DE2038070B2 - Halbleiter-hochspannungsgleichrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Hochspannungsglüichrichter, bei dem eine Anzahl ungekapselter Gleichrichterelemente in durchgehenden, in ihrer Flächenausdehnung den Gleichrichterelcmenlcn angepaßten Ausspamngen eines Isolierstoffträgerkörpers angeordnet, über Kontaktbauteile elektrisch verschaltet und in einem Gehäuse eingeschlossen sind.

Es sind Halbleiter-Hochspanniingsglcichrichter bekannt, bei denen einzelne in Glasröhrchen gekapselte Gleichrichtcrelemente auf einer KunststolTleistc aufgereiht sind und diese Baueinheit in einem Kunststoffrohr vergossen ist (DT-AS 11 30 077).

Ferner ist es bekannt, aus gekapselten und auf Kühlbleche montierten Gleichrichierelcmenien unter Verwendung geeigneter Montageteile cine Hochspannungsglcichrichtereinheit aufzubauen (DTPS 04 619).

Weiterhin ist es bekannt, gekapselte Gleichrichtcrelemente auf einer Seite einer mit Durchbohrungen versehenen Halterungsplatte aus Kunststoff so anzuordnen, daß die Anschlußdrähte durch die Bohrungen hindurchgeführi werden und auf der Rückseite zu einer elektrischen Reihenschaltung verbunden sind (DT-PS 04 069).

Außerdem sind Anordnungen bekannt, bei welchen ungekapseite scheibenförmige Glcichrichterelementc in einem Keramikrohr gestapelt und mit Hilfe von an dessen beiden Enden angeordneten Spiralfedern fest zusammengehalten und gleichzeitig kontaktiert sind (DT PS 10 93 018 und DT-PS 11 26 517).

Die mit gekapselten Gleichrichierelcmenien aufge-

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bauten Anordnungen erfordern einen großen Platzbedarf und einen hohen Aufwand an Material und Fertigungszeit. Ein Stapelaufbau mit ungekapselten Gleichrichterelementen zeigt im allgemeinen ungünstige Wärmeableitungsverhältnisse und. dadurch bedingt, nur geringe Überlastungsfähigkeit sowie häufig Schwierigkeilen zur Erzielung einer einwandfreien Kontaktgabe.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung ist eine Anzahl von zueinander parallelen Gleichrichterelementestapein geringer Höhe zwischen zwei Leisten eingespannt. Jeder Gleichrichtet stapel ist mit Hilfe einer Druckfeder gehaltert, und die Kontaktierung sowie die elektrische Verschaltung der Stapel ist durch untergelegte Bleche hergestellt. Diese bekannte Anordnung entspricht jedoch im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und erzielbare Betriebsspannungen nicht in allen Fällen den gestellten Anforderungen (DT-^PS 8 37 421).

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiter-Hochspannungsgleichrichter mit ungekapselten Gleichrichterelementen zu schaffen, der gegenüber bekannten Anordnungen rationeller herstellbar ist und verbesserte thermische und elektrische Eigenschaften aufweist.

Die Erfindung besteht bei einem Halbleiter-Hochspannungsgleichrichter der eingangs erwähnten Art darin, daß der Isolierstoffträgerkörper kastenförmig ausgebildet und mit wenigstens einer Reihe von Aussparungen verschen ist. daß zur Kontaktierung und Verschaltung der in den Aussparungen angeordneten Glcichrichtcrelcmente Kontaktleisten aus Isolierstoff vorgesehen sind, die mit den Aussparungen übereinstimmend angeordnete und dieser, angepaßt ausgebildete Öffnungen aufweisen und an der Innenfläche sowie in der Umgebung der Öffnungen metallisiert sind, daß auf mindestens einer Kontaktteile getrennte metallische Leiterbahnen aufgebracht sind, welche jeweils diejenigen benachbarten Öffnungen, die den zur Herstellung der notwendigen Reihenschaltung zu verbindenden Kontaktseiten jeweils zweier aufeinanderfolgender Gleichrichterelemcnle zugeordnet sind, sowie Anfang und/oder Ende der Reihenschaltung mit am Kontaktlcistenende angeordneten und als Leitungsanschluß dienenden Metallisierungen verbinden, daß an beiden Seiten des Isoliersloffträgerkörpers jeweils eine Konlaktlcistc so angelegt ist, daß die Metallisierung jeder Ollnung an einem Gic-icnnchiorclCmCfii anliegt und die Leiterbahnen die elektrischen Verbindungen der in entsprechender Orientierung angeordneten Gleichrichterelementc im Verlauf der Reihenschaltung bilden. und daß der aus lsolierstoffträgerkörper und Kontaktleistcn bestehende Aufbau an beiden Enden mit Hilfe eines aufgesteckten, metallischen Kontaktstücks zusammengespannt und an allen Kontaktstellen verlötet ist.

Anhand der in den F i g. I bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele werden Aufbau und Wirkungsweise des Gegenstandes der Erfindung aufgezeigt und erläutert. Für gleiche Teile sind in allen Figuren jeweils gleiche Bezeichnungen gewählt.

Fig. la zeigt in Draufsicht und Fig. Ib im Schnitt einen lsolierstoffträgerkörper zur Aiil'reihiing von tabletlenförmigen Gleichrichterelemenien. F" ig. 2a in Draufsicht und Fig. 2b im Schnitt ein streifenförmiges Kontaktbauteil zur Kontaktierung der aufgereihten Elemente. In F i g. 3 ist der aus Trägerkörper und an 6s dessen beiden Seiten angeordneten Koniaktbauteilcn bestehende Aufbau des Gegenstandes der Erfindung dargestellt, und F-" ig. 4 zeigt im Schnitt, eine andere Ausführungsform für einen lsolierstoffträgerkörper zur Aufnahme von Gleichrichterelementen.

Der in Fig. la dargestellte leistenförmige lsolierstoffträgerkörper 1 mit beispielsweise rechteckigem Querschnitt weist in der Längsachse angeordnete, kreisförmige Aussparungen 2 zur Aufnahme einer für die jeweilige Reihenschaltung vorgesehenen Anzahl von kontaktierfähigen Gleichrichtcrelementen 4 auf. Für den gegenseitigen Abstand der Aussparungen 2 ist der ausreichende Isolationsabstand zwischen den jeweils benachbarten und auf unterschiedlichem Potential liegenden Kontaktseiten aufeinanderfolgender Gleichrichterelemente maßgebend. Die Flächenausdehnung der Aussparungen 2 ist derjenigen der vorzugsweise aus einer Halbleiterscheibe und an deren beiden Seiten befestigten Kontaktronden bestehenden Gleichrichierelemente 4 in der Weise angepaßt, daß diese, beispielsweise an ihrer Mantelfläche mit einem Schutzlack abgedeckt, mit Haftsitz eingefügt werden können.

Die Länge des Isolierstoffträgerkörpers 1 ist von der räumlichen Aufteilung der vorgesehenen Anzahl Aussparungen 2 abhängig. Seine Dicke wird durch die Dicke der vorgesehenen Gleichrichtcrelemente sowie durch fertigungstechnische Gesichtspunkte bestimmt.

Der lsolierstoffträgerkörper I besteht aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise aus Keranvk oder Kunststoff. Das Material wird durch die jeweils an das thermische Verhalten, die Kriechstromfestigkeit und die Spannungsbelastbarkcit gestellten Forderungen bestimmt. Bei Verwendung von Keramik hat sich Oxidkeramik als vorteilhaft erwiesen. Bei Verwendung von Kunststoffen kommen insbesondere Epoxidharze oder Melaminharze in Betracht. Letztere können zur Verbesserung ihrer elektrischen und thermischen Eigenschaften noch glasfaserverstärkt sein. Weiterhin kann der Kunststoff zur Erhöhung der Kricchstromfestigkeit noch lackiert sein und zusätzlich zwischen benachbarten Aussparungen jeweils eine quer verlaufende Rippe oder Rille aufweisen.

Fig. Ib zeigt im Schnitt die Anordnung eines in eine Aussparung 2 des Isolierstoffträgerkörpers 1 eingefügten Gleichrichterelements 4. das gemäß der Darstellung auf beiden Seiten hcrausragt. Es ist vorzugsweise mittels Haftsitz fixiert der zur Halterung des Gleichrichtcrelements beim Kontaktieren ausreicht, so daß die miteinander zu verbindenden Kontaktseiten benachbarter Gleiehrichterelemente mit Hilfe einer siegförmigen Leiterbahn in vorteilhafter Weise elektrisch in Reihe geschaltet werden können.

Dazu dient das in F i g. 2a dargestellte, streifenförmig ausgebildete und weiterhin als Kontaktleiste 11 bezeichnete Kontaktbauteil. Die Kontakileiste 11 weist Öffnungen 12 auf. deren Fläche vorzugsweise kleiner ist als diejenige der Aussparungen 2 des Isolierstoffträgerkörpers, und die nach Anzahl und Anordnung mit dessen Aussparungen 2 jeweils zentrisch übereinstimmen, wenn lsolierstoffträgerkörper und Kontaktleiste Il deckungsgleich aufeinanderlicgen. An der Innenfläche der Öffnungen 12 sowie wenigstens in deren Umgebung ,st die Kontaktleiste 11 jeweils beispielsweise nach Art der Kaschierung von Leiterplatten für gedruckte Schaltungen metallisiert. Außerdem weist sie an einem Ende ihrer einen Seite zur Herstellung eines äußeren l.citungsanschlusses für die Reihenschaltung eine Metallisierung 14 und eine von dieser zur benachbarten ersten Öffnung 12 verlaufende, streifcnförmige Leiterbahn 13 auf. Zur Reihenschaltung von jeweils /wc-i benachbarten Gleichrichterelementen sind die Metalli-

sicriingcn der entsprechend zugeordneten Öffnungen

12 jeweils durch eine Leiterbahn 13 miteinander verbunden. Die Ausdehnung der Metallisierungen in der Umgebung der Öffnungen 12 entspricht angenähert der riachenausdehnung der vorgesehenen Gleichrichterele meine. Die Dicke der aus gut löil'ähigcm Material. vorzugsweise aus Kupfer, bestehenden Leiterbahnen 13 ist unkritisch, da sie bei der zur Kontaktierung und elektrischen Verschaltung der Gleichriehlerelemenie 4 vorgesehenen Tauchlöiung noch eine Lotbeschichtung erhalten. Die Kontaktleiste II kann ebenfalls aus Keramik bestehen, ist vorzugsweise jedoch aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem zur Herstellung von Leiterplatten verwendbaren Material, angefertigt.

In Cig. 2b ist die Kontaktleiste Il im Schnitt durch eine Öffnung 12 dargestellt. Die vorgesehene Metallisierung auf einer Seile der Kontaktleiste greili über die Innenfläche der Öffnungen auf die andere Seite durch. Dabei verbleibt eine im Vergleich zur llächenausdehnung der Gleichrichterelemente kleinere Öffnung, die bei der vorzugsweise durch eintauchen in ein Lötbad erfolgenden l.oikontakticrung einen Kanal für das Lot zur Kontaktfläche des jeweilig'^ Gleichricluerelements darstellt.

I i g. 3 zeigt im Schnitt einen aus Isolierstoflirägerkörper 1 und an dessen beiden Seiten angeordneten Kontaktleisten 11 bestehenden Aufbau des Gegenstandes der Erfindung. Die l.ängsausdehnung ist beliebig und durch Unterbrechung der Längskanten angezeigt. In den Isoliersioffträgerkörper 1 sind (ileichrichterelemente 4 in abwechselnd unterschiedlicher und durch ein Dreieck angedeuteter elektrischer Orientierung eingebracht. Zu ihrer Kontaktierung ist auf beiden Seiten des Isolierstoffträgerkörpers je eine Kontaktleiste 11 flachcnhaft angepaßt so angelegt, daß u;e Leiterbahnen

13 auf der dem Isoliersioffträgerkorper ahgewandten Seite 'liegen, und daß die Öffnungen Ί2 mit ihiei Metallisierung flachcnhaft an den Kontaktseiten der Gleichlichterelemente 4 anliegen und /emnsch mit diesen übereinstimmen. Die in I i g. ?a dargestellte Ausführungsform des Kontaklstrcifens ist auf der rechten Seite des Isolierstoffträgerkörpers 1 angeordnet. Die Ausbildung der Kontaktleisten 11 und die Anordnung der Metallisierungen 14 und der Leiterbahnen 13 richten sich nach Anzahl und Anordnung der Gleichrichterelemente. Bei ungerader Anzahl sind beide Kontaktstreifen gleich ausgebildet und zur Querachse des Isolierstoffträgerkörpers Spiegels)mmetrisch angeordnet, so daß den ersten äußeren Leitungsanschluß der Reihenschaltung beispielsweise die Metallisierung

14 der rechtsseitig am Isolierstoffträgerkörper angeordneten Kontaktleiste 11 und den weiteren äußeren Leitung^anschluß die am gegenüberliegenden Ende der linksseitig angeordneten Kontaktleiste befindliche Metallisierung 14 bildet. Die bei einer solchen Anordnung gegebene Seitenvertauschbarkeit der Kontaktleisten 11 stellt einen weiteren Vorteil des Erfindungsgegenstandes dar. Bei gerader Anzahl der Gleichrichterelemente weist dagegen eine der beiden Kontaktleisten an jedem Fnde eine Metallisierung 14 und zwischenliegende Leiterbahnen 13 auf. während die andere Kontaktleiste nur mit Leiterbahnen 13 versehen ist.

Über die Endabsehnitte des gestreckten Aufbaus gemäß der Darstellung in Γ i g. 3 ist jeweils ein beispielsweise U formig oder becherförmig ausgebildetes Kontaktstück 21 gesteckt, das den Isolierstoffträgerkorper 1 und die Kontaktleisten 11 zur Durchführung eines I otprozesses geeignet ziis.immcnspannt und bei der fertigen Anordnung jeweils einen Pol der Reihenschaltung mit einem metallischen Bauteil am zugeordneten finde des Gehäuses verbindet. Die Schenkelenden des Kontaktstücks können zum leiehles ren Aufstecken nach außen gebogen sein.

Die Koniaktleislen können ferner in der Weise ausgebildet und angeordnet sein, daß die Leiterbahnen 13 auf der dem Isolieisioflträgerkoiper zugewandten Seile und die Metallisierungen 14 auf der dem Isolierstolfträgerkörper abgcw andten Seite liegen.

Weiterhin können die Kontaktleislen auch in dei Weise ausgestaltet sein, daß durch Ausfüllung dei Öffnungen 12 mit Loimctall siiftl'örmige Kontaktteile gegeben sind, die auf ilen Kontaktseiten der Gleich

is richterelemente aufliegen, und daß mit Hilfe eines lötfähigen Überzuges auf den Gleichrichterelementen und auf den Metallisierungen durch eine Wärmebehandlung, welcher der aus Isolierstolfträgerkörper und Kontaktieren gebildete Aufbau unterworfen wird, eine feste Verbindung an allen Kontaktstellen des Aufbau·· gewährleistet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Lrlindung bestehen darin, daß die Aussparungen 2 des lsolierstoffiiägerkörpers 1 in Reihen und Spalten mit oder ohne Versetzung angeordnet sind.

Line andere Weiterbildung ist gemäß der Darstellung in I'ig. 4 dadurch gegeben, daß ein Isolierstolltiager körper 31 auf einander gegenüberliegenden Seiten Aussparungen 32 dergestalt aufweist, daß jeweils eine Aussparung der einen Seite mit der gegenüberliegende·· Aussparung der anderen Seite zur räumlichen im·.; elektrischen Reihenschaltung zweier Gleichrichlerelc menie dienen. Die Aussparungen 32 sind über eine Durchbohrung 33 miteinander verbunden. Zur Betest:

gung der Gleichrichterelemente und zu ihrer gegenseil; gen galvanischen Verbindung sind die dafür vorgesehenen f-lachen der Aussparungen 32 und die Durchbohrung 33 mit einer zusammenhängenden Metallisierung (34. 35) versehen. Die äußeren Kontaktseiten je zweie¹' benachbarter Gleichrichtercletrentc der gleichen Trägerkörperseile sind mit Hi'ifc einer angelegte: Kontakileiste kontaktiert und verschaltet.

hin weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel (.'es Erfindungsgegenstandes ist in der Weise ausgestalte; daß der Isolierstoffträgerkörper gleichzeitig als Ki■; laktleiste vorgesehen und ausgebildet ist.

Zur richtigen gegenseitigen Zuordnung der streifenförmigcn Bauteile können dieselben Markierungen beispielsweise Kerben, aufweisen, die an übereinsum menden Kanten angebracht sind.

Der Gegenstand der Erfindung ermöglicht in einfacher Weise auch die Ausbildung von Hochspan nungsgleichrichtern in beliebiger Satzschaltung. Zur Erzielung einer Dreiphasen-Sternschaltung kann der Isolierstoffträgerkörper 1 drei zueinander parallele Reihen von Aussparungen 2, 32 aufweisen. Entspre chend kann jede Trägerkörperseite mit einer oder drei angepaßt ausgebildeten Kontaktleisten 11 belegt sein. so daß drei voneinander unabhängige, geeignet elektrisch zu verbindende Reihenschaltungen gegeben sind.

Zur Herstellung von Gleichrichteranordnungen gemäß der Erfindung wird ein lsolierstoffirägerkörper 1 mit Gleichrichte rt-iementen 4 bestückt. Anschließend wird an jeder "--cite eine angepaßt ausgebildete Kontaktleiste fl.u, : 'aft so angelest, daß die Metallisierung der Öflnuni'. 12 mit den Komaktseiten der leweiK /ageii'dre'e . f '■ Ή: ■·. hu-1 eleirk ntc iiK'V·'¹

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stimmt. Die zu einem Icistcnförmigcn Aufbau gestapelten Bauteile werden durch Aufsieeken eines Kontaktstüeks 21 an jedem Einde zusammengehalten. Durch Lintauchen des Aufbaus in ein Lötbad werden gleichzeitig alle Gleichrichterelemente mit ihren zugeordneten Leiterbahnen 13 koniakliert und zusätzlich mn dem Kontaktstück fest verbunden. Nach der elektrischen Prüfung wird der erfindungsgemäße Aufbau in bekannter Weise gekapselt.

Line wirtschaftlichere Herstellung wird d erzielt, daß Isolierstoffträgerkörpcr und Kontak in größeren Längen vorgefertigt sind und im
ihrer Länge jeweils übereinstimmend mit Markie zur Zerteilung versehen, in der vorbesehriebener zusammengebaut und kontaktiert werden, ui anschließend eine Zerteilung in der durch die gcv te Schaltung bestimmten Haulänge erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Halbleiter-Hochspannungsgleichrichter, bei dem eine Anzahl ungekapselter Gleichrichterelemente in durchgehenden, in ihrer Flächenausdehnung den Gleichrichterelementen angepaßten Aussparungen eines Isolierstoffträgerkörpers angeordnet, über Kontaktbauteile elektrisch verschaltet und in einem Gehäuse eingeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffträgerkörper (1) leistenförmig ausgebildet und mit wenigstens einer Reihe von Aussparungen (2) versehen ist, daß zur Kontaktierung und Verschaltung der in den Aussparungen (2) angeordneten Gleichrichterelemente (4) Kontaktleisten (il) aus Isolierstoff vorgesehen sind, die mit den Aussparungen (2) übereinstimmend angeordnete und diesen angepaßt ausgebildete Öffnungen (12) aufweisen und an der Innenfläche sowie in der Umgebung der Öffnungen metallisiert sind, daß auf mindestens einer Kontaktlciste getrennte metallische Leiterbahnen (13) aufgebracht sind, welche jeweils diejenigen benachbarten Öffnungen (12), die den zur Herstellung der notwendigen Reihenschaltung zu verbindenden Kontaktseiten jeweils zweier aufeinanderfolgender Gleichrichterelemente (4) zugeordnet sind, sowie Anfang und/oder Ende der Reihenschaltung mit am Kontaktleistenende angeordneten und als Leitungsanschluß dienenden Metallisierungen (14) verbinden, daß an beiden Seiten des Isolierstoffträgerkörpers (1) jeweils eine Kontaktleiste (11) so angelegt ist, daß die Metallisierung jeder Öffnung (12) an einem Gleichrichterelement (4) anliegt und die Leiterbahnen (13) die elektrischen Verbindungen der in entsprechender Orient'crung angeordneten Gleichrichtcrelemente im Verlauf der Reihenschaltung bilden und daß der aus Isoliersiofhrägerkörper (1) und Kontaktleisten (11) bestehende Aufbau an beiden Knden mit Hilfe eines aufgesteckten, metallischen Kontaktstücks (21) zusammengespannt und an allen Kontaktstellen verlötet ist.

2. Halblciter-Hochspannungsgleichrichter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (2) des Isolierstofflrägerkörpers (1) in Reihen und Spalten mit oder ohne Versetzung angeordnet sind.

3. Halblciter-Hoehspannungsglciehrichter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Isolierstoffträgerkörpers (31) Aussparungen (32) in der Weise angebracht sind, daß jeweils eine Aiissparung der einen Seite mit der gegenüberliegenden Aussparung der anderen Seite zur räumlichen und elektrischen Reihenschaltung zweier Gleichrichtcrelemente dienen, über eine Durchbohrung (33) miteinander verbunden und zur Befestigung der Glcichrichicrclcmcnte (4) und ihrer gegenseitigen galvanischen Verbindung geeignet metallisiert sind (34,35).

4. Halbleiter-Hochspannungsgleichrichter nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffträgerkörper (1, 31) aus Keramik oder Kunststoff besieht.

5. Halbleiier-Ihochspannungsgleichrichter nach Anspruch I oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reihenschaltung einer ungeraden Anzahl von Gleichrichtcrelemenicn beide Kontaktleisten (II) übereinstimmend mit Leiterbahnen (13) und an einem Ende mit einer als Leitungsanschluß dienenden Metallisierung (14) versehen sind.

6. Halbleiter-Hochspannungsgleichrichter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reihenschaltung einer geraden Anzahl von Gleichrichterelementen eine Kontaktleiste lediglich Leiterbahnen (13) zur Verbindung benachbarter Kontaktseiten zweier aufeinanderfolgender Gleichrichterelemente und die andere Kontaktleiste Leiterbahnen (13) und an beiden Enden jeweils als Leitungsanschluß dienende Metallisierungen (14) aufweist.

7. Halbleiter-Hochspannungsgleichrichter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleisten (11) aus Keramik oder Kunststoff bestehen.

8. Halbleiter-Hochspannungsgleichrichter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffträgerkörper gleichzeitig als Kontaktleiste vorgesehen und ausgebildet ist.

9. Halbleiter-Hochspannungsgleichriehter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den ai-s Isolierstoffträgerkörper (1) und Kontaktleisle(n) (11) bestehenden Aufbau aufgesteckte, metallische Kontaktstück (21) U-förmig ausgebildet ist und aus einem elastischen Material besteht.

10. Halbleiter-Hochspannungsgleiehrichter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den aus Isolierstoffträgerkörper (1) und Kontaktleiste(n)( 11) bestehenden Aufbau aufgesteckte, metallische Kontaktstück (21) becherförmig ausgebildet ist.