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晶閘管的研究最早出現(xiàn)在20世紀50年代，其因優(yōu)良的電流放大性能和高頻重復開斷能力而受到了廣泛關(guān)注。20世紀90年代德法聯(lián)合實驗室及美國陸軍率先開展了以晶閘管作為電磁發(fā)射用脈沖功率電源放電開關(guān)的研究，并逐步取代了當時該領(lǐng)域較為主流的火花隙開關(guān)、引燃管、閘流管以及觸發(fā)真空開關(guān)。

經(jīng)過近30年的發(fā)展，現(xiàn)如今晶閘管已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電磁發(fā)射用脈沖功率電源的放電開關(guān)，相對傳統(tǒng)的放電開關(guān)更可靠、壽命更長、無需維護、無污染且安裝靈活。

海軍工程大學艦船綜合電力技術(shù)國防科技重點實驗室的研究人員，在工程實踐中通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，當脈沖電容器放電主回路由于雜散參數(shù)原因而存在高頻諧振支路時，放電起始階段即晶閘管開始導通到即將導通的過程，負載兩側(cè)、電感器兩側(cè)以及晶閘管兩側(cè)均會存在一定幅值且快速衰減的高頻電壓振蕩現(xiàn)象，振蕩過程中晶閘管將承受較大的正反向du/dt，并且在即將導通時，由于晶閘管內(nèi)阻此時非常小，晶閘管兩側(cè)還會因為振蕩而出現(xiàn)正負交替的電壓，這些都將極大地損害晶閘管使用壽命，甚至導致?lián)舸?，威脅脈沖功率電源系統(tǒng)安全。

圖1 振蕩現(xiàn)象電路仿真模型

圖2 阻容吸收設(shè)計方案對比

圖3 振蕩消除后晶閘管、負載側(cè)和電感電壓

基于這一特殊的實驗現(xiàn)象，研究人員根據(jù)所研究的脈沖功率電源模塊放電主回路實際結(jié)構(gòu)，分析了系統(tǒng)雜散參數(shù)存在的具體位置以及雜散參數(shù)引起電壓諧振的物理機制；進而通過系統(tǒng)仿真方法驗證了上述理論分析的正確性；提出了消除晶閘管兩端電壓振蕩的具體方法并通過實驗進行了驗證。

研究人員最后認為：

• 1）當電源模塊負載側(cè)存在寄生電容時，脈沖電容器放電起始階段主回路將存在快速衰減的電壓高頻振蕩，進而引起晶閘管開通時電壓振蕩。
• 2）通過合理的阻容吸收支路設(shè)計，可以有效地抑制這種電壓諧振，避免晶閘管擊穿等危險。

以上研究成果發(fā)表在2020年第6期《電工技術(shù)學報》，論文標題為“大容量脈沖電容器放電起始階段晶閘管電壓高頻振蕩機理研究”，作者為朱博峰、魯軍勇、張曉、戴宇峰、王鑫。