基于RSD的重频脉冲功率系统的设计与实现

摘要

大功率超高速半导体开关RSD（Reversely Switched Dynistor）在微秒和亚微秒量级的高压大电流领域具有明显的优势，开通时的速度很快并且能承受很高的电流和di/dt。本文首先介绍了RSD的结构及其换流原理，讨论了采用反向注入控制的预充方式的RSD开通机理和正常开通所需预充电荷量的推算过程。接着对RSD脉冲放电电路设计进行了研究：直接式预充和谐振式预充。直接式预充相对简单，预充电压、电流调节非常方便，但一般只适合应用在RSD的单次开通；谐振触发方式适合于大功率的应用，可靠性高，适合应用在RSD的重复开通。随后在介绍磁开关的机理的基础上，研究了它与RSD的配合应用。采用简单的RLC振荡电路通过实验拟合得到了磁开关的磁滞回线并提取相关参数，并计算出磁开关的阻断时间，同时研究了磁开关所引入的饱和电感对电路的影响，以及磁开关的损耗并给出了减少损耗的设计方法，还对磁开关的消磁电路进行了设计。最后研究了基于RSD的重频脉冲功率系统，首先介绍了该重频系统的组成：充电模块、驱动模块、电路保护模块、散热模块、RSD重频电路模块和负载。随后对每一个模块进行了设计和分析。最后针对不同的充电模块分别建立了模型进行实验。
　　 本研究结果表明，基于RSD的重频脉冲功率系统工作正常。工频变压器充电的方式简单，维护方便，但频率很低，实验中获得了频率为0.056Hz，导通电流峰值约为548A，脉宽为3.2μs，di/dt达3.42×102 A/μs的重频波形；倍压大电容充电方式可以获得很高的频率，但是存在大电流充电脉冲，影响元件的寿命，实验中获得了频率分别为10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、60Hz，其工作电压为2200～2400V，电流峰值为2300～2500A，di/dt约为500A/μs的波形；开关电源逆变充电方式具有充电电流平稳，速度快的优点，但是系统复杂，成本较高，实验中获得了频率为10Hz、电压约为3100V，电流高达6500A，di/dt约为1300A/μs的波形。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪言

2 RSD 的基本工作原理

3 RSD 电路设计

4 磁开关

5 基于RSD 的重频脉冲功率系统的实验与分析

6 结论和展望

致 谢

参考文献

附录