[发明专利]一种高压大电流双向半导体开关

说明书

本发明提供一种双向半导体开关，包括：n×m个双向晶闸管，n个双向晶闸管并联成双向晶闸管并联电路依次串连在电源HV1和电源HV2之间；可调直流电源U1、可调直流电源U2、限流电阻R1、驱动变压器T、开关管Q；限流电阻R1、驱动变压器T的源边线圈和开关管Q的D、S极分别依次串联在可调直流电源U1和可调直流电源U2的两端；驱动变压器T的m个副边线圈的两端分别接m个双向晶闸管并联电路中双向晶闸管的T1极和G极，副边线圈中同相端接双向晶闸管的T1极，开关管Q形成双向半导体开关的控制端。本发明通过多级晶闸管串联来实现高压，通过多个晶闸管并联实现大电流；通过尽可能增大触发电流、增大工作电压来保证晶闸管微秒级的开关速度。

技术领域

本发明涉及半导体开关领域,特别是一种全电压范围的双向、快速、高压大功率半导体开关。

背景技术

开关就是开启和关闭。它还是指一个可以使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元件。最常见的开关是让人操作的机电设备，其中有一个或数个电子接点。接点的闭合(closed)表示电子接点导通，允许电流流过；开关的开路(open)表示电子接点不导通形成开路，不允许电流流过。

目前，开关主要有两种：有触点的机械开关和无触点的固态开关，无触点开关与机械式有触点开关比较有以下优点:(1)寿命长，机械式分断时起弧、触头磨损，固态开关没有磨损。(2)工作频率高，机械式为4～10工频周波，固态开关<10ms。(3)可靠性高。(4)使用安全。(5)电磁干扰小。

目前有触点的机械开关和无触点的固态开关均具有如下不足：

1、现在使用的机械式开关，电压不高，电压最大6kV左右；开关功率不大，峰值电流最大3kA左右；使用寿命不高；容易产生电弧，带来安全隐患；开关速度低；可靠性低，噪声大。

2、现在使用的快速、高压大功率半导体开关主要是单向开关，在输出脉冲高压需要进行正负极性转换的场景如图1所示，图中U0为高压直流电源，串连一个充电电阻R0，并联一个高压储能电容C0，然后需要在半导体开关K0后面增加极性切换装置，如图1中的开关K01、K02、K03、K04，这个极性切换装置要承受高绝缘耐压、大冲击电流，设计选型非常复杂、实现难度大。

3、现有的火花球隙开关，能实现双向大功率，开关功能，然而多次开关后，放电球容易产生氧化，影响后续的开关可靠性和效果，寿命短开通瞬间产生火花，对外界产生强电磁干扰。

4、现有的火花球隙开关、固态开关等不能同时兼容高压和低压，高压时开关速度快满足要求，但低压时开关速度明显变慢。不能满足低压下的速度要求，且不易控制。

发明内容

本发明针对目前机械式开关、单向开关以及火花球隙开关等的不足，不能满足用户的需要，提供一种全电压范围的双向、快速、高压大功率半导体开关。

本发明实现其技术目的技术方案是：一种高压大电流双向半导体开关，

包括：

n×m个双向晶闸管，m组每组n个双向晶闸管并联形成m个双向晶闸管并联电路，m个双向晶闸管并联电路依次串连在第一直流高压电源HV1和第二直流高压电源HV2之间；

n×m个双向晶闸管，m组每组n个双向晶闸管并联形成m个双向晶闸管并联电路，m个双向晶闸管并联电路依次串连在使用开关的第一直流高压电源HV1和第二直流高压电源HV2之间；

可调直流电源U1、可调直流电源U2、限流电阻R1、驱动变压器T、开关管Q；限流电阻R1、驱动变压器T的源边线圈和开关管Q的D、S极通过开关K3控制后依次串联在可调直流电源U1的两端，通过开关K4控制后依次串联在可调直流电源U2的两端；所述的开关K3和开关K4不同时闭合；可调直流电源U1和可调直流电源U1流经限流电阻R1、驱动变压器T的源边线圈和开关管Q的D、S极的电流方向相反；