沿面闪络触发真空开关初始等离子体特性实验

提出了一种RC阻容式电荷收集器,并对触发真空开关触发初始等离子体特征进行了实验研究。实验结果表明,在触发真空开关初始等离子体的起始阶段有一个尖峰脉冲,而且初始等离子体电流波形呈振荡衰减的过程。初始等离子体电流波形的第一个振荡峰的极性取决于触发脉冲的极性。触发初始等离子体的电子电荷略大于离子电荷;触发初始等离子体的电荷随触发电压、触发电流、触发电荷的增加呈线性增加;触发初始等离子体在TVS真空间隙中的扩散时间受触发电压、触发电流、触发电荷以及TVS真空间隙距离的影响,在触发电压小于8kV时,初始等离子体的扩散时间随触发电压的增加呈线性减小,而后基本稳定在66～69ns;初始等离子体的扩散时间随TVS真空间隙距离的增加而增加,当真空间隙距离从0.5mm增加至8mm,初始等离子体的扩散时间从50ns增大至70ns。     

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。     

浪涌抑制器配合距离的动态研究

分析了压敏电阻和瞬态电压抑制器 (TVS管 )的动态特性及其组合应用原理 ,并利用波过程的理论 ,分析了这两种过电压保护器件的配合距离     

基于高频振荡回路的激光触发真空开关开断特性

真空触发开关(TVS)是脉冲功率技术的重要开关器件,随着脉冲功率系统向更高工作频率的方向发展,要求TVS具有在高频回路中稳定工作的能力,因此采用LC高频振荡回路对一种新型激光触发真空开关(LTVS)进行实验研究,考察振荡回路频率、间隙电压以及初始等离子体浓度等因素对LTVS的开断特性的影响。实验结果表明,振荡回路频率增加和间隙电压升高将导致电流峰值及电流过零点变化率升高,电路未成功开断或者发生重击穿概率增加;重击穿时间间隔随间隙电压和回路频率升高而缩短;LTVS未成功开断或者发生重击穿概率与初始等离子体浓度无关。实验结果对于改善LTVS在高频回路中的稳定工作能力具有参考价值。     

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.     

碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管短路特性

器件的短路能力对整流器及其故障保护具有极其重要的意义。当器件故障运行时,为避免器件损坏,须在最短的时间内将故障予以切除,而此时器件的最大短路运行时间为系统保护装置提供了有力的时间支持。主要研究了碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(Si C MOSFET)在短路条件下的运行能力,以Cree公司的1 200 V/19 A Si C MOSFET为模型,设计了硬件电路,测试其不同电压等级下的短路电流;并在直流电压等级为600 V的条件下,测试了不同栅极电压、不同温度工况下的短路电流。研究结果表明器件的短路峰值电流随着栅极电压的升高而增大,而其短路运行时间却大幅降低;温度对短路运行时间的影响则相对不甚明显;同时还给出了器件在不同工况下的最大短路运行时间Tsc(max)。     

影响高压电器、线路绝缘子工频湿放电电压的几种因素

本文通过雨水电阻率、雨水温度、环境温度等对高压电器和线路绝缘子工频湿放电电压影响的研究,获得其关系曲线;提供了雨水电阻率特性参数、温度换算系数和公式,从理论上解释了用水阻率较低的天然水作湿放电得出错误结论的根源所在;并指出GB311-64一些规定不足之处。     

基于TVS的控制器设计

介绍TVS -A和TVS-B两种真空触发开关,通过实验研究它们的延时特性.同时为了便于调节触发能量,以此为基础设计了一个有关TVS控制电路.实验数据表明延迟时间和抖动时间随触发能量的提高而降低.延迟时间和抖动时间随主间隙电压的升高而大幅度地降低.通过提高主气隙电压,提高了触发的可能性.同时证明由于在触发结构上的改进,TVS -B比TVS -A有更优越的延时特性.     

用于高功率电磁脉冲防护的SiC-TVS器件设计研制

高功率电磁脉冲可在电子信息设备电缆上耦合产生浪涌骚扰,瞬态电压抑制器(transient voltage suppressor,TVS)是抑制浪涌骚扰的重要防护器件。现有TVS器件多为Si基材料,受限于材料特性,在响应速度和通流能力上存在不足。因此,选择Si C材料设计新型Si C-TVS器件,新型器件采用NPN结构,通过动态响应仿真确定了基本参数,对器件在高功率电磁脉冲下的热失效进行了仿真研究。采用深度刻蚀槽工艺加工了该批器件,选取结面积和工作电压相近的Si-TVS进行对比测试;测试结果表明:新研制的Si C-TVS器件在快前沿脉冲下的响应速度显著优于Si-TVS;在10/1 000μs浪涌脉冲注入下,Si C-TVS的通流能力为Si-TVS的6倍。     

UHVDC圆环接地极接地性能分析

为研究UHVDC圆环接地极接地性能,用三维有限元法计算了考虑钢体自身电阻率时其性能参数,在相同电极长度下计算比较了单圆环、双圆环和三圆环3种不同电极型式的接地特性,结果表明引流电缆注入点处的电极电位和温升略高于电极其它部位,且单圆环电极的最高电位升、接地电阻和最高温升最小,双圆环次之,三圆环最大;还分析了双层土壤上下层电阻率、电极埋深等参数对接地性能的影响。结果表明,电极埋深越大,最高电位升和接地电阻越小,但随着埋深的增加,温度却难以扩散,导致电极最高温升变大。此外土壤电阻率是影响接地性能的重要因素,随着土壤电阻率的增大,最高电位升和接地电阻等指标均有不同程度的上升,电极埋设层土壤电阻率对接地性能的影响较下层土壤电阻率的影响更大。     

高结温整流管

本文主要讨论了单晶材料电阻率及半导体芯片加工工艺对整流管高温特性的影响。     

硅脂环境下硅橡胶的吸收特性及其关键电气性能研究

电缆附件在长期运行过程中,其界面硅脂与绝缘硅橡胶直接接触使其逐渐被硅橡胶吸收,导致硅橡胶性能下降,甚至引发电缆附件界面问题。文中以附件绝缘硅橡胶吸收硅脂的增重试验为基础,研究不同温度下硅脂/硅油在硅橡胶中的扩散规律并获得相应的扩散参数;研究硅脂对硅橡胶体积电阻率、相对介电常数、介质损耗角正切值和工频击穿场强等电气性能的影响规律。结果表明,不同温度下硅脂/硅油在硅橡胶中的扩散规律服从Langmuir扩散模型;硅橡胶对硅脂/硅油的吸收能力随温度升高而增强,且硅橡胶内硅油分子的脱附过程更强;随着硅橡胶对硅脂吸收量的增加,硅橡胶的体积电阻率逐渐降低,相对介电常数和介质损耗角正切值逐渐增加,但其工频击穿场强呈先增大后减小的趋势。     

Degradation state analysis of the IGBT module based on apparent junction temperature

The multi-chip parallel insulated gate bipolar transistor (IGBT) is the core device in large-capacity power electronic equipment, but its operational reliability is of considerable concern to industry. The application of IGBT online degradation state analysis technology can be benefcial to the improvement of system reliability. The failure mechanism of IGBT devices is discussed in this paper, and a technique for analyzing the degradation state of IGBT based on apparent junction temperature is proposed. First, the distortion consistency of the voltage rise time in various failures is discussed, and the junction temperature dependence of the voltage rise time is then demonstrated. Subsequently, an apparent junction temperature model based on the voltage rise time is established (the ftting accuracy is as high as 94.3%). From the high-frequency model in the switching process of the device, an online extraction technology of key parameters (e.g., voltage rise time) is developed. Finally, an experimental platform for IGBT degradation state estimation is established, and the feasibility of IGBT degradation state estimation based on apparent junction temperature is proved, especially the degradation of bonding-wire and the gate-oxide-layer. The experimental results show that the proposed IGBT degradation state estimation technique based on apparent junction temperature is a reliable online estimation method with non-contact, high accuracy, and comprehensiveness.     

Degradation state analysis of the IGBT module based on apparent junction temperature

The multi-chip parallel insulated gate bipolar transistor (IGBT) is the core device in large-capacity power electronic equipment, but its operational reliability is of considerable concern to industry. The application of IGBT online degradation state analysis technology can be benefcial to the improvement of system reliability. The failure mechanism of IGBT devices is discussed in this paper, and a technique for analyzing the degradation state of IGBT based on apparent junction temperature is proposed. First, the distortion consistency of the voltage rise time in various failures is discussed, and the junction temperature dependence of the voltage rise time is then demonstrated. Subsequently, an apparent junction temperature model based on the voltage rise time is established (the ftting accuracy is as high as 94.3%). From the high-frequency model in the switching process of the device, an online extraction technology of key parameters (e.g., voltage rise time) is developed. Finally, an experimental platform for IGBT degradation state estimation is established, and the feasibility of IGBT degradation state estimation based on apparent junction temperature is proved, especially the degradation of bonding-wire and the gate-oxide-layer. The experimental results show that the proposed IGBT degradation state estimation technique based on apparent junction temperature is a reliable online estimation method with non-contact, high accuracy, and comprehensiveness.     

多棒极型触发真空开关触发特性

主要研究多棒极型触发真空开关(TVS)的触发特性及其影响因素.研究表明,真空开关的触发时延主要由导通时延决定,增加触发电流的幅值和陡度(di/dt)可减小TVS的导通时延及其分散性.脉冲变压器直接触发TVS,可通过减小变压器漏感、提高触发电容的充电电压或增加触发电容电容量来降低导通时延及其分散性,但触发电容增加到一定值后对增加触发能量无帮助,没有必要继续增加.变压器直接触发方式可使导通时延减小至4ms左右,但分散性较大,且存在较小的触发回路电流导致的触发极熄弧现象.在脉冲变压器直接触发回路的基础上设计并研究了两种改进的触发回路:一种为脉冲变压器匹配续流回路,TVS导通时,通过续流回路的充电电容续流可使触发电流达kA级,导通时延减小至2～4μs,由于回路结构复杂,受到杂散参数影响,触发电流的幅值和陡度受到限制;一种为改进的触发回路,在触发极和阴极两端直接并接电容,导通时延可保持在1μs之内.最后研究并确定了并接电容选取依据和取值区间;对触发电压较小的TVS可在并接电容和触发极之间串联间隙,增大电容的充电电压和触发极能量,达到TVS可靠、精确触发的目的.     

基于傅里叶级数解析热扩散角的功率模块热阻抗物理模型

绝缘栅双极型晶体管功率模块失效主要由温度因素诱发。为提高功率模块可靠性,RC热阻抗模型被提出用于实时预测芯片结温。随着功率密度的提高,模块横向扩散愈发明显,多芯片热耦合效应愈加突出,导致传统RC模型会引入较大误差。文中针对RC模型精准度不足进行改进,揭示热扩散角取决于热流密度的物理内涵,结合多层封装结构下的傅里叶级数解析热流模型,建立一维RC热网络与三维热流物理场的本质联系,构造计及多芯片热路耦合的扩散角热网络,较为准确地描述多芯片结温动态特性,揭示热扩散与热耦合效应对芯片温度场形成的规律。与其他传统热扩散角模型相比,所提出方法的结温计算结果准确度最高。最后以型号SEMi X603GB12E4p模块为例,针对提出的物理模型进行验证,仿真与实验结果均表明,该模型能够表征不同工况条件下功率模块的热过程,验证了所提建模方法的有效性与准确性,误差小于4%,且验证了所提模型较不计及热耦合模型精度提高了16.72%。     

Experimental investigations on triggering characteristic of TVS under DC and AC load

Triggered vacuum switches (TVSs) have fast growing applications in the field of power system and pulse power. The relation between triggering parameters of triggering system, such as triggering voltage and triggering power, between the triggering time delay and its scatter of TVS had been obtained through series of experiments. The result can be adopted as the steering for high-power controller design and application of TVS. A steepened high-voltage triggering pulse is introduced in the main high-voltage generating circuit. As a result, the triggering time delay and its scatter can be decreased remarkably. Synchronous switch technology is imported to control the triggering phase at the crest of applied voltage on TVS. The Triggering characteristic of TVS under alternating current (AC) and direct current (DC) load has been investigated emphatically. Given the identical triggering parameter of triggering system, DC condition is prior to AC on the triggering probability and stability markedly. Such conclusion can be drawn, for AC condition, TVS would require much for the triggering system.     

AB_5型储氢合金低温氢扩散行为研究

用恒电位阶跃法研究了低温下AB5型储氢合金中的氢扩散行为。研究表明,低温下放电深度为50%的AB5储氢合金中,氢扩散系数受阶跃幅值的影响不大,且随着温度的降低而减小,其数量级约为10-8,这是AB5储氢合金低温高倍率放电性能差的原因之一。