高压串级延迟击穿开关在快前沿脉冲触发源中的应用

 报导了一种高压串级延迟击穿（DBD）开关在快脉冲触发源中的应用,介绍了脉冲源的电路结构和工作原理,并将DBD开关成功应用于快前沿脉冲触发源,获得了明显的脉冲陡化效果。串级DBD开关的级数为15级,直流击穿电压45 kV,脉冲工作电压60 kV,脉冲前沿由95 ns减小到21.5 ns,脉冲宽度50 ns。     

快速关断半导体开关工作特性及实验研究北大核心CSCD

介绍了快速关断半导体开关(DSRD)的工作原理,研究了开关内部的物理过程,分析了系统参数对开关输出特性的影响,研究发现:基区材料的击穿阈值越高、载流子饱和漂移速度越大输出电压上升速率越快;基区高的电场击穿阈值或低的掺杂浓度会增加器件关断时间和最大工作电压;考虑各参数的影响,基于高击穿阈值的DSRD是实现快脉冲输出的理想器件;缩短正向泵浦时间可有效抑制预脉冲,当正向泵浦时间小于200 ns时,输出脉冲波形基本不变;为了获得理想的脉冲前沿,反向电流应在达到峰值时完成对注入电荷的抽取。设计了单前级开关的DSRD泵浦电路,研制了基于DSRD的快脉冲产生系统,输出脉冲前沿约4 ns,电压约8 kV,电压上升速率约2 kV/ns,满足FID开关器件对触发电压的要求。     

固体有机薄膜开关短时延低抖动触发特性

 实验研究了快脉冲触发固体有机薄膜开关的欠压比、触发脉冲幅值、极性效应和间隙距离对触发特性的影响。固体有机薄膜开关具有较快的脉冲前沿，但其触发性能因条件不同而差异很大。对于自击穿电压为10kV的18μm薄膜，在工作电压9kV，触发脉冲上升沿为1ns,脉冲40ns,幅值9kV条件下，测得开关时延为1.1ns， 时延抖动为0.2ns。     

PIN限幅器PSpice模拟与实验研究

 从PIN二极管基区双极载流子扩散方程出发,通过拉普拉斯变换求解得到PIN二极管子电路模型,从而通过PSpice软件瞬态数值模拟得到了PIN限幅器的尖峰泄漏、平顶泄漏与脉冲功率、上升时间关系。对于I层厚度一定的限幅器,模拟与实验表明脉冲前沿越大,尖峰泄漏功率插入损耗越大,脉冲前沿过缓则可能没有尖峰泄漏现象;尖峰泄漏功率随着输入功率的增加而变大,但尖峰泄漏功率插损也随之增大;尖峰脉冲宽度与I层厚度、输入功率及脉冲前沿均有关系。限幅器尖峰泄漏与平顶泄漏模拟结果与实验数据基本一致。     

气体开关前沿陡化的实验研究

气体开关是脉冲功率技术中广泛应用的关键部件之一,高功率、高性能气体开关的技术研究及设计具有重要意义,陡化前沿是开关技术研究的重要内容。分析了气体开关的击穿机理和击穿通道的分布规律。对气体开关充分"老练",开关击穿点和击穿通道将相对稳定,实验研究了开关间距和电场对脉冲前沿的影响。击穿电场较低时,减小开关间距有利于陡化脉冲前沿;击穿电场较大时(大于180kV/cm),开关间隙(电感)对输出脉冲前沿的影响减弱,气体开关的击穿电场成为影响输出脉冲前沿的关键因素。研究结果表明,增大开关的击穿场强,是陡化开关脉冲前沿的有效途径。     

200kV水介质高压脉冲延时线

介绍了200 kV水介质高压脉冲延时线的基本设计参数,阻抗为23.4Ω,电长度为300 ns;分析了该延时线的耐压特性,并对其传输脉冲幅度衰减率进行了估算。加工了一套高压脉冲延时线装置,并进行了实验研究。实验中,利用Blumlein线产生两路高压方波脉冲输出,一路经高压电缆-延时线-高压电缆到匹配负载,另一路经过高压电缆到匹配负载,两负载上的脉冲等效认为是延时线的输出脉冲和输入脉冲。实验结果表明,该延时线工作电压大于200 kV,输入方波脉冲前沿为30 ns,输出方波脉冲前沿增加到34.5 ns,方波脉冲幅度损耗率为1.8%。     

GaAs PIN二极管电热特性

通过T-CAD软件建立了PIN二极管的电学模型和热学模型,模拟了PIN二极管的稳态与瞬态特性。研究了PIN二极管器件在正反偏压和脉冲电压下的电学特性及热学特性,讨论了PIN二极管的I层厚度与温度的关系,模拟得到了不同I层厚度的稳态与瞬态响应曲线、得到了与器件内部温度的关系。模拟结果表明:随着I层厚度的增加,器件内部最高温度增长减慢,器件内部最高温度区由结区位置向器件的中间位置移动。     

快脉冲下有机玻璃击穿特性实验

基于CKP1000脉冲源建立了实验平台,实验获得了单次脉冲、不同脉宽、均匀电场下有机玻璃的击穿场强和击穿时延,对有机玻璃的击穿过程进行了分析。实验脉冲的幅值约为230 kV,前沿760~960 ps,脉宽2.3~4.0 ns（FWHM）,试样的平均厚度为1.1 mm。实验结果表明,随着脉冲宽度从2.3 ns增加至4.0 ns,有机玻璃的平均击穿场强从301 kV/mm降至276 kV/mm,平均击穿时延则基本保持不变,其中前沿760 ps,脉宽约2.3 ns时对应击穿时延的分散性增大。     

多级PIN限幅器高功率微波效应研究

基于PIN二极管电热自洽耦合模型,构建了两级PIN限幅器高功率微波(HPM)效应电路模型。根据模拟模型设计加工了两级限幅器实验样品,限幅器输入、输出特性注入实验数据与模拟计算结果基本一致,验证了多级限幅器模型的有效性,表明该多级PIN限幅器模型能够应用于HPM效应模拟。针对不同HPM波形参数进行了HPM效应模拟,计算结果表明:随着注入功率的增大,脉宽增宽,前级厚I层PIN二极管结温升比后级薄I层PIN二极管结温升要高,因此厚I层PIN二极管更易受到损伤;而频率和前沿参数对结温升影响较小。     

多级多通道气体开关的实验研究

 介绍了多级多通道气体开关的实验研究工作。开关在电脉冲触发（触发脉冲幅值85 kV）条件下,工作电压在1.0～2.0 MV范围内能够正常工作。自击穿实验验证了Bradley经验公式对于这种开关的适用性,外触发实验研究得到了开关的触发特性。结果表明：开关击穿延时小于100 ns,抖动小于8 ns;3个开关击穿时刻之间的极差小于10 ns。     

250 kV，1 MHz重复率方波三脉冲源

 阐述了一种新的实现高功率高重复率方波脉冲源的技术途径，利用高压快恢复整流硅堆把三个独立的方波脉冲合成为一个MHz重复率的方波三脉冲。通过合理的串并联设计，可以提高硅堆在高频脉冲下的反向耐压，并使硅堆通过的正向脉冲电流达到kA量级。方波三脉冲源输出指标达到了电压250 kV，脉冲电流10 kA，峰值功率2.5 GW，重复率1 MHz，脉冲上升时间约40 ns，脉冲平顶宽度50 ns。     

Silicon diodes in avalanche pulse-sharpening applications

Silicon diodes operated in an avalanche breakdown mode can he used to reduce, or sharpen, the rise times of driving pulses. Proper operation of a diode in this manner requires the application of a driving pulse with sufficient time rate of change of voltage dV/dt. The rapidly changing reverse bias produces an electron-hole plasma of sufficient density that the electric field strength in the n region of a p⁺-n-n⁺ structure is significantly reduced and the plasma is essentially trapped. In effect, the plasma generation causes the device to transition from a high-impedance state to a low-impedance state in a short period of time, and thus acts as a fast closing switch. This paper provides an overview of this mode of operation. A simplified theory of operation is presented. A comparison is made among the results of numerical modeling, the theory of operation of the silicon avalanche shaper (SAS) diode, and the theory of operation of the trapped-plasma avalanche-triggered transit (TRAPATT) mode of operation of a diode. Based on the results of numerical modeling, conclusions are drawn on what factors most greatly affect the performance of avalanche shaper diodes, and one optimized design is provided     

一台基于串级二极管技术的高强度脉冲硬X射线源

介绍了利用串级二极管产生高强度脉冲硬X射线的方法及其辐射场参数。以“闪光二号”加速器为平台,通过适应性改造,产生快前沿电压脉冲;研制了两级阻抗1 Ω串级二极管,通过串联分压降低二极管端电压、各级二极管电子束独立打靶在空间叠加形成高强度均匀辐射场。解决了悬浮电极绝缘支撑、二极管阴极均匀发射等技术难题,实现了串级二极管的稳定工作。在总电压约700 kV、电流约310 kA条件下,X射线平均能量87 keV,500 cm2上的平均能注量36 mJ/cm2,剂量均匀性（最大值比最小值）达到2∶1。     

Two－Side Electron Beam Pumping System For Hundred－Joule－Level KrF Excimer Laser

Ｔｗｏ－ＳｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＰｕｍｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍＦｏｒＨｕｎｄｒｅｄ－Ｊｏｕｌｅ－ＬｅｖｅｌＫｒＦＥｘｃｉｍｅｒＬａｓｅｒ￥ＭＡＷｅｉｙｉ；ＳＨＡＮＹｕｓｈｅｎｇ；ＺＨＯＵＫｕｎｇｏｎｇ；ＷＡＮＧＹｏｕｔｉａｎ；ＺＨＡＮＧＤｏｎｇ；...     

On the mechanism of subnanosecond electron beam formation in gas-filled diodes

Subnanosecond electron beams formed in diodes filled in with a gas at atmospheric pressure and X-rays emitted from nanosecond-discharge plasmas are studied. Both phenomena hold promise for lasing technology. A three-group separation of fast electrons in a gas-filled diode is proposed. It is found that the duration of the beam current in a diode filled with air at atmospheric pressure does not exceed 0.1 ns. It is also shown that the amplitude of the beam current attains maximum with a certain delay after the application of voltage to the discharge gap. A current of ～400 A is detected behind the foil of a diode filled with air at atmospheric pressure. At a subnanosecond duration of the voltage pulse and the diffuse discharge, X-ray radiation is observed from the brightly glowing area of corona discharge. The mean steady-state velocities and energies of fast electrons in nitrogen are calculated. Head-on collisions are shown to control the constancy of the mean velocity of fast electrons for the field strengths E/p < 170 kV/(cm atm). At E/p > 170 kV/(cm atm), the escape of fast electrons takes place. It is particularly the head-on collisions that are decided to be responsible for the emission of X-rays from the bulk.     

续流二极管续流瞬态反向恢复电压尖峰机理研究

电力电子变流装置中的开关续流元件功率二极管由续流到截止转换的反向恢复过程中会在负载上产生电压尖峰,且短时续流下电压尖峰会很大,极易造成器件过压失效. 为了有效指导电力电子装置的可靠性设计,基于半导体物理和功率二极管基本结构,深入论述了PIN结构续流二极管开关瞬态工作机理,利用存储电荷的分析方法推导出二极管续流瞬态下的反向恢复电压尖峰机理及其随续流时间的变化规律:电压尖峰在短时续流下较大,随续流瞬态时间的增大而减小. 以绝缘栅双极型晶体管和续流二极管组成的两电平半桥逆变单元为例进行实验,结果表明:二极管续流瞬态发生反向恢复的电压尖峰随续流瞬态时间的增大近似呈指数规律减小,待续流电流稳定后,电压尖峰趋于常数,并最终随着续流过程的结束而进一步减小直至恒定,验证了理论分析的正确性. 对完善续流二极管反向恢复机理以及提高电能变换装置的可靠性具有一定的理论意义和应用价值. 关键词： 续流二极管 正向导通 反向恢复 电导率调制     

电触发真空沿面闪络开关工作特性初步研究北大核心CSCD

为研究电脉冲触发真空沿面闪络开关在中、小通流条件下的适用性,基于直接镀铜基板工艺制作了真空沿面闪络开关样件并搭建了开关工作特性测试实验平台。通过实验手段初步研究了开关耐压特性、触发工作特性(触发延时、抖动、工作范围)和寿命特性。实验结果表明:有效间隙7.2 mm的真空沿面闪络开关直流耐压约40 kV;开关在18 kV工作电压下触发导通延时89.9 ns,抖动13.1 ns,开关在1~18 kV工作电压范围内均能可靠触发导通;连续考核约2300次后开关各项特性无明显变化。     

Ku波段编码式电控超薄周期单元设计与验证

编码式电控周期单元通过加载电子控制器件使周期结构具有编码式的电可调特点. 本文利用PIN二极管, 设计实现了一种工作在Ku波段的超薄平面电控单元结构. 当外加电压控制二极管导通或截止时, 该结构的反射相位呈现出180°的相位差, 并且具有较低的反射损耗. 因此, 当对周期排列的单元外加不同的电压时, 可等效为用不同组合的“1”, “0”对结构进行编码, 从而可以获得不同的电磁功能. 为验证单元的编码特性, 从“场”与“路”两个角度考虑, 设计了实际的偏置电路, 制作了单元样品, 并基于波导法测试了其性能. 实验结果表明: 在加载不同的控制电压时, 制作的单元结构实现了设计的低损耗和相位差; 实验与仿真符合良好. 提出的周期单元形式简单, 厚度超薄, 其电控编码式特性在主动式隐身表面或波束捷变天线设计等许多方面都有潜在应用.