CN105720951B - 基于两端半导体功率开关的rsd触发电路 - Google Patents

基于两端半导体功率开关的rsd触发电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路，包括充电电路，放电主电路，RSD触发电路和控制电路。放电主电路串联RSD触发电路，充电电路并联于主电路、RSD触发电路两端；控制电路并联于充电电路和RSD触发电路两端；放电主电路包括依序串联的RSD开关、磁环L、主电容C0和负载Z0；RSD触发电路包括脉冲电源，磁开关L2，半导体开关K21，半导体开关K22，磁开关L21，磁开关L22和触发电容Cc。本发明同时具有直接预充和谐振预充的优势，增加了元件的参数匹配范围，简化了电路设计难度，可靠性高，减小了磁芯的总体积，提高了预充电荷的利用率。

Description

基于两端半导体功率开关的RSD触发电路
技术领域
本发明涉及半导体开关技术领域，具体来说涉及一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路。
背景技术
20世纪80年代，前苏联院士I.V.Grekhov发明的反向开关晶体管(RSD)可以实现高di/dt大电流微秒开通。RSD器件是一种由数万个晶闸管与晶体管元胞相间并联排列的器件，没有普通晶闸管的控制极，采用可控等离子体层触发方式，反向注入触发电流，在整个芯片面积上实现了同步均匀导通，从器件原理上消除了普通晶闸管器件存在的开通局部化现象，从而实现高di/dt微秒开通，同时在短时间内通过很大的电流。RSD开关的典型触发(预充)电路有直接预充、谐振预充、变压器升压预充等三种。单个RSD器件的触发方式有直接触发、谐振触发两种，采用直接触发开通方式开通效率高，损耗小，充电电路结构较复杂，多应用于单次脉冲放电。谐振触发的能量损耗较大，但较直接触发更易于实现控制，更适用于重复频率脉冲放电。多只RSD器件串联组成的RSD开关的触发可以采用直接触发、谐振触发和变压器升压触发等方式。根据不同实际应用的需要，采用不同的RSD触发电路。发明专利《一种反向开关晶体管的触发电路》(编号CN201310109983.8)采用H桥式触发电路用于低压大电流RSD器件的触发，预充电容的充电和放电分别由H桥的两组对角线晶闸管开关或IGBT开关控制，与传统预充电路相比，该电路结合了直接触发和谐振触发电路的优点，提高了RSD的预充效率。但是与传统预充电路相比，该电路增加了三个半导体预充开关，预充电路的控制系统更复杂，显著增加了预充开关的成本，而且只适用于低压RSD开关的触发，降低了改进型电路的实用性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于两端半导体功率开关及磁开关的RSD触发电路。本发明专利同时具有直接预充和谐振预充的优势，并避免了这两种触发电路的缺点，缩短了放电延时元件-磁开关L的延迟时间，减少了L的磁芯体积和成本，降低了L的损耗及饱和电感，有利于提高电路的di/dt，增加了元件的参数匹配范围，简化了电路设计难度，可靠性高，提高了预充电荷的利用率。
所采用的具体技术方案如下：
一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路，包括充电电路，放电主电路，RSD触发电路和控制电路；所述放电主电路串联RSD触发电路，所述充电电路并联于主电路、RSD触发电路两端；所述控制电路并联于充电电路和RSD触发电路两端；所述放电主电路包括依序串联的RSD开关、磁环L、主电容C0和负载Z0；所述RSD触发电路包括脉冲电源，磁开关L2，半导体开关K21、半导体开关K22，磁开关L21，磁开关L22和触发电容Cc；所述脉冲电源、半导体开关K21、RSD开关、半导体开关K22、触发电容Cc依序串联、构成RSD触发电流回路；所述磁开关L21串联半导体开K22后与RSD开关并联；所述磁开关L22串联触发电容Cc后与半导体开关K22并联；所述磁开关L2串联半导体开关K21和触发电容Cc与磁开关L21并联。
通过采用这种电路结构，其工作过程如下：
脉冲电源输出高di/dt窄脉冲电流i1，电流的走向为脉冲电源-K21-RSD-Cc-脉冲电源，i1为小直径半导体开关K21、K22的反向预充电流。当磁开关L2饱和后，i1下降为0，Cc的电压施加在K21、K22上，K21、K22正向导通，RSD反向导通。触发电容Cc通过K21、K22放电，形成RSD的反向预充电流，电流路径是Cc-K22-RSD-K21-L2-Cc。L饱和后，主电容C0通过RSD放电，在负载Z0上形成所需的脉冲电流i3，电流走向为C0-L-RSD-Z0-C0。当L21和L22饱和后，触发电容Cc的放电路径为Cc-K21-L21-Cc，以及Cc-K22-L22-Cc。
优选的是，所述磁开关L21、磁开关L22由导线在铁氧体或环形微晶铁氧体薄膜的磁芯上缠绕若干圈构成。
更优选的是，所述脉冲电源可采用任何满足电路要求的各种类型重复频率脉冲电源，脉冲电源的开关可以采用RSD、晶闸管、IGBT或其他半导体功率开关。当采用基于晶闸管的脉冲电源时，本脉冲电源分为充电电路和放电电路两部分。其中，放电电源包括放电电容C0、磁开关L、半导体功率开关K，输出K21、K22的触发电流。K也可以是IGBT、功率MOSFET或其他三端半导体功率器件。
与现有技术相比，本发明具有直接预充和谐振预充的优势，增加了元件的参数匹配范围，可靠性高，减小了磁芯的总体积，提高了预充电荷的利用率。
附图说明
图1为本发明的总体结构框图；
图2为本发明的电路结构图；
图3为一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路；
图4为一种基于晶闸管开关的脉冲电源的电路结构；
图5为一种双晶闸管同步驱动电路。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明的工作过程作进一步描述。
如图3所示一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路：包括脉冲电源，RSD触发开关K21和K22，磁开关L21、磁开关L22，支路阻抗Lc1、Lc2，触发回路阻抗Lc。
其电路的工作过程如下：脉冲电源输出高di/dt窄脉冲电流i1，电流i1的走向为脉冲电源-K21-RSD-Cc-脉冲电源。当磁开关L2饱和后，i1下降为0，触发电容Cc通过K21、K22放电，形成RSD的反向预充电流，该反向预充电流的路径是Cc-K22-RSD-Lc-K21-L2-Cc。L饱和后，主电容C0通过RSD放电，在负载Z0上形成所需的脉冲电流，该脉冲电流的走向为C0-L-RSD-Z0-C0。
如图4所示为采用基于晶闸管开关的脉冲电源，包括充电电路和放电电路两部分。充电电源如前所述。放电电源包括放电电容C0、磁开关L、半导体功率开关K，输出K21、K22的触发电流。K也可以是IGBT、功率MOSFET或其他三端半导体功率器件。
如图5所示为一种双晶闸管同步驱动电路：
TLP521为光偶器件，用于传输开关信号，隔离驱动电路与低压控制电路；IR2110为IGBT驱动芯片，其最大耐压为500V，通流能力为2A，输出驱动电压为10～20V，开通时间、关断时间和延时时间分别为120ns，94ns，10ns。在同一个环形铁氧体磁芯上绕制一个原边、两个副边线圈组成触发变压器T，可实现串联晶闸管的同步导通。IR2110输出的高电平输入到IGBT栅极，IGBT导通，直流电源在脉冲变压线圈原边产生一个快速上升的电流脉冲，此电流脉冲在T的副边产生两个快速上升的高幅值门极驱动电流，强触发晶闸管，增强晶闸管的高di/dt电流通流能力。由于IGBT关断速度很快，所以在IGBT关断时，由于关断电流的di/dt作用，而使T原边电感在IGBT两端的产生很大的电压，从而击穿IGBT。因此IGBT触发电路中加入了由电容、电阻和二极管D组成的缓冲电路，并且在IGBT发射极和集电极上并联了一个稳压二极管。IGBT关断时，T原边电流在电感的作用下逐渐减小，IGBT集电极的电位升高，二极管D导通，T原边线圈电感存储的能量通过缓冲回路释放，使IGBT的集电结电位不会上升到击穿电压，从而实现IGBT的关断保护。
以上所述的发明实例电路为本发明的较佳实施例而己，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路，其特征在于：包括充电电路，放电主电路，RSD触发电路和控制电路；
所述放电主电路串联RSD触发电路，所述充电电路连接于放电主电路、RSD触发电路两端；所述控制电路并联于充电电路和RSD触发电路两端；所述放电主电路包括依序串联的RSD开关、磁开关L、主电容C0和负载Z0；所述RSD触发电路包括脉冲电源，磁开关L2，半导体开关K21，半导体开关K22，磁开关L21，磁开关L22和触发电容Cc；所述脉冲电源、半导体开关K21、RSD开关、半导体开关K22、触发电容Cc依序串联、构成RSD触发电流回路；所述磁开关L21串联半导体开K22后与RSD开关并联；所述磁开关L22串联触发电容Cc后与半导体开关K22并联；所述磁开关L2串联半导体开关K21和触发电容Cc与磁开关L21并联；
所述磁开关L21、磁开关L22由导线在铁氧体或环形微晶铁氧体薄膜的磁芯上缠绕若干圈构成。
2.如权利要求1所述一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路，其特征在于：所述脉冲电源采用基于RSD或晶闸管或IGBT或功率MOSFET或IGCT或GTO的脉冲电源，包括充电电路和放电电路两部分；所述放电电路包括放电电容C0、磁开关L、半导体功率开关K，输出半导体开关K21、半导体开关K22的触发电流。
3.如权利要求2所述一种基于两端半导体功率开关的RSD触发电路，其特征在于：所述半导体功率开关K采用基于IGBT或功率MOSFET或IGCT或GTO的半导体功率开关。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107165485A (zh) * 2017-06-12 2017-09-15 中科富创（北京）科技有限公司 电子锁控制电路及快递柜
CN108111020A (zh) * 2018-02-05 2018-06-01 杭州天明电子有限公司 一种反向开关晶体管触发电路及脉冲等离子电源
CN111443271B (zh) * 2020-04-05 2021-05-18 华中科技大学 一种rsd时间抖动的测量方法及电路
CN111628752B (zh) * 2020-06-02 2022-03-22 华南理工大学 一种采用预充电技术的rc振荡器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130339915A1 (en) * 2012-01-24 2013-12-19 Synopsys, Inc. Capacitance extraction for advanced device technologies
CN205377817U (zh) * 2016-01-21 2016-07-06 湖北科技学院 基于两端半导体功率开关的rsd触发电路

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204967776U (zh) * 2015-09-22 2016-01-13 华中科技大学 一种基于rsd的脉冲电源模块

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130339915A1 (en) * 2012-01-24 2013-12-19 Synopsys, Inc. Capacitance extraction for advanced device technologies
CN205377817U (zh) * 2016-01-21 2016-07-06 湖北科技学院 基于两端半导体功率开关的rsd触发电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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亚毫秒脉冲功率开关RSD 的大电流放电试验;彭亚斌等;《电源学报》;20110731;全文

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