Halbleiter-Stromrichteranlage mit mehreren Halbleiterelementen Die Erfindung betrifft eine Halbleiterstromrichter- anlage mit mehreren Halbleiterelementen, die durch ein strömendes Kühlmittel gekühlt werden, wobei die Elemente auf Kühlrohre, durch die das Kühlmittel hindurchfliesst, aufgebaut sind.
Halbleiterstromrichter müssen bekanntlich, wenn sie für grössere Stromstärken verwendet werden, ge kühlt werden. Hierfür sind flüssige Kühlmittel be sonders günstig, sie erfordern aber eine besondere Kühleinrichtung, durch die sie hindurchgeleitet wer den müssen. Hierbei werden Kühlrohre verwendet, durch die das Kühlmittel fliesst. In die Wandung dieser Kühlrohre sind die Halbleiterelemente einge setzt. Sie besitzen eine Kühleinrichtung in Form von Kühlrippen, die thermisch unmittelbar mit den eigent lichen Halbleitern verbunden sind. Für parallelge schaltete Elemente ist diese Massnahme ausreichend, da durch das Kühlrohr selbst die Parallelschaltung vorgenommen werden kann.
Mit diesen Einrichtun gen ist es aber nicht möglich, alle Elemente auf dem selben Kühlrohr aufzubauen, wenn sie teilweise in Reihe geschaltet sind, oder Sicherungen den Elementen nachgeschaltet sind. Dann ist es nämlich erforderlich, dass die Elemente voneinander und die Elemente von den Sicherungen wenigstens auf einer Seite elektrisch isoliert sind. Dies geht aber beim unmittelbaren Ein setzen in den Kühlkörper nicht, da dieser aus leiten dem Material besteht.
Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, dass die Kühlrohre derart abwechselnd aus leitenden und isolierenden Teilen bestehen, dass das Kühlmittel un gehindert hindurchfliessen kann und die notwendige elektrische Isolation zwischen den Elementen und ihnen zugehörigen, anderen elektrischen Teilen ge währleistet ist und die isolierenden Teile mit den leitenden Teilen gegen Austreten des Kühlmittels ab gedichtet sind. Die Fig. 1 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
In der Fig. 1 ist ein solches Kühlrohr dargestellt, das abwechselnd aus leitendem und nichtleitendem Material besteht. Der Pfeil gibt die Richtung an, wie das Kühlmittel hindurchfliesst. Mit 1 sind die leiten den Teile bezeichnet, mit 2 die isolierenden. Auf den leitenden Teilen sitzen die Halbleiterelemente 4 auf, sie sind in die Wandung der leitenden Teile des Kühl rohres eingeschraubt. Die Verbindung zwischen dem isolierenden und dem leitenden Teil isst keilförmig vor gesehen, so dass die Teile gegenseitig sich zentrieren können.
Sie müssen so ausgeführt sein, dass das Kühlmittel nicht austreten kann, daher sind die Dich tungsstellen 3 vorgesehen, welche in bekannter Weise ausgeführt werden können.
In der Fig. 2 ist ein solcher leitender Ring für sich herausgezeichnet. In diesem Fall sind mehrere Halbleiterelemente 4 am Umfang angeordnet. Diese sind normalerweise parallel geschaltet, so dass sie auf demselben leitenden Teil angebracht werden können. Der leitende Teil besitzt noch Kühlrippen 5, welche zur Verbesserung der Kühlung dienen. In Abb. 3 ist nun die Möglichkeit angegeben, Halbleiterelemente vorzusehen, die gegenseitig isoliert werden müssen, also beispielsweise in Reihe liegen oder verschiedenen parallelen Kreisen angehören. Der gleiche Ring ist dort unterbrochen durch isolierende Teile 6. Die metallischen Teile sind wieder mit 1 bezeichnet.
Sie sind in ähnlicher Weise ausgeführt, wie in der Fig. 2, nur dass der ganze Ring durch isolierende Teile un terteilt ist.
In der Abb. 4 ist angegeben, wie verschiedene Gleichrichterelemente, welche parallel liegen, auf einem leitenden Teilstück 1 angebracht werden kön nen. Es sind dort mehrere, und zwar in diesem Falle sechs Elemente 4 dargestellt. Diese sind parallel und von anderen leitenden Teilen durch das Isolierstück 2 getrennt. Im oberen Teil 1 sind dann weitere Halb leiterelemente angebracht, welche zu einem anderen Parallelkreis gehören.
In der Abb. 5 sind zwei parallele Kreise darge stellt, welche je aus zwei Elementen und einer Si cherung bestehen. Die beiden Elemente sind für den einen Kreis mit 4.1, für den anderen mit 4.2 be zeichnet. Ausserdem ist noch die Sicherung 7. 1 und 7. 2 vorgesehen. Alle Halbleiterelemente sind auf den leitenden Teilen 1 aufgebaut. Der obere Ring 1 . 1 und der untere Ring 1 . 3 sind durchgehend ringförmig in gleicher Weise ausgeführt. Der mittlere Ring 1 . 2 dagegen ist durch isolierende Teile 6 unterbrochen.
Zwischen den einzelnen Ringen sind wieder die isolierenden Teile 2 zu erkennen. Die elektrische Ver bindung ist ebenfalls zu erkennen, sie beginnt an der Lasche 7. Der Ring 1 . 1 ist zugleich der Verzwei gungspunkt für die beiden parallelen Kreise. Der eine parallele Kreis liegt auf der linken Seite der Zeich nung, der andere auf der rechten. Es sind also die Halbleiterelemente links 4. 1 und 4. 2 sowie die Si cherung 7. 1 hintereinander geschaltet, und rechts sind die Halbleiterelemente 4.3 und 4.4 sowie die Sicherung 7.2 hintereinandergeschaltet. Dies ist durch die Leitungsverbindungen 8 und 9 angedeutet. Hinter der Sicherung ist wieder der zweite Verzwei gungspunkt durch den leitenden Ring 1 . 3 gebildet. An der Stelle 10 liegt die Ausgangsklemme.
In Fig. 6 ist eine andere Anordnung gezeigt, in welcher mehrere voneinander isolierte Teile in Rich tung der Kühlflüssigkeit hintereinander liegen. Diese Anordnung hat besonders dann grossen Vorteil, wenn eine grössere Anzahl von Elementen in Reihe ge schaltet werden muss. In der Zeichnung ist dies nur noch schematisch dargestellt und zwar sind die Teile 1 leitend, die Teile 2 isolierend. Die Halbleiter liegen in beliebiger Anzahl auf den Teilen 1.
In den Figuren 7 und 8 sind noch zwei Möglich keiten dargestellt, wie man die leitenden und isolie renden Teile miteinander verbinden kann. In der Fig. 7 ist der isolierende Ring 2 keilförmig dargestellt, während in der Fig. 8 die Verbindung zwischen dem isolierenden Teil und dem leitenden Teil schwalben- schwanzförmig ausgeführt ist.
Die isolierenden Teile können aus elastischem Material bestehen, so dass sie mit Leichtigkeit Wär mebewegungen oder auch Erschütterungen aushalten können.
Der Vorteil der ganzen Anordnung ist der, dass es möglich ist, auf ein- und demselben Kühlrohr elek trische Elemente aufzubauen, die voneinander isoliert werden müssen. Dies hat insbesondere für die Rei henschaltung von Halbleiterelementen und die Ver bindung von Halbleiterelementen mit Sicherungen ihre Bedeutung.
Semiconductor converter system with several semiconductor elements The invention relates to a semiconductor converter system with several semiconductor elements, which are cooled by a flowing coolant, the elements being built on cooling tubes through which the coolant flows.
It is known that semiconductor converters must be cooled if they are used for larger currents. For this purpose, liquid coolants are particularly cheap, but they require a special cooling device through which they must be passed to whoever. Here cooling pipes are used through which the coolant flows. The semiconductor elements are set into the wall of these cooling tubes. They have a cooling device in the form of cooling fins that are thermally directly connected to the actual semiconductors. This measure is sufficient for elements connected in parallel, since the parallel connection can be made through the cooling pipe itself.
With these Einrichtun conditions it is not possible to build all the elements on the same cooling pipe if they are partially connected in series or fuses are connected downstream of the elements. It is then necessary for the elements to be electrically insulated from one another and the elements to be electrically insulated from the fuses at least on one side. However, this is not possible in the case of an immediate one in the heat sink, since it consists of conduct the material.
According to the invention it is therefore proposed that the cooling tubes consist alternately of conductive and insulating parts that the coolant can flow through unhindered and that the necessary electrical insulation between the elements and other electrical parts associated with them is ensured and the insulating parts with the conductive parts are sealed against leakage of the coolant. FIGS. 1 to 8 show exemplary embodiments of the subject matter of the invention.
In Fig. 1, such a cooling tube is shown, which consists alternately of conductive and non-conductive material. The arrow indicates the direction in which the coolant flows through. With 1 the guide the parts are designated, with 2 the insulating. The semiconductor elements 4 sit on the conductive parts and are screwed into the wall of the conductive parts of the cooling tube. The connection between the insulating and the conductive part is wedge-shaped, so that the parts can center one another.
They must be designed in such a way that the coolant cannot escape, therefore the sealing points 3 are provided, which can be carried out in a known manner.
In FIG. 2, such a conductive ring is shown for itself. In this case, several semiconductor elements 4 are arranged on the circumference. These are usually connected in parallel so that they can be placed on the same conductive part. The conductive part also has cooling fins 5, which serve to improve cooling. In Fig. 3 the possibility is now given of providing semiconductor elements that have to be mutually isolated, so for example are in series or belong to different parallel circles. The same ring is interrupted there by insulating parts 6. The metallic parts are again designated by 1.
They are designed in a similar manner as in Fig. 2, only that the whole ring is divided by insulating parts un.
In Fig. 4 it is indicated how different rectifier elements, which are parallel, can be attached to a conductive section 1 NEN. There are several elements 4, namely six in this case. These are parallel and separated from other conductive parts by the insulating piece 2. In the upper part 1 more semiconductor elements are then attached, which belong to another parallel circle.
In Fig. 5, two parallel circles are Darge, each consisting of two elements and a fuse. The two elements are labeled 4.1 for one circle and 4.2 for the other. Fuses 7. 1 and 7. 2 are also provided. All semiconductor elements are built on the conductive parts 1. The top ring 1. 1 and the lower ring 1. 3 are continuously ring-shaped in the same way. The middle ring 1. 2, however, is interrupted by insulating parts 6.
The insulating parts 2 can again be seen between the individual rings. The electrical connection can also be seen, it begins at tab 7. Ring 1. 1 is also the branch point for the two parallel circles. One parallel circle is on the left side of the drawing, the other on the right. The semiconductor elements 4.1 and 4.2 and the fuse 7.1 are connected in series on the left, and the semiconductor elements 4.3 and 4.4 and the fuse 7.2 are connected in series on the right. This is indicated by the line connections 8 and 9. Behind the fuse is the second branch point through the conductive ring 1. 3 formed. The output terminal is at point 10.
In Fig. 6, another arrangement is shown in which a plurality of mutually isolated parts lie one behind the other in the direction of the cooling liquid. This arrangement is particularly advantageous when a large number of elements have to be connected in series. In the drawing this is only shown schematically, namely the parts 1 are conductive, the parts 2 are insulating. Any number of semiconductors lie on parts 1.
In Figures 7 and 8, two possibilities are shown how the conductive and insulating parts can be connected to one another. In FIG. 7, the insulating ring 2 is shown wedge-shaped, while in FIG. 8 the connection between the insulating part and the conductive part is dovetail-shaped.
The insulating parts can be made of elastic material so that they can withstand heat movements or vibrations with ease.
The advantage of the whole arrangement is that it is possible to build electrical elements on one and the same cooling tube that have to be isolated from one another. This is particularly important for the series connection of semiconductor elements and the connection of semiconductor elements with fuses.