Marx发生器开关击穿特性研究

Marx发生器在产生快前沿和高电压脉冲的过程中,气体开关的击穿特性起到了至关重要的作用。本文首先介绍Marx发生器及其气体开关的概念和工作原理;然后根据理论基础,采用氮气进行气体绝缘,研究1.5mm、2.5mm和3.0mm气隙间距的气体开关在0~3.0Bar气压条件下的击穿电压以及3.0mm气隙间距的气体开关在0~5.0Bar气压条件下的击穿电压;研究2mm、2.5mm和3.0mm气隙间距的气体开关在0~3.0Bar气压条件下的脉冲输出前沿。通过对比不同击穿条件下的击穿电压和输出电压前沿的实验数据,结果表明在同等气隙间距条件下开关击穿电压随气压变化基本呈线性关系;当气压越大时脉冲输出前沿越陡,在1.6Bar左右时脉冲输出前沿趋于稳定。     

±60 kV三电极场畸变气体开关静态特性研究

在高功率脉冲Marx发生器中,气体开关具有连接储能器件与负载作用。文中为一种高能量输出、高频Marx发生器,设计了一种三电极场畸变气体开关。开关电极采用同轴结构,具有体积小、放电电流大和工作电压范围宽等优点;通过实验对不同气压和电极间距下场畸变气体开关电极静态特性进行了测试,实验结果表明,场畸变气体开关自击穿电压随SF6气压的增长从线性增长到非线性增长;工作电压范围随场畸变气体开关两主电极之间距离的增大而增大,最终趋于平缓;击穿电流和电压的分散性都随着工作气压的增大而增大。     

含有碘甲烷的混合气体脉冲放电特性研究

含碘甲烷的混合气体脉冲放电是研究放电引发的脉冲氧碘化学激光器的基础和前提保证。研究了碘甲烷的混合气体脉冲放电特性,实验发现,击穿电压和峰值电压与气体压强、电极间距和初始电压的乘积成线性关系,注入能量与气体压强、放电气体的体积及初始电能的乘积成线性关系。     

脉冲变压器对PFN-Marx 充电过程分析

脉冲变压器对PFN-Marx 充电这种非恒压直流充电方式使得各级PFN 之间能采用自击穿开关。在PFN-Marx 充 电过程中,网络延时使得各级PFN 上充电电压不一致和充电电流分布不均匀。这种不均匀性提高了电容器损坏的风险和 系统工作的不稳定性。本文从LC 梯形网络出发,采用电路原理推导了脉冲变压器对PFN-Marx 充电时每一级PFN 上充 电电压计算方法,进而研究了系统参数及电感排列方式对充电电压一致性的影响,模拟研究表明该计算方法可以为 PFN-Marx 结构和参数设计提供参考。     

用于HF激光器的气体火花开关特性研究

气体火花开关是放电激励脉冲HF激光器的关键部件之一,其性能直接影响激光器的正常运转。本文介绍了气体火花开关的设计,并对其静态自击穿特性和动态触发特性进行了实验研究。实验结果表明:在开关工作气压为0.1~0.4 MPa情况下,静态自击穿电压约10~30 kV,且稳定性较好;在触发电压前沿约20 ns,幅值约45 kV的情况下,欠压比大于80%时,开关时延小于120 ns,开关抖动小于6 ns;开关具有较大的工作范围,约为55%~60%。开关用于放电激励脉冲HF激光器,实现了激光器稳定运行。     

5kV重复频率高压脉冲电源设计

针对毛细管放电X线激光的研究中气体预电离对电源的要求,设计一种重复频率的高压脉冲电源。采用可调直流高压电源和储能电容器作为能源系统,利用固体开关作为主放电开关控制脉冲宽度和频率,最后通过脉冲变压器升压在负载上得到所需的电压脉冲。整个系统利用计算机和数据采集控制卡实现程控。实验结果表明5kV重复频率高压脉;中电源的最终输出脉冲电压范围为3-5kV可调：脉冲宽度范围为2-20μs可调：脉冲频率范围为1～200Hz可调;脉冲电流最大100A。     

5 kV重复频率高压脉冲电源设计

针对毛细管放电X线激光的研究中气体预电离对电源的要求,设计一种重复频率的高压脉冲电源.采用可调直流高压电源和储能电容器作为能源系统,利用固体开关作为主放电开关控制脉冲宽度和频率,最后通过脉冲变压器升压在负载上得到所需的电压脉冲.整个系统利用计算机和数据采集控制卡实现程控.实验结果表明5 kV重复频率高压脉冲电源的最终输出脉冲电压范围为3～5 kV可调;脉冲宽度范围为2～20 μs可调;脉冲频率范围为1～200 Hz可调;脉冲电流最大100 A.     

LIC01交流电压触发开关的非专业应用

LIC01系列交流电压触发开关是为气体放电灯触发器等高压脉冲产生电路而专门设计的。该系列高压触发开关可直接在220V或240V交流线路上工作,击穿电压最小值为195V或215V,     

真空触发开关导通瞬间高频脉冲电压的测量

文章介绍了一种高压真空触发开关导通瞬间高频脉冲电压的测量方法,并通过构建的测量系统测得了开关导通瞬间的脉冲电压波形;得出真空触发开关导通瞬间会产生频率为纳秒级的电压闪动的结论.     

程控真空高压器件老炼台的研制

程控真空高压器件老炼台由可调直流高压电源、储能器、高压脉冲变压器、高压开关、触发器、控制器、工控机、程控真空计、打印机、存贮示波器、限流电阻箱、极性转换器、高压击穿检测器及高压脉冲分压器等构成。该装置通过真空高压器件内真空度和高压击穿信号为判据,决定高压脉冲电压幅度和限流电阻的增减,实现自动控制老炼工艺过程。     

用于10kV IGBT固体开关的脉冲变压器设计

为了设计IGBT固体开关的脉冲变压器，需要解决输出一致性和绝缘问题。通过选取具有优异高频性能的磁芯、均匀绕组和相同外电路来实现输出一致性；采用Ansoft Maxwell 3D来模拟了脉冲变压器电势电场分布，然后根据模拟结果采取相应的绝缘措施。实验结果表明：脉冲变压器的输出一致性很好，也没有电压击穿现象，由此说明脉冲变压器设计基本满足IGBT固体开关需要。     

氮分子激光器Blumlein电路的研究

一、提高Blumlein电路性能的一般考虑 用在激光研制中的基本Blumlein电路结构如图1所示。激光管中两个横向放电电极分别与作为储能电容和脉冲形成线的电容C_2和C_1的高电压平板相连接,脉冲形成线并联一个火花球隙开关SG。工作时,高压电流电源同时对两个平板电容器充电,因为管内两电极有着相同的电位,因此不会发生气体放电。但当球隙开关击穿后,脉冲形成线对地放电,使与之相连的电极上的电位,突然降到地电位,于是两个电极之间便形成很高的电位差,使管内气体击穿,产生一个高电子温度的等离子体区,在合适的条件下,沿着与放电垂直的管轴方向将有激光输出。     

等离子体开关在TEA CO2激光倍频中的应用

简要分析了脉冲整形对于TEA CO2激光倍频实验的重要性和必要性。目前，获得短脉冲的激光脉冲整形技术中，等离子体开关结构简单，而且脉冲整形效果好，是获得高质量短脉冲比较好的方法。设计了利用激光触发气体击穿产生等离子体的方式进行脉冲整形的等离子体开关，并利用电磁波在等离子体中的反射和传播对其工作原理进行了说明。利用自行研制的等离子体开关进行了TEA CO2激光脉冲整形实验，将主峰半高全宽(FWHM)60 ns，带有长达数百纳秒的氮气拖尾的TEA CO2激光脉冲斩去拖尾、整形，得到了FWHM 30 ns的窄脉冲。在双块AgGaSe2晶体(长分别为11．7mm和19．5mm)倍频实验光路图中加入等离子体开关所得倍频转换效率达12．9％，比起未加等离子体开关时最高转换效率2％有明显的增加。     

半绝缘GaAs光电导开关的光控预击穿特性

用波长1064nm,触发光能为0.5mJ的激光脉冲触发电极间隙为4mm的半绝缘（SI）GaAs光电导开关,当偏置电压达到4kV时,开关并未引发自持放电,而是进入非线性（lock-on）工作模式,即开关处于光控预击穿状态。分析认为：通过激子的产生和离解激子效应贡献了光电导;碰撞电离、雪崩倍增、激子效应补充了因外界光源撤出后所需的载流子浓度和能量。在上述因素的相互作用下,SI-GaAs 光电导开关并没有引发自持放电而是处于光控预击穿状态,丝状电流特性影响着开关的损伤程度。     

6.5 kV SiC光控晶闸管的研制

基于Sentaurus TCAD软件,研制了一款6.5 kV SiC光控晶闸管.通过优化雪崩击穿模型,对多层外延材料的规格及渐变终端技术进行研究,有效抑制了芯片表面峰值电场,实现了6.5 kV的耐压设计;此外结合实际应用需求,对器件的开通特性进行了仿真模拟.在4英寸(1英寸=2.54 cm)SiC工艺平台制备了6.5 kV SiC光控晶闸管,并对器件性能进行了测试.测试结果显示,芯片击穿电压超过6.5 kV,在4 kV电源电压以及365 nm波长紫外光触发的条件下,器件导通延迟约为200 ns,脉冲峰值电流约为2.1 kA,最大导通电流变化率(di/dt)达到6.3 kA/μs,测试结果与仿真模拟结果基本一致.     

窄脉冲刚管调制器

雷达发射机和高功率微波装置对大功率刚管调制器的需求越来越大,尤其是窄脉冲调制器非常重要。随着大功率半导体开关器件技术的进步,窄脉冲刚管调制器逐渐变为现实。为了降低成本、满足系统小型化的要求,仅使用一个耐压900V的开关管,通过高变比脉冲变压器的耦合,就得到了脉冲宽度400ns、脉冲电压达到12kV的调制脉冲。     

超快响应GaN半导体光导开关的研制

半导体光导开关(PCSS)利用半导体材料的高耐压、快速响应与高迁移率等特性,可产生大功率超窄脉冲信号。利用半绝缘GaN材料制备了异面斜对电极PCSS,通过去除芯片侧边金属化合物来减小暗态电阻,提升了PCSS暗态耐压并降低暗态漏电,采用绝缘导热封装提升器件的耐压与可靠性,研制了快拆式测试电路与夹具,实现储能、触发与低寄生同轴输出功能,提升了高频测试准确度与高频响应能力。搭建了高压宽带PCSS测试系统,测量开关线性工作特性,在5 kV偏置电压、触发激光脉冲波长为532 nm、能量为5 mJ下,GaN PCSS在50Ω负载上输出超快脉冲信号电压峰峰值大于2 kV,脉冲信号上升沿小于88 ps。     

峰值开关电流增强滤波器

在可控气体放电中实现电离的一种方法是使用甚短过压脉冲。典型的电压是气体击穿电压的几倍,但持续时间比电弧形成时间短。因此,气体被电离,但不会发生完全击穿的现象。达到的电离程度取决于总电荷或等效于总电荷的、在过压脉冲期间所供给的峰值电流。在35千伏电压、重复频率高达500,000赫芝时一次试验采用的典型参数为50～100毫微秒脉冲。为了供给大到200安培的峰值电流,设计并制作了刚管调制器。试验不久就需要较大的电流,而且已经表明:采用峰值电流增强滤波器,可能向负载供给350安培的峰值电流,而刚管调制器只开关200安培的峰值电流。本文叙述了这种滤波器的设计和特性。     

用于ESD防护的PDSOI NMOS器件高温特性

研究了基于0.18μm部分耗尽型绝缘体上硅(PDSOI)工艺的静电放电(ESD)防护NMOS器件的高温特性。借助传输线脉冲(TLP)测试系统对该ESD防护器件在30~195℃内的ESD防护特性进行了测试。讨论了温度对ESD特征参数的影响,发现随着温度升高,该ESD防护器件的一次击穿电压和维持电压均降低约11%,失效电流也降低近9.1%,并通过对器件体电阻、源-体结开启电压、沟道电流、寄生双极结型晶体管(BJT)的增益以及电流热效应的分析,解释了ESD特征参数发生上述变化的原因。研究结果为应用于高温电路的ESD防护器件的设计与开发提供了有效参考。     

同面电极砷化镓光导开关的导通特性

砷化镓光导开关(GaAs PCSS)作为固态脉冲功率器件，具有可承载高电压、超快速导通、在高重复频率下稳定工作等特点。基于多雪崩电离畴理论，建立了同面电极GaAs PCSS的二维数值计算模型，分析了GaAs PCSS的瞬态导通特性和延迟击穿特性。仿真结果表明，载流子浓度的增加与雪崩电离畴的形成和演化之间存在正反馈环路，促使GaAs PCSS超快速导通；雪崩电离畴的形成和演化会影响PCSS的延迟击穿特性。偏置电压、光照强度、PCSS长度和触发位置均会影响PCSS的延迟时间和导通时间。该结论对GaAs PCSS设计及开展相关实验研究具有参考意义。