一种基于RSD的去磁开关高效脉冲功率发生电路制造技术

本发明专利技术公开一种基于RSD的去磁开关高效脉冲功率发生电路，可以用于高功率微波、核物理技术、污染净化等领域。传统RSD脉冲功率发生电路需要使用磁开关来配合RSD的开通，但是磁开关的体积很大，这容易导致传统RSD脉冲功率发生电路的体积过大。同时，在触发RSD时，传统RSD脉冲功率发生电路需要消耗的能量也不可以被忽略。在不使用磁开关的情况下，本发明专利技术使用另一种半导体开关器件RBDT来辅助RSD，以防止触发RSD时流过的电流数值过大损坏RSD。由于RBDT体积非常小，本发明专利技术的体积可以显著的减小。为了减小脉冲功率发生电路的能量损耗，在触发RSD时，本发明专利技术利用电感储存触发RSD时电容释放的能量，最后，电感释放储存的能量用于形成负载电流脉冲。

A High Efficiency Pulse Power Generator Circuit Based on RSD Degaussing Switch

【技术实现步骤摘要】
一种基于RSD的去磁开关高效脉冲功率发生电路
本专利技术属于脉冲功率
，更具体地，涉及一种由固态开关器件所组成的脉冲功率发生电路。
技术介绍
脉冲功率技术是指在相当较长的时间内存储起来，然后通过开关器件将储存起来的能量在很短的时间内释放到负载上，产生高功率电脉冲的电物理技术，在高功率微波、核物理技术、污水净化等领域有广泛应用；现有技术中的脉冲功率发生电路的储能方式多以电容储能和电感储能为主，传统的多采用火花间隙开关，赝火花开关和触发真空开关作为放电开关。在开关的连续关断的过程中，开关必须具有很高的关断频率，和极短的反向恢复时间，同时能承受较高的dV/dt。随着近年来半导体开关的发展迅速，越来越多的半导体开关被应用到脉冲功率应用上，如电力电子器件开关中的晶闸管、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)。传统气体开关的耐压高、通流大，但开关工作频率低；晶体管器件功率容量大，但是很难承受过高的电压上升率，为此很少用于主开关；IGBT可承受高频率，但是耐压与通流量与晶闸管相比都较小，同时价格昂贵。为了适应脉冲功率技术的发展，专门应用于脉冲功率技术的脉冲功率技术半导体器件也在得到进一步的研究，例如：RSD(反向开关晶体管，ReverselySwitchedDynistor)、RBDT(反向阻断双端固态晶闸管，ReverseBlockingDiodeThyristor)、漂移阶跃恢复二极管(DSRD)等。反向开关晶体管作为电流控制触发型半导体器件，通过给器件施加一个大小合适的反向电流，持续时间1-2uS便可以全面积导通，这也是两端器件最好的触发方式。RSD具有体积小、可靠性高、功率大、耐高压、高di/dt承受能力和较快的开关速度。反向阻断双端固态晶闸管(RBDT)属于两端器件，没有门极，正向和反向都具有大的阻断电压，所以无论在正向还是反向电压下都处于截止状态，只有当正向施加一个高达上十kV/μs的dV/dt触发电压时，器件便能在1μs之内充分导通。该器件具有较大的功率、较高的峰值电流和较窄的电流脉宽。脉冲功率器件虽然具有一系列的优点，但是与传统的电力电子半导体器件相比，它们的触发导通或关断都相当的复杂。图1示出了现有技术提供的基于RSD的脉冲功率发生电路的结构，在以反向开关晶体管(RSD)为主开关的经典的脉冲功率发生电路中，一般需要利用磁开关作为辅助开关，以此达到延时和隔离主电路的作用，但是磁开关本身设计复杂，在大电压和大电流的情况下，体积庞大，同时还需要复位电路，由此造成目前基于RSD的脉冲功率发生电路应用不广泛。同时，基于RSD的脉冲功率发生电路需要预充电路，由此容易造成能量的浪费。对于RBDT来说，复杂的触发条件也是限制其在脉冲功率领域应用的一大障碍。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于RSD的去磁开关高效脉冲功率发生电路，旨在解决现有的RSD脉冲功率发生电路必须采用磁开关来辅助RSD的开通，导致RSD在没有磁开关的情况下无法开通的问题。本专利技术提供了一种基于RSD的去磁开关高效脉冲功率发生电路，包括：反向开关晶体管RSD、反向阻断双端固态晶闸管RBDT和外围电路；当需要触发所述反向开关晶体管RSD时，利用所述外围电路中的电容储能与电感储能的交替使所述反向开关晶体管RSD在没有磁开关的前提下正常触发开通；所述反向阻断双端固态晶闸管RBDT用于通过将电容中的部分能量转移到电感储能支路中，防止触发RSD时的反向电流过大。本专利技术提供的脉冲功率发生电路使用了两种特殊的功率器件，其中一种为RSD，特点是单个RSD器件正向可以阻断一定大小的电压，但是反向一直处于通态，其工作原理为：先反向预充足够的电压，同时保证延迟一段时间，这时候RSD将处于通态，配合储能电路，可以产生电流幅值达到上万安培的电流脉冲；另一种为功率开关器件RBDT，特点是单个器件正向与反向都可以阻断一定大小的电压，其工作原理为：当正向电压上升速度达到一定的程度的时候，RBDT正向将在一个很短的时间内开通。更进一步地，所述外围电路包括：充电电路、储释能电容C1、储释能电感L1、电阻R4、储释能电感L2、储释能感L3和触发电路；储释能电感L2的一端连接反向阻断双端固态晶闸管RBDT的阳极，储释能电感L2的另一端连接至电阻R4的一端，电阻R4的另一端通过储释能电感L1接地；储释能感L3的一端与反向开关晶体管RSD的阴极连接，储释能感L3的另一端接地；充电电路用于给储释能电容C1充电；触发电路用于快速触发所述反向阻断双端固态晶闸管RBDT成为导通状态。更进一步地，充电电路包括：电阻R1、开关器件Q1、二极管D2、电阻R3、二极管D5和电阻R2；所述电阻R1的一端连接直流电源的正极，所述电阻R1的另一端连接至开关器件Q1的一端，开关器件Q1的另一端连接至反向开关晶体管RSD的阳极；二极管D2的阳极连接至开关器件Q1的另一端，二极管D2的阴极通过电阻R3连接至所述储释能电容C1的一端；二极管D5的阳极连接至所述储释能电容C1的另一端，二极管D5的阴极通过电阻R2连接至所述电阻R4的一端。在充电电路中，利用二极管D2、电阻R3、二极管D5、电阻R2、电阻R1、开关器件Q1组成的充电电路，配合电源对储释能电容C1充电。在充电完成后，开关器件Q1断开。其中，电阻R3、电阻R2具有较大阻值，阻值必须远大于负载Load的电阻，一般情况下，具体数值为50欧姆以上，以保证在除给储释能电容C1充电过程中，一个周期的其余时间内，支路D2、R3与支路D5、R2上的电流几乎为0。更进一步地，二极管D5和电阻R2的作用与所述二极管D2和电阻R3的作用相同，均用于保证储释能电容C1在充电阶段正常充电，在其他阶段几乎不起作用。更进一步地，二极管D5和电阻R2、所述二极管D2和电阻R3均可以采用开关器件替换。更进一步地，触发电路包括：开关器件Q2、开关器件Q3、二极管D3和二极管D4；所述开关器件Q2的一端连接至反向开关晶体管RSD的阳极，所述开关器件Q2的另一端连接至储释能电容C1的另一端，所述二极管D3与所述开关器件Q2并联连接；所述开关器件Q3的一端连接至所述储释能电容C1的一端，所述开关器件Q3的另一端连接至所述电阻R4的一端，所述二极管D4与所述开关器件Q3并联连接。触发电路中开关器件Q2、开关器件Q3在收到控制信号后，开关器件Q2、Q3同时开通；在开关器件Q2、Q3同时开通后，RBDT两端的电压在一瞬间由零迅速上升为一定电压，其dv/dt可以达到很大，经过一个很短的时间后，RBDT变为通态。在开关器件Q2、Q3同时开通后，储释能电容C1通过路径C1-Q3-R4-L1-L3-RSD-Q2放电，由于RBDT的开通时间很短，几乎在同一个时间，储释能电容C1也会通过C1-Q3-L2-RBDT-Q2放电。当储释能电容C1通过C1-Q3-L2-RBDT-Q2路径放电时，L2中的电流逐渐上升，将电容中一部分能量储存起来。当电容C1通过路径C1-Q3-R4-L1-L3-RSD-Q2放电时，RSD反向通过电流，取合适的电阻R4、电感L1的数值，可以既让RSD正常的开通，同时又可以使负载电流脉冲峰值达到要求。在产生不同的电流脉冲的情况下，电容C1、电阻R4与电感L1的取值具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RSD的去磁开关高效脉冲功率发生电路，其特征在于，包括：反向开关晶体管RSD、反向阻断双端固态晶闸管RBDT和外围电路；当需要触发所述反向开关晶体管RSD时，利用所述外围电路中的电容储能与电感储能的交替使所述反向开关晶体管RSD在没有磁开关的前提下正常触发开通；所述反向阻断双端固态晶闸管RBDT用于通过将电容中的部分能量转移到电感储能支路中，防止触发RSD时的反向电流过大。

【技术特征摘要】
1.一种基于RSD的去磁开关高效脉冲功率发生电路，其特征在于，包括：反向开关晶体管RSD、反向阻断双端固态晶闸管RBDT和外围电路；当需要触发所述反向开关晶体管RSD时，利用所述外围电路中的电容储能与电感储能的交替使所述反向开关晶体管RSD在没有磁开关的前提下正常触发开通；所述反向阻断双端固态晶闸管RBDT用于通过将电容中的部分能量转移到电感储能支路中，防止触发RSD时的反向电流过大。2.如权利要求1所述的脉冲功率发生电路，其特征在于，所述外围电路包括：充电电路、储释能电容C1、储释能电感L1、电阻R4、储释能电感L2、储释能电感L3和触发电路；储释能电感L2的一端连接反向阻断双端固态晶闸管RBDT的阳极，储释能电感L2的另一端连接至电阻R4的一端，电阻R4的另一端通过储释能电感L1接地；储释能感L3的一端与反向开关晶体管RSD的阴极连接，储释能感L3的另一端接地；充电电路用于给储释能电容C1充电；触发电路用于快速触发所述反向阻断双端固态晶闸管RBDT成为导通状态。3.如权利要求2所述的脉冲功率发生电路，其特征在于，所述充电电路包括：电阻R1、开关器件Q1、二极管D2、电阻R3、二极管D5和电阻R2；所述电阻R1的一端连接直流电源的正极，所述电阻R1的另一端连接至开关器件Q1的一端，开关器件Q1的另一端连接至反向开关晶体管RSD的阳极；二极管D2的阳极连接至开关器件Q1的另一端，二极管D2的阴极通过电阻R3连接至所述储释能电容C1的一端；二极管D5的阳极连接至所述储释能电容C1的另一端，二极管D5的阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁琳，皮意成，颜小雪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42