集成光控功率晶闸管的设计与研制
发布时间：2021-11-13 17:00
功率晶闸管在民用和工业领域的功率变换和功率控制系统中具有非常广泛的应用,但目前使用的晶闸管绝大多数仍是传统的电控晶闸管,而少数能够使用的光控晶闸管的核心部分是由两个功率不同的管芯作为前后级组合而成,存在的突出问题是功耗大、工作速度慢、抗干扰能力弱,限制了其在新一代工业互联网、物联网中的应用。本论文针对这些问题,设计、研制一种光控晶闸管（Light Triggered Thyristors,LTT）,其驱动方式是用光控取代电控,它不但具有电控晶闸管的重复峰值电压高、泄漏电流低、导通阻抗低等全部功能外,而且由于光触发系统与主电路完全隔离的特点,所以它的安全系数更高,抗干扰能力更强。器件结构是用单管芯集成取代双管芯组合,以获得更加优越的器件性能。论文所做的主要工作和结果如下:1.本文系统描述了光控晶闸管的作用理论,特别是I-V特性、导通与阻断能力、断态临界电压上升率等器件物理机理;结合器件结构与性能参数之间的折中关系,对器件的结构参数进行了理论分析和模拟仿真。2.本论文为解决光透入深度与光生电流之间的固有矛盾,提出去除传统晶闸管的门极结构改为叉指状阴极结构的设计方案,经计算,透光面积可达50...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球功率半导体市场区域分布以及企业市场占有率[3]
兰州大学硕士学位论文集成光控功率晶闸管的设计与研制3生标志着晶闸管器件从半控型器件正式进入了全控型器件时代[7]，而随着中美贸易战的冲突不断加剧，国产化的晶闸管器件已经成为国家急切发展的对象，国产替代进口是大势所趋。表1-1晶闸管的分类分类方式分类关断、导通及控制方式普通晶闸管双向晶闸管[8-10]逆导晶闸管[11-12]门极关断晶闸管[13-14]光控晶闸管引脚和极性二极晶闸管三极晶闸管四极晶闸管封装形式螺栓形、平板形、圆壳形电容量大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管关断速度普通晶闸管、高频（快速）晶闸管[15]。光控晶闸管由于其主电路与触发电路相互隔离，抗干扰能力强，且拥有电控晶闸管的功率大，效率高，安全系数高等优点，因此在变频、调相、变压、开关、整流、增幅、逆变等领域上的应用越来越广泛，而近年来随着科学技术的不断进步，对光控晶闸管的光触发功率、重复峰值电压、泄漏电流等指标要求也越来越高。受到理论的限制，目前光控晶闸管的产业化应用依然停留在低压、低触发率领域。图1-3晶闸管的主要发展阶段1.2.2光控晶闸管器件的研究现状从20世纪50年代晶闸管被首次提出至今，光控晶闸管随之诞生以来，光控
兰州大学硕士学位论文集成光控功率晶闸管的设计与研制4晶闸管器件不断朝着更小的管芯面积、更小的开关损耗、更低的光触发灵敏度的方向发展，而光控晶闸管器件的结构参数和各种电学参数之间存在着多种折中关系，在器件的结构设计时需要做到统筹兼顾，其中最重要的是提升光控晶闸管器件光触发灵敏度，同时保持正向阻断能力与断态临界电压上升率之间的折中关系。目前，在提升光控晶闸管器件光触发灵敏度和正向阻断能力与断态临界电压上升率折中的关系方面，主要沿着两条路线进行。一方面是门极光敏结构与工艺设计，本文称其为“单管集成”光控晶闸管。另一方面是通过小光控晶闸管驱动大电控晶闸管的设计，本文称其为“双管组合”的光控晶闸管的技术。1976年TempleVAK的研究小组首次通过修正门极结构制造了大功率的光控晶闸管[16-18]。图1-4V型门极结构的光控晶闸管：（a）光控晶闸管模型，（b）光控晶闸管的伏安特性曲线，（c）关断时间、峰值开启电压与辐照剂量的关系[18]1995年吉林大学的赵善麒教授研究小组也通过改进门极结构，成功研制出
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国半导体存储器市场前景[J]. 邢雁宁. 电子产品世界. 2016(07)
[2]光控晶闸管的集成BOD转折电压[J]. 高山城,罗艳红,吴飞鸟,李玉玲,高飞. 半导体技术. 2014(06)
[3]可控避雷器中晶闸管阀电压和电流上升率仿真分析、试验检测及限制措施[J]. 陈秀娟,陈维江,沈海滨,贺子鸣,李国富,葛栋. 高电压技术. 2012(02)
[4]晶闸管在大功率变流和开关中的应用[J]. 傅鹏,高格,李定,温家良,汤伦军,王林森,宋执权,黄大华,吴文科,田宇旗. 电工技术学报. 2004(08)
[5]应用设计中使用光直接触发晶闸管的优点[J]. J.普里依比拉,R.凯勒,C.施尼德,H.J.舒尔茨,F.J.尼德诺斯西德,古玉书. 电力电子. 2004(03)
[6]SiO膜作为光控晶闸管减反射膜的研究[J]. 赵善麒,高鼎三,潘福泉. 半导体光电. 1990(01)
[7]晶闸管制造工艺改进[J]. 李建球. 半导体技术. 1989(02)
[8]晶闸管dv/dt耐量的双回路测试法及其测试台[J]. 陈军安,康浩亮. 电力电子技术. 1990 (03)
硕士论文
[1]小功率音频静电感应晶体管的特性研究[D]. 朱延超.兰州大学 2014
本文编号：3493376
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球功率半导体市场区域分布以及企业市场占有率[3]
兰州大学硕士学位论文集成光控功率晶闸管的设计与研制3生标志着晶闸管器件从半控型器件正式进入了全控型器件时代[7]，而随着中美贸易战的冲突不断加剧，国产化的晶闸管器件已经成为国家急切发展的对象，国产替代进口是大势所趋。表1-1晶闸管的分类分类方式分类关断、导通及控制方式普通晶闸管双向晶闸管[8-10]逆导晶闸管[11-12]门极关断晶闸管[13-14]光控晶闸管引脚和极性二极晶闸管三极晶闸管四极晶闸管封装形式螺栓形、平板形、圆壳形电容量大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管关断速度普通晶闸管、高频（快速）晶闸管[15]。光控晶闸管由于其主电路与触发电路相互隔离，抗干扰能力强，且拥有电控晶闸管的功率大，效率高，安全系数高等优点，因此在变频、调相、变压、开关、整流、增幅、逆变等领域上的应用越来越广泛，而近年来随着科学技术的不断进步，对光控晶闸管的光触发功率、重复峰值电压、泄漏电流等指标要求也越来越高。受到理论的限制，目前光控晶闸管的产业化应用依然停留在低压、低触发率领域。图1-3晶闸管的主要发展阶段1.2.2光控晶闸管器件的研究现状从20世纪50年代晶闸管被首次提出至今，光控晶闸管随之诞生以来，光控
兰州大学硕士学位论文集成光控功率晶闸管的设计与研制4晶闸管器件不断朝着更小的管芯面积、更小的开关损耗、更低的光触发灵敏度的方向发展，而光控晶闸管器件的结构参数和各种电学参数之间存在着多种折中关系，在器件的结构设计时需要做到统筹兼顾，其中最重要的是提升光控晶闸管器件光触发灵敏度，同时保持正向阻断能力与断态临界电压上升率之间的折中关系。目前，在提升光控晶闸管器件光触发灵敏度和正向阻断能力与断态临界电压上升率折中的关系方面，主要沿着两条路线进行。一方面是门极光敏结构与工艺设计，本文称其为“单管集成”光控晶闸管。另一方面是通过小光控晶闸管驱动大电控晶闸管的设计，本文称其为“双管组合”的光控晶闸管的技术。1976年TempleVAK的研究小组首次通过修正门极结构制造了大功率的光控晶闸管[16-18]。图1-4V型门极结构的光控晶闸管：（a）光控晶闸管模型，（b）光控晶闸管的伏安特性曲线，（c）关断时间、峰值开启电压与辐照剂量的关系[18]1995年吉林大学的赵善麒教授研究小组也通过改进门极结构，成功研制出
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国半导体存储器市场前景[J]. 邢雁宁. 电子产品世界. 2016(07)
[2]光控晶闸管的集成BOD转折电压[J]. 高山城,罗艳红,吴飞鸟,李玉玲,高飞. 半导体技术. 2014(06)
[3]可控避雷器中晶闸管阀电压和电流上升率仿真分析、试验检测及限制措施[J]. 陈秀娟,陈维江,沈海滨,贺子鸣,李国富,葛栋. 高电压技术. 2012(02)
[4]晶闸管在大功率变流和开关中的应用[J]. 傅鹏,高格,李定,温家良,汤伦军,王林森,宋执权,黄大华,吴文科,田宇旗. 电工技术学报. 2004(08)
[5]应用设计中使用光直接触发晶闸管的优点[J]. J.普里依比拉,R.凯勒,C.施尼德,H.J.舒尔茨,F.J.尼德诺斯西德,古玉书. 电力电子. 2004(03)
[6]SiO膜作为光控晶闸管减反射膜的研究[J]. 赵善麒,高鼎三,潘福泉. 半导体光电. 1990(01)
[7]晶闸管制造工艺改进[J]. 李建球. 半导体技术. 1989(02)
[8]晶闸管dv/dt耐量的双回路测试法及其测试台[J]. 陈军安,康浩亮. 电力电子技术. 1990 (03)
硕士论文
[1]小功率音频静电感应晶体管的特性研究[D]. 朱延超.兰州大学 2014
本文编号：3493376
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3493376.html
