[實用新型]基于兩端半導體功率開關的RSD觸發(fā)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201620058660.X
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN205377817U
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 彭亞斌;盧社階;雷濤;劉紀磊
• 申請（專利權）人: 湖北科技學院
• 主分類號: H03K3/57
• 分類號: H03K3/57
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及半導體開關技術領域，具體來說涉及一種基于兩端半導體功率開關的RSD觸發(fā)電路。

背景技術

20世紀80年代，前蘇聯(lián)院士I.V.Grekhov發(fā)明的反向開關晶體管(RSD)可以實現(xiàn)高di/dt大電流微秒開通。RSD器件是一種由數(shù)萬個晶閘管與晶體管元胞相間并聯(lián)排列的器件，沒有普通晶閘管的控制極，采用可控等離子體層觸發(fā)方式，反向注入觸發(fā)電流，在整個芯片面積上實現(xiàn)了同步均勻導通，從器件原理上消除了普通晶閘管器件存在的開通局部化現(xiàn)象，從而實現(xiàn)高di/dt微秒開通，同時在短時間內通過很大的電流。RSD開關的典型觸發(fā)(預充)電路有直接預充、諧振預充、變壓器升壓預充等三種。單個RSD器件的觸發(fā)方式有直接觸發(fā)、諧振觸發(fā)兩種，采用直接觸發(fā)開通方式開通效率高，損耗小，充電電路結構較復雜，多應用于單次脈沖放電。諧振觸發(fā)的能量損耗較大，但較直接觸發(fā)更易于實現(xiàn)控制，更適用于重復頻率脈沖放電。多只RSD器件串聯(lián)組成的RSD開關的觸發(fā)可以采用直接觸發(fā)、諧振觸發(fā)和變壓器升壓觸發(fā)等方式。根據(jù)不同實際應用的需要，采用不同的RSD觸發(fā)電路。發(fā)明專利《一種反向開關晶體管的觸發(fā)電路》(編號CN201310109983.8)采用H橋式觸發(fā)電路用于低壓大電流RSD器件的觸發(fā)，預充電容的充電和放電分別由H橋的兩組對角線晶閘管開關或IGBT開關控制，與傳統(tǒng)預充電路相比，該電路結合了直接觸發(fā)和諧振觸發(fā)電路的優(yōu)點，提高了RSD的預充效率。但是與傳統(tǒng)預充電路相比，該電路增加了三個半導體預充開關，預充電路的控制系統(tǒng)更復雜，顯著增加了預充開關的成本，而且只適用于低壓RSD開關的觸發(fā)，降低了改進型電路的實用性。

實用新型內容

為解決上述問題，本實用新型提供了一種基于兩端半導體功率開關及磁開關的RSD觸發(fā)電路。本實用新型專利同時具有直接預充和諧振預充的優(yōu)勢，并避免了這兩種觸發(fā)電路的缺點，縮短了放電延時元件-磁開關L的延遲時間，減少了L的磁芯體積和成本，降低了L的損耗及飽和電感，有利于提高電路的di/dt，增加了元件的參數(shù)匹配范圍，簡化了電路設計難度，可靠性高，提高了預充電荷的利用率。

所采用的具體技術方案如下：

一種基于兩端半導體功率開關的RSD觸發(fā)電路，包括充電電路，放電主電路，RSD觸發(fā)電路和控制電路；所述放電主電路串聯(lián)RSD觸發(fā)電路，所述充電電路并聯(lián)于主電路、RSD觸發(fā)電路兩端；所述控制電路并聯(lián)于充電電路和RSD觸發(fā)電路兩端；所述放電主電路包括依序串聯(lián)的RSD開關、磁環(huán)L、主電容C0和負載Z0；所述RSD觸發(fā)電路包括脈沖電源，磁開關L2，半導體開關K21、半導體開關K22，磁開關L21，磁開關L22和觸發(fā)電容Cc；所述脈沖電源、半導體開關K21、RSD開關、半導體開關K22、觸發(fā)電容Cc依序串聯(lián)、構成RSD觸發(fā)電流回路；所述磁開關L21并聯(lián)于RSD開關與半導體開關K22兩端；所述磁開關L22并聯(lián)于半導體開關K22與觸發(fā)電容Cc的兩端；所述磁開關L2并聯(lián)于半導體開關K21、磁開關L21與觸發(fā)電容Cc的兩端。

通過采用這種電路結構，其工作過程如下：

脈沖電源輸出高di/dt窄脈沖電流i1，電流的走向為脈沖電源-K21-RSD-Cc-脈沖電源，i1為小直徑半導體開關K21、K22的反向預充電流。當磁開關L2飽和后，i1下降為0，Cc的電壓施加在K21、K22上，K21、K22正向導通，RSD反向導通。觸發(fā)電容Cc通過K21、K22放電，形成RSD的反向預充電流，電流路徑是Cc-K22-RSD-K21-L2-Cc。L飽和后，主電容C0通過RSD放電，在負載Z0上形成所需的脈沖電流i3，電流走向為C0-L-RSD-Z0-C0。當L21和L22飽和后，觸發(fā)電容Cc的放電路徑為Cc-K21-L21-Cc，以及Cc-K22-L22-Cc。

優(yōu)選的是，所述磁開關L21、磁開關L22由導線在鐵氧體或環(huán)形微晶鐵氧體薄膜的磁芯上纏繞若干圈構成。

更優(yōu)選的是，所述脈沖電源可采用任何滿足電路要求的各種類型重復頻率脈沖電源，脈沖電源采用基于RSD或晶閘管或IGBT或功率MOSFET或IGCT或GTO的脈沖電源其他半導體功率開關。當采用基于晶閘管的脈沖電源時，本脈沖電源分為充電電路和放電電路兩部分。其中，放電電源包括放電電容C0、磁開關L、半導體功率開關K，輸出K21、K22的觸發(fā)電流。K采用基于IGBT或功率MOSFET或IGCT或GTO的半導體功率開關?；蚱渌税雽w功率器件。