3125A7600V光控晶闸管的研制

3125A7600V光控晶闸管的研制Developmentof3125A/7600VLightTriggeredThyristor高山城GAOShan-cheng曰赵涛ZHAOTao曰刘东UUDong(丙安电力电子技术研究所,丙安710061)(Xi*anPowerElectronicsResearchInstitute,Xi'an710061,China)摘要院木文详细分析了光控晶闸管设计原理。通过对特殊的门极结构和工艺设计,成功研制了在器件内部集成了光触发功能区、内部过压保护器、内置保护电阻,使其具有正向恢复保护和dv/dt保护功能的5英寸3125A/7600V光控晶闸管。该晶闸管技术参数达到了国外同等水平。己成功应用到我国的“云-广依800KV/5000MW”特高压直流输电(UHVDC)工程中。Abstract:Thispaperdetailedlyanalyzesthedesignprincipleoflighttriggeredthyristor.Byspecialgatestructureandprocessesdesign,alight-triggeringfunction,abreak-overdiode,aturn-onprotectionresistor,aforwardrecoveryprotectionfunctionaswellasdv/dtprotectionfunctionareallintegratedin5inchsinglechip.Thewafer'sblockingvoltageismorethan7600Vanditscurrentcapacityishigherthan3125A.Testeddatashowsthetechnologyparametersofthedevicesarrivingtotheequivalenceleveloftheforeigncongenerproduct.Thedeviceshavebeensuccessfullyusedin"YUN-GUANG依800KV/5000MW"UHVDCprojectinChina.关键词院晶闸管;光控晶闸管;集成功能Keywords:thyristor;lighttriggeredthyristor;integratedfunctions院TN34文献标识码院A院1006-4311(2014)01-0053-030引言光控晶闸管是用光脉冲触发的晶闸管,一个发光二极管可以提供数十个光控晶闸管的触发光源,因此它的触发装置简单,而且光触发系统与光控晶闸管的主电路电系统完全绝缘,有效避免了电控晶闸管电触发系统与主电路回路相互电磁感应误触发问题,所以它的抗干挠能力比电控晶闸管强[1】。光控晶闸管除了有电控晶闸管的全部功能外,通过特殊的结构和工艺设计,使器件具有下列额外功能:淤光触发功率小。光触发功率仅为电触发功率的几十分之一。于具有dv/dt保护功能。盂具有正向恢复保护功能。榆具有正向过压保护功能。由于光控晶闸管具备上述特点,因此大大简化了外部的隔离保护线路,从而提高整个系统的稳定性,广泛应用到高压系统中。由于工作电压比普通应用高得多,一般为几十千伏至几百千伏,因此提高晶闸管工作的稳定性和可靠性显得格外重要。在高压直流输电系统中使用5英寸3125A/7600V光控晶闸管,可使电力传输更可靠、更有效、大大提高了电网的输电能力,因此我国在“云南-广东”特高压输电系统中决定使用5英吵3125A/7600V光控晶闸管。我所科研人员经过多年的工艺研究和实验,成功研制了5英寸3125A/7600V特高压光控晶闸管。1光控晶闸管设计原理分析1援1高di/dt耐量设计光控晶闸管与电控晶闸管的主要区别在于门极结构。电控晶闸管的触发电流被注入芯片的中心门极,触发电流向放大门极注入载流子,最终使晶闸管导通;在光控晶闸管中,当一定波长一定光强的光脉冲照射光敏区吋,由于光吸收作用,在光敏区的中心区域产生非平衡载流子,通过多极放大门极作用最终使晶闸管导通。导通首先从一个很小的中心区域开始的。在这个区域与阴极之间冇一个很高的电压降。通过特殊的门极结构设计,在门极区域集成了一个内置保护电阻,以限制晶闸管开通过程中由于该压降引起的大电流。通过掩蔽铝扩散调节该集成电阻大小,提高器件的di/dt耐量,同时通过优化多极放人门极结构获得人的初始导通区,这些措施明显地改善了开通特性,使晶闸管非重复di/dt可达1300A/滋s,如图1。1.2正向过压保护设计电控晶闸管的过压保护通常由外部的转折二极管或等效电路实现。在光控晶闸管中,通过在芯片的中心区集成了一个转折二极管。为了便于分析,如图2所示。定义VB为一维平行平面、空间电荷区自由展宽PN结击穿电压;VBO为二维体内对称PNP结构转折电压;VBS为二维负角表面PN结击穿电压;VBOD电压为二维BOD区域弧形PN结击穿电压;VBF为晶闸管的正向转折电压。可见VBF为VBS、VBO、VBOD三者电压最小者。VBOD是设计者通过光刻和扩散工艺形成的固定电压;VBO为理想的PNP结转折电压;VBS为PNP结在表面处...

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