DE1228002B - Trockengleichrichter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

UEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1228 002

Aktenzeichen: G 31774 VIII c/21 g

Anmeldetag: 7. März 1961

Auslegetag: 3. November 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen Trockengleichrichter, also eine Halbleiteranordnung mit stromrichtungsabhängigem Widerstand, welche zum Gleichrichten elektrischer Wechselströme dient.

Derartige Halbleiteranordnungen bestehen bekanntermaßen aus einer metallischen Trägerplatte, die gleichzeitig der Wärmeabfuhr dient, einer auf diese aufgebrachten Halbleiterschicht, einem Metallüberzug auf der Halbleiterschicht und einer am Metallüberzug anliegenden Zuleitungselektrode. Als Halbleiter finden vorzugsweise Selen, Kupferoxydul, Silizium und Germanium Verwendung. Da eine derartige Anordnung im allgemeinen nur eine begrenzte Spannung sperren kann, bei einer Halbleiterschicht aus Selen z. B. 25 bis 30 V, bestehen für höhere Spannungen geeignete Gleichrichter aus einer Säule von aufeinandergeschichteten Platten, die einen gewissen Abstand voneinander haben und von denen so viele hintereinandergeschaltet sind, wie die zu sperrende Spannung erforderlich macht. ao

Bei den bisher bekanntgewordenen Platten für Trockengleichrichter ist die gesamte metallische Trägerplatte mit einer Halbleiterschicht überzogen und diese anschließend mit einem als Elektrode dienenden Metallüberzug bedeckt. An diesen Metall- as überzug ist die Zuleitungselektrode in der Weise angelegt, daß ein elektrischer Kontakt entsteht, dessen Fläche bei den normalen Ausführungsformen etwa ringförmig ist. Der vorliegenden Erfindung liegt die bekannte Erkenntnis zugruide, daß für den Stromdurchgang durch die Gleichrichterplatte praktisch allein die Kontakt- oder Berührungsfläche der auf- bzw. angelegten Zuleitungselektrode maßgebend ist und daß die übrigen Teile der Halbleiterschicht für die Stromleitung in Flußrichtung des Stromes keinerlei Wirkung haben. In Flußrichtung ergibt sich nämlich auf Grund der Tatsache, daß auch die an der Halbleiterschicht anliegenden Elektrodenplatten einen endlichen Widerstand haben, eine Stromlinienverteilung, bei welcher die Stromliniendichte nahe der Zuleitungselektrode groß, mit zunehmender Entfernung von dieser jedoch weit geringer ist.

In Sperrichtung dagegen liegt die Sperrspannung an der gesamten Halbleiterfläche an, wodurch sowohl die Durchschlagsgefahr des Gleichrichters als auch seine Kapazität in Sperrichtung wesentlich erhöht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Trockengleichrichterplatte zu schaffen, mit welcher diese Nachteile vermieden werden. Hierbei geht die Erfindung von einem Trockengleichrichter aus, bei dem die Halbleiterschicht nur einen Trockengleichrichter

Anmelder:

Dr.-Ing. Gerhard Gille,

Angermund, Graf-Engelbert-Str. 8

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Gerhard Gille, Angermund

Teil der Trägerplatte bedeckt. Gelöst wird die Aufgabe mittels eines Trockengleichrichters, bei welchem gemäß vorliegender Erfindung die Halbleiterschicht in ihrer Fläche und ihren geometrischen Abmessungen im wesentlichen der Fläche der am Metallüberzug anliegenden Zuleitungselektrode entspricht. Aus dem eingangs erläuterten Grund ändert sich für den Stromdurchgang im wesentlichen nichts, da auch bei einer die gesamte Fläche des Metallüberzugs bedekkenden Halbleiterschicht 90 bis 95% des gesamten Stromes den Bereich der Halbleiterschicht durchfließt, auf welchem nunmehr das Halbleitermaterial gemäß vorliegender Erfindung beschränkt ist. In der Sperrphase ist die der Dnrchschlagsgef ahr ausgesetzte Fläche außerordentlich verringert. Ferner ist die Kapazität der Gleichrichterplatte wesentlich herabgesetzt und ihr Sperrwiderstand vergrößert.

Ein weiterer Vorteil ist, daß gegenüber einer voll mit der Halbleiterschicht bedeckten Gleichrichterplatte die erfindungsgemäße Maßnahme den Aufwand an Halbleitermaterial vermindert. Die außerordentliche Verringerung des Halbleiterbedarfs ist besonders dort von Bedeutung, wo das verwendete Halbleitermaterial, z. B. Selen, teuer ist.

Der Gegenstand der Erfindung ist an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in den F i g. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt ist, nachstehend näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Trockengleichrichterelement und

F i g. 2 den oberen Teil des Gleichrichterelements gemäß F i g. 1 in vergrößerter Darstellung.

Wie die Zeichnung zeigt, besteht das Trockengleichrichterelement aus der metallischen Trägerplatte 1, welche gleichzeitig als Kühlfläche dient, und der auf diese aufgebrachten Halbleiterschicht 2, die mit einem Metallüberzug 3 versehen ist. An diesem Metallüberzug liegt die Zuleitungselektrode 6 an, wobei zwischen dem mittleren Teil der Zuleitungs-

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elektrode und der Trägerplatte eine Distanzscheibe 7 angeordnet ist. Der Trägerplatte 1 wird über die metallische Scheibe 5 elektrischer Strom zugeführt. In der Regel sind mehrere Gleichrichterplatten dieser Art auf einer gemeinsamen isolierten Säule 4 angeordnet und elektrisch hintereinandergeschaltet. Auf der Halbleiterseite erfolgt die Stromzufuhr über die federnd ausgebildete Elektrode 6, die als radial geschlitzte Kreisscheibe ausgebildet sein kann und etwa denselben Durchmesser besitzt wie die gegenüberliegende metallische Scheibe 5.

Während bei den bisher bekannten Trockengleichrichtern die gesamte mit 2 bezeichnete Schicht aus Halbleitermaterial besteht, ist dieses bei der erfindungsgemäßen Anordnung auf die Fläche beschränkt, die der kreisringförmigen Auflagefläche der am Metallüberzug anliegenden Zuleitungselektrode entspricht. In Durchflußrichtung ergibt sich, unabhängig davon, ob die gesamte Fläche 2 oder nur derjenige Teil, der mit der Elektrode 6 in Berührung steht, beschichtet ist, ein Strömungsfeld, -wie es mit den Stromlinien in Fig. 2 angedeutet ist; Diese Stromlinien zeigen, daß die halbleiterseitige Elektrode 6 im günstigsten Fall nur auf einem schmaleren Kreisring »elektrischen Kontakt« mit dem Halbleitermaterial hat. Somit kann mit Vorteil das Halbleitermaterial auf die Berührungsfläche mit der Zuleitungselektrode beschränkt werden. Außerhalb dieser Fläche würde die Halbleiterschicht so gut wie nicht zur Stromleitung beitragen. Selbstverständlich erstreckt sich die!" Trägerplatte 1 dagegen über den Bereich der ElektrddenS und 6 nach außen hinaus, da sie gleichzeitig als Kühlfläche dient.

An Hand eines Zahlenbeispiels soll der Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahme noch näher erläutert werden. Eine technisch übliche Gleichrichterplatte der Größe 100 · 100 mm hat eine zentrische Bohrung mit einem Durchmesser von 10 mm und Elektroden mit einem Durchmesser von 32 mm. Die halbleiterseitige Elektrode ist so geformt, daß im günstigsten Fäll· ein Kreisring won 32 mm äußerem und 27 mm innerem Durchmesser elektrischen Kontakt mit der Halbleiterfläche hat. Das entspricht einer Kontaktfläche von etwa 240 mm². Es kommen also nur etwa 2,5% der halbleiterseitigen Plattenfläche für den Stromdurchgang in Betracht. Tatsächlich ist die wirksame Kontaktfläche noch wesentlich kleiner, da infolge der mikroskopischen Rauhigkeit auf der ebensten, mit technischen Mitteln erzeugten Fläche wiederum, nur wenige Punkte, der scheinbaren Berührungsfläche zum Tragen, kommen. Da die Verteilung dieser Stellen durch die Zuf älligkeitefi in der Oberflächengestaltung bestimmt ist, wird im vorliegenden Fall als Kontaktfläche diejenige Fläche bezeichnet, innerhalb derer ein elektrischer Kontakt xo möglich ist. Gegenüber einer voll oder zu mehr als 90% mit Halbleiter bedeckten Gleichrichterplatte vermindert die erfindungsgemäße Maßnahme den Aufwand an Halbleitermaterial, die Durchschlagsgefahr und die Kapazität auf wenige Prozente.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Trockengleichrichter:,, bestehend aus einer der Wärmeabfuhr und als Elektrode dienenden metallischen Trägerplatte, einer auf diese aufgebrachten Halbleiterschißht, einem Metallüberzug auf der Halbleitersehicht und einer am Metallüberzug anliegenden Zuleitungselektrode, bei dem die Halbleitersehicht nur einen Teil der Trägerplatte bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitersehicht in ihrer Fläche und ihren geometrischen Abmessungen im wesentlichen der Fläche' der am Metallüberzug anliegenden Zuleitungselektrode entspricht.

2. Trockengleichrichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ringförmige Halbleitersehicht.

3. Trockengleichrichter' nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weniger als ein Drittel der Trägerplatte mit einer Halbleitersehicht, vorzugsweise aus" Selen, bedeckt ist. .

In Betracht gezogene ^Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 877 806, 971373; deutsche Auslegeschriften-Nr. 1018557, 1054450, V 1060 054;

schweizerische Patentschriften Nr. 213 494,
384;

belgische Patentschriften Nr. 506 110, 514 930;
USA.-Patentschriften Nr. 2 345 122, 2 863 105;
AEG-Mitteüungen, 1937, H_; 5, S. 185.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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