基于两端半导体功率开关的RSD触发电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路，包括充电电路，放电主电路，RSD触发电路和控制电路。放电主电路串联RSD触发电路，充电电路并联于主电路、RSD触发电路两端；控制电路并联于充电电路和RSD触发电路两端；放电主电路包括依序串联的RSD开关、磁环L、主电容C0和负载Z0；RSD触发电路包括脉冲电源，磁开关L2，半导体开关K21，半导体开关K22，磁开关L21，磁开关L22和触发电容Cc。本发明专利技术同时具有直接预充和谐振预充的优势，增加了元件的参数匹配范围，简化了电路设计难度，可靠性高，减小了磁芯的总体积，提高了预充电荷的利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体开关
，具体来说涉及一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路。
技术介绍
20世纪80年代，前苏联院士I.V.Grekhov专利技术的反向开关晶体管(RSD)可以实现高di/dt大电流微秒开通。RSD器件是一种由数万个晶闸管与晶体管元胞相间并联排列的器件，没有普通晶闸管的控制极，采用可控等离子体层触发方式，反向注入触发电流，在整个芯片面积上实现了同步均匀导通，从器件原理上消除了普通晶闸管器件存在的开通局部化现象，从而实现高di/dt微秒开通，同时在短时间内通过很大的电流。RSD开关的典型触发(预充)电路有直接预充、谐振预充、变压器升压预充等三种。单个RSD器件的触发方式有直接触发、谐振触发两种，采用直接触发开通方式开通效率高，损耗小，充电电路结构较复杂，多应用于单次脉冲放电。谐振触发的能量损耗较大，但较直接触发更易于实现控制，更适用于重复频率脉冲放电。多只RSD器件串联组成的RSD开关的触发可以采用直接触发、谐振触发和变压器升压触发等方式。根据不同实际应用的需要，采用不同的RSD触发电路。专利技术专利《一种反向开关晶体管的触发电路》(编号CN201310109983.8)采用H桥式触发电路用于低压大电流RSD器件的触发，预充电容的充电和放电分别由H桥的两组对角线晶闸管开关或IGBT开关控制，与传统预充电路相比，该电路结合了直接触发和谐振触发电路的优点，提高了RSD的预充效率。但是与传统预充电路相比，该电路增加了三个半导体预充开关，预充电路的控制系统更复杂，显著增加了预充开关的成本，而且只适用于低压RSD开关的触发，降低了改进型电路的实用性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于两端半导体功率开关及磁开关的RSD触发电路。本专利技术专利同时具有直接预充和谐振预充的优势，并避免了这两种触发电路的缺点，缩短了放电延时元件-磁开关L的延迟时间，减少了L的磁芯体积和成本，降低了L的损耗及饱和电感，有利于提高电路的di/dt，增加了元件的参数匹配范围，简化了电路设计难度，可靠性高，提高了预充电荷的利用率。所采用的具体技术方案如下：一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路，包括充电电路，放电主电路，RSD触发电路和控制电路；所述放电主电路串联RSD触发电路，所述充电电路并联于主电路、RSD触发电路两端；所述控制电路并联于充电电路和RSD触发电路两端；所述放电主电路包括依序串联的RSD开关、磁环L、主电容C0和负载Z0；所述RSD触发电路包括脉冲电源，磁开关L2，半导体开关K21、半导体开关K22，磁开关L21，磁开关L22和触发电容Cc；所述脉冲电源、半导体开关K21、RSD开关、半导体开关K22、触发电容Cc依序串联、构成RSD触发电流回路；所述磁开关L21并联于RSD开关与半导体开关K22两端；所述磁开关L22并联于半导体开关K22与触发电容Cc的两端；所述磁开关L2并联于半导体开关K21、磁开关L21与触发电容Cc的两端。通过采用这种电路结构，其工作过程如下：脉冲电源输出高di/dt窄脉冲电流i1，电流的走向为脉冲电源-K21-RSD-Cc-脉冲电源，i1为小直径半导体开关K21、K22的反向预充电流。当磁开关L2饱和后，i1下降为0，Cc的电压施加在K21、K22上，K21、K22正向导通，RSD反向导通。触发电容Cc通过K21、K22放电，形成RSD的反向预充电流，电流路径是Cc-K22-RSD-K21-L2-Cc。L饱和后，主电容C0通过RSD放电，在负载Z0上形成所需的脉冲电流i3，电流走向为C0-L-RSD-Z0-C0。当L21和L22饱和后，触发电容Cc的放电路径为Cc-K21-L21-Cc，以及Cc-K22-L22-Cc。优选的是，所述磁开关L21、磁开关L22由导线在铁氧体或环形微晶铁氧体薄膜的磁芯上缠绕若干圈构成。更优选的是，所述脉冲电源可采用任何满足电路要求的各种类型重复频率脉冲电源，脉冲电源的开关可以采用RSD、晶闸管、IGBT或其他半导体功率开关。当采用基于晶闸管的脉冲电源时，本脉冲电源分为充电电路和放电电路两部分。其中，放电电源包括放电电容C0、磁开关L、半导体功率开关K，输出K21、K22的触发电流。K也可以是IGBT、功率MOSFET或其他三端半导体功率器件。与现有技术相比，本专利技术具有直接预充和谐振预充的优势，增加了元件的参数匹配范围，可靠性高，减小了磁芯的总体积，提高了预充电荷的利用率。附图说明图1为本专利技术的总体结构框图；图2为本专利技术的电路结构图；图3为一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路；图4为一种基于晶闸管开关的脉冲电源的电路结构；图5为一种双晶闸管同步驱动电路。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面对本专利技术的工作过程作进一步描述。如图3所示一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路：包括脉冲电源，RSD触发开关K21和K22，磁开关L21、磁开关L22，支路阻抗Lc1、Lc2，触发回路阻抗Lc。其电路的工作过程如下：脉冲电源输出高di/dt窄脉冲电流i1，电流i1的走向为脉冲电源-K21-RSD-Cc-脉冲电源。当磁开关L2饱和后，i1下降为0，触发电容Cc通过K21、K22放电，形成RSD的反向预充电流，该反向预充电流的路径是Cc-K22-RSD-Lc-K21-L2-Cc。L饱和后，主电容C0通过RSD放电，在负载Z0上形成所需的脉冲电流，该脉冲电流的走向为C0-L-RSD-Z0-C0。如图4所示为采用基于晶闸管开关的脉冲电源，包括充电电路和放电电路两部分。充电电源如前所述。放电电源包括放电电容C0、磁开关L、半导体功率开关K，输出K21、K22的触发电流。K也可以是IGBT、功率MOSFET或其他三端半导体功率器件。如图5所示为一种双晶闸管同步驱动电路：TLP521为光偶器件，用于传输开关信号，隔离驱动电路与低压控制电路；IR2110为IGBT驱动芯片，其最大耐压为500V，通流能力为2A，输出驱动电压为10～20V，开通时间、关断时间和延时时间分别为120ns，94ns，10ns。在同一个环形铁氧体磁芯上绕制一个原边、两个副边线圈组成触发变压器T，可实现串联晶闸管的同步导通。IR2110输出的高电平输入到IGBT栅极，IGBT导通，直流电源在脉冲变压线圈原边产生一个快速上升的电流脉冲，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路，其特征在于：包括充电电路，放电主电路，RSD触发电路和控制电路；所述放电主电路串联RSD触发电路，所述充电电路并联于主电路、RSD触发电路两端；所述控制电路并联于充电电路和RSD触发电路两端；所述放电主电路包括依序串联的RSD开关、磁环L、主电容C0和负载Z0；所述RSD触发电路包括脉冲电源，磁开关L2，半导体开关K21，半导体开关K22，磁开关L21，磁开关L22和触发电容Cc；所述脉冲电源、半导体开关K21、RSD开关、半导体开关K22、触发电容Cc依序串联、构成RSD触发电流回路；所述磁开关L21并联于RSD开关与半导体开关K22两端；所述磁开关L22并联于半导体开关K22与触发电容Cc的两端；所述磁开关L2并联于半导体开关K21、磁开关L21与触发电容Cc的两端。

【技术特征摘要】
1.一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路，其特征在于：包括充
电电路，放电主电路，RSD触发电路和控制电路；
所述放电主电路串联RSD触发电路，所述充电电路并联于主电路、RSD
触发电路两端；所述控制电路并联于充电电路和RSD触发电路两端；所述放
电主电路包括依序串联的RSD开关、磁环L、主电容C0和负载Z0；所述RSD
触发电路包括脉冲电源，磁开关L2，半导体开关K21，半导体开关K22，磁
开关L21，磁开关L22和触发电容Cc；所述脉冲电源、半导体开关K21、RSD
开关、半导体开关K22、触发电容Cc依序串联、构成RSD触发电流回路；所
述磁开关L21并联于RSD开关与半导体开关K22两端；所述磁开关L22并联
于半导体开关K22与触发电容Cc的两端；所述磁开关L2并联于半导体开关
K2...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭亚斌，卢社阶，雷涛，刘纪磊，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42