[发明专利]半导体阀门

说明书

本发明涉及一种用于高压的半导体阀门，它包括多个电气串连的半导体元件和多个液体冷却器。半导体元件和冷却器作这样的层叠式排列，使每个半导体元件都置于两个冷却器之间。阀门设有压力装置，以便产生作用于层叠排列的轴向的压力。阀门有分压器部件，与各个半导体元件并联连接。该分压器部件包括诸电阻。

上述一类的半导体阀门以前已为人们所知，例如瑞典公布的第334，947号专利申请就介绍过这种阀门（相应于专利号为3，536，133的美国专利）。这类阀门也已为人们所用，例如用于整流器上，通过高压直流电输送电能;或作为开关器件的组成部分，用作静态的无效功率补偿等等。

在上述一类阀门中使用的一系列分压器以这样一种方式与每个半导体元件并联设置，使每个半导体元件与一个分压器部件并联连接。每一个这样的分压器部件一般都包含一个或一个以上的电阻。配有这种分压器的阀门以前亦为人们所知，例如专利号为3，794，908和4，360，864的二美国专利就描述了这类阀门。所述分压器电阻具有很高的功率耗散，一般达到几百瓦的数量级。如果电阻是空气冷却的，则有几个严重的缺点，这些电阻必须设有冷却用的凸缘或类似的冷却部件，并且为保证电阻能充分地向周围的空气散发热量而不致于温度升得太高，这些电阻的尺寸就要做得比较大;而且，为了排走释放出来的热量，还必须保证有足够的冷却气流流过电阻。由于这些原因，这一类的阀门如果使用空气冷却的电阻的话，其体积就会变得比较庞大。这种电阻还有一个缺点，就是电阻器释放出来的热量是很高的，随之也会升高阀门和室内的气温，如果不专门采取一些空调冷却的措施，就会升高了室内其他机件和设备的工作温度。

制造液冷式大功率电阻，这以前也已经为人们所知。例如专利号为2，274，381的美国专利就介绍过这种电阻。不过，要把一个半导体阀门中众多的分压器电阻的每一个都做成这种液冷式电阻，将使阀门变得很复杂，需要很多流通冷却液体的接头和管道。阀门仍然会比较庞大，并且由电阻和冷却液体管道散发出来一定的热量仍然会升高阀门中和室内的气温。

把分压器电阻安装在一条用于对阀门的半导体元件进行液体冷却的冷却杆上，这种技术以前也已为人们所知，美国的第4，178，630号专利就介绍了这种技术。从电阻器散发出的部分热量将被流过冷却杆的冷却液体所吸收。但是散发到周围空气中的热量仍然是比较高的。

本发明的目的就是要提供一种最初所描述的简单而又小巧的阀门，使分压器电阻向周围空气散发的热量降到最低的限度。

下面将参阅附图1至附图5对本发明作更详细的说明。附图1a和1b显示了根据本发明的半导体阀门。附图2a、2b和2c更详细地显示了附图1的半导体阀门冷却器的一实施例。图3a、3b、3c和3d显示了图1的半导体阀门冷却器的一个变换实施例。图4显示了电阻器装在各个分离的板块上的一个实施例。图5显示了电阻器装在冷却器的专门的孔道中的一个实施例。

图1a和1b显示了根据本发明的半导体阀门的一个实例，它们分别是从两个互相垂直的方向上观察阀门而得出的视图，这两个观察方向均垂直于阀门的纵轴线。阀门有6个半导体元件1-6，它们可以是半导体开关元件或是二极管。每个半导体元件的外壳由两个圆形金属接触板（见半导体元件1的1a和1b）和一个环状绝缘物（见1c）组成。经过设计，半导体元件可以承受压力接触和进行双重冷却，亦即是，这些元件要承受安装在每个元件两侧的两个冷却器之间的压力。冷却器7-13装在每对半导体之间以及最边缘的两个半导体元件的外侧。利用轭14和15、压力传递体16和17、螺栓18和19、以及螺母18a、18b、19a和19b，以相当高的压力，例如以1万或数万牛顿的力把冷却器和半导体元件紧密地压在一起，形成一个层叠式的排列。这种紧密的压紧使整个层叠结实稳妥，而且还使各半导体元件和冷却器之间保持必要的良好的电接触和热接触。由于阀门两端要承受很高的电压，部件14-19的设计必须讲究，不能使阀门两端之间产生短路。这是可以办到的，例如在压力传递体16、17与冷却器7、13之间装上绝缘板，或者使螺栓18、19和螺母18a-19b与轭14、15绝缘。

需要和阀门在电路上相接的导体例如可以和冷却器7和13相连接。