ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Лекции

Для специальности 190401

«Электроснабжение железных дорог»

Конструкция мощных выпрямителей диодов и тиристоров.

Р абочим элементом мощного полупродникового прибора является вырезанная из монокристалла кремния тонкая пластина, в которой сформирован p-n переход. Чтобы при нагреве пластина не растекалась, её серебряным припоем припаивают к термокомпенсирующим диском из вольфрама или молибдена.

М0

P-n

M0

Основные этапы изготовления:

1. монокристалл кремния с проводимостью n-типа разрезается на диски толщиной 0,4 мм.

2. на поверхность этого диска наносится раствор азотистого AL и борной кислоты, высушивается, диск помещается в кварцевую ампулу и запекается в печи 10ч. при t=1300ºC. При этом AL бор протекают в кремний и образуют слой p-типа. Глубина проникновения 100мк.

3. на обе стороны диска наносится слой никеля, который при нагреве до 600ºC спекается с кремнием и образует выводы.

4. припаиваются термокомпенсирующие пластины.

5. наносится защитное покрытие на боковую грань.

Толщина пластин термокомпенсаторов может быть до 3мм. Вся эта конструкция называется выпрямительный элемент, который для защиты от внешних воздействий помещается в корпус. Корпуса бывают штыревые и таблеточные.

Параметры и обозначения силовых диодов.

1. предельный прямой ток - максимально допустимый протекающий через диод в прямом направлении. Зависит от условий охлаждения.

2. ударный ток ( ) – допустимое значение одиночного импульса прямого тока длительностью 10мс.

3. повторяющееся обратное U( ) – максимальное амплитудное значение обратного U. По нему устанавливают класс диода.

ГОСТ 1970г.:

В200-10-1.05

1. В – диод

Т – тиристор

Л - лавинный

2. А.

3. класс=10

В.

4. В при А.

ГОСТ 1982г.:

Д161-200-12-1.25-1.05

1. Д – диод

2. Тип корпуса (штыревой и таблеточный), диаметр корпуса или резьбы, размер ключа.

3. .

4. k.

5. Группа по времени восстановления обратного сопротивления.

6. .

Тепловой режим силовых полупроводниковых приборов.

Выделяемая в полупроводниковом кристалле электрическая мощность

рассеивается в виде тепла, которое должно быть отведено.

.

h – Коэффициент теплопередачи.

A – Площадь сечения канала отвода тепла.

ΔT – разность температур кристалла и окружающей среды.

Канал отвода тепла состоит из нескольких слоёв:

1. термокомпенсаторы.

2. прокладки.

3. корпус.

4. охладитель.

Каждый из этих слоёв обладает своей характеристикой теплопередачи и оказывает сопротивление отводу тепла. Такое сопротивление называется тепловым .

[ ]

Выделяют три тепловых сопротивления:

1. кристалл – корпус .

2. корпус – охладитель .

3. охладитель – окружающая среда .

Для повышения нагревательной способности полупроводника следует уменьшить тепловое сопротивление: между к - о – применением теплопроводящей пасты, а между о – ос – увеличением площади поверхности охладителя (ребристой) и чернением его поверхности.

Тепловое сопротивление охладителя зависит от его геометрических размеров и определяется по формуле:

.

λ – коэффициент теплопроводности Вт/ºК·см

Вт/ºК·см

W – Толщина пластины в см.

A – Площадь поверхности в .

c – Коэффициент, учитывающий расположение и цвет рёбер.

Если радиатор принудительно обдувать потоком воздуха, можно существенно снизить .

1

0,8

0,6

0,4

0,2

2 4 6 8 10 12 V, м/с

К сожалению, составляет 70% от общего .

В качестве охлаждения среды можно применять воду и масло.

	Воздух	Вода	Масло
	1	100	10
Коэффициент теплопроводности Вт/м·К	0.028	0.624	0.12
Удельная теплоёмкость Дж/кг·К	1000	4200	1900
Металл – среда Вт/м²·К	35	3500	350

Обозначение радиаторов для воздушного охлаждения.

ОА-18 – ГОСТ 1972г.

18 – диаметр резьбы штыревого корпуса.

О – охладитель.

А – AL.

Для диодов ГОСТа 1980г.:

О131-60У2

О – охладитель.

131 – конструктивное исполнение.

на конце 1 – штыревые

3 – таблеточные

60 – длина радиатора в мм.

У2 – исполнение

Параметры радиаторов.

Радиатор	О243-150	О353-150	О173-200
ºС /Вт
Естественное	0.28	0.34	0.15
V=6м/с	0.08	0.095	0.045
Масса, кг	5.8	5.7	17