[實用新型]一種光控晶閘管及其觸發控制系統

有效

• 申請號: 201721786480.4
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN207801884U
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 王凌云;袁建強;劉宏偉;謝衛平
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H03K17/04
• 分類號: H03K17/04;H03K17/567;H03K17/78
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 田甜

本實用新型公開了一種光控晶閘管及其觸發控制系統，該觸發控制系統包含光控晶閘管、用于產生激光觸發信號以觸發光控晶閘管的激光驅動裝置、將激光驅動裝置產生的激光傳輸至晶閘管門極的光纖。該光控晶閘管采用脈沖激光進行觸發控制，具備高電壓、大電流、快導通速度、低抖動、良好的抗電磁干擾性能等特點。

技術領域

本實用新型涉及脈沖功率技術領域，具體涉及一種光控晶閘管及其觸發控制系統。

背景技術

在電氣科學與工程中的脈沖功率與電力電子系統中，開關是其中最為關鍵的器件之一，其水平直接決定了功率源的輸出性能。傳統的氣體開關在體積、重復頻率運行等方面受到了限制，而固體開關以其體積小、能夠重復頻率運行等優勢成為研究熱點。在晶閘管、IGBT、 MOSFET、光導開關這幾種半導體開關中，高壓晶閘管在半導體開關中功率容量是最大的，可靠性較高，但導通速度是最慢的。而光導半導體開關的開關導通速度最快，并且具有光電隔離，但輔助系統龐大。即在現有的開關結構中，怎樣實現導通速度快的同時減小輔助系統是值得研究的課題。

實用新型內容

本實用新型為了解決上述技術問題提供一種光控晶閘管及其觸發控制系統。

本實用新型通過下述技術方案實現：

一種光控晶閘管，采用脈沖激光進行觸發控制，其中包括光控晶閘管芯片，所述光控晶閘管芯片的門極為單點、多點或多區域網格狀，該門極是一種非歐姆接觸型的光生載流子半導體區域。光控晶閘管具備高電壓、大電流、快速導通、低抖動、良好的抗電磁干擾性能等特點，且其借助的輔助系統體積小。

現有的晶閘管一般為電觸發結構，觸發門極為單點或螺旋狀，采用歐姆接觸引出觸發極，使用電信號進行觸發控制。當觸發電壓或電流加載上后，載流子開始擴散倍增，這種觸發方式載流子擴散速度慢、故導通速度較慢，一般為數百安每微秒，脈沖型晶閘管的開通速度一般為幾千安每微秒以下。另一種電力光控晶閘管，門極為單個整圓，通過輸入弱光進行誘導觸發控制，當晶閘管開啟后，依靠載流子橫向擴散，逐步實現擴散導通。這種光控晶閘管和普通晶閘管的開通相同，導通原理是載流子橫向擴散主導的，所以導通速度也比較慢，一般為數百安每微秒。本實用新型的光控晶閘管，門極為單點、多點或多區域網格狀，是一種非歐姆接觸型的光生載流子半導體區域，當具備一定功率的激光照射后，將形成大面積光生載流子，光生載流子直接致使開關導通，并伴隨載流子徑向擴散，使光控晶閘管快速導通。由于激光前沿較快，觸發機制為激光輻照半導體材料產生載流子，導通原理是以光生載流子直接導通主導的，故導通速度可達數十至上百千安每微秒。

一種光控晶閘管觸發控制系統，包括上述的光控晶閘管、用于產生激光觸發信號以觸發光控晶閘管的激光驅動裝置、將激光驅動裝置產生的激光傳輸至晶閘管門極的光纖。采用該結構的光控晶閘管觸發控制系統，不僅實現快速導通且采用的激光驅動裝置等輔助系統的體積小。由于觸發激光前沿較快、并且抖動較小，光控晶閘管的導通原理是光生載流子直接導通為主導的，故開關具有高電流上升率、低抖動的優勢。加之采用了能量光纖隔離傳輸觸發信號，所以基于光控晶閘管及其觸發控制的系統具備抗干擾能力強的優勢。

由于半導體材料的光吸收波長有特定限制，觸發為激光信號，波長一般為： 694nm～1310nm，所述激光驅動裝置包括依次連接的窄脈沖快前沿電流產生模塊和激光二極管，所述窄脈沖快前沿電流產生模塊包括：

提供低壓直流轉多種不同直流電壓的供電模塊；

將低壓直流轉變為高壓直流的升壓模塊；

阻容元件：用于存儲電能、大電流放電的電容，電容的內感和內阻非常低，一般內感小于數十納亨,內阻小于數十毫歐。用于放電吸收的電阻元件，電阻元件的電感很低，一般小于數十納亨；

射頻MOSFET：阻容元件存儲的電能通過射頻MOSFET器件釋放至激光二極管；

控制電路：用于控制射頻MOSFET器件導通，可調節輸出電流的幅值、脈寬、頻率等。