紧凑型固态重复频率脉冲功率中固体开关技术室其中的关键单元技术，光导半导体开关（光导开关，PCSS）以其功率容量高、重复频率高、导通速度快、抖动小、体积小等优势成为紧凑型固态重复频率脉冲功率的较为理想的选择。但光导开关的工作过程尤其是GaAs光导开关非线性模式下的实验现象仍缺乏合理解释，光导开关的功率容量尤其是较高输出功率下的寿命距离实际应用仍有距离。中国工程物理研究院课题组在高功率长寿命光导开关的工作过程、功率容量和寿命的影响因素方面进行了深入研究，找出了有效提高开关寿命的方法，提出了高功率长寿命光导开关的设计方法。
高功率光导开关的工作过程研究取得较大进展
1、高功率GaAs光导开关
分析了开关从线性到非线性的过渡阶段，不同模式的放电电流如图1、图2所示。
从全脉宽不变的角度分析了GaAs光导开关的光电导过程，比较回路流过的电荷量与电容初始存储电荷量的关系，指出开关的关断并不意味着电路的能量耗尽。研究了外电路参数对GaAs开关工作过程的影响，指出非线性模式的产生与维持受到回路储能电容、杂散电感的影响。研究了光斑形状对GaAs开关工作过程的影响，比较了不同的光斑形状开关的输出性能，并分析了原因。
2、高功率SiC光导开关
从光导开关的线性模型的电阻计算公式出发，分析了SiC光导开关导通电阻过大的原因，推导了光脉冲峰值与电脉冲峰值之间的时间延迟与载流子寿命之间的关系式，分析了载流子寿命对SiC光导开关导通电阻的影响。
高功率光导开关功率容量研究取得突破
1、高功率GaAs光导开关
研究了不同偏置电压（直流、脉冲）对开关击穿电场的影响，脉冲电场条件下，开关击穿场强可以超过120kV/cm。比较了环境介质对沿面击穿的改善，研制出最大工作电压60kV、工作电流2.4kA的高功率GaAs光导开关。研究了热损耗及热损伤对开关重复频率及寿命的影响，研制了用于开关散热的微通道散热器。在工作电压20kV、导通电流1kA、重复频率20Hz时，寿命超过10万次。高功率长寿命GaAs开关结构如图3所示。
2、高功率SiC光导开关
采用体开关结构，研制出工作场强大于250kV/cm，导通电流大于90A的SiC光导开关。
高功率长寿命光导开关的设计方法
高功率长寿命光导开关的设计，需要考虑两个方面的问题，意识开关的绝缘问题，而是考虑重复频率运行时开关的散热问题。高功率长候命光导开关的设计方法如图4所示。
(审核编辑: 智汇李)
