基于脉冲变压器RSD直接式预充的设计与研究

基于反向开关晶体管(RSD)的工作原理,提出采用脉冲变压器隔离的直接式触发高压RSD,以解决系统对触发开关要求较高的问题。脉冲变压器的作用是隔离主放电回路的高压,同时在有限的时间内给RSD提供足够的预充电荷且经过一定的时间延迟后饱和。据此,利用变压器等效电路对其进行了设计,得到了变压器及电路的相关参数。利用电路仿真软件Saber仿真脉冲变压器的饱和特性,并进行了实验验证。最后以10kV电压通过RSD对负载放电为例,验证方案的可行性,得到峰值为12kA、底宽15μs、di/dt为2kA/μs的主电流。实验完毕,经测试,器件完好无损。     

半导体RSD开关预充电路设计与研究

利用快速晶闸管设计了一种可用于触发大电流半导体开关的反向导通型双晶复合晶体管(Reversely Switching Dynistor,简称RSD)电路.重点介绍了RSD预充电路参数选择和触发脉冲产生电路的设计,解决了预充电路和主回路RSD开关开通后各电气参数的配合问题.实验结果表明,当预充电路的工作电压约为800 V时,RSD开关的预充峰值电流约为600 A,脉冲宽度约为2 μs,流过RSD开关的脉冲峰值电流可达5.3 kA,脉冲宽度约为10 μs.     

百兆瓦级反向开关晶体管脉冲功率组件及其水下脉冲放电研究

基于反向开关晶体管的工作原理,设计了水下脉冲放电系统.根据负载击穿特性,首次提出不使用磁开关阻断主电压的设计思路,这提高了主电流上升率.确定了实验参数,并进行了放电实验.实验过程可见,在击穿过程中,负载相当于一阻值很小的电阻,且击穿过程有一个时间延迟.在12kV主电压和4kV预充电压下,负载击穿时间约为25μs;反向开关晶体管预充电流峰值为397A,脉宽为3μs;主电流峰值为6.5kA,脉宽为5μs,di/dt为3.2kA/μs.     

大功率RSD开关多单元并联技术

为通过研究多单元并联技术来增大脉冲功率开关RSD(reversely switched dynistor)的功率容量,基于RSD的等离子体双极漂移模型,建立主回路和预充回路的RLC方程,采用四阶龙格-库塔方法迭代计算,得到两支路并联的RSD电流曲线。在一定的仿真条件下,RSD器件参数不同和支路电阻不同引起的电流不平衡率分别为3.56%和19.82%。在RSD并联实验中,内阻1.642mΩ的分流器和非对称连接引起的电流不平衡率分别为12.82%和20.71%。在3000μF主电容、2kV主电压下对并联的两个直径45mm的RSD堆体进行了大电流开通实验,得到了330μs脉宽下32.7kA的峰值电流。仿真和实验结果均表明,在高功率电流的快速开通机制中并联支路分流大小主要由回路参数决定,受RSD动态电阻影响很小。     

大功率超高速半导体开关的换流特性研究

研究了一种应用于激光驱动源的大功率超高速半导体开关反向开关晶体管(RSD)的新结构，以实现ms、ns脉宽、MW以上的高重复率脉冲的产生和控制。RSD具有大面积快速均匀开通、可无限串联、功率大、换流效率高、寿命长的特点。利用单次脉冲试验平台研究了RSD的开通机理及高密度能量转换、允许通过的峰值电流、开通条件与预充、准静态损耗及其di/dt等多项特性。根据经验公式，对小直径RSD做极限电流试验，f 20mm的RSD堆体通过了19.9kA脉冲电流(脉宽30ms)。通过减小主回路电感考核了RSD的高di/dt 耐量特性，放电电压3kV时得到di/dt接近8kA/ms。     

亚毫秒脉冲功率开关RSD的大电流放电试验

对应用于电磁发射脉冲功率电源的反向开关晶体管（Reversely Switched Dynistor,RSD）进行了大电流脉冲换流特性测试。介绍了RSD导通原理,分析了RSD的直接预充、谐振预充和变压器升压预充等三种预充电路。进行了9.5kV脉冲放电试验,试验脉冲电流的峰值为110kA,脉冲宽度为260μs,dit/d...     

基于RSD的脉冲放电系统主回路仿真与试验

研究了基于RSD开关的脉冲放电主回路,应用ATPDraw软件仿真了不同主电容、主电压、负载电阻条件下的输出电流波形,并在测试平台上进行了相应的开通试验.试验研究了不同叠片片数和不同主电压下磁开关的输出电压波形,为其配合RSD使用、保证合适延迟时间提供了依据.进行了直径40mm的RSD管芯极限通流试验,200μs脉宽下获得峰值电流42kA,与经验公式吻合.计算和试验结果都反映了RSD开通电压随峰值电流增大而增大的趋势.     

高功率低重复率RSD器件结构与换流特性研究

为适应重复频率脉冲工况,提出了一种引入缓冲层的反向开关晶体管(Reversely Switched Dynistor,简称RSD)新结构.该结构可协调器件的通态、断态和开关特性.研究了低重复频率下包括大电流特性、损耗特性、关断特性在内的RSD换流特性,大电流试验中直径3英寸的RSD芯片在272μs脉宽下通过了148.8 kA的峰值电流,重复频率试验中获得了20Hz和60Hz下RSD重复开通1000次的电压波形.     

RSD预充时间对开通电压峰值的影响研究

反向开关晶体管(RSD)的开通电压峰值直接影响器件的导通功耗。为研究开通电压峰值的影响因素,从RSD开通机理出发,在直接预充电路的基础上设计了实验方案,得到了同等预充电荷量下开通电压峰值随预充时间的变化趋势。测量结果表明,在一定预充电荷量下,随着预充时间增大,开通电压峰值先减小后增大。结合预充过程中器件内部的SRH复合和俄歇复合效应,提出了有效预充电荷量的概念并以此对实验结果作出解释。     

RSD二维数值模拟与预充过程分析

为了加深对反向开关晶体管(RSD)器件原理的认识,本文基于半导体物理基本方程,在二维元胞单元上利用有限差分的方法建立了RSD器件的数值模型。模型考虑了载流子间散射、SRH和俄歇复合、碰撞电离等物理效应。采用实验电路提取的参数建立了RSD谐振预充触发电路的外电路模型。联合器件模型方程组和谐振触发外电路模型方程,利用Matlab语言采用Runge-Kutta和牛顿迭代的方法求解并获得了器件瞬态载流子分布和电压电流波形。本文在对比实验结果的基础上,解释并说明了模型的有效性和误差的产生原因。基于载流子和电流分布变化数据,详细分析了RSD预充过程。发现了预充过程中存在的强烈俄歇复合现象和电流抽取现象将导致预充电流注入的等离子体大量减少,因此不宜直接采用电流时间积分值计算预充电荷总量。