DE3329302A1 - Thyristor mit abgeglichener triggerfuehrung - Google Patents

Thyristor mit abgeglichener triggerfuehrung

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Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER
PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN . DIPL.-ING. W. LEHN DIPL-ING. K. FDCHSLE ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS . DIPU-ING. K. GORG DIPL.-ING. K. KOHLMANN . RECHTSANWALT A. NETTE
- 7 - 39 039
MISTUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo /JAPAN
Thyristor mit abgeglichener Triggerführung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor und insbesondere auf eine Einrichtung zur dekkungsgleichen akuraten Positionierung seiner lichtempfindlichen Fläche und seiner Triggerführung. 5
Die Einrichtung wird im folgenden mit besonderer Bezugnahme auf einen Lichtimpuls getriggerten Thyristor beschrieben. Ein typisches Beispiel für einen konventionellen Lichtimpuls getriggerten Thyristor ist im Querschnitt in Fig. 1 zu sehen, wobei ein Thyristorelement 1 einen Triggerabschnitt oder eine Lichtempfangsfläche 1a in der Mitte seiner oberen Oberfläche aufweist. Eine Verstärkungsscheibe 2, die aus einem metallischen Material mit einem thermischen Expansionskoeffizienten hergestellt ist, der im Bereich des thermischen Expansionskoeffizienten des Elementes 1 liegt, ist auf der unteren Fläche dieses Elementes 1 befestigt. Eine erste Elektrodeneinheit 3 ist gegen eine Elektrode gedrückt, die die Lichtempfangsfläche 1a auf der oberen Fläche des Elementes 1 umgibt. Eine zweite Elektrodeneinheit 4 ist gegen die untere Fläche der Verstärkungsscheibe 2 ge-
drückt. Ein Isolationsrohr 5 dient zur Lagerung bzw. Positionierung der metallischen Verstärkungsscheibe 2. Dieses Isolationsrohr 5 ist aus einem Material ähnlich keramischen Aluminiumoxid hergestellt und umgibt das Element 1, die Scheibe 2 sowie die Elektrodeneinheiten 3 und 4 mit ihrem Umfang. Der innere Durchmesser des Isolationsrohres 5 ist etwas größer als der Außendurchmesser der Scheibe 2. Obere und untere metallische ringförmige Abschlußscheiben 6 und 7 schließen die oberen und unteren Seiten des Isolationsrohres 5 hermetisch ab. Die inneren Umfangsflachen der Abschlußscheiben 6 und 7 sind jeweils ähnlich mit den äußeren Umfangsf lachen der Elektrodeneinheiten 3 und 4 befestigt. Eine Querausnehmung bzw. Nut 8 ist in der ersten Elektrodeneinheit 3 auf der dem Element 1 zugewandten Seite vorgesehen. Diese Nut oder Ausnehmung 8 erstreckt sich radial nach Innen von der äußeren Umfangsoberfläche der ersten Elektrodeneinheit 3 bis zu einem Punkt hinter der Lichtempfangsfläche 1a und ist breiter in einer Richtung senkrecht zum Schnitt gemäß Fig. 1 als der Durchmesser der Lichtempfangsfläche 1a. Ein Durchgangsloch 9 ist an einer Stelle des Isolationsrohres 5 für die Ausnehmung oder Nut 8 und an diese angepaßt vorgesehen. Ein Lichtleiter 10, der zur Übertragung der externen Lichttriggersignale auf die Lichtempfangsfläche 1a dient, umfaßt einen Glasstab oder Stift, der einen hohen Lichttransmissionsgrad aufweist. Die äußere Umfangsfläche des Teiles des Lichtleiters 10, der sich im Bereich seines äußeren Endes befindet, ist mit der Innenwandseite des Durchgangsloches 9 versiegelt bzw. abgedichtet, so daß das innere Ende des Lichtleiters längs der Zentralachse des Isolationsrohres 5 positioniert ist und sich an einer Stelle befindet, die dicht an der Lichtempfangs-
fläche 1a liegt. Das äußere Ende des Lichtleiters verläuft durch die Querausnehmung 8 und das Durchgangsloch 9, um sich so bezogen auf das Isolationsrohr 5 nach außen zu erstrecken. In der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist die äußere Umfangsflache des Teiles des Lichtleiters 10, der sich im Bereich seines äußeren Endes befindet, mit der Innenwand des Durchgangsloches 9 des Isolationsrohres 5 gesichert bzw. abgedichtet, so daß sich das innere Ende des Lichtleiters 10 entlang der Mittelachse des isölätionsrohres 5 erstreckt. Die metallische Verstärkungsscheibe 2 wird dadurch in Position gehalten,, daß sie in das Isolationsrohr 5 gedrückt bzw. gepreßt wird. Um deshalb sowohl das innere Ende des Lichtleiters 10 als auch die Lichtempfangsfläche 1a des Elementes 1, welches mit der oberen Oberfläche der metallischen Scheibe 2 verbunden ist, längs der Mittelachse des Isolationsrohres auszurichten, muß das Element 1 mit der oberen Oberfläche der metallischen Scheibe 2 fest verbunden sein, so daß der Mittelpunkt der Lichtempfangsfläche 1a sich auf der Linie befindet, die senkrecht auf dem Mittelpunkt der oberen Oberfläche der metallischen Scheibe 2 steht. Dies ist jedoch sehr schwer zu verwirklichen und es passiert manchmal, daß der Mittelpunkt der Lichtempfangsfläche 1a sich nicht in Deckung mit der Linie befindet, die senkrecht zum Mittelpunkt der oberen Oberfläche der Metallscheibe 2 steht. Wenn eine solche Versetzung auftritt, ist das innere Ende des Lichtleiters 10 bezüglich des Mittelpunktes der Lichtempfangsfläche 1a versetzt. Dies bedeutet, daß die übertragene Lichtmenge vom inneren Ende des Lichtleiters 10 auf die Lichtempfangsfläche 1a nicht ausreichend ist, um die gewünschte hohe Empfindlichkeit zum Triggern durch Lichtimpulse zu erzielen bzw. festzuhalten.
Es ist deswegen die wichtigste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtimpuls getriggerten Thyristor vorzusehen, der keine Reduktion in der Triggerempfindlichkeit erfährt.
5
Diese Aufgabe kann durch Verwendung eines Mechanismus bzw. einer Einrichtung erreicht werden, die die Positionierung des Triggerabschnittes oder der Lichtempfangsfläche des Thyristorelementes sicherstellt, welches die Triggersignale über ein Ende eines Triggersignalführungselementes erhält, welches mit dem Triggerabschnitt in Berührung steht oder sich in seiner Nähe befindet, wobei der Lichtleiter mit dem Triggerabschnitt deckungsgleich ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Thyristors 2Ö sind den Ansprüchen 2 bis 14 einzeln oder in Verbindung mit der Beschreibung zum Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
Im folgenden werden Ausfuhrungsformen in den Figuren 1 bis 3 beschrieben.- Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen herkömmlichen Lichtimpuls getriggerten Thyristor,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Lichtimpuls getriggerten Thyristor, und
Fig. 3 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 2.
Die Figuren 2 und 3 umfassen ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.
10
In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Lichtimpuls getriggerten Thyristor dargestellt, bei dem die den Teilen gemäß Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der Innendurchmesser des Isolierrohres 5 ausreichend größer als der Außendurchmesser der metallischen Verstärkungsscheibe 2, um somit der Scheibe etwas Bewegungsspiel innerhalb des Isolierrohres 5 senkrecht zur Rohrachse zu ermöglichen. Wie in der Draufsicht von Fig. 3 ersichtlich,ist der Bereich der Metallscheibe 2, der nicht mit dem Element 1 verbunden ist, mit drei seitlichen Schnittflächen 2a versehen, die in einem Winkel von jeweils 120° versetzt angeordnet sind und die so abgeschnitten sind, daß sie von dem Mittelpunkt der Lichtempfangsfläche 1a einen vorgegebenen Abstand i aufweisen. Die Vorrichtung nach den Fig. 2 und 3 umfaßt außerdem drei Lagerelemente 11, von denen jedes aus einer Isolationsplatte hergestellt ist. Die drei Lagerelemente 11 halten die Metallscheibe 2 in einer Position durch Zusammendrücken ihrer seitlichen Schnittflächen 2a. Wie in Fig. 3 angedeutet, ist eine Hauptfläche jedes Lagerelementes 11 mit der Innenfläche des Isolationsrohres 5 ver-
bunden bzw. gebondet, die sich gegenüber der seitlichen Schnittfläche 2a befindet. Der Abstand zwischen der anderen Hauptfläche des Lagerelementes 11 und der Symmetrieachse des Isolationsrohres 5 ist etwas kleiner als £ , wobei, wie bereits zuvor erwähnt, C der Abstand der seitlichen Schnittfläche 2a und dem Mittelpunkt der Lichtempfangsfläche 1a ist.
Gemäß der dargestellten Ausfuhrungsform der Fig. 2 und 3 kann der Mittelpunkt der Lichtempfangsfläche 1a mit der Achse des Isolationsrohres 5 dadurch in Übereinstimmung bzw. in Deckung gebracht werden, daß die Verstärkungsscheibe so innerhalb des Isolationsrohres angeordnet wird, daß die seitlichen Schnittflächen 2a der Scheibe 2 in dichten oder festen bzw. Druckkontakt mit dem entsprechenden Lagerelement 11 sind. Außerdem wird das äußere Ende des Lichtleiters 10 mit dem Isolationsrohr 5 fest verbunden, so daß das innere Ende des Lichtleiters 10, welches die Lichtsignale auf die Lichtempfangsfläche 1a überträgt, sich auf der Mittelachse des Isolationsrohres 5 befindet. Auf diese Weise ergibt sich keine Versetzung zwischen dem inneren Ende des Lichtleiters 10 und der Lichtempfangsfläche 1a. Daraus folgt, daß der Thyristor im höchsten Maße empfindlich gegenüber den Lichttriggerimpulsen bleibt.
Es sei angemerkt, daß eine befriedigende Deckung beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 erreicht wird, obwohl das Element 1 nicht koaxial auf der Scheibe 2 befestigt ist bzw. der Mittelpunkt der Lichtempfangsfläche 1a nicht mit der Achse der Scheibe 2 zusammenfällt. Dies kann daraus ersehen werden, daß die rechte Seitenschnittfläche 2a kürzer als die anderen beiden Seitenflächen ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Metallscheibe 2 mit drei seitlichen Schnittflächen 2a an ihrer Peripherie versehen. Jedoch können auch mehrere Schnittflächen vorgesehen sein. Es ist auch möglich, seitliche Schnittflächen· entlang des gesamten Umfanges der Scheibe 2 anzuordnen. In der gezeigten Ausführungsform sind die Lagerelemente 11 mit der inneren Umfangsflache des Isolationsrohres 5 verbunden bzw. an dieselbe gebondet. Jedoch ist es auch möglich, daß sie ein integrierter Bestandteil des Isolationsrohres 5 sind. Alternativ können sie in einfacher Weise zwischen die seitlichen Schnittflächen 2a und der innenfläche des Isolationsrohres 5 eingefügt sein. Die Lagerelemente 11 brauchen nicht aus einer Isolationsplatte bzw. aus Isolationspappe bestehen. Sie können auch aus einer metallischen Platte hergestellt bzw. geformt sein. Auch brauchen die Lagerelemente 11 nicht die Form einer Platte aufweisen. Sie können jede beliebige Gestalt und Form haben, wenn nur der dickeste Teil etwas breiter ist als die Differenz zwischen dem Radius des Innendurchmessers des Isolationsrohres und dem Abstand il zwischen jeder seitlichen Schnittfläche 2a und dem Mittelpunkt der Lichtempfangsfläche 1a.
Die vorhergehende Beschreibung bezieht sich auf einen Lichtimpuls getriggerten Thyristor. Jedoch kann der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung auch auf andere Thyristortypen angewendet werden, die eine Steuerelektrode im Mittelpunkt einer Grundfläche aufweisen und deren andere Grundfläche an einer Verstärkungsmetallscheibe gesichert ist.
Wie zuvor beschrieben, weist der erfindungsgemäße Thyristor seitliche Schnittflächen auf, die an drei verschiede-
nen Stellen bzw. Flächen vorgesehen sind, die mehr als die Hälfte des Scheibenumfanges umfassen, an dem das Thyristorelement nicht befestigt ist. Die seitlichen Schnittflächen ergeben eine glatte Seitenfläche, die vom Mittelpunkt des Triggerteiles einen vorgegebenen Abstand aufweist. Die Metallscheibe wird unter Druck innerhalb des Isolationsrohres dadurch lagegerecht gehalten, daß zwischen der inneren Umfangsflache des Isolationsrohres und den seitlichen Schnittflächen Lagerelemente eingefügt werden, von denen jedes eine solche Form aufweist, daß der dickeste Teil etwas breiter als die Differenz zwischen dem Radius des Innendurchmessers des Isolationsrohres und dem Abstand zwischen jeder Schnittfläche und dem Mittelpunkt des Triggerteiles ist. Aufgrund dieser Anordnung kann der Triggerteil des Thyristorelementes auf der Mittelachse des Isolationsrohres positioniert werden. Da das Ende des Lichtleiters, welches die Triggersignale auf den Triggerteil überträgt, ebenfalls auf der Achse des Isolationsrohres angeordnet ist, ergibt sich keine Versetzung zwischen dem Ende des Lichtleiters zur Übertragung der Triggersignale und der Triggerfläche des Elementes des Thyristors, mit dem Ergebnis, daß eine hohe Triggerempfindlichkeit gewährleistet ist.
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Claims (14)

  1. HOFFMANN · EITLE & PARTNER
    PATENT- UND RECHTSANWÄLTE
    PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN
    DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GDRG
    DIPL.-ING. K. KOHLMANN . RECHTSANWALT A. NETTE
    39 039
    MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo /JAPAN
    Thyristor mit abgeglichener Triggerführung
    PATENTANSPRÜCHE :
    Thyristor,
    dadurch gekennzeichnet , daß ein Thyristorelement mit einer ersten Elektrode und einem Triggerabschnitt (1a) vorgesehen ist, der im Mittelpunkt einer Hauptfläche zur Aufnahme von Triggersignalen angeordnet ist, daß eine metallische Verstärkungsscheibe (2) vorgesehen ist, deren erste Hauptfläche an der anderen Hauptfläche des Elementes (1) zur Bildung einer zweiten Elektrode befestigt ist, daß der Umfang der Scheibe, der nicht mit dem Element (1) verbunden ist, mindestens drei Seitenflächen (2a) aufweist, die vom Mittelpunkt des Triggerabschnitts (1a) einen vorgegebenen Abstand aufweisen, daß eine erste Elektrodeneinheit (3) mit der ersten Elektrode verbunden ist, die auf der ersten Hauptfläche des Elementes (1) angeordnet ist, daß eine zweite Elektrodeneinheit (4) mit der zweiten Hauptfläche der metallischen Verstärkungsscheibe (2) verbunden ist, daß ein Isolationsrohr (5) vorgesehen ist, welches das Element (1) umgibt, daß ein Trigger-
    Signalführungselement (10) in Form eines Stabes vorgesehen ist, um Triggersignale auf den Triggerabschnitt zu übertragen, wobei ein Ende des Signalführungselementes sich gegenüber dem Triggerabschnitt (1a) befindet, während das andere Ende das Isolationsrohr (5) durchdringt und mit diesem befestigt ist, und daß Lagerelemente (11) vorgesehen sind, die die Seitenflächen der metallischen Verstärkungsscheibe zur positionsgerechten Lagerung der metallischen Scheibe innerhalb des Isolationsrohres abstützen.
  2. 2. Thyristor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Lagerelemente integrierte Teile des Isolationsrohres sind. 15
  3. 3. Thyristor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß die metallische Verstärkungsscheibe drei Seitenflächen aufweist, die jeweils um einen Winkel von 120° versetzt angeordnet sind.
  4. 4. Thyristor nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenflächen durch Schneiden erzielt werden. 25
  5. 5. Thyristor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß die metallische Verstärkungsscheibe aus einem metallischen Material besteht, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der im Bereich desjenigen des Thyristorelementes liegt, daß die erste Elektrode um den Triggerabschnitt angeordnet ist, daß die erste Elektrodeneinheit einen Querschlitz oder Quernut (8)
    auf der dem Element (1) zugewandten Seite aufweist, daß die Ausnehmung oder Nut sich radial von der äußeren Umfangsfläche der ersten Elektrodeneinheit bis zu einer Stelle erstreckt, die hinter dem Triggerabschnitt liegt, wobei die Nut breiter als der Durchmesser des Triggerabschnittes ist, daß das Triggersignal führungselement innerhalb der Quernut angeordnet ist, daß die erste Elektrodeneinheit unter Druck mit der ersten Elektrode in Verbindung steht, daß die zweite Elektrodeneinheit unter Druck mit der zweiten Hauptfläche der Verstärkungsmetallscheibe verbunden ist, daß die erste und zweite Elektrodeneinheit mit beiden Seiten der Isolationsröhre hermetisch abgedichtet sind und daß das Triggersignalführungselement hermetisch gegenüber der metallischen Verstärkungsscheibe abgeschlossen ist.
  6. 6. Thyristor nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Triggersignalführungselement ein Lichtleiter ist und daß der Triggerabschnitt eine Lichtempfangsfläche ist.
  7. 7. Thyristor nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Triggersignalführungselement eine Gate-Zuleitung und der Triggerabschnitt eine Gate-Elektrode ist.
  8. 8. Thyristor,
    dadurch gekennzeichnet , daß ein Thyristorelement vorgesehen ist, welches einen Triggerabschnitt und eine erste um sie herum angeordnete Elektrode aufweist, daß der Triggerabschnitt im Mit-
    -A-
    telpunkt einer Hauptfläche des Elementes zur Aufnahme von Triggerimpulsen vorgesehen ist, daß eine metallische Verstärkungsscheibe vorgesehen ist, die aus einem metallischen Material besteht, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der ungefähr gleich dem des Elementes ist, daß die Scheibe, die über ihre erste Hauptfläche mit der anderen Hauptfläche des Elementes zur Bildung einer zweiten Elektrode verbunden ist, im Bereich des ümfanges nicht mit dem Element verbunden ist, daß die Scheibe mindestens drei Seitenflächen aufweist, die vom Mittelpunkt des Triggerabschnittes einen vorgegebenen Abstand aufweisen, daß eine erste Elektrodeneinheit unter Druck mit der ersten Elektrode verbunden ist, daß eine zweite Elektrodeneinheit unter Druck mit der zweiten Hauptfläche der metallischen Verstärkungsscheibe verbunden ist, daß ein Isolationsrohr vorgesehen ist, welches das Element, die erste und die zweite Elektrode umgibt, daß beide Seiten des Rohres hermetisch gegen die erste und zweite Elektrodeneinheit abgedichtet bzw. abgeschlossen sind, daß ein Triggersignalführungselement in der Gestalt eines Stiftes vorgesehen ist, um die Triggersignale auf den Triggerabschnitt zu übertragen, wobei ein Ende des Signalführungselementes auf der Mittelachse des Isolationsrohres und gegenüberliegend dem Triggerabschnitt positioniert ist, während das andere Ende sich durch das Isolationsrohr erstreckt und ihm gegenüber hermetisch abgeschlossen ist, und daß Lagerelemente vorgesehen sind, deren dickste Bereiche etwas breiter als die Differenz zwischen dem Radius des Innendurchmessers des Isolationsrohres und dem vorgegebenen Abstand zwischen jeder der Seitenflächen und
    dem Mittelpunkt des Triggerabschnitts sind, und daß die Lagerelemente unter Druck zwischen der inneren Umfangsfläche des Isolationsrohres und den Seitenflächen eingefügt werden, um die metallische Scheibe innerhalb des Isolationsrohres zu lagern.
  9. 9. Thyristor nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Lagerelemente integrierte Teile des Isolationsrohres sind.
  10. 10. Thyristor nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet , daß die metallische Verstärkungsscheibe mit drei Seitenflächen versehen ist, die jeweils um 120° versetzt angeordnet sind.
  11. 11. Thyristor nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenflächen durch Schneiden erhalten werden.
  12. 12. Thyristor nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrodeneinheit eine Quernut bzw. Querausnehmung aufweist, die auf ihrer dem Element zugewandten Seite vorgesehen ist, daß die Ausnehmung oder Nut sich radial von der äußeren Umfangsfläche der ersten Elektrodeneinheit bis zu einem Punkt erstreckt, der hinter dem Triggerabschnitt liegt, und daß die Ausnehmung oder Nut breiter als der Durchmesser des Triggerabschnittes ist und daß das Triggersignalführungselement innerhalb dieser Quernut oder Querausnehmung angeordnet ist.
  13. 13. Thyristor nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Triggersignalführungselement ein Lichtleiter und der Triggerabschnitt eine Lichtempfangsfläche ist. 5
  14. 14. Thyristor nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Triggersignalführungselement eine Gate-Zuführung ist, während der Triggerabschnitt eine Gate-Elektrode ist.
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