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特高压晶闸管反向恢复期失效机理及解决方案

电力电子技术 2019年第9期53卷 121-124页

作者：杨勇石岩操国宏晁阳国网经济技术研究院有限公司北京102209 株洲中车时代电气股份有限公司湖南株洲412001

晶闸管是特高压直流(HVDC)输电工程核心部件换流阀的重要基础元件,阀的设计需要考虑晶闸管元件的基本电特性,同时也要考虑器件的极限耐受能力,做到可靠、安全与经济的有效结合。针对特高压换流阀晶闸管反向恢复期失效机理的研宄,进一步... 详细信息

晶闸管是特高压直流(HVDC)输电工程核心部件换流阀的重要基础元件,阀的设计需要考虑晶闸管元件的基本电特性,同时也要考虑器件的极限耐受能力,做到可靠、安全与经济的有效结合。针对特高压换流阀晶闸管反向恢复期失效机理的研宄,进一步结合器件的工艺及设计考量进行多款HVDC器件的极限能力研究,为高压晶闸管反向恢复期失效提供解决方案。

关键词：晶闸管反向恢复期失效

VSC-HVDC用集成转折击穿功能旁路晶闸管的研制

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电力电子技术 2021年第3期55卷 138-140页

作者：操国宏高军张西应姚震洋新型功率半导体国家重点实验室湖南株洲412001 株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001

电压源型换流器柔性直流输电(VSC-HVDC)旁路晶闸管伴随使用需求的不断提升,不仅需要满足较低的主电压开通功能,还需要集成转折击穿功能。从VSC-HVDC用集成转折击穿功能旁路晶闸管的需求出发,结合器件工艺和仿真技术解决电压控制、器件... 详细信息

电压源型换流器柔性直流输电(VSC-HVDC)旁路晶闸管伴随使用需求的不断提升,不仅需要满足较低的主电压开通功能,还需要集成转折击穿功能。从VSC-HVDC用集成转折击穿功能旁路晶闸管的需求出发,结合器件工艺和仿真技术解决电压控制、器件击穿和防爆等问题,并通过实验数据比较研制器件与张北工程用旁路晶闸管其他性能差异。

关键词：旁路晶闸管转折击穿防爆

基于Coffin-Manson模型功率半导体器件可靠性评估

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电力电子技术 2022年第7期56卷 138-140页

作者：曾文彬宋梁张西应操国宏株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001 国网四川省电力检修公司四川成都610041

对于功率半导体器件,热疲劳失效是器件可靠性考虑的首要因素。从半导体器件高可靠性要求出发,详细介绍了特高压直流输电工程(HVDC)器件的热疲劳失效原因和模式,通过热循环负载加速寿命试验的设计及对试验数据进行分析,获得了器件的Coffi... 详细信息

对于功率半导体器件,热疲劳失效是器件可靠性考虑的首要因素。从半导体器件高可靠性要求出发,详细介绍了特高压直流输电工程(HVDC)器件的热疲劳失效原因和模式,通过热循环负载加速寿命试验的设计及对试验数据进行分析,获得了器件的Coffin-Manson加速寿命模型。并结合应用工况,获得了器件具体应用工况的使用寿命和可靠性指标。此试验输出的循环次数与温度变化值的关系曲线可为HVDC器件在具体应用工况的选型提供指南,加速系数与温度变化值的关系曲线为器件在不同应用工况下进行器件寿命预计和可靠性评估提供了依据。

关键词：功率半导体热循环负载可靠性评估

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4.5kV非对称GCT阻断电压失效分析

电力电子技术 2021年第2期55卷 134-136页

作者：王政英操国宏王东东高军新型功率半导体器件国家重点实验室湖南株洲412000 株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412000

介绍了4.5 kV非对称门极换流晶闸管(GCT)阻断电压失效现象,并进行分析。通过对GCT工艺流程的梳理,找到了GCT阻断电压失效的原因。制造过程中,铝扩散工艺中受到污染导致了少子寿命的大幅降低,从而造成GCT漏电流过大的特性。最终通过在铝... 详细信息

介绍了4.5 kV非对称门极换流晶闸管(GCT)阻断电压失效现象,并进行分析。通过对GCT工艺流程的梳理,找到了GCT阻断电压失效的原因。制造过程中,铝扩散工艺中受到污染导致了少子寿命的大幅降低,从而造成GCT漏电流过大的特性。最终通过在铝氧化推进工艺中引入二氯乙烯(DCE)清洗或在铝扩散后增加磷吸收工艺,解决了GCT阻断电压失效的问题。

关键词：门极换流晶闸管非对称阻断电压少子寿命

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晶闸管反向恢复特性研究及器件优化

电力电子技术 2021年第3期55卷 135-137页

作者：高军操国宏银登杰刘嘉奇新型功率半导体国家重点实验室湖南株洲412001 株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001

随着大功率晶闸管逐步应用到超工频、高脉冲等工况,器件的反向恢复过程失效成为突出问题。在此使用SILVACO TCAD仿真软件进行反向恢复过程机理和晶闸管结构的关系探讨。通过调整掺杂浓度和区域形成深阱结构,实现了器件的通态损耗和恢复... 详细信息

随着大功率晶闸管逐步应用到超工频、高脉冲等工况,器件的反向恢复过程失效成为突出问题。在此使用SILVACO TCAD仿真软件进行反向恢复过程机理和晶闸管结构的关系探讨。通过调整掺杂浓度和区域形成深阱结构,实现了器件的通态损耗和恢复功率均衡,及反向恢复特性优化。并针对改进结构器件进行对比测试,改进后的器件具有很好的软度因子、更短的反向恢复时间、更小的反向恢复电流以及更小的恢复损耗。

关键词：晶闸管反向恢复恢复功率

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基于10kHz应用的高频晶闸管研制

电力电子技术 2022年第7期56卷 135-137页

作者：贺振卿贺书航银登杰操国宏株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001 新型功率半导体国家重点实验室湖南株洲412001 湖南工程学院湖南湘潭411104

此处基于高频晶闸管的工作特点,从工艺及结构设计、硅片及扩散参数设计和光刻版图设计3个方面进行设计思考,确定了:高频晶闸管所采用的扩散工艺和与工艺相对应的杂质浓度分布;高频晶闸管所选用的硅片参数和扩散参数;通过对高频晶闸管开... 详细信息

此处基于高频晶闸管的工作特点,从工艺及结构设计、硅片及扩散参数设计和光刻版图设计3个方面进行设计思考,确定了:高频晶闸管所采用的扩散工艺和与工艺相对应的杂质浓度分布;高频晶闸管所选用的硅片参数和扩散参数;通过对高频晶闸管开通特性的分析、仿真,设计了高频晶闸管阴极光刻版图。所研制出的3英寸高频晶闸管的工作频率达到了10 kHz。

关键词：高频晶闸管频率扩散

直流断路器用4.5 kV/10 kA IGCT特性研究

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电力电子技术 2022年第2期56卷 133-135页

作者：操国宏陈勇民陈芳林潘学军新型功率半导体器件国家重点实验室湖南株洲412001 株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001

集成门极换流晶闸管(IGCT)由于电压等级高、关断电流能力大、通态损耗低,在直流断路器(DCCB)领域应用倍受关注。基于4英寸4.5kV/4kA IGCT技术基础,通过优化N-基区掺杂浓度、阳极掺杂分布及阴极梳条排布,研制出6英寸4.5 kV/10kA IGCT。... 详细信息

集成门极换流晶闸管(IGCT)由于电压等级高、关断电流能力大、通态损耗低,在直流断路器(DCCB)领域应用倍受关注。基于4英寸4.5kV/4kA IGCT技术基础,通过优化N-基区掺杂浓度、阳极掺杂分布及阴极梳条排布,研制出6英寸4.5 kV/10kA IGCT。测试结果显示该器件具有良好的高温阻断能力,在高温125℃下8kA时导通压降典型值为1.6V,在DCCB应用拓扑回路中其关断电流能力可达到12kA,且关断电流拖尾期间没有电压振荡现象。

关键词：集成门极换流晶闸管阴极梳条排布直流断路器

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全压接式高压四端双向晶闸管器件研制

大功率变流技术 2017年第6期 42-47页

作者：唐革颜骥操国宏朱为为株洲中车时代电气股份有限公司湖南株洲412001

普通晶闸管反并联结构广泛应用于高压软启动装置、电气驱动装置和静态无功功率补偿装置中,但对体积和重量要求较高的应用场合并不适用。文章针对晶闸管反并联应用需求,依托TCAD半导体芯片设计仿真平台,对双向晶闸管芯片结构和器件封装... 详细信息

普通晶闸管反并联结构广泛应用于高压软启动装置、电气驱动装置和静态无功功率补偿装置中,但对体积和重量要求较高的应用场合并不适用。文章针对晶闸管反并联应用需求,依托TCAD半导体芯片设计仿真平台,对双向晶闸管芯片结构和器件封装结构开展仿真分析,通过提高短基区浓度、优化设计短路点并采用PNP横向隔离结构,提升了芯片抗干扰能力,成功研制出全压接式高压四端双向晶闸管,简化了反并联组件结构,降低了组件的体积、重量和成本。

关键词：双向晶闸管反并联组件芯片结构封装结构抗干扰

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轻型整流管的管壳设计及性能研究

工业技术创新 2019年第3期6卷 1-6页

作者：全靓操国宏李勇朱为为株洲中车时代电气股份有限公司

为了研制高强度、高稳定性、高气密性的轻型整流管管壳,从结构设计入手,一是阐述整流管管壳设计方法,探讨管壳制造流程及难点;二是采用铝合金材料,设计轻型整流管管壳结构,针对难点提出技术处置方法;三是通过管壳外绝缘理论计算以及管... 详细信息

为了研制高强度、高稳定性、高气密性的轻型整流管管壳,从结构设计入手,一是阐述整流管管壳设计方法,探讨管壳制造流程及难点;二是采用铝合金材料,设计轻型整流管管壳结构,针对难点提出技术处置方法;三是通过管壳外绝缘理论计算以及管壳外部电场仿真,验证轻型整流管管壳设计合理性。研究案例表明:对于外台面直径为78mm的整流管管壳,新设计的铝管壳重量仅为899g,较同尺寸铜管壳重量减轻49%。采用铝管壳器件和铜管壳器件样品,对比开展电气特性验证。结果表明:铝管壳器件封装后的高温耐压能力和热循环负载能力与铜管壳器件相当,且铝管壳器件在推荐安装力下的接触压降与铜管壳器件相当。为航空航天、深海探测等领域中使用的轻型整流管管壳提供了一种新的设计方案。

关键词：轻型整流管铝管壳管壳设计电气特性验证电场仿真