緊湊型固態(tài)重復(fù)頻率脈沖功率中固體開(kāi)關(guān)技術(shù)室其中的關(guān)鍵單元技術(shù)，光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（光導(dǎo)開(kāi)關(guān)，PCSS）以其功率容量高、重復(fù)頻率高、導(dǎo)通速度快、抖動(dòng)小、體積小等優(yōu)勢(shì)成為緊湊型固態(tài)重復(fù)頻率脈沖功率的較為理想的選擇。但光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的工作過(guò)程尤其是GaAs光導(dǎo)開(kāi)關(guān)非線性模式下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象仍缺乏合理解釋?zhuān)鈱?dǎo)開(kāi)關(guān)的功率容量尤其是較高輸出功率下的壽命距離實(shí)際應(yīng)用仍有距離。中國(guó)工程物理研究院課題組在高功率長(zhǎng)壽命光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的工作過(guò)程、功率容量和壽命的影響因素方面進(jìn)行了深入研究，找出了有效提高開(kāi)關(guān)壽命的方法，提出了高功率長(zhǎng)壽命光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)方法。

        高功率光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的工作過(guò)程研究取得較大進(jìn)展

　　1、高功率GaAs光導(dǎo)開(kāi)關(guān)

　　分析了開(kāi)關(guān)從線性到非線性的過(guò)渡階段，不同模式的放電電流如圖1、圖2所示。

        從全脈寬不變的角度分析了GaAs光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的光電導(dǎo)過(guò)程，比較回路流過(guò)的電荷量與電容初始存儲(chǔ)電荷量的關(guān)系，指出開(kāi)關(guān)的關(guān)斷并不意味著電路的能量耗盡。研究了外電路參數(shù)對(duì)GaAs開(kāi)關(guān)工作過(guò)程的影響，指出非線性模式的產(chǎn)生與維持受到回路儲(chǔ)能電容、雜散電感的影響。研究了光斑形狀對(duì)GaAs開(kāi)關(guān)工作過(guò)程的影響，比較了不同的光斑形狀開(kāi)關(guān)的輸出性能，并分析了原因。

　　2、高功率SiC光導(dǎo)開(kāi)關(guān)

　　從光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的線性模型的電阻計(jì)算公式出發(fā)，分析了SiC光導(dǎo)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻過(guò)大的原因，推導(dǎo)了光脈沖峰值與電脈沖峰值之間的時(shí)間延遲與載流子壽命之間的關(guān)系式，分析了載流子壽命對(duì)SiC光導(dǎo)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻的影響。

　　高功率光導(dǎo)開(kāi)關(guān)功率容量研究取得突破

　　1、高功率GaAs光導(dǎo)開(kāi)關(guān)

　　研究了不同偏置電壓（直流、脈沖）對(duì)開(kāi)關(guān)擊穿電場(chǎng)的影響，脈沖電場(chǎng)條件下，開(kāi)關(guān)擊穿場(chǎng)強(qiáng)可以超過(guò)120kV/cm。比較了環(huán)境介質(zhì)對(duì)沿面擊穿的改善，研制出最大工作電壓60kV、工作電流2.4kA的高功率GaAs光導(dǎo)開(kāi)關(guān)。研究了熱損耗及熱損傷對(duì)開(kāi)關(guān)重復(fù)頻率及壽命的影響，研制了用于開(kāi)關(guān)散熱的微通道散熱器。在工作電壓20kV、導(dǎo)通電流1kA、重復(fù)頻率20Hz時(shí)，壽命超過(guò)10萬(wàn)次。高功率長(zhǎng)壽命GaAs開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　2、高功率SiC光導(dǎo)開(kāi)關(guān)

　　采用體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，研制出工作場(chǎng)強(qiáng)大于250kV/cm，導(dǎo)通電流大于90A的SiC光導(dǎo)開(kāi)關(guān)。

　　高功率長(zhǎng)壽命光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)方法

　　高功率長(zhǎng)壽命光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，需要考慮兩個(gè)方面的問(wèn)題，意識(shí)開(kāi)關(guān)的絕緣問(wèn)題，而是考慮重復(fù)頻率運(yùn)行時(shí)開(kāi)關(guān)的散熱問(wèn)題。高功率長(zhǎng)候命光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)方法如圖4所示。