大功率固態(tài)開(kāi)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(duì)開(kāi)關(guān)性能有特殊的要求:高的阻斷電壓、短的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間以及大的瞬時(shí)電流。近些年來(lái)隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,大功率固態(tài)開(kāi)關(guān)以其體積小、壽命長(zhǎng)、可靠性高、重復(fù)頻率高等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為了脈沖功率開(kāi)關(guān)的發(fā)展方向,以固態(tài)開(kāi)關(guān)替代傳統(tǒng)的氣體開(kāi)關(guān)已成為脈沖功率技術(shù)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。本論文研究了大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和磁開(kāi)關(guān)在脈沖功率應(yīng)用中的特性,主要包括三個(gè)部分:
　　(1)研究了基于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的全固態(tài)脈沖電壓倍增技術(shù)的實(shí)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?fù)浣Y(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(fù)雙極性隔離充電窄脈沖疊加器。
　　(2)研究了基于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和磁開(kāi)關(guān)的脈沖壓縮與陡化技術(shù)。具體工作包括:測(cè)量了磁芯的脈沖特性,進(jìn)行了一級(jí)和二級(jí)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(guò)實(shí)驗(yàn)證明二級(jí)磁壓縮電路能夠在陡化上升沿,同時(shí)較大程度地降低脈寬,相對(duì)于一級(jí)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(guò)磁脈沖壓縮與陡化之后,輸出電壓脈沖的各項(xiàng)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(kāi)通延遲時(shí)間和電流上升時(shí)間的近似表達(dá)式,指出了晶閘管的脈沖通流能力的限制因素,即一維開(kāi)通過(guò)程中載流子正向渡越時(shí)間和二維開(kāi)通過(guò)程中載流子橫向擴(kuò)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(gè)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(shí)間的差異;提出了利用磁開(kāi)關(guān)的延遲導(dǎo)通效果來(lái)提高GTO的脈沖通流能力、降低開(kāi)通損耗這一新方法。通過(guò)保證一定的延遲時(shí)