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《中国科学技术大学》 2006年
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短脉冲MOSFET调制器及其触发控制技术的研究

何宁  
【摘要】:用IGBT(绝缘栅双极性晶体管)和功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)等固态功率开关器件代替氘闸流管开关是脉冲调制器技术的最新发展方向。固态调制器具有体积小、性能稳定和重复工作频率高等优点,目前国外各大实验室都在开展固态调制器技术的研究,国内的研究则处于起步阶段。功率MOSFET开关速度在二十纳秒以下,很适合百纳秒脉冲宽度调制器使用,本篇论文主要从两方面展开MOSFET调制器技术研究:一是从理论和实验上研究探讨不同形式的主电路拓扑结构下调制器的性能特点;二是研究MOSFET开关管的触发、驱动和控制等相关技术。 MOSFET是一种刚性开关管,其导通截止受外部触发信号控制,因而MOSFET调制器能用电容做储能元件,在MOSFET被触发导通时,储能电容向负载放电,在负载上产生脉冲功率。但放电回路的分布电感(包括冲击磁铁等感性负载的电感)对脉冲前沿影响很大。采用多个单元调制器并联输出,各个单元调制器回路的分布电感也并联,其等效分布电感将大大减小。为了提高调制器的输出电压,研究了感应叠加型的MOSFET调制器,这种类型的调制器由多个单元调制器组成,每个单元调制器驱动一个单元磁环变压器的初级,磁环变压器的次级则串联在一起,磁环变压器的匝数比均为1:1,这样次级的输出电压将等于所有单元调制器在初级上输出电压的叠加。单元磁环变压器的初级将磁芯完全包裹住,次级则使用同轴结构,漏感和分布电容都极小。实际测试了由两个单元MOSFET调制器构成的感应叠加调制器输出特性,其中每个单元调制器都是由6个单MOSFET调制器并联构成,在充电电压450V,负载为20f)时,得到了40A的脉冲电流,其上升沿25ns、平顶宽度60ns左右。 触发电路产生一定频率和宽度的脉冲信号,还要经过驱动电路后才能控制MOSFET的导通截止。可编程逻辑器件在现代数字电路设计中得到了广泛的应用,论文基于CPLD(复杂可编程逻辑器件)设计了触发电路。MOSFET由于存在栅极电容,驱动电路在导通MOSFET时必须能提供足够大的电流,而在截止
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN761

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