脉冲叠加直流激励辉光放电特性

辉光放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景,日益成为研究热点。本文提出了一种采用脉冲叠加直流的方式来激励辉光放电的实验装置。选取氩气作为反应气体,本实验在低气压下进行,利用参数可调的高频脉冲电源和直流电源进行激励。研究了不同激励方式下击穿电压和电流的变化规律。实验发现：直流辉光放电击穿电压最低,约为380 V,但是在放电过程中放电管发热比较严重;脉冲辉光放电所需击穿电压为450～600 V,但其存在反复击穿;而脉冲叠加直流激励辉光放电则降低了脉冲击穿电压,最低约为400 V,且改善了放电管发热严重的问题。     

微机电系统微米间隙的预击穿和击穿特性研究

为了预测和评估微机电系统(MEMS)中微电极结构的绝缘性能,采用MEMS加工工艺,制备了电极间隙为5～40 μm的金属铝薄膜电极,研究了试样在直流电压下的预击穿过程中电流-电压关系曲线以及击穿电压随电极间隙的变化规律,并利用扫描电子显微镜(SEM)进行了微电极表面的微观分析.研究结果表明:预击穿过程的电流-电压曲线说明,在击穿之前电流的变化主要包括自由带电粒子的定向迁移阶段、电流密度达到饱和阶段以及碰撞电离持续发展形成电子雪崩阶段;场致电子发射的Fowler-Nordheim曲线表明,当微电极的间隙大于5 μm时,其击穿特性仍然符合巴申曲线,与相关文献的研究结论一致;微电极击穿阈值均大于相同间隙的宏观金属电极的击穿阈值;微电极击穿后在阳极表面有坑洞产生,而在阴极表面存在溅射沉积现象.     

大气压多脉冲介质阻挡均匀放电的数值模拟

为了进一步明确大气压多脉冲辉光放电的形成机理,采用扩展的一维等离子体流体模型数值研究了大气压多脉冲介质阻挡均匀放电的放电特性.该模型增加了电子能量守恒方程,考虑了电子温度对电子输运系数的影响.结果表明大气压氦气多脉冲放电中的每个电流脉冲都处于汤森放电模式,上一次放电为下一次放电提供了种子电子,导致了后面的击穿电压依次降低,放电电流脉冲依次减小.随着驱动频率的增加,电流脉冲个数减少,但是脉冲电流大小增加.随着驱动电压幅值的增加,不仅电流脉冲个数增加,脉冲大小也增加,模拟结果与实验结果定量吻合.     

地线绝缘子间隙放电电流波形特征分析

地线绝缘子并联间隙长度的减小,使其在高感应电压影响下极易产生间隙击穿放电,直接威胁电力系统的安全运行。为了解地线绝缘子间隙放电电流波形特征,进行地线绝缘子不同间隙击穿放电试验研究。测量了试验过程中击穿放电电流波形,分析了其时域和频域特征。分析结果表明,放电电流波形起始段会产生一个大脉冲,脉冲电流幅值达到6 A左右;大脉冲电流过后出现正弦电流波形,其电流幅值约为0. 25 A,持续1～2个周波之后,电流降为0。正弦电流波形中会包含2～4个小脉冲,脉冲正负交替呈现,持续时间约25μs;且在不同间隙宽度下放电电流波形频率集中在50 Hz。同时研究发现将时域和频域特征分析所得结果作为特征量,可以对间隙放电电流波形进行识别。研究结果可以为地线放电故障电流监测提供参考依据。     

高频脉冲TIG焊的电弧控制及高频效应

本文通过研究脉冲焊电弧的电流、电压波形,发现电弧功率随频率增加而提高。由此提出自由电弧在脉冲电流作用下,其形态的动态过程属惯性系统的假设,并用20000幅/S的高速摄影进行了验证。通过对惯性系统电孤的可控性分析,发现自由电孤可由高频脉冲电流控制在非稳定状态上,此时电弧脉冲电压明显提高,这就是电弧的高频效应。本文还研究了影响高频效应的几个主要因素,着重分析了维弧电流的作用,提出高频时由于电弧的惯性,瞬间电流停止并不会导致电弧熄灭,因此得出高频焊不需要维弧电流的结论。     

利用FPGA PLL实现电火花加工放电状态检测系统时钟提高的方法研究

本文设计在原有设计输入时钟的基础之上,充分利用EP1C3T144C8FPGA芯片的锁相环PLL提高了微细电火花加工系统状态检测模块中各个脉冲状态计数器的输入时钟频率,使得FPGA系统能够有效利用放电击穿延时法进行间隙放电状态判断,为加工系统电极控制部分提供了可靠的保证。     

基于脉冲注入调制的LD光功率-电流-电压特性测试系统

为精确测试半导体激光器(LD)的光功率-电流-电压(LIV)特性,提出一种基于脉冲注入调制的方法,并据此研制新型的LD脉冲测试系统.系统通过给被测LD注入脉冲宽度、周期及幅度连续可调的脉冲电流,采集恒功或恒流工作LD的工作电流、两端电压、背光电流和输出光功率等信息,绘制LD的LIV特性曲线,并以此推断LD的性能.采取低占空比的脉冲注入,有效抑制了LD有源区温度升高,保证了测试的可靠性和准确性.实验结果表明,脉冲电流的稳定度达到10-4,系统满足设计要求,其性能优于连续测试系统.     

沟槽深度对UMOS功率器件电学性能的影响

采用0.35μm工艺设计制造了新型UMOS功率器件,芯片集成了数千个UMOS沟槽并使之并联,以获得高的击穿电压和大的工作电流.研究发现,沟槽深度对器件的工艺参数及其导通电阻、漏电流、阈值电压、击穿电压等电学性能都有影响,且最终影响量产中的良率.实验表明,在相同的工艺条件下,沟槽深度为1.65μm(试验范围为1.60~1.95μm)时,Φ200 mm晶片的良率可达98%以上,器件导通电阻约8.2 mΩ,源漏击穿电压稳定在34 V以上,正常工作电流可达5 A,开启电压和漏电流也稳定在要求范围内.     

应用于磁光开关的正负交替脉冲发生器的设计

基于磁光开关的工作原理,利用晶体管的雪崩特性,设计了一种正负交替脉冲发生器,能产生正负交替转换的大电流脉冲,作用于螺线管线圈,产生高速磁场.通过螺线管内电流方向的转换,以改变磁光晶体外向磁场的方向,从而达到磁光开关光路转换的要求.设计的脉冲发生器产生的正负脉冲前沿时间约为3~5 ns,脉冲幅值为60~90 V,脉冲电流可达6 A以上,产生的磁场远大于39 789 A/m,满足磁光开关的需求.     

大电流脉冲恒流源系统设计

研究了发动机点火工作中需要的大电流脉冲恒流源系统的设计与实现.系统应用PID控制算法,通过大功率半导体器件,实现了脉冲电流上升时间小于200 μs、脉宽50 ms～150 ms可调[3]、电流0 A-12 A连续可调,可连接0.5 Ω-4 Ω小负载的脉冲恒流源系统.传统恒流源系统提供的电流一般情况下小于12 A.或者电流不是连续可调、或者电流上升时间不满足要求,或者连接的负载过大,都不能满足本系统关于发动机点火要求.与传统恒流源系统相比,本系统具有上升时间短、脉宽可调、电流连续可调、负载小、可靠稳定、可控性好、结构简单等特点.     

槽栅结构SiC材料IGBT的仿真及优化分析

运用半导体物理理论和功率器件模拟软件（SILVACO-TCAD）,研究了新型宽禁带材料SiC槽栅结构IGBT功率半导体器件的电学特性,模拟了不同厚度和掺杂浓度漂移层和缓冲层的IGBT器件的阈值电压、开关特性和导通特性曲线,并分析了漂移层和缓冲层厚度及掺杂浓度对电学特性的影响。结果表明,当SiC-IGBT功率器件漂移层和缓冲层厚度分别为65 μm和2.5 μm,掺杂浓度分别为1×10¹⁵和5×10¹⁵cm^-3时,得到击穿电压为3400 V,阈值电压为8 V。     

巨型功率晶体管二次击穿检测

概述了双极功率晶体管二次击穿机理.介绍了二次击穿的测试电路和测试方法.讨论了降低电流型二次击穿的方法和防止电流型二次击穿的电路改进措施.     

脉冲磁场测量系统的研制和标定

为了评估雷击建筑物或其附近室内的脉冲磁场水平,研制了一套由自制磁场探测线圈与光纤传输系统集成的脉冲磁场测量系统.光纤传输系统的灵敏度系数通过正弦波发生器进行标定.8/20μs冲击电流发生器输出端连接直径为0.3 m的单匝线圈组成磁场发生器,磁场探测线圈通过固定在单匝线圈的中心进行标定.试验结果表明,该系统能够有效地测量脉冲磁场,磁场探测线圈的B/U标定系数误差小于3%.     

水下冲击大电流间接测量方法研究

分析了水下冲击大电流放电等效回路的微分方程;根据其中的电压方程,采用信赖域算法对测得的储能电容器放电电压波形数据进行数值计算,获得冲击电流的衰减系数,进而通过电流方程间接获得电流波形。该方法不影响脉冲功率装置的工作状态,避免了在水下放电电极之间接入罗科夫斯基线圈而带来的电感额外增加问题;也避免了罗科夫斯基线圈的防水密封问题,获得的电流波形数据反映了脉冲功率装置在水下的真实放电状态,可作为水中等离子物理研究的间接测量手段。     

用于红外焦平面读出电路的增量/循环混合型模数转换器

为红外焦平面阵列读出电路设计了一个列并行的混合型模数转换器, 转换过程分为两级: 增量型转换器和循环型转换器, 兼顾精度和转换速度的要求。电路在0.35 μm XFAB工艺下设计, 模拟电源为5 V, 数字电源为3.3 V。此转换器可以转换0~3.2 V的电压, 输出数字信号为14 bit, 时钟频率5 MHz时转换周期为27.6 μs。     

SOI双槽隔离结构的耐压特性

理论推导了绝缘体上硅(SOI)双槽隔离结构的耐压模型.该模型表明,在SOI双槽隔离结构中,因隔离氧化层压降的不均衡,高压侧隔离氧化层提前发生介质击穿,从而导致SOI双槽隔离结构的临界击穿电压小于理论值.增大沟槽纵横比和减小槽间距可以减弱隔离氧化层上压降的不均衡性,提高SOI双槽隔离结构的临界击穿电压.Sentaurus器件仿真软件的模拟结果和华润上华半导体有限公司0.5μm 200 V SOI工艺平台下的流片测试结果均证明,减小槽间距和增大沟槽纵横比是提高双槽隔离结构临界击穿电压的有效方法,同时也证明了该耐压模型的正确性.     

冲击电流作用下氧化锌压敏电阻极性效应分析

为了能够精确测量MOV（氧化锌压敏电阻）的静态参数,利用HAEFELY PSURGE 30.2冲击波形模块在8/20 μs冲击电流下分别对MOV样品进行正负极性冲击,测量冲击后MOV的静态参数并描绘出压敏电压的变化曲线以及小电流区的伏安特性曲线。根据MOV内部双肖特基势垒模型,结合离子迁移理论,提出了MOV在冲击电流作用后同样存在极性效应,并且在负向测量时伏安特性曲线蜕变较严重;在正负极性交替冲击下,极性效应逐渐消失,但伏安特性曲线同样存在蜕变;在不同极性冲击下的压敏电压呈先上升后下降的趋势。这为今后精确地表征MOV蜕变程度提供了新的方法。     

变压器绕组线段间油道雷电冲击击穿电压的概率分布

介绍了５００ｋＶ级变压器线圈段间油道雷电冲击击穿电压的试验结果。采用逐级升压法对线图模型进行了试验。得到的试验击穿电压的概率分布与试验程序及油过原始的雷电冲击击穿电压的概率分布有关。应用最大似然性原理处理了数据。假设检验的结果表明，段间油道的雷电冲击击穿电压遵循正态分布。