大功率固態(tài)開關(guān)在脈沖功率應(yīng)用中的特性研究.pdf

1、脈沖功率系統(tǒng)對開關(guān)性能有特殊的要求:高的阻斷電壓、短的開通和關(guān)斷時間以及大的瞬時電流。近些年來隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)的進步,大功率固態(tài)開關(guān)以其體積小、壽命長、可靠性高、重復(fù)頻率高等優(yōu)點,逐漸成為了脈沖功率開關(guān)的發(fā)展方向,以固態(tài)開關(guān)替代傳統(tǒng)的氣體開關(guān)已成為脈沖功率技術(shù)的研究熱點和發(fā)展趨勢。本論文研究了大功率半導(dǎo)體開關(guān)和磁開關(guān)在脈沖功率應(yīng)用中的特性,主要包括三個部分:
　　(1)研究了基于半導(dǎo)體開關(guān)的全固態(tài)脈沖電壓倍增技術(shù)的實現(xiàn)方案,分析

2、了影響電壓倍增電路輸出電壓上升沿的因素。其中關(guān)于雙極性脈沖發(fā)生器的拓撲結(jié)構(gòu)和工作原理的系統(tǒng)論述尚屬首次。研制了具有20kV峰值電壓、1.5～5μs可調(diào)脈寬、5kHz重復(fù)頻率脈沖輸出的單極性全固態(tài)Marx發(fā)生器和2kV峰值電壓、200ns脈寬、20kHz重復(fù)頻率脈沖輸出的正負雙極性隔離充電窄脈沖疊加器。
　　(2)研究了基于半導(dǎo)體開關(guān)和磁開關(guān)的脈沖壓縮與陡化技術(shù)。具體工作包括:測量了磁芯的脈沖特性,進行了一級和二級磁脈沖壓縮電路的理

3、論分析。在此基礎(chǔ)上,提出了將磁脈沖壓縮陡化技術(shù)與全固態(tài)Marx發(fā)生器相結(jié)合這一新的方案,并通過實驗證明二級磁壓縮電路能夠在陡化上升沿,同時較大程度地降低脈寬,相對于一級磁壓縮電路更適合于和全固態(tài)Marx發(fā)生器配合工作。經(jīng)過磁脈沖壓縮與陡化之后,輸出電壓脈沖的各項參數(shù)是:峰值電壓20kV,上升沿200ns,FWHM(Full-WidthatHalfMaximum,半高寬)500ns,脈沖重復(fù)頻率5kHz。
　　(3)研究了晶閘管和G

4、TO器件的脈沖通流特性。具體工作包括:推導(dǎo)出了晶閘管開通延遲時間和電流上升時間的近似表達式,指出了晶閘管的脈沖通流能力的限制因素,即一維開通過程中載流子正向渡越時間和二維開通過程中載流子橫向擴展速度:建立了GTO的Pspice多元胞仿真模型,指出了導(dǎo)致脈沖大電流沖擊下各個單元內(nèi)電流分配不均的主要原因,即不同單元載流子正向渡越時間的差異;提出了利用磁開關(guān)的延遲導(dǎo)通效果來提高GTO的脈沖通流能力、降低開通損耗這一新方法。通過保證一定的延遲時