晶闸管反向恢复特性研究及器件优化

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.     

功率H桥中续流二极管特性研究

对H桥工作于双极模式时续流二极管的电应力进行了分析,特别是二极管反向恢复特性对电路的影响,并结合工程实践给出了反向恢复时间的测试方法.     

动态死区抑制MOSFET反向恢复电流的研究

功率MOSFET器件组成桥臂式拓扑结构时,由于其内部寄生的二极管反向恢复特性较差,开关过程将产生较大的反向恢复电流,引起关断电压尖峰以及漏源极和栅源极之间的振荡.分析了桥臂上下管死区大小与反向恢复电流之间的关系,提出通过动态优化死区来减小反向恢复电流的方法.给出了死区与反向恢复电流关系的初步仿真结果,并基于两种不同反向恢复特性的MOSFET器件进行了实验研究.仿真和实验结果表明,使用动态死区可有效抑制MOSFET器件的反向恢复电流,并减小由反向恢复引起的开关损耗以及关断电压的尖峰和振荡.     

二极管反向恢复时间对LLC变换器性能的研究

LLC谐振变换器的最大优点是利用自身的谐振特性同时实现主开关管与次级整流二极管的软开关。从变换器整流二极管反向恢复时间出发,介绍了一种延长谐振槽路三元件共同谐振时间的方法,使得变换器工作于第二谐振区域时,二极管在交替导通间隔期间得到充分反向恢复,以降低反向恢复损耗。根据该参数优化的方法制作了一台额定功率210 W的半桥LLC谐振变换器样机,并通过实验验证了理论分析的可行性。     

脉冲作用下晶闸管反向恢复性能退化研究

为了研究反向恢复期间重复脉冲电压下晶闸管反向恢复性能的变化规律,建立了脉冲电压下晶闸管反向恢复性能退化特性实验平台,实验研究了脉冲电压波形和脉冲施加时刻参数对晶闸管反向恢复过程的影响。结果表明,反向恢复期内经过2 500次脉冲电压冲击后,晶闸管反向恢复性能明显改变,主要表现有:反向恢复时间缩短,反向恢复电荷减少,恢复软度降低;脉冲电压幅度越大,脉冲延迟越短,脉冲电压对反向恢复性能的影响越大;晶闸管反向恢复性能参数的变化与载流子寿命的变化密切相关,即反向恢复期内在脉冲电压重复作用下,载流子复合率增加,其寿命缩短,导致晶闸管反向恢复性能退化。     

功率二极管反向恢复特性的仿真研究

在国际电力电子领域对功率二极管模型研究成果的基础上，利用计算机仿真对功率二极管的反向恢复过程和特性进行了较深入、系统的研究，得出了一些有实际意义的结论。     

过电压条件下高压不控整流阀暂态特性研究

为提升高压不控整流阀的抗雷击性能,这里建立了含二极管、电抗器、变压器和架空线等高压不控整流阀组件的高频等效模型,在此基础上构建高压不控整流阀的雷击过程模型,分析反向恢复电荷约束下的二极管过电压暂态物理过程,剖析高压不控整流阀的雷电过电压暂态特性。采用实验对比方法分析不同二极管等效模型下,串联二极管的雷电过电压分布特性,揭示反向恢复电荷和反向恢复时间对串联二极管电压不均衡的影响机理,为高压不控整流阀在雷击作用下安全稳定运行提供思路。     

风电Crowbar装置整流二极管失效机理分析

鉴于风电Crowbar装置整流二极管长期处于逆变器的开关脉冲整流、高-di/dt和导通时间短的工作状态下,存在反向恢复工况恶劣、软因子小、振荡阶跃严重的情况,本文根据PIN二极管反向恢复机理,对出现的失效案例进行原因分析,并提出改进措施,为产品可靠运行提供了保障。     

串联谐振式DC—DC变换器中二极管反向恢复电流的限制

介绍了串联谐振式ＤＣ－ＤＣ变换器的基本工作原理。指出了二极管反向恢复过程对变换器的影响及对策。     

IGCT-MMC中二极管反向恢复特性分析与测试

二极管的反向恢复特性在IGCT-MMC中起着重要的作用.首先介绍快恢复二极管的反向恢复特性,然后在IGCT-MMC拓扑中介绍快恢复二极管的开关行为,最后搭建适用于IGCT-MMC测试的双脉冲实验平台,并对比了3种商业化快恢复二极管产品的反向恢复特性.最终的测试结果表明,快恢复二极管的反向恢复峰值电流和功率与di/dt呈...     

晶闸管换流阀反向恢复特性建模及阻容参数优化设计

晶闸管换流阀作为特高压直流输电的核心设备,其阻容参数设计关系到换流阀的性能乃至整个直流输电工程的安全可靠。基于晶闸管反向恢复电流的指数衰减模型,建立了换流阀关断时刻的数学模型,求解出晶闸管换流阀的反向恢复电压计算公式,总结出阻容参数对反向恢复电压过冲的影响规律。同时考虑关断时刻电压下降率、开通时刻电流上升率以及阻尼损耗等性能指标的限制,提出一种换流阀阻容参数的优化设计方法。在PSCAD/EMTDC中搭建12脉动换流器模型,对阻容参数的优化设计结果进行了仿真验证。     

快速功率二极管正反向恢复特性仿真研究

在国内外电力电子领域对功率二极管模型研究成果的基础上,利用计算机仿真技术,从数学物理模型和电路模型两方面,对快速功率二极管的反向恢复特性进行了较深入的研究,获得了可正确描述正反向恢复过程的功率二极管仿真模型.该模型克服了标准二极管模型完全忽视正向恢复效应,对二极管反向恢复现象的模拟也会产生错误振荡的缺陷,因此具有较好的现实意义.     

高压直流输电光触发晶闸管反向恢复期保护的研究

高压直流输电晶闸管换流阀,不管是光触发晶闸管换流阀还是电触发晶闸管换流阀．其反向恢复期的保护功能都是一项极为重要的保护。电触发晶闸管和光触发晶闸管在实现这一保护的做法上有较大不同。文中介绍了目前常用的电触发晶闸管的反向恢复期保护方式．并着重对光触发晶闸管的反向恢复期保护进行了研究。     

SOS半导体断路开关器件研制和实验研究

半导体断路开关是一种新型固体开关器件,具有反向恢复电流高速关断的特性。描述了半导体断路开关器件的工作原理、制造工艺和测试方法。通过杂质扩散工艺实验,试制了不同p区扩散深度和不同基区宽度的半导体断路开关二极管,利用高能电子束辐照方法改变器件中的少子寿命。最后,对试制的不同结构器件的正向导通、反向恢复等特性进行了测试,试制样品具有较低的正向导通峰值压降和较高的反向关断速度。实验表明,通过控制基区宽度和少子寿命,可以得到反向恢复特性很好的半导体断路开关器件。     

反激变换器中RCD箝位电路的分析与设计

着重考虑现有文献中被忽略的因素,如箝位二极管正、反向恢复特性和副边漏感Ls对RCD参数设计的影响等,分析了二极管的正向恢复对开关管电压尖峰的影响、反向恢复对RCD箝位电路损耗和参数设计的影响,揭示出副边漏感与原边漏感一样会增加RCD箝位电路吸收的能量,并进行了量化分析。综合考虑了二极管正向恢复特性、反向恢复特性以及副边漏感对RCD箝位电路的影响,在现有RCD参数设计方法的基础上,提出了修正后的RCD参数设计方法。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。     

传统MOSFET和超结MOSFET的体二极管反向恢复特性评估

在许多高电压开关应用当中,都需要采用具有良好特性的体二极管且耐用性强的MOSFET。依照超结(SJ)电荷平衡概念所设计的器件,由于有着比普通MOSFET低得多的Rdson而得到普及。然而,普通sJ器件的一个缺点就是它的体二极管的反向恢复特性较差。早期的sJ器件有着较大的反向恢复电流,并且在某些反向恢复的情况下易于失效。尽管后来它的体二极管特性有了一定改善,但还是不能像传统MOSFET的体二极管那样耐用。我们示出即使施加缓和上升的di/dt,普通SJ器件的体二极管也还会失效。飞兆(Fairchild)公司利用二维数字仿真在电路和器件混合建模的条件来分析反向恢复瞬态期间在器件的内部发生了什么。这帮助我们理解失效背后的原因,并且设计出了耐用性更强的SuperFETTMSJ器件。反向恢复测量表明,普通SJ器件的体二极管在di/dt仅为100A/μs的时候就会失效,而SuperFETTM器件几乎是不会破坏的,它在di/dt为1000A/μs时仍能工作。飞兆(Fairchild)公司还设计出了带有快速恢复体二极管的、耐用的SuperFETTM器件,具有较低的Trr和Qrr。     

基于集总电荷的PIN二极管反向恢复模型

以MUR8100PIN二极管为对象,研究了PIN二极管模型参数抽取的试验方法和试验手段。在小电压等级下,利用试验抽取的二极管模型参数建立其反向恢复模型,并用仿真软件Saber验证了模型的正确性。最后,分析了影响模型精度的近似条件和物理效应。     

反向恢复期脉冲作用下高压晶闸管失效分析

本文搭建了高压晶闸管反向恢复期脉冲作用实验平台与特性参数测试平台,研究了高压晶闸管在反向恢复期不同阶段遭受脉冲冲击过程中的特性参数变化规律,并对退化和失效晶闸管拆片分析,结果表明：反向恢复期脉冲作用下高压晶闸管退化或失效表现为阻断能力的退化或丧失,由此引起晶闸管漏电流剧增,漏电流可作为表征晶闸管状态变化的特征参量;反向恢复期初期和中期冲击失效器件芯片上可见明显击穿点;反向恢复期中期冲击阻断能力退化芯片上可见热应力作用形成的圆斑;反向恢复期末期冲击失效器件可在芯片边缘与绝缘橡胶相接处见雪崩击穿闪痕。#$NL关键词：高压晶闸管; 电压脉冲; 反向恢复期; 失效分析#$NL中图分类号：TM461.4