DE1260608B - Hochspannungsgleichrichter mit Halbleiter-Kristallgleichrichterzellen, insbesondere mit Siliziumzellen - Google Patents

Hochspannungsgleichrichter mit Halbleiter-Kristallgleichrichterzellen, insbesondere mit Siliziumzellen

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DE1260608B
DE1260608B DE1962L0043698 DEL0043698A DE1260608B DE 1260608 B DE1260608 B DE 1260608B DE 1962L0043698 DE1962L0043698 DE 1962L0043698 DE L0043698 A DEL0043698 A DE L0043698A DE 1260608 B DE1260608 B DE 1260608B
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Dipl-Ing Gerhard Jacobs
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    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/10Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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Description

  • Hochspannungsgleichrichter mit Halbleiter-Kristallgleichrichterzellen, insbesondere mit Siliziumzellen Hochspannungsgleichrichter auf Halbleiterbasis enthalten jeweils eine Anzahl von in Serie geschalteten Gleichrichterzellen, da eine Halbleiter-Gleichrichterzelle allein nur relativ kleine Spannungen zu sperren vermag. Als Halbleiter-Gleichrichterzellen verwendet man in üblicher Weise Selengleichrichterzellen.
  • Selenzellen haben jedoch den Nachteil, daß sie nur eine sehr geringe Sperrspannung besitzen, so daß für hohe Spannungen sehr viele Zellen in Reihe geschaltet werden müssen. Hinzu kommt, daß an den Selenzellen infolge des relativ hohen Spannungsabfalles in Durchlaßrichtung eine beträchtliche Verlustwärme entsteht, die im allgemeinen dadurch abgeführt wird, indem man den Selengleichrichter in Öl einbettet. Durch diese Maßnahme werden jedoch die Reparaturarbeiten sehr erschwert. Die hohe Verlustleistung bringt auch dort Schwierigkeiten mit sich, wo die Umgebungstemeperatur sehr hoch liegt oder die Kühlungsverhältnisse sonst ungünstig sind, z. B. wenn am Ort der Aufstellung des Gleichrichteraggregates Wasser zur öl-Wasser-Rückkühlung fehlt.
  • Im Hinblick auf vorstehende Nachteile ist man deshalb bestrebt, den Selengleichrichter durch einen Halbleiter-Kristallgleichrichter, insbesondere durch den Siliziumgleichrichter, zu ersetzen. Der Siliziumgleichrichter hat bekanntlich eine weit höhere Sperrspannung und wesentlich geringere Verluste als der Selengleichrichter. Dadurch hat man den Vorteil, daß für eine bestimmte Gleichspannung die Anzahl der in Reihe zu schaltenden Zellen kleiner ist als bei Verwendung von Selenzellen. Hinzu kommt, daß sich wegen der geringen Verlustleistung die Kühlung einfacher gestalten läßt, wobei z. B. beim Einsatz des Gleichrichters in elektrostatischen Anlagen mit relativ geringem Strom (Lachier- und Staubabscheideranlagen) eine Luftkühlung vollauf genügt; es können dabei auch gesonderte Kühlkörper für die Siliziumzellen entfallen.
  • Die Siliziumgleichrichterzelle hat jedoch gegenüber der Selengleichrichterzelle den Nachteil, daß sie eine Beschaltung zum Schutz gegen überspannungen und zur gleichmäßigen Spannungsverteilung benötigt, die z. B. aus einem parallelgeschalteten RC-Glied und einem Parallelwiderstand bestehen kann. Diese zusätzlich erforderlichen Elemente (Schutzelemente) komplizieren einmal wegen der Beschaltungsarbeit die Herstellung von Hochspannungsgleichrichtern und zum anderen bedingen sie einen relativ sperrigen Aufbau.
  • Es ist schon ein Gleichrichtergerät bekannt, das aus einer Vielzahl von Isolierstoffolien besteht, auf denen Teilwicklungen in Form eines gedruckten Leitungszuges aufgebracht sind. Das eine Ende einer jeden Teilwicklung ist mit einem Gleichrichterelement in Pillenform verbunden. Der so aufeinandergelegte Stapel der Einzelfolien ergibt das Gleichrichtergerät.
  • Wie bei dem bisher Bekannten ist es auch hier notwendig, eine große Zahl von Folien mit je einem Wicklungsteil und je einem Gleichrichterelement aufeinanderzulegen, um zu einem Gleichrichtergerät zu gelangen. Für einen Hochspannungsgleichrichter ist diese Bauweise sehr aufwendig.
  • Weiterhin ist eine Hochspannungsgleichrichtereinheit mit Siliziumgleichrichtern bekannt, die aus Montageplatten geringer Leitfähigkeit zur Aufnahme der Siliziumgleichrichter besteht. Die Eigenschaft des Werkstolles für die Montageplatten soll bewirken, daß eine möglichst gleichmäßige Aufteilung der Sperrspannung der Einzelelemente erzielt wird.
  • Die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Gleichrichterelementen wird durch besondere Leiter hergestellt. Mit dieser bekannten Lösung soll erreicht werden, daß bei einem Gleichrichtergerät, das aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Einzelelementen besteht, eine gleichmäßige Spannungsaufteilung erfolgt. An einem raumsparenden Aufbau des Gleichrichtergerätes ist nicht gedacht worden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsgleichrichter mit Halbleiter-Kristallgleichrichterzellen, insbesondere Siliziumzellen, denen eine Parallelschaltung eines RC-Gliedes und eines Schutzwiderstandes zugeordnet ist, so aufzubauen, daß die Herstellung sehr einfach und rationell durchgeführt werden kann bzw. sich ein gedrängter Aufbau des Gleichrichters ergibt.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß als Träger für die Gleichrichter und deren Schutzelemente eine an sich bekannte gedruckte Schaltung (Printplatte) vorgesehen ist.
  • Die Printplatte, .die in üblicher Weise die Leitungsverbindungen als Kupferkaschierung enthält, kann mit den Elementen in vorteilhafter Weise raumsparend bestückt werden und z. B. im Tauchlötverfahren verlötet werden. Auf diese Weise erhält man neben einem gedrängten Aufbau rationell und sicher sämtliche Verbindungen, die sonst Schwierigkeiten bereiten. Elektronische Bauelemente durch eine gedruckte Schaltung zu verbinden, ist an sich in der Nachrichtentechnik bekannt. In diesem Anwendungsbereich kommen jedoch nur relativ kleine Spannungen vor, die unschwer zu beherrschen sind bzw. keinen Einfluß auf .den gerätetechnischen Aufbau haben. Im vorliegenden Fall handelt es sich jedoch um einen Hochspannungsgleichrichter, bei dem relativ hohe Spannungen auftreten, die bei der Verschaltung der Elemente durch entsprechend große Abstände zu berücksichtigen sind. Es war überraschend, daß .eine Printplatte, die infolge der kleinen Abstände der Verbindungspunkte bzw. Leitungen den gewünschten gedrängten Aufbau erlaubt, zum Aufbau eines Hochspannungsgleichrichters geeignet ist, zumal man im Hinblick auf die kleinen Abstände bzw. Spitzen und Kanten der Auffassung war, daß die Kriechwege zu kurz bzw. Sprüherscheinungen und Überschläge zu erwarten seien, die die Brauchbarkeit einer solchen Anordnung in Frage stellen würden. Die Übertragung der aus der Nachrichtentechnik bekannten Maßnahme auf das davon entfernt liegende Gebiet der Hochspannungstechnik lag daher nicht nahe.
  • Die mit den hintereinandergeschalteten Siliziumzellen bzw. den Schutzelementen bestückte Printplätte kann unter Öl unmittelbar als Gleichrichter verwendet werden. Da man, wie vorstehend erläutert, für den Siliziumgleichrichter Öl zur Kühlung nicht benötigt, ist es zweckmäßig, eine Luftausführung vorzusehen. Bei einer derartigen Ausführungsform wird zweckmäßig nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, wie an sich bekannt, auf die mit der gedruckten Schaltung versehene Seite der Printplatte eine Schicht isolierenden Materials, das nach Aufbringung erhärtet, insbesondere eine Gießharzschicht, aufgebracht.
  • An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die Printplatte in mehreren Stadien des Aufbaues (Draufsicht), F i g. 2 eine Seitenansicht der bestückten und verlöteten Printplatte, F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung für die Beschaltung der Siliziumzellen mit Schutzelementen.
  • In F i g. 1 ist eine rechteckförmige Printplatte 1 dargestellt, die, wie im oberen Teil der Figur dargestellt, auf der Unterseite eine Kupferkaschierung 2, 2a bestimmter flächenhafter Ausdehnung trägt, die zur Herstellung der galvanischen Verbindungen dient. Der zweite Abschnitt der F i g. 1 zeigt jeweils in einer Zeile eine Siliziumzelle V und zwei Widerstände R1, R2 (F i g. 3), die im Hinblick auf einen gedrängten Aufbau etwa unter einem Winkel von 45° angeordnet sind. In den weiteren Abschnitten der F i g. 1 bzw. in F i g. 2 ist zu erkennen, in welcher Weise der Kondensator K nach F i g. 3 auf der Printplatte räumlich angeordnet ist. Er liegt, ebenfalls aus Gründen des gedrängten Aufbaues, oberhalb der Zelle und der beiden Widerstände.
  • Die Printplatte besitzt an den dargestellten Punkten Durchbohrungen, durch die die Anschlußdrähte der aufzubringenden Bauelemente hindurchgesteckt werden. Diese Drähte werden dann auf der Unterseite mit der Kupferkaschierung, z. B. nach dem Tauchlötverfahren, verlötet. Um Überschläge und Sprüherscheinungen zu vermeiden, ist, wie F i g. 2 zeigt, auf die Unterseite der fertig bestückten und verlöteten Platte 1 eine Gießharzschicht 3 aufgebracht.
  • In F i g. 3 sind mit A bis H die Anschlußdrähte der einzelnen Bauelemente bezeichnet. So bedeutet z. B. A immer der rechte Anschlußdraht, B jeweils der linke Anschlußdraht der Siliziumzellen. In F i g. 1 sind die Bohrungen jeweils nach dem Anschluß bezeichnet, der durch die betreffende Bohrung gesteckt wird. Wie man an Hand des oberen Teils der F i g. 1 unschwer erkennt, werden dabei durch die flächenhaften Kupferkaschierungen die zum Aufbau der Schaltung nach F i g. 1 notwendigen Verbindungen zwischen den einzelnen Bauelementen hergestellt. Beispielsweise werden die Siliziumzellen V dadurch in Reihe geschaltet, daß sich jeweils die Bohrung B der Zelle V" und die Bohrung A der Zelle Y"+, auf einer Kaschierungsfläche 2 befinden.
  • Der wesentliche Vorteil ist einmal darin zu sehen, daß der Aufbau eines Gleichrichterstabes einfach und rationell durchzuführen ist, was sich auch insbesondere bei hohen Stückzahlen bemerkbar macht. Durch die immer lauter werdende Forderung nach »reiner Luft« bzw. das immer stärkere Vordringen der elektrostatischen Lackierungstechnik werden nämlich immer mehr elektrostatische Staubabscheider- bzw. Lackieranlagen und damit Gleichrichteraggregate benötigt, so daß allein im Hinblick auf diese beiden Gebiete das Problem der großen Stückzahlen von Bedeutung erscheint.
  • Hinzu kommt, daß sich ein relativ gedrängter Aufbau ergibt, was sich sehr günstig auf die äußeren Abmessungen auswirkt. Das Problem der Raumfrage ist aber bekanntlich für die Gleichrichteraggregate ein bedeutsames Problem. Eine Printplatte, die beispielsweise zum Aufbau eines 11-KVeff-Stabes mit 22 Siliziumzellen und zugeordneten Schutzelementen bestückt ist, hat etwa die Abmessung 400 X 55 X 30 (mm).

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Hochspannungsgleichrichter mit Halbleiter-Kristallgleichrichterzellen, insbesondere mit Siliziumzellen, denen eine Parallelschaltung eines RC-Gliedes und eines Schutzwiderstandes zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger für die Gleichrichterzellen und deren Schutzelemente eine an sich bekannte gedruckte Schaltung (Printplatte) vorgesehen ist.
  2. 2. Hochspannungsgleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Printplatte die gedruckte Schaltung in an sich bekannter Weise als Kupferkaschierung enthält.
  3. 3. Hochspannungsgleichrichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den auf .der Printplatte aufgebrachten Bauelementen und der Kupferkaschierung im Tauchlötverfahren hergestellt sind.
  4. 4. Hochspannungsgleichrichter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit Siliziumzellen, bei dem jeder Siliziumzelle eine RC-Kombination und ein Widerstand parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Printplatte rechteckförmig ausgebildet und .derart bestückt ist, daß die Siliziumzellen fortlaufend in Richtung der Längsseite jeweils etwa unter 45° zu dieser Richtung, die beiden Widerstände ebenfalls etwa unter 45° jeweils neben der betreffenden Zelle in Richtung der Querseite und der zugehörige Kondensator jeweils oberhalb der zugeordneten Siliziumzelle und der beiden Widerstände in Richtung der Querseite angeordnet sind.
  5. 5. Hochsannungsgleichrichter nach Anspruch 1 oder- einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mit der gedruckten Schaltung versehene Seite der Printplatte eine Schicht isolierenden Materials, das nach Aufbringung erhärtet, insbesondere eine Gießharzschicht; aufgebracht ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1050 910, 1104 069; Kunststoff-Berater, Nr. 2, 1961, S. 81 bis 85.
DE1962L0043698 1962-12-15 1962-12-15 Hochspannungsgleichrichter mit Halbleiter-Kristallgleichrichterzellen, insbesondere mit Siliziumzellen Pending DE1260608B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2338604A1 (de) * 1972-12-29 1974-07-04 Transform Roentgen Matern Veb Hochspannungsgleichrichter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1050910B (de) * 1900-01-01
DE1104069B (de) * 1958-12-27 1961-04-06 Siemens Reiniger Werke Ag Hochspannungsgleichrichtereinheit mit Silizium-Gleichrichtern

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