Полупроводниковое устройство

Область применения: силовая электроника, рентгеновская, лазерная и другая высоковольтная аппаратура. Техническим результатом полезной модели является упрощение условий эксплуатации и расширение функциональных возможностей устройства. Это достигается за счет того, что полупроводниковое устройство состоит, как минимум, из двух модулей, электрически соединенных между собой. Каждый модуль содержит полупроводниковый элемент, расположенный на основании со шпилькой. К полупроводниковому элементу припаяна металлическая мембрана тарельчатой формы, к которой припаяна металлическая втулка с резьбовым отверстием. Соединение модулей осуществляется путем ввертывания шпильки второго модуля во втулку первого модуля. Данная конструкция позволяет за счет использования выпрямительных элементов разной полярности и закрепления силовых выводов между модулями реализовать различные электрические схемы такие как, полумост, одно- и трехфазная мостовые схемы, трехфазная схема со средней точкой, шестифазная схема.

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 размещаются несколько модулей, каждый из которых состоит из основания, выполненного в виде треугольной металлической пластины с отверстиями по углам, через которые пропущены стержни из гетинакса, обеспечивающие фиксацию и центрацию модулей. На основание напаян полупроводниковый выпрямительный элемент, на который надета фторопластовая трубка, служащая изолятором и ограничителем для заливаемого компаунда. К выпрямительному элементу припаян гибкий силовой вывод, с помощью которого данный модуль соединен, с основанием следующего модуля методом пайки. Трубка заполняется трансформаторным маслом или эле газом под давлением 3,5 ат.

Одним из недостатков данного устройства является то, что его эксплуатация возможна лишь в рабочей среде, состоящей из трансформаторного масла с электрической прочностью не менее 15 кВ/мм или из полиметилсилоксановой жидкости. Кроме того, данная конструкция не ремонтоспособна и имеет возможность реализации лишь одной схемы выпрямителя.

Целью полезной модели является упрощение условий эксплуатации и расширение функциональных возможностей устройства.

Это достигается за счет того, что устройство состоит как минимум из двух модулей, имеющих полупроводниковые элементы,

например, в виде диодных структур. Причем каждый модуль выполнен из основания со шпилькой с одной стороны. С другой стороны, на основание напаяны последовательно полупроводниковый элемент, к которому в свою очередь припаяна металлическая мембрана, тарельчатой формы, к которой припаяна металлическая втулка с внутренним резьбовым отверстием. Следующий модуль имеет такую же конструкцию и соединен с первым модулем путем ввертывания шпильки во втулку первого модуля.

Данное устройство может состоять из любого количества модулей в зависимости от требуемых значений блокирующего напряжения и электрической схемы.

Эксплуатация устройства осуществляется при нормальных условиях окружающей среды.

Данная конструкция имеет расширенные дополнительные функциональные возможности. Если в устройстве, состоящем, например из 6 модулей одной полярности, разместить между третьим и четвертым модулем силовой вывод в виде металлической пластины, то получим устройство, именуемой как полумост многофазной мостовой схемы выпрямителя. В случае, если в этом же устройстве первые три модуля будут прямой полярности, а следующие три - обратной полярности, то получим однофазный выпрямитель со средней точкой.

С помощью предлагаемой конструкции реализуется ряд схем выпрямителя: одно и трехфазная мостовые схемы, трехфазная схема со средней точкой, шестифазная схема.

С целью увеличения выпрямленного тока между каждым модулем устройства достаточно разместить медные или алюминиевые пластины охладителя.

В конструкции прототипа это в принципе сделать нельзя.

Кроме того, предлагаемая конструкция устройства является ремонтоспособной. Если по какой-то причине один из модулей выйдет из строя, например, произойдет пробой полупроводникового выпрямительного элемента, то в целом устройство остается работоспособным, но его надежность будет снижена. В предлагаемой конструкции для замены пробитого модуля необходимо лишь развинтить сборку и заменить модуль, и снова собрать сборку.

На Фиг.1 показано устройство в разрезе, состоящее из двух модулей.

На Фиг.2. показано устройство, собранное по схеме полумоста, состоящее из шести модулей.

Пример конкретного исполнения рассмотрим на конструкции устройства, состоящем из двух модулей. Каждый модуль состоит из основания 1 Фиг.1 со шпилькой 2 с одной стороны, являющейся одновременно и силовым выводом. С другой стороны на основании напаян полупроводниковый выпрямительный элемент 3 с напряжением 1500В, к которому припаяна металлическая мембрана тарельчатой формы 4, к которой, в свою очередь, припаяна металлическая втулка 5 с резьбовым отверстием. Шпилька второго модуля ввернута во втулку первого модуля. Во втулку второго модуля ввернута металлическая шпилька 6, являющаяся вторым силовым выводом.

В случае если необходимо высоковольтное устройство по схеме полумоста, тогда в средней части зажимается дополнительный вывод 7 Фиг.2 в виде металлической пластины.

Для случая, когда половина модулей имеет выпрямительные элементы одной полярности, а вторая половина обратной реализуются схемы однофазного выпрямителя со средней точкой Фиг.2а и Фиг.2б.

Источники информации.

[1] Диоды высоковольтные лавинные. Технические условия КИАФ.432312.016.ТУ Производитель ЗАО «Силовая модульная. Электроника» г.Москва.

1. Полупроводниковое устройство, содержащее как минимум два модуля с полупроводниковыми элементами электрически соединенные между собой, отличающееся тем, что каждый модуль выполнен из основания со шпилькой, на котором последовательно напаяны полупроводниковый элемент, мембрана тарельчатой формы и втулка с резьбовым отверстием, в которую ввернут следующий модуль.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в средней его части зажат силовой вывод в виде токопроводящей пластины.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что половина модулей имеют полупроводниковые элементы прямой полярности, а вторая половина обратной полярности.