[發(fā)明專利]一種RBDT器件的觸發(fā)電路及其在脈沖發(fā)生器的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110383181.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113098317B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁琳;黃鑫遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M9/04
• 分類號(hào): H02M9/04;H02M3/28;H03K3/02
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 鄧彥彥;廖盈春

本發(fā)明提供了一種RBDT器件的觸發(fā)電路及其在脈沖發(fā)生器的應(yīng)用，使用基于DSRD器件的脈沖功率電路作為RBDT器件的觸發(fā)電路，由于DSRD器件工作原理的特殊性，DSRD器件可以多個(gè)器件直接串聯(lián)在一起使用，不存在多個(gè)全控開(kāi)關(guān)管的觸發(fā)的同步性要求，可以提高脈沖發(fā)生器的可靠性，此外基于DSRD器件的觸發(fā)電路相比于現(xiàn)有的Marx發(fā)生器體積更為緊湊，需要的全控開(kāi)關(guān)管數(shù)目更少，可以減小脈沖發(fā)生器的體積，簡(jiǎn)化脈沖發(fā)生器的控制，而且基于DSRD器件的觸發(fā)電路輸出電壓上升率更高，可以優(yōu)化RBDT器件的工作特性，提高脈沖發(fā)生器的效率。采用含有可飽和變壓器的DSRD器件的觸發(fā)電路拓?fù)洌梢越档蛯?duì)原邊開(kāi)關(guān)管Q的耐壓等級(jí)要求，節(jié)省脈沖發(fā)生器的成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于脈沖功率電路領(lǐng)域，更具體地，涉及一種RBDT器件的觸發(fā)電路及其在脈沖發(fā)生器的應(yīng)用。

背景技術(shù)

脈沖功率技術(shù)是研究在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間里把能量存儲(chǔ)起來(lái)，然后經(jīng)過(guò)快速壓縮、轉(zhuǎn)換，最后有效釋放給負(fù)載的新興科技領(lǐng)域。脈沖功率技術(shù)在科學(xué)研究和軍事應(yīng)用上有著非常重要的作用，其在軍事上的應(yīng)用體現(xiàn)在：核爆輻射效應(yīng)模擬，慣性約束核聚變，高功率微波驅(qū)動(dòng)源，電磁發(fā)射以及高功率激光等。此外，隨著脈沖功率技術(shù)的不斷發(fā)展，脈沖功率技術(shù)開(kāi)始被逐漸應(yīng)用于處理廢氣廢水、材料制備、消毒滅菌和礦井物探等民用和工業(yè)領(lǐng)域。

開(kāi)關(guān)是脈沖功率系統(tǒng)關(guān)鍵部件之一，一般都希望開(kāi)關(guān)耐壓等級(jí)高、導(dǎo)通電流大、開(kāi)關(guān)速度快以及重復(fù)頻率高。常規(guī)的氣體開(kāi)關(guān)雖然電壓等級(jí)高、開(kāi)通速度快，但其壽命有限、重復(fù)頻率難以提高。因此，半導(dǎo)體器件由于具有重復(fù)頻率高、壽命長(zhǎng)、可靠性高以及成本相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是脈沖功率領(lǐng)域最具有發(fā)展前景的開(kāi)關(guān)之一。

其中，漂移階躍恢復(fù)二極管(Drift Step Recovery Diode，DSRD)器件和反向阻斷雙端固態(tài)閘流管(Reverse Blocking Diode Thyristor，RBDT)器件是針對(duì)于脈沖功率應(yīng)用專門提出和設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體器件。DSRD器件是俄羅斯相關(guān)研究人員提出的一種斷路型半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，DSRD器件只有兩個(gè)電極：陽(yáng)極和陰極。其工作原理如下所示，先在DSRD器件的陽(yáng)極和陰極之間施加一個(gè)正向電壓，此時(shí)DSRD器件處于正向?qū)顟B(tài)，DSRD器件的電流從陽(yáng)極流向陰極，即DSRD器件流過(guò)正向電流，這個(gè)過(guò)程持續(xù)大概幾百ns，在這個(gè)過(guò)程中DSRD器件被注入大量的電子空穴等離子體。隨后，在DSRD器件的陽(yáng)極和陰極之間施加一個(gè)反向電壓，此時(shí)流過(guò)DSRD器件的電流反向，電流從陰極流向陽(yáng)極，即DSRD器件流過(guò)反向電流，在這個(gè)過(guò)程中，前一階段正向電流在DSRD器件中注入的等離子體被抽取出，等到DSRD器件內(nèi)部電荷被抽取完畢，流過(guò)DSRD器件的反向電流被迅速截?cái)啵聪螂娏鲿?huì)被轉(zhuǎn)移到與DSRD器件并聯(lián)的負(fù)載上去，從而在負(fù)載上產(chǎn)生具有幾個(gè)至十幾個(gè)納秒前沿的電壓脈沖，其最大電壓上升率可達(dá)數(shù)kV/ns。

RBDT器件是由美國(guó)研究人員提出的，利用具有較高電壓上升率的脈沖來(lái)觸發(fā)導(dǎo)通的閉合型半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。RBDT器件與DSRD器件類似，也只有兩個(gè)電極：陽(yáng)極和陰極，其正向(陽(yáng)極到陰極)與反向(陰極到陽(yáng)極)均有阻斷電壓的能力。RBDT器件在工作時(shí)，正向阻斷一定的電壓，隨后在需要RBDT器件導(dǎo)通時(shí)，在正向施加電壓上升率超過(guò)數(shù)V/ns的觸發(fā)電壓脈沖，隨后RBDT器件將從高阻抗阻斷狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩箤?dǎo)通狀態(tài)，從而在負(fù)載上產(chǎn)生脈沖。由于RBDT器件是通過(guò)高dv/dt(電壓變化率)觸發(fā)的，而不是類似于晶閘管通過(guò)門極觸發(fā)，因此RBDT器件有著更大的初始導(dǎo)通面積，器件電流能夠在開(kāi)通后迅速達(dá)到額定值。所以，RBDT器件相比于晶閘管更適合于應(yīng)用在脈沖功率領(lǐng)域。

然而，RBDT器件的觸發(fā)導(dǎo)通需要電壓上升率超過(guò)數(shù)V/ns的觸發(fā)電壓脈沖，因此需要有專門的觸發(fā)回路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，這給RBDT器件的使用帶來(lái)了不便，限制了RBDT器件的應(yīng)用。通常情況下，RBDT器件的阻斷電壓為1000V左右，觸發(fā)其導(dǎo)通時(shí)，RBDT器件兩端的電壓會(huì)比阻斷電壓大幾百V，因此RBDT器件的觸發(fā)回路需要能夠提供電壓上升率超過(guò)數(shù)V/ns、最大峰值電壓超過(guò)1000V的電壓脈沖。