本申請屬于脈沖功率，更具體地，涉及一種不需要磁開關的反向開關晶體管脈沖發生電路。

背景技術：

1、反向開關晶體管(rsd)是一種擁有極高電流上升率、極高通流能力、低雜散電感、簡單平板式封裝結構的新型特種功率半導體器件。單片rsd理論上能夠承受的電流上升率高達1011a/s，通流能力則高達幾百千安。此外，rsd是一種兩端式器件，沒有門極，采用反向預充電方式進行觸發，且觸發時可以全面均勻開通，理論上可以進行無限串聯。由多個rsd單片串聯壓裝成的堆體可以一起使用反向電流進行觸發，幾乎沒有均壓難題。因此，rsd特別適用于包括晶閘管在內的傳統電力電子器件難以勝任的高電壓大電流脈沖功率領域。

2、傳統rsd電路中需要裝設一臺用以隔離主電容電壓的磁開關。在觸發前，使用直流電流將磁開關復位至反向飽和點。在觸發時，預充電容首先對rsd進行反向放電。在此期間，主電容的電壓被尚未飽和的磁開關隔離。在持續時間為2微秒左右的預充電過程結束時，磁開關恰好飽和，主電容開始對rsd正向放電。磁開關隔離的主電容電壓與隔離時間的乘積即為磁開關的伏秒積。

3、雖然rsd可以理論上無限串聯以承受很高的主電容電壓，但磁開關的存在成為電壓進一步提高的瓶頸問題。磁開關的體積、重量、成本都會隨著伏秒積的增加而增加。例如，當磁開關的伏秒積高達40mvs時(對應阻斷20kv電壓2微秒)，磁開關的重量已達數百千克，直徑近一米。因此，傳統的rsd的放電電路實際上很難應用在幾十千伏電壓的脈沖功率電路中。

4、針對該問題，專利cn110138360a提出一種基于rsd的去磁開關高效脈沖功率發生電路，包括：反向開關晶體管rsd、反向阻斷雙端固態晶閘管rbdt和外圍電路；當需要觸發所述反向開關晶體管rsd時，利用所述外圍電路中的電容儲能與電感儲能的交替使所述反向開關晶體管rsd在沒有磁開關的前提下正常觸發開通；所述反向阻斷雙端固態晶閘管rbdt用于通過將電容中的部分能量轉移到電感儲能支路中，防止觸發rsd時的反向電流過大。其通過使用另一種半導體開關器件rbdt來輔助rsd，以防止觸發rsd時流過的電流數值過大損壞rsd。由于rbdt體積非常小，體積可以顯著的減小。為了減小脈沖功率發生電路的能量損耗，在觸發rsd時，利用電感儲存觸發rsd時電容釋放的能量，最后，電感釋放儲存的能量用于形成負載電流脈沖。

5、然而，該電路本身復雜，控制復雜，且反向阻斷雙端固態晶閘管rbdt器件屬于特種器件，難以獲取。

技術實現思路

1、針對現有技術的缺陷，本申請的目的在于提供一種不需要磁開關的反向開關晶體管脈沖發生電路，旨在解決現有rsd的放電電路難以應用在幾十千伏電壓的脈沖功率電路中的問題。

2、本申請涉及一種不需要磁開關的反向開關晶體管脈沖發生電路，所述脈沖發生電路包括主電路和觸發電路；所述主電路由主電容、阻斷電感和rsd構成，所述主電容的正極連接阻斷電感的一端，負極連接rsd陰極，阻斷電感的另一端連接rsd陽極；所述主電路的時間常數大于觸發電路的時間常數，以使得主電路的放電速度慢于觸發電路的放電速度；在觸發rsd期間，主電容電壓被主電路中的阻斷電感隔離。

3、優選地，所述阻斷電感為線性電感，電感值至少為微亨級，耐壓能力為幾十千伏。

4、優選地，所述觸發電路包括：開關、隔離二極管和預充電容；開關的一端連接rsd陽極，另一端連接隔離二極管正極，用于在閉合時，控制觸發電路放電；預充電容的負極連接隔離二極管的負極，正極連接rsd陰極。

5、優選地，所述隔離二極管的反向恢復時間為納秒級。

6、優選地，所述隔離二極管的反向耐壓能力為預充電容和主電容的電壓總和，通流能力大于預充電容的放電峰值電流。

7、優選地，所述隔離二極管為單個肖特基二極管或者串并聯的多個肖特基二極管。

8、優選地，所述觸發電路還包括：防反二極管，其正極連接隔離二極管正極，負極連接rsd陽極。

9、優選地，所述主電容和預充電容均為脈沖電容器。

10、優選地，所述脈沖電容器耐壓為幾千伏到幾十千伏，容量為微法級，通流能力為幾千安到幾十千安。

11、優選地，所述主電容耐受反峰電流的能力不小于主放電電流的正向峰值。

12、總體而言，通過本申請所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：

13、本申請提出一種不需要磁開關的反向開關晶體管脈沖發生電路，脈沖電容器作為預充電源和主電源，分別對反向開關晶體管進行反向預充電和正向主放電。隔離電感可以實現自動隔離，在主電流還沒起來，預充電電流已完成反向充電。一方面，本申請省去了磁開關，破除了磁開關伏秒積隨主電容電壓升高而導致的磁開關體積、重量、成本升高的難題，可以使反向開關以較容易和較低成本的方式，應用于10kv以上的超高壓脈沖功率領域。另一方面，該本申請中的電路均由常見的電路元件組成，不包括難以獲得的特種器件，電路具有較簡單的結構，容易組裝和搭建。

技術特征：

1.一種不需要磁開關的反向開關晶體管脈沖發生電路，其特征在于，包括主電路和觸發電路；

2.如權利要求1所述的脈沖發生電路，其特征在于，所述阻斷電感為線性電感，電感值至少為微亨級，耐壓能力為幾十千伏。

3.如權利要求1所述的脈沖發生電路，其特征在于，所述觸發電路包括：開關、隔離二極管和預充電容；

4.如權利要求3所述的脈沖發生電路，其特征在于，所述隔離二極管的反向恢復時間為納秒級。

5.如權利要求3所述的脈沖發生電路，其特征在于，所述隔離二極管的反向耐壓能力為預充電容和主電容的電壓總和，通流能力大于預充電容的放電峰值電流。

6.如權利要求3所述的脈沖發生電路，其特征在于，所述隔離二極管為單個肖特基二極管或者串并聯的多個肖特基二極管。

7.如權利要求3至6任一項所述的脈沖發生電路，其特征在于，所述觸發電路還包括：防反二極管，其正極連接隔離二極管正極，負極連接rsd陽極。

8.如權利要求1所述的脈沖發生電路，其特征在于，所述主電容和預充電容均為脈沖電容器。

9.如權利要求8所述的脈沖發生電路，其特征在于，所述脈沖電容器耐壓為幾千伏到幾十千伏，容量為微法級，通流能力為幾千安到幾十千安。

10.如權利要求1所述的脈沖發生電路，其特征在于，所述主電容耐受反峰電流的能力不小于主放電電流的正向峰值。

技術總結
本申請屬于脈沖功率技術領域，具體公開了一種不需要磁開關的反向開關晶體管脈沖發生電路。通過本申請，脈沖電容器作為預充電源和主電源，分別對反向開關晶體管進行反向預充電和正向主放電。隔離電感可以實現自動隔離，在主電流還沒起來，預充電電流已完成反向充電。一方面，本申請省去了磁開關，破除了磁開關伏秒積隨主電容電壓升高而導致的磁開關體積、重量、成本升高的難題，可以使反向開關以較容易和較低成本的方式，應用于10kV以上的超高壓脈沖功率領域。另一方面，該本申請中的電路均由常見的電路元件組成，不包括難以獲得的特種器件，電路具有較簡單的結構，容易組裝和搭建。

技術研發人員：葛翱銘,彭濤,呂以亮,王寧,康志偉
受保護的技術使用者：華中科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28