高压晶闸管的设计与制造
晶闸管介绍
按关断、导通及控制方式分类晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
按引脚和极性分类晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
按封装形式分类晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。
其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
按电流容量分类晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。
通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。
按关断速度分类晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。
（备注：高频不能等同于快速晶闸管）工作原理晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。
晶闸管的工作条件：1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。
2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。
3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。
4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。
1.5v主要参数编辑本段从晶闸管的内部分析工作过程晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结图1，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2 当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。
图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。
因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。
汇川高压变频器功率单元晶闸管
汇川高压变频器功率单元晶闸管全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：汇川高压变频器功率单元晶闸管是一种高性能的功率器件，可以广泛应用于各种工业领域。
它具有稳定的性能、高效的能量转换效率和良好的可靠性，是现代工业生产中不可或缺的关键组件之一。
本文将从功率单元晶闸管的原理、特点、应用领域以及未来发展趋势等方面进行深入探讨。
1. 功率单元晶闸管的原理功率单元晶闸管是一种半导体器件，它的工作原理基于PN结的导电特性。
当给晶闸管的控制端施加适当的电压信号时，就可以使得PN 结形成导通通道，从而实现电流的控制和传输。
晶闸管具有开关速度快、耗能少、寿命长等优点，适用于高压高频的工作环境。
（1）高效能量转换：功率单元晶闸管的能量转换效率高达98%以上，能够最大程度地减少能源的浪费。
（2）稳定性能：功率单元晶闸管具有良好的稳定性能，能够在各种恶劣环境下正常工作。
（3）可靠性强：功率单元晶闸管采用高质量的材料和先进的工艺制造，具有较长的使用寿命和高可靠性。
（4）调节范围广：功率单元晶闸管的输出功率可以根据需要进行调节，适用于不同的工作场景。
功率单元晶闸管广泛应用于工业生产中的各个领域，包括电力电子、工业控制、交通运输、照明领域等。
功率单元晶闸管在电力电子领域的应用最为广泛，可以用于变频调速、电力传输、电能质量改善等方面。
在工业控制领域，功率单元晶闸管可以用于各种电机驱动、温控系统、自动化设备等方面。
随着工业生产的智能化和信息化趋势的不断加强，功率单元晶闸管在未来的发展中也将迎来更多机遇和挑战。
未来，功率单元晶闸管将继续向着高性能、高可靠性、高集成度的方向发展，以满足工业生产对功率器件的需求。
功率单元晶闸管也将在新能源、智能制造、电动汽车等领域发挥更加重要的作用，为工业生产的高效、节能、环保发展做出更大的贡献。
第二篇示例：汇川高压变频器功率单元晶闸管是一种广泛应用于工业控制系统中的电子器件，它具有高效率、可靠性和稳定性的特点。
IGCT简单介绍
02
随着新能源、智能电网等领域的快速发展，IGCT的应用领域将
进一步拓展。
智能化和集成化
03
未来IGCT将更加注重智能化和集成化的发展，实现与其他电力
电子器件和控制系统的无缝集成。
06
IGCT市场前景与挑战
市场规模及增长趋势分析
市场规模
IGCT（集成门极换流晶闸管）市场目前处于快速增长阶段，预计未来几年市场规模将持续扩大。随着电力电子技 术的发展和新能源市场的崛起，IGCT作为一种先进的功率半导体器件，在电力转换、电机驱动等领域具有广泛的 应用前景。
提升自身竞争力。
主要厂商概述
ABB、三菱电机、西门子等国际知名半导体厂商在IGCT领域具有较高的市场份额和品 牌影响力。这些厂商在技术研发、产品创新、市场拓展等方面投入大量资源，不断推动 IGCT技术的进步和应用领域的拓展。同时，国内的一些优秀半导体企业也在积极布局
IGCT市场，通过自主研发和技术创新不断提升自身实力。
04
IGCT性能评估与测试方 法
性能评估指标体系建立
静态特性评估
包括断态重复峰值电压、反向重复峰值电压、通态平均电 流等参数，用于评估IGCT在静态条件下的耐压和耐流能力 。
动态特性评估
包括开通时间、关断时间、开通延迟时间、关断延迟时间 等参数，用于评估IGCT在动态条件下的响应速度和开关性 能。
大电流
IGCT具有较大的电 流容量，能够满足大 功率转换的需求。
低损耗
IGCT在导通和关断 过程中损耗较小，提 高了电能转换效率。
快速开关
IGCT具有快速的开 关速度，能够实现高 频率的电能转换。
应用领域及优势
电力系统
IGCT可用于高压直流输电、柔性交 流输电等领域，提高电力系统的稳定 性和效率。
特高压直流输电晶闸管阀成套运行试验装置研制
第34卷第8期电网技术Vol. 34 No. 8 2010年8月Power System Technology Aug. 2010 文章编号：1000-3673（2010）08-0001-05 中图分类号：TM 83 文献标志码：A 学科代码：470·4034特高压直流输电晶闸管阀成套运行试验装置研制温家良1，查鲲鹏1，高冲1，姚广平2，张新刚1，汤广福1（1. 中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192；2. 江苏工业学院，江苏省常州市 213164）Research and Development of Whole-Set Operational Test UHVDC Thyristor Valves WEN Jia-liang1, ZHA Kun-peng1, GAO Chong1, YAO Guang-ping2, ZHANG Xin-gang1, TANG Guang-fu1(1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China;2. Jiangsu Polytechnic University, Changzhou 213164, Jiangsu Province, China)ABSTRACT: The whole-set operational test facility is the basis and precondition of research and development (R&D) and application of ultra high voltage direct current transmission (UHVDC) thyristor valve in engineering. After thorough investigation on current operational test facilities and comparing with their test methods, a novel operational test facility has been developed with double-injection synthetic test method, and the facility was in coordinate with IEC 60700-1 standards. This study provides a strong testing support for the research and engineering applications of UHVDC thyristor valve in China. In this paper, the main circuit design of this test facility, the working principle and parameters design of the testing circuit, the design of control and protection strategy system, and relevant test results were presented. Test results showed that the development of the whole-set operational test facility for UHVDC thyristor valves is successful, satisfying the requirements of R&D of UHVDC thyristor valves.KEY WORDS: UHVDC power transmission; thyristor valve; operational test facility; double injection; synthetic test method摘要：成套运行型式试验装置是实现特高压直流输电(ultra high voltage direct current transmission，UHVDC)晶闸管阀研发和工程应用的基础和前提条件，在遵循IEC 60700-1标准，在调研现有相关试验装置和比较试验方法的基础上，研制一套采用双注入合成试验方法的UHVDC晶闸管阀运行试验装置，为我国UHVDC晶闸管阀的研发与工程应用提供了试验支撑。
gto晶闸管符号
GTO晶闸管符号1. 介绍GTO（Gate Turn-Off）晶闸管是一种具有可控开关能力的功率电子器件，通常用于高压和大电流的开关应用。
GTO晶闸管可以通过控制其栅极电压来实现开关状态的转换，具有低损耗、高可靠性和快速响应的特点。
在电力系统、工业自动化、交通运输等领域被广泛应用。
2. GTO晶闸管结构GTO晶闸管由多个层次的半导体材料组成，主要包括N型和P型半导体材料。
其典型结构如下：1.N+区：在N+区域注入了大量杂质，形成高浓度的电子载流子。
2.N-区：N-区是主要承受主电流的区域，具有较低浓度的杂质。
3.P+区：在P+区域注入了大量杂质，形成高浓度的空穴载流子。
4.P-区：P-区是主要承受主电流的区域，具有较低浓度的杂质。
5.压控层：压控层是GTO晶闸管的关键部分，通过栅极电压的控制来实现开关操作。
3. GTO晶闸管符号GTO晶闸管的符号用于电路图中表示该器件。
其符号如下所示：A K┌─┴─┐ ┌─┴─┐│ │ │ │─┘ └───|G|───┘ └──GTO GATE其中，A表示阳极（Anode），K表示阴极（Cathode），G表示栅极（Gate）。
4. GTO晶闸管工作原理GTO晶闸管的工作原理可以分为导通状态和关断状态两种情况。
4.1 导通状态当栅极电压大于或等于触发电压时，GTO晶闸管处于导通状态。
此时，栅极电流激活了压控层，使之变为低阻态。
主电流可以从阳极经过N+区、N-区、P+区和P-区，最终达到阴极。
导通时，主电流可以承载较大的功率。
4.2 关断状态当栅极电压低于触发电压时，GTO晶闸管处于关断状态。
此时，压控层处于高阻态。
主电流无法通过GTO晶闸管，器件处于关断状态。
5. GTO晶闸管特性GTO晶闸管具有以下特性：1.可控性：通过控制栅极电压来实现开关操作。
2.低损耗：导通时的正向压降较低，减小了功率损耗。
3.高可靠性：采用了先进的封装技术和散热设计，提高了器件的可靠性。
kp100-3晶闸管参数
kp100-3晶闸管参数KP100-3晶闸管是一种常用的电子元件，具有许多独特的特性和应用领域。
本文将从多个角度对KP100-3晶闸管进行介绍，以展示其鲜为人知的一面。
一、KP100-3晶闸管简介KP100-3晶闸管是一种高压、大电流的晶闸管，具有可靠性高、损耗小等特点。
它采用高纯度硅材料制造，具有良好的导电和绝缘性能，能够在高温、高压的环境下正常工作。
它广泛应用于电力、电子、通信、工业等领域，是现代电子技术中不可或缺的重要组成部分。
二、KP100-3晶闸管的特性1. 高压能力：KP100-3晶闸管能够承受较高的电压，可达数千伏特，适用于高压电力系统和电力传输领域。
2. 大电流能力：KP100-3晶闸管具有较大的电流承载能力，可达数千安培，适用于工业控制和电力驱动等高电流应用。
3. 快速开关速度：KP100-3晶闸管的开关速度非常快，能够迅速响应输入信号，实现高效的电力控制和调节。
4. 低功耗：KP100-3晶闸管在工作过程中能够有效降低能量损耗，提高能源利用效率，节约电力资源。
5. 可靠性高：KP100-3晶闸管采用先进的封装技术和工艺，具有良好的抗电磁干扰和抗击穿能力，能够在恶劣的环境下长时间稳定工作。
三、KP100-3晶闸管的应用领域1. 电力系统：KP100-3晶闸管广泛应用于电力输配电、电力变压器控制、电力电容补偿等领域，能够实现对电力系统的精密控制和调节。
2. 工业控制：KP100-3晶闸管在工业自动化控制系统中扮演着重要角色，能够实现对电机、变频器、变压器等设备的精确控制和调节。
3. 电子通信：KP100-3晶闸管可用于通信设备中的电源控制、电池充电、电路保护等方面，确保通信设备的稳定工作。
4. 汽车电子：KP100-3晶闸管在汽车电子系统中应用广泛，如发动机控制、电池管理、电机驱动等，提高了汽车的性能和安全性。
5. 其他领域：KP100-3晶闸管还可用于家电、医疗设备、航空航天等领域，满足不同领域对电力控制和调节的需求。
高压直流输电晶闸管阀用饱和电抗器的设计
关键词 ： 饱和电抗器； 设计计 算 ； 高压直流
中图分类号： ＴＭ４ １４ 文献 标 识 码 ： 文章 编 号 ：０ ８９ ３ （０ ０ ０ —０ ００ ６． Ａ １０ —２ ３ ２ １ ）３０ ３ —４
１ 引言
高压 直流输 电 已是现 今世 界上 先进 的输变 电技 术 。为 了减 少输 电走廊 、 提高输 电效 率 、 降低 输 电成
Ｕ 每级 晶闸 管 的触 发 电压 ； 饱和 电 抗器 电压 ； 麟 ＿ Ｕ
２ ２ 铁 芯有效 总面积 ．
Ｕ 高压开关冲击电压 ； Ｌ
收 稿 日期 ：０ ００ —２ ２ １ —３２
根据保护触发水平 的
电压时间乘积分布在 电抗器线圈的匝数 Ｎ和
作者简介 ： 张建国（９ ７ ， ， １ ６ 一）男 湖北省武汉市人 ， 工程师 ， 研究方向为变压器 电流器设计。
图 ２ Ｃ 型 铁 芯
对 于带 状 缠绕 的 Ｃ型 铁 芯 的叠 片 系数 ｋ＇ ｊｌ＝ ａ ０９ 。 ．２ 每个 电抗 器铁 芯数量 根据下 式确定
Ａ
则 ＡＦ ・ Ｉ ８ｉ ｋａ ｅ＝ Ｉ ｌ ｍ ｉ ｎ・ ｎ・ ￣ｔ
图 ４ 铁 芯 温 升 与 磁 密 变 化 率 曲线
第 ２ 卷第 ３ ８ 期
２０１０年 ５月
西安航空技术 高等专科学校学报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ’ｎＡｅｏｅ ｈ ｉ ｌ ｏｌｇ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｒ ｔｃ ｎｃ ｌ ｅ Ｘｉ ａＣ ｅ
Ｖｌ ２８Ｎｏ． ０ １． ３ Ｍ ａ １ ｙ ２ ０ ０
高压 直流 输 电晶 闸管 阀用 饱和 电抗 器 的设计
一
互 ． Ｑ： 翌 曼 ３ ， ・ ・ＡＲ ｚ Ｎ ，
（＋ ） ｒ
晶闸管相关知识培训
快速关断，反向恢复电荷减至最小，就需要 短的载流子寿命。减少载流子寿命主要靠扩 散金属杂质和高能辐照实现。
晶闸管管芯高压结构设计
表面耗尽层会增大，减弱了表面的峰值电场，使器件的 击穿电压能接近平面结。 最优的正斜角角度在30°～60 °之间。
A P1 N1 G P2 N2 K G
A P N P N G P N
iA 100% 90%
10% 0 td uAK
tr IRM
t
2) 关断过程
反向阻断恢复时间trr 正向阻断恢复时间tgr 关断时间tq以上两者之和 tq=trr+tgr 普通晶闸管的关断时间 约几百微秒
O
t
trr
URRM t gr
晶闸管的开通和关断过程波形
晶闸管的主要参数
1）电压定额
断态重复峰值电压UDRM
其中：VT 0
：器件门槛电压，单位为伏（V）；
IT ( AV ) ：通态平均电流，单位为安（A）； ITrsm ：通态有效值电流，单位为安（A）； f rT ：波形系数； ：器件的斜率电阻，单位为欧姆
f2 =
π (2θ − sin 2θ ) ， 2 2(1 − cos θ )
θ 为导通角
开关损耗、通态损耗 对于正弦半波电流，电流有效值I＝1.57Id ＝1.57IT（AV）
式中α1和α2分别是晶体管V1和V2的 共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分 别是V1和V2的共基极漏电流 G + I CBO1 + I CBO2
1 − (α 1 + α 2 )
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a) 双晶体管模型 b) 工作原理
晶闸管元件的基本工作原理
晶闸管元件的基本工作原理
特高压晶闸管反向恢复期失效机理及解决方案
第53卷第9期2019年9月电力电子技术Power ElectronicsVol.53, No.9September 2019特高压晶闸管反向恢复期失效机理及解决方案杨勇1，石岩、操国宏2,晁阳1(1.国网经济技术研宄院有限公司，北京102209 ; 2.株洲中车时代电气股份有限公司，湖南株洲412001)摘要：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器件的极限能力研宂，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；失效中图分类号：TN34 文献标识码：A 文章编号：1000-100X(2019)09-0121-04Study of Failure Mechanism and Solution of Thyristor Reverse Recovery Periodof HVDC Converter ValveYANG Y o n g1,S H I Y a n1,CAO G u o-h o n g2,CHAO Y a n g1({.Stale Grid Economic and Technological Research Institute Co., Ltd., Beijing102209, China)Abstract ：Thyristor is an important basic component of the converter valve of the core component of high voltage direct current (HVDC) project.The design of the valve needs to evaluate the basic electrical characteristics of the thyristor component,and also consider the ultimate tolerance of the device, so as to achieve a reliable, safe and economical combination. The failure mechanism of the thyristor in the reverse recovery period of the high voltage converter valve is studied,and the limit capability of various HVDC devices is further studied in combination with the process and design considerations of the device,which provides a solution for the failure of the high recovery thyristor in the reverse recovery period.Keywords ：thyristor ；reverse recovery period ；failurel引言目前，HVDC输电工程的电压等级和输送容 量不断提升，换流阀作为直流输电的核心设备，其 设计性能直接决定了整个直流输电系统的优劣。
±1100kV特高压直流输电的可行性及关键技术
±1100kV特高压直流输电的可行性及关键技术摘要：本文介绍了特高压直流输电的技术特点,并在现有±800kV特高压直流输电工程项目的基础上,结合近几年我国相关领域的技术研发成果,论述了发展±1100kV特高压直流输电工程的可行性,并针对发展±1100kV特高压直流输电工程提出了需要重点解决的技术问题和关键思路。
关键词：±1100kV 特高压直流输电换流站晶闸管电磁环境1、前言我国虽然地大物博,电力资源的分布却极不平衡,中部和东部发达地区的电力需求约占全国的69%,而水能和煤炭资源却不足全国的25%,电力供应紧张。
为了缓解这一形势,实现能源的优化配置,远距离、大容量的输电工程成为了必然的解决途径。
当前我国特高压直流输电工程的最高等级为±800kV,如云广特高压直流输电工程、向家坝至上海直流输电工程、锦屏至苏南直流输电工程等,为我国特高压直流输电的发展积累了工程实践经验。
随着输电距离和送电容量加大,考虑到设备的制造和运输难度、线路的损耗等,必须提高直流输电电压等级。
国家十二五特高压电网的重点工程——准东至重庆±1100kV特高压直流输电工程,是“疆电外送”的重要能源通道,全线总长度约2687千米,总投资370亿元,预计2014年投运,届时这一工程将打破世界输电工程电压等级、输送容量、输电距离三项纪录。
2、特高压直流输电的技术特点(1)特高压直流输电的输送容量更大、送电距离更远,且输电线路的走廊宽度为交流输电线路的一半;(2)直流输送的功率大小和方向可以实现快速控制和调节;(3)直流输电工程运行时,单极发生故障时,另一极还能够继续运行,并可以发挥过负荷能力,最大限度的减少输送功率的损失;(4)直流系统具有调制功能,可根据系统要求作出快速响应,提高电力系统暂态稳定水平;(5)采用直流输电线路使大电网之间互联,每个电网之间不会产生相互干扰和影响,并可在必要时迅速进行功率交换。
12kV高压反向触发双极晶闸管开关组件
图 １ ＲＳ 的结 构 和 工 作 原 理 Ｄ
集 电结处 于正 向偏 置状 态 ， 电流迅 速增 大 ， 件 内部表 现 为等 离 子体 向两种 器 件共 用 的 ｎ基 区注 入横 向扩 展 ， 器
覆 盖整个 ｐ ｎ结 。 当磁 开关 饱 和后 ， 加 电压 再 恢 复 到正 向 ， 电场作 用 下 ， 外 在 等离 子 体 层 中的 电 子 和空 穴 分 别
用两 级触 发 原 理 研 制 了 １ Ｖ 高 压 Ｒ Ｄ 组 件 及 其 触 发 系 统 ， 作 电 压 １ ～ １ Ｖ。 试 验 结 果 表 明 ： 高 压 ２ｋ Ｓ 工 Ｏ ２ｋ 该 ＲＳ 串联 组 件 触 发 稳 定 ， 作 可 靠 ，２ｋ 工 作 电压 下峰 值 电 流 可 达 １３ｋ 传 输 电 荷 ２ 电 流 变 化 率 可 达 Ｄ 工 １ Ｖ ３ Ａ， ４Ｃ，
Ｆｉ ． Ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｎ ｒ ｉ ｒｎ ｉ ｌ ｆｒ ｖ ｒ ｅ ｙ ｇ １ ｔ ｕ ｔ ｅ ａ ｄ ｗｏ ｋ ｎｇ ｐ ｉ ｃ ｐ ｅ ｏ ｅ ｅ ｓ ｌ ｓ ｔ ｈ ｄ ｄ ｎ ｓ ｏ （ Ｄ）ｓ ｍｉ ｏ ｕ ｔ ｒ ｓ ｔ ｈ ｗｉ ｅ ｙ ｉ ｔ ｒ ＲＳ ｃ ｅ ｃ ｎｄ ｃ ｏ ｗｉｃ
第 ２ 卷 第 ４期 ２ ２１ ０ ０年 ４月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯ Ｗ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ｎ Ｄ ＰＡ ＲＴ Ｉ Ｇ Ａ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ１ ２ ． ２，ＮＯ ４ ．
Ａ ｐｒ ．， ２ ０ Ｏ１
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ ） ４０ ０ — ４ ０ １４ ２ （ ０ ０ ０ — ８ ３０
ＲＳ 是 由俄 罗 斯 科 学 家 于 ２ Ｄ Ｏ世 纪 ８ ０年 代 研 发 件［ 。Ｒ Ｄ是 一种 ４层 结构 的硅 ２ 。 Ｓ
电解铝领域中大功率晶闸管整流装置的应用研究
M etallurgical smelting冶金冶炼电解铝领域中大功率晶闸管整流装置的应用研究黄 欢摘要：在电解铝领域中，应用大功率晶闸管整流装置设计整流系统，相比于应用传统二极管整流装置，可以促进节能降耗并降低经济成本，也能够增强安全性能。
本文分析了晶闸管整流装置的原理和特点，并介绍了该类装置在电解铝领域中的实际应用。
关键词：电解铝；稳流效果；整流装置1 研究背景早期的电解铝生产过程中，常使用二极管整流装置和调压式整流变压器。
这些装置没有自动化稳流的功能，只能通过手动操作进行调压和实现恒流。
虽然操作简单，但实际电解效率偏低，限制了电解铝的生产。
后来引进饱和电抗器和有载调压式变压器，但自动稳流主要依赖模拟情况，调节效果不理想。
现今国内电解铝行业开始采用晶闸管整流装置，其能够弥补以往整流装置的缺陷。
本文将介绍晶闸管整流装置的实际设计和应用。
2 晶闸管整流装置的工作原理与操作2.1 晶闸管整流装置的工作原理晶闸管整流装置基于可控硅材料，结合数字化、智能化控制电路的应用，实现交流变直流可控作用的装置。
晶闸管整流器可以为电动机磁场及电枢稳定供电，并通过调节触发延迟角均匀性来实现直流电压的调节。
根据装置的工作原理，其通常包括电枢反向接线和磁场反向接线两种方式。
电枢反向一般使用两组容量较大的晶闸管整流装置，为电动机的电枢供电；而磁场供电则利用一组容量较小的晶闸管整流装置。
磁场反向则利用一组容量较大的晶闸管整流装置对电枢实现供电，而磁场则使用两组容量较小的晶闸管整流装置通过反并联作用供电。
前一种接线方式具有动作速度快的特点，但需要运用多组整流器；后一种接线方式受到磁惯性影响而使得动作速度稍显缓慢，但可以尽量节省大容量的整流器。
晶闸管整流装置在供电拖动过程中具有动作速度快的特点，同时产生的故障较少，使得维护工作量变小。
此外，晶闸管整流装置还具有体积较小、无机械噪音、运行效率高以及重量较轻等特点。
晶闸管整流器的控制还有助于减少无功需求量，进而将危害较大的谐波消除。
高压TCR晶闸管阀组触发控制方案设计及仿真分析
３ 大 功 率脉 冲 电流 源 的 设计
为可靠 触 发 ６ ６对 晶 闸管 ， 冲板 中设 计 了能 脉 提供 功率 足够 大 的 电源 电 路 和 大功 率 脉 冲 电流 源
生成 电路 。
触 发控制 系 统 由一 块 由低 压 电源 供 电 的 脉 冲 板 、６块 处 于高 电位 系统 的 ＴＥ板组 成 ， 图 １所 ６ 如
颖的、 结构 简单 的大 功率 脉 冲电流 源 的生 成方 案 和 电磁 触发 系统 。
控 电路取能 困难、 兼容 强 电磁干 扰环境 等技术难
＊
收稿 日期 ：０ １年 ５ １ 修 回 日期 ：０ １ ６ １ ２１ 月 ０Ｈ， ２ １ 年 月 ６日
作者简介 ： 李小芬 ， ， 女 硕士 ， 工程师 ， 研究 方向 ： 电力 电子技术及其应用 。范少春 ， ， 男 博士 ， 工程师 ， 研究方 向： 高压无 功补偿 系统及 其应 用 。罗运成 ， ， 男 研究员 ， 授 ， 教 研究方 向： 电力 电子技 术及其应 用 ， 电能的波形重组及 电能质量控
结构 简单 清晰 ， 成本 可控 制在最 低 。
图 ２ 强 触 发 电流 脉 冲 示 意 图
串联 晶 闸管 阀组 可 靠 触 发 的基 本要 求 是 相 互
串联 的 晶闸管尽 可 能地一致 开 通 ， 这是 因为 较 慢开
通的器件可能承受过 电压而损 坏。这就要求 同组
相 串联 的晶 闸管 之 间有 最 小 的 门极 开 通 延 时 时 间
武汉 ４０ ２ ） ３ ２ ３ （ 湖北三环发展股份有 限公 司
摘
要
文章简要介绍 了一种用于 高压 １Ｃ １Ｒ晶闸管阀组的电磁触发控制方案 ， 设计 了一种结构 简单 、 成本低廉的大功
第一章：电力电子器件晶闸管
2．反向重复峰值电压URRM：在门极断路而结温为额定值时，允许 重复加在器件上的反向峰值电压。
3．通态（峰值）电压UTM：晶闸管通以某一规定倍数的额定通态 平均电流时的瞬态峰值电压。
4．额定电压：取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件 的额定电压。选用晶闸管时，额定电压要留有一定裕量。
最小门极电流； ● UGr：指产生触发电流 IGr 所需门极电压值； ● 环境温度高时需要的 Igr 和 Ugr 要小些；
环境温度低时需要的 IGr 和 Ugr 要大些； ● 同一型号晶闸管门极特性分散性较大，因此触发电路送出的
触发电流和触发电压应适当大于额定值的上限，但不能超过 最大电流、电压和功率极限。
雪崩 击穿
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
-IA
一．静态特性
§1.3.2 晶闸管的基本特性
1．正向特性：器件施加正向电压，IG=0 时，正向阻断状态，只有 很小的正向漏电流流过；正向电压超过临界极限——正向转折
电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通； ● 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低；
IC2＝2 IK ＋ ICBO2
（1－2） ICBO：共基极漏电流
I K＝IA＋IG
（1－3）
IA＝Ic1＋Ic2
（1－4）
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
（1－5）
★ 晶闸管中的晶体管特性为：
● 在低发射极电流下 是很小的； ● 而当发射极电流建立起来之后， 迅速增大。
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高压晶闸管的设计与制造
西安永电公司元件分厂范晓飞
摘要：本文主要介绍了一种高压晶闸管的设计方法和生产工艺，并对部分主要工艺进行了详细说明。
关键词：放大门极短路发射极全压接
1引言
市场上的电力半导体器件现已有几十种，它们各有其特点和应用领域。
但在特大功率的工频应用中，晶闸管以其耐压高，通态压降小，是其它电力半导体器件所不能代替的。
在大功率工频可控整流装置、高压直流输电、机车牵引、动态无功功率补偿等应用场合，晶闸管都占有一定优势，有着广阔的应用前景。
随着变流设备的容量不断增大，特别是直流输电的迅猛发展，要求单只晶闸管的输出功率大幅度提高，以减少装置中晶闸管的串、并联数目，这样不但可以使装置的体积变小、重量减轻、制造成本下降，而且有利于装置中各桥臂之间的均流、均压，从而提高运行可靠性，获得最高的经济效益。
因而，在今后的一段时间内，大容量、高电压仍是晶闸管发展的一个主要方向。
近年来我们在７２００Ｖ晶闸管生产中，取得了成功。
现将其主要设计方法和生产工艺进行介绍。
２扩散工艺
普通晶闸管的Ｐ区一般采用开管硼铝或闭管镓铝扩散形成，这种方法的优点是通过一次扩散就获得较深的结深和较高的表面浓度，而且设备简单、操作简便易行，对于４０００Ｖ以下的晶闸管非常实用。
但是当电压大于４０００Ｖ以后，尤其是电压5000V以上，用这种工艺制造出来的管芯就很难达到设计电压。
这就必须改进扩散工艺。
由理论分析可以知道，降低一扩的前沿浓度可以使ＰＮ结加反向电压时在Ｐ型区的扩展宽度加宽，从而降低了电场强度，提高ＰＮ结的击穿电压。
在实际生产中我们首先选用了固溶度低、扩散速率快的杂质源进行一次扩散，这样就很容易在硅中形成一个深结深、低浓度的Ｐ型层。
这种扩散方法形成的ＰＮ结前沿浓度较低，且浓度分布比较平缓，有利于空间电荷区在Ｐ区的扩展。
由于一次扩散形成的浓度分布比较平缓，浓度随结深的变化幅度小，所以在二次扩散时，短基区的横向电阻容易控制，门极参数比较集中，这对晶闸管的触发特性和动态特性都非常有利。
一次扩散形成的Ｐ型区表面浓度较低，烧结时形成的欧姆接触电阻大，为了降低晶闸管的通态压降，在一次扩散的基础上还必须进行一次高浓度的Ｐ＋扩散。
扩散后的杂质浓度分布曲线如图１。
图１扩散后的杂质浓度分布曲线
３光刻版的设计考虑
光刻版设计的好坏除对晶闸管的触发特性有很大的影响以外，对晶闸管的动态特性（如ｄｉ／ｄｔ、ｄｖ／ｄｔ等）也尤为关键。
一次扩散采用低浓度的杂质源后，Ｐ区的薄层电阻将会很大，在其它条件不变的情况下，放大门极的横向电阻相应的变大，这就使得门极需要提供的触发电流变小。
如果门极触发电流过小，晶闸管容易被误触发，这就需要对晶闸管的门极参数做出调整。
通常对晶闸管的门极触发电流进行调整只需要改变扩磷结深就可以实现，但是由于一次扩散的浓度分布比较平缓，单纯的改变扩磷结深对门极触发电流影响不大，还需要对光刻板尺寸进行调整，这样才能将门极参数调整到合适的范围内。
关于ｄｉ/ｄｔ一般采用放大门极结构，设计较为复杂的放大门极图形，延长门极对阴极的作用线长度，并合理设置放大门极和阴极第一圈短路点，使放大门极起作用。
在加门极触发电流时，放大门极首先导通，从阳极流过来的电流经过放大门极与门极触发电流叠加去触发阴极。
只要放大门极结构设计合理，就可以使ｄｉ／ｄｔ耐量得到显着提高。
提高ｄＶ／ｄｔ最显着的方法就是采用短路发射极结构，通过在阴极面设置短路点，使得由ｄＶ／ｄｔ所产生的位移电流横向流过Ｐ2基区后，经短路点流到阴极，从而a2．，不受位移电流的影响。
采用短路发射极结构能使ｄＶ／ｄｔ的耐量从每微秒几十伏增大到每微秒几千伏。
但要注意的是一次扩散的Ｐ2区薄层电阻很大，为降低位移电流在Ｐ2区所产生的横向压降，就必须减小短路点之间的距离，在阴极面设置小而密的短路点，增加阴极面短路点密度，使得位移电流在Ｐ2区所产生的横向压降小于ｊ3结的开放电压。
４烧结
高电压、大容量的晶闸管芯片直径较大，如果采用传统的烧结方式，则硅片和钼片之间由于热膨胀系数不同而产生的热应力对晶闸管的性能将有很大的影响，因此我们采用两面蒸铝、不烧结钼片的单片结构。
５台面造型
如图２所示，采用单片结构后，如果台面还磨正、负斜角，由于正角要磨过ｊ1结，磨的很深，硅片边缘很薄，容易产生崩边，对晶闸管的反向电压会造成很大的影响。
而采用双负角结构后，阴、阳极的负角都只需要磨过一扩结深即可，硅片边缘的厚度还很厚，不容易造成崩边。
双负角还有一个好处就是可以减少磨角对阴极面造成的损失。
图2 正负斜角和双负角台面造型比较
６封装结构
因芯片采用单片结构，没有烧结钼片，芯片的强度较低，所以封装采用全压接封装结构。
如图３所示，芯片的阴、阳极面各压一片钼片，钼片的平行度、平面度，表面粗糙度都要达到一定的要求，否则可能因为钼片表面不平而将芯片
压碎。
再将芯片和钼片一块装入管壳，引出电极。
另外，管壳的平行度、平面度、表面粗糙度在设计时也有严格的要求。
图３全压接管壳封装示意图
７结束语
采用先扩低浓度杂质，再扩高浓度杂质的扩散方法、加之双负角造型工艺，可以很容易使晶闸管的电压达到７２００Ｖ，再通过合理的光刻版设计，可以使其具有优良的静态特性和动态特性。
参考文献
【ｌ】孟庆宗，王正鸣φ７７毫米５千伏硅晶闸管【Ｊ】．电力电子技术．１９８９（１）．
【２】高山城，郭永忠，吴涛，李玉玲．φ１００快速晶闸管的研制【Ｊ】．电力电子技术．第３９卷第５期
【３】Ｐ．Ｄ．ＴＡＹＬＯＲ着，庞银锁译．晶闸管的设计与制造【Ｍ】．中国铁道出版杜．Ｊ｜ＪＩＰｌ、、ＪｌＪｌＮＩＪＩＪＩＰｔ／图２正、负斜角和双负角台面造型比较ＣｈｉｎａＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＩｎｄｕｓｔｒｙＳｕｍｍｉｔＦｏｒｕｍ·Ｅｓｓａｙｓ｜１
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