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双向预充控制RSD低能耗触发电路研究

发布时间:2018-11-01 19:01
【摘要】:脉冲功率电源的发展在很大程度上依赖于开关器件的发展,传统的脉冲功率开关由于具有电压电流应力受限、重复频率低、寿命短、以及同步性差等缺点,制约了脉冲功率电源的发展,而反向开关晶体管RSD(Reversely Switched Dynistor)是目前半导体开关中最有前途的替代品。RSD是能实现数十kV高电压、数百k A大电流、微秒纳秒级开通三者的完美统一体,并且能够实现全面积同步导通,易于组成堆体,而针对RSD独特的触发驱动特性,研究其可靠的触发技术,是保证RSD大功率脉冲电源高效、稳定工作的关键。首先,介绍了RSD的结构特点与触发原理,阐述了RSD正常导通需要满足的两个条件:反向预充电流能够为RSD积累一定的预充电荷量;磁开关阻断主回路正向放电的时间与RSD反向预充时间相匹配。并在此基础上介绍了四种典型的RSD触发电路,对比了各自的优缺点。其次,针对RSD的触发能耗问题,提出了一种新型的RSD双向预充触发电路,该电路能够在保证RSD可靠触发的基础上,降低触发能耗,支持RSD实现串联堆体模块化。本文通过对双向预充触发电路工作原理的分析以及反向触发模型的建立,实现主要电路参数的设计与优化。然后,为了实现脉冲功率放电系统,根据触发要求对相关器件进行了选型,并针对触发电路对紧凑性、绝缘性的要求提出了解决方案,同时对是否能够保证RSD可靠导通的磁开关以及磁复位电路的设计问题进行了详细介绍,采用DSP编程实现控制电路的触发。本课题采用一台恒流高压充电电源为触发电路中的电容充电,其充电电压较高且控制灵活,满足多模块RSD触发放电的要求。最后,搭建了高压脉冲放电系统的实验平台,实现了两模块1200V RSD串联堆体的可靠导通,实验验证了RSD双向预充触发电路的可行性。并且对比了传统的谐振式预充方案,得到了新型触发电路能够降低触发能耗的有力判据。
[Abstract]:The development of pulse power supply depends on the development of switching devices to a great extent. Traditional pulse power switches have the disadvantages of limited voltage and current stress, low repetition rate, short life, and poor synchronicity. However, the reverse switching transistor (RSD (Reversely Switched Dynistor) is the most promising substitute in semiconductor switches. RSD is capable of realizing tens of kV high voltages and hundreds of Ka large currents. The microsecond nanosecond turn on three perfect unity, and can realize the whole area synchronous conduction, easy to form the reactor, but according to the RSD unique trigger drive characteristic, the research its reliable trigger technology, is guarantees the RSD high power pulse power supply high efficiency, The key to stability. Firstly, the structure characteristics and trigger principle of RSD are introduced, and two conditions for normal conduction of RSD are described: reverse precharge current can accumulate a certain amount of precharge charge for RSD; The time when the magnetic switch blocks the forward discharge of the main circuit matches the reverse precharge time of the RSD. On this basis, four typical RSD trigger circuits are introduced, and their advantages and disadvantages are compared. Secondly, aiming at the trigger energy consumption of RSD, a new type of RSD bi-directional precharge trigger circuit is proposed. The circuit can reduce the trigger energy consumption on the basis of ensuring the reliable trigger of RSD, and support RSD to realize the modularization of series reactor. In this paper, the design and optimization of the main circuit parameters are realized by analyzing the working principle of the bidirectional precharge trigger circuit and establishing the reverse trigger model. Then, in order to realize the pulse power discharge system, the related devices are selected according to the trigger requirements, and the solutions to the compact and insulating requirements of the trigger circuit are put forward. At the same time, the design of magnetic switch and magnetic reset circuit which can guarantee the reliable conduction of RSD is introduced in detail. The trigger of control circuit is realized by DSP programming. In this paper, a constant current high voltage charging power supply is used as the capacitor charge in the trigger circuit. The charging voltage is high and the control is flexible, which can meet the requirements of multi-module RSD trigger discharge. At last, the experiment platform of high voltage pulse discharge system is built, and the reliable conduction of 1200V RSD series reactor is realized, and the feasibility of RSD bidirectional precharge trigger circuit is verified by experiment. Compared with the traditional resonant precharge scheme, the new trigger circuit can reduce the trigger energy consumption.
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN323.6;TN783

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本文编号:2304820

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