论文部分内容阅读
目前,固态脉冲功率技术正处在一个飞速发展阶段,即重复频率应用阶段。固态重频脉冲电源的发展,在很大的程度上依赖于开关技术的突破。现下,该领域最具有应用前景的开关是反向触发双晶复合晶体管RSD(Reversely Switched Dynistor),单晶片可以承受几千伏高电压、流通上百千安培大电流、并且实现微秒/纳秒级内的高速开通。目前由高压RSDs组件构成的高重复频率固态脉冲源,在国内至今还未见有正式应用的报导。究其原因,一是由于传统触发模式带来的高触发能耗阻碍了其在重频脉冲源当中的应用;二是因为RSD特殊的触发控制方式,缺少专用的组件化结构设计,使其在不同耐压、容量需求下,具备可拓展性和灵活性。 本文的研究内容主要侧重于一种低损耗的触发技术,相比于传统控制方式,在相接近的触发电荷作用下,能够增强RSD的饱和导通程度,使其更加适用于重复频率工作的脉冲放电系统。 首先,介绍了RSD独特的内部结构与工作机理,明确阐述了RSD可靠导通所需具备的物理条件,即在预充阶段通过形成分布均匀的等离子层,积累足够的预充电荷。此外,介绍了当前几种常用的RSD触发方式,对比了各自的电路特征。 其次,针对常规触发方式存在的不足,提出一种正反双向触发电路,对RSD触发过程进行分阶段建模,完成新型触发电路参数的设计与优化改进。双向预充技术在本质上,是通过增加的正向电荷预充阶段,降低器件在触发过程中的导通压降尖峰,从而减少换流损耗,降低重频放电工况下的器件的发热。 然后,论文对高压RSDs堆体结构进行设计,并建立完整的充、放电系统。在快脉冲放电对结构紧凑性高要求的前提下,为使放电系统对高电压拓展具有灵活性,对单元RSD及其触发电路采取可级联模块化设计;同时,对与RSD配合使用的磁开关及其复位功能展开设计,并对可饱和磁芯进行选型和参数测试。 最后,基于RSD固态脉冲源平台,开展如下实验:获得单次放电在3模块级联下,开通1.8kV电压得到上升率1.2kA/μs的放电电流;重复频率工作模式下,在重复频率0.15Hz下,得到幅值1.8kA,上升率1.2kA/μs的放电电流。通过将仿真结果与实验结果对比,可得到正反双向预充电路的设计的可行性;通过与传统谐振触发的对比实验,可得到正反双向触发电路降低能耗方面的优越性。