电源多级过电压保护的电磁暂态分析

本文在对低压交流电源多级过电压保护装置核心器件——氧化锌压敏电阻进行残压计算和试验的基础上，确定了氧化锌压敏电阻的计算模型，根据这一模型，采用电磁暂态计算程序（ＥＭＴＰ）对交流电源多级过电压保护装置的保护性能以及各级参数配合进行了分析．     

高能球磨和低温烧结制备高电位梯度ZnO厚膜压敏电阻

通过高能球磨和低温烧结,制备出高电位梯度的ZnO厚膜压敏电阻,并研究了烧结温度对厚膜试样电学性能的影响.结果表明,高能球磨可显著细化粉体颗粒,球磨后颗粒的平均尺寸减小到0.420μm;颗粒的高度细化促使厚膜可在650-850℃的低温范围烧结成瓷,其中在700℃的烧结条件下,厚膜试样的综合性能最佳,电位梯度达到3175.6 V·mm-1,漏电流为30.7μA,非线性系数为13,微观势垒高度为0.79eV,耗尽层宽度为14.4nm,施主浓度为2.24×1018cm-3,表面态密度为3.22×1012cm-2.     

铁磁性锰氧化物掺杂的ZnO压敏电阻性能研究

利用通常的电子陶瓷制备工艺制备了铁磁性锰氧化物La_07Sr_03MnO₃掺杂的ZnO陶瓷. 晶界处存在La_07Sr_03MnO₃(LSMO)和LaMnO₃(LMO)两种杂相. 样品中绝缘相LMO的含量显著影响着样品的电学性能. 掺杂后的样品仍具有一定的铁磁性. 在样品上施加磁场后,样品电阻值增加,表现为正磁电阻性质. 正磁电阻的出现,是由于磁场的存在 关键词： ZnO 压敏电阻 锰氧化物 正磁电阻     

半导体SnO2掺杂改性研究示例

通过烧结法和溶胶凝胶法分别获得ZnO掺杂和Fe掺杂的SnO_2材料,分析2种掺杂对半导体SnO_2结构和性能的影响。实验结果表明,适量的ZnO掺杂可以提高材料的烧结性能;同时,在一定掺杂浓度下材料的的非线性系数和压敏电压均随温度升高先增大后减小;在1 450℃烧结的掺入0.5 mol%ZnO的材料烧结性最好,非线性系数最高,压敏电压最大;另一方面,Fe掺杂降低了SnO_2纳米颗粒的结晶度;溶胶凝胶后经水热法制备的样品随Fe掺杂浓度增加的变化缓慢,样品更稳定。     

外电场下含有缔合缺陷的ZnO/β-Bi2O3界面电学性能

电力设备的安全运行很大程度上取决于避雷器的过电压保护水平, ZnO压敏电阻因具有优异的非线性伏安特性而广泛应用于电力系统避雷器的核心元件.为了从微观结构上了解ZnO压敏电阻的电学性能,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理对含有锌填隙Zn_i与氧空位V_o缺陷的ZnO/β-Bi₂O₃界面进行分析计算,并研究其在不同外电场下的相关电学性质.计算结果表明,弛豫后氧空位V_o缺陷发生迁移.在外电场的作用下,填隙Zn离子向界面处偏移,界面能在电场强度超过0.1 V/?后快速升高,界面之间的相互作用力变大,层间距减小,体系导电性迅速增强.采用差分电荷密度、功函数以及Bader电荷分析方法,计算出了界面处的势垒高度,证实了内建电场是ZnO压敏电阻具有非线性伏安特性的重要原因.采用态密度分析的方法,分析了原子轨道能级、陷阱能级以及能隙等微观参数对ZnO压敏电阻宏观导电性能的影响.本工作通过调控外电场的强度对含有缔合缺陷的ZnO/β-Bi₂O₃界面不同电气参...     

一种脉宽可调的陡化后沿高压脉冲发生器

磁开关因其独特的饱和导通机制而在脉冲功率技术领域应用广泛,利用磁开关饱和前后电感差异大的特点,可以将其用作撬断开关来陡化脉冲后沿。利用金属氧化物压敏电阻的稳压特性,能在负载上得到具有一定平顶的脉冲准方波,进而可通过改变磁开关的伏秒积来进行脉宽调整。提出一种脉宽可调的高压脉冲发生器技术方案,利用压敏电阻产生高压脉冲准方波,用磁开关作为撬断开关来陡化脉冲后沿,并通过改变磁开关复位电流的大小来控制磁开关的复位深度,进而实现脉宽可调。首先进行了理论分析及软件模拟研究,然后基于模拟结果开展了初步实验研究。初步实验得到的负载电压波形后沿小于30 ns,脉宽可调范围大约30%,验证了磁开关的后沿陡化效果以及用于脉宽调整的可行性。     

Effect of Tunneling Current on Schottky Barrier Height in ZnO Varistors at Low Temperature

On the basis of the Schottky barrier and thermionic emission models, the temperature dependence of barrier height in ZnO varistors is investigated by the I - V characteristics in a wide temperature range from 93 K to 373 K. The obtained barrier height decreases with reducing temperature, which is ascribed to the contribution of tunneling current in measured current. From the proposed equivalent circuit, it is suggested that two current components coexist. One is thermionic emission current, which reflects the thermionic emission barrier height. The other is tunneling current, which appears even at low voltage, especially in low temperature ranges, and thus makes the barrier height obtained from measured current vary with temperature.     

80 kV可调节高压脉冲方波脉冲电源的研制

研制了80 kV可调节高压脉冲方波电源系统以对ZnO样品特性进行测试,实现电源输出脉宽、重复频率、运行时间可调。系统采用人工形成线、脉冲变压器加可调节负载电阻等技术路线,实现了高压方波脉冲的输出;采用高速数据I/O卡产生序列脉冲信号控制两个火花间隙开关的通断,对人工形成线形成的方波进行截尾,实现了输出方波宽度可调;利用Labview中的图形化控件,编写友好简洁的计算机控制界面;采用光电隔离、光纤传输和供电隔离等一系列措施,提高触发控制系统的抗干扰能力。实验结果表明,最终电源输出电压幅值超过80 kV,输出方波脉冲宽度超过25 s,脉冲前沿小于0.7 s,并且输出电压幅值可调,脉冲宽度在输出范围内可连续调节。利用该电源对ZnO压敏电阻样品进行了测试,得到了较好的ZnO压敏电阻非线性伏安特性曲线。     

稀土元素Sm、Eu、Gd对Nb掺杂的TiO2压敏电阻电性能的影响

研究了稀土元素Sm、Eu、Gd对于Nb掺杂的TiO₂基压敏电阻电学性能的影响. 几种稀土元素的掺杂量均为体系总量的2%(原子比), 其它原料的掺入量固定不变. 实验样品在1380 ℃烧结, 保温4 h. 实验发现, Sm、Eu、Gd等稀土元素可以有效降低TiO₂基压敏电阻的压敏电压, 但对于非线性系数的影响不很明显. 对于Sm、Eu、Gd掺杂, 实验得到的压敏电压值分别为12.7、14.7和16.1 V. 通过对试样的阻抗分析发现, Sm、Eu、Gd掺杂对于压敏电阻的介电性能有显著影响, 单独掺杂Sm或Gd的试样具有很低的介电常数和介电损耗, 并且具有很高的电阻率.     

纳秒脉冲下典型钳压型浪涌防护元件的响应特性

为研究以压敏电阻和瞬态抑制（TVS）二极管为代表的典型钳压型浪涌防护元件的纳秒脉冲响应特性,为电磁脉冲干扰防护元件的选型提供科学依据,分别基于百ns和2 ns上升前沿电磁脉冲直接注入的方式,实验测试并对比分析两类元件在不同脉冲上升沿时间、电压幅值等情况下的响应差异,并阐明产生过冲响应差异的物理机理。结果表明:两类防护元件的响应时间均与注入纳秒脉冲上升沿时间有关,且随着上升沿的增加而变长,其中TVS二极管在相同上升脉冲情况下具有更为敏感的响应速度;当注入脉冲电压幅值增加时,PN结热积累加快,击穿速度加快,元件响应时间更短,相比于TVS稳定的钳位幅值,压敏电阻在钳位幅值附近处振荡明显;当快速脉冲到达时,压敏电阻和TVS二极管响应曲线在钳位幅值稳定前均发生过冲现象,并且两类防护元件的过冲电压均随着注入脉冲幅值的增加而增加;尽管钳位电压幅值由自身防护特性决定,但在相同注入脉冲条件下,同类不同型号的防护元件过冲电压几乎相同,通常压敏电阻过冲电压小于钳位电压,而TVS二极管则相反,并且随着钳位幅值变小,过冲电压与钳位电压的比值变大,这意味着过冲现象对低压TVS二极管性能影响更为严重。