Полупроводниковое управляемое устройство

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1396 4 Н О 1 1 25/02 ТЕ седних выпжду собой. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электро- приводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте(56) Авторское свидетельство СССР В 983840, кл. Н 01 Ь 25/02, 1981,Авторское свидетельство СССР В 1056319, кл. Н 01 1 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 путем снижения перегрева светодиодовпри одновременном упрощении конструкции силовой части устройства для повышения эксплуатационной готовности,а также улучшение технологичности,улучшение теплоотдачи и снижениеэксплуатационных расходов за счетуменьшения потребления тока от ста-.билизированного источника питания.Цель достигается за счет того, чтоустройство снабжено дополнительнойизолирующей 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 питанияи входного сигнала, Для упрощенияконструкции каждая токовая шина 4,на которой установлен выпрямительный элемент 3, выполнена в виде скобы свыступом, расположенным относительнооси шины, чем обеспечивается встречно+айсо параллельное соединение рямительных элементов 3 м 3 з.п. ф-лы, 9 ил.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 10 при одновременном упрощении конструкции силовой части устройства для повышения эксплуатационной готовности, а также улучшение технологичности, улучшение теплоотдачи и снижение экс плуатационных расходов путем уменьшения потребления тока от стабилизированного источника питания.На фиг.1 изображено полупроводниковое устройство, реализующее встреч но-параллельное соединение оптотиристорных выпрямительных элементов," на фиг.2,3 и 4 - устройства, содержащие соответственно две, три и одну пару встречно-параллельно включенных опто тиристорных элементов, вид сверху; на фиг.5 - токовая шина; на фиг.б и 7 - варианты устройства, содержащего две пары оптотиристорных элементов с генератором импульсов, разме щенным на изолирующей плате (фигб) и керамической пластине, пристроенной к основанию (фиг,7), вид сверху (корпус снят); на фиг,8,9 - электрические схемы соединения полупроводни кового устройства.Устройство содержит металлическое основание 1, керамические теплопроводящие пластины 2, выпрямительные элементы 3 с р-и переходами и свето чувствительной поверхностью, токовые шины и токовые выводы 5, дополнительную изолирующую плату 6 с размещенным на ней генератором 7 импульсов управления с управляющими выводами 8, светоизлучающие диоды 9 и направляющие трубки 1 О, 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 светоизлучающие55 диоды 9, соединенные, например нос". ледовательно, 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 б, 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 импуль" сов 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, Уст" ройство 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 генераторимпульсов, выполненный например, на однопереходном транзисторе, вырабатывает относительно редкие токовые импульсы, протекающие через последовательно соединенные светоизлучающие диоды 9, достаточные для переключения элемен139618 1 О 5 20 тов 3 в проводящее состояние в любой момент времени в течение полупериода, когда к фототиристорномуэлементу приложено напряжение в прямом направлении. Например, для подключения фототиристоров на токи до160 А используются токовые импульсыс параметрами; амплитуда 200 мА, ширина 30 мкс при частоте 3-5 кГц. Так как каждая ара встречно-параллельновключенных элементов 3 подключаетсявыводами 5 к одной фазе сети перемен" ного 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 охлади- тель (непосредственно на механизм) или внутри двигателя, так как токоведущие и выпрямительные элементы 5,4 и 3 устройства изолированы от металли 04ности 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, повышенную устойчивость к различным внешним воздействиям (тряска, удары, агрессивная среда и т.д.)25 35 ЗО ао пульсиое оптическое управление выпря- а 5мительными элементами при подаче постоянного сигнала управления, что поздиоды и их перегрев. При этом умень О ческого основания 1 и обеспечиваютнизкое тепловое сопротивление. Подключение устройства к сети и нагрузке облегчено односторонним расположением токовых и управляющих выводов, конструкцией силовых выводов,например под винт, и функциональнойзаконченностью устройства, в которомполностью выполнена коммутация управляющих и силовых элементов, гальванически изолированных один от другого с помощью оптической связи,Снижение тепповыделений и уменьшение перегрева светоизлучающих диодов для повьнпения надежности его работыпри одновременном повьппении эксплуатационной готовности достигается включением в состав устройства конструктивных элементов, обеспечивающих им" воляет снизить средний прямой токпотребления через светоизлучающие шается деградация их светоизлучающей способности, а значительный запас поимпульсной мощности гарантирует дажепри цроявлении некоторой деградациисветодиодов превьппение порога излучения, необходимого для отпираниясилового элемента. Одновременно обеспечено ограничение амплитудного значения импульсного тока, его длительУпрощение 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. Упроще 1ние 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, прикреплен" ной к общему металлическому основанию. Снижение эксплуатационных расходов достигается также за счет уменьшения потребления тока от стабилизированного источника питания, что обес печивается подключением выходного усилителя генератора импульсов черезпоследовательно соединенные светодиоды к нестабилизированному источнику питания.Формула изобретения 1. Йолупроводниковое управляемое устройство для преобразования электрической энергии, загерметизированное компаундом, содержащее силовые полупроводниковые элементы, часть которых снабжена светочувствительной поверхностью и оптически связана со свето О 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 свето излучающие 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 ва светодиодов при одновременном упрощении конструкции силовой части устройства для повышения эксплуатационной готовности, оно дополнительно снабжено дополнительной изолирующей платой, на О 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 основной35 изолирующей плате, для подключенияк источникам питания и входногосигнала, причем дополнительная изолирующая плата с генератором импульсов размещена между металлическими шинами с укрепленными на них токовыми выводами, а каждая токовая шина, к которой прикреплен полупроводниковый элемент, выполнен в виде скобы с выступом, расположенным несимметрично относительно оси шины, ккоторому присоединен соседний силовой полупроводниковый элемент, собразованием встречно-параллельновключенных 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, управляющиевыводы устройства и генератор импульсов размещены на одной дополнительной изолирующей плате,3. Устройство по п,1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюулучшения теплоотдачи, генераторимпульсов 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 цельюснижения эксплуатационных расходов засчет уменьшения потребления тока отстабилизированного источника питания, выходной усилитель генератораимпульсов через последовательно сое диненные светодиоды связан с нестабилизированным источником питанияпри этом выходной каскад генератораимпульсов подключен к стабилизированному источнику питания.1396180 фоР Составитель О.НаказнаяРедактор А.Маковская Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимищине Заказ 2499/ Подписи ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раудская наб д, оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Уж л. Проектна