瞬态电压抑制器在快上升沿电磁脉冲作用下的瞬态响应

为了研究瞬态电压抑制器(TVS)对快上升沿电磁脉冲的响应,基于传输线脉冲(TLP)测试理论,建立了由高频脉冲发生器、同轴电缆、专用测试夹具、30dB脉冲衰减器和高性能的数字存储示波器等组成的测试系统。参考时域传输(TDT)TLP测试方法,利用该测试系统,对典型双极TVS器件在快上升沿电磁脉冲作用下的电流特性和电压特性进行了研究,并对试验数据进行了拟合分析。结果表明,TVS器件的箝位电压、峰值电流等参数均随着测试电压的增大而增大,且与测试电压呈线性关系;而由箝位电压决定的箝位响应时间受测试电压的影响较小。经对比分析实验结果得出,对快沿电磁脉冲,采用固定响应时间下的箝位电压来衡量TVS器件的防护性能是较为合理的。     

电源线纳秒级电磁脉冲骚扰防护模块设计

针对常用雷电浪涌保护器无法应对快上升沿电磁脉冲骚扰的问题,设计了一种针对电源线的纳秒级电磁脉冲骚扰综合防护模块。该模块使用时域瞬态抑制和频域滤波相结合的方法,将压敏电阻和瞬态电压抑制器(transient voltage suppressor,TVS)作为瞬态抑制电路的主要器件,并研究了中间去耦电感对两种器件配合的影响;滤波模块考虑了线上共模和差模电磁脉冲干扰的防护。试验结果表明,该模块综合发挥了瞬态抑制和频域滤波的优势,可有效将1.5 kV电磁脉冲信号限制到100 V以下,具有较理想的防护效果。     

电磁脉冲防护器件性能测试用同轴夹具研制

测试夹具是电磁脉冲防护器件接入测试电路的必需装置。为此,分析了防护器件高功率电磁脉冲测试对测试夹具的要求,采用多段同轴结构的设计思路,研制了一种专用测试夹具。该夹具采用多阶缓渐变方案和错位补偿技术等;通过经验算式和软件仿真相结合的方法对各部分尺寸进行了优化设计,改善了其高频传输特性。矢量网络分析仪测试结果表明：在1 MHz^3 GHz频段内,该夹具具有良好的传输特性,电压驻波比（voltage standing-wave ratio,VSWR）均小于1.4;除部分频点外,反射系数小于-20 d B;此外,该夹具还具有耐压强度高、元件接入简单、可灵活拆卸等优点。该夹具可有效解决不同类型防护器件高压快脉冲注入下的测试难题。     

高功率脉冲电源中晶闸管应用的研究

对晶闸管在高功率脉冲电源中的应用进行了探讨;指出通态不重复浪涌电流、通态电流临界上升率是晶闸管选取的实际依据;给出了脉冲电流上升率的计算公式,确定了晶闸管通态电流临界上升率的最低取值。采用缓冲电路对晶闸管进行保护,通过理论分析得出了阻容匹配条件。仿真和实验表明该电路能有效抑制时序工作方式下出现的浪涌电压;将晶闸管作为主电路开关应用于一台由8个模块组成的高功率脉冲电源时,可取得良好的效果。     

沿面闪络真空开关触发特性的实验研究

触发真空开关(triggered vacuumswitch,TVS)是脉冲功率技术的核心器件,为满足对TVS放电时延及其分散性、工作电压范围、通流容量等的要求,设计了高介电系数的电介质材料制作的沿面闪络真空开关,研究了触发脉冲、主间隙两端的电压对TVS放电时延及其分散性的影响规律。实验研究表明:采用高介电常数电介质材料制作的沿面闪络真空开关,在自击穿电压为120 kV的条件下,TVS的最小工作电压为1.3 kV,工作电压范围为1.08%～99%;最大的放电时延400 ns,最小的放电时延为130 ns,最小的时延分散性为±10 ns;TVS的通过的电流峰值150 kA。该TVS不仅满足一般放电开关的性能要求,用于高电压、大电流脉冲功率技术中,而且可以用于对放电开关有特殊要求的Crowbar回路中。     

一种场击穿型真空触发开关的工作特点

真空触发开关(Triggered Vacuum Switch,TVS)是高功率脉冲技术领域的重要开关器件之一,其寿命大都因触发系统中触发极不能正常触发而停止工作,所以触发源的参数对TVS的工作寿命有重要的影响。针对触发比较困难但寿命超长的无涂敷触发材料的场击穿型TVS样品,设计了一套触发系统和LC振荡主回路,来测试TVS样品的工作特点。触发系统输出峰值35kV/500A的负脉冲源,触发延时分散性在70~100μs之间,触发成功率达96%。试验结果表明,TVS样品的动作延时比较稳定,在数百纳秒之间,并随主间隙电压增加而减小;工作过程中电弧稳定,电弧电压维持在20V左右,而且能够在小电流过零时产生有效的截流。     

硅和碳化硅二极管在脉冲功率源中的对比研究

碳化硅功率器件近年来发展很快,具有高击穿电压、高热导率等优点。通过仿真和实验研究了碳化硅二极管作为续流二极管应用在脉冲形成网络中的表现,并与硅二极管作对比。实验结果表明,碳化硅二极管在常温下抗浪涌电流能力不如硅二极管。在高温下两者抗浪涌电流能力均有所减弱,但硅超快恢复二极管的抗浪涌电流能力下降更多。可以预见在更高的温度下,碳化硅肖特基二极管的抗浪涌电流能力将超过硅快恢复二极管。     

基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器的设计及其放电特性

作为高压高重复频率脉冲电压发生器的开关器件,磁开关的耐压、通流能力以及寿命远高于半导体开关,因而适用作为介质阻挡放电(DBD)激励电源的开关。为研究双极性高频下DBD等离子体放电特性,提出高频双极性磁脉冲压缩系统。首先,阐释通过全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关产生双极性脉冲的原理,并叙述该系统关键器件的设计;其次,利用PSpice仿真软件研究电路关键参数对输出波形的影响规律,测试电阻性负载电压波形,并与仿真结果进行对比分析。测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13k V可调,上升沿100ns左右,重复频率可高至几千Hz。最后,针对高频双极性下的放电现象进行研究,结合DBD放电模型和放电图片探索高频双极性脉冲电压下放电特性与频率的关系,充实了高频放电理论研究。     

基于浪涌抑制器件的机载电子设备强电磁脉冲防护设计方法

针对机载电子设备的强电磁脉冲防护,介绍了机载电子设备强电磁脉冲防护的指标要求,分析了机载电子设备的强电磁脉冲防护设计方法,提出了浪涌抑制器件关键参数的计算方法,为便于对该方法进行理解和分析,给出了一种典型的强电磁脉冲防护器件的等效电路模型,最后针对负载为AC 115 V/10 A的风挡加热系统对雷电强电磁脉冲间接效应等级4波形4的防护要求,依据该方法对浪涌抑制器件进行指标量化、参数计算和器件选型,并与实际试验数据进行对比验证,证明了该方法的有效性。为机载电子设备的强电磁脉冲防护设计提供技术参考。     

高压断路器在线监测设备浪涌抗扰度试验

为了执行国家电磁兼容抗扰度试验等级选择要求规定在电力系统运行的在线监测设备必须通过浪涌(冲击)第3等级抗干扰试验,按照电磁兼容国家标准构建了试验环境,对高压断路器在线检测设备进行了浪涌(冲击)抗扰度试验。通过改进检测设备的电源部分结构,在易受干扰部位增加压敏电阻、瞬态电压抑制器(TVS)2种电磁兼容器件来抑制干扰;仿真和理论分析了TVS的安装位置对干扰的影响。试验结果表明,改进后的在线监测设备能有效抑制浪涌(冲击)干扰,通过了第3级浪涌(冲击)抗扰度试验。     

瞬态电压抑制器的雷电通流与箝压特性测试

为提高箝位电压和峰值脉冲电流测量的准确度,利用冲击电流发生器测试3种系列不同类型瞬态电压抑制器的雷电流通流能力、箝位电压特性和伏安特性,分析了它们与额定电压、脉冲峰值功耗及极性的关系。结果表明,TVS额定电压越高,雷电流通流能力越小,同样额定电压的TVS管,脉冲峰值功耗增大后通流能力并未增大,TVS管只适宜作为次级限压性防护元件。随着额定电压的升高,箝位电压逐渐增大,临界箝位系数趋于减小,低额定电压时箝位电压分散性大,高额定电压时箝位电压分散性小,选用和考虑TVS绝缘配合时应予注意。     

一种具有可变箝制电压的瞬时脉冲抑制装置的设计

瞬时脉冲给电网以及电力设备带来很多极坏的影响。文中提出了一种基于具有可变箝制电压的基于瞬态电压抑制器（TVS）阵列的新型瞬时脉冲抑制装置。该装置工作在220V低压电力线上,抑制与电力线电压同极性瞬时脉冲,保护连接在电力线上的各种设备。通过结合TVS管多种击穿电压特点,一种以TVS管阵列为执行机构,以数字信号处理器（DSP）为控制器,以对电力线电压同步为基础的具有多箝制电压的新型瞬态电压抑制装置在文中提出。装置的硬件设计、基于混合数字滤波器的电压同步算法、控制算法等分别在文中介绍。最后通过仿真分析与实际测试,与基于单一箝制电压TVS管的脉冲抑制相比,得出本装置不仅能对出现在交流电波形的波峰处的尖峰脉冲电压进行抑制,而且对于交流电波形的其它处的尖峰脉冲电压也能大部分削除。     

TVS的工作原理

TVS（Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器）是普遍使用的一种新型高效电路保护器件．它具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时．TVS能以极快的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗．以吸收一个瞬间大电流．从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此，TVS可用于保护设备或电路免受静电与电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压。     

静电放电电磁脉冲辐射场数值建模与仿真

针对静电放电(ESD)电磁脉冲测试及其防护这一静电研究领域的难点问题,利用时域有限差分法并采用电偶极子辐射模式建立了ESD电磁脉冲辐射场的数值模型。在分析了拟合IEC 61000—4—2标准规定的ESD电流波形的5种数值模型后,根据t=0时刻电流值和电流导数为0的ESD电流要求,选择脉冲3项式作为ESD电流表达式进行仿真计算。采用4 kV放电电压作为脉冲源,通过仿真计算得出相对辐射源3个位置处的电磁场分量Ex和Hx。计算结果表明,ESD电磁脉冲辐射场在自由空间的时域特点是脉冲具有极快上升沿、幅度变化剧烈且衰减较快。仿真结果为ESD电磁脉冲测试及其防护提供理论支撑。     

快恢复二极管正向浪涌电流特性研究

首先介绍电网中所用的快恢复二极管正向浪涌电流测试原理及方法,试验研究器件有源区结构、阳极区杂质补偿及载流子寿命控制方式对正向浪涌电流的影响。测试结果表明采用低阳极发射效率有源区结构的器件所能够承受的正向浪涌电流等级低于常规有源区结构器件;提高阳极区杂质补偿注入剂量能够提高二极管正向浪涌电流;与全局寿命控制方式相比,采用局域寿命控制方式制备的二极管具有更强的抗正向浪涌电流的能力。     

一种具有可变箝制电压的瞬时脉冲抑制装置的设计

瞬时脉冲给电网以及电力设备带来很多极坏的影响.文中提出了一种基于具有可变箝制电压的基于瞬态电压抑制器(TVS)阵列的新型瞬时脉冲抑制装置.该装置工作在220V低压电力线上,抑制与电力线电压同极性瞬时脉冲,保护连接在电力线上的各种设备.通过结合TVS管多种击穿电压特点,一种以TVS管阵列为执行机构,以数字信号处理器(DSP)为控制器,以对电力线电压同步为基础的具有多箝制电压的新型瞬态电压抑制装置在文中提出.装置的硬件设计、基于混合数字滤波器的电压同步算法、控制算法等分别在文中介绍.最后通过仿真分析与实际测试,与基于单一箝制电压TVS管的脉冲抑制相比,得出本装置不仅能对出现在交流电波形的波峰处的尖峰脉冲电压进行抑制,而且对于交流电波形的其它处的尖峰脉冲电压也能大部分削除.     

基于横电磁波天线的高空核电磁脉冲辐射波模拟器设计

为解决传统核电磁脉冲模拟器存在测试空间受限的问题,提出了基于横电磁波（TEM）喇叭天线的高空核电磁脉冲辐射波模拟器设计方案。通过数值仿真验证了TEM喇叭天线的辐射场波形,指出TEM喇叭天线在应用于辐射式电磁脉冲模拟器时存在低频辐射能力差的问题;通过比较TEM喇叭天线对3种典型核电磁脉冲的辐射能力,发现辐射场的上升沿部分主要取决于激励源的上升前沿陡度,辐射场的脉冲宽度与激励脉冲的宽度有关,可以通过展宽激励源脉冲宽度的方法来补偿TEM天线低频辐射能力差的问题;通过实验验证了利用TEM喇叭天线研制电磁脉冲辐射波模拟器的可行性,但仍需要阻性加载或展宽激励脉冲等方法对TEM喇叭天线的低频辐射性能进行改善。     

微机型保护设备浪涌骚扰的测试及抑制

分析了浪涌实验中浪涌骚扰的特性。并且通过对一些常用的浪涌保护器(SPD,SurgeProtectiveDevice)的浪涌骚扰测试,把它们的浪涌响应时间、残压水平、浪涌峰值电流、寿命等关键技术性能作了比较。然后,在一个微机保护样品的各个端口施加了浪涌骚扰,测试了响应特性。通过结果的分析,找出了各个端口相对于浪涌的敏感位置,并且给出了合适的浪涌防护方案。最终的结论是,根据IEC标准,各个端口施加的浪涌电压水平及源阻抗不同,而且端口电路的响应也不同,所以各个端口所需要的浪涌防护也是不同的。     

基于波形重建的开缝小腔体电磁脉冲屏蔽效能仿真分析

随着高功率电磁脉冲源的大量应用,电子设备的电磁脉冲防护成为电磁兼容领域的重要研究内容。为评估屏蔽体的电磁脉冲屏蔽效能,在分析波形重建方法的基础上,提出了开缝腔体屏蔽效能的最小相位法传递函数重构及波形恢复流程图,通过仿真计算和实验获得小腔体的频域屏蔽效能及其传递函数,对腔体内的方波电磁脉冲进行重建,分析了开缝小腔体对方波电磁脉冲的屏蔽效果。利用实测数据进行仿真计算结果表明:基于最小相位法的波形重建方法能够计算出电磁脉冲透过孔缝后的时域波形,计算得到的2种开缝屏蔽体的峰值屏蔽效能与屏蔽效能频域实测谱的低频屏蔽效能一致;利用该方法还能进行任意波形脉冲激励下的屏蔽体屏蔽效能计算,具有计算简单、预测效果好的优点。     

微机型保护设备浪涌骚扰的测试及抑制

分析了浪涌实验中浪涌骚扰的特性.并且通过对一些常用的浪涌保护器(SPD,Surge Protective Device)的浪涌骚扰测试,把它们的浪涌响应时间、残压水平、浪涌峰值电流、寿命等关键技术性能作了比较.然后,在一个微机保护样品的各个端口施加了浪涌骚扰,测试了响应特性.通过结果的分析,找出了各个端口相对于浪涌的敏感位置,并且给出了合适的浪涌防护方案.最终的结论是,根据IEC标准,各个端口施加的浪涌电压水平及源阻抗不同,而且端口电路的响应也不同,所以各个端口所需要的浪涌防护也是不同的.