DE1216988B

DE1216988B - Heavy-duty direct current converter with transistors

Info

Publication number: DE1216988B
Application number: DED32636A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dietmayer; Walther Blasse
Original assignee: HERRN RECHTSANWALT HANNS KLUG; VIKTORIA DIETMAYER GEB HOESL; WALTHER BLASSE
Current assignee: HERRN RECHTSANWALT HANNS KLUG; VIKTORIA DIETMAYER GEB HOESL; WALTHER BLASSE
Priority date: 1960-02-16
Filing date: 1960-02-16
Publication date: 1966-05-18

Description

Hochbelastbarer Gleichstromwandler mit Transistoren entsprechende Strahlung ein Teil der Energie abgefährt wird. Der Aufbau des gesamten Transistoraggregats erfolgt in einem Gehäusekasten 8 mit dem b t2 Gehäusedeckel 8a, wobei die Enden 3a, 4a, 5a, 6a der Flügel fest mit dem Gehäusekasten verbunden sind und die abgeleitete Wärme an diesen Stellen auf den äußeren Kasten übertragen.Heavy-duty direct current converter with transistors corresponding radiation part of the energy is dissipated. The construction of the entire transistor unit takes place in a housing box 8 with the b t2 housing cover 8a, the ends 3a, 4a, 5a, 6a of the wings being firmly connected to the housing box and transferring the dissipated heat to the outer box at these points.

Die dem Gehäuse 8 zugewandte Seite der Kühlflügel wird aufgerauht und geschwärzt, desgleichen wird die Innenseite des Gehäuses 8 mit einer Schwärzung 7 überzogen.The side of the cooling vanes facing the housing 8 is roughened and blackened, and the inside of the housing 8 is coated with a blackening 7.

Zwecks besserer Wärmeleitung werden die Kühlflügel zweckmäßig aus Kupfer ausgeführt, während der Gehäusekasten aus Eisen oder Aluminium bestehen kann. Infolge der Art des Aufbaus und unter der Ausnutzung der Wärmestrahlung können 20 % der Kühlfläche eingespart werden und die gesamte Anordnung auf einem bedeutend kleineren Raum untergebracht werden. Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß ohne weiteres ein Kühlflügel, z. B. 6, aus dem Aggregat entfernt werden kann, so daß zwischen den Kühlflügeln 3 und 4 Schaltelemente untergebracht werden können.For better heat conduction, the cooling blades are expediently made of copper, while the housing box can be made of iron or aluminum. As a result of the type of construction and the use of thermal radiation, 20% of the cooling surface can be saved and the entire arrangement can be accommodated in a significantly smaller space. It has also been found that a cooling wing, e.g. B. 6, can be removed from the unit so that 3 and 4 switching elements can be accommodated between the cooling blades.

Sehr häufig ist es notwendig, die Transistoren der Schaltung isoliert vom Gehäuse unterzubringen, weil der Kollektor des Transistors mit seinem Metallgehäuse direkt verbunden ist. Aus diesem Grund wird eine Doppelkühlanordnung verwendet, deren Die Gleichstromwandler mit hohem Wirkungsgrad arbeiten mit Transistoren, wobei die Erwärmung des gesamten Gerätes von der Frequenz und der Art des Transistors abhängig ist. Bisher war es nicht möglich, solche Gleichstromwandler auf engbegrenztem Raum bei einer großen entnehmbaren Leistung unterzubringen. Noch schwieriger wurde die Konstruktion, wenn ein solcher Gleichstromwandler in Subminiaturtechnik untergebracht werden sollte. Bei Leistungen über 3 Watt war die Temperaturentwicklung, insbesondere bei Frequenzen über 300 Hz so groß, daß die Betriebsbedingungen für die normalen Transistoren, insbesondere auf Germaniumbasis, weit überschritten wurden.Very often it is necessary to house the transistors of the circuit isolated from the housing, because the collector of the transistor is directly connected to its metal housing. For this reason, a double cooling arrangement is used, whose DC / DC converters work with high efficiency with transistors, whereby the heating of the entire device depends on the frequency and the type of transistor. Up to now it has not been possible to accommodate such direct current converters in a confined space with a large amount of power that can be drawn. The construction became even more difficult if such a direct current converter was to be accommodated in subminiature technology. At powers above 3 watts, the temperature development, especially at frequencies above 300 Hz, was so great that the operating conditions for normal transistors, especially those based on germanium, were far exceeded.

Erfindungsgemäß ist es gelungen, eine solche Anordnung zu finden, daß auf sehr kleinem Raum Leistungen von 20 Watt und mehr untergebracht werden können, und die ganze Anordnung so zu betreiben, daß Änderungen der Betriebsbedingungen sich automatisch ausgleichen.According to the invention, it has been possible to find such an arrangement, that outputs of 20 watts and more can be accommodated in a very small space, and to operate the whole arrangement so that changes in the operating conditions automatically equalize.

Dies wird bei einem hochbelastbaren Gleichstromwandler mit über Kühlflächen gekühlten Transistoren t' Cremäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Schaltelemente des Gleichstromwandlers zwischen den in Form von Falt- und/oder Sektorenflügeln ausgebildeten Kühlflächen angeordnet sind, und daß das Innere des Gleichstromwandlers und der Kühlflächen mit Kunststoff ausgefüllt ist, dem hochpermeables, weichmagnetisches Eisenpulver und/oder Ferrite zugesetzt sind.In the case of a heavy-duty DC converter, this is done with over cooling surfaces cooled transistors t 'according to the invention achieved in that the switching elements of the DC converter between the folding and / or sector blades formed cooling surfaces are arranged, and that the interior of the DC converter and the cooling surface is filled with plastic, the highly permeable, soft magnetic Iron powder and / or ferrites are added.

In Abb. 1 sind die wärmetechnischen Maßnahmen beim Aufbau des Transistors bzw. der Transistoren auf engem Raum näher erläutert. Für jeden Transistor besteht in bekannter Weise die Vorschrift, diesen auf einer Kühlfläche unterzubringen. In dem vorliegenden Fall ist die Kühlfläche in mehrere Sektoren aufgeteilt, wobei der Transistorl auf einem Metallblech2 mit guterWärmeleitfähigkeitaufgebaut ist. Die Kühlfläche des Transistors besitzt an vier Seiten Flügel, die in ihrer Einzelfläche so aufgeteilt sind, daß sie mindestens die vorgeschriebene Gesamtfläche für eine bestimmte Verlustleistung erreichen. Die Flügel 3, 4, 5, eventuell auch 6 (in der Zeichnung nicht sichtbar) werden rechtwinklig umgebogen, so daß der Transistor in einem schmalen Kasten untergebracht werden kann. Um nun den benötigten Raum noch weiter zu verkleinern, werden die Flügel in Faltform und/oder Rippenform und/ oder Mäanderform ausgeführt. Gegenstand einer Weiterbildung der Erfindung ist es nun, daß nicht allein durch Wärmeleitung die Verlustleistung des Transistors vernichtet wird, sondern daß auch durch Längs- und Querschnitt aus Ab b. 2 zu erkennen ist. Hierbei befindet sich der Transistor 13 auf den äußeren Kühlflügeln 12, welche isoliert vom Gehäuse 8 aufgebaut sind. Die Kühlflügel 12 werden sodann über eine Isolationsscheibe 11, beispielsweise Glimmer, fest mit den Kühlflügeln 9 verbunden. Diese Kühlflügel 9 sind zur besseren Wärmeableitung fest mit dem äußeren Gehäuse verbunden, z. B. verschweißt, desgleichen der zu der Anordnung 9 gehörende Kühlflügel 10. In Fig. 1 , the thermal measures when building the transistor or the transistors in a small space are explained in more detail. In a known manner, there is a requirement for every transistor to be accommodated on a cooling surface. In the present case, the cooling surface is divided into several sectors, the transistor 1 being built on a metal sheet 2 with good thermal conductivity. The cooling surface of the transistor has wings on four sides, which are divided into their individual surface in such a way that they reach at least the prescribed total surface for a certain power loss. The wings 3, 4, 5, possibly also 6 (not visible in the drawing) are bent at right angles so that the transistor can be accommodated in a narrow box. In order to reduce the space required even further, the wings are designed in a folded shape and / or rib shape and / or meander shape. The object of a further development of the invention is that the power loss of the transistor is not only destroyed by thermal conduction, but that also by longitudinal and cross-section from Ab b. 2 can be seen. Here, the transistor 13 is located on the outer cooling blades 12, which are constructed so as to be insulated from the housing 8 . The cooling blades 12 are then firmly connected to the cooling blades 9 via an insulating disk 11, for example mica. These cooling blades 9 are firmly connected to the outer housing for better heat dissipation, for. B. welded, likewise the cooling wing 10 belonging to the arrangement 9.

Durch diese Doppelanordnung wird im übrigen die Baulänge der Anordnung nach Ab b. 2 weiterhin verkürzt und die Wärmeabstrahlung der Kühlflügel 12 dadurch erhöht, daß nicht nur die äußere Seite von 12 gegen 8 geschwärzt wird, sondern, auch die innere Seite von 12 gegen die äußere Seite von 9. Die Einsparung an Kühlfläche beträgt mindestens 30%.By this double arrangement, the overall length of the arrangement according to Ab b. 2 further shortened and the heat radiation of the cooling blades 12 increased by not only blackening the outer side of 12 against 8 , but also the inner side of 12 against the outer side of 9. The saving in cooling surface is at least 30%.

Es liegt in der Natur der Anordnung, daß nicht unbedingt vier Kühlflügel verwendet werden müssen, sondern je nach der Art des Aufbaus mindestens ein Kühlflügel oder ein Doppelkühlflügel vorhanden sein muß, während die Kühlflügel der übrigen Seiten fehlen. Bei Anwendung von mehreren Kühlflügeln ist es auch nicht unbedingt notwendig, daß alle Flügel gefaltet sind, sondern es kann mindestens einer der Kühlflügel, insbesondere bei Subminiaturanordnung, eine glatte Fläche besitzen, beispielsweise' der Kühlflügel 5 oder der Kühlflügel 10. It is in the nature of the arrangement that it is not absolutely necessary to use four cooling blades, but rather, depending on the type of construction, at least one cooling blade or one double cooling blade must be present, while the cooling blades on the other sides are missing. If several cooling blades are used, it is not absolutely necessary that all blades are folded, but at least one of the cooling blades, especially in the case of a subminiature arrangement, can have a smooth surface, for example cooling blades 5 or cooling blades 10.

Ein besonderer Fortschritt in der Stabilität der Gesamtanordnung, in der Konstanz der Temperatur und in der Kompensation der in Wärme umgewandelten Verlustleistung des Gleichstromwandlers wird dann erreicht, wenn nicht alle Leistung des Gleichstromwandlers einem äußeren Verbraucher zugeführt werden muß. In diesem Fall wird ein Bruchteil der Leistung den nunmehr physikalisch besonders aus-,geführten Kühlflügeln zugeführt. Unter Ausnutzung des bekannten Peltiereffektes werden die Kühlflügel so ausgebildet, daß diese beim Anlegen einer Spannung Kälte erzeugen. Der Peltiereffekt beruht darauf, daß zwei verschiedene Metalle oder Halbleiter aneinanderstoßen und die Verbindungsstellen bei Stromdurchgang sich erheblich abkühlen können. Die besondere Ausführungsform ist in A b b. 3 zu erkennen. Hierbei bedeutet 16 den Transistor und 15 die Grundfläche, auf der der Transistor aufgebaut ist.A particular advance in the stability of the overall arrangement, in the constancy of the temperature and in the compensation of the power dissipation of the direct current converter converted into heat is achieved if not all the power of the direct current converter has to be fed to an external consumer. In this case, a fraction of the power is supplied to the cooling blades, which are now physically specially designed. Using the known Peltier effect, the cooling blades are designed so that they generate cold when a voltage is applied. The Peltier effect is based on the fact that two different metals or semiconductors collide and the connection points can cool down considerably when a current passes through them. The particular embodiment is in A b b. 3 to recognize. Here, 16 denotes the transistor and 15 the base area on which the transistor is built.

14 a und 14 b stellen die beiden verschiedenen Metalle bzw. Halbleiter dar, welche für den Kühleffekt ausgenutzt werden. Zur Verkleinerung des Aufbaus sind auch jetzt wieder die Einzelelemente des elektrischen Kühlaggregates der Ab b. 3 in gefalteter Form ausgeführt. Die Spannung für das elektrische Kühlaggregat und damit der Kühlstrom wird an den Anschlußstellen 17, 18 und 19 zugeführt. Mit Hilfe dieser Anordnung gelingt es, je nach der zur Verfügung stehenden, dem äußeren Verbraucher nicht zugeführten Leistung, die Kühlfläche noch einmal wesentlich zu reduzieren, so daß im günstigsten Fall nur noch 10 % der normal notwendigen Kühlfläche benötigt wird. Dies bedeutet einen erheblichen technischen Fortschritt, insbesondere bei dem Bau von Subminiaturaggregaten. 14 a and 14 b represent the two different metals or semiconductors that are used for the cooling effect. To reduce the size of the structure, the individual elements of the electrical cooling unit of Ab b. 3 executed in folded form. The voltage for the electrical cooling unit and thus the cooling flow is fed to the connection points 17, 18 and 19. With the help of this arrangement it is possible, depending on the available power not supplied to the external consumer, to significantly reduce the cooling surface again, so that in the best case only 10 % of the normally necessary cooling surface is required. This means a considerable technical advance, especially in the construction of sub-miniature units.

Das Innere des gesamten Gleichstromwandlers wird nunmeli mit Kunststoffmasse ausgefüllt, dem hochpermeables, weichmagnetisches Eisenpulver und/oder Ferrite zugesetzt sind, so daß die einzelnen Schaltelemente absolut fest liegen und bei beweglichen, nichtstationären Aggregaten eine mechanische Sicherheit für die gesamte Anordnung gegeben ist und die magnetischen Störfelder nach außen abgeschirmt sind.The inside of the entire DC / DC converter is now covered with plastic compound filled, the highly permeable, soft magnetic iron powder and / or ferrites added are so that the individual switching elements are absolutely fixed and with movable, non-stationary units provide mechanical security for the entire arrangement is given and the magnetic interference fields are shielded from the outside.

Claims

Claims: 1. Heavy-duty DC converter with transistors cooled via cooling surfaces, d a - characterized in that the switching elements of the DC converter are arranged between cooling surfaces in the form of folding and / or sector blades and that the interior of the DC converter and the cooling surfaces are filled with plastic , to which highly permeable, magnetically soft iron powder and / or ferrites are added.

2. DC converter according to claim 1, characterized in that the wings of the cooling surfaces are designed as a Peltier arrangement. 3. DC converter according to claim 2, characterized by an independent control of the cooling capacity of the Peltier elements. 4. DC converter according to one of claims 1 to 3, characterized by an arrangement of outer and inner, mutually insulated cooling surfaces, wherein the associated transistor is arranged on the outer cooling surfaces (12), which are isolated from the housing -and separated by an insulation ( 11) are firmly connected to the inner cooling surfaces (9) , which in turn are firmly connected to the outer housing, and the outer cooling surfaces (12) not only against the interior of the housing, but also on their inner side against the outer surface of the inner Cooling surfaces (9) are blackened. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1067 833; C British Patent No. 768,103; Swiss Patent No. 219 294; Magazine "Funktechnik", Vol. 12 (1957), H. 23, pp. 789 to 791.