[发明专利]晶闸管变频模块

说明书

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及其中主电路由晶闸管组成的具有变频功能的电力半导体模块。

在过去的几年，对功率电子器件的研究目标是提高其工作频率和功率处理能力。实质性的进展集中于改进功率MOSFET、IGBT、MCT等新型器件的结构和功能。尽管这些器件可以使用它的控制极方便地导通、关断电路，具有使用方便的优点，但是它们的寿命和可靠性较差，在使用中容易损坏而导致整个电路失效。

对于晶闸管来说，其突出的优点是可靠性高，功率大。但晶闸管是一种只能自己导通，不能自己关断的器件，要让它实现某种功能，需要解决庞大的触发系统，并需要一定的辅助电路来使其关断。

1992年出版、南京航空学院丁道宏主编的“电力电子技术”的第四章描述了已有技术的晶闸管触发电路，参见图1。这种晶闸管触发电路可分为：脉冲形成及放大、锯齿波形成及脉冲移相、同步、双脉冲形成及强触发等环节，并经变压器(磁罐)耦合到晶闸管。其中，晶体管Q1,Q2,Q3组成锯齿波形成及脉冲移相电路，晶体管Q4,Q5组成脉冲形成环节，晶体管Q7,Q8组成复合功率放大器，触发脉冲经变压器T的次级输出。触发电路的同步环节由同步变压器BT和同步开关Q2所组成，同步变压器接到主电路电源上，次级电压控制Q2的通断。双脉冲触发用于晶闸管的桥式全控电路，强触发可以缩短晶闸管的导通时间。在这一过程中，锯齿波形成、脉冲移相、脉冲形成及同步属于信号处理，可以运用微电子技术对其进行集成，达到小型化。但是强触发功率放大、变压器磁罐耦合部分，则由于采用的晶体管功率较大，难以做成集成电路来减少体积，只能用分立的体积较大的功率晶体管来完成。另一方面，该电路采用的触发频率约在5-10千赫，需要选用较大体积的磁罐进行电磁耦合。每个磁罐的体积为20mm(高度)×30mm(直径)。对一个三相变频调速模块来说约需要12个这样体积的磁罐，所以这样的技术方案不仅线路组成较复杂，而且体积也较庞大。难以将晶体管变频系统浓缩为一个较小体积的模块。

由于晶闸管的控制极只能控制晶闸管导通，不能使其关断。所以晶闸管的关断需要辅助晶闸管和LC网络组成的辅助电路来完成。另外，触发电路、晶闸管主线路以及散热部分组成的整个线路是一个复杂的系统，通常只能做成体积较大的柜子，由有经验的技术人员现场安装和调试，所以这种变频调速方式一直末能得到有效推广应用。

因此，虽然能用晶闸管组合形成很多功能电路，但难以将其集成为一个具有一定功能的模块，例如晶闸管变频模块。市场上已有的晶闸管模块，基本上是晶闸管元件的简单堆积。

因此，本发明的目的是将主电路由晶闸管组成的三相或单相变频电路与其触发电路、散热部分、控制部分集成在一个模块内，使之成为一个具有变频功能、使用简单方便、体积大幅缩小的功率电子模块。

为实现上述目的，本发明晶闸管变频模块包括：晶闸管主电路部分；陶瓷覆铜板做的基板，在其上进行各种电路的连接；触发电路以及封装材料。

本发明晶闸管变频模块的特征在于通过选择触发电路的元件参数将触发电路的触发频率提高到80KHz以上，并采用小型罐型触发隔离变压器，罐型触发隔离变压器的耦合性好，漏磁小，完全可以满足触发能力的要求，这样既实现主电路与控制线路的隔离，具有抗干扰能力，又实现了小型化。本发明晶闸管变频模块的特征还在于触发电路的功率放大部分是一个可高频工作的集成电路，其方波输出的陡直度要好。

本发明晶闸管变频模块的特征还在于触发电路的控制部分具有输入端以根据特定的应用调节触发脉冲的形状、序列和定时，进行脉冲分配，使模块完成需要的功能。

本发明晶闸管变频模块的晶闸管主电路可按需要以各种电路形式组成，例如形成变频电路、整流电路、逆变电路等，与已有技术相同。

本发明晶闸管变频模块的特征还在于采用陶瓷覆铜板做晶闸管芯片的支撑板，以解决散热及可靠性问题，在板上面连接各晶闸管以及其他电路元件组成功能电路。

因此本发明的晶闸管变频模块具有使用方便，成本低、可靠性高的效果，用户不需进行调试。

下面参照附图详细描述本发明实施方案。

图1是已有技术的晶闸管触发电路；

图2表示晶闸管三相变频调速线路的晶闸管部分；

图3A表示本发明晶闸管变频模块触发电路的功率放大部分；

图3B是本发明晶闸管变频模块触发电路的功率放大部分与晶闸管实际连接的线路图；

图4A、4B和4C是三种本发明晶闸管变频模块的原理方框图；

图5A是本发明晶闸管变频模块的剖面图；

图5B是本发明晶闸管变频模块的布局示意图；