一种高功率的半导体断路开关

摘要

本发明提出的一种高功率的半导体断路开关，主开关选用反向触发双极晶闸管（reverse switching dynistor,RSD），反向触发双极晶闸管是一种新型高功率半导体闭合开关，与普通晶闸管相比，RSD的通流能力强、电流变化率、延时抖动小；选用快恢复晶闸管作为初级开关，减小换流过程的能量损失，提高了输出效率。本发明的有益效果是，本发明所提出的基于RSD开关换流的断路开关能够提高输出脉冲的峰值电流、电流变化率、输出效率，减低输出延时和抖动，特别适用于长脉冲大电流应用的领域中。

主权项

一种高功率的半导体断路开关，其特征在于包括充电电源U、晶闸管Th₁、二极管D₁,D₂,D₃、电感L₁、电感L₂、主开关RSD触发开关S₁、触发电容C₁、主开关RSD、磁开关MS、换流电容C₂和回路电感L₀；充电电源U的正端通过串联的晶闸管Th₁和二极管D₃与回路电感L₀的一端连接，回路电感L₀的另一端连接充电电源U的负端并接地；电感L₁连接于晶闸管Th₁与二极管D₃的节点和充电电源U的负端之间；二极管D₂、主开关RSD、磁开关MS和换流电容C₂的串联电路与二极管D₃并联，其中二极管D₂的阳极与主开关RSD的阴极连接，磁开关MS的两端分别与主开关RSD的阳极和换流电容C₂的正端连接，换流电容C₂的负端与二极管D₃的阳极连接，二极管D₃的阴极与二极管D₂的阴极连接；主开关RSD触发开关S₁和电感L₂的串联电路与触发电容C₁和主开关RSD三者并联；所述二极管D₁与晶闸管Th₁反向并联；所述晶闸管Th₁的阴极和二极管D₃的阴极连接，二极管D₃的阳极与回路电感L₀的一端连接；所述换流电容C₂的负端连接回路电感L₀的一端；该半导体断路开关的工作过程为(1)初始状态，触发电容C₁、换流电容C₂充电；(2)利用充电电源U通过晶闸管Th₁对电感L₁充电；(3)当充电电流达到峰值电流时刻时，主开关RSD触发开关S₁开通，触发电容C₁通过主开关RSD触发开关S₁谐振放电；(4)在主开关RSD触发开关S₁导通过程中，由于磁开关MS的阻抗很大，隔离了主放电回路和触发回路；所述的主放电回路是主开关RSD触发开关S₁与电感L₂串联，再和触发电容C₁并联在主开关RSD两端；所述的触发回路是指二极管D₁反并联于晶闸管Th₁上，并与电感L₁串联和充电电源U连接；(5)当换流电容C₂上电压反向时，由于主开关RSD触发开关S₁反向阻抗很低，为主开关RSD开关提供一反向触发电流；(6)当磁开关MS饱和时，同时触发回路提供的触发电荷量大于临界触发电荷量时，主开关RSD开关导通；(7)换流回路形成一反向换流电流，使晶闸管Th₁关断；所述的换流回路是换流电容C₂的正极经磁开关MS、主开关RSD、二极管D₂、D₁、充电电源U和回路电感L₀到换流电容C₂的负极；(8)当晶闸管Th₁关断后，回路电感L₀、二极管D₃、电感L₁与负载组成一个回路，电感L₁通过负载放电，负载上获得一脉冲大电流。