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，很適合在新型電力系統(tǒng)應(yīng)用。國網(wǎng)智研院依托國家重點研發(fā)計劃“戰(zhàn)略性先進電子材料”重點專項潛心攻關(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，是電力電子裝備升級換代的關(guān)鍵核心技術(shù)。“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要提出，強化國家戰(zhàn)略科技力量，瞄準人工智能、量子信息、集成電路等前沿領(lǐng)域，實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項目；在集成電路領(lǐng)域，加強碳化硅、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)展時期。2012年起，國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司依托國家重點研發(fā)計劃“戰(zhàn)略性先進電子材料”重點專項，成立碳化硅功率器件攻關(guān)團隊，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)，突破了國產(chǎn)6.5千伏碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(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真空度測量儀服務(wù)快捷深受廣大客戶好評）
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，以單片計算機為主控單元，測試過程完全實現(xiàn)自動化。該儀器的采樣設(shè)計一改以往采用電流峰值做標定的方法，而采用離子電荷來做標定。這樣，有效地抑制了測試過程中瞬態(tài)電源的干擾，使測試穩(wěn)定可靠。由于采用計算機為主控單元，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。本儀器突出的特點是：實現(xiàn)了真空滅弧室的免拆卸測量，直接顯示真空度值，使真空斷路器用戶詳細掌握滅弧室的真空狀態(tài)，為有計劃地更換滅弧室提供了可靠的依據(jù)，為電網(wǎng)的運行提供了有力保障，克服了工頻耐壓法僅能判斷滅弧室是否報廢的缺陷。
測量精度高，操作簡單，攜帶方便，抗干擾能力強，特別適用于供電單位現(xiàn)場測試，是真空斷路器生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、維修的必備儀器之一。
二、測試原理（ZKY-2000真空度測量儀服務(wù)快捷深受廣大客戶好評）
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，當測知離子電流后，通過離子電流一真空度曲線，由計算機自動完成真空度的計算，并顯示真空度值。
三、技術(shù)參數(shù)（ZKY-2000真空度測量儀服務(wù)快捷深受廣大客戶好評）
1.真空度測量范圍： 9.999×10-1～1×10-5
2.離子電流測量范圍： 9.999×10-1～1×10-7
3.測 量 誤 差： ＜5%
4.測 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真空度測量儀服務(wù)快捷深受廣大客戶好評）
（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。
2、用于檢測安裝于開關(guān)整機上的真空滅弧室的真空度。這類檢測主要用于供電部門的例行檢修及容量試驗中對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)，將高壓線和信號輸入線分別接滅弧室的動端與靜端。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。
將儀器的電源開啟后，顯示屏顯示菜單如下圖：
（3）管型選擇：
測量時，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[◢◢]指向選擇測試管型，按[確認鍵]，用［＋鍵］或［－鍵］調(diào)整管型參數(shù)，當顯示器顯示管型與所需測量的管型代號一致時便可，按[確認鍵]，返回主菜單。若說明書中沒有給出要測量的管型時，可用尺寸相近，接線方式相同的管型代替。
2、測量
按[選擇鍵]使[◢◢]至測試真空管“Pa”，按[確認鍵]儀器處于測量狀態(tài)。并自動完成所有的測量、計算、顯示等全過程。
3、打?。?/span>
若需打印測試數(shù)據(jù)，則按[確認鍵]返回主菜單，按[選擇鍵]使[◢◢]至打印測試數(shù)據(jù)，再按[打印鍵]，即可打印出所有測量數(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個數(shù)量級。
五、硬件構(gòu)造（ZKY-2000真空度測量儀服務(wù)快捷深受廣大客戶好評）
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，控制顯示器進行各種顯示，產(chǎn)生高壓單元所需的脈沖信號，及對磁控電流控制單元發(fā)出各種控制指令，負責整個測量過程的精準時序控制，該單元是整個系統(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進行功率放大，驅(qū)動高壓變壓器，從而產(chǎn)生測量所需的高壓。
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
用于打印輸出所測量的參數(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） TUBE NO： （管編號）
TUBE TYPE：（管型） TUBE TYPE：（管型）
DATE： （日期） DATE： （日期）
TEST REPORT TEST REPORT
（檢驗記錄） （檢驗記錄）
“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。要實現(xiàn)原始更新，不受制于國外技術(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)。”國網(wǎng)智研院電力電子所所長趙國亮介紹。
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，價帶電子要進入導(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)特點的碳化硅器件十分適合用于新一代電力電子裝備。國家重點研發(fā)計劃“戰(zhàn)略性先進電子材料”重點專項負責人楊霏說：“碳化硅器件理論上具有高結(jié)溫、高電壓、低損耗的特點，非常適合在電網(wǎng)應(yīng)用。它的廣泛應(yīng)用將推動電網(wǎng)的電力電子化進程。”
目前，在全球碳化硅產(chǎn)業(yè)格局中，我國企業(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。為打破國際壟斷，實現(xiàn)我國電力電子器件和裝備的原始更新，在國家重點研發(fā)計劃“戰(zhàn)略性先進電子材料”重點專項支持下，國網(wǎng)智研院于2012年成立碳化硅功率器件攻關(guān)團隊，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)達到國際同等水平并通過第三方檢測。
高壓模塊多芯片并聯(lián)封裝對芯片提出了電壓高、電流大、一致性好的更高要求。碳化硅功率器件攻關(guān)團隊基于自主研制的低缺陷厚外延材料，提出了低表面電場強度的高壓芯片終端結(jié)構(gòu)，攻克了高質(zhì)量柵氧、短溝道自對準技術(shù)等關(guān)鍵工藝，破解了設(shè)計和工藝兼容性差、導(dǎo)通電阻大、碎片率高等難題，在國內(nèi)**掌握了6英寸碳化硅芯片全流程工藝。團隊于國內(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試，芯片技術(shù)指標達到國際產(chǎn)品同等水平，部分關(guān)鍵指標優(yōu)于國際同型器件。
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、高電場強度下的絕緣配合難、碳化硅封裝的工藝尚處于空白狀態(tài)的挑戰(zhàn)。攻關(guān)團隊攻克了高壓絕緣設(shè)計、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，研制了國際上同電壓等級中電流*大的6.5千伏/400安碳化硅MOSFET模塊。
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