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

經(jīng)過(guò)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(kāi)關(guān)，相對(duì)傳統(tǒng)的放電開(kāi)關(guān)更可靠、壽命更長(zhǎng)、無(wú)需維護(hù)、無(wú)污染且安裝靈活。

海軍工程大學(xué)艦船綜合電力技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員，在工程實(shí)踐中通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(shí)，放電起始階段即晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通到即將導(dǎo)通的過(guò)程，負(fù)載兩側(cè)、電感器兩側(cè)以及晶閘管兩側(cè)均會(huì)存在一定幅值且快速衰減的高頻電壓振蕩現(xiàn)象，振蕩過(guò)程中晶閘管將承受較大的正反向du/dt，并且在即將導(dǎo)通時(shí)，由于晶閘管內(nèi)阻此時(shí)非常小，晶閘管兩側(cè)還會(huì)因?yàn)檎袷幎霈F(xiàn)正負(fù)交替的電壓，這些都將極大地?fù)p害晶閘管使用壽命，甚至導(dǎo)致?lián)舸{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(jì)方案對(duì)比

圖3 振蕩消除后晶閘管、負(fù)載側(cè)和電感電壓

基于這一特殊的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jī)制；進(jìn)而通過(guò)系統(tǒng)仿真方法驗(yàn)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(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

研究人員最后認(rèn)為：

• 1）當(dāng)電源模塊負(fù)載側(cè)存在寄生電容時(shí)，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(jìn)而引起晶閘管開(kāi)通時(shí)電壓振蕩。
• 2）通過(guò)合理的阻容吸收支路設(shè)計(jì)，可以有效地抑制這種電壓諧振，避免晶閘管擊穿等危險(xiǎn)。

以上研究成果發(fā)表在2020年第6期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)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(jī)理研究”，作者為朱博峰、魯軍勇、張曉、戴宇峰、王鑫。