大功率半导体器件在电容储能脉冲功率源中的特性研究

论文摘要

本文以电磁发射脉冲功率源为研究背景。脉冲功率源是电磁发射系统的重要组成部分,是电磁发射技术的基础和研究重点,其作用是向电磁发射平台提供高电压、大电流、高功率的电能。采用大功率半导体器件作为脉冲功率源的开关器件,满足了脉冲功率源小型化、模块化、高功率、重频率、全固态等重要发展趋势。在脉冲功率浪涌放电环境下,大功率半导体器件承受着高电压、大电流、快电流上升率等工作特点,工作环境十分恶劣,其工频环境下的工作特性已经不能准确反应其在该环境下的工作情况,脉冲放电环境下的浪涌特性才是需要重点研究的性能指标。本文正是基于此应用背景下,研究大功率半导体器件在电容储能脉冲功率源中的工作特性。文章的主要内容由以下部分组成：(1)介绍电容储能脉冲功率源系统的原理和组成,并计算分析单模块和多模块脉冲成形网络(Pulse Forming Network, PFN)放电过程,引出本文所要研究的大功率半导体器件在放电过程中的作用和基本特性。(2)研究大功率硅堆在电容储能脉冲功率源中的放电特性。分析比较大功率硅堆在模块电源中的安装位置不同,有着不同的放电特性。理论上分析组成硅堆的大功率二极管在模块电源中的特性,并通过实验研究大功率硅堆在电容储能脉冲功率源高电压、大电流、浪涌放电环境下的工作特性。(3)研究大功率可控硅在电容储能脉冲功率源中的放电特性。理论上分析大功率可控硅在模块电源中的特性,并通过实验研究大功率可控硅在电容储能脉冲功率源高电压、大电流、浪涌放电环境下的工作特性。(4)研究大功率可控硅在电容储能脉冲功率源中的温度特性。设计实验测量可控硅在电容储能脉冲功率源放电过程中的结温。利用比热容计算可控硅在电容储能脉冲功率源放电过程中的结温,并与实验测量结温比较。通过分析可控硅在模块电源高电压、大电流、浪涌放电过程中的温度特性,研究器件在模块电源中安全可靠性以及使用寿命。通过对大功率半导体器件在电容储能脉冲功率源中的放电特性和温度特性进行研究,为大功率半导体器件在电容储能脉冲功率源浪涌放电条件下的合理应用,参数设计以及改进提供帮助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景、目的和意义
• 1.2 电磁发射脉冲功率源概况
• 1.3 脉冲功率源中大功率半导体器件概况
• 1.4 论文主要研究内容
• 2 电容储能脉冲功率源
• 2.1 引言
• 2.2 电容储能脉冲功率源组成
• 2.3 电容储能脉冲功率源放电分析
• 2.3.1 单模块PFN放电
• 2.3.2 多模块PFN放电
• 2.4 本章小结
• 3 大功率硅堆在电容储能脉冲功率源中的特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 大功率硅堆不同安装位置特性分析
• 3.3 硅堆理论特性
• 3.3.1 二极管反向关断特性
• 3.3.2 二极管正向导通特性
• 3.4 大功率硅堆放电过程动态特性实验研究
• 3.4.1 实验设计
• 3.4.2 硅堆浪涌电流电压特性
• 3.4.3 硅堆动静态均压特性
• 3.5 本章小结
• 4 大功率可控硅在电容储能脉冲功率源中的特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 大功率可控硅理论特性
• 4.2.1 工作原理
• 4.2.2 静态特性
• 4.2.3 动态特性
• 4.3 大功率可控硅放电过程动态特性实验研究
• 4.3.1 实验设计
• 4.3.2 典型实验现象分析
• 4.3.3 可控硅浪涌电流电压特性
• 4.4 本章小结
• 5 大功率可控硅在电容储能脉冲功率源中的温度特性研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验方案
• 5.3 实验设计
• 5.3.1 实验脉冲功率电源
• 5.3.2 实验测量系统
• 5.4 实验分析
• 5.4.1 实验数据分析
• 5.4.2 理论计算分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 6.1 论文研究工作结果
• 6.2 后续展望和本文的不足
• 致谢
• 参考文献