RSD開關(guān)特性及重頻和間隙負(fù)載放電特性研究.pdf

1、開關(guān)連接著脈沖壓縮系統(tǒng)與負(fù)載，它的性能在一定程度上直接決定了系統(tǒng)輸出脈沖功率的等級(jí)、形狀和穩(wěn)定程度等。RSD（Reversely Switched Dynistor），由于其特殊的結(jié)構(gòu)及工作原理，很適合用作脈沖功率開關(guān)。目前在器件本身及其應(yīng)用方面還存在一些亟待解決的問題。在幾個(gè)國家自然科學(xué)基金的支持下，本學(xué)位論文對RSD器件及其應(yīng)用進(jìn)行了研究。
　　 首先研究了RSD的通態(tài)峰值壓降。通態(tài)峰值壓降是表征器件損耗的一個(gè)重要參數(shù)。軟件

2、仿真分析了RSD通態(tài)峰值壓降的影響因素，發(fā)現(xiàn)在外電路條件相同的情況下，器件的通態(tài)峰值壓降隨著n基區(qū)長度的增大和摻雜濃度的減小而增大。論文在RSD及磁開關(guān)相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，提出給RSD并聯(lián)均壓電阻以減少器件初始電壓的方法來檢測器件的通態(tài)峰值壓降。通過理論推導(dǎo)和電路仿真，優(yōu)化了電路參數(shù)，得到了保證電路可靠工作的參數(shù)，在一定開通電壓下，得到器件的通態(tài)峰值壓降。論文還研究了預(yù)充電流和RSD開通主電壓對器件通態(tài)峰值壓降的影響，發(fā)現(xiàn)預(yù)充越充足和開通

3、主電壓越小，RSD的通態(tài)峰值壓降越小。
　　 研究了RSD的重復(fù)頻率運(yùn)行?；趩纹瑱C(jī)控制觸發(fā)晶閘管，RSD為諧振式預(yù)充，電容在自然充電的條件下，得到了RSD的重復(fù)運(yùn)行特性，但該頻率較低，分析發(fā)現(xiàn)電容的充電速度是限制器件運(yùn)行頻率提高的一個(gè)重要因素。為提高電容的充電速度，將倍壓整流電路引入脈沖功率系統(tǒng)中，其原理是大電容給小電容充電，縮短了電容的充電時(shí)間。基于倍壓整流電路充電，在主放電電壓為1.2kV下得到了RSD在500Hz頻率下的

4、運(yùn)行特性，電流電壓波形均勻平滑，RSD運(yùn)行可靠。隨著RSD運(yùn)行頻率的不斷提高，其關(guān)斷時(shí)間必須加以考慮，后文進(jìn)行了RSD關(guān)斷時(shí)間的檢測。
　　 關(guān)斷時(shí)間是決定器件運(yùn)行上限頻率的一個(gè)重要因素。為估算RSD運(yùn)行的上限頻率，論文研究并測得了RSD的關(guān)斷時(shí)間。設(shè)計(jì)了RSD的關(guān)斷檢測平臺(tái)，根據(jù)平臺(tái)對主回路放電波形的要求，對電路結(jié)構(gòu)和電路參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。在RSD傳統(tǒng)開通電路的基礎(chǔ)上，給RSD二次加電壓，通過檢測RSD上有無電流來判斷器件

5、是否關(guān)斷，如有電流流過，說明器件未關(guān)斷，反之器件已關(guān)斷。單片機(jī)觸發(fā)晶閘管控制平臺(tái)開關(guān)連接著脈沖壓縮系統(tǒng)與負(fù)載，它的性能在一定程度上直接決定了系統(tǒng)輸出脈沖功率的等級(jí)、形狀和穩(wěn)定程度等。RSD（Reversely Switched Dynistor），由于其特殊的結(jié)構(gòu)及工作原理，很適合用作脈沖功率開關(guān)。目前在器件本身及其應(yīng)用方面還存在一些亟待解決的問題。在幾個(gè)國家自然科學(xué)基金的支持下，本學(xué)位論文對RSD器件及其應(yīng)用進(jìn)行了研究。
　　

6、 首先研究了RSD的通態(tài)峰值壓降。通態(tài)峰值壓降是表征器件損耗的一個(gè)重要參數(shù)。軟件仿真分析了RSD通態(tài)峰值壓降的影響因素，發(fā)現(xiàn)在外電路條件相同的情況下，器件的通態(tài)峰值壓降隨著n基區(qū)長度的增大和摻雜濃度的減小而增大。論文在RSD及磁開關(guān)相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，提出給RSD并聯(lián)均壓電阻以減少器件初始電壓的方法來檢測器件的通態(tài)峰值壓降。通過理論推導(dǎo)和電路仿真，優(yōu)化了電路參數(shù)，得到了保證電路可靠工作的參數(shù)，在一定開通電壓下，得到器件的通態(tài)峰值壓降。論文

7、還研究了預(yù)充電流和RSD開通主電壓對器件通態(tài)峰值壓降的影響，發(fā)現(xiàn)預(yù)充越充足和開通主電壓越小，RSD的通態(tài)峰值壓降越小。
　　 研究了RSD的重復(fù)頻率運(yùn)行?；趩纹瑱C(jī)控制觸發(fā)晶閘管，RSD為諧振式預(yù)充，電容在自然充電的條件下，得到了RSD的重復(fù)運(yùn)行特性，但該頻率較低，分析發(fā)現(xiàn)電容的充電速度是限制器件運(yùn)行頻率提高的一個(gè)重要因素。為提高電容的充電速度，將倍壓整流電路引入脈沖功率系統(tǒng)中，其原理是大電容給小電容充電，縮短了電容的充電時(shí)間。

8、基于倍壓整流電路充電，在主放電電壓為1.2kV下得到了RSD在500Hz頻率下的運(yùn)行特性，電流電壓波形均勻平滑，RSD運(yùn)行可靠。隨著RSD運(yùn)行頻率的不斷提高，其關(guān)斷時(shí)間必須加以考慮，后文進(jìn)行了RSD關(guān)斷時(shí)間的檢測。
　　 關(guān)斷時(shí)間是決定器件運(yùn)行上限頻率的一個(gè)重要因素。為估算RSD運(yùn)行的上限頻率，論文研究并測得了RSD的關(guān)斷時(shí)間。設(shè)計(jì)了RSD的關(guān)斷檢測平臺(tái)，根據(jù)平臺(tái)對主回路放電波形的要求，對電路結(jié)構(gòu)和電路參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。在R

9、SD傳統(tǒng)開通電路的基礎(chǔ)上，給RSD二次加電壓，通過檢測RSD上有無電流來判斷器件是否關(guān)斷，如有電流流過，說明器件未關(guān)斷，反之器件已關(guān)斷。單片機(jī)觸發(fā)晶閘管控制平臺(tái)工作，RSD基于諧振式觸發(fā)。在1kV主放電電壓下，得到RSD的關(guān)斷時(shí)間約為49μs，且RSD的關(guān)斷時(shí)間隨著體內(nèi)少子壽命的變長和放電主電壓的增大而呈變長的趨勢。
　　 結(jié)合北京某工程應(yīng)用，研究了RSD在間隙負(fù)載放電中的應(yīng)用。首先研究了間隙負(fù)載的擊穿特性，便與RSD配合使用。

10、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)間隙負(fù)載的擊穿需要一段時(shí)間延遲，在12kV電壓下，負(fù)載的擊穿時(shí)間約為30μs，負(fù)載的這個(gè)特性與磁開關(guān)非常相似，在電路中用負(fù)載代替部分或全部磁開關(guān)以隔離主電壓，而磁開關(guān)在電路中的作用是阻礙預(yù)充電流分流，使其主要從RSD支路流過，以給RSD提供盡可能多的預(yù)充電荷。通過給變壓器原邊的晶閘管反并聯(lián)二極管，給隔離電容上的電荷提供了即時(shí)泄放回路。論文在12kV的主放電電壓下，得到峰值為5.5kA、脈寬為5μs的負(fù)載電流。該設(shè)計(jì)減少了主回路中