ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2010, № 1, с. 172-173
УДК 621.373
ПРИБОРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ В ЛАБОРАТОРИЯХ
Р.В.Д.-КОММУТАТОР МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ ТОКА
© 2010 г. С. В. Коротков, Ю. В. Аристов, В. Б. Воронков, А. Л. Жмодиков, А. К. Козлов, Д. А. Коротков, А. Г. Люблинский
Поступила в редакцию 26.06.2009 г.
Для развития современных импульсных технологий (лазерных, электромагнитных, электрогид-роимпульсных и т.д.) необходимо коммутировать за времена от единиц до сотен микросекунд мега-и гигаваттные мощности.
В этой связи большой интерес представляют разработанные в России полупроводниковые приборы тиристорного типа — реверсивно включаемые динисторы (р.в.д.) [1—3], имеющие принципиально малые потери энергии при коммутации быстронарастающих импульсов тока.
В отличие от традиционных тиристоров, р.в.д. не имеют электрода управления. Для осуществления управляющего воздействия в их структуру введена плотная система каналов обратной проводимости, через которые в процессе кратковременного (0.5—1 мкс) реверса блокируемого напряжения пропускается ток управления, обратный по отношению к коммутируемому току. В результате у коллекторного перехода р.в.д. создается равномерно распределенный слой электронно-дырочной плазмы с плотностью, определяемой амплитудой и длительностью тока управления. При восстановлении исходной полярности напряжения этот слой является источником тока, обеспечивающего переключение р.в.д. в состояние с высокой проводимостью.
При достаточной плотности тока управления (25—50 А/см2) переключение р.в.д. происходит однородно по всей рабочей площади и без задержки относительно момента окончания управляющего воздействия. Благодаря однородному переключению коммутационные возможности р.в.д. в 1.5—2 раза превосходят возможности лучших импульсных тиристоров с той же площадью полупроводникового элемента и возрастают практически пропорционально рабочей площади. Простая технология изготовления р.в.д. определяет их сравнительно небольшую стоимость. Отсутствие задержки включения создает возможность синхронного переключения большого количества последовательно соединенных динисто-ров, что обеспечивает высокую надежность высоковольтных р.в.д.-коммутаторов.
Способ переключения р.в.д. обусловливает разработку достаточно мощных цепей управле-
ния, способных формировать быстронарастаю-щие импульсы тока. Существенное увеличение их эффективности можно получить при использовании для коммутации тока управления динисторов с глубокими уровнями (д.г.у.) [4] и при подключении последовательно с р.в.д. дросселя с насыщающимся сердечником. Наносекундное время переключения д.г.у. обеспечивает малые потери энергии при формировании субмикросекундных импульсов тока управления. Большая индуктивность дросселя до момента насыщения сердечника практически исключает ответвление тока управления в силовую цепь.
На рис. 1 приведен внешний вид разработанного р.в.д.-коммутатора с дросселем насыщения и д.г.у.-переключетелем в цепи управления. Он способен блокировать напряжение до 25 кВ и коммутировать импульсы тока микро- и субмиллисе-кундной длительности с амплитудой до 300 кА и скоростью нарастания до 25 кА/мкс.
Рис. 1. Внешний вид р.в.д.-коммутатора.
Р.В.Д.-КОММУТАТОР МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ ТОКА
173
Рис. 2. Осциллограммы тока I и напряжения U на р.в.д. Масштаб по вертикали 50 кА/клетка и 5 В/клетка, по горизонтали — 50 мкс/клетка.
На переднем плане расположена сборка р.в.д. с делителем, выравнивающим напряжение на ди-нисторах в статическом режиме. Слева от сборки размещен одновитковый дроссель насыщения. На задней панели закреплены высоковольтный конденсатор, формирующий ток управления, и
система запуска (размер 230 х 300 х 86 мм), содержащая [5] цепь стабилизации исходного состояния сердечника дросселя и цепь управления на основе д.г.у.
На рис. 2 приведена типичная для используемых р.в.д (диаметр структуры 76 мм, предельное блокируемое напряжение 2000 В) осциллограмма падения напряжения при коммутации импульса тока с амплитудой 250 кА, свидетельствующая о высоком к.п.д. процесса коммутации.
Разработка выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 07-08-12215-офи).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горбатюк А.В., Грехов И.В., Коротков С.В. и др. // Письма в ЖТФ. 1982. Т. 8. № 11. С. 685.
2. Коротков С.В. // ПТЭ. 2002. № 4. С. 5.
3. Грехов И.В., Козлов А.К., Коротков С.В., Степанянц А.Л. // ПТЭ. 2003. № 1. С. 53.
4. Аристов Ю.В., Воронков В.Б., Грехов И.В. и др. // ПТЭ. 2007. № 2. С. 87.
5. Аристов Ю.В., Воронков В.Б., Грехов И.В. и др. // ПТЭ. 2007. № 2. С. 91.
Адрес для справок: Россия, 194021, С.-Петербург, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН. E-mail: korotkov@mail.ioffe.ru
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА № 1 2010
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.