DE2724589A1 - Thyristor module incorporating control semiconductor - consists of disc-shaped elements stacked in same housing with separate device for cut=out - Google Patents

Thyristor module incorporating control semiconductor - consists of disc-shaped elements stacked in same housing with separate device for cut=out

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Abstract

The module consists of a main thyristor and a control semiconductor. The control semiconductor can be a reversing diode or transistor. The main thyristor and the control semiconductor are thermally connected to each other in order to obtain a better heat distribution in the module. The main thyristor (1) and the control semiconductor (5, 8) are made as disc shaped elements (11, 12, 13) and stacked in the same housing. A second control semiconductor (8) can be introduced to act as an extinguishing thyristor. The discs are fitted on a thermally conducting plate which is insulated from the base plate (19) by an insulating layer (18).

Description

ThyristorbauelementThyristor component

Zusammenfassung Es wird ein Thyristorbauelement vorgeschlagen, bei dem ein Hauptthyristor und wenigstens ein zugehöriger Steuerhalbleiter in einem Baugehäuse untergebracht sind. Der Steuerhalbleiter kann beispielsweise die Umschwingdiode und/oder der Umschwingthyristor sein. Der Hauptthyristor und der wenigstens eine Steuerhalbleiter sind dabei thermisch miteinander verbunden, um eine bessere Wärmeverteilung innerhalb des Bauelementes zu erzielen.Summary A thyristor device is proposed in a main thyristor and at least one associated control semiconductor in one Housing are housed. The control semiconductor can, for example, be the reversing diode and / or be the reversing thyristor. The main thyristor and the at least one Control semiconductors are thermally connected to one another in order to better distribute heat to achieve within the component.

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Thyristorbauelement nach der Gattung des Hauptanspruchs.PRIOR ART The invention is based on a thyristor component according to the genre of the main claim.

In der Leistungselektronik werden zum Einstellen von großen Wechsel- oder Gleichströmen üblicherweise Thyristoren verwendet, die in ihrem Durchlaßbereich einen besonders geringen Verlustwiderstand aufweisen. Zur Ansteuerung dieser Thyristoren ist eine Zünddiode für die Einstellung der erforderlichen Gate-Spannung und gegebenenfalls ein Löschthyristor zur Beendigung des Leitungsvorganges im Hauptthyristor erforderlich. Es ist auch bekannt, anstelle einer Zünddiode einen Zündthyristor zu verwenden.In power electronics, large alternating or direct currents commonly used thyristors that are in their pass band have a particularly low loss resistance. To control these thyristors is an ignition diode for setting the required gate voltage and, if necessary a quenching thyristor is required to terminate the conduction process in the main thyristor. It is also known to use an ignition thyristor instead of an ignition diode.

Obschon, wie bereits erwähnt, der Verlustwiderstand eines Thyristors im leitenden Zustand verglichen mit anderen Stellgliedern für hohe Ströme gering ist, treten dennoch thermische Probleme im Hauptthyristor, in der Zünddiode und im Löschthyristor auf, dies umso mehr, weil es heute möglich ist, mit immer kleineren Bauelementen immer höhere Ströme zu schalten und die Verlustenergie pro Volumeneinheit des Bauelementes zunimmt. Auf der anderen Seite ist eine zu starke Erwärmung des Hauptthyristors, auch wenn sie nicht zur Zerstörung des Bauelements führt, von Nachteil, da sich - wie bei allen Halbleiterbauelementen - der Arbeitspunkt verschiebt.Although, as already mentioned, the loss resistance of a thyristor low in the conductive state compared to other actuators for high currents thermal problems occur in the main thyristor, the ignition diode and in the quenching thyristor, all the more so because today it is possible with smaller and smaller Components to switch ever higher currents and the energy loss per unit volume of the component increases. On the other hand, too much heating of the Main thyristor, even if it does not lead to the destruction of the component, a disadvantage, because - as with all semiconductor components - the operating point shifts.

Aus diesem Grund ist es bekannt, geeignete Wärmeverteilungsmaßnahmen durch Kühlbleche und drgl. zu ergreifen. Nachteil dieser Anordnungen ist jedoch, daß die einander zugeordneten Bauelemente: Hauptthyristor-Zünddiode- Löschthyristor unterschiedliche Temperaturen und damit unterschiedliche Arbeitspunkte annehmen können. Außerdem müssen getrennte Kühlbleche jedes für sich aus die maximal mögliche anfallende Wärmemenge dimensioniert werden. Ein gemeinsames Kühlblech mit zwei oder mehreren integrierten Leistungsbandelementen braucht nur aus die maximal mögliche Summenwärmemenge dimensioniert zu werden. Da Haupt- und Löschthyristor alternativ arbeiten, ist diese Wärmemenge kleiner.For this reason it is known to take suitable heat distribution measures to be grabbed by cooling plates and the like. The disadvantage of these arrangements is, however, that the associated components: main thyristor-ignition diode-extinguishing thyristor assume different temperatures and thus different operating points can. In addition, separate cooling plates must each have the maximum possible accruing Heat quantity can be dimensioned. A common heat sink with two or more integrated power band elements only needs the maximum possible total amount of heat to be dimensioned. As main and quenching thyristor work alternatively, this amount of heat is smaller.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Thyristorbauelement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, eine gleichmäßige Wärmeverteilung zwischen Hauptthyristor und Steuerhalbleitern herzustellen.Advantages of the Invention The thyristor component according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage of having a Establish uniform heat distribution between the main thyristor and control semiconductors.

In einer bervorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Thyristorbauelement in der Weise ausgeführt, daß Hauptthyristor und Steuerhalbleiter als Scheibenelemente auf einer Kupfer-Wärmeleitplatte angeordnet sind, und sich innerhalb eines Bauelement-Gehäuses befinden.In a preferred embodiment of the invention, the thyristor component is executed in such a way that the main thyristor and control semiconductor as disk elements are arranged on a copper heat conducting plate, and are located within a component housing are located.

Zeichnung Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thyristorbauelementes ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein elektrisches Prinzipschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thyristorbauelementes; Fig. 2 die mechanische Anordnung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thyristorbauelementes.Drawing An embodiment of the thyristor component according to the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. 1 shows an electrical schematic diagram of an embodiment of a thyristor component according to the invention; Fig. 2 shows the mechanical arrangement of a Embodiment of a thyristor component according to the invention.

Beschreibung der Erfindung Fig. 1 zeigt das elektrische Prinzipschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thyristorbauelementes.Description of the invention Fig. 1 shows the basic electrical circuit diagram an embodiment of the thyristor component according to the invention.

Ein Hauptthyristor 1 liegt mit seiner Anode an einer Klemme 2 und mit seiner Kathode an einer Bezugsleitung 3. Mit einer Steuerelektrode 4 kann dem Hauptthyristor 1 eine Gate-Spannung zugeschaltet werden. Antiparallel zu dem Hauptthyristor 1 ist ein erster Steuerhalbleiter 5, beispielsweise eine Umschwingdiode zwischen eine Klemme 6 und die Bezugsleitung 3 geschaltet. Der erste Steuerhalbleiter 5 kann statt als Umschwingdiode auch als Umschwingthyristor ausgebildet sein, in diesem Falle weist er eine Steuerelektrode 7 auf, über die ihm eine Gate-Spannung zuführbar ist. Parallel zu dem Hauptthyristor 1 ist schließlich ein zweiter Steuerhalbleiter 8, beispielsweise ein Löschthyristor, zwischen eine Klemme 9 und die Bezugsleitung 3 geschaltet.A main thyristor 1 is connected to a terminal 2 and with its anode with its cathode on a reference line 3. With a control electrode 4 can the Main thyristor 1 a gate voltage can be switched on. Antiparallel to that Main thyristor 1 is a first control semiconductor 5, for example a reversing diode between a terminal 6 and the reference line 3 are switched. The first control semiconductor 5 can instead of a reversing diode, it can also be configured as a reversing thyristor, in this In the case, it has a control electrode 7, via which a gate voltage can be fed to it is. Finally, parallel to the main thyristor 1 is a second control semiconductor 8, for example a quenching thyristor, between a terminal 9 and the reference line 3 switched.

Auch der zweite Steuerhalbleiter 8 weist eine Steuerelektrode 10 auf, an die eine Gate-Spannung anlegbar ist. Die Wirkungsweise des Hauptthyristors 1, des ersten Steuerhalbleiters 5 und des zweiten Steuerhalbleiters 8 miteinander sind bekannt und brauchen hier nicht im einzelnen erläutert zu werden.The second control semiconductor 8 also has a control electrode 10, to which a gate voltage can be applied. The mode of operation of the main thyristor 1, of the first control semiconductor 5 and the second control semiconductor 8 are with each other known and do not need to be explained in detail here.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thyristorbauelementes dargestellt. Der Hauptthyristor 1 ist als erstes Scheibenelement 11, der erste Steuerhalbleiter 5 ist als zweites Scheibenelement 12 und der zweite Steuerhalbleiter 8 ist als drittes Scheibenelement 13 ausgebildet. Die Scheibenelemente verfügen über elektrische Anschlüsse, die hier als Klemmen 14, 15, 16 symbolisiert sind. Die Scheibenelemente 11, 12, 13 sind auf einer Kupfer-Wärmeleitplatte 17 angeordnet, die durch eine Isolierschicht 18 elektrisch isoliert auf einer Aluminiumgrundplatte 19 aufliegt. Ein nicht dargestelltes gemeinsames Bauelement-Gehäuse kann beispielsweise an der Aluminiumgrundplatte 19 befestigt werden. Der Hauptthyristor 1, der erste Steuerhalbleiter 5 und der zweite Steuerhalbleiter 8 sind als Scheibenelemente 11, 12, 13 ausgebildet und, thermisch miteinander verbunden, auf einer Kupfer-Wärmeleitplatte 17 angeordnet. Durch diese Integration der Leistungshalbleiter in einem Gehäuse ist eine wesentlich bessere Wärmeverteilung als bei Verwendung von einzelnen Bauelementen gewährleistet.In Fig. 2 is an embodiment of the thyristor component according to the invention shown. The main thyristor 1 is the first disk element 11, the first control semiconductor 5 is the second disk element 12 and the second control semiconductor 8 is the third Disc element 13 is formed. The pane elements have electrical connections, which are symbolized here as terminals 14, 15, 16. The disc elements 11, 12, 13 are arranged on a copper heat conducting plate 17, which is covered by an insulating layer 18 rests on an aluminum base plate 19 in an electrically insulated manner. A not shown common component housing can, for example, on the aluminum base plate 19 be attached. The main thyristor 1, the first control semiconductor 5 and the second Control semiconductors 8 are designed as disk elements 11, 12, 13 and, thermally connected to one another, arranged on a copper heat conducting plate 17. Through this Integration of the power semiconductors in a housing is a much better one Heat distribution than guaranteed when using individual components.

Claims (7)

Ansprüche 1. Thyristorbauelement mit einem Hauptthyristor und wenigstens einem Steuerhalbleiter, dadurch gekennzeichnet, daß Hauptthyristor (1) und Steuerhalbleiter (5, 8) als Scheibenelemente (11, 12, 13) ausgebildet und unter thermischer Verbindung in einem Gehäuse als ein Bauelement angeordnet sind.Claims 1. Thyristor component with a main thyristor and at least a control semiconductor, characterized in that the main thyristor (1) and control semiconductor (5, 8) designed as disc elements (11, 12, 13) and with thermal connection are arranged in a housing as a component. 2. Thyristorbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Steuerhalbleiter (5) eine Umschwingdiode vorgesehen ist.2. Thyristor component according to claim 1, characterized in that a reversing diode is provided as the first control semiconductor (5). 3. Thyristorbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß statt einer Umschwingdiode ein Umschwingthyristor verwendet wird.3. Thyristor component according to claim 2, characterized in that Instead of a reversing diode, a reversing thyristor is used. 4. Thyristorbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Steuerhalbleiter (8) ein Löschthyristor vorgesehen ist.4. Thyristor component according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as a second control semiconductor (8) a quenching thyristor is provided. 5. Thyristorbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenelemente (11, 12, 13) auf einer Wärmeleitplatte (17) angeordnet sind, die durch eine Isolierschicht (18) elektrisch isoliert auf einer Grundplatte (19) aufliegt.5. Thyristor component according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the disc elements (11, 12, 13) on a heat conducting plate (17) are arranged, which are electrically insulated by an insulating layer (18) a base plate (19) rests. 6. Thyristorbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitplatte (17) und/oder die Grundplatte (19) aus Kupfer bestehen.6. Thyristor component according to claim 5, characterized in that the heat conducting plate (17) and / or the base plate (19) are made of copper. 7. Thyristorbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitplatte (17) und/oder die Grundplatte (19) aus Aluminium bestehen.7. Thyristor component according to claim 5, characterized in that the heat conducting plate (17) and / or the base plate (19) are made of aluminum.
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