核心提示 新型碳化硅器件具有高電壓、大電流、快速開關(guān)的特點(diǎn)，很適合在新型電力系統(tǒng)應(yīng)用。國(guó)網(wǎng)智研院依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)潛心攻關(guān)，突破了碳化硅器件制造和碳化硅電力電子裝備關(guān)鍵技術(shù)，相關(guān)成果有效助力雄安零碳交通能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

高比例電力電子裝備是新型電力系統(tǒng)的主要特征之一。傳統(tǒng)電力電子設(shè)備采用的硅器件歷經(jīng)60年開發(fā)，已達(dá)到理論性能極限，而新型碳化硅器件具有承載電壓高、功率損耗低、本體耐高溫等優(yōu)勢(shì)，是電力電子裝備升級(jí)換代的關(guān)鍵核心技術(shù)。“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要提出，強(qiáng)化國(guó)家戰(zhàn)略科技力量，瞄準(zhǔn)人工智能、量子信息、集成電路等前沿領(lǐng)域，實(shí)施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國(guó)家重大科技項(xiàng)目；在集成電路領(lǐng)域，加強(qiáng)碳化硅、氧化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體材料發(fā)展。

碳化硅產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展時(shí)期。2012年起，國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)，成立碳化硅功率器件攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，潛心攻關(guān)碳化硅器件制造和碳化硅電力電子裝備關(guān)鍵技術(shù)，突破了國(guó)產(chǎn)6.5千伏碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）芯片及模塊封裝核心技術(shù)，成功研制35千伏/5兆瓦全碳化硅電力電子變壓器，并在國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司示范應(yīng)用，服務(wù)雄安零碳交通能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

一、概述（ZKY-2000真空度測(cè)量?jī)x服務(wù)快捷深受廣大客戶好評(píng)）

真空斷路器是電力系統(tǒng)中普遍使用的高壓電器，其核心部件是真空滅弧室，由于滅弧室是以真空條件作為工作基礎(chǔ)的，所以它不象油開關(guān)，SF6開關(guān)那樣容易檢測(cè)其質(zhì)量。傳統(tǒng)上，真空斷路器用戶判斷滅弧室真空度的方法是工頻耐壓法，這種方法只能粗略判斷真空度嚴(yán)重化的滅弧室。

是真空滅弧室的真空度的鑒定設(shè)備，以單片計(jì)算機(jī)為主控單元，測(cè)試過程完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。該儀器的采樣設(shè)計(jì)一改以往采用電流峰值做標(biāo)定的方法，而采用離子電荷來做標(biāo)定。這樣，有效地抑制了測(cè)試過程中瞬態(tài)電源的干擾，使測(cè)試穩(wěn)定可靠。由于采用計(jì)算機(jī)為主控單元，該儀器能很方便地扣除由于環(huán)境因素產(chǎn)生的漏電電流。本儀器突出的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了真空滅弧室的免拆卸測(cè)量，直接顯示真空度值，使真空斷路器用戶詳細(xì)掌握滅弧室的真空狀態(tài)，為有計(jì)劃地更換滅弧室提供了可靠的依據(jù)，為電網(wǎng)的運(yùn)行提供了有力保障，克服了工頻耐壓法僅能判斷滅弧室是否報(bào)廢的缺陷。

測(cè)量精度高，操作簡(jiǎn)單，攜帶方便，抗干擾能力強(qiáng)，特別適用于供電單位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，是真空斷路器生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、維修的必備儀器之一。

二、測(cè)試原理（ZKY-2000真空度測(cè)量?jī)x服務(wù)快捷深受廣大客戶好評(píng)）

將滅弧室的兩觸頭拉開一定的開距，施加脈沖高壓，與殘余氣體分子發(fā)生碰撞電離，所產(chǎn)生的離子電流與殘余氣體密度即真空度近似成比例關(guān)系。對(duì)于不同的真空管，在同等真空度條件下，離子電流的大小也不相同，當(dāng)測(cè)知離子電流后，通過離子電流一真空度曲線，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成真空度的計(jì)算，并顯示真空度值。

三、技術(shù)參數(shù)（ZKY-2000真空度測(cè)量?jī)x服務(wù)快捷深受廣大客戶好評(píng)）

1.真空度測(cè)量范圍：    9.999×10-1～1×10-5

2.離子電流測(cè)量范圍：    9.999×10-1～1×10-7

3.測(cè)  量  誤  差：    ＜5%

4.測(cè) 量 分 辨 率：    10-5pa

5.允許環(huán)境溫度：    -20℃～50℃

6.空  氣  濕  度：    ≤80%RH

7.電          源：    AC，220V，50Hz±10%

8.外  型  尺  寸：    420×290×210（mm）

9.高  壓  輸  出：    脈沖≤4kV15kHz

⒑重          量：    8kg

四、使用方法（ZKY-2000真空度測(cè)量?jī)x服務(wù)快捷深受廣大客戶好評(píng)）

（1）本儀器分兩種用途使用：

1、用于真空滅弧室生產(chǎn)線中滅弧室的質(zhì)量控制，斷路器生產(chǎn)廠家的滅弧室的入庫檢驗(yàn)。

2、用于檢測(cè)安裝于開關(guān)整機(jī)上的真空滅弧室的真空度。這類檢測(cè)主要用于供電部門的例行檢修及容量試驗(yàn)中對(duì)真空滅弧室承受能力的判定。

（2）連線：

使滅弧室觸頭至于分狀態(tài)，將高壓線和信號(hào)輸入線分別接滅弧室的動(dòng)端與靜端。注意，高壓線應(yīng)懸空

注意：使用前儀器必須良好接地!檢查連線正確后便可開機(jī)。

將儀器的電源開啟后，顯示屏顯示菜單如下圖：

（3）管型選擇：

測(cè)量時(shí)，首先選擇管型，儀器內(nèi)已存入多種管型，具體參數(shù)見附錄表格。

1、管型選擇操作方式：

按[選擇鍵]，使[◢◢]指向選擇測(cè)試管型，按[確認(rèn)鍵]，用［＋鍵］或［－鍵］調(diào)整管型參數(shù)，當(dāng)顯示器顯示管型與所需測(cè)量的管型代號(hào)一致時(shí)便可，按[確認(rèn)鍵]，返回主菜單。若說明書中沒有給出要測(cè)量的管型時(shí)，可用尺寸相近，接線方式相同的管型代替。

2、測(cè)量

按[選擇鍵]使[◢◢]至測(cè)試真空管“Pa”，按[確認(rèn)鍵]儀器處于測(cè)量狀態(tài)。并自動(dòng)完成所有的測(cè)量、計(jì)算、顯示等全過程。

3、打印：

若需打印測(cè)試數(shù)據(jù)，則按[確認(rèn)鍵]返回主菜單，按[選擇鍵]使[◢◢]至打印測(cè)試數(shù)據(jù)，再按[打印鍵]，即可打印出所有測(cè)量數(shù)據(jù)。

4、如果沒有可代用的參數(shù)，則可按[選擇鍵]使[◢◢]指向“A”，這樣可直接給出電離電流，一般來說。電離電流（A）較真空度（Pa）小2個(gè)數(shù)量級(jí)。

五、硬件構(gòu)造（ZKY-2000真空度測(cè)量?jī)x服務(wù)快捷深受廣大客戶好評(píng)）

ZKY-2000的硬件大致分為四部分

1、CPU主控單元

該部分用于接收用戶指令，控制顯示器進(jìn)行各種顯示，產(chǎn)生高壓?jiǎn)卧璧拿}沖信號(hào)，及對(duì)磁控電流控制單元發(fā)出各種控制指令，負(fù)責(zé)整個(gè)測(cè)量過程的精準(zhǔn)時(shí)序控制，該單元是整個(gè)系統(tǒng)的主體。

2、高壓控制板

高壓部分將控制部分送來的具有一定占空比的信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)高壓變壓器，從而產(chǎn)生測(cè)量所需的高壓。

3、按鍵與顯示板

按鍵部分用于用戶指令，操縱按鍵使儀器處于不同的工作狀態(tài)。

顯示部分用于顯示系統(tǒng)的各種參數(shù)。

4、打印機(jī)

用于打印輸出所測(cè)量的參數(shù)，打印結(jié)果如下所示：

TESTED BUIC-Ⅲ               TESTED BYUC-Ⅲ

PRESSURE：3.260E-5Pa         CURRENT：2.621E-6A

（真空度值）                 （漏電流值）

TUBE NO： （管編號(hào)）         TUBE NO： （管編號(hào)）

TUBE TYPE：（管型）           TUBE TYPE：（管型）

DATE：    （日期）           DATE：    （日期）

TEST REPORT                  TEST REPORT

（檢驗(yàn)記錄）                 （檢驗(yàn)記錄）

“新型電力系統(tǒng)的發(fā)展離不開電力電子技術(shù)，功率器件是電力電子裝置的核心。要實(shí)現(xiàn)原始更新，不受制于國(guó)外技術(shù)影響，就要突破碳化硅器件和應(yīng)用的關(guān)鍵核心技術(shù)。”國(guó)網(wǎng)智研院電力電子所所長(zhǎng)趙國(guó)亮介紹。

碳化硅具有更寬的禁帶寬度、更高的導(dǎo)熱率、更大的電子飽和漂移速度。禁帶越寬，價(jià)帶電子要進(jìn)入導(dǎo)帶成為自由電子所需的額外能量就越大，耐壓水平就越高；更高的導(dǎo)熱率可以實(shí)現(xiàn)更好的散熱性能，通流能力更大；碳化硅的電子飽和漂移速度是硅的2倍，可以使開關(guān)速度更快。

具有高電壓、大電流、快速開關(guān)特點(diǎn)的碳化硅器件十分適合用于新一代電力電子裝備。國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)負(fù)責(zé)人楊霏說：“碳化硅器件理論上具有高結(jié)溫、高電壓、低損耗的特點(diǎn)，非常適合在電網(wǎng)應(yīng)用。它的廣泛應(yīng)用將推動(dòng)電網(wǎng)的電力電子化進(jìn)程。”

目前，在全球碳化硅產(chǎn)業(yè)格局中，我國(guó)企業(yè)雖然在碳化硅襯底、外延和器件方面均有布局，但仍處于追趕階段。為打破國(guó)際壟斷，實(shí)現(xiàn)我國(guó)電力電子器件和裝備的原始更新，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)支持下，國(guó)網(wǎng)智研院于2012年成立碳化硅功率器件攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，自主攻關(guān)碳化硅芯片和封裝兩大核心關(guān)鍵技術(shù)。歷經(jīng)10年研究，相關(guān)技術(shù)達(dá)到國(guó)際同等水平并通過第三方檢測(cè)。

高壓模塊多芯片并聯(lián)封裝對(duì)芯片提出了電壓高、電流大、一致性好的更高要求。碳化硅功率器件攻關(guān)團(tuán)隊(duì)基于自主研制的低缺陷厚外延材料，提出了低表面電場(chǎng)強(qiáng)度的高壓芯片終端結(jié)構(gòu)，攻克了高質(zhì)量柵氧、短溝道自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)等關(guān)鍵工藝，破解了設(shè)計(jì)和工藝兼容性差、導(dǎo)通電阻大、碎片率高等難題，在國(guó)內(nèi)**掌握了6英寸碳化硅芯片全流程工藝。團(tuán)隊(duì)于國(guó)內(nèi)**批量研制了具有高耐壓、高通流能力的6.5千伏/25安碳化硅芯片。該芯片通過了高溫柵偏、高溫反偏等系列可靠性測(cè)試，芯片技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際產(chǎn)品同等水平，部分關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)于國(guó)際同型器件。

高壓大容量碳化硅器件封裝則面臨著并聯(lián)封裝的電磁熱均衡難、高電場(chǎng)強(qiáng)度下的絕緣配合難、碳化硅封裝的工藝尚處于空白狀態(tài)的挑戰(zhàn)。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)攻克了高壓絕緣設(shè)計(jì)、高導(dǎo)熱性焊接、高可靠性絕緣灌封等核心技術(shù)，突破了高壓、低寄生參數(shù)封裝的技術(shù)瓶頸，更新提出了基于轉(zhuǎn)移曲線距離系數(shù)的芯片聚類分組方法，解決了大電流封裝面臨的多芯片并聯(lián)均流難題，研制了國(guó)際上同電壓等級(jí)中電流*大的6.5千伏/400安碳化硅MOSFET模塊。

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