Page 58 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019
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            的发展。在国内，2017 年，贺思敏等             ［15］ 对国外 MCT 和      （1600 V），常作为续流二极管使用。所以采用 FRD 反
            国产陶瓷电容进行了研究，制作出开关专用控制芯片，                             向并联在陶瓷电容两端，可将电容放电阶段产生的反
            并得到了 CDU 短路和接入爆炸箔时的放电特性曲线，                           向电流通过 FRD 进行续流，而不流经 MCT 阴阳极，从
            实现了两路冲击片雷管的成功起爆，其同步分散性小                              而保护了 MCT。此时，在整个 CDU 回路放电历程上，
            于 100 ns。                                            因为 FRD 维持了 MCT 的单向导通特性，在 MCT 阴阳
                由 于 国 产 MCT 近 些 年 才 研 制 成 功 ，国 内 有 关             极间测得的放电电流呈单向衰减震荡形式，不同于火
                                                                                         ［4］
            MCT 应用于 EFI 的研究报道尚不够充分，故本研究设                         花隙开关的正负向衰减震荡 。
            计 制 作 了 集 成 国 产 MCT 和 国 产 高 压 陶 瓷 电 容 的
            CDU，分 析 了 CDU 回 路 的 等 效 R⁃L⁃C 零 输 入 响 应 方
            程，同时结合 CDU 对短路负载放电实验，得到了容值
            和放电电压对回路峰值电流的影响规律，以及回路的
            电 感 、电 阻 和 放 电 周 期 等 参 数 。 在 此 基 础 上 ，采 用
            CDU 电爆爆炸箔，研究了爆炸箔电爆特征参数，最后
            验 证 了 CDU 激 发 微 型 爆 炸 箔 芯 片 进 行 硼/硝 酸 钾
           （Boron‑Potassium Nitrate，BPN）飞 片 冲 击 点 火 的 可
            行性。

            2   CDU 的设计与制作

                                                                 图 1  基于 MCT 的 CDU 实物图
                如图 1 所示，设计制作了基于国产 MCT 的 CDU，
                                                                 Fig.1  The physical map of CDU based on MCT
            体积为 40 mm×25 mm×8 mm，在 EFI 接口连接铜带以
            测试 CDU 短路放电特性。与云母、纸介/油介、有机薄                          3  基于 MCT 的 CDU 回路放电特性
            膜等电容相比，陶瓷电容体积小、一致性好，输出能量
            密 度 较 集 中 ，故 CDU 采 用 了 国 产 高 压 陶 瓷 电 容      ［16］ 。   3.1  基于 MCT 的 CDU 电学特性
            为了缩短 CDU 回路引线，降低回路电感，在印制电路                               MCT 是 MOS 控制双极型半导体器件，具有 MOS
            板正面布局国产 MCT 和 EFI 接口，在印制电路板背面                        器件驱动简单、驱动功率小的特点，兼顾双极型器件瞬
            表贴国产高压陶瓷电容。考虑到在 CDU 放电过程中，                           态电流大、高 di/dt 的优点，因而可用于脉冲功率领域。
            回路电流会剧烈变化产生高电流变化率 di/dt，栅极内                          MCT 常见四脚型封装，包括栅极、栅返回极、阳极和阴
            外的寄生电感、寄生电容在高 di/dt 下会感应出抖动电                         极，且栅返回极和阴极短路，通过在栅极和栅返回极之
            压，抖动电压很可能超过栅极耐压值，造成 MCT 损坏。                          间输入一个脉冲信号（幅值 5 V，脉宽 10 μs），即可控
            故将瞬态抑制二极管（Transient Voltage Suppressor，              制 MCT 阴阳极的导通。
            TVS）并联在 MCT 的栅极和栅返回极两端，防止栅压                              MCT 电 性 能 参 数 如 表 1 所 示（25 ℃）。 应 用 于
            抖动对 MCT 产生冲击        ［17］ ，其保护机制为：当 TVS 的两            CDU 时，MCT 需要考虑的关键参数有：阴阳极阻断电
            极受到反向瞬态高能量冲击时，在纳秒级时间内，TVS                            压 V D（BR） ，栅极导通阈值电压 V      GK（TH） —导通 MCT 的栅
            由高阻抗转变为低阻抗，可吸收浪涌功率，将 MCT 栅                           压下限，导通延迟时间 t         d（ON） —输入栅控信号到回路导
            极 和 栅 返 回 极 之 间 电 压 钳 位 于 一 个 预 定 值（例 如 ：            通 的 延 迟 时 间 ，电 流 变 化 率 di / dt，回 路 电 流 峰 值
            20 V），免受各种浪涌脉冲的损坏。另外，MCT 具有单                         I PEAK 等。
            向 导 通 特 性 ，即 整 流 功 能 ，若 过 大 的 反 向 电 流 流 经                因为 FRD 的保护机制维持了 MCT 的单向导通特
            MCT，MCT 会过热而烧坏，此时，MCT 的阴阳极一般                         性，所以基于 MCT 的 CDU（负载短路）存在两条放电
            会 短 路 。 而 快 恢 复 二 极 管（Fast Recovery Diode，           回路，第一条是电容、MCT，第二条是电容、FRD。定义
            FRD）属于 PIN 结型二极管，即在 P 型硅材料与 N 型硅                     电容电压 u（t）为电容正负极的电压差，当 u（t）为正，电
            材料中间增加了基区Ⅰ，因基区很薄，所以 FRD 的反                           流 经 过 第 一 条 回 路 ，电 容 放 电 产 生 的 正 向 电 流 流 过
            向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压较高                              MCT 后，对电容反向充电直到 u（t）为负，此时反向电


            Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.5, 2019（417-425）  含能材料       www.energetic-materials.org.cn
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