Перемикаючий модуль

Перемикаючий модуль, що містить основу з .встановленими на ній транзисторними структурами, виводи, з'єднані з відповідними пластинчатими електродами, причому електрод витіку розта'шований між електродами стоку і затвору, діоди, конденсатори і запобіжники, а також ізоляційні прокладки, на яких виконані Ізольовані від електродів струмопровідні площадки, до яких приєднані відповідні виводи транзисторних структур, а запобіжники виконані у вигляді відрізків каліброваних провідників, що з'єднують вказані струмо провідні площадки з відповідними електродами, відрізняється тим, що транзисторні структури і діоди розташовані на основі перемикаючого модуля попарно, впритул, при цьому кожний з діодів встановлений на основі через теплопровідну ізоляційну прокладку, а над кожною транзисторною структурою і діодом розташований конденсатор, при чому кожна пара, що складається з транзисторної структури і діода, спільно з конденсатором і чотирма струмопровідними площадками, розташованими на ізоляційних прокладках, згруповані в комірки, при цьому катод діода і вивід витіку транзисторної структури кожної комірки електрично з'єдна- • ні з відповідною першою струмопровідною площадкою, до якої приєднаний ВИВЇД ВІДПОВІДНОГО першого запобіжника, другий вивід кожного першого запобіжника підключений до пластинчатого електрода витіку, при цьому анод діода і один з виводів конденсатора кожної комірки з'єднаний з другою відповідною струмопровідною площадкою, до якої приєднаний вивід другого запобіжника, а другий вивід кожного.другого запобіжника підключений до додаткового пластинчатого електроду, причому другий вивід конденсатора кожної комірки приєднаний до відповідної третьої струмопровідноі площадки, кожна з яких електрично з'єднана з основою перемикаючого модуля, вивід затвору транзисторної структури кожної комірки електрично з'єднаний з четвертою струмопровідною площадкою, до якої приєднаний вивід третього запобіжника, другий вивід кожного третього запобіжника з'єднаний з відповідною струмопровідною площадкою і резистором, а другий вивід кожного резистора з'єднаний електрично з пластинчатим електродом затвора. г О) Винахід відноситься до області силової електроніки і може знайти застосування в пристроях перетворюючої техніки. Відомі потужні напівпровідникові модулі, засновані на паралельному з'єднанні транзисторів [1], у яких для поліпшення енергетичних параметрів модуля шляхом забезпечення рівномірного розподілу струму між окремими структурами, в корпус модуля транзистора на його виводи витіку навпроти кожної транзисторної структури встановлені напівпровідникові кристали, на кожному з яких сформовані RC-ланцюжки, що являють собою паралельно з'єднані баластний резистор f конденсатор, при цьому один кінець кожного RC-ланцюжка з'єднаний провідником з емітерним електродом, а Інший електрично з'єднаний з виводом витіку модуля. Недоліком такого потужнього високочастотного модуля є установка в ланцюг емітера кожної транзисторної' структури баластного резистора, який приводить до збільшення довжини з'єднувальних провідників, а отже, до збільшення індуктивності цього ланцюга Крім того, такий модуль не може бути ефективно використаний як перемикаючий елемент в ланцюгах високочастотного силового імпульсного регулювальника, оскільки властиві цим пристроям зворотний діод і конденсатор будуть розташовуватися поза високочастотним модулем (перемикаючого елемента), а це приведе до додаткового збільшення довжини, а отже і паразитної індуктивності силового ланцюга регулювальника. При цьому підвищуються комутаційні перенапруги на транзистор 34985 них структурах модуля, зменшується розмір допустимої робочої' напруги, знижується надійність модуля. Найбільш близьким до нового технічного рішення, яке пропонується, є модуль [2], який складається з транзисторних структур, встановлених на теплопровідній пластині, що є електродом стоку, при цьому виводи структур з'єднані ВІДПОВІДНО З пластинчатими електродами затвору t витіку, що мають зовнішні токозйоми, причому електроди затвору і витіку розташовані в різних площинах, розділені ІЗОЛЯЦІЙНИМИ прокладками і в них виконані отвори, через які проходять виводи транзисторних структур, при цьому вказані електроди ідентичні за формою і розмірами електроду стоку, а в ланцюги затвору і витіку кожної транзисторної структури включений запобіжник, причому виводи транзисторних структур приєднані до струмопровідних площадок, виконаних наізоляційних прокладках, а запобіжники виконані у вигляді відрізків каліброваних .провідників, що з'єднують вказані струмопровідні площадки з відповідними електродами Недоліком відомого модуля, прийнятого нами за прототип, є комутаційні перенапруги на транзисторних структурах через паразитні індуктивності в силових ланцюгах модуля При використанні прототипу як перемикаючого модуля, наприклад, в схемах імпульсного регулювальника неминучі комутаційні перенапруги на транзисторних структурах, оскільки ВІДОМІ способи компенсації індуктивності ЗОВНІШНІХ з'єднувальних провідників (установка конденсаторів і діодів безпосередньо на виводах) не компенсують паразитних індуктивностей силових ланцюгів в середині модуля Задачею винаходу є створення такого перемикаючого модуля, у якого шляхом установки транзисторних структур, певного розташування діодів і конденсаторів в корпусі модуля у вигляді окремих комірок і певного конструктивного виконання кожної комірки,'а також підключення кожної1 комірки до ВІДПОВІДНИХ пластинчатих електродів модуля через плавкі запобіжники, досягається зниження комутаційних перенапруг на транзисторних структурах, збільшення надійності модуля і поліпшення розподілу струму між паралельно включеними елементами Поставлена задача досягається тим, що в перемикаючому модулі, який містить корпус, основу з встановленими на ній транзисторними структурами, виводи, з'єднані з відповідними пластинчатими електродами, причому електрод витіку розташований між електродами стоку і затвору, діоди, конденсатори, резистори і запобіжники, а також ізопяційні прокладки, на яких виконані ізольовані від електродів струмопровідні площадки, до яких приєднані відповідні виводи транзисторних структур, а запобіжники виконані у вигляді відрізків каліброваних провідників, що з'єднують вказані струмопровідні площадки з відповідними електродами, а транзисторні структури і діоди розташовані на основі перемикаючого модуля попарно, впритул, при цьому кожний з ДІОДІВ встановлений на основі через теплопровідну ізоляційну прокладку, а над кожною транзисторною структурою і діодом розташований конденсатор, причому кожна пара, що складається з транзисторної структури і діода, спільно з конденсатором і чотирма струмопровідними площадками, розташованими на ізоляційних прокладках, згруповані в комірки, при цьому катод діода і вивід витіку транзисторної1 структури кожної комірки електрично з'єднані з відповідною першою струмопровідною площадкою, до якої приєднаний вивід відповідного першого запобіжника, другий вивід кожного першого запобіжника підключений до пластинчатого електрода витіку, при цьому анод діода і один з виводів конденсатора кожної' комірки з'єднаний з другою ВІДПОВІДНОЮ струмопровідною площадкою, до якої приєднаний вивід другого запобіжника, а другий вивід кожного другого запобіжника підключений до додаткового пластинчатого електроду, причому другий вивід конденсатора кожної комірки приєднаний до відповідної третьої струмопровщної площадки, кожна з яких епектрично з'єднана з основою перемикаючого модуля, вивід транзисторної структури кожної комірки електрично з'єднаний з четвертою струмопровідною площадкою, до якої приєднаний вивід третього запобіжника, другий вивід кожного третього запобіжника з ВІДПОВІДНОЮ струмопровід- • ною площадкою і резистором, а другий вивід кожного резистора з'єднаний епектрично з ппастинча- тим електродом затвору Досягнення нового технічного рішення полягає у тому, що транзисторні структури і діоди розташовані на основі перемикаючого модуля попарно, впритул, а над кожною транзисторною структурою і діодом розташований конденсатор, причому кожна пара, що складається з транзисторної1 структури і діода, спільно з конденсатором і чотирма струмопровідними площадками, розташованими на ІЗОЛЯЦІЙНИХ прокладках, згруповані в комірки і кожна комірка підключена до відповідних пластинчатих електродів модуля через плавкі запобіжники На основі ви ще в и кладеного можна зробити висновок, що сукупність істотних ознак, запропонованих у формулі винаходу, є необхідною І достатньою для досягнення нового технічного результату Загальний вид конструкції перемикаючого модуля приведений на фіг 1. На фіг.2 приведений вид частини внутрішньої структури перемикаючого модуля, яка конструктивно повторюється у всьому об'ємі модуля На фіг 3 зображена схема електричних з'єднань елементів перемикаючого модуля Елементи модуля розташовуються у корпусі 1,а приєднання перемикаючого модуля до зовнішних електричних ланцюгів виконується за допомог гою виводів 2,3,4,5 (фіг 1, 3) Модуль складається з основи б, пластинча-' тих електродів 7, 8, 9, струмопровідних площадок 10, 11, 12, 13, 14, ізоляційних прокладок 15, 16, 17, (ідентичних) комірок 18, згрупованих з транзисторної1 структури 19, діода 20 та конденсатора 21, а також резистора 22, запобіжників 23, 24, 25 та теплопровідної ізоляційної прокладки 26 (фіг.2, 3) Транзисторні структури 19 кожної комірки 18 укріплені на теплопровідній основі 6, що являє собою стоковий вивід 2 перемикаючого модуля. Транзисторна структура 19 кріпиться на основі 6, наприклад, за допомогою пайки. Діоди 20 кожної комірки 18 встановлені на основі 6 перемикаючого модуля через теплопровідну ізоляційну прокладку 26. Для кріплення діодів використовується прижим. Транзисторна структура 19 І діод 34985 20, ті, що належать комірці 18, розташовуються на основі 6 попарно впритул Конденсатор 21 комірки 18 встановлений над транзисторною структурою 19 і діодом 20 Конденсатор 21 кріпиться за до помогаю пайки до струмопровідних площадок 14 і 13, розташованих на ІЗОЛЯЦІЙНІЙ прокладці 17 Виводи діода 20 кожної комірки 18 припаяні до струмопровідних площадок 10 і 14 Катод діода 20 припаяний до площадки 10 розташованої на ІЗОЛЯЦІЙНІЙ прокладці 15, а анод діода 20 припаяний до струмопровідної площадки 14, розташованої на ізоляційній прокладці 17 Для зручності монтажу елементів комірок 18 в ізоляційних прокладках 15 16 і 17 виконані отвори Кожна транзисторна структура 19 комгрки 18 підключається до ВІДПОВЕДНИХ струмопровідних площадок 10 і 11 Площадки 10 розташовані на ІЗОЛЯЦІЙНІЙ прокладці 15, а площадки 11 розташовані на ІЗОЛЯЦІЙНІЙ прокладці 16 ІЗОЛЯЦІЙНІ прокладки 17, 15 і 16 з розташованими на них струмопровщними площадками і пластинчатими електродами 7 8 і 9 встановлені в корпусі перемикаючого модуля в такому порядку першою до основи 6 перемикаючого модуля розташована ізоляційна прокладка 15, другою розташовується ізоляційна прокладка 16 і третьою - прокладка 17 У запропонованій конструкції модуля кожна з комірок 18 у разі виходу якого небудь з елементів схеми комірки 18 відключається за допомогою плавких запобіжників 23 24 і 25 Запобіжники 23, 24 і 25 виконані у вигляді тонкого каліброваного дротика який припаяний відповідно до струмопровідних площадок запобіжник 24 до площадок 11 12, запобіжник 23 - до площадок 10 і пластинчатого електрода 7, запобіжник 25 - до площадок 14 і пластинчатого електрода 9 Струмопровідні площадки 10 11, 13, і 14 до яких приєднані виводи елементів комірок 18 згруповані разом в об'ємі модуля, таким чином, щоб довжина виводів елементів що входить в одну комірку 18 була б мінімальною Транзисторні структури 19 комірок 18 підключаються до загального пластинчатого електрода 8 електрично з єднаного з виводом 3 перемикаючого модуля через запобіжники 24 і резистори 22 Резистор 22 встановлений на ІЗОЛЯЦІЙНІЙ прокладці 16 і кріпиться шляхом пайки до струмопровідної площадки 12 і до пластинчатого електрода 8 Пластинчаті електроди 7 9 і 8 перемикаючого модуля з'єднані ВІДПОВІДНО З СИЛОВИМИ виводами 4 і 5 і керуючим виводом З Модуль, що пропонується призначений для роботи в імпульсних регулювальниках постійної напруги понижувального і підвищуючого типів, а також у мостових І напівмостових перетворювачах постійної напруги в змінну У конструкції перемикаючого модуля, що пропонується, силовий транзистор, діод і конденсатор згруповані в модулі в окремі комірки Кожна комірка 18 підключається до ВІДПОВІДНИХ пластинчатих електродів 7, 9 і 8 через плавкі запобіжники 23 25 і 24 Завдяки цьому пробій будь-якого переходу в транзисторній структурі, пробій конденсатора або діода комірки веде до перегорання ВІДПОВІДНОГО запобіжника Запобіжник 24 вимикає комірку 18 від пластинчатого електрода 8 через який поступає керуючий сигнал в ланцюг затвора транзисторної структури 19, при пробої в ланцюгу затвора Запобіжник 23 вимикає комірку 18 від пластинчатого електрода 7 електрично з'єднаного з ланцюгом навантаження, при пробої в ланцюгу стік- витік транзисторної структури 19 Запобіжники 23, 25 відключають комірку 18 від пластинчатого електрода 9 електрично з'єднаного з шинами джерела живлення при пробої в ланцюгу конденсатора 21 або в ланцюгу діода 20 комірки 18 Перегорання запобіжників 23, 24, і 25 при ВІДМОВІ будь-якого елемента комірки 18 не приводить до виходу з ладу усього перемикаючого модуля, що забезпечує його надійну роботу Конструкція перемикаючого модуля, що пропонується, дозволяє вирішити декілька задач Поперше, побудова перемикаючого модуля на основі паралельного з'єднання комірок, що складаються з транзистора діода і конденсатора дозволяє зменшити комутаційні перенапруги на транзисторних структурах Комутаційні перенапруги на транзисторах зменшуються завдяки тому, що в кожній комірці транзисторна структура і діод розташовуються на основі перемикаючого модуля попарно, впритул, а конденсатор - над кожною транзисторною структурою причому струмопровідні площадки, до яких приєднані виводи одної комірки, згруповані разом в структурі модуля Це дозволяє гранично зменшити довжину з'єднувальних проводів кожної комірки і їх індуктивність Величина перенапруги U n e p на транзисторній структурі при акти в но-індуктивному навантаженні описується наступним виразом Unep = UCHMAX - Un = (U + 1д + Lc - 2Мтс - 2Мтд + _ де Lc, Lr, ід - еквівалентні власні індуктивності конденсатора транзистора, діода, М т с , Мтд, Мед - взаємні індуктивності ланцюгів По-друге коміркова конструкція модуля дозволяє сумістити функції захисту транзисторних структур від перенапруги і комутацію струму навантаження У схемах імпульсних регулювальників постійного напруження діод призначений для підтримки струму в навантаженні за рахунок накопиченої енергії в індуктивному накопичувачі протягом часу закритого стану транзистора Для безпечної роботи транзистора в таких схемах додатково застосовують (як ланцюги "захисту від перенапруг) послідовно включені конденсатор і діод У модулі що пропонується кожна з комірок здійснює як комутацію струму навантаження імпульсного регулювальника, так і захист транзисторних структур від перенапруги По-третє коміркова конструкція модуля поліпшує енергетичні показники і підвищує ймовірність безперебійної роботи модуля Коміркова конструкція модуля передбачає можливість введення резервних комірок Це дозволяє при одному і тому ж номінальному струмі модуля зменшити струми через кожний елемент комірки, що поліпшує його енергетичні показники Наявність резервних 34985 комірок підвищує ймовірність безвідмовної роботи перемикаючого модуля Надійність модуля підвищується не тільки завдяки підвищенню кратності резервування, але і в наслідок збільшення загальної кількості комірок при ПОСТІЙНІЙ кратності резервування У модулі, що пропонується, плавкі запобіжники винесені з контура комірки завдяки чому їх власна індуктивність не впливає на величину перенапруг на транзисторних структурах У ланцюг затвора транзисторної структури кожної комірки послідовно із запобіжником включені додаткові резистори При високих швидкостях зміни керуючої напруги введення додаткових ре зисторів в корпус модуля приводить до пониження добротності паразитних контурів ланцюпв управління Таким чином, в порівнянні з прототипом в новому технічному рішенні транзисторні структури, діоди і конденсатори сформовані в окремі комірки, а елементи, що входять в одну комірку конструктивно об'єднані що дозволило знизити комутаційні перенапруги на транзисторних структурах підвищити надійність модуля і поліпшити розподіл струму між паралельно ввімкненими елементами Література [1] А С СССР № 1424656, Б В 1988г , № 34 [2] Патент ФРГ DE3201296C2 1986г 34985 Г"J Фіг. З - Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03