JP7232811B2 - コンタクトプレート内のガス膨張キャビティを有するバイパスサイリスタ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、バイパスサイリスタ装置、およびそのようなバイパスサイリスタを有するコンバータセルに関する。
モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)は、電流を高圧の交流(AC)から直流(DC)に、またはその逆に、変換し得る。適用例として、電気エネルギを長距離間でまたは周波数の異なるAC電流系統同士の間で移送する高圧直流(HVDC)送電系統がある。(数百kVなどの)高電圧および(たとえばGW範囲内の)高電力を変換するために、変電所は複数のそのようなMMCを含み得る。
本発明の目的は、信頼性があり、統合が簡単であり、保守が簡単であり、経済的なバイパススイッチをコンバータセルに提供することである。
図中に用いる参照符号およびそれらの意味は、参照符号のリストにまとめて列挙している。原則として、図中同一の部分には同一の参照照号を付してある。
10 コンバータセル
12 ハーフブリッジ
14 セルコンデンサ
16 半導体スイッチ
18 出力
20 バイパスサイリスタ装置
22 半導体装置
24 サイリスタ
26 カソード電極
28 カソード面
30 ゲート電極
32 アノード面
34 アノード電極
36 筐体
38 カバー要素
40 カバー要素
42 フランジ
44 内部空間
46 ゲートコンタクト要素
48 ゲートコンタクト開口部
50 コンタクト面
52 ゲートコンタクトケーブル
54 ゲートケーブルトレンチ
56 ガス膨張体積
58 キャビティ、トレンチ
60 流路
62 カソード層
64 ベース層
66 ドリフト層
68 アノード層
70 活性領域
70a 第1の領域
70b 第2の領域
72 第1のpn接合
74 第2のpn接合
Claims (13)
- バイパスサイリスタ装置(20)であって、
カソード面(28)のカソード電極(26)と、前記カソード電極(26)に囲まれた前記カソード面(28)のゲート電極(30)と、アノード面(32)のアノード電極(34)とを有するサイリスタ(24)を備える半導体装置(22)と、
前記カソード面(28)に配置され、コンタクト面(50)で前記カソード電極(26)と電気的に接触している導電性カバー要素(38)と、
前記ゲート電極(30)に電気的に接続され、前記導電性カバー要素(38)の前記コンタクト面(50)のゲートコンタクト開口部(48)内に配置されているゲートコンタクト要素(46)とを備え、
前記導電性カバー要素(38)は前記カソード面(28)に面する前記コンタクト面(50)のガス膨張体積(56)を有し、前記ガス膨張体積(56)はガス交換のために前記ゲートコンタクト開口部(48)と相互接続され、
前記ガス膨張体積(56)の体積は前記ゲートコンタクト開口部(48)の体積よりも大きい、バイパスサイリスタ装置(20)。 - バイパスサイリスタ装置(20)であって、
カソード面(28)のカソード電極(26)と、前記カソード電極(26)に囲まれた前記カソード面(28)のゲート電極(30)と、アノード面(32)のアノード電極(34)とを有するサイリスタ(24)を備える半導体装置(22)と、
前記カソード面(28)に配置され、コンタクト面(50)で前記カソード電極(26)と電気的に接触している導電性カバー要素(38)と、
前記ゲート電極(30)に電気的に接続され、前記導電性カバー要素(38)の前記コンタクト面(50)のゲートコンタクト開口部(48)内に配置されているゲートコンタクト要素(46)とを備え、
前記導電性カバー要素(38)は前記カソード面(28)に面する前記コンタクト面(50)のガス膨張体積(56)を有し、前記ガス膨張体積(56)はガス交換のために前記ゲートコンタクト開口部(48)と相互接続され、
前記ガス膨張体積(56)は、ガス交換のために相互接続された少なくとも2つの別個のキャビティ(58)に分けられる、バイパスサイリスタ装置(20)。 - バイパスサイリスタ装置(20)であって、
カソード面(28)のカソード電極(26)と、前記カソード電極(26)に囲まれた前記カソード面(28)のゲート電極(30)と、アノード面(32)のアノード電極(34)とを有するサイリスタ(24)を備える半導体装置(22)と、
前記カソード面(28)に配置され、コンタクト面(50)で前記カソード電極(26)と電気的に接触している導電性カバー要素(38)と、
前記ゲート電極(30)に電気的に接続され、前記導電性カバー要素(38)の前記コンタクト面(50)のゲートコンタクト開口部(48)内に配置されているゲートコンタクト要素(46)とを備え、
前記導電性カバー要素(38)は前記カソード面(28)に面する前記コンタクト面(50)のガス膨張体積(56)を有し、前記ガス膨張体積(56)はガス交換のために前記ゲートコンタクト開口部(48)と相互接続され、
前記ガス膨張体積(56)は、前記ゲートコンタクト開口部(48)を囲む少なくとも1つのトレンチ(58)を備える、バイパスサイリスタ装置(20)。 - 前記少なくとも1つのトレンチ(58)は、前記コンタクト面(50)に設けられた少なくとも1つの流路(60)を介して前記ゲートコンタクト開口部(48)と相互接続される、請求項3に記載のバイパスサイリスタ装置(20)。
- バイパスサイリスタ装置(20)であって、
カソード面(28)のカソード電極(26)と、前記カソード電極(26)に囲まれた前記カソード面(28)のゲート電極(30)と、アノード面(32)のアノード電極(34)とを有するサイリスタ(24)を備える半導体装置(22)と、
前記カソード面(28)に配置され、コンタクト面(50)で前記カソード電極(26)と電気的に接触している導電性カバー要素(38)と、
前記ゲート電極(30)に電気的に接続され、前記導電性カバー要素(38)の前記コンタクト面(50)のゲートコンタクト開口部(48)内に配置されているゲートコンタクト要素(46)とを備え、
前記導電性カバー要素(38)は前記カソード面(28)に面する前記コンタクト面(50)のガス膨張体積(56)を有し、前記ガス膨張体積(56)はガス交換のために前記ゲートコンタクト開口部(48)と相互接続され、
前記ガス膨張体積(56)は、前記ゲートコンタクト開口部(48)を囲む少なくとも2つのトレンチ(58)を備える、バイパスサイリスタ装置(20)。 - 前記少なくとも2つのトレンチ(58)は、前記コンタクト面(50)に設けられた少なくとも1つの流路(60)を介して互いに相互接続される、請求項5に記載のバイパスサイリスタ装置(20)。
- バイパスサイリスタ装置(20)であって、
カソード面(28)のカソード電極(26)と、前記カソード電極(26)に囲まれた前記カソード面(28)のゲート電極(30)と、アノード面(32)のアノード電極(34)とを有するサイリスタ(24)を備える半導体装置(22)と、
前記カソード面(28)に配置され、コンタクト面(50)で前記カソード電極(26)と電気的に接触している導電性カバー要素(38)と、
前記ゲート電極(30)に電気的に接続され、前記導電性カバー要素(38)の前記コンタクト面(50)のゲートコンタクト開口部(48)内に配置されているゲートコンタクト要素(46)とを備え、
前記導電性カバー要素(38)は前記カソード面(28)に面する前記コンタクト面(50)のガス膨張体積(56)を有し、前記ガス膨張体積(56)はガス交換のために前記ゲートコンタクト開口部(48)と相互接続され、
前記導電性カバー要素(38)はゲートケーブルトレンチ(54)を備え、前記ゲートケーブルトレンチの中にゲートコンタクトケーブル(52)が配置され、前記ゲートコンタクトケーブルは前記ゲートコンタクト要素(46)に電気的に接続され、
前記ゲートコンタクトケーブル(52)は前記ゲートケーブルトレンチ(54)を通って前記バイパスサイリスタ装置(20)の外部に導かれ、
前記ゲートケーブルトレンチ(54)の断面積は、前記ゲートコンタクト開口部(48)を前記ガス膨張体積(56)と相互接続する1つ以上の流路(60)の断面積よりも小さい、バイパスサイリスタ装置(20)。 - バイパスサイリスタ装置(20)であって、
カソード面(28)のカソード電極(26)と、前記カソード電極(26)に囲まれた前記カソード面(28)のゲート電極(30)と、アノード面(32)のアノード電極(34)とを有するサイリスタ(24)を備える半導体装置(22)と、
前記カソード面(28)に配置され、コンタクト面(50)で前記カソード電極(26)と電気的に接触している導電性カバー要素(38)と、
前記ゲート電極(30)に電気的に接続され、前記導電性カバー要素(38)の前記コンタクト面(50)のゲートコンタクト開口部(48)内に配置されているゲートコンタクト要素(46)とを備え、
前記導電性カバー要素(38)は前記カソード面(28)に面する前記コンタクト面(50)のガス膨張体積(56)を有し、前記ガス膨張体積(56)はガス交換のために前記ゲートコンタクト開口部(48)と相互接続され、
前記半導体装置(22)は円形状であり、前記ゲート電極(30)は前記円形状の中心に配置され、
前記ガス膨張体積(56)は、前記ゲート電極(30)の上方に配置された前記ゲートコンタクト開口部(48)を囲む1つ以上の円形トレンチ(58)を備える、バイパスサイリスタ装置(20)。 - 前記アノード電極(34)に電気的に接続されたアノード面カバー要素(40)と、
前記半導体装置(22)を囲む電気絶縁フランジ(42)とをさらに備え、前記電気絶縁フランジ(42)に前記導電性カバー要素(38)および前記アノード面カバー要素(40)が取付けられる、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のバイパスサイリスタ装置(20)。 - 前記サイリスタ(24)は、前記サイリスタ(24)を流れる電流が最大電流を超えると、前記半導体装置(22)の活性領域(70)を通る永続的な導電経路を形成するように適合されている、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のバイパスサイリスタ装置(20)。
- 前記サイリスタ(24)を形成するために、前記半導体装置(22)は前記カソード面(28)から前記アノード面(32)に向かって、
前記カソード電極(26)に接続された第1の導電型(n+)のカソード層(62)と、
前記ゲート電極(30)に接続された前記第1の導電型とは異なる第2の導電型(p)のベース層(64)と、
前記第1の導電型(n-)のドリフト層(66)と、
前記アノード電極(34)に接続された前記第2の導電型(p)のアノード層(68)とを備え、
活性領域(70)において、前記半導体装置(22)は、前記カソード面(28)と前記アノード面(32)との間のキャリア寿命の平均値が第1の値を有する第1の領域(70a)と、前記カソード面(28)と前記アノード面(32)との間の前記キャリア寿命の平均値が前記第1の値よりも小さい第2の値を有する第2の領域(70b)とを備える、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のバイパスサイリスタ装置(20)。 - 前記第1の領域(70a)は前記ゲート電極(30)と前記アノード電極(34)との間に配置される、請求項11に記載のバイパスサイリスタ装置(20)。
- コンバータセル(10)であって、
セルコンデンサ(14)を前記コンバータセル(10)の出力(18)に接続するための、かつ前記セルコンデンサ(14)を前記出力(18)から切断するための、少なくとも2つのパワー半導体スイッチ(16)と、
前記セルコンデンサ(14)に並列接続された請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のバイパスサイリスタ装置(20)とを備える、コンバータセル。
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