[实用新型]一种基于RSD的脉冲电源模块

说明书

技术领域

本实用新型属于高功率高密度脉冲技术领域，更具体地，涉及一种基于RSD的脉冲电源模块。

背景技术

高功率脉冲电源(兆瓦级电源)是将储存的高密度能量进行快速的压缩、转换或直接释放给负载，在受控热核聚变、高压除尘，有机废水处理等领域有广泛应用；现有技术中的脉冲功率电源技术利用电容储能放电方式，大多数采用机械式火花隙或无触点离子器件如氢闸流管作为放电开关。在开关开通过程中，开关必须承受较大的通态电流上升率di/dt。在国防、经济等领域的推动下，开关的通态电流上升率di/dt的增长将接近开关的工作极限，开关的性能大大限制了该领域的进步。

近年来，反向开关晶体管(RSD)、脉冲晶闸管、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)等半导体开关逐渐进入脉冲功率领域；火花隙开关耐压高，通流大，但使用寿命短；绝缘栅双极性晶体管可承受高速开关，耐压高，通流强，是电力电子领域的重要半导体器件，但价格相对较贵；晶闸管可耐高压，耐大电流，但开关速度较慢。

RSD是新一代高功率脉冲器件，工作稳定性和触发分散性好，耐高压大电流，使用寿命长；但在现有技术中，是通过导线或铜排将分立器件连接组成脉冲系统，形成RSD开关，电路杂散参数较大，RSD的通态电流上升率di/dt远低于其通态电流上升率di/dt耐量的极限(100kA/μs)。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于RSD的脉冲电源模块；其目的在于采用铜箔环围固定RSD的封装方式，降低高功率脉冲电源的杂散电感，进而提升高功率脉冲电源主电路的通态电流上升率di/dt。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种基于RSD的脉冲电源模块，包括主电容、磁开关、RSD、充电电源、开关管预充电容、预充电感和控制模块；其中主电容、磁开关、RSD与负载构成主电路；预充电容、预充电感、开关管与RSD构成预充电路；其特点在于，主电容、磁开关、RSD、充电电源、开关管、预充电容和预充电感集成在一块PCB上，且RSD是采用环围铜箔固定在PCB上；

其中，磁开关的第一端连接主电容的阳极；RSD的阳极连接磁开关的第二端，同时还与充电电源的输出端连接；充电电源的输入端连接控制模块的第一输出端，主电容阴极通过负载接地；RSD阴极接地；开关管的门极连接控制模块的第二输出端，集电极与RSD的阳极连接，预充电容的阳极连接开关管的集电极，预充电容的阴极接地；预充电感的一端接地，另一端连接开关管的发射极；

其中，主电容作为脉冲电源模块的主要放电电容，该电源的输出电流由主电容通过RSD放电获得；磁开关用于在预充电容为RSD预充时，阻断主电容对RSD放电；充电电源用于为主电容和预充电容充电；在充电电源对主电容及预充电容充电完毕后，脉冲电源放电前，主电容的阳极、RSD的阳极、开关管的集电极等电位；开关管是整个高功率脉冲电源的开关；预充电容与预充电感组成并联谐振电路，为RSD预充；控制模块用于控制充电电源与开关管的时序；

在PCB布局上，PCB上设有用于放置磁开关的开口；磁开关卡放在该开口内；RSD的阴极焊接在PCB的一面上，主电容设置在该面PCB的一端，预充电容设置在该面PCB的另一端；环围铜箔具有一个顶端面与至少两个引脚，其顶端面覆盖在RSD上，与RSD的阳极焊接在一起；环围铜箔的引脚焊接在该面PCB上；环围铜箔起到连接RSD的阳极与PCB正面的作用；磁开关与主电容和RSD之间通过铜条连通：主电容的阳极在PCB的另一面通过铺铜与铜条一端相连，铜条穿过磁开关，铜条另一端在该面PCB上通过铺铜及过孔与环围铜箔的引脚相接；

预充电容的阳极通过铺铜连接开关管的集电极和RSD的阳极；在开关管的发射极与RSD的阴极之间的PCB上环形铺铜，形成预充电感，开关管的发射极通过该环形铺铜连接RSD的阴极，预充电容的阴极通过铺铜与RSD阴极相连；

为满足在PCB上通大电流的要求，在上述布局的基础上对各网络做覆铜处理，提供PCB的安全性能。

优选的，环围铜箔的顶端面直径大于RSD的直径，为保证确保RSD的阳极与阴极绝缘。

优选的，环围铜箔的各引脚的上端与环围铜箔的顶端面垂直，下端与PCB垂直抵接。

优选的，所述的开关芯片为硅基RSD或碳化硅基RSD。

优选的，RSD呈饼状，厚度为14mm～27mm，直径为41mm～110mm；环围铜箔采用0.3mm～1mm厚度的铜制成，具有顶端面和4个引脚，其顶端面直径为46mm～120mm，引脚宽15mm～40mm，高14mm～27mm。