高压功率半导体组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型的名称为高压功率半导体组件。属于功率半导体器件【技术领域】。它主要是解决现有晶闸管耐压不够高的问题。它的主要特征是：主要由边散热体、压盖、上绝缘垫块、碟形弹簧、下绝缘垫块、安装板、短中间散热体、螺杆、螺母和高压半导体器件构成；高压半导体器件位于中间或边散热体之间，与相邻的边散热体或短中间散热体形成一串，共有3–10串；高压半导体器件阳极Ａ、阴极K与边散热体或短中间散热体形成紧密接触。本实用新型具有阻断电压高、器件均压性能较好、输出电压峰值达7kV以上、通流大且正向压降小、开通时间短、频率可达90–300Hz、di/dt、dv/dt容量大的特点，主要用于大功率整流电源、串联逆变电源、并联逆变电源等变流装置。
【专利说明】高压功率半导体组件
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于功率半导体器件【技术领域】。具体涉及一种高压功率半导体组件， 主要应用于大功率整流电源、串联逆变电源、并联逆变电源装置。
【背景技术】
[0002] 目前，感应加热具有加热速度快、热效高和无空气污染等优点，广泛应用于金属熔 炼和工件热加工领域，电源绝大多数采用并联逆变技术，所用半导体器件为快速晶闸管器 件。输入的三相交流电经过整流后经电抗器输出为直流电流，由4只快速晶闸管组成的逆 变桥接收控制单元发出的触发信号，将直流电流进行变换，输出高频率的单相交流电流。
[0003] 现有技术中，感应加热电源进线电压1000V以下，设备容量最大40T，负载采用倍 压方案，以降低器件串联数量和阻断电压需求。而另一种采用进一步节能降耗，提高功效的 设备平压方案：进线电压提升至1500V，整流侧采用12脉整流串联，直流输出电压达4000V， 感应炉端电压5000V，设备容量达到60T以上，其并联逆变器采用的是多只高压快速晶闸管 串联的组件。此组件在要求满足快开通和高电压阻断的电气系统中，采用原有结构的晶闸 管组件，因耐压太低，均压的一致性及同步开通配对要求更难。
【发明内容】
[0004] 本实用新型主要是提供一种用于7KV变流器的高压功率半导体组件，将多只晶闸 管串联起来，形成大功率半导体开关组件，以提高其耐压值，并辅以均压网络和电路来保证 其可靠运行。
[0005] 本实用新型的技术解决方案是：一种高压功率半导体组件，其特征在于：由边散 热体、压盖、上绝缘垫块、小平垫、碟形弹簧、大平垫、下绝缘垫块、绝缘套管、安装板、短中间 散热体、螺杆、螺母、平垫圈和高压半导体器件装压而成，形成两端电极；其中，高压半导体 器件位于短中间散热体之间或短中间散热体与边散热体之间；下绝缘垫块、大平垫、碟形弹 簧、小平垫和上绝缘垫块依次相连，位于一个边散热体与压盖之间；高压半导体器件与相邻 的边散热体或短中间散热体形成一串，共有3 - 10串，过串联的数量，可提高组件两端电极 的阻断电压；高压半导体器件包括阳极A、阴极K和门极G三个端子电极，其中阳极A、阴极 K与边散热体或短中间散热体形成紧密接触，在各高压半导体器件的门极G和阴极K间施加 常50mA - IOOOmA较小的同步触发电流，晶闸管同时开通，在功率半导体组件瞬时通过高达 几 kA的电流；边散热体与短中间散热体构成循环水冷散热器，可快速带走热能，保证半导 体器件不超过其额定温度。
[0006] 本实用新型的技术解决方案中所述的高压半导体器件与相邻的边散热体或短中 间散热体由3串组成。
[0007] 本实用新型的技术解决方案中所述的高压半导体器件与相邻的边散热体或短中 间散热体由4串组成。
[0008] 本实用新型的技术解决方案中所述的短中间散热体中夹装一个长中间散热体；该 长中间散热体的长导电排引出功率电极，形成一个臂对。
[0009] 本实用新型的技术解决方案中所述的高压半导体器件可为快速晶闸管、普通晶闸 管、脉冲晶闸管或整流管。
[0010] 由本实用新型构成的大功率半导体开关器件，将交流电压变换成直流电压，以及 进行逆变的换流器，包括串联连接的换流器阀门，该换流器阀门具有串联连接并且布置成 叠加层的功率半导体器件。
[0011] 本实用新型采用上述技术方案，即由多只高压快速晶闸管串联形成单一桥臂 组件，具有如下技术特点：①较高的器件阻断电压，器件均压性能较好，输出电压峰值达 7000V以上；②通流大且正向压降小；③开通时间短，开关损耗小；④使用频率90 - 300HZ ; ⑤di/dt、dv/dt容量大。
[0012] 本实用新型主要用于大功率整流电源、串联逆变电源、并联逆变电源等变流装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 为了更清楚说明本实用新型技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作 简要介绍。显然，下面描述的附图仅仅是本发明一些实施例，对本领域技术人员，在不付出 创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0014] 图1是本实用新型实施例1的产品结构示意图。
[0015] 图2是图1的侧视图。
[0016] 图3是本实用新型实施例2的产品结构示意图。
[0017] 图4是本实用新型实施例3的产品结构示意图。
[0018] 图5是本实用新型半导体器件配组原理图。
[0019] 图6是本实用新型半导体器件配组测试波形图。
[0020] 图7是本实用新型的应用电路原理图。
[0021] 图中：1-边散热体，2-压盖，3-上绝缘垫块，4-小平垫，5-碟形弹簧，6-大平垫， 7-下绝缘垫块，8-绝缘套管，9-安装板，10-短中间散热体，11-螺杆，12-螺母，13-平垫圈， 14-高压半导体器件，15-长中间散热体。
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例进行完整地描述。 显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。任何基于 本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它 实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023] 实施例1如图1、图2所示。本实用新高压功率半导体组件，是一种大功率半导体 开关器件，由边散热体1、压盖2、上绝缘垫块3、小平垫4、碟形弹簧5、大平垫6、下绝缘垫块 7、绝缘套管8、安装板9、短中间散热体10、螺杆11、螺母12、平垫圈13和高压半导体器件 14装压而成，形成两端电极。高压半导体器件14为3个，分别位于短中间散热体10之间、 以及短中间散热体10与边散热体1之间，即高压半导体器件14与相邻的边散热体1或短 中间散热体10由3串组成，一个边散热体1与安装板9相邻，另一个边散热体1与下绝缘 垫块7相邻。下绝缘垫块7、大平垫6、碟形弹簧5、小平垫4和上绝缘垫块3依次相连，位于 边散热体1与压盖2之间。通过高压半导体器件14与散热体串联的数量，可提高组件两端 电极的阻断电压。高压半导体器件14包括阳极A、阴极K和门极G三个端子电极，其中阳极 A、阴极K与边散热体1或短中间散热体10形成紧密接触，在各高压半导体器件14的门极 G和阴极K间施加较小的同步触发电流(通常50mA - IOOOmA)，晶闸管同时开通，在功率半导 体组件瞬时通过高达几 kA的电流。边散热体1与短中间散热体10构成循环水冷散热器， 当半导体器件通流发热时，循环冷却水可快速带走热能，保证高压半导体器件14不超过其 额定温度。高压半导体器件14可为快速晶闸管、普通晶闸管、脉冲晶闸管或整流管。绝缘 套管8套装在螺杆11上，3个螺杆11分别通过螺母12、平垫圈13将整个组件夹装在安装 板9与压盖2之间。
[0024] 考虑到器件需进行串联，结合产品的应用原理，采用多段、多点恢复电荷测试，进 行器件恢复特性波形配对，如图4所示。并通过快速晶闸管串联配对测试设备模拟动态测 试，实现参数配组，确保器件串联时开通、关断的一致性，提升器件可靠性。
[0025] 测试原理如图5所示，首先接通Kl开关，导通被测器件，经过设定的初始脉宽时 间，然后接通K2开关，让被测元件关断，经过设定的关断时间再次导通被测，此时为测试波 形的开始时间，经过脉宽时间让K3动作，关断被测，其中的脉宽时间为测试时间。测试波形 如图6所示，比较测试波形的一致性，可提供串联配对性能。
[0026] 组件的应用电路原理，如图7所示，三相全控桥式整流电路采用相控方式，12脉变 压器输出，双整流桥串联，它将交流电能转换成直流电能，实现电源的功率调节和过电流保 护；直流电压Ud经大电感Ld加到逆变器的输入端，保证输入电流Id近于平滑，逆变器为电 流源单相全桥并联结构，采用频控方式，将直流电能按门极控制脉冲重复频率转成中频电 能。应用设备电气参数如下：
[0027]
【权利要求】
1. 一种高压功率半导体组件，其特征在于：由边散热体（1)、压盖（2)、上绝缘垫块（3)、 小平垫（4)、碟形弹簧（5)、大平垫（6)、下绝缘垫块（7)、绝缘套管（8)、安装板（9)、短中间 散热体（10)、螺杆（11)、螺母（12)、平垫圈（13)和高压半导体器件（14)装压而成，形成两端 电极；其中，高压半导体器件（14)位于短中间散热体（10)之间或短中间散热体（10)与边散 热体（1)之间；下绝缘垫块（7)、大平垫（6)、碟形弹簧（5)、小平垫（4)和上绝缘垫块（3)依 次相连，位于一个边散热体（1)与压盖（2)之间；高压半导体器件（14)与相邻的边散热体 (1)或短中间散热体（10)形成一串，共有3 - 10串；高压半导体器件（14)包括阳极A、阴极 K和门极G三个端子电极，其中阳极A、阴极K与边散热体（1)或短中间散热体（10)形成紧 密接触；边散热体（1)与短中间散热体（10)构成循环水冷散热器。
2. 根据权利要求1所述的一种高压功率半导体组件，其特征在于：所述的高压半导体 器件（14)与相邻的边散热体（1)或短中间散热体（10)由3串组成。
3. 根据权利要求1所述的一种高压功率半导体组件，其特征在于：所述的高压半导体 器件（14)与相邻的边散热体（1)或短中间散热体（10)由4串组成。
4. 根据权利要求1、2或3所述的一种高压功率半导体组件，其特征在于：所述的短中 间散热体（10)中夹装一个长中间散热体（15);该长中间散热体（15)的长导电排引出功率 电极，形成一个臂对。
5. 根据权利要求1、2或3所述的一种高压功率半导体组件，其特征在于：所述的高压 半导体器件（14)可为快速晶闸管、普通晶闸管、脉冲晶闸管或整流管。
【文档编号】H01L23/367GK204167292SQ201420643360
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】邢雁, 张桥, 徐遵立, 吴拥军, 邹宗林, 肖彦, 于海洋 申请人:湖北台基半导体股份有限公司