脈沖開(kāi)關(guān)器件RSD應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、反向開(kāi)關(guān)晶體管RSD（Reversely Switched Dynistor）擁有無(wú)限串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高電壓、承受很高的電流上升率（di/dt耐量理論上可達(dá)到100kA/μs）、高電流峰值等優(yōu)點(diǎn)。在脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域中如：在高壓水槍碎石機(jī)中要求di/dt耐量為30kA/μs，脈沖電流高達(dá)250kA；而在高壓直流輸電領(lǐng)域中，如：特高壓智能避雷器中要求開(kāi)關(guān)能承受高達(dá)87kA/μs，電流峰值為52.9kA；而在高壓直流斷路器中要求切斷110kV的電壓。

2、因此，在脈沖功率技術(shù)以及高壓直流輸電等領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用潛力。但是，要實(shí)現(xiàn)RSD全面積的開(kāi)通，對(duì)于觸發(fā)電流要求比較苛刻。因此探索高效的觸發(fā)電路，是研究RSD應(yīng)用的關(guān)鍵性問(wèn)題。
　　本文首先介紹了RSD的結(jié)構(gòu)，討論了采用反向注入載流子的預(yù)充方式的RSD開(kāi)通機(jī)理和正常開(kāi)通所需預(yù)充電荷量。在此基礎(chǔ)上，利用正向晶閘管與反并聯(lián)二極管模型建立了RSD的電路級(jí)模型。接著介紹了磁開(kāi)關(guān)的工作原理，利用磁開(kāi)關(guān)飽和前后電感值的突變的現(xiàn)象并建立了電路級(jí)模

3、型，然后設(shè)計(jì)了磁開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)參數(shù)平臺(tái)。隨后對(duì)RSD的常用觸發(fā)電路（諧振觸發(fā)）研究，提出基于RSD的電路級(jí)模型和RLC二階電路模型的物理模型，來(lái)研究RSD諧振觸發(fā)電路的預(yù)充電流的方法，并發(fā)現(xiàn)減小預(yù)充電感能增大預(yù)充電流的幅值有助于RSD預(yù)充效率的提高，然后用計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這個(gè)上訴結(jié)論的正確性。
　　最后基于RSD的開(kāi)通機(jī)理以及諧振觸發(fā)電路的研究結(jié)果，本文提出了三種改善RSD預(yù)充的方法，并設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的高效觸發(fā)電路以及電路的輔助系統(tǒng)—

4、全橋觸發(fā)、強(qiáng)脈沖觸發(fā)、兩步法觸發(fā)。例如：相對(duì)于諧振觸發(fā)方式，全橋觸發(fā)方式利用開(kāi)關(guān)橋替代諧振觸發(fā)方式中的電感換流，能有效抑制觸發(fā)電路中的電流振蕩現(xiàn)象，提升電流幅值，最終達(dá)到增加預(yù)充電荷量的目的，從而提升了觸發(fā)電路的效率。而強(qiáng)脈沖觸發(fā)方式，在增大預(yù)充電流幅值的同時(shí)減小了預(yù)充時(shí)間，從而減小了電荷在期間內(nèi)的復(fù)合損失，帶來(lái)觸發(fā)效率的提高。最后兩步法觸發(fā)能減小漂移場(chǎng)對(duì)RSD的預(yù)充影響，提升RSD的有效等離子體的積累，最終達(dá)到提升預(yù)充效率的目的。實(shí)驗(yàn)