面向HVDC应用的逆阻型IGCT关断特性研究

为研究逆阻集成门极换流晶闸管(RB-IGCT)的电流关断特性,指导RB-IGCT换流阀设计,此处搭建了RB-IGCT的电流关断测试电路,对其电流关断特性进行了实测,并采用双指数函数对电流关断特性进行数学拟合。最后基于拟合到的关断电流数学模型,在PSCAD/EMTDC中搭建了IGCT电流关断的器件级功能模型进行仿真测试,仿真和试验结果的一致性表明基于双指数函数的IGCT电流关断模型的准确性,为后续工程应用时IGCT关断电压应力研究以及RB-IGCT阀均压设计提供了快速有效的仿真手段。

高压直流断路器中的IGCT功能性模型仿真研究

高压直流断路器在柔性直流输电系统中起着至关重要的作用,其中集成门级换流晶闸管(Integrated gate commutated thyristors,IGCT)是保障高压断路器正常分断的关键器件之一。因此,研究IGCT开通和关断时的电压电流暂态特性模型,是高压断路器系统研究中的一个重要内容。对PSCAD中的自带IGCT模型进行了二次开发,建立一种IGCT开、断暂态的功能性模型。首先,采用电气等效、曲线拟合的方法,实现电路仿真中IGCT的不同运行状态。其次,在PSCAD中用所提出的模型搭建了仿真测试电路,并与器件手册进行对比分析。最后,将该模型嵌入到组合式直流断路器中进行仿真验证。仿真结果验证了IGCT功能性模型的有效性与正确性,为进一步研究高压断路器中半导体模块的应力分析打下了基础,具有较高的工程价值和研究意义。

IGCT的原理性电学模型与动态特性仿真

集成门极换向晶闸管(IGCT)因具有开关速度快、损耗低、容量大、导通管压降低等优越性能而正逐渐广泛地应用于中压大功率领域,但国内外仿真软件中尚无IGCT的器件仿真模型。为此根据IGCT的结构特点、工作原理、额定参数以及外总电学特性,应用两个Hu-Ki模型并联的优化模型及ORCAD建立了IGCT的原理性电学模型,给出了模型的电路图及元件参数,并应用该模型进行了IGCT的动态特性仿真与分析,给出了开通、关断电压和电流波形,关断功率脉冲波形,门极关断电压和电流波形。仿真结果显示仿真的IGCT器件关断时间2μs,关断能量约0.1J,关断时门极反向电流峰值25A,表现出明显的反向抽取作用,与实测波形保持了很好的一致性。该模型意义明确、描述准确、结构简单、仿真速度较快,且有一定的通用性,可用于IGCT器件与简单系统的仿真研究,为IGCT的选择应用、器件匹配与保护电路的设计提供研究手段与设计参考。

5kV非对称GCT的特性分析与设计

简述了非对称门极换流晶闸管(A-GCT)的结构特点及其工作原理,分析了A-GCT结构参数之间的相互制约关系,给出了高压A-GCT的设计参考。并借助ISE软件对A-GCT的阻断特性、导通特性和开关特性进行了模拟。提取了5kV的A-GCT纵向结构设计参数。

非对称型集成门极换流晶闸管(IGCT)在PISCES-2ET软件平台上器件模拟

运用PISCES-2ET软件对非对称型集成门极换流晶闸管进行器件模拟,给出了器件的杂质浓度、电子和空穴浓度和电势的二维和三维分布;通过模拟结果来验证设计是否合理,对下一步设计器件的物理参数和结构参数起到指导作用.

非对称型GCT缓冲层的特性分析

通过分析非对称型门极换流晶闸管缓冲层的特性,提出了缓冲层结构的设计方法,根据该设计方法建立了门极换流晶闸管的结构模型,利用MED IC I软件对缓冲层的特性进行了模拟.模拟结果表明,引入缓冲层的GCT结构能够很好地调节阻断特性和通态特性,使GCT的综合特性得以优化.

IGCT关断暂态温度特性及其电热模型

集成门极换流晶闸管(IGCT)广泛应用于高压大功率电力电子装置中,受到环境温度变化和器件自热等影响,其开关特性发生显著改变。本文针对不同温度下的器件开关特性开展了测试实验,利用分阶段解析建模的方法分析了影响器件关断存储、基区承压以及拖尾电流三个阶段的关键温度依赖参数。分析结果表明关断存储阶段主要受到载流子寿命和射极复合系数的影响,但射极复合系数相对于载流子寿命对电流拖尾过程的影响随温度变化更为显著。在此基础上由所得关键参数建立了IGCT温度依赖模型,利用封装传热阻容子电路网络建立了器件的结壳传热模型。最后,基于该模型对IGCT关断暂态过程进行了电热仿真分析,通过仿真波形与实测波形的比较验证了该模型的准确性以及关键温变参数的影响。

大功率牵引变流器IGCT器件损耗模型

集成门极换流晶闸管(IGCT)是保障大功率牵引变流器高效可靠运行的重要元件。IGCT器件开关过程中电压及电流的动态特性极大地影响了大功率变流器系统的稳定运行。研究了不同测试工况对4.5kV/4 kA的IGCT器件动态特性参数的影响,并提出了一种考虑器件电压、电流和温度的IGCT器件损耗数值模型。该模型形式简单、易于实现、具有可推广性,为进一步分析大功率变流器系统损耗及效率特性打下理论基础。

基于TCAD的门极换流晶闸管的研究

文章基于ISE公司的半导体仿真软件TCAD系列软件对GCT进行了模拟,通过建立的GCT模型,研究了透明阳极结构和栅极数目对通态特性的影响。模拟结果表明,透明阳极中的杂质总量是决定GCT的通态压降的关键因素,杂质总量越多,通态压降越低。研究成果对GCT器件的设计和制造具有重要的参考价值。

4.5kV非对称GCT阻断电压失效分析

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。

IGCT性能及其静态特性测试方法

IGCT(集成门极换流晶闸管)作为新型的电力电子器件,广泛应用于大功率高压变流器等设备中。本文在介绍IGCT器件的工作原理及性能特点的基础上,介绍了IGCT器件在直流系统中的应用及其静态参数的测试方法。