场击穿式TVS时延特性的测量与分析

触发真空开关(TVS)是脉冲功率技术中的重要控制元件,为满足对TVS时延及可靠性等提出的更高要求,研究了场击穿式TVS时延特性。时延分为触发时延和导通时延两部分,时延及其分散性主要受主间隙电压、触发能量和主电极极性配置等因素的影响。实验研究表明,极性配置对TVS时延特性有很大的影响,主间隙电压为正,TVS可靠性高且存在一个稳定工作区域,在这个稳定工作区内,主间隙电压对其触发时延影响不大,且触发能量增大能改善TVS时延特性。

场击穿型真空触发开关控制器设计及时延特性

开关元件是脉冲功率系统的核心元件之一,也是主要的技术瓶颈。真空触发开关作为能量的快速关合(释放)开关,是近年来非常有发展潜力脉冲功率开关器件。提出了一种新的场击穿型真空触发开关控制器的研制思路,并通过实验研究,获得控制器的触发能量与触发时延、触发分散性的关系,可以指导高性能真空触发开关控制器的设计与应用。主触发点火回路采用三电极间隙产生陡化的高压触发脉冲,使真空触发开关导通时间的分散性被控制<2μs。触发控制回路采用光发射器和光接收器作执行元件,抗干扰能力增强,消除了级间互扰造成的误触发。光发射器和光接收器之间采用光纤连接,实现高压触发部分和低压控制部分的隔离。控制器的触发能量灵活可调,实验研究表明,真空触发开关的导通时延和时延分散性随控制器提供的触发能量的增加而迅速减小。在触发能量为1.6 J时,导通时延可缩小为15.57μs,时延分散性可达1.358μs。

场击穿型真空触发开关的开通实验分析

真空触发开关(triggered vacuum switch,TVS)是大功率脉冲技术领域的重要开关器件之一,它具有结构紧凑、介质恢复迅速、操作无噪声、工作可靠性高、无污染、环境适应性强等优点,在中压领域具有广泛的应用前景。针对场击穿型TVS触发比较困难的特点,在触头表面涂敷TiH2材料,利用TiH2的脱氢产生大量的初始等离子体,可以有效地降低触发电压,提高触发可靠性。为此,设计了1套触发系统和LC振荡主回路来研究其开通性能。触发系统输出峰值22kV/350A的正脉冲源,系统时延40μs左右。实验结果表明,正极性接线的TVS样品经触发后能有效开通,触发成功率高,系统时延分散性小,导通电压范围宽,能够在小电流过零时产生有效的截流,且一定条件下呈现反向截流特性。

场击穿型真空触发开关的触发源性能研究

真空触发开关(triggered vacuum switch,TVS)是大功率脉冲技术领域的重要开关器件之一,它的导通依赖于其触发极的触发过程。场击穿型TVS的触发根源在于场致发射,所以对触发源提出了特殊要求。为此,笔者研究了正负两种应用于场击穿型TVS的触发源,并且对触发源极性的影响作了讨论。结果表明,设计的触发源应用于场击穿型TVS触发成功率高,且具有较小的触发系统时延和较高触发精度。主电极相同极性下,触发源的极性对触发过程的影响并不大。

高功率微波源中强场击穿机理探讨

为了研究高功率微波源中强场击穿的"阴极"和"阳极"效应,基于无箔二极管,设计了相应的实验方案。实验中,在金属表面最大电场强度约为1.2 MV·cm^(-1)、导引磁场约为2.5T的条件下,通过对上百次脉冲实验后,"阴极"和"阳极"表面形貌的对比分析,发现对于数十纳秒的短脉冲而言,场致爆炸电子发射不会引起明显的结构损伤,在强外加引导磁场约束下,强场致发射电子轰击金属结构表面的"阳极效应"是引起结构破坏的直接原因。

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70～100岬之间，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。

过电压保护间隙主动场击穿触发回路的研究

为提高过电压保护间隙SPG的保护水平以及与后级过电压保护器件之间的能量配合,设计了基于场致触发的主动型过电压保护间隙,建立了过电压保护间隙的主动触发回路的电路模型,得到了回路元件参数的数学表达式,优选了触发回路的元件参数并进行了过电压保护间隙性能的实验验证。实验结果表明主动场击穿触发回路有效提高了过电压保护间隙的保护水平:当放电间隙间距d在0.55-2.1mm的范围内,主动型过电压保护间隙的冲击击穿电压Upulse与直流击穿电压UDC的压比K减小至被动型过电压保护间隙压比的50%左右;在放电间隙间距d=0.95mm的条件下,随着冲击电压峰值Um从3.6kV升高至6.5kV,Upulse由3.36kV上升至4.55kV,明显低于被动型保护间隙6.41kV的冲击击穿电压值。研究结果为主动型过电压保护间隙性能的提升、不同特性的过电压防护间隙的精确配合、过电压防护的机理及其应用技术的研究提供了理论与实验基础。

本征击穿电场与禁带宽度的关系

在汇集实验数据的基础上,提出了对半导体和绝缘体材料的本征击穿电场与其禁带宽度之间关系的通用表达式。根据半导体与绝缘体本征击穿电场规律的不同,首次有依据地提出了用禁带宽度Eg值对材料进行明确统一分类的定量判据:击穿场判据。给出了直接用禁带宽度Eg表示的半导材料的各种简化优质系数表达式。基于文章提出的关系式,计算了多种重要的二元化合物半导体及高k栅介质的本征击穿电场预期值。

C波段长脉冲相对论返波管设计与实验

从抑制强场击穿的角度出发,结合传统理论和相关粒子模拟方法,设计并优化了工作于C波段的长脉冲相对论返波管。模拟中,利用强流相对论电子束的空间电荷场效应,将3GW功率水平下电动力学结构表面的最大发射电场控制在700kV/cm以下。利用实验室700L脉冲功率驱动源平台开展了相关实验验证,实验结果表明,通过合理的结构设计,在功率3GW级水平下,C波段相对论返波管中的脉冲缩短问题能够得到有效抑制。实验中,当工作电压760kV、电流为9.0kA时,在4.23GHz频点处获得的输出微波功率为2.8GW,微波脉冲半高宽约101ns,功率转换效率约41%,实验结果与模拟结果吻合较好。

高频小功率硅双极晶体管不同管脚端对静电放电失效的机理

在人体模型静电放电(electrostatic discharge,ESD)的注入作用下,部分高频小功率硅双极晶体管对人体模型静电放电最敏感的管脚端对不再是普遍认为的发射极E-基极B间的EB反偏结,而是集电极C与基极B间的CB反偏结。为此,采用微观失效分析与计算机模拟仿真分析相结合的方法,详细讨论了不同管脚对引发典型高频小功率硅双极晶体管ESD失效的效应机理,并针对典型器件内部不同位置的损伤点逐个进行分析。最终得出:高频小功率硅双极晶体管的明显失效往往是由于热二次击穿造成的基极有源区与发射极之间的熔融穿通引起的,而ESD潜在性失效发生的主要原因则是其基极或发射极金属电极附近绝缘介质的场致击穿,从而影响高频小功率硅双极晶体管使用的可靠性。

真空触发开关的触发极结构研究

触发极是真空触发开关的核心元件。本文介绍了两种触发结构的触发机理、结构、工艺难点、解决办法及试验结果,对比了两种不同触发结构的优缺点及性能特点。

真空触发开关的应用和触发极结构的研究

触发真空开关（Triggered Vacuum Switch——TVS）是一种高性能参数、高可靠性、长寿命和低成本的电真空器件，它是一种很有前途的新一代电器元件。本文叙述了触发真空开关的几种应用场合和市场前景。深入研究了两种触发方式的触发极结构、工艺和性能。