温度对压降的影响

1、- -题目：浅谈温度对大功率晶闸管通态特性的影响XX：职业：XX号：鉴定等级：单位：二一一年四月浅谈温度对大功率晶闸管通态特性的影响内容摘要：电力半导体元件随着电力电子技术开展的需要，不断改进、革新，从SCR、GTO、功率MOSFET、IGBT、MCT到HVIC等；各种元件适合着一定的应用领域的需要，性能在不断的提高和改善；晶闸管也不断的向更大功率开展，在整流领域发挥自己的作用。在向市场提供大功率晶闸管元件以及相关技术效劳过程中，元件参数的一致性对许多实际应用至关重要，特别是通态特性的一致性，通态特性主要表现为通态电压。影响通态电压的主要因素包括：注入大小、少子寿命、基区厚度以及电流密度、元件

2、温度等。本文在建立数学模型的根底上，对晶闸管正向压降的温度特性做了计算，并在不同温度下测试两只KP600型晶闸管。结果说明，晶闸管正向压降随温度升高而降低，从而引起变流装置的均流系数随温度升高而升高。为变流装置的使用和实验提供了科学依据。关键词：晶闸管；通态特性；温度；实验。目 录引言.4一、国内外电力电子元件的开展及现状.4二、本课题研究的意义.5三、晶闸管正向导通压降温度特性的理论计算.6四、晶闸管通态压降温度特性试验.9五、结论.11参考文献.12题目：浅谈温度对大功率晶闸管通态特性的影响引言：本文主要研究元件在不同的温度下，元件的通态压降所发生的变化。我国现在在运营的电力机车整流装置中

3、，每个桥臂由多个元件串并连组成。由于并联各元件正向压降不同，引起通过每个晶闸管并联支路的电流就不同。如果差异太大，可能会导致电流最大支路的元件烧损，然后引起雪崩式烧损的故障，使整流装置损坏。因此，一台合格的变流装置的各并联支路间的电流平衡程度受到严格的限制，可用均流系数表示，当0.85时，即满足要求。通常测试时，只能在一种温度下进展，但实际应用中，晶闸管的温度与实验不同，此时正向导通压降与测试值出现差异。当桥臂电流不变时，正向导通压降的变化必然引起各元件电流随温度重新分配，使均流系数发生变化。因此，分析晶闸管正向导通压降随温度变化的特性及其对均流系数的影响，对电力机车变流装置的应用，维护和实验

4、都是十分重要的。一、 国内外电力电子元件的开展及现状电力半导体元件随着电力电子技术开展的需要，不断改进、革新，从SCR、GTO、功率MOSFET、IGBT、MCT到HVIC等；各种元件适合着一定的应用领域的需要，性能在不断的提高和改善；晶闸管也不断的向更大功率开展，在整流领域发挥自己的作用。主要以开关方式工作的电力电子元件是电力电子技术的核心和龙头，元件特性的每一步新开展都引起了电力电子技术的相应突破。晶闸管的出现，实现了弱点对强电的控制，使电子技术步入功率领域， 在工业上引起了一场技术革命，变流装置由旋转方式变为静止方式，表达了提高效率、缩小体积、减轻质量、延长寿命、消除噪声、便于维修等优点

5、。这类元件的主要特性是只能控制其开通，不能控制其关断、电压、电流定额都相当高。21世纪初，电力电子元件仍然还是想功率化、快速化、模块化、智能化方向开展，在变换和控制领域有着广泛的应用。随着核电，超导的使用以及电力电子应用的进步，像一类的新材料和新元件还将不断的出现。二、 本课题研究的意义尽管新型额功率元件已经被开发和应用，但由于我国半导体技术开展的比较晚，相关技术比较落后，晶闸管仍是我国电力电子工业的主要元件。本文主要研究元件在不同的温度下，元件的通态压降所发生的变化。我国现在在运营的电力机车整流装置中，每个桥臂由多个元件串并连组成。由于并联各元件正向压降不同，引起通过每个晶闸管并联支路的电流

6、就不同。如果差异太大，可能会导致电流最大支路的元件烧损，然后引起雪崩式烧损的故障，使整流装置损坏。因此，一台合格的变流装置的各并联支路间的电流平衡程度受到严格的限制，可用均流系数表示，当0.85时，即满足要求。通常测试时，只能在一种温度下进展，但实际应用中，晶闸管的温度与实验不同，此时正向导通压降与测试值出现差异。当桥臂电流不变时，正向导通压降的变化必然引起各元件电流随温度重新分配，使均流系数发生变化。因此，分析晶闸管正向导通压降随温度变化的特性及其对均流系数的影响，对电力机车变流装置的应用，维护和实验都是十分重要的。三、 晶闸管正向导通压降温度特性的理论计算晶闸管正向导通压降由三个局部组成：

7、即结压降，体压降和接触压降。接触压降与半导体和金属的接触质量，材料性质，组装质量等有关。目前，由于材料和制造工艺的改进，在通态压降中所占的比例很小，其值可以忽略。因此，主要由结压降和体压降组成。他们随温度的变化决定了晶闸管正向导通压降的温度特性。1. 结压降的计算 当通过晶闸管的电流密度为时，其可由下式计算： (1)式中：常数，与电流密度的大小有关，电流密度大时其值较高；常态饱和电流密度，其中波尔兹曼常数；绝对温度；电子电荷量。由式1得晶闸管结压降的计算曲线，见图1。其温度范围是298398K25125。图1 结压降Uj的计算结果从图1可见：当电流密度不变时，随温度的增加晶闸管结压降降低；当温

8、度不变时，电流增加，也增加。2. 体压降的计算 晶闸管型基区有高掺杂，有较大宽度，因此晶闸管体压降主要是由型基区引起的，其数学模型为： 2式中：电子与空穴的迁移率之比，；修正基区宽度；双极扩散长度。当温度升高热运动加剧，或掺杂浓度增高时，都会造成载流子单位时间碰撞次数增加，使迁移率下降。由于迁移率下降，在载流子寿命不变的情况下，由散射引起的扩散系数减小。即扩散长度减小，增大，体压降增大。为了降低体压降，在晶闸管设计中3,计算中取=2.5。从式2可见，与电流大小无关，表达电导的调制作用。但是，大注入时体压降还是和电流有关，这是因为电导调制受到载流子之间的散射的干扰，载流子之间散射会引起压降。然而

9、在晶闸管正向压降中»，而»。因此在分析晶闸管正向导通压降与温度之间的关系时，可忽略的影响。同理，根据式2可以计算晶闸管体压降曲线，见图2。设定温度在298398K25125。图2 体压降Un1的仿真结果从图2可见，随温度的升高而升高。3. 正向导通压降的计算结果根据式1，式2可得正向导通压降计算式，正向压降的计算结果如图3所示。图3 正向压降Uf计算结果从图3可见，晶闸管正向导通压降在导通电流不变时，其值随温度的升高而降低。当温度升为100K时，125A的正向导通压降降低了0.248V；250A的那么降低了0.0252V。两种电流状态下的正向压降的差值也随着温度的升高而减小

10、，298K时相差0.029V，398K时相差0.025V。可见，温度升高可使晶闸管特性差异缩小，这对提高均流系数是很有利的。四、 晶闸管通态压降温度特性试验测试装置由晶闸管温度控制局部，电流提供局部和测量局部组成。晶闸管温度控制由烘箱完成，为保证烘箱温度与晶闸管结温一致，每次温度升高后延续一小时再实验，并保证实验过程中烘箱温度不变。晶闸管电流由一个大电流发生器提供。电流发生器可在10ms内提供最高达3300A的正弦脉冲电流，以保证晶闸管实验电流波形与实际情况一样。正向压降和电流信号均由数字示波器自动检测。两只同型号的晶闸管KP600和KP600在不同电流下与温度的关系曲线如图4表示，不同温度下

11、的伏安特性曲线由图5所示。从图4可见，不同电流下随温度增加而降低的程度不同；同一电流下，温度越高正向压降越小。从图5可见，温度不同，伏安特性不同，在同一电压下，温度高通过的电流也大。图4 KP600 Uf-T曲线1- KP60065；2-KP600 65;3- KP60025；4-KP600 25；图5 KP600 Uf-I曲线五、 结论理论分析说明，晶闸管正向导通压降主要由结压降和体压降组成。在电流不变时，结压降随温度升高而降低，占正向导通压降的主要局部；体压降随温度升高而升高，占导通压降次要局部；最终要使晶闸管正向导通压降随温度的升高而降低。对KP600型晶闸管在不同温度下正向导通压降实验结果和拟合曲线均说明：在正常使用的电流不变时，晶闸管正向压降随温度升高而降低，实验结果和理论分析计算根本吻合。对实验数据分析说明：晶闸管正向压降随温度升高而升高会导致均流系数升高。参考文献：【1】 谢步明，韶山7型电力机车M,；中国铁道，1998.【2】 杨文焕，变