Устройство контроля теплового режима полупроводниковых вентилей

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

Q ll И С А Н И Е 736027

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к ант. сниа-ву (22). àH 1eío 21 11.77(2l ) 25491 19/18-2 (5()Ч. К;, G 01 R 31/26 с присне 1HHt н неM .таянии,№

Государственный комитет (23) Припритт t

Опубликовано 25.05.80. Ьк1ллетень № т gI

Дата опубликования Описания 28 05 80 оо делам изобретений и открытий (53) УДК 621.3. .032.42 (088.8) 10. В. Соболев, E. Г. Вобров, С. Д. Соколов и Т. П. Добровольскис (72) Авторы изобретения

Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (73 ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА

ПОЛ УПРОВОД НИ КОБЫ Х ВЕНТИЛ ЕЙ

Изобретение касается контроля тепло вого режима полупроводниковых вентилей и может быть использовано для защиты от перегрева кремниевых вентилей с односторонним теплоотводом, например, штыревых вентилей преобразовательных агре5 гатов тяговых подстанций электрических железных дорог.

Известны устройства для контроля температуры полупроводниковых вентилей о и их зашиты от перегрева11).

Это устройство измеряет температуру р-и структуры вентилей косвенным методом по изменению прямого падения напряжения на ней от измерительного тока, поэтому электрическая схема устройства довольтто сложна и содержит много элементов: синхронизатор, фазосдвигаюший блок, генератор прямоугольных импульсов, формирователь импульсов (источник измерительного тока), блок сравнения, выходной блок. Вследствие этого, а также больших габаритов, что особенно важно в условиях работы внутри шкафа венти-.

2 лей высоковольтно и преобразовательной установки, имеющей ограниченное пространство для размещения аппаратуры, данное устройство не нашло применения на тяговых подстанциях. Наиболее простым и надежным является прямой контроль температуры вентилей с омошью термочувствительных электрических датчиков, например термореэисторов.

Ближайшюл техническим решением к изобретению является устройство контроля теплового режима полупроводниковых вентилей, содержашее контролируемый вентиль с односторонним теплоотводом и гибким силовым выводом, датчик температуры с термочувствительным элементом, усилитель, блок сравнения и исполнительный орган j2) .

Это устройство с помошью датчика, находяшегося в тепловом контакте с корпусом вентиля, контролирует его температуру 0 и посредством электрического моделирования на R с — аналоге процесса нагрева р- A структуры вентилейоп3 73 ! ределяется величина перепада температуры г Ь <р

Однако в условиях теплового старения вентилей значение внутреннего теплового сопротивления г возрастает и может отличаться в большую сторону от нормированного 8 4-5 раз. Это обстоятельство не позволяет с достаточной достоверностью юнтролировать температу, ру p-n структуры по истечении некоторого времени работы преобразовательной ус.тановки и требует постоянной корректировки параметров B,C — цепей теплового аналога, что снижает функциональную надежность и затрудняет эксплуатацию данного устройства. Кроме того, наличие датчика тока и связанного с ним теплового аналога на С -элементах усложняет схему устройства.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение качества контроля температуры полупроводниковой структуры, Это достигается тем, что термочувствительный элемент датчика температуры установлен в основании гибкого силового вывода контролируемого вентиля и находится с ним в тепловом контакте.

Это обеспечивает контроль температуры р -и структуры без датчика тока и RC — аналога в условиях изменяющегося теплового сопротивления вентиля.

При неизменном значении внутреннего теплового сопротивления вентиля температура гибкого силового вывода 0< также, как и температура корпуса 8„ является линейной функцией нагрузки диода. Б этом случае предлагаемое устройство способно выполнять функции описенных устройств, контролирующих температуру р-и структуры по температуре корпуса.

Повышение внутреннего теплового сопротивления диода связано с ухудшеI нйем теплового контакта между вольфрамовой термокомпенсирующей пластиной и медным основайием вентиля. У качественного вентиля доля тепла, отходящего в сторону гибкого силового выводе, невелика и составляет (5-10%) выделенного в р-и структуре. По мере ухудшения тепло отвода в сторону охледителя доля тепла отходящего в сторону гибкого вывода, увеличиваетс:я. Если температура корпуса

1 вентиля с увеличением его внутреннего теплового сопротивления при неизменной нагрузке практически остеется постоянной, то температура гибкого силового вывода, .

5S представляет собой возрастаюшую функцию. Таким образом, термочувствительный датчик, находящийся в тепловом контакте с гибким силовым выводом, следит за изменением температуры p-n структуры, обусловленным как изменением на— грузки диода, так и изменением его внутреннего теплового сопротивления.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства при контроле теплового режима вентилч штыревой конструкции с гибким силовым выводом; на фиг. 2 — зависимости температуры О элементов вентиля от его внутреннего теплового сопротивления Р,, построенные по экспериментальным данным, полученным на диодс штыревой конструкции при номинальном токе агрегата.

Термочувствительный элемент 1 датчика температуры 2 присоединен, папример, посредством впаивания в основание гибкого силового вывода 3 контролируемого вентиля 4. Датчик температуры соединен с усилителем 5, выход которого подключен ко входу блока сравнения 6.

Выход блока сравнения соепп ен с исполнительным органом 7, обрабатывающим при нагреве основания гибкого вывода вентиля до температуры установки Эу и воздействующим на сигнализацию или ограничение нагрузки преобразователя.

Прямая 8 (см. фиг. 2) соответствует температуре р-п структуры, кривая 9— температуре гибкого силового вывода, кривая 10 — температуре корпуса. Линия 11 обозначает максимально допустимую температуру р- и структуры 9 p-q о

=140 С, е штриховая линия 12 — соответствующую ей максимально допустимую температуру гибкого силового вывода, определяющую ветчину уставки 8> .

Из графика видно, что перепад темпе— ратуры между р-и структурой и точкой в основании гибкого силового вывода практически постоянный во всем возможном в эксплуатации интервале изменения внутреннего теплового сопротивления (О 1-0,7) С7Вт, что позволяет просто и надежно контролировать тепловой режим работы диода. Ухудшение теплоотвода в сторону корпуса и охладителя вследствие уменьшения площади контакта стареющего диода снижает температуру корпуса (кривая 10), поэтому контроль температуры р-и структуры по корпусу вентиля не дает вазможности осуществлять нормальное функционирование уст5 736027 6 !.,",".й "-""

poéñòâà в условиях теплового старения дающегося увеличением их внутреннего ,вентилей, когда их внутреннее тепловое .теплового сопротивления. сопротивление возрастает. Применение устройства наиболее цеРаботает устроиство следующим об — лесообразно в преобразовательных устаразом. ковках с большими переработками элвктВо время нагрева вентиля вследствие роэнергии, где процесс старения вентипротекания по нему тока темпе ат а лей развивается наиболее интенсивно, и его кремниевой пластины повышае повышается использование устройства позволит сущеи при определенных значениях тока и ственно повысить надежность работы внутреннего теплового сопротивления вен- о еобразова ео разователей. тиля может достигнучь предельно допустимого значения Вр-n . Температура гибкого силового вывода при этом также Ф о р м ормула изо ретения будет повышаться в зависимости от величины тока и вн тпеннего теплового плового 1 Устройство контроля теплового режима сопротивления вентиля. Когда температура полу —.-водниковых вентилей, содержащее хвостовика достигнет величины ставвеличины устав- контролируемый вентиль с односторонним 9 с оответствующеи максималь- к силовым BbfBogoM, теплоотводом - гибкьм но допустимой температуре р-г структу- датчик температуры с термочувствительры Ор, срабатывает исполнительный gg ным элементом, усилитель-, блок сравнеорган 7 и воздействует на сигнализаУ цию, уменьшение или полное снятие тока ч а ю щ е е с я тем„что, с целью упронагрузки. щения устройства и повышения качества

Изменение тока нагрузки через вен- контроля температуры полупроводниковой тиль приводит к пропорциональному из- zs структуры, термочувствительный элемент менению пеоепада темп ат датчика температуры установлен в осногибким силовым выво ом и -г ванин гибкого силового вывода контрорзом,,что устройство турой таким об азам ч лируемого вентиля и находится с ним в срабатывает практически при одной и той тепловом кантакте. же температуре р-и структуры. зо Источники информации, Применение с йства и у тро "ства позволит зна- принятые во внимание при экспертизе чительно упростить схему за счет исклю- 1. Соколов С. Д. и др. Методы зачения необхо имости неп щиты кремниевых вентилей преобразоваконтроля температуры р-п структуры тельных устройств от токов перегрузки. вентилей или применения ее тепловых з5 Труды ВНИИ МПС, вып. 379, М., аналогов и повысит качество контроля -"Транспорт, 1966, с. 35-41. ., температуры полупроводниковой струк- 2. Авторское свидетельство СССР туры при старении вентилей, сопровож- No 299000, кл. Н 02 М 1/18 1969, Ф

736027

Составитель А. Волков

Редактор Л. Народная. Техред Л. Теслюк Корректор И. Муска

Заказ 2419/37 Тираж 1019 Подлисное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство контроля теплового режима полупроводниковых вентилей Устройство контроля теплового режима полупроводниковых вентилей Устройство контроля теплового режима полупроводниковых вентилей Устройство контроля теплового режима полупроводниковых вентилей 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение в электронной технике для измерения напряжений на диэлектрике и полупроводнике, а также их временного изменения в МДПДМ-структурах
Наверх