一種改進的大功率晶閘管的制作方法
【專利摘要】本發明具體涉及一種改進的大功率晶閘管，所述晶閘管包括沿軸向依次設置的管座、瓷環殼、保護層、芯片和管蓋；所述芯片外沿包有橡膠套；所述保護層和芯片依次扣入瓷環殼內；在所述晶閘管軸線方向上設置溫度傳感器。通過在晶閘管芯片上加設精密的溫度傳感器實現對晶閘管芯片溫度的實時監測，并且能夠減少溫度測量偏差，形成直觀的實時溫度數據，為直流換流閥結溫保護及其它智能化功能提供可靠的條件。
【專利說明】一種改進的大功率晶閘管
【技術領域】
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[0001]本發明涉及一種晶閘管，具體講涉及一種內置溫度傳感器的大功率晶閘管。
【背景技術】
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[0002]直流換流閥是高壓直流輸電(HVDC)系統的核心設備，由成百上千只串聯的大功率晶閘管及其輔助電路構成，可實現電力交直流變換起到快速可控開關。
[0003]作為直流換流閥的核心元器件的晶閘管，是由半導體材料經加工制作而成，和其它半導體器件一致，晶閘管也是一種對溫度較為敏感的元件。在實際運行中，晶閘管的芯片溫度即結溫一般嚴格限定在一定的溫度范圍內，如120°C以內，否則晶閘管將失效。如果晶閘管長期處于高溫運行狀態，不僅降低換流閥運行可靠性，還將大大縮減晶閘管的使用壽命O
[0004]晶閘管運行結溫水平一般在工程設計時根據直流換流閥的實際運行工況及換流閥散熱設計來確定，目前普遍采用建模計算得到。晶閘管結溫計算建模需要全面掌握晶閘管運行工況、損耗特性、散熱器散熱特性等，建模復雜而且容易造成偏差。此外，隨著晶閘管元件投入使用，其間的老化帶來的晶閘管及散熱器各種熱物參數的變化，都將引起結溫的漂移，而在建模計算中無法預測到這部分變化。為了能夠更好地測量晶閘管的溫度變化，本發明人提出了在晶閘管內設置溫度傳感器從而為直流換流閥結溫保護及其它智能化功能提供可靠的條件。
【發明內容】
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[0005]本發明的目的是提供一種改進的大功率晶閘管，在晶閘管芯片上加設精密的光纖光柵溫度傳感器實現對晶閘管芯片溫度的實時監測。
[0006]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:一種改進的大功率晶閘管，所述晶閘管包括沿軸向依次設置的管座、瓷環殼、保護層、芯片和管蓋；所述芯片外沿包有橡膠套；所述保護層和芯片依次扣入瓷環殼內；在所述晶閘管軸線方向上設置溫度傳感器。
[0007]本發明提供的一種改進的大功率晶閘管所述溫度傳感器包括設有光柵柵點的裸光纖和外層鎧裝光纖；所述裸光纖經所述晶閘管管座的徑向開孔至其軸向開孔、穿過所述管座下方的保護層與芯片連接；
[0008]所述外層鎧裝光纖設在晶閘管管座外并將其纖頭打磨成光接頭。
[0009]本發明提供的一種改進的大功率晶閘管，所述芯片包括依次軸向設置的陽極側鑰片，硅片和陰極側鑰片；所述硅片包括依次軸向設置的擴磷區N+、短基區P1、長基區N、短基區P2和濃硼擴散區P+ ;所述擴磷區N+上設有陰極和門極，所述濃硼擴散區P+上設有陽極；所述硅片四周設有隔離墻，所述隔離墻表面設有軸向孔；所述陽極、陰極和門極分別設有引出線，所述門極引線沿硅片徑向方向通過晶閘管管座邊緣徑向孔穿出，在所述門極引線的門極單元中設有解碼器，所述解碼器與所述外層鎧裝光纖連接；
[0010]將設有光柵柵點的裸光纖設置在所述陰極側鑰片上，所述光柵柵點兩端通過高溫硅膠固定并使光柵中間留有弧度。
[0011]本發明提供的另一優選的一種改進的大功率晶閘管，將所述晶閘管和其內部的所述裸光纖壓放入冷壓焊接機，同時將晶閘管內氣體抽真空，再沖入氦氣和氮氣的混合氣體，防止管內金屬氧化。
[0012]本發明提供的再一優選的一種改進的大功率晶閘管，所述寬帶光源與所述隔離器相連，所述定向耦合器分別于隔離器、光纖和所述調諧F-P濾波器相連，當調諧F-P濾波器的導通中心波長與光纖光柵的反射波長相等時，光電探測器通過所述調諧F-P濾波器探測到最大光強，經所述光電探測器轉換成電信號，此電信號的峰值對應于光纖光柵反射光的中心波長，所述信號處理器將通過光電探測器接收到的電信號轉換成以太網通信數據，并通過以太網接口上傳至計算機。
[0013]本發明提供的又一優選的一種改進的大功率晶閘管，所述晶閘管外部與散熱器連接，所述散熱器包括散熱基板和垂直設置在散熱基板上的散熱片，所述散熱基板內部設有空室、其外部設有吸熱端面，所述散熱片呈矩形波浪狀、其表面設有導風槽和突起，所述散熱片兩端設有通風孔，所述通風孔與所述散熱基板內部的空室相連。
[0014]本發明提供的又一優選的一種改進的大功率晶閘管，所述晶閘管門極引線徑向穿出孔同時通過所述外層鎧裝光纖。
[0015]本發明提供的又一優選的一種改進的大功率晶閘管，所述晶閘管為6英寸晶閘管。
[0016]由于采用了上述技術方案，本發明得到的有益效果是:
[0017]1、本發明中晶閘管內設有的精密溫度傳感器能夠真正意義上實現對晶閘管結溫的實時監測，減少溫度偏差，并形成直觀的實時溫度數據，為直流換流閥結溫保護及其它智能化功能提供可靠的條件。
[0018]2、本發明中的溫度傳感器為光纖光柵溫度傳感器，其耐高溫，測量誤差小，體積小，響應速度快，絕緣性能良好，可以在一條光纖上刻蝕多個光柵，可形成多點，分布式測量;
[0019]3、本發明中的溫度傳感器分為裸光纖和外層鎧裝光纖，且裸光纖在在晶閘管里的設置使得光纖不易受力折斷，很好的保護了溫度傳感器的結構和效果；
[0020]4、本發明中光柵柵點的固定方式，其中間留有弧度，可以避免應力對測溫的影響，精確了傳感器的測量；
[0021]5、本發明中晶閘管門極引線出口與溫度傳感器的外層鎧裝光纖在晶閘管中出口相同，簡化了晶閘管與溫度傳感器結合的加工工藝；
[0022]6、本發明中在晶閘管的門極單元中設置解碼器，減少整個溫度測量的空間，方便溫度傳感器的測量和計算。
[0023]7、本發明加強了晶閘管抗震性能和精確了晶閘管芯片安裝位置。
[0024]8、本發明晶閘管隔離墻設有徑向孔，加快了隔離墻擴散形成速度。
[0025]9、本發明晶閘管具有良好的散熱能力和散熱效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為一種內置溫度傳感器的大功率晶閘管結構示意圖；
[0027]圖2為本發明的解碼器原理示意圖；
[0028]其中，1-管座,2-保護層,3-芯片，4-管蓋,5-裸光纖,6-外層銷裝光纖,7~光柵。
【具體實施方式】
[0029]下面結合實施例對發明作進一步的詳細說明。
[0030]實施例1:
[0031]如圖1-2所示，本例的發明中為6英寸晶閘管，該晶閘管包括瓷環殼、管座1、包裹在芯片3外的兩層保護層2和管蓋4 ;該溫度傳感器包括光柵7和光纖，所述光纖包括裸光纖5和外層鎧裝光纖6，所述裸光纖5設置在晶閘管內部。在管座I邊緣經向開孔，所述裸光纖5通過該徑向孔至管座內表面的軸向孔、通過管座I下方的保護層2的徑向開孔與芯片3連接。所述芯片3包括依次軸向扣入瓷環殼中的陽極側鑰片，硅片和陰極側鑰片。該硅片包括依次軸向設置的擴磷區N+、短基區P1、長基區N、短基區P2和濃硼擴散區P+ ;所述擴磷區N+上設有陰極和門極，所述濃硼擴散區P+上設有陽極；所述硅片四周設有隔離墻，所述隔離墻表面設有軸向孔；所述陽極、陰極和門極分別設有引出線，所述門極引線沿硅片徑向方向通過晶閘管管座邊緣徑向孔穿出。
[0032]該裸光纖5上設有光柵柵點，柵點可以多個也可以一個，分布可以根據晶閘管自身需要進行布置，將設有光柵柵點的裸光纖5設置在所述陰極側鑰片上，所述柵點兩側通過高溫硅膠固定并使光柵7中間留有弧度。外層鎧裝光纖6涂覆層為聚酞亞胺材料，該外層鎧裝光纖的纖頭在晶閘管管座I外并將其打磨制作成光接頭。門極引線徑向口同時通過所述外層鎧裝光纖6。調整和檢測晶閘管各層位置后加裝陰極端蓋，將所述晶閘管和其內部的所述裸光纖5壓放入冷壓焊接機，同時將晶閘管內氣體抽真空，再沖入氦氣和氮氣的混合氣體，防止管內金屬氧化。
[0033]在晶閘管外部門極引線的門極單元中設有解碼器，所述解碼器與所述外層鎧裝光纖連接。所述解碼器包括寬帶光源、隔離器、定向耦合器、調諧F-P濾波器、壓電陶瓷、光電探測器、信號處理器和以太網接口。所述寬帶光源與所述隔離器相連，所述定向耦合器分別于隔離器、溫度傳感器的光纖和所述調諧F-P濾波器相連。寬帶光源發出的連續光入射到溫度傳感器的光纖光柵，光柵有選擇地反射一個窄帶光，其余寬帶光直接透射過去，隔離器隔離光柵反射光。當溫度發生變化時，溫度傳感器光纖光柵的反射波長也改變，當調諧F-P濾波器的導通中心波長與光纖光柵的反射波長相等時，光電探測器通過所述調諧F-P濾波器探測到最大光強，經所述光電探測器轉換成電信號，此電信號的峰值對應于光纖光柵反射光的中心波長，也對應于測量點的溫度。信號處理器將通過光電探測器接收到的電信號轉換成以太網通信數據，并通過以太網接口上傳至計算機，同時計算機控制調諧F-P濾波器。
[0034]晶閘管外部與散熱器連接，所述散熱器包括散熱基板和垂直設置在散熱基板上的散熱片，所述散熱基板內部設有空室、其外部下面設有吸熱端面，所述散熱片呈矩形波浪狀、其表面設有導風槽和突起，所述散熱片兩端設有通風孔，所述通風孔與所述散熱基板內部的空室相連。
[0035]最后應該說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種改進的大功率晶閘管，所述晶閘管包括沿軸向依次設置的管座、瓷環殼、保護層、芯片和管蓋；所述芯片外沿包有橡膠套；所述保護層和芯片依次扣入瓷環殼內；其特征在于:在所述晶閘管軸線方向上設置溫度傳感器。
2.如權利要求1所述的一種改進的大功率晶閘管，其特征在于:所述溫度傳感器包括設有光柵柵點的裸光纖和外層鎧裝光纖；所述裸光纖經所述晶閘管管座的徑向開孔至其軸向開孔、穿過所述管座下方的保護層與芯片連接； 所述外層鎧裝光纖設在晶閘管管座外并將其纖頭打磨成光接頭。
3.如權利要求2所述的一種改進的大功率晶閘管，其特征在于:所述芯片包括依次軸向設置的陽極側鑰片，硅片和陰極側鑰片；所述硅片包括依次軸向設置的擴磷區N+、短基區P1、長基區N、短基區P2和濃硼擴散區P+ ;所述擴磷區N+上設有陰極和門極，所述濃硼擴散區P+上設有陽極；所述硅片四周設有隔離墻，所述隔離墻表面設有軸向孔；所述陽極、陰極和門極分別設有引出線，所述門極引線沿硅片徑向方向通過晶閘管管座邊緣徑向孔穿出，在所述門極引線的門極單元中設有解碼器，所述解碼器與所述外層鎧裝光纖連接； 將設有光柵柵點的裸光纖設置在所述陰極側鑰片上，所述光柵柵點兩端通過高溫硅膠固定并使光柵中間留有弧度。
4.如權利要求1所述的一種改進的大功率晶閘管，其特征在于:將所述晶閘管和其內部的所述裸光纖壓放入冷壓焊接機，同時將晶閘管內氣體抽真空，再沖入氦氣和氮氣的混合氣體，防止管內金屬氧化。
5.如權利要求3所述的一種改進的大功率晶閘管，其特征在于:所述解碼器包括寬帶光源、隔離器、定向耦合器、調諧F-P濾波器、壓電陶瓷、光電探測器、信號處理器和以太網接口。
6.如權利要求5所述的一種改進的大功率晶閘管，其特征在于:所述寬帶光源與所述隔離器相連，所述定向耦合器分別于隔離器、光纖和所述調諧F-P濾波器相連，當調諧F-P濾波器的導通中心波長與光纖光柵的反射波長相等時，光電探測器通過所述調諧F-P濾波器探測到最大光強，經所述光電探測器轉換成電信號，此電信號的峰值對應于光纖光柵反射光的中心波長，所述信號處理器將通過光電探測器接收到的電信號轉換成以太網通信數據，并通過以太網接口上傳至計算機。
7.如權利要求1所述的一種改進的大功率晶閘管，其特征在于:所述晶閘管外部與散熱器連接，所述散熱器包括散熱基板和垂直設置在散熱基板上的散熱片，所述散熱基板內部設有空室、其外部設有吸熱端面，所述散熱片呈矩形波浪狀、其表面設有導風槽和突起，所述散熱片兩端設有通風孔，所述通風孔與所述散熱基板內部的空室相連。
8.如權利要求3所述的一種改進的大功率晶閘管，其特征在于:所述晶閘管門極引線徑向穿出孔同時通過所述外層鎧裝光纖。
9.如權利要求1所述的一種改進的大功率晶閘管，其特征在于，所述晶閘管為6英寸晶閘管。
【文檔編號】H01L23/367GK104167437SQ201310183453
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月17日 優先權日:2013年5月17日
【發明者】查鯤鵬, 魏曉光, 楊俊 , 高沖 申請人:國家電網公司, 國網智能電網研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 山東電力集團公司