技术领域- 本发明涉及一种晶闸管， 具体讲涉及一种内置温度传感器的大功率晶闸 管。 背景技术- 直流换流阀是高压直流输电 （HVDC) 系统的核心设备， 由成百上千只串联 的大功率晶闸管及其辅助电路构成， 可实现电力交直流变换起到快速可控开关。 作为直流换流阀的核心元器件的晶闸管， 是由半导体材料经加工制作而成， 和其它半导体器件一致， 晶闸管也是一种对温度较为敏感的元件。 在实际运行 中，晶闸管的芯片温度即结温一般严格限定在 一定的温度范围内，如 120°C以内， 否则晶闸管将失效。 如果晶闸管长期处于高温运行状态， 不仅降低换流阀运行 可靠性， 还将大大缩减晶闸管的使用寿命。

晶闸管运行结温水平一般在工程设计时根据直 流换流阀的实际运行工况及 换流阀散热设计来确定， 目前普遍采用建模计算得到。 晶闸管结温计算建模需 要全面掌握晶闸管运行工况、 损耗特性、 散热器散热特性等， 建模复杂而且容 易造成偏差。 此外， 随着晶闸管元件投入使用， 其间的老化带来的晶闸管及散 热器各种热物参数的变化， 都将引起结温的漂移， 而在建模计算中无法预测到 这部分变化。 为了能够更好地测量晶闸管的温度变化， 本发明人提出了在晶闸 管内设置温度传感器从而为直流换流阀结温保 护及其它智能化功能提供可靠的 条件。 发明内容- 本发明的目的是提供一种改进的大功率晶闸管 ， 在晶闸管芯片上加设精密 的光纤光栅温度传感器实现对晶闸管芯片温度 的实时监测。

为实现上述目的， 本发明采用以下技术方案： 一种改进的大功率晶闸管， 所述晶闸管包括沿轴向依次设置的管座、 瓷环壳、 保护层、 芯片和管盖； 所述 芯片外沿包有橡胶套； 所述保护层和芯片依次扣入瓷环壳内； 在所述晶闸管轴 线方向上设置温度传感器。 本发明提供的一种改进的大功率晶闸管所述温 度传感器包括设有光栅栅点 的裸光纤和外层铠装光纤； 所述裸光纤经所述晶闸管管座的径向开孔至其 轴向 开孔、 穿过所述管座下方的保护层与芯片连接；

所述外层铠装光纤设在晶间管管座外并将其纤 头打磨成光接头。

本发明提供的一种改进的大功率晶闸管， 所述芯片包括依次轴向设置的阳 极侧钼片， 硅片和阴极侧钼片； 所述硅片包括依次轴向设置的扩磷区 N+、 短基 区 Pl、 长基区 N、 短基区 P2和浓硼扩散区 P+; 所述扩磷区 N+上设有阴极和门 极， 所述浓硼扩散区 P+上设有阳极； 所述硅片四周设有隔离墙， 所述隔离墙表 面设有轴向孔； 所述阳极、 阴极和门极分别设有引出线， 所述门极引线沿硅片 径向方向通过晶闸管管座边缘径向孔穿出， 在所述门极引线的门极单元中设有 解码器， 所述解码器与所述外层铠装光纤连接；

将设有光栅栅点的裸光纤设置在所述阴极侧钼 片上， 所述光栅栅点两端通 过高温硅胶固定并使光栅中间留有弧度。

本发明提供的另一优选的一种改进的大功率晶 闸管， 将所述晶闸管和其内 部的所述裸光纤压放入冷压焊接机， 同时将晶闸管内气体抽真空， 再冲入氦气 和氮气的混合气体， 防止管内金属氧化。 本发明提供的再一优选的一种改进的大功率晶 闸管， 所述宽带光源与所述 隔离器相连， 所述定向耦合器分别于隔离器、 光纤和所述调谐 F-P滤波器相连， 当调谐 F-P滤波器的导通中心波长与光纤光栅的反射波 长相等时， 光电探测器 通过所述调谐 F-P滤波器探测到最大光强， 经所述光电探测器转换成电信号， 此电信号的峰值对应于光纤光栅反射光的中心 波长， 所述信号处理器将通过光 电探测器接收到的电信号转换成以太网通信数 据， 并通过以太网接口上传至计 本发明提供的又一优选的一种改进的大功率晶 闸管， 所述晶闸管外部与散 热器连接， 所述散热器包括散热基板和垂直设置在散热基 板上的散热片， 所述 散热基板内部设有空室、 其外部设有吸热端面， 所述散热片呈矩形波浪状、 其 表面设有导风槽和突起， 所述散热片两端设有通风孔， 所述通风孔与所述散热 基板内部的空室相连。

本发明提供的又一优选的一种改进的大功率晶 闸管， 所述晶闸管门极引线 径向穿出孔同时通过所述外层铠装光纤。

本发明提供的又一优选的一种改进的大功率晶 闸管， 所述晶闸管为 6英寸 晶闹管。

由于采用了上述技术方案， 本发明得到的有益效果是：

1、 本发明中晶闸管内设有的精密温度传感器能够 真正意义上实现对晶闸管 结温的实时监测， 减少温度偏差， 并形成直观的实时温度数据， 为直流换流阀 结温保护及其它智能化功能提供可靠的条件。

2、本发明中的温度传感器为光纤光栅温度传� �器， 其耐高温， 测量误差小， 体积小， 响应速度快， 绝缘性能良好， 可以在一条光纤上刻蚀多个光栅， 可形 成多点， 分布式测量；

3、 本发明中的温度传感器分为裸光纤和外层铠装 光纤， 且裸光纤在在晶闸 管里的设置使得光纤不易受力折断， 很好的保护了温度传感器的结构和效果；

4、 本发明中光栅栅点的固定方式， 其中间留有弧度， 可以避免应力对测温 的影响， 精确了传感器的测量； 5、 本发明中晶闸管门极引线出口与温度传感器的 外层铠装光纤在晶闸管中 出口相同， 简化了晶闸管与温度传感器结合的加工工艺；

6、本发明中在晶闸管的门极单元中设置解码� �，减少整个温度测量的空间， 方便温度传感器的测量和计算。

7、 本发明加强了晶闸管抗震性能和精确了晶闸管 芯片安装位置。

8、 本发明晶闸管隔离墙设有径向孔， 加快了隔离墙扩散形成速度。

9、 本发明晶闸管具有良好的散热能力和散热效率 。

附图说明

图 1为一种内置温度传感器的大功率晶闸管结构� �意图；

图 2为本发明的解码器原理示意图；

其中， 1-管座， 2-保护层， 3-芯片， 4-管盖， 5-裸光纤， 6-外层铠装光纤， 具体实施方式 下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。 实施例 1：

如图 1-2所示， 本例的发明中为 6英寸晶闸管， 该晶闸管包括瓷环壳、 管座 1、包裹在芯片 3外的两层保护层 2和管盖 4; 该温度传感器包括光栅 7和光纤， 所述光纤包括裸光纤 5和外层铠装光纤 6， 所述裸光纤 5设置在晶闸管内部。在 管座 1边缘经向开孔， 所述裸光纤 5通过该径向孔至管座内表面的轴向孔、 通 过管座 1下方的保护层 2的径向开孔与芯片 3连接。 所述芯片 3包括依次轴向 扣入瓷环壳中的阳极侧钼片， 硅片和阴极侧钼片。 该硅片包括依次轴向设置的 扩磷区 N+、 短基区 Pl、 长基区 N、 短基区 P2和浓硼扩散区 P+; 所述扩磷区 N+ 上设有阴极和门极， 所述浓硼扩散区 P+上设有阳极； 所述硅片四周设有隔离墙， 所述隔离墙表面设有轴向孔； 所述阳极、 阴极和门极分别设有引出线， 所述门 极引线沿硅片径向方向通过晶闸管管座边缘径 向孔穿出。

该裸光纤 5 上设有光栅栅点， 栅点可以多个也可以一个， 分布可以根据晶 闸管自身需要进行布置， 将设有光栅栅点的裸光纤 5设置在所述阴极侧钼片上， 所述栅点两侧通过高温硅胶固定并使光栅 7中间留有弧度。 外层铠装光纤 6涂 覆层为聚酞亚胺材料， 该外层铠装光纤的纤头在晶间管管座 1 外并将其打磨制 作成光接头。 门极引线径向口同时通过所述外层铠装光纤 6。调整和检测晶闸管 各层位置后加装阴极端盖， 将所述晶间管和其内部的所述裸光纤 5压放入冷压 焊接机， 同时将晶闸管内气体抽真空， 再冲入氦气和氮气的混合气体， 防止管 内金属氧化。 在晶闸管外部门极引线的门极单元中设有解码 器， 所述解码器与所述外层 铠装光纤连接。 所述解码器包括宽带光源、 隔离器、 定向耦合器、 调谐 F-P滤 波器、 压电陶瓷、 光电探测器、 信号处理器和以太网接口。 所述宽带光源与所 述隔离器相连， 所述定向耦合器分别于隔离器、 温度传感器的光纤和所述调谐 F-P滤波器相连。 宽带光源发出的连续光入射到温度传感器的光 纤光栅， 光栅有 选择地反射一个窄带光， 其余宽带光直接透射过去， 隔离器隔离光栅反射光。 当温度发生变化时， 温度传感器光纤光栅的反射波长也改变， 当调谐 F-P滤波 器的导通中心波长与光纤光栅的反射波长相等 时，光电探测器通过所述调谐 F-P 滤波器探测到最大光强， 经所述光电探测器转换成电信号， 此电信号的峰值对 应于光纤光栅反射光的中心波长， 也对应于测量点的温度。 信号处理器将通过 光电探测器接收到的电信号转换成以太网通信 数据， 并通过以太网接口上传至 计算机， 同时计算机控制调谐 F-P滤波器。 晶闸管外部与散热器连接， 所述散热器包括散热基板和垂直设置在散热基 板上的散热片， 所述散热基板内部设有空室、 其外部下面设有吸热端面， 所述 散热片呈矩形波浪状、 其表面设有导风槽和突起， 所述散热片两端设有通风孔， 所述通风孔与所述散热基板内部的空室相连。

最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本� �明的技术方案而非对其限 制， 尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明 ， 所属领域的普通技术人员 应当理解： 依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或 者等同替换， 而未脱 离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换 ， 其均应涵盖在本权利要求范围 当中。