超高速半导体开关RSD的开通机理与大电流特性研究

基于反向注入控制RSD(ReverselySwitchedDynistor)的大面积快速均匀开通、可无限串联、功率大、换流效率高、寿命长的特点,新开通机制的RSD将在脉冲功率技术中获得重要应用。本文研究了RSD的开通机理和开通条件,为器件开通特性的改进和预充电路的合理设计提供了依据;实验还表明,由小直径RSD的极限电流测试结果,可以用经验公式得到同类结构的任意通流面积RSD脉冲大电流耐量。

大功率超高速半导体开关的换流特性研究

研究了一种应用于激光驱动源的大功率超高速半导体开关反向开关晶体管(RSD)的新结构,以实现μs、ns脉宽、MW以上的高重复率脉冲的产生和控制。RSD具有大面积快速均匀开通、可无限串联、功率大、换流效率高、寿命长的特点。利用单次脉冲试验平台研究了RSD的开通机理及高密度能量转换、允许通过的峰值电流、开通条件与预充、准静态损耗及其di/dt等多项特性。根据经验公式,对小直径RSD做极限电流试验,φ20mm的RSD堆体通过了19.9kA脉冲电流(脉宽30μs)。通过减小主回路电感考核了RSD的高di/dt耐量特性,放电电压3kV时得到di/dt接近8kA/μs。

两种不同预充拓扑的反向导通双晶复合管高压脉冲电路

为了获得窄脉宽下的大脉冲电流,研究了基于反向导通双晶复合管开关的2种不同预充拓扑的高压脉冲电路—直接预充拓扑和变压器预充拓扑。首先建立了RSD的工作拓扑模型,并分析了RSD正常开通所需要的条件:足够的预充电荷量QR和匹配的磁开关延时时间ts;然后按照开通的要求对电容、电感、负载等回路参数进行设计并选择合适的开关;最后,通过Saber仿真和实验验证了设计的合理性,并对结果进行了对比分析。根据实验结果,在主电压10kV下,两种拓扑电路分别成功通过了14μs脉宽下9.0kA的主电流和15μs脉宽下7.5kA的主电流,通过RSD开关的浪涌电流时间平方积分别为545A2·s、426A2·s。实验表明,直接式预充拓扑电路设计和维护相对容易,其主要应用在单次的人工控制环境;变压器预充拓扑电路能实现高低压隔离,其主要应用在重频自动控制环境。

RSD二维数值模拟与预充过程分析

为了加深对反向开关晶体管(RSD)器件原理的认识,本文基于半导体物理基本方程,在二维元胞单元上利用有限差分的方法建立了RSD器件的数值模型。模型考虑了载流子间散射、SRH和俄歇复合、碰撞电离等物理效应。采用实验电路提取的参数建立了RSD谐振预充触发电路的外电路模型。联合器件模型方程组和谐振触发外电路模型方程,利用Matlab语言采用Runge-Kutta和牛顿迭代的方法求解并获得了器件瞬态载流子分布和电压电流波形。本文在对比实验结果的基础上,解释并说明了模型的有效性和误差的产生原因。基于载流子和电流分布变化数据,详细分析了RSD预充过程。发现了预充过程中存在的强烈俄歇复合现象和电流抽取现象将导致预充电流注入的等离子体大量减少,因此不宜直接采用电流时间积分值计算预充电荷总量。

薄发射区晶闸管结构及特性的研究

在晶闸管的pin二极管模型基础上,提出了薄发射区晶闸管新结构.分析了P发射区杂质总量Q_E对晶闸管通态压降V_T的影响,导出了Q_E与V_T的关系式.分析计算表明,对一确定的宽度W_B和厚度W_P,在某一Q_E下有V_T极小值点存在;当W_P小于等于0.1μm时,随着Q_E的减小,V_T单调下降并趋于一几乎不变的值;当Q_E大于某一值时,V_T与W_P无关,而是随基区宽度及发射层杂质总量的增加而增加.实验结果还表明,用LPCVD原位掺杂制作的薄发射区晶闸管芯片样品,与普通晶闸管相比,有较好的速度特性.

新型大功率开关器件IEGT及其特性

介绍了一种新型大功率开关器件IEGT的结构、原理、通态特性、开关特性、开关效率以及有关工艺特点。

全控型功率开关器件技术新进展

21世纪人类将进入高度信息化社会,同时也可以说是一个高度由能量支配的社会。因此,能源、资源和地球环境问题成为突出的问题,并演变成为一种危机。克服面临的危机靠发展新的技术,不断逼近理论极限,因而给我们带来了机遇和挑战。

多元胞半导体浪涌防护器转折特性与I_H的折衷

由晶闸管短路发射极模型提出了半导体浪涌防护器的一种多元胞结构 ,分析了该模型的转折特性与维持电流IH.在归一化条件下 ,定量表述了其折衷关系 ,从而确定了某一工艺参数条件下的最佳D/d值 ,为提高SSPD的浪涌能力、改善响应特性、实现器件的规模化生产具有重要意义 .

中小功率二极管的正六方形周边设计

传统的中小功率器件周边大都为方形或圆形造型.制作pn结方片具有工艺简单、材料利用率较高的特点,但由于四个棱角处电场集中(称此电场为棱角电场),故阻断特性受到限制.圆片的表面电场相对低些,但材料损耗大,设法降低数量上占市场主导的中小功率器件的材料消耗将产生相当可观的经济效益.本文提出了正六方形周边设计方法,该设计相对方片可以降低表面电场强度,相对圆片可以大大提高硅材料利用率.

大功率电力电子器件的新发展

作为电力电子技术基础的电力电子器件的发展令人瞩目。GTO与IGBT的应用方兴未艾,它们既竞争而又不能互相取代,但同时也暴露出了各自的不足。GCT和IEGT正是针对它们的不足而新开发出的电力电子器件,并已展现了其广阔的应用前景。本文作者对此作了较详细的论述,相信会使读者感兴趣。

RSD开关在脉冲电源中的应用研究

该文提出应用RSD(Reversely Switched Dynistor)设计脉冲功率电源的方法,并在应用RSD设计脉冲电源过程中对两种关键元件磁开关和脉冲变压器进行了重点设计,确定回路参数配合原则。在3种典型触发方式的RSD脉冲电源基础上,提出了RSD端电压翻转式触发电路,以提高RSD的触发效率,采用了阻尼衰减模型的设计方法消除主回路放电过程中出现的振荡。对该电源放电脉冲压缩形成回路模型进行了设计分析,并对其和共触发电路进行了设计仿真。对所提出的触发RSD方式的脉冲电源设计方法进行了试验验证分析和仿真验证分析,证明了设计方法的正确性。

超高速大电流半导体开关实验研究

利用自行研制的固态半导体开关RSD,采用电容储能方式,研究了RSD的电压响应时间、大电流特性、电流上升率等。在测试RSD的电压响应时间时,得到了25 ns的电压下降曲线。在主电容电压为8kV时,得到峰值为10.1 kA、脉宽为34μs、电流上升率为2.03 kA/μs的大电流脉冲。通过调整主电路,在主电容为3 kV时,得到的电流脉冲峰值为8.5 kA、脉宽为2.5μs、电流上升率为7.2 kA/μs。结果表明,RSD是一种开通快、通流能力强、电流上升率高的大功率半导体开关器件。

罗氏线圈在高速大功率电流检测系统中的特性研究

分析了用于检测高速大功率RSD(ReverselySwitchedDynistor)开关状态电流的试验平台的简化模型和罗氏线圈测量系统的工作机理及其构造方法。基于所构建的包括试验平台和传感器在内的整个检测系统的简化模型,利用Matlab软件的Simulink仿真环境,创建了其仿真模型,分析了整个传感系统的测量特性和误差特性,获得了减小整个传感系统的测量误差的有利措施,并将其成功应用到现场测量实践中,有效地提高了测量高速大功率RSD开关状态电流的快速性、准确性和可靠性。

三电平逆变器空间电压矢量控制算法仿真研究

分析了三电平空间电压矢量调制基本原理,提出了一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制(SpaceVectorMdulation,SVM)算法,给出了小三角形区域判断规则、合成参考电压矢量的相应输出电压矢量的作用顺序和(SpaceVectorPulseWidthMdulation,SVPWM)信号的产生方法,探讨了影响三电平逆变器中点电压平衡的主要因素,并推导了各合成电压矢量的作用时间。用归一法将其他5扇区全部划归一扇区计算。仿真实验结果证实了本文提出的空间电压矢量调制算法的有效性。

半导体脉冲功率开关RSD的开通电压特性研究

RSD(ReverselySwitchedDynistor)是一种晶闸管与晶体管相间排列的多元胞结构高速大功率半导体开关器件,该器件采用控制等离子体层触发的开通模式。文章从理论上推导出其最大开通电压,并研究了该电压与器件结构参数之间的关系,给出了降低器件功耗的方法。

晶闸管的瞬态热阻抗及其结温温升的研究

系统地阐述了晶闸管的瞬态热阻抗 ,针对晶闸管承受不同的功率脉冲 ,利用不同的计算方法计算瞬态热阻抗值 ,从而确定结温温升 ,并比较了它们的原理、精度及其应用范围。特别是利用了一种新的瞬态热阻抗计算模型 ,当晶闸管承受持续时间极短且周期、占空比均变化的任意波形功率脉冲时 ,它能够比较精确地分析晶闸管的热特性 。

预充电荷对RSD开通特性的影响

RSD(ReverselySwitchedDynistors)是一种晶闸管与晶体管相间排列的多元胞结构半导体开关器件,采用控制等离子体层触发的开通模式。从理论上分析了预充电荷对RSD开通特性的影响,给出了RSD的开通条件,实验结果与理论分析相符。最后,提出了几种改善RSD开通特性的方法。

基于RTW的SVPWM DSP控制系统

提出一种基于实时代码生成工具(RTW)的TMS320F2812 DSP控制系统,介绍了控制系统的硬件结构,给出了基于RTW的DSP控制系统的设计流程。结合此集成一体化控制平台,介绍了一种五段法空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,利用Matlab/Simulink工具建立了算法模型,给出了其仿真结果,实现了从模型到实时代码的转换,并与传统手工编写代码实验结果进行了比较,两种方法结果吻合。这种基于模型的设计流程,实现了工程开发过程从算法设计到最终实现的所有阶段,提高了产品开发效率,降低了成本。

RSD开关的谐振式触发电路设计与研究

运用谐振电路原理,设计出一种用于脉冲变压器高电压、大电流脉冲开关RSD(ReverselySwitchedDynis tor)的触发电路。重点设计了控制触发的脉冲变压器;分析并讨论了触发电路的输出波形。经实验验证了该方案的正确性和选择元件参数的合理性。

基于RSD开关的脉冲放电主回路

运用RLC 电路脉冲产生原理设计出一种以反向导通双晶复合晶体管(Reversely Switching Dynistor,简称RSD)作为开关的脉冲放电主回路。基于RSD 开通的预充要求,引入磁开关作为主回路和触发回路的延迟隔离器。根据磁开关饱和时间τ和饱和电感Ls的综合要求,讨论了磁开关磁性材料的选取,重点设计了体积参数,分析了 s杂散电容、电感对放电回路的不利影响,分别给出两者的估算方法及减小措施。试验连线长60cm ,磁开关采用环形结构,磁芯材料为铁基非晶合金磁芯,其内径为60m m ,外径为120m m ,高为30m m 。经过多次放电试验,得到下述结果:①改善回路杂散电容及电感后,放电电流波形明显光滑;②磁开关绕线匝数决定了隔离时间并改变了回路总电感;③不同负载电阻的放电波形符合RLC 放电规律。试验结果验证了电路参数设计的合理性。该放电回路适合RSD 的测试及其脉冲功率电源。