CN103441699A - 一种高功率的半导体断路开关 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种高功率的半导体断路开关，主开关选用反向触发双极晶闸管（reverse switching dynistor,RSD），反向触发双极晶闸管是一种新型高功率半导体闭合开关，与普通晶闸管相比，RSD的通流能力强、电流变化率、延时抖动小；选用快恢复晶闸管作为初级开关，减小换流过程的能量损失，提高了输出效率。本发明的有益效果是，本发明所提出的基于RSD开关换流的断路开关能够提高输出脉冲的峰值电流、电流变化率、输出效率，减低输出延时和抖动，特别适用于长脉冲大电流应用的领域中。

Description

一种高功率的半导体断路开关
技术领域
本发明涉及一种高功率的半导体断路开关，主要应用于电感储能型脉冲电源系统中。
背景技术
在脉冲功率系统中，常用的断路开关有：机械开关、等离子体熔蚀开关或电爆炸丝开关、晶闸管断路开关和SOS（Semiconductor Opening Switch）等，机械开关、等离子体熔蚀开关或电爆炸丝开关在寿命、维护和重频工作等方面存在一定的问题，晶闸管断路开关和SOS主要受制于器件断路能力。目前商品化的半导体断路开关开断电流的能力约4kA，近年来随着新型半导体RSD开关的发展，为提高新型半导体断路开关的换流能力的提高提供一种新的途径。
基于RSD开关反向强迫换流技术的快速晶闸管断路开关可使断路开关的断路能力提高到几十kA，甚至几百千安。另外，随着脉冲功率源向着小型化、高重复频率、长寿命的方向发展，全固态开关将在的脉冲功率系统中得到广泛的应用。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高功率的半导体断路开关，针对现有基于反向强迫换流的快速晶闸管断路能力低、开通损耗大、输出效率低的问题，提出了基于RSD开关的反向强迫换流电路，减小了系统延时和抖动、提升通流能力、降低开通损耗、提高输出效率。
技术方案
一种高功率的半导体断路开关，其特征在于包括充电电源U、晶闸管Th1、二极管D1,D2,D3、电感L1、电感L2、触发开关S1、触发电容C1、主开关RSD、磁开关MS、换流电容C2和回路电感L0；充电电源U的正端通过串联的晶闸管Th1和二极管D3与回路电感L0连接，回路电感L0的另一端连接充电电源U的负端并接地；电感L1连接于晶闸管Th1与二极管D3的节点和充电电源U的负端；二极管D2、主开关RSD、磁开关MS和换流电容C2的串联电路与二极管D3并联；触发开关S1和电感L2的串联电路与触发电容C1和主开关RSD并联；所述二极管D1与晶闸管Th1反向并联；所述晶闸管Th1和二极管D3反向连接；所述换流电容C2的负端连接回路电感L0。
所述充电电源U为电容器组、电池组或脉冲发电机。
所述RSD触发开关S1为MOS管、IGBT开关或晶闸管。
有益效果
本发明提出的一种高功率的半导体断路开关，主开关选用反向触发双极晶闸管（reverse switching dynistor,RSD），反向触发双极晶闸管是一种新型高功率半导体闭合开关，与普通晶闸管相比，RSD的通流能力强、电流变化率、延时抖动小；选用快恢复晶闸管作为初级开关，减小换流过程的能量损失，提高了输出效率。
本发明的有益效果是，本发明所提出的基于RSD开关换流的断路开关能够提高输出脉冲的峰值电流、电流变化率、输出效率，减低输出延时和抖动，特别适用于长脉冲大电流应用的领域中。
附图说明
图1是本发明的电路原理图
图中，U.充电电源，Th1.晶闸管，D1,D2,D3.二极管，L1.电感，S1.触发开关，C1.触发电容，RSD.主开关，MS.磁开关，C2.换流电容，L0.回路电感或负载电感。
图2是本发明实施例的典型的换流电路输出波形
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
包括充电电源U、晶闸管Th1、二极管D1,D2,D3、电感L1、电感L2、触发开关S1、触发电容C1、主开关RSD、磁开关MS、换流电容C2和回路电感L0；充电电源U的正端通过串联的晶闸管Th1和二极管D3与回路电感L0连接，回路电感L0的另一端连接充电电源U的负端并接地；电感L1连接于晶闸管Th1与二极管D3的节点和充电电源U的负端；二极管D2、主开关RSD、磁开关MS和换流电容C2的串联电路与二极管D3并联；触发开关S1和电感L2的串联电路与触发电容C1和主开关RSD并联；所述二极管D1与晶闸管Th1反向并联；所述晶闸管Th1和二极管D3反向连接；所述换流电容C2的负端连接回路电感L0。
所述充电电源U为电容器组、电池组或脉冲发电机。
所述RSD触发开关S1为MOS管、IGBT开关或晶闸管。
本发明实施例的工作过程是：(1)初始状态，电容C1、C2充电至一定电压。(2)利用电源U通过晶闸管Th1对电感L1充电；(2)当充电电流达到峰值电流时刻时，触发开关S1开通，触发开关导通，电容C1通过触发开关S1谐振放电；(3)在触发开关S1导通过程中，由于磁开关MS的阻抗很大，隔离了主放电回路和触发回路；（4）当电容C2上电压反向时，由于RSD开关S1反向阻抗很低，为RSD开关提供一反向触发电流；（5）当磁开关MS饱和时，同时触发回路提供的触发电荷量大于临界触发电荷量时，RSD开关导通；（6）换流回路形成一反向换流电流，使晶闸管Th1关断；（7）当晶闸管关断后，储能电感并联通过负载放电，负载上获得一脉冲大电流。
图2是本发明实施例的典型的换流电路输出波形。换流电路峰值电流为12kA，换流成功时的输出电流约5kA。

Claims (3)

1.一种高功率的半导体断路开关，其特征在于包括充电电源U、晶闸管Th1、二极管D1,D2,D3、电感L1、电感L2、触发开关S1、触发电容C1、主开关RSD、磁开关MS、换流电容C2和回路电感L0；充电电源U的正端通过串联的晶闸管Th1和二极管D3与回路电感L0连接，回路电感L0的另一端连接充电电源U的负端并接地；电感L1连接于晶闸管Th1与二极管D3的节点和充电电源U的负端；二极管D2、主开关RSD、磁开关MS和换流电容C2的串联电路与二极管D3并联；触发开关S1和电感L2的串联电路与触发电容C1和主开关RSD并联；所述二极管D1与晶闸管Th1反向并联；所述晶闸管Th1和二极管D3反向连接；所述换流电容C2的负端连接回路电感L0。
2.根据权利要求1所述高功率的半导体断路开关，其特征在于：所述充电电源U为电容器组、电池组或脉冲发电机。
3.根据权利要求1所述高功率的半导体断路开关，其特征在于：所述RSD触发开关S1为MOS管、IGBT开关或晶闸管。
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