高壓脈沖晶閘管熱特性研究.pdf

1、高壓脈沖晶閘管作為一種耐壓高、通流大的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)被廣泛應(yīng)用于脈沖功率領(lǐng)域。本文主要研究脈沖晶閘管的熱特性，包括基于瞬態(tài)熱阻抗網(wǎng)絡(luò)晶閘管結(jié)溫計(jì)算，有限元仿真分析晶閘管結(jié)溫不均勻分布和晶閘管結(jié)溫的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。
　　論文推導(dǎo)了晶閘管熱阻抗網(wǎng)絡(luò)模型與電路模型之間的等效過(guò)程，求解了晶閘管的熱阻抗參數(shù)，在此基礎(chǔ)上求解了不同脈沖電流下晶閘管結(jié)溫響應(yīng)曲線(xiàn)，同時(shí)計(jì)算了考慮結(jié)溫對(duì)晶閘通態(tài)壓降的反饋影響下的結(jié)溫響應(yīng)曲線(xiàn)。計(jì)算結(jié)果表明，流過(guò)晶閘管的脈沖電流

2、其峰值對(duì)結(jié)溫的影響比脈寬對(duì)結(jié)溫的影響顯著，考慮結(jié)溫對(duì)晶閘管通態(tài)壓降反饋影響后計(jì)算的結(jié)溫要比不考慮反饋影響下的結(jié)溫要大。
　　論文分析了脈沖晶閘管開(kāi)通過(guò)程中導(dǎo)通區(qū)域的擴(kuò)展過(guò)程，建立了晶閘管耗散功率密度的不均勻分布數(shù)學(xué)模型，結(jié)合晶閘管傳熱有限元模型，求解晶閘管不均勻溫度分布。仿真結(jié)果表明，晶閘管在流過(guò)脈沖大電流時(shí)，熱量開(kāi)始時(shí)主要集中在門(mén)極附近，隨后開(kāi)始逐漸往周?chē)帢O區(qū)域擴(kuò)散。熱量擴(kuò)散速度的快慢主要取決于導(dǎo)通區(qū)域的擴(kuò)展速度。同時(shí)由于硅片

3、和鉬片的導(dǎo)熱系數(shù)都比較小，所以晶閘管閥片上的熱量主要集中在硅片上，從硅片往兩側(cè)鉬片上擴(kuò)散的熱量很小，而擴(kuò)散到鉬片外側(cè)銅基座上的熱量就更少。晶閘管的溫度不均勻分布導(dǎo)致局部溫度高達(dá)數(shù)百至一千攝氏度，達(dá)到晶閘管閥片缺陷點(diǎn)的熔點(diǎn)，造成閥片熔化，導(dǎo)致晶閘管熱擊穿和損壞。
　　論文基于熱敏參數(shù)法的基本原理，針對(duì)熱敏參數(shù)法測(cè)量脈沖晶閘管結(jié)溫所存在的技術(shù)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)了合理的實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)在待測(cè)晶閘管兩端并聯(lián)一個(gè)恒流源支路，提前觸發(fā)待測(cè)晶閘管導(dǎo)通，這