基于脈沖升壓變壓器及磁開關的RSD觸發電路制造技術

本實用新型專利技術公開了一種基于脈沖升壓變壓器及磁開關的RSD觸發電路，包括充電電路，放電主電路，RSD觸發電路和控制電路。所述放電主電路串聯RSD觸發電路，所述充電電路并聯于主電路、RSD觸發電路兩端；所述控制電路并聯于充電電路和RSD觸發電路兩端；所述放電主電路包括RSD開關、磁環L、主電容C0和負載Z0；所述RSD觸發電路包括低壓脈沖電源，脈沖變壓器T，半導體開關K21、K22，磁開關LC，磁開關L21、L22和觸發電容Cc。本實用新型專利技術具有直接預充和諧振預充的優勢，增加了元件的參數匹配范圍，可靠性高，減小了磁芯的總體積，提高了預充電荷的利用率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體開關
，具體來說涉及一種基于脈沖升壓變壓器及磁開關的RSD觸發電路。
技術介紹
20世紀80年代，前蘇聯院士I.V.Grekhov專利技術的反向開關晶體管(RSD)可以實現高di/dt大電流微秒開通。RSD器件是一種由數萬個晶閘管與晶體管元胞相間并聯排列的器件，沒有普通晶閘管的控制極，采用可控等離子體層觸發方式，反向注入觸發電流，在整個芯片面積上實現了同步均勻導通，從器件原理上消除了普通晶閘管器件存在的開通局部化現象，從而實現高di/dt微秒開通，同時在短時間內通過很大的電流。RSD開關的典型觸發(預充)電路有直接預充、諧振預充、變壓器升壓預充等三種。單個RSD器件的觸發方式有直接觸發、諧振觸發兩種，采用直接觸發開通方式開通效率高，損耗小，充電電路結構較復雜，多應用于單次脈沖放電。諧振觸發的能量損耗較大，但較直接觸發更易于實現控制，更適用于重復頻率脈沖放電。多只RSD器件串聯組成的RSD開關的觸發可以采用直接觸發、諧振觸發和變壓器升壓觸發等方式。根據不同實際應用的需要，采用不同的RSD觸發電路。專利技術專利《一種反向開關晶體管的觸發電路》(編號CN201310109983.8)采用H橋式觸發電路用于低壓大電流RSD器件的觸發，預充電容的充電和放電分別由H橋的兩組對角線晶閘管開關或IGBT開關控制，與傳統預充電路相比，該電路結合了直接觸發和諧振觸發電路的優點，提高了RSD的預充效率。但是與傳統預充電路相比，該電路增加了三個半導體預充開關，預充電路的控制系統更復雜，顯著增加了預充開關的成本，而且只適用于低壓RSD開關的觸發，降低了改進型電路的實用性。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術提供了一種基于脈沖升壓變壓器及磁開關的反向開關晶體管觸發電路。所采用的具體技術方案如下：一種基于脈沖升壓變壓器及磁開關的RSD觸發電路，包括充電電路，放電主電路，RSD觸發電路和控制電路。所述放電主電路串聯RSD觸發電路，所述充電電路并聯于主電路、RSD觸發電路兩端；所述控制電路并聯于充電電路和RSD觸發電路兩端；所述放電主電路包括依序串聯的RSD開關、磁環L、主電容C0和負載Z0；所述RSD觸發電路包括低壓脈沖電源，脈沖變壓器T，半導體開關K21、半導體開關K22，磁開關LC，磁開關L21、磁開關L22和觸發電容Cc；所述脈沖變壓器T、半導體開關K21、磁開關LC、磁環L、主電容C0、負載Z0、半導體開關K22和觸發電容Cc依序串聯、構成預充電流回路；所述磁開關L21一端連接于半導體開關K21與磁開關LC的串聯連接端、另一端連接于半導體開關K22與觸發電容Cc的串聯連接端；所述磁開關L22一端連接于負載Z0與半導體開關K22的串聯連接端、另一端連接于觸發電容Cc與脈沖變壓器T的串聯連接端。通過采用這種電路結構，其工作過程如下：低壓脈沖電源通過脈沖變壓器T向高壓側輸出>2V0的電壓，形成小直徑半導體開關K21、K22的預充電流i1，i1為高di/dt窄脈沖電流，其走向為T-K21-Lc-L-C0-Z0-K22-Cc-T，i1為K21、K22的反向預充電流，變壓器T飽和后，i1下降為0，觸發電容Cc的電壓施加在K21、K22上，K21、K22正向導通，RSD反向導通。當T飽和后，觸發電容Cc通過K21、K22放電，形成RSD的反向預充電流，電流路徑是CC-K22-RSD-Lc-K21-T-CC。L飽和后，主電容C0通過RSD放電，在負載Z0上形成所需的脈沖電流i3，電流走向為C0-L-RSD-Z0-C0。當L21和L22飽和后，觸發電容Cc的放電路徑為Cc-K21-L21-Cc，以及Cc-K22-L22-Cc。優選的是，所述磁開關L21、L22由導線在鐵氧體或環形微晶鐵氧體薄膜的磁芯上纏繞若干圈構成。更優選的是，所述低壓脈沖電源可采用任何滿足電路要求的各種類型重復頻率脈沖電源，脈沖電源的開關可以采用RSD或晶閘管或IGBT或功率MOSFET或IGCT或GTO的脈沖電源。當采用基于晶閘管的脈沖電源時，本脈沖電源分為充電電路和放電電路兩部分。其中，放電電路包括放電電容C0、磁開關L、半導體功率開關K，輸出K21、K22的觸發電流。半導體功率開關K也可采用基于IGBT或功率MOSFET或IGCT或GTO的半導體功率開關。與現有技術相比，本專利技術具有直接預充和諧振預充的優勢，降低了電路的復雜程度，提高了可靠性，增加了元件的參數匹配范圍，減小了磁芯的總 體積，提高了預充電荷的利用率。附圖說明圖1為本專利技術的總體結構框圖；圖2為本專利技術的電路結構圖；圖3為本專利技術實施例1的電路結構圖；圖4為低壓脈沖電源的電路結構；圖5為一種雙晶閘管同步驅動電路的電路結構圖。具體實施方式為了更清楚地說明本專利技術的技術方案，下面對本專利技術的工作過程作進一步描述。實施例1：如圖3所示一種基于脈沖升壓變壓器及磁開關的RSD觸發電路：包括低壓脈沖電源，脈沖升壓變壓器T、半導體開關K21、半導體開關K22，磁開關L21、磁開關L22，支路阻抗Lc1、支路阻抗Lc2，觸發回路阻抗Lc。其電路的工作過程如下：低壓脈沖電源通過脈沖變壓器T向高壓側輸出>2V0電壓，形成小直徑半導體開關K21、K22的高di/dt窄脈沖預充電流，電流路徑為T-K21-Lc-L-C0-Z0-K22-Cc-T。預充電流的路徑為CC-K22-RSD-Lc-K21-T-Cc。當T飽和后，Cc的正向電壓施加在K21、K22上，K21、K22正向導通，Cc通過K21、K22放電，形成RSD的反向預充電流，電流路徑是Cc-K22-RSD-Lc-K21-T-Cc。如圖4所示的低壓脈沖電源為一種基于RSD開關的脈沖電源，包括充電電路、放電電路、RSD觸發電路。其中，C0為放電電容，Cc為RSD的觸發電容，Kc為觸發開關，L、Lc為磁開關，R0、R1、R3、Rc為支路電阻，L0、L2、L3為支路電感，MRC為磁開關的消磁電路。其工作過程簡述如下：電路中兩個電容C0和CC被充電到同一電壓U0，充電結束后，預充開關KC閉合，預充開關KC可以是晶閘管或者IGBT、功率MOSFET，此處使用晶閘管，電容CC開始經L2放電，將電容的能量轉移到電感LC中。當CC電壓放電到零時，電感中的電流達到最大值，RSD承受的電壓反向，LC對RSD進行反向預充。磁開關L飽和后，C0經過L 和RSD對脈沖升壓變壓器T放電，T的高壓側輸出K21、K22所需的觸發電流。如圖5所示一種雙晶閘管同步驅動電路：TLP521為光偶器件，用于傳輸開關信號，隔離驅動電路與低壓控制電路；IR2110為IGBT驅動芯片，其最大耐壓為500V，通流能力為2A，輸出驅動電壓為10～20V，開通時間、關斷時間和延時時間分別為120ns，94ns，10ns。在同一個環形鐵氧體磁芯上繞制一個原邊、兩個副邊線圈組成觸發變壓器T，可實現串聯晶閘管的同步導通。IR2110輸出的高電平輸入到IGBT柵極，IGBT導通，直流電源在脈沖變壓線圈原邊產生一個快速上升的電流脈沖，此電流脈沖在T的副邊產生兩個快速上升的高幅值門極驅動電流，強觸發晶閘管，增強晶閘管的高di/dt電流通流能力。由于IGBT關斷速度很快，所以在IGBT關斷時，由于關斷電流本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于脈沖升壓變壓器及磁開關的RSD觸發電路，其特征在于：包括充電電路，放電主電路，RSD觸發電路和控制電路；所述放電主電路串聯RSD觸發電路，所述充電電路并聯于主電路、RSD觸發電路兩端；所述控制電路并聯于充電電路和RSD觸發電路兩端；所述放電主電路包括依序串聯的RSD開關、磁環L、主電容C0和負載Z0；所述RSD觸發電路包括低壓脈沖電源，脈沖變壓器T，半導體開關K21、半導體開關K22，磁開關LC，磁開關L21、磁開關L22和觸發電容Cc；所述脈沖變壓器T、半導體開關K21、磁開關LC、磁環L、主電容C0、負載Z0、半導體開關K22和觸發電容Cc依序串聯、構成預充電流回路；所述磁開關L21一端連接于半導體開關K21與磁開關LC的串聯連接端、另一端連接于半導體開關K22與觸發電容Cc的串聯連接端；所述磁開關L22一端連接于負載Z0與半導體開關K22的串聯連接端、另一端連接于觸發電容Cc與脈沖變壓器T的串聯連接端。

【技術特征摘要】
1.一種基于脈沖升壓變壓器及磁開關的RSD觸發電路，其特征在于：包括充電電路，放電主電路，RSD觸發電路和控制電路；所述放電主電路串聯RSD觸發電路，所述充電電路并聯于主電路、RSD觸發電路兩端；所述控制電路并聯于充電電路和RSD觸發電路兩端；所述放電主電路包括依序串聯的RSD開關、磁環L、主電容C0和負載Z0；所述RSD觸發電路包括低壓脈沖電源，脈沖變壓器T，半導體開關K21、半導體開關K22，磁開關LC，磁開關L21、磁開關L22和觸發電容Cc；所述脈沖變壓器T、半導體開關K21、磁開關LC、磁環L、主電容C0、負載Z0、半導體開關K22和觸發電容Cc依序串聯、構成預充電流回路；所述磁開關L21一端連接于半導體開關K21與磁開關LC的串聯連接端、另一端連接于半導體開關K22與觸發電容Cc的串聯連接端；所述磁開關L22一端連...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭亞斌，
申請(專利權)人：湖北科技學院，
類型：新型
國別省市：湖北;42