一种新型的DSRD脉冲功率电路制造技术

本发明专利技术公开了一种新型的DSRD脉冲功率电路，属于脉冲功率领域。针对目前DSRD脉冲电路对触发开关在耐压与通流能力方面要求高，或者负载输出电压脉冲峰值调节方法单一，或者电路中使用的可饱和变压器、磁开关需要额外复位电路等缺陷。一方面，本发明专利技术使用了饱和变压器和磁开关，同时饱和变压器饱和时间不受DSRD正向时间要求的约束，因此电路对触发开关的工作参数要求大大降低，且不需要利用额外的复位电路对可饱和变压器与磁开关进行复位；另一方面，本发明专利技术同时利用电容与电感作为储能模块中的储能元件，实现了在不改变电源电压的前提下，对负载上的电压脉冲峰值进行调节。

【技术实现步骤摘要】
一种新型的DSRD脉冲功率电路
本专利技术属于脉冲功率
，更具体地，涉及一种新型的DSRD脉冲功率电路。
技术介绍
脉冲功率技术是指在相当较长的时间内将能量存储起来，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。在脉冲功率系统中，常用的一般为气体开关和液体开关，例如火花间隙、闸流管和油浸式开关，这些开关耐压高、通流大，但是工作不稳定，寿命低和工作频率低。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，如电力电子中的晶闸管、绝缘栅双极性晶体管。这些开关工作频率高，工作稳定和寿命长，但是耐压低通流能力较弱。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(反向阻断双端固态闸流管，ReverseBlockingDiodeThyristor)、DSRD(漂移阶跃恢复二极管，DriftStepRecoveryDiode)等。DSRD就属于一种专门应用于脉冲功率领域的断路型半导体开关，其结构与PIN二极管结构相似，为P+-P-N-N+型四层结构，具有超短的反向恢复时间。DSRD具体的工作原理为在初始状态下，给DSRD提供一个正向的偏置电流，持续时间控制在一定的范围内，此时PN结附近会形成一个很薄且密度很高的非平衡等离子层，此时给DSRD施加一个反向电压，由于非平衡等离子层的存在，DSRD会流过一个反向电流，当DSRD反向流过的电荷量与正向流过的电荷量相同时，DSRD会迅速进入阻断状态，其转换时间一般为几纳秒。在实际应用中，DSRD一般与电感组合使用，用于在负载上形成一个电压脉冲，电压脉冲的脉宽在纳秒级别。已有的DSRD脉冲电路，可以分为两个大类，第一类是初始能量在电感中的脉冲电路，结构如图1所示；第二类是初始能量在电容中的脉冲电路，结构如图2所示。受限于开关器件的工作水平，第一类DSRD脉冲电路无法输出峰值较大的电压脉冲，第二类DSRD脉冲电路，可以输出较大的峰值的电压脉冲，但是无法灵活的调节输出电压脉冲的峰值。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种新型的DSRD脉冲功率电路，其目的在于解决当前DSRD脉冲电路输出的电压脉冲峰值不易调节，且在输出高电压峰值的电压脉冲时，对触发开关工作参数要求高的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种新型的DSRD脉冲功率电路，包括：储能模块、可饱和变压器Tr、第一能量转移模块、第二能量转移模块、第三能量转移模块、磁开关MS1、DSRD和负载Rload；所述储能模块，用于利用直流稳压电源对电容进行充能，并在可饱和变压器Tr处于饱和状态时，对电感进行充能；所述第一能量转移模块，用于在可饱和变压器Tr重新处于未饱和状态时，将电容、电感储存的能量转移至可饱和变压器Tr副边，期间可饱和变压器Tr作为升压变压器；能量传递结束后，可饱和变压器Tr再次进入饱和状态；所述第二能量转移模块，用于在磁开关MS1处于未饱和状态时，使DSRD流过正向电流；所述第三能量转移模块，用于在磁开关MS1进入饱和状态时，使DSRD流过反向电流；其中，可饱和变压器Tr和磁开关MS1根据电路工作状态自动实现饱和状态与未饱和状态的切换，无需使用额外的复位电路进行复位；通过控制电感充能时间，或者控制直流稳压电源电压的大小，实现负载Rload输出电压脉冲峰值大小的灵活可调。基于上述技术特征，本专利技术的有益效果为：一方面，电路使用了饱和变压器和磁开关，即使在输入电压较小的条件下，也可以输出高峰值的电压脉冲，因此电路对触发开关的工作参数要求大大降低，且不需要利用额外的复位电路对可饱和变压器与磁开关进行复位；另一方面，既可以在不改变电源电压的前提下，对负载上的电压脉冲峰值进行调节，也可以通过调节电源电压来调节负载上的电压脉冲峰值，调节方式灵活。进一步地，所述储能模块包括由直流稳压电源、第一可控开关S1、快恢复二极管D0和第一电容C1依次相连构成的第一储能模块；由直流稳压电源、第一电感L1和可饱和变压器Tr原边依次相连构成的第二储能模块；所述第一能量转移模块由第一电容C1、第二可控开关S2、第一电感L1、可饱和变压器Tr和第二电容C2构成；所述第二能量转移模块由第二电容C2、第三电感L3、长反向恢复时间二极管D1、第三电容C3、第二电感L2、DSRD和可饱和变压器Tr副边构成；所述第三能量转移模块由第三电容C3、磁开关MS1、DSRD和第二电感L2构成；所述第一储能模块，在第一可控开关S1导通后，由直流稳压电源给第一电容C1充电；所述第二储能模块，在第一可控开关S1导通且可饱和变压器Tr进入饱和状态后，由直流稳压电源给第一电感L1充电；所述第一能量转移模块，在第一可控开关S1关断，第二可控开关S2导通，可饱和变压器Tr重新处于未饱和状态时，将第一电容C1、第一电感L1中的能量传递给第二电容C2，能量传递结束后，可饱和变压器Tr再次进入饱和状态；所述第二能量转移模块，在第一能量转移模块对第二电容C2的能量转移结束时，第二电容C2通过第三电感L3、长反向恢复时间二极管D1、第三电容C3、第二电感L2、DSRD和可饱和变压器Tr副边放电，将能量转移到第三电容C3上，期间DSRD流过正向电流；所述第三能量转移模块，在第二能量转移模块对第三电容C3的能量转移结束时，磁开关MS1进入饱和状态，第三电容C3通过磁开关MS1、DSRD和第二电感L2放电，将能两转移到第二电感L2上，期间DSRD流过反向电流；其中，磁开关MS1在第二电容C2充能前进入饱和状态，在第三电容C3充能时再次进入未饱和状态；当第三电容C3电压降低为0V时，DSRD迅速进入阻断状态，第二电感L2上的电流迅速转移到负载Rload上，在负载Rload产生电压脉冲；通过控制第一可控开关S1的导通时间来控制第一电感L1中存储的能量，或者控制直流稳压电源电压的大小控制第一电容C1和第一电感L1上的能量，实现负载Rload输出的电压脉冲峰值大小灵活可调；可饱和变压器Tr和磁开关MS1根据电路工作状态自动实现饱和状态与未饱和状态的切换，无需使用额外的复位电路进行复位。进一步地，所述DSRD为SiDSRD或SiCDSRD。进一步地，普通直流稳压电源无法输出较大的电流时，可以使用普通直流稳压电源并联大电容的方式来等效直流稳压电源。对应地有益效果为，普通可以输出较大电流的直流稳压电源成本较高，因此这种等效方法可以较小脉冲电路的成本。进一步地，所述快恢复二极管D0反向恢复时间在100ns以内，如肖特基SiC二极管。对应地有益效果为，二极管D0反向恢复过程将导致第一电容C1对第一电感L1放电，从而无法控制第一电容C1上面的电压大小，反向恢复时间小的二极管D0可以确保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的DSRD脉冲功率电路，其特征在于，包括：储能模块、可饱和变压器Tr、第一能量转移模块、第二能量转移模块、第三能量转移模块、磁开关MS

【技术特征摘要】
1.一种新型的DSRD脉冲功率电路，其特征在于，包括：储能模块、可饱和变压器Tr、第一能量转移模块、第二能量转移模块、第三能量转移模块、磁开关MS1、DSRD和负载Rload；
所述储能模块，用于利用直流稳压电源对电容进行充能，并在可饱和变压器Tr处于饱和状态时，对电感进行充能；
所述第一能量转移模块，用于在可饱和变压器Tr重新处于未饱和状态时，将电容、电感储存的能量转移至可饱和变压器Tr副边，期间可饱和变压器Tr作为升压变压器；能量传递结束后，可饱和变压器Tr再次进入饱和状态；
所述第二能量转移模块，用于在磁开关MS1处于未饱和状态时，使DSRD流过正向电流；
所述第三能量转移模块，用于在磁开关MS1进入饱和状态时，使DSRD流过反向电流；
其中，可饱和变压器Tr和磁开关MS1根据电路工作状态自动实现饱和状态与未饱和状态的切换，无需使用额外的复位电路进行复位；通过控制电感充能时间，或者控制直流稳压电源电压的大小，实现负载Rload输出电压脉冲峰值大小的灵活可调。


2.根据权利要求1所述的一种新型的DSRD脉冲功率电路，其特征在于，所述储能模块包括由直流稳压电源、第一可控开关S1、快恢复二极管D0和第一电容C1依次相连构成的第一储能模块；由直流稳压电源、第一电感L1和可饱和变压器Tr原边依次相连构成的第二储能模块；所述第一能量转移模块由第一电容C1、第二可控开关S2、第一电感L1、可饱和变压器Tr和第二电容C2构成；所述第二能量转移模块由第二电容C2、第三电感L3、长反向恢复时间二极管D1、第三电容C3、第二电感L2、DSRD和可饱和变压器Tr副边构成；所述第三能量转移模块由第三电容C3、磁开关MS1、DSRD和第二电感L2构成；
所述第一储能模块，在第一可控开关S1导通后，由直流稳压电源给第一电容C1充电；
所述第二储能模块，在第一可控开关S1导通且可饱和变压器Tr进入饱和状态后，由直流稳压电源给第一电感L1充电；
所述第一能量转移模块，在第一可控开关S1关断，第二可控开关S2导通，可饱和变压器Tr重新处于未饱和状态时，将第一电容C1、第一电感L1中的能量传递给第二电容C2，能量传递结束后，可饱和变压器Tr再次进入饱和状态；
所述第二能量转移模块，在第一能量转移模块对第二电容C2的能量转移结束时，第二电容C2通过第三电感L3、长反向恢复时间二极管D1、第三电容C3、第二电感L2、DSRD和可饱...

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