專利名稱：：基于非等值均壓配置的高壓硅堆的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種高電壓試驗
技術(shù)領(lǐng)域：
的制備方法，具體涉及一種基于非等值均壓配置的高壓硅堆的制備方法。
背景技術(shù)：
：高壓硅堆是高電壓試驗設(shè)備的充電回路和直流高電壓發(fā)生器中的關(guān)鍵整流元件。長期以來硅堆內(nèi)部的均壓問題一直倍受關(guān)注。因為電壓分布不均，硅堆串中承擔(dān)反向電壓最高的硅整流管有可能首先擊穿，從而導(dǎo)致發(fā)生一系列擊穿，致使硅堆完全損壞。所以電壓分布不均是高壓硅堆實際應(yīng)用中需要解決的重要問題，而硅堆電壓分布不均的現(xiàn)象在端部最為突出。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，硅堆均壓一般采用強制均壓方式，其方法一般是在硅整流管兩端并聯(lián)等值的電阻或電容等均壓元件。目前高壓硅堆一般采用并聯(lián)相同參數(shù)的均壓元件以達(dá)到均壓的效果，這種方法稱為等值均壓方法。但是該現(xiàn)有技術(shù)在電壓等級很高的情況下，長串硅堆內(nèi)部的串聯(lián)硅整流管數(shù)目很多，等值均壓方法的均壓效果隨串聯(lián)硅整流管數(shù)的增加而降低。這是由于對地電容和分布電容等因素的影響，在采用等值均壓方法時，高壓硅堆端部硅整流管承擔(dān)的最高電壓和中部硅整流管承擔(dān)的最低電壓之比隨串聯(lián)硅整流管數(shù)的增加而增大，致使整個硅堆的電壓利用率隨串聯(lián)硅整流管數(shù)的增加而降低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于非等值均壓配置的高壓硅堆的制備方法，實施時根據(jù)非等值均壓元件參數(shù)的計算值和元件參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)配置均壓元件，實現(xiàn)近似完全均壓，最大限度地提高硅堆的電壓利用率和反向耐壓，節(jié)約硅整流管，降低硅堆的成本。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明以高壓硅堆中每個硅整流管的分壓相等為條件分別計算得到硅整流管及其均壓元件的參數(shù)值，然后以若干個并聯(lián)均壓元件的硅整流管為一組封裝成一個高壓硅堆子模塊，并進一步串聯(lián)組成高壓硅堆，其中每個高壓硅堆子模塊內(nèi)的硅整流管所對應(yīng)的均壓元件均相同。本發(fā)明具體包括以下步驟第一步均壓元件參數(shù)確定硅堆中每個硅整流管在反向運行時等效為一個硅整流管反向內(nèi)阻Rf與PN結(jié)反向勢壘電容Cf并聯(lián)而成，每個硅整流管與地之間形成對地電容Ce,與高壓端形成分布電容ch，則完全均壓的高壓硅堆非等值均壓元件配置參數(shù)Ri和Ci為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中i=2，3，…，η，η為高壓子硅堆個數(shù)，ω為角頻率，Rf、cf、CjPCh滿足以下節(jié)點導(dǎo)納方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中=Y1Yn分別為硅堆中每個硅整流管反向內(nèi)阻Rf、PN結(jié)反向勢壘電容Cf、均壓電阻Ri和均壓電容Ci并聯(lián)的導(dǎo)納，Ye和Yh分別是對地電容C；與對高壓端分布電容Ch的導(dǎo)納，R1和C1按硅堆反向泄漏電流要求取值，IO4Cf<C1<IO5Cf,R1=RfX5%,Rf和Cf通過硅整流管參數(shù)手冊得到。所述的高壓子硅堆個數(shù)η通過如下方式得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中U為硅堆的目標(biāo)耐壓等級，單位為kV，Utl為選取的硅整流管反向耐壓，單位為kV，α為硅堆的電壓利用率，0<α<100%。所述的結(jié)電容Cf為pF數(shù)量級。所述的對地電容Ce低于pF數(shù)量級且分布電容Ch的關(guān)系滿足Ce>Ch。第二步制作高壓硅堆(1)選取常溫下硅整流管的反向漏電流小于等于0.5μA且在100°C下反向漏電流小于等于5μA的硅整流管；(2)對硅堆進行分段，將若干個硅整流管分為一組封裝成一個硅整流管子模塊，然后每一個硅整流管子模塊與一個對應(yīng)的均壓器件并聯(lián)組成高壓子硅堆，再將若干個高壓子硅堆串聯(lián)組成高壓硅堆。(3)對各硅整流管子模塊進行清洗，將清洗后的子模塊放入100°C烘箱內(nèi)烘烤1小時，然后在其表面噴絕緣漆，制成基于等值均壓配置的高壓硅堆。本發(fā)明實現(xiàn)了分段近似完全均壓的高壓硅堆非等值均壓元件配置，避免均壓元件規(guī)格過多，縮短硅堆串的長度，并且保證了元件的均勻分布，容易控制絕緣距離，且子模塊之間產(chǎn)生的寄生電容也有利于硅堆的均壓。圖1為本發(fā)明等效電路圖。圖2為高壓硅堆電路圖。圖3為高壓子硅堆示意圖。圖4為現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明效果比較圖。圖5為實施例1仿真示意圖。圖6為實施例2仿真示意圖。具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括以下步驟第一步均壓元件參數(shù)確定硅整流管數(shù)為900，按照完全均壓的高壓硅堆非等值均壓元件配置方法，計算可得每個均壓元件的參數(shù)，但因均壓元件的參數(shù)各不相同，致使元件規(guī)格太多而增加制作困難。按照近似完全均壓的高壓硅堆非等值均壓元件配置方法，將900個硅整流管每15個為一組分為60個子模塊，每個子模塊內(nèi)的均壓元件取該子模塊內(nèi)完全均壓條件下的計算值的平均值。則子模塊內(nèi)部的電壓不均勻系數(shù)為1.08，其對整個硅堆的電壓分布的影響可忽略。按本發(fā)明方法，均壓元件中電阻的變化對均壓效果的影響實際很小，均壓電容的變化對均壓效果的影響很大，因此均壓電阻配置的精確度要求可比均壓電容配置的精確度要求低。由于增加并聯(lián)電容或者減小并聯(lián)電阻有利于降低分壓，所以位于端部的均壓電容選擇實際配置電容的電容值可按靠近并略大于計算值取值，中間電容選擇實際配置電容的電容值時，可按靠近并略小于計算值取值。對本例，所得近似完全均壓的非等值均壓電容配置如表1所示。表1中的實際配置參數(shù)是參照元件參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)從電容器標(biāo)稱系列值中選取的，沒有恰好符合要求的單個電容時，選取兩個電容并聯(lián)來配置?？紤]到均壓電阻對均壓效果影響不大，均壓電阻僅分3段取值配置，位于端部的前7個子模塊和最后7個子模塊的均壓電阻配置為IMΩ，中間子模塊上的均壓電阻配置為2ΜΩ。第二步制作高壓硅堆(1)按第一步確定的均壓器件參數(shù)選擇均壓器件T1T6Q。(2)選取合格的硅整流管。常溫下硅整流管的反向漏電流不大于0.5μΑ;并且在100°C下反向漏電流不大于5μΑ。(3)將900個硅整流管分為60個子模塊T1Τ6(1，每15個硅整流管分為一組封裝成一個子模塊。對合格子模塊進行清洗，以防止焊接過程中殘留在子模塊表面的松香等雜質(zhì)混入絕緣油降低絕緣性能。將清洗后的子模塊放入100°c烘箱內(nèi)烘烤1小時，然后在其表面噴絕緣漆。(4)參見圖2，T1T6tl串聯(lián)組成高壓硅堆、均壓器件160分別并聯(lián)于T1T6。。制作完成的硅堆子模塊如圖3所示。在等值均壓模型中，R=15kΩ，C=0.2μF，Rf=4ΜΩ，Cf=0.01μF，Ce=0.09pF,Ch=0.04pF，串聯(lián)硅整流管數(shù)η為900。按照完全均壓的非等值均壓元件配置計算值進行仿真，其均壓效果與等值均壓方法的理論均壓效果比較如圖4所示。按照完全均壓的非等值均壓元件配置方法設(shè)計的硅堆，理論上是完全均壓的。對按等值均壓方法和按照本發(fā)明方法制作的均壓硅堆樣品，進行仿真計算和實驗。等值均壓模型中，各個硅整流管反向分壓的仿真結(jié)果如圖5中的曲線仿真1所示，與實驗得到的曲線實驗1吻合。圖1的非等值均壓模型中，均壓電容采用表1中的實際配置參數(shù)，近似完全均壓的仿真結(jié)果如圖6中的曲線仿真2所示，與實驗得到的曲線實驗2基本吻合。比較圖5和圖6中實驗得到的曲線實驗1和實驗2可見，等值均壓參數(shù)配置時，高壓端前10%的硅整流管分得的電壓占硅堆反向電壓的20.02%，中間10%的硅整流管分得的電壓占6.59%；非等值均壓參數(shù)配置時，高壓端前10%的硅整流管分得的電壓減小為14.59%，中間10%的硅整流管分得的電壓為8.49%。通過比較表明本發(fā)明的非等值均壓參數(shù)配置方法改善了硅堆內(nèi)部的電壓分布。按等值均壓方法和本發(fā)明的近似完全均壓的非等值均壓元件配置方法分別制作的高壓硅堆樣品，電壓不均勻系數(shù)F和電壓利用率η的對比如表2所示。由表2可見，非等值均壓參數(shù)配置的方法有效地降低了高壓硅堆的不均勻系數(shù)，提高了電壓利用率。表1將900個硅整流管分為60個子模塊后硅堆的元件參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注表中實際配置參數(shù)為2個值相加的表示用2個電容并聯(lián)。表2等值均壓與非等值均壓硅堆性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求一種基于非等值均壓配置的高壓硅堆的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步均壓元件參數(shù)確定硅堆中每個硅整流管在反向運行時等效為一個硅整流管反向內(nèi)阻Rf與PN結(jié)反向勢壘電容Cf并聯(lián)而成，每個硅整流管與地之間形成對地電容Ce，與高壓端形成分布電容Ch，則完全均壓的高壓硅堆非等值均壓元件配置參數(shù)Ri和Ci為<mrow><msub><mi>R</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>G</mi><mi>i</mi></msub><mo>·</mo><msub><mi>R</mi><mi>f</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>f</mi></msub><mo>·</mo><msup><mrow><mo>|</mo><msub><mi>Y</mi><mi>i</mi></msub><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msub><mi>G</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow><mrow><msub><mi>C</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><msup><mrow><mo>|</mo><msub><mi>Y</mi><mi>i</mi></msub><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mrow><mi>ω</mi><msub><mi>B</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><msub><mi>C</mi><mi>f</mi></msub><mo>,</mo></mrow>Yi＝Gi+jBi.其中i＝2，3，…，n，n為高壓子硅堆個數(shù)，ω為角頻率，Rf、Cf、Ci和Ch滿足以下節(jié)點導(dǎo)納方程其中Y1～Yn分別為硅堆中每個硅整流管反向內(nèi)阻Rf、PN結(jié)反向勢壘電容Cf、均壓電阻Ri和均壓電容Ci并聯(lián)的導(dǎo)納，Ye和Yh分別是對地電容Ce與對高壓端分布電容Ch的導(dǎo)納，R1和C1按硅堆反向泄漏電流要求取值，104Cf＜C1＜105Cf，R1＝Rf×5％，Rf和Cf通過硅整流管參數(shù)手冊得到；第二步制作高壓硅堆(1)選取常溫下硅整流管的反向漏電流小于等于0.5μA且在100℃下反向漏電流小于等于5μA的硅整流管；(2)對硅堆進行分段，將若干個硅整流管分為一組封裝成一個硅整流管子模塊，然后每一個硅整流管子模塊與一個對應(yīng)的均壓器件并聯(lián)組成高壓子硅堆，再將若干個高壓子硅堆串聯(lián)組成高壓硅堆。(3)對各硅整流管子模塊進行清洗，將清洗后的子模塊放入100℃烘箱內(nèi)烘烤1小時，然后在其表面噴絕緣漆，制成基于等值均壓配置的高壓硅堆。FDA0000020198900000013.tif2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于非等值均壓配置的高壓硅堆的制備方法，其特征是，所述的所述的高壓子硅堆個數(shù)η通過下式得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中U為硅堆的目標(biāo)耐壓等級，單位為kV，^為選取的硅整流管反向耐壓，單位為kV，α為硅堆的電壓利用率，0<α<100%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于非等值均壓配置的高壓硅堆的制備方法，其特征是，所述的結(jié)電容CfSpF數(shù)量級。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于非等值均壓配置的高壓硅堆的制備方法，其特征是，所述的對地電容Ce低于PF數(shù)量級且分布電容Ch的關(guān)系滿足Ce>Ch。全文摘要一種高電壓試驗
技術(shù)領(lǐng)域：
的基于非等值均壓配置的高壓硅堆的制備方法，以高壓硅堆中每個硅整流管的分壓相等為條件分別計算得到硅整流管及其均壓元件的參數(shù)值，然后以若干個并聯(lián)均壓元件的硅整流管為一組封裝成一個高壓硅堆子模塊，并進一步串聯(lián)組成高壓硅堆，其中每個高壓硅堆子模塊內(nèi)的硅整流管所對應(yīng)的均壓元件均相同，實現(xiàn)分段近似完全均壓的高壓硅堆非等值均壓元件配置。本發(fā)明制備得到的高壓硅堆能有效提高整個硅堆的耐壓水平和電壓利用率。文檔編號H01L21/50GK101807530SQ20101013238公開日2010年8月18日申請日期2010年3月26日優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日發(fā)明者傅正財,孫偉,張磊,李銳海,陸國慶申請人:上海交通大學(xué);中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心