[發(fā)明專利]晶閘管變頻模塊

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00103441.3
• 申請(qǐng)日: 2000-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN1313672A
• 公開（公告）日: 2001-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 曹恒
• 主分類號(hào): H02M7/515
• 分類號(hào): H02M7/515;H02M5/45;H02M1/06;H05K1/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 馬鐵良,梁永

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及其中主電路由晶閘管組成的具有變頻功能的電力半導(dǎo)體模塊。

在過去的幾年，對(duì)功率電子器件的研究目標(biāo)是提高其工作頻率和功率處理能力。實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展集中于改進(jìn)功率MOSFET、IGBT、MCT等新型器件的結(jié)構(gòu)和功能。盡管這些器件可以使用它的控制極方便地導(dǎo)通、關(guān)斷電路，具有使用方便的優(yōu)點(diǎn)，但是它們的壽命和可靠性較差，在使用中容易損壞而導(dǎo)致整個(gè)電路失效。

對(duì)于晶閘管來說，其突出的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，功率大。但晶閘管是一種只能自己導(dǎo)通，不能自己關(guān)斷的器件，要讓它實(shí)現(xiàn)某種功能，需要解決龐大的觸發(fā)系統(tǒng)，并需要一定的輔助電路來使其關(guān)斷。

1992年出版、南京航空學(xué)院丁道宏主編的“電力電子技術(shù)”的第四章描述了已有技術(shù)的晶閘管觸發(fā)電路，參見圖1。這種晶閘管觸發(fā)電路可分為：脈沖形成及放大、鋸齒波形成及脈沖移相、同步、雙脈沖形成及強(qiáng)觸發(fā)等環(huán)節(jié)，并經(jīng)變壓器(磁罐)耦合到晶閘管。其中，晶體管Q1,Q2,Q3組成鋸齒波形成及脈沖移相電路，晶體管Q4,Q5組成脈沖形成環(huán)節(jié)，晶體管Q7,Q8組成復(fù)合功率放大器，觸發(fā)脈沖經(jīng)變壓器T的次級(jí)輸出。觸發(fā)電路的同步環(huán)節(jié)由同步變壓器BT和同步開關(guān)Q2所組成，同步變壓器接到主電路電源上，次級(jí)電壓控制Q2的通斷。雙脈沖觸發(fā)用于晶閘管的橋式全控電路，強(qiáng)觸發(fā)可以縮短晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間。在這一過程中，鋸齒波形成、脈沖移相、脈沖形成及同步屬于信號(hào)處理，可以運(yùn)用微電子技術(shù)對(duì)其進(jìn)行集成，達(dá)到小型化。但是強(qiáng)觸發(fā)功率放大、變壓器磁罐耦合部分，則由于采用的晶體管功率較大，難以做成集成電路來減少體積，只能用分立的體積較大的功率晶體管來完成。另一方面，該電路采用的觸發(fā)頻率約在5-10千赫，需要選用較大體積的磁罐進(jìn)行電磁耦合。每個(gè)磁罐的體積為20mm(高度)×30mm(直徑)。對(duì)一個(gè)三相變頻調(diào)速模塊來說約需要12個(gè)這樣體積的磁罐，所以這樣的技術(shù)方案不僅線路組成較復(fù)雜，而且體積也較龐大。難以將晶體管變頻系統(tǒng)濃縮為一個(gè)較小體積的模塊。

由于晶閘管的控制極只能控制晶閘管導(dǎo)通，不能使其關(guān)斷。所以晶閘管的關(guān)斷需要輔助晶閘管和LC網(wǎng)絡(luò)組成的輔助電路來完成。另外，觸發(fā)電路、晶閘管主線路以及散熱部分組成的整個(gè)線路是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，通常只能做成體積較大的柜子，由有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員現(xiàn)場安裝和調(diào)試，所以這種變頻調(diào)速方式一直末能得到有效推廣應(yīng)用。

因此，雖然能用晶閘管組合形成很多功能電路，但難以將其集成為一個(gè)具有一定功能的模塊，例如晶閘管變頻模塊。市場上已有的晶閘管模塊，基本上是晶閘管元件的簡單堆積。

因此，本發(fā)明的目的是將主電路由晶閘管組成的三相或單相變頻電路與其觸發(fā)電路、散熱部分、控制部分集成在一個(gè)模塊內(nèi)，使之成為一個(gè)具有變頻功能、使用簡單方便、體積大幅縮小的功率電子模塊。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明晶閘管變頻模塊包括：晶閘管主電路部分；陶瓷覆銅板做的基板，在其上進(jìn)行各種電路的連接；觸發(fā)電路以及封裝材料。

本發(fā)明晶閘管變頻模塊的特征在于通過選擇觸發(fā)電路的元件參數(shù)將觸發(fā)電路的觸發(fā)頻率提高到80KHz以上，并采用小型罐型觸發(fā)隔離變壓器，罐型觸發(fā)隔離變壓器的耦合性好，漏磁小，完全可以滿足觸發(fā)能力的要求，這樣既實(shí)現(xiàn)主電路與控制線路的隔離，具有抗干擾能力，又實(shí)現(xiàn)了小型化。本發(fā)明晶閘管變頻模塊的特征還在于觸發(fā)電路的功率放大部分是一個(gè)可高頻工作的集成電路，其方波輸出的陡直度要好。

本發(fā)明晶閘管變頻模塊的特征還在于觸發(fā)電路的控制部分具有輸入端以根據(jù)特定的應(yīng)用調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的形狀、序列和定時(shí)，進(jìn)行脈沖分配，使模塊完成需要的功能。

本發(fā)明晶閘管變頻模塊的晶閘管主電路可按需要以各種電路形式組成，例如形成變頻電路、整流電路、逆變電路等，與已有技術(shù)相同。

本發(fā)明晶閘管變頻模塊的特征還在于采用陶瓷覆銅板做晶閘管芯片的支撐板，以解決散熱及可靠性問題，在板上面連接各晶閘管以及其他電路元件組成功能電路。

因此本發(fā)明的晶閘管變頻模塊具有使用方便，成本低、可靠性高的效果，用戶不需進(jìn)行調(diào)試。

下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明實(shí)施方案。

圖1是已有技術(shù)的晶閘管觸發(fā)電路；

圖2表示晶閘管三相變頻調(diào)速線路的晶閘管部分；

圖3A表示本發(fā)明晶閘管變頻模塊觸發(fā)電路的功率放大部分；

圖3B是本發(fā)明晶閘管變頻模塊觸發(fā)電路的功率放大部分與晶閘管實(shí)際連接的線路圖；

圖4A、4B和4C是三種本發(fā)明晶閘管變頻模塊的原理方框圖；

圖5A是本發(fā)明晶閘管變頻模塊的剖面圖；

圖5B是本發(fā)明晶閘管變頻模塊的布局示意圖；