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电动汽车驱动
★ 4.0
解析高压集成门极换流晶闸管的开启电压平台
Decipher Turn-On Voltage Plateau of High-Voltage Integrated Gate Commutated Thyristors
| 作者 | Jinpeng Wu · Jianhong Pan · Chunpin Ren · Jiapeng Liu · Biao Zhao · Zhanqing Yu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 高压IGCT 换相失败 电压平台 注入空穴短缺 热稳定性与可靠性 |
语言:
中文摘要
高压集成门极换向晶闸管(IGCT,反向阻断型)是混合式电网换相换流器抵御换相失败的合适器件。在导通过程中,当电流上升率 $di/dt$ 高达千安每微秒时,会出现电压平台现象。为了解析这一现象的机理和潜在风险,本文聚焦于电压平台的微观过程及影响因素,发现注入空穴不足抑制了空间电荷区的放电过程,从而导致该现象的出现。此外,本文还阐明了其热稳定性和长期可靠性。本文在科学和技术层面均有助于高压 IGCT 器件的研发。
English Abstract
The high-voltage integrated gate commutated thyristor (IGCT, reverse-blocking type) is a suitable device for hybrid line-commutated converters to resist commutation failures. During the turn-on process, a voltage plateau is observed under a high the current rise rate di/dt up to kA/μs. In order to decipher the mechanism and the potential risk of this phenomenon, this article focuses on the microprocess and influencing factors of the voltage plateau and finds out that the shortage of injected holes depresses the process of discharging space charge region and leads to this phenomenon. Further, the thermal stability and life-long reliability are clarified. This article will be in favor of the research and development of high-voltage IGCT devices both scientifically and technically.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项关于高压集成门极换流晶闸管(IGCT)开通电压平台现象的研究具有重要的技术参考价值。IGCT作为一种高压大功率半导体器件,在我们的大功率光伏逆变器、储能变流器以及柔性直流输电系统中具有潜在应用前景。
该研究揭示了IGCT在高di/dt(kA/μs级)开通过程中出现电压平台的物理机制,指出空穴注入不足导致空间电荷区放电受阻是核心原因。这一发现对我们优化功率器件选型和驱动电路设计具有指导意义。特别是在大型地面光伏电站的1500V直流系统和储能系统的快速功率调节场景中,器件的开关特性直接影响系统效率和可靠性。论文对热稳定性和长期可靠性的阐释,有助于我们评估IGCT在极端工况下的表现,这对于保证25年以上运行寿命的光伏系统至关重要。
从技术成熟度看,IGCT在高压直流输电领域已有应用,但在新能源领域的渗透率仍有限,主要挑战在于成本和驱动复杂度。然而,随着我们向更高电压等级(如3300V)和更大功率容量发展,IGCT相比IGBT在导通损耗和短路耐受能力上的优势将更加凸显。该研究为IGCT在混合型换流器中抵抗换相失败提供了理论支撑,这对我们开发面向新型电力系统的柔性互联设备具有启发意义。
建议我们的研发团队关注IGCT技术的最新进展,评估其在超大功率储能变流器(如500MW级电网侧储能项目)中的应用可行性,同时与器件供应商建立技术交流,为未来产品技术路线储备方案。