基于三端半导体功率开关的rsd触发电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体开关技术领域，具体来说涉及一种基于三端半导体功率开关的RSD触发电路。
【背景技术】
[0002]20世纪80年代，前苏联院士 1.V.Grekhov发明的反向开关晶体管(RSD)可以实现高di/dt大电流微秒开通。RSD器件是一种由数万个晶闸管与晶体管元胞相间并联排列的器件，没有普通晶闸管的控制极，采用可控等离子体层触发方式，反向注入触发电流，在整个芯片面积上实现了同步均匀导通，从器件原理上消除了普通晶闸管器件存在的开通局部化现象，从而实现高di/dt微秒开通，同时在短时间内通过很大的电流。RSD开关的典型触发(预充)电路有直接预充、谐振预充、变压器升压预充等三种。单个RSD器件的触发方式有直接触发、谐振触发两种，采用直接触发开通方式开通效率高，损耗小，充电电路结构较复杂，多应用于单次脉冲放电。谐振触发的能量损耗较大，但较直接触发更易于实现控制，更适用于重复频率脉冲放电。多只RSD器件串联组成的RSD开关的触发可以采用直接触发、谐振触发和变压器升压触发等方式。根据不同实际应用的需要，采用不同的RSD触发电路。发明专利《一种反向开关晶体管的触发电路》(编号CN201310109983.8)采用H桥式触发电路用于低压大电流RSD器件的触发，预充电容的充电和放电分别由H桥的两组对角线晶闸管开关或IGBT开关控制，与传统预充电路相比，该电路结合了直接触发和谐振触发电路的优点，提高了RSD的预充效率。但是与传统预充电路相比，该电路增加了三个半导体预充开关，预充电路的控制系统更复杂，显著增加了预充开关的成本，而且只适用于低压RSD开关的触发，降低了改进型电路的实用性。
【实用新型内容】
[0003]为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于三端半导体功率开关的RSD触发电路。
[0004]所采用的具体技术方案如下:
[0005 ] 一种基于三端半导体功率开关的RSD触发电路:包括充电电路，放电主电路，RSD触发电路和控制电路。
[0006]所述放电主电路串联RSD触发电路，所述充电电路并联于主电路、RSD触发电路两端;所述控制电路并联于充电电路和RSD触发电路两端;所述放电主电路包括依序串联的RSD开关、磁环L、主电容CO和负载Z0;所述RSD触发电路包括触发电容Ce，半导体开关K21、半导体开关K22，磁开关Lc，磁开关L21、L22;所述触发电容Ce、半导体开关K22，RSD开关，磁开关Lc，半导体开关K21依序串联构成预充电流回路;所述磁开关L21—端连接于半导体开关K21与磁开关LC的串联连接端、另一端连接于半导体开关K22与触发电容Ce的串联连接端；所述磁开关L22—端连接于RSD开关与半导体开关K22的串联连接端、另一端连接于触发电容Ce与半导体开关K21的串联连接端。
[0007]通过采用这种电路结构，其工作过程如下:
[0008]触发电容Ce对K21、K22放电，令K21、22触发开通，触发电容CC的放电路径为Cc-K22-RSD-Lc-K21-L2-Cc，Cc的电压施加在RSD上，形成RSD的反向预充电流;L饱和后，主电容CO通过RSD放电，在负载ZO上形成所需的脉冲电流，其电流走向为Co-L-RSD-ZO-Co。当L21和L22饱和后，触发电容Ce的放电路径为Cc-K21-L21-Cc，以及CC-K22-L22-CC(3RSD流过的电流只有CO的正向脉冲电流。
[0009]优选的是，所述磁开关L21、L22由导线在铁氧体或环形微晶铁氧体薄膜的磁芯上缠绕若干圈构成。
[0010]更优选的是，RSD触发电路包括磁开关L、半导体功率开关K21、半导体K22，二极管0211、0213、0221、0223，磁开关1^21丄22，支路阻抗1^1、1^2，触发回路阻抗1^;所述半导体功率开关K21、K22采用基于IGBT或功率MOSFET或IGCT或GTO的半导体功率开关。
[0011]与现有技术相比，本实用新型适用于低压电路，结构简化了一半，两只晶闸管的同步触发比较容易实现。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的总体结构框图；
[0013]图2为本实用新型的电路结构图；
[0014]图3为一种基于三端半导体功率开关及磁开关的RSD触发电路；
[0015]图4为一种双晶闸管同步驱动电路。
【具体实施方式】
[0016]为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面对本实用新型的工作过程作进一步描述。
[0017]如图3所示的一种基于三端半导体功率开关及磁开关的RSD触发电路:
[0018]包括半导体功率开关K21、半导体K22，二极管D211、D213、D221、D223，磁开关L21、1^22，支路阻抗1^1、1^2，触发回路磁开关1^。
[0019]其电路的工作过程如下:控制系统输出半导体功率开关开通信号至两个驱动电路，驱动电路导通开关K21、K22，脉冲电容CC放电，放电路径为CC-K22-D22-RSD-Lc-K21-D21-CC，向RSD施加反向触发电流。
[0020]如图4所示一种双晶闸管同步驱动电路:
[0021]TLP521为光偶器件，用于传输开关信号，隔离驱动电路与低压控制电路;IR2110为IGBT驱动芯片，其最大耐压为500V，通流能力为2Α，输出驱动电压为10?20V，开通时间、关断时间和延时时间分别为120ns，94ns，10ns。在同一个环形铁氧体磁芯上绕制一个原边、两个副边线圈组成触发变压器T，可实现串联晶闸管的同步导通。IR2110输出的高电平输入到IGBT栅极，IGBT导通，直流电源在脉冲变压线圈原边产生一个快速上升的电流脉冲，此电流脉冲在T的副边产生两个快速上升的高幅值门极驱动电流，强触发晶闸管，增强晶闸管的高di/dt电流通流能力。由于IGBT关断速度很快，所以在IGBT关断时，由于关断电流的di/dt作用，而使T原边电感在IGBT两端的产生很大的电压，从而击穿IGBT。因此IGBT触发电路中加入了由电容、电阻和二极管D组成的缓冲电路，并且在IGBT发射极和集电极上并联了一个稳压二极管。IGBT关断时，T原边电流在电感的作用下逐渐减小，IGBT集电极的电位升高，二极管D导通，T原边线圈电感存储的能量通过缓冲回路释放，使IGBT的集电结电位不会上升到击穿电压，从而实现IGBT的关断保护。
[0022]以上所述的发明实例电路为本发明的较佳实施例而己，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
【主权项】
1.一种基于三端半导体功率开关的RSD触发电路，其特征在于:包括充电电路，放电主电路，RSD触发电路和控制电路； 所述放电主电路串联RSD触发电路，所述充电电路并联于主电路、RSD触发电路两端;所述控制电路并联于充电电路和RSD触发电路两端;所述放电主电路包括依序串联的RSD开关、磁环L、主电容CO和负载ZO; 所述RSD触发电路包括触发电容Ce，半导体开关K21、半导体开关K22，磁开关Lc，磁开关121、磁开关1^2; 所述触发电容Ce、半导体开关K22，RSD开关，磁开关Lc，半导体开关K21依序串联构成预充电流回路； 所述磁开关L21—端连接于半导体开关K21与磁开关LC的串联连接端、另一端连接于半导体开关K22与触发电容Ce的串联连接端； 所述磁开关L22—端连接于RSD开关与半导体开关K22的串联连接端、另一端连接于触发电容Ce与半导体开关K21的串联连接端。2.如权利要求1所述一种基于三端半导体功率开关的RSD触发电路，其特征在于:所述磁开关L21、磁开关L22由导线在铁氧体或环形微晶铁氧体薄膜的磁芯上缠绕若干圈构成。3.如权利要求2所述一种基于三端半导体功率开关的RSD触发电路，其特征在于:包括磁开关L、半导体功率开关K21、半导体K22，二极管D211、D213、D221、D223，磁开关L21、L22，支路阻抗Lcl、Lc2，触发回路阻抗Lc;所述半导体功率开关K21、K22采用基于IGBT或功率MOSFET或IGCT或GTO的半导体功率开关。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于三端半导体功率开关的RSD触发电路，包括充电电路，放电主电路，RSD触发电路和控制电路；所述放电主电路串联RSD触发电路，所述充电电路并联于主电路、RSD触发电路两端；所述控制电路并联于充电电路和RSD触发电路两端；所述放电主电路包括依序串联的RSD开关、磁环L、主电容C0和负载Z0；所述RSD触发电路包括触发电容Cc，半导体开关K21、K22，磁开关Lc，磁开关L21、L22；所述触发电容Cc、半导体开关K22，RSD开关，磁开关Lc，半导体开关K21依序串联构成预充电流回路。本实用新型适用于低压电路，结构简化了一半，两只晶闸管的同步触发比较容易实现。
【IPC分类】H03K3/57
【公开号】CN205320047
【申请号】CN201620058275
【发明人】彭亚斌, 卢社阶, 刘纪磊, 雷涛
【申请人】湖北科技学院
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月21日