[发明专利]一种RBDT器件的触发电路及其在脉冲发生器的应用

说明书

本发明提供了一种RBDT器件的触发电路及其在脉冲发生器的应用，使用基于DSRD器件的脉冲功率电路作为RBDT器件的触发电路，由于DSRD器件工作原理的特殊性，DSRD器件可以多个器件直接串联在一起使用，不存在多个全控开关管的触发的同步性要求，可以提高脉冲发生器的可靠性，此外基于DSRD器件的触发电路相比于现有的Marx发生器体积更为紧凑，需要的全控开关管数目更少，可以减小脉冲发生器的体积，简化脉冲发生器的控制，而且基于DSRD器件的触发电路输出电压上升率更高，可以优化RBDT器件的工作特性，提高脉冲发生器的效率。采用含有可饱和变压器的DSRD器件的触发电路拓扑，可以降低对原边开关管Q的耐压等级要求，节省脉冲发生器的成本。

技术领域

本发明属于脉冲功率电路领域，更具体地，涉及一种RBDT器件的触发电路及其在脉冲发生器的应用。

背景技术

脉冲功率技术是研究在相对较长的时间里把能量存储起来，然后经过快速压缩、转换，最后有效释放给负载的新兴科技领域。脉冲功率技术在科学研究和军事应用上有着非常重要的作用，其在军事上的应用体现在：核爆辐射效应模拟，惯性约束核聚变，高功率微波驱动源，电磁发射以及高功率激光等。此外，随着脉冲功率技术的不断发展，脉冲功率技术开始被逐渐应用于处理废气废水、材料制备、消毒灭菌和矿井物探等民用和工业领域。

开关是脉冲功率系统关键部件之一，一般都希望开关耐压等级高、导通电流大、开关速度快以及重复频率高。常规的气体开关虽然电压等级高、开通速度快，但其寿命有限、重复频率难以提高。因此，半导体器件由于具有重复频率高、寿命长、可靠性高以及成本相对较低的优点，被认为是脉冲功率领域最具有发展前景的开关之一。

其中，漂移阶跃恢复二极管(Drift Step Recovery Diode，DSRD)器件和反向阻断双端固态闸流管(Reverse Blocking Diode Thyristor，RBDT)器件是针对于脉冲功率应用专门提出和设计的半导体器件。DSRD器件是俄罗斯相关研究人员提出的一种断路型半导体开关，DSRD器件只有两个电极：阳极和阴极。其工作原理如下所示，先在DSRD器件的阳极和阴极之间施加一个正向电压，此时DSRD器件处于正向导通状态，DSRD器件的电流从阳极流向阴极，即DSRD器件流过正向电流，这个过程持续大概几百ns，在这个过程中DSRD器件被注入大量的电子空穴等离子体。随后，在DSRD器件的阳极和阴极之间施加一个反向电压，此时流过DSRD器件的电流反向，电流从阴极流向阳极，即DSRD器件流过反向电流，在这个过程中，前一阶段正向电流在DSRD器件中注入的等离子体被抽取出，等到DSRD器件内部电荷被抽取完毕，流过DSRD器件的反向电流被迅速截断，反向电流会被转移到与DSRD器件并联的负载上去，从而在负载上产生具有几个至十几个纳秒前沿的电压脉冲，其最大电压上升率可达数kV/ns。

RBDT器件是由美国研究人员提出的，利用具有较高电压上升率的脉冲来触发导通的闭合型半导体开关。RBDT器件与DSRD器件类似，也只有两个电极：阳极和阴极，其正向(阳极到阴极)与反向(阴极到阳极)均有阻断电压的能力。RBDT器件在工作时，正向阻断一定的电压，随后在需要RBDT器件导通时，在正向施加电压上升率超过数V/ns的触发电压脉冲，随后RBDT器件将从高阻抗阻断状态迅速转变为低阻抗导通状态，从而在负载上产生脉冲。由于RBDT器件是通过高dv/dt(电压变化率)触发的，而不是类似于晶闸管通过门极触发，因此RBDT器件有着更大的初始导通面积，器件电流能够在开通后迅速达到额定值。所以，RBDT器件相比于晶闸管更适合于应用在脉冲功率领域。

然而，RBDT器件的触发导通需要电压上升率超过数V/ns的触发电压脉冲，因此需要有专门的触发回路产生触发脉冲，这给RBDT器件的使用带来了不便，限制了RBDT器件的应用。通常情况下，RBDT器件的阻断电压为1000V左右，触发其导通时，RBDT器件两端的电压会比阻断电压大几百V，因此RBDT器件的触发回路需要能够提供电压上升率超过数V/ns、最大峰值电压超过1000V的电压脉冲。