Пристрій контролю температури кристала силових напівпровідникових приладів

Реферат: UA 95429 U UA 95429 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана для виявлення дефектів (поганий тепловий контакт між кристалом силового напівпровідникового приладу та його корпусом) у різного роду напівпровідникових перетворювачів електричної енергії без виведення останніх з робочого стану. У різних галузях промисловості, таких як транспорт, машинобудування, енергетика використовують найрізноманітніші види і методи перетворення електричної енергії. Для перетворення електричної енергії застосовують перетворювачі, що використовують у своєму складі силові напівпровідникові прилади (СНП). Основними вимогами, які пред'являють до таких перетворювачів, є: безвідмовність і можливість безперервної роботи протягом досить тривалого часу (визначається технологічними процесами). Обидві ці вимоги здійснюються за умови достатньої надійності СНП, які застосовуються при їх виготовленні. Оскільки при роботі СНП виділяють значну теплову потужність, для забезпечення надійної роботи СНП і перетворювача в цілому необхідно забезпечити відведення тепла від СНП, що виділяється при його роботі. Для забезпечення ефективного охолодження СНП необхідно забезпечити мінімальний тепловий опір між кристалом СНП і його корпусом, а так само між корпусом СНП і охолоджувачем. Слід зазначити, що величина теплового опору між корпусом і СНП залежить від якості виготовлення елементів охолодження перетворювача і якості збірки останнього. Величина теплового опору між кристалом СНП і його корпусом залежить тільки від якості виготовлення власне СНП. Оскільки основні відмови СНП пов'язані з підвищеною температурою (теплові пробої, відшарування кристала від корпусу), тому для збільшення надійності роботи СНП, своєчасного виявлення в процесі експлуатації дефектів СНП необхідно контролювати температуру його корпусу та кристала в процесі експлуатації. Відомі апарати для контролю стану СНП в процесі роботи використовують вимірювання температури корпусу СНП за допомогою різних методів та пристроїв (терморезистори, термопари та ін). Дані методи контролю не дають можливості контролювати тепловий опір між кристалом СНП і його корпусом. Найбільш близьким за сукупністю ознак до пристрою, що заявляється, є напівпровідниковий датчик температури, оснований на температурній залежності між колекторним струмом біполярного транзистора і напругою, яка прикладена до переходу база-емітер. kT  IK  ln  , e  IH    де k - постійна Больцмана, T - абсолютна температура, e - заряд електрона, IK - сила струму в ланцюзі колектора, IH - початковий струм р-n переходу. Таким чином величина цієї напруги несе інформацію про температуру. Недоліком такого напівпровідникового датчика температури є значна температурна залежність величини початкового струму IH. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки пристрою контролю температури кристала СНП, в якому за рахунок нового розташування елементів у СНП забезпечується підвищення точності контролю температури кристала СНП та можливість обчислення такого параметра, як тепловий опір між кристалом СНП та його корпусом. Для вирішення поставленої задачі в пристрої контролю температури кристала СНП, що містить комірки напівпровідникового датчика температури, згідно з корисною моделлю, комірки датчика розташовані безпосередньо на кристалі СНП. Пристрій, що заявляється, представлений на кресленні, який має в своєму складі дві комірки напівпровідникового датчика. В одній комірці використані транзистори VT1-VTn, до колекторів яких підключений резистор R1, як навантаження, а також до емітерів підключений резистор R2 для балансування схеми. В комірці, до складу якої входить транзистор VT, до його колектора підключений резистор R3 як навантаження, а також до емітера підключений резистор R4, на якому виділяється вихідний сигнал датчика. Отримання підвищеної точності вимірювання температури можливо тому, що у складі датчика використано декілька (n) ідентичних транзисторів (Фіг. 1) і, припускаючи, що загальний струм колектора ІK рівномірно розподіляється між транзисторами, тоді напруга база-емітер датчика визначиться як UБЭ  35 40 45 50 55 UБЕn  kT  IK  . ln e  nIH    1 UA 95429 U 5 10 15 20 25 Якщо дві такі комірки (одна з яких містить один напівпровідниковий елемент, а інша n елементів) включити, використовуючи диференціальну схему (Фіг. 2) включення, і при цьому забезпечити рівність струмів Ік в обох комірках, тоді різниця напруг ΔUбe=Uбe-Uбen не буде залежати від початкового струму Ін kT UБЕ  lnn , e а вихідна напруга такого осередку (комірка Брока) буде визначатися як R4 kT UВИХ  2 lnn . R2 e Виходячи з цього, вихідна напруга датчика безпосередньо залежить від числа використаних в останньому кількості напівпровідникових елементів (n). Таким чином, збільшуючи число напівпровідникових елементів (n) датчика, є можливість збільшити величину його чутливості та зменшити величину похибки. Суть запропонованої корисної моделі полягає в тому, що у осередку, який розташований на кристалі СНП, виконана електронна схема (креслення) напівпровідникового датчика температури, яка дає можливість з мінімальною похибкою перетворити величину температури в електричний сигнал, а також те, що його можна виготовити в єдиному циклі виготовлення СНП з розміщенням його на кристалі, що забезпечить мінімальну теплову інерційність і істотно не збільшить вартість СНП. Пристрій працює таким чином. При зміні температури змінюються параметри напівпровідникових структур (транзистори VT, VT1, VT2, VTn), що з'єднані за диференційною схемою включення і сигнали з яких надходять на операційний підсилювач, який формує напругу опорного сигналу, що надходить на комірку, в якій використаний один транзистор (VT). Завдяки такій схемі включення на виході осередку формується сигнал напруги, величина якої пропорційна температурі, в якій знаходиться осередок, тобто температурі кристалу СНП. Пристрій контролю температури кристала силових напівпровідникових приладів, що заявляється, може використовуватися в різноманітних перетворювачах електричної енергії середньої та великої потужності безпосередньо в процесі їх експлуатації, що дає можливість отримати необхідну інформацію про стан СНП та використати її для подальшого збільшення надійності та безвідмовної роботи перетворювача електричної енергії. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Пристрій контролю температури кристала силових напівпровідникових приладів, що містить комірки напівпровідникового датчика температури, який відрізняється тим, що комірки розташовані безпосередньо на кристалі силового напівпровідникового приладу. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2