一种应用于FID的触发电路及FID脉冲产生电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种应用于FID的触发电路及FID脉冲产生电路，包括主通流电路和触发电路，主通流电路中接有FID和通流二极管，在FID和通流二极管串连的支路上并联稳压电容。触发电路包括RC触发电路以及基于ABJT的级联电路，RC触发电路用于触发级联电路中的第一级ABJT，ABJT随后逐级导通使得并联充电的电容进行串联放电，在最后一级负载上产生纳秒级别的kV级高压脉冲；高压脉冲作用于FID两端，使得FID两端电压超调，FID发生快速离化效应，随后并联稳压电容对FID放电，使得FID在亚纳秒瞬态开通，流过大电流。本实用新型专利技术中不使用磁饱和变压器以及磁开关，避免了磁饱和器件的不稳定影响，能大幅度提高FID的触发稳定性，保证FID在常规耐压情况下精确触发开通。在常规耐压情况下精确触发开通。在常规耐压情况下精确触发开通。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于FID的触发电路及FID脉冲产生电路


[0001]本技术属于脉冲功率电路领域，更具体地，涉及一种应用于FID(Fast Ionization Dynistor，快速离化器件)的触发电路及FID脉冲产生电路。

技术介绍

[0002]脉冲功率技术广泛应用于国防、科学研究、工业、医疗及环保等领域，近几十年，俄、美、日等国都对脉冲功率技术展开了深入的研究。部分脉冲功率技术是由于国防需要而发展起来的，在国防军事上的应用包括：轨道炮、电磁隐身技术、探地雷达、冲击雷达、电磁对抗等。冷战结束后，脉冲功率技术在环保、生物、医疗、新材料、工业等方面有着持续性的大面积创新发展。
[0003]脉冲功率技术对脉冲功率系统有着极致的特性需求，需要上升前沿陡、脉宽窄的快脉冲技术。而脉冲功率开关是整个系统的瓶颈，研发理想的开关一直是发展紧凑型快前沿脉冲功率系统的主题。脉冲功率开关主要包括气态开关和固态开关。功率半导体器件在功率能力和工作速度等方面都进步显著，以其体积小、寿命长、可靠性高等优点，逐渐成为了脉冲功率开关的发展方向。
[0004]其中，快速离化器件FID是针对于脉冲功率应用专门提出和设计的半导体器件。FID器件是俄罗斯相关研究人员提出的一种断路型半导体开关，FID器件只有两个电极：阳极和阴极。其工作原理如下所示，先在FID器件两端施加一个正向的稳定电压，该电压使得FID处于临界雪崩状态，随后使用并联在FID器件两端的电容放电，使得FID器件两端的电压超调，当FID两端电压超过临界雪崩击穿电压的2～3倍时，FID器件内部的电场远超过临界雪崩击穿电场，此时阴极空穴注入，流入超调电场中，引发剧烈的碰撞电离，产生大量的电子空穴对，该电子空穴对的产生使得电场急剧下降，并向两边扩散形成电场的冲击电离波现象，此现象的产生使得FID在纳秒以及亚纳秒时间内被触发开通，随后稳压电容对FID进行放电，器件流过大电流，从而在负载上产生具有纳秒以及亚纳秒前沿的电压脉冲，最大上升率可以达到kV/ns。
[0005]图1示出了现有的常规FID脉冲产生电路，该电路由DSRD的脉冲产生电路作为触发电路，其中在触发回路部分设置有一个磁饱和变压器，初级电容C1由U1进行充电，放电电容C2和稳压电容C0由U0充电。开始触发时，首先触发三极管Q导通，使得初级电容C1沿C1‑
Q
‑
Tr
‑
L
‑
C1进行放电。此时磁饱和变压器Tr作用，将初级电容C1输出并流过Tr的电流变换并对触发电容C
s
进行充电，此时的充电回路为Tr
‑
Cs
‑
DSRD，DSRD开通导电。当对触发电容C
s
充电到一定程度后，变压器Tr饱和，此时触发电容C
s
进行放电，放电回路为C
s
‑
Tr
‑
DSRD,此时DSRD流通反向电流，使得DSRD在纳秒时间内关断，电流回路转为Cs
‑
Tr
‑
C2‑
FID，FID器件两端承受ns、kV级的高压电脉冲，使得FID在纳秒以及亚纳秒时间内导通，其中LS避免触发电容C
s
与放电电容C2串联放电时流通负载支路，起着隔绝放电电流作用。当FID导通时，LS刚好饱和，此时稳压电容C0开始对FID进行放电，流通大电流。图1中常规的FID脉冲产生电路应用了磁饱和变压器以及磁开关，对电路具有一定的影响，且不利于集成。
[0006]如图1所示，现有的FID触发开通电路由漂移阶跃恢复二极管DSRD(Drift Step Recovery Diode)的脉冲产生电路作为触发电路，其中在触发回路部分设置有一个磁饱和变压器，初级电容C1放电后经过磁饱和变压器对触发电容C
s
充电，充电过程中，在变压器磁饱和后，由触发电容C
s
沿着变压器回路和放电电容C2串联对FID进行放电，在放电回路部分有一个磁开关，该磁开关避免触发电容C
s
与放电电容C2串联放电时流通负载支路。在实际应用过程中发现，磁开关与磁饱和变压器具有体积大和难以集成，且不易控制等缺点，因此为了减小基于FID的脉冲电路的体积同时保证脉冲电路的集成，提高FID的触发稳定性，避免磁开关的使用是一种有效的方法，但是在去磁开关脉冲电路的设计中，如何保证FID在触发时不会受到去磁化电路的影响是一个非常重要的问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种应用于快速离化器件FID的触发电路，旨在解决常规FID脉冲产生电路因磁开关造成的体积大、难集成和运行不稳定的问题。
[0008]本技术提供了一种应用于FID的触发电路，包括第一触发模块和第二触发模块，第二触发模块的输入端连接至第一触发模块的输出端，第二触发模块的输出端用于连接外部的主流通电路；第二触发模块为包含多级ABJT的级联电路；第一触发模块用于触发级联电路中的第一级ABJT，ABJT随后逐级导通，使得级联电路中并联充电的电容进行串联放电，在最后一级负载上产生纳秒级别的kV级高压脉冲。
[0009]更进一步地，第一触发模块包括：依次串联连接在0～15V方波电压触发小信号端与地之间的电容C10和电阻R10，电容C10和电阻R10串联连接端作为所述第一触发模块的输出端。
[0010]更进一步地，多级ABJT的级联电路包括第一级电路、第二级电路
……
和第n级电路；第一级电路的输入端作为所述第二触发模块的输入端，第n级电路的输出端作为所述第二触发模块的输出端，第二级电路的输入端连接至第一级电路的输出端，
……
第n级电路的输入端连接至第n
‑
1级电路的输出端。
[0011]其中，第一级电路包括：ABJT1、脉冲负载电阻Rs1、脉冲放电电容C11和限流电阻Rx1；ABJT1的控制端作为所述第一级电路的输入端，ABJT1的输入端通过限流电阻Rx1连接至外部直流电压源DC1的正极，ABJT1的输出端接地，脉冲放电电容C11与脉冲负载电阻Rs1依次串联连接在ABJT1的输入端与地之间；脉冲放电电容C11与脉冲负载电阻Rs1的串联连接端作为第一级电路的输出端；
[0012]第二级电路包括：ABJT2、脉冲负载电阻Rs2、脉冲放电电容C12和限流电阻Rx2；第二级电路中ABJT2的控制端和输出端均作为所述第二级电路的输入端，ABJT2的输入端通过限流电阻Rx2连接至外部直流电压源DC1的正极，脉冲放电电容C12与脉冲负载电阻Rs2依次串联连接在ABJT2的输入端与地之间；脉冲放电电容C12与脉冲负载电阻Rs2的串联连接端作为第二级电路的输出端；
[0013]第n级电路包括：ABJTn、脉冲负载电阻RL、脉冲放电电容C1n和限流电阻Rxn；第n级电路中ABJTn的控制端和输出端均作为所述第n级电路的输入端，ABJTn的输入端通过限流电阻Rxn连接至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于FID的触发电路，其特征在于，包括第一触发模块和第二触发模块，所述第二触发模块的输入端连接至所述第一触发模块的输出端，所述第二触发模块的输出端用于连接外部的主流通电路；所述第二触发模块为包含多级ABJT的级联电路；所述第一触发模块用于触发所述级联电路中的第一级ABJT，ABJT随后逐级导通，使得级联电路中并联充电的电容进行串联放电，在最后一级负载上产生纳秒级别的kV级高压脉冲。2.如权利要求1所述的触发电路，其特征在于，所述第一触发模块包括：依次串联连接在0～15V方波电压触发小信号端与地之间的电容C10和电阻R10，电容C10和电阻R10串联连接端作为所述第一触发模块的输出端。3.如权利要求1或2所述的触发电路，其特征在于，所述多级ABJT的级联电路包括第一级电路、第二级电路
……
和第n级电路；第一级电路的输入端作为所述第二触发模块的输入端，第n级电路的输出端作为所述第二触发模块的输出端，第二级电路的输入端连接至第一级电路的输出端，
……
第n级电路的输入端连接至第n
‑
1级电路的输出端。4.如权利要求3所述的触发电路，其特征在于，所述第一级电路包括：ABJT1、脉冲负载电阻Rs1、脉冲放电电容C11和限流电阻Rx1；ABJT1的控制端作为所述第一级电路的输入端，ABJT1的输入端通过限流电阻Rx1连接至外部直流电压源DC1的正极，ABJT1的输出端接地，脉冲放电电容C11与脉冲负载电阻Rs1依次串联连接在ABJT1的输入端与地之间；脉冲放电电容C11与脉冲负载电阻Rs1的串联连接端作为第一级电路的输出端；所述第二级电路包括：ABJT2、脉冲负载电阻Rs2、脉冲放电电容C12和限流电阻Rx2；第二级电路中ABJT2的控制端和输出端均作为所述第二级电路的输入端，ABJT2的输入端通过限流电阻Rx2连接至外部直流电压源DC1的正极，脉冲放电电容C12与脉冲负载电阻Rs2依次串联连接在ABJT2的输入端与地之间；脉冲放电电容C12与脉冲负载电阻Rs2的串联连接端作为第二级电路的输出端；所述第n级电路包括：ABJTn、脉冲负载电阻RL、脉冲放电电容C1n和限流电阻Rxn；第n级电路中ABJTn的控制端和输出端均作为所述第n级电路的输入端，ABJTn的输入端通过限流电阻Rxn连接至直流电压源DC1的正极，脉冲放电电容C1n的一端连接至ABJTn的输入端，脉冲放电电容C1n的另一端连接至负载电阻RL的一端，负载电阻RL的另一端作为第n级电路的输出端也是第二触发电路的输出端。5.一种FID脉冲产生电路，其特征在于，包括触发电路和主流通电路，所述触发电路包括第一触发模块和第二触发模块，所述第二触发模块的输入端连接至所述第一触发模块的输出端，所述第二触发模块的输出端连接所述主流通电路；所述第二触发模块为包含多级ABJT的级联电路；所述第一触发模块用于触发所述级联电路中的第一级ABJT，ABJT随后逐级导通，使得级联电路中并联充电的电容进行串联放电，在最后一级负载上产生纳秒...

【专利技术属性】
技术研发人员：温凯俊，项卫光，
申请(专利权)人：武汉脉冲芯电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：