RSD关断时间测量技术的研究

论文摘要

超大功率半导体开关RSD（Reversely Switched Dynistor）是一种基于可控等离子层换流原理的新型固体开关,它能够将数十千伏电压、数百千安电流、微秒甚至纳秒级开通速度三者进行完美结合。与晶闸管相比具有显著的特点:全面积同步导通,di/dt高,开启速度快,理论上可无限串联,串并联使用时触发相对简单且使用寿命长,是脉冲功率领域理想选择之一。本文首先介绍了脉冲功率技术,对各种脉冲功率开关进行了简单的比较。然后述阐述了RSD基于等离子体换流的原理,并介绍了本论文采用的两种触发RSD开通的开关:晶闸管和绝缘栅极晶体管IGBT。然后根据实验的实际需要,设计了晶闸管的触发电路和IGBT的驱动电路与缓冲电路,其中IGBT的驱动电路则采用了智能栅极驱动模块2SD106AI-17来驱动和保护IGBT,实现其导通和关断之间转换的功能。最后,详尽的阐述了RSD关断检测平台电路。基于新型脉冲功率器件RSD原理和脉冲放电应用中急需解决的换流开关控制的问题,在RSD关断方式上进行了大量实验研究,并搭建了两种关断实验平台。实验过程中采用单片机来对触发信号的脉宽和延时时间进行控制,通过可饱和磁开关实现主回路、预充回路和关断回路的隔离,并采用两种脉冲功率开关来完成谐振触发。通过对两组实验的对比,分析出采用晶闸管和IGBT两种作为开关器件造成实验差异的原因和IGBT作为谐振开关的优势,即IGBT的开关动作较晶闸管的更快,采用其作为谐振开关时能够测量出更加准确的RSD关断时间;且一部分采用晶闸管作为谐振开关时无法测量出关断时间的RSD,可以由IGBT作为谐振开关来测量出其值。RSD的大面积快速均匀开通、换流效率高、寿命长的特点将使RSD在脉冲功率技术中获得重要应用。因此,有关关断时间检测的研究以及测量准确度的提高对我们应用RSD有着重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 脉冲功率技术概述
• 1.2 脉冲功率开关元件的发展
• 1.3 新型脉冲功率器件RSD
• 1.4 本课题研究内容
• 2 RSD 的基本原理及其触发开关
• 2.1 RSD 的基本结构
• 2.2 RSD 的工作原理
• 2.3 触发RSD 开通的开关元件
• 3 关断特性实验电路设计
• 3.1 RSD 脉冲形成电路
• 3.2 采用晶闸管触发RSD 的实验电路
• 3.3 采用IGBT 触发RSD 的实验电路
• 4 RSD 关断测试平台
• 4.1 RSD 关断检测基本原理
• 4.2 RSD 关断平台控制电路
• 4.3 基于两种开关的关断检测平台
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录