходами и свето- 40 чувствительной поверхностью, токовые шины и токовые выводы 5, дополнительную изолирующую плату 6 с размещенным на ней генератором 7 импульсов управления с управляющими выводами 8, 45 светоизлучающие диоды 9 и направляющие трубки 10 эластичный компаунд

11 и герметизирующий компаунд 12, корпус 13 с крышкой 14; на металлическом основании 1 размещены керамические теплопроводящие пластины 2, токовые шины 4 с напаянными, например анодами, выпрямительными элементами 3, к светочувствительной поверхности которых с помощью направляющих трубок 10 прикреплены светоизлучающие

55 диоды 9, соединенные, например последовательно, между собой и с управляющими выводами 8 генератора 7 импульсов, размещенными на изолирующей плате 6. 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-параллельно 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 (фиг,7). Генератор импульсов может быть также размещен на изолирующей плате 6, укрепленной на токовых шинах 4, с пазами для токовых выводов 5. Генератор 7 импульсов и выводы светоизлучающих диодов

9, соединенных между собой, например последовательно, соединены с управляющими выводами Я для подключения к источнику 17 сигнала и источни" кам 18„ 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 питания.

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

Устройство работает следующим образом.

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 однопереходном транзисторе, вырабатывает относительно редкие токовые импульсы, протекающие через последовательно соединенные светоизлучающие диоды 9, достаточные для переключения элемен139618

l5

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 воэможность 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. УпрощеI ние конструкции достигается также тем, что общий генератор импульсов подключен своим выходом к выводам последовательно соединенных светоизлучающих диодов. Улучшение теплоотдачи,,в частности от генератора импульсов, в том числе от ограничивающего величину тока резистора, достигается его выполнением по пленочной технологии на керамической подложке, прикрепленной к общему металлическому основанию. Снижение эксплуатационных расходов достигается также sa счет уменьшения потребления тока от стабилизированного источника питания, что обес печивается подключением выходного усилителя генератора импульсов через последовательно соединенные светодиоды к нестабилизированному источнику питания.

30

40 пульсиое оптическое управление выпря- 45 мительными элементами при подаче постоянного сигнала управления, что поздиоды и их перегрев. При этом умень- 50

55 тов 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 кГц. Так как каждая нара встречно-параллельно включенных элементов 3 подключается выводами 5 к одной фазе сети переменного 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 токоведущие и выпрямительные элементы 5,4 и 3 устройства изолированы от металлического основания 1 и обеспечивают низкое тепловое сопротивление. Подключение устройства к сети и нагрузке облегчено односторонним расположением токовых и управляющих выводов, конструкцией силовых выводов, например под винт, и функциональной законченностью устройства, в котором полностью выполнена коммутация управляющих и силовых элементов, гальванически изолированных один от другого с помощью оптической связи, \

Снижение тепповыделений и уменьшение перегрева светоизлучающих диодов для повышения надежности его работы при одновременном повьппении эксплуатационной готовности достигается включением в состав устройства конструктивных элементов, обеспечивающих имволяет снизить средний прямой ток потребления через светоизлучающие шается деградация их светоизлучающей способности, а значительный запас по импульсной мощности гарантирует даже при цроявлении некоторой деградации светодиодов превьппение порога излучения, необходимого для отпирания силового элемента. Одновременно обес» печено ограничение амплитудного значения импульсного тока, его длительО

4 ности и скважности, защита светоизлучающих диодов от возможного пробоя при неправильном включении. эксплуатационная готовность устройства повьппена 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, повьнпенную устойчивость к различным внешним воздействиям (тряска, удары, агрессивная среда и т.д.) °

1396180

OChOO

Формула изобретения

1 . Йолупроводниконое управляемое устройство для преобразования электрической энергии, загерметизированное компаундом, содержащее силовые полупроводниковые элементы, часть которых снабжена светочувствительной поверхностью и оптически связана со свето- 10 излучающими диодами, прикрепленными, например, с помощью направляющих трубок к светочувствительной поверхности, при этом полупроводниковые элементы прикреплены к общему металли.15 ческому основанию через металлические шины, изолированные теплопроводящим слоем от основания и соединяющие каждый силовой элемент с двумя токовыми выводами устройства, а светоизлучающие диоды соединены с управляющими выводами, укрепленными на изоли рующей плате, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства путем снижения перегре- 2g ва светодиодов при одновременном упрощении конструкции силовой части устройства для повышения эксплуатационной готовности, оно дополнительно снабжено дополнительной изолирующей платой, на ур которой размещен генератор импульсов управления, выводы которого присоединены к выводам последовательно соеди- ненных светодиодов, а входы присоединены к внешним выводам управления уст. ройства, размещенным на основной

35 изолирующей плате, для подключения к источникам питания и входного сигнала, причем дополнительная изолирующая плата с генератором импульсов размещена между металлическими шинами с укрепленными на них токовыми вынодами, а каждая токовая шина, к которой прикреплен полупроводниковый элемент, выполнен в виде скобы с выступом, расположенным несимметрично относительно оси шины, к которому присоединен соседний силовой полупроводниковый элемент, с образованием встречно-параллельно включенных пар управляемых полупроводниковых элементов.

2. Устройство по п.1„о т л и ч аю щ е е с я тем,.что, с целью улучшения технологичности, управляющие выводы устройства и генератор импульсов размещены на одной дополнительной изолирующей плате.

3. Устройство по п.1, о .т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения теплоотдачи, генератор импульсов выполнен по пленочной технологии на кераМической подложке, прикрепленной к общему основанию.

4. Устройство по пп.1-3, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения эксплуатационных расходов за 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.

l396I80 фиР7

1396180

Рие3

Составитель О.Наказная

Редактор А.Маковская Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимияинец

Заказ 2499/52

Тираж 746

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4