[其他]帶溫度保護開關的功率固體器件

無效

• 申請號: 87208107
• 申請日: 1987-05-19
• 公開（公告）號: CN87208107U
• 公開（公告）日: 1988-06-15
• 發明（設計）人: 徐國祥
• 申請（專利權）人: 紅山機電研究所
• 主分類號: H01L23/00
• 分類號: H01L23/00;G12B1/02
• 代理公司: 國家機械委軍工專利事務所
• 代理人: 王維新

本實用新型提出了一種帶溫度保護開關的功率固體器件，主要是雙向可控硅器件。

過熱是功率固體器件損壞的最主要原因。保護功率固體器件不致過熱的措施包括冷卻和溫度保護。已有的溫度保護裝置例如，在器件的激勵端接入熱敏元件。當功率固體器件的溫度過高時，熱敏元件減小對功率固體器件的激勵，使器件的負荷降低。常見的用于保護固體器件的熱敏元件包括熱敏電阻、半導體熱敏器件等。利用這些熱敏元件進行溫度保護存在的問題是，它們在臨界溫度處的阻抗變化不夠陡峭，轉換深度較小，不能有效地切斷對功率固體器件的激勵。另外，這樣的保護裝置的接入，往往會對器件的輸入阻抗造成影響。現有的帶溫度保護功能的功率固體器件中，所帶的溫度保護裝置都不外乎利用如上所述的熱敏元件和相應的電子線路構成。而在現有技術中未能發現功率固體器件或者可控硅元件內部帶有溫度保護開關、尤其是用雙金屬片構成其動片的溫度保護開關的例子。

本實用新型的任務是：提出一種帶有更有效的溫度保護開關的功率固體器件，具體地說是一種可控硅元件；所帶的溫度保護開關轉換深度大，阻抗變化更加陡峭，能夠更有效地保護固體器件不致過熱，也不會影響器件的輸入電阻。

下面的描述足以實現如上所述的任務。

一種帶有溫度保護開關的功率固體器件，在一般的功率固體器件中，至少包括一個金屬底板、固定在該底板上的芯片、以及與該芯片保持電接觸的電極。它們被封裝在適當的殼體中，本實用新型尤其針對采用塑料封裝的功率固體器件。

本實用新型提供的新特征在于：在這樣的器件內部設有用雙金屬片構成其動片的熱敏開關，該熱敏開關串或并接在器件的兩個激勵端電極上，當芯片溫度達到臨界溫度時，所說的熱敏開關通過短路或分斷激勵端的方式切斷對器件的激勵。

所說的熱敏開關是這樣構成的：在所說的金屬底板上開有一個開關室，該開關室內壁上有一層絕緣材料的薄膜。在有絕緣薄膜的開關室內放置有所說的雙金屬片，它構成熱敏開關的動片。在開關室上覆蓋有絕緣材料的蓋板。該蓋板內則中部制有一個凸起物，對應雙金屬片頭部處設有靜觸點。該靜觸點各有一條引線穿過所說的絕緣蓋板分別與器件的一個激勵端電連接。

這樣的功率固體器件的工作情況是容易想象的。當器件溫度升高到臨界溫度時，雙金屬片變形，熱敏開關翻轉，切斷對器件的激勵。顯然，這種機械式開關的轉換深度要遠大于任何熱敏電阻和熱敏晶體器件，而且轉換波形比較陡峭，因此能夠更有效的起到保護作用，也不會對激勵端電阻造成大的影響。另外，本實用新型的固體器件（尤其是雙向可控硅器件）可允許超限使用，即允許使用較小電流容量的器件帶較大電流的負載。這一特點對于有些特殊應用（例如脈動負荷或者溫度控制）是非常有價值的。正如將在后面提到的，將這種器件用于互補開關，可以使互補開關具有更加理想的性能和更高的可靠性。

能夠采用這種熱敏開關的固體器件可以是一切需要激勵信號的功率固體器件，例如可控硅、三極管、功率集成電路或者其它功率固體器件。所說的激勵端指的是這樣的一類端子，當向這種端子輸入激勵信號時，能夠控制該器件的負荷大小；它們可以是三極管元件的基極和發射極，可控硅元件的門極和陰極，雙向可控硅元件的門極和第二主端子，功率集成電路的兩個輸入端，等等。在功率固體器件的激勵端接有至少一個如前所述的熱敏開關。該熱敏開關根據器件和信號源的不同有兩種接法。對于低內阻或者不允許短路的信號源，該開關為常閉（動斷）型的，串接在激勵端中的信號輸入端上，例如可控硅元件的門極、三極管的基極或者集成電路的輸入端子等。對于高內阻或者允許短路的信號源，該開關為常開（動合）型的，并接在器件的兩個激勵端之間，例如可控硅的門極和陰極（或第二主端子）之間、三極管的基極和發射極之間、或者集成電路的兩個輸入端之間。當熱敏開關是串聯在激勵端上時，器件溫度達到臨界值時，熱敏開關由閉合狀態翻轉為斷開狀態，將激勵信號切斷；反之，在熱敏開關是并聯在激勵端上時，它翻轉的結果是由斷開狀態變為閉合狀態，將激勵信號短路。

本實用新型采用直熱和間熱兩種形式由芯片向雙金屬片傳熱，并且只允許采用相對來說很薄的雙金屬片，因此，這種熱敏開關的熱慣性是比較小的，能夠較快地響應芯片溫度的變化。另外，將雙金屬片放在固體器件內部也是為了提高它的響應速度。較高的響應速度和適當的轉變溫度（通過改變雙金屬片的參數來獲得），可以保證開關在器件熱失效之前及時翻轉。

下面結合附圖和實施例更詳細地說明本實用新型的構成和所能夠達到的技術效果。