宽占空比高压固态开关及其驱动装置

针对集成化宽占空比的快速高压固态开关的关键问题,设计了一种宽占空比高压固态开关方案。详细分析了该方案的系统框图及电路,采用一根高压电缆同步传输金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)级联时驱动所需的信号和功率,完全避免了大量功率半导体器件串联时驱动在高压环境中的供电问题,使得高压固态开关的结构十分简单,可靠性髙。采用脉冲沿信号调制技术产生纳秒级的窄脉冲来驱动串联的开关管,使驱动信号的脉宽不受限,占空比可达99.9%,高压开关的导通和关断速度提高至纳秒级。最后在一台25kV的直流源上进行相关实验,实验结果表明所设计的宽占空比快速高压固态开关装置方案的正确和可行。

一种优化动态特性SiC-MOSFET模型及其在高压固态开关的应用

为设计一款保护J-TEXT托卡马克电子回旋管的高压固态开关,新型宽禁带半导体SiC-MOSFET凭借低开关损耗、高耐压和MHz级别的开关频率等优良电气特性,在其中承担核心作用。但是极快的开关速度加剧了开关振荡,导致器件直串时的关断波形质量下降,对均压和抑制过压方法提出更高要求,因此亟需建立精准的模型为SiC-MOSFET在高压保护开关中的应用提供指导。在分析制造商CREE商用模型基础上,提出了一种优化动态特性SiC-MOSFET模型。该优化模型综合考虑栅源电压和漏源电压的影响,对非线性结电容采用多种函数拟合建模,并对杂散阻抗等关键寄生参数进行修正。通过仿真和300 V/3 A双脉冲测试,证明该模型在漏源电压变化率、漏源电流变化率、振荡频率和关断尖峰电压等方面具有更高的准确性。应用该优化模型设计高压固态开关的均压与过压抑制拓扑,在1400 V/700 A条件下对开关模块进行双脉冲测试。在关断时长和尖峰电压等关键指标上,仿真波形与实验波形高度吻合,实测开通关断时间均小于120 ns,指标满足开关模块设计要求,优化模型的实用性得到体现。

脉冲电场灭菌用固态高压开关的研制

针对脉冲电场灭菌技术对开关性能的特殊要求,提出了利用IGBT串联构成高压、大容量固态开关的技术。设计并实际制造出了可供高压脉冲电场灭菌用额定电压10 k V的固态高压开关。该开关采用8个1 700 V、400 A的IGBT串联,以栅极动态RCD为基本均压方式,以FPGA为主控单元,产生8路相对独立的基准控制脉冲,其脉宽、周期、延时均可调节,且以25 ns为步进调节。通过调节各路驱动信号的相对延时,使各单元分压均匀,消除过压影响,从而在负载端得到较为理想的方波脉冲。采用光纤隔离,使隔离电压不受限制。实验结果表明,该装置性能良好,可以满足脉冲电场灭菌的实际需求。

一种用于多注速调管发射机的高压固态调制器

多注速调管多采用阴极调制方式。阴极调制方式下,仅在脉冲持续期间,阴极高压才施加于管子上,大部分时间多注速调管上没有高电压,速调管打火的概率降低,有利于提高发射机工作稳定性。阴极调制器是发射机的关键部分,其性能和可靠性直接决定发射机的性能指标和可靠性。论文介绍了一种高可靠、高性能的高压固态调制器(HVSSM)设计。