基于RSD开关的脉冲放电试验研究-中国电机工程学会.PDF

中国电机工程学会高压专委会2007年学术年会论文集 基于RSD 开关的脉冲放电试验研究 马亮 戴玲 林福昌 梁琳 彭亚斌 华中科技大学 摘要 本文设计了一个基于RSD(ReverselySwitchedDynistor)开关的脉冲放电试验回路，并研究了回路中各元 件参数对脉冲放电电流波形的影响。通过选取适当的回路参数得到峰值40kA、脉宽200μs的脉冲放电电流。最后 指出了RSD在大电流脉冲放电应用中需要克服的关键技术——触发回路的设计及续流问题。 关键词 反向开关晶体管；脉冲大电流；放电回路 [5] p 层构成 。 1 引言 随着脉冲功率技术在军用和民用领域里 的广泛应用，对脉冲功率系统的设计研究受 到越来越多的重视。而开关作为脉冲功率系 统的核心组件一直以来都是阻碍脉冲功率技 [1] 术快速发展的瓶颈 。常用的半导体开关， 如晶闸管、IGBT 和MOSFET 等，由于功率、 通流等方面的不足，制约了它们在大电流脉 冲功率技术中的广泛应用。上世纪80 年代初 图1 RSD 开关结构原理图及元件符号 期，I.V.Grekhov 提出了一种类似晶闸管的新 型电力半导体器件——反向导通双晶复合晶 2.2 RSD 的开通原理 体管 （Reversely Switching Dynistor ，简称 如图 1 所示，当对RSD 施加下正上负的 [2] RSD ） 。相较于传统半导体开关器件，具 主电压时，由于集电结 （J2 结）反偏，RSD 有通流能力强，di/dt 高，寿命长，成本低， 不会开通。而当施加一上正下负的触发电压 损耗小，易于串、并联等一系列优点，因而 + 时，晶体管的n p 低压结 J3 被击穿。此时 [3] 有着广泛的应用前景 。目前，国外已将其 pn 集电结J2 正偏，空穴载流子通过J2 结注 应用于高频大功率脉冲激光器泵浦和环保技 + 入到n 区；相应地，电子由n 区向n 区流入。 术领域的电源系统；而国内对该开关的应用 因此，在n 区中，在集电结J2 处形成一个高 [4] 研究还处于起步阶段 。因此，研究基于RSD 浓度梯度的薄等离子体层P1 。在漂移场作用 开关的脉冲放电回路，着力于研究利用RSD + 下，该薄等离子体层中的空穴载流子向n 区 实现大电流脉冲放电，对于拓展半导体开关 + 移动，经过数十纳秒，等离子体波达到n 区。 在脉冲功率技术中的应用有着重要的意义。 + 在n n 结附近形成第二个高浓度薄等离子体 层P2 。 2 RSD 开关工作原理 此时撤去触发电压，对RSD 施加下正上 负的主电压，晶闸管部分开始其导通过