經(jīng)前門或后門耦合的電磁脈沖,尤其是上升沿為納秒級的快脈沖,會在電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生快上升沿,大幅值的電壓或電流脈沖,會導致電子設(shè)備不能正常工作甚至損傷燒毀。由于多數(shù)脈沖防護器件的防護參數(shù)均針對雷電電磁脈沖,該參數(shù)可能不再適用于快脈沖。且防護器件由于自身特性導致在實際應用中存在不足,不僅影響防護能力甚至會影響正常工作,因此準確評價快脈沖下防護器件防護性能具有重要意義。1)基于氣體放電管(GDT)、壓敏電阻(MOV)以及瞬態(tài)抑制二極管(TVS)三種典型脈沖防護器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與導通機理,對比分析典型納秒級快脈沖與雷電電磁脈沖波形參數(shù)的差異性以及該差異性對防護器件響應特性的影響,如在快上升沿脈沖下,由于MOV內(nèi)部晶粒與晶界層之間存在一定電容,導致器件導通前會有較大漏電流與尖峰電壓。2)針對測試需求,研制3dB帶寬為1GHz的同軸測試夾具,進而研究三種防護器件在不同快脈沖下的瞬態(tài)響應特性。首先分析了方波脈沖幅值和脈寬對三種防護器件的脈沖啟動電壓、尖峰電壓、過沖峰值電壓、箝位電壓以及響應時間各項防護參數(shù)影響,發(fā)現(xiàn)MOV和TVS在導通前因泄漏電流與自身電感導致存在較大的尖峰電壓,可通過Pspice和ADS電路建模仿真驗證;其次分析了高空核電磁脈沖(HEMP)注入幅值對防護器件的過沖峰值電壓、箝位電壓以及響應時間各項參數(shù)的影響。最后通過最小二乘法擬合構(gòu)建響應參數(shù)與注入?yún)?shù)的關(guān)系函數(shù)。3)首先基于脈沖防護器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和導通機理,分析三種防護器件的主要失效模式與失效原因。然后通過實際測試,驗證了MOV和TVS在HEMP作用下的失效模式多以短路失效為主。提取失效后防護器件的等效電阻值,設(shè)計失效電路模型,通過電路仿真驗證該模型的正確性。最后分析快脈沖下防護器件的失效閾值,并給出幾種典型脈沖下器件失效閾值的量化公式。4)為提升防護器件的防護性能,根據(jù)各防護器件的工作原理以及優(yōu)缺點,提出GDT、MOV及TVS組合防護技術(shù)�？紤]到防護器件的配合問題,根據(jù)提取出的器件脈沖啟動電壓和箝位電壓,提出多種配合方式,理論分析其導通次序與導通現(xiàn)象,通過測試驗證理論分析的正確性。利用測試系統(tǒng),分析兩種快脈沖下不同防護模式的響應特性與防護性能,得出串聯(lián)可抑制泄漏電流和尖峰電壓,并聯(lián)可以減小尖峰電壓、過沖峰值電壓以及防止器件發(fā)生失效的結(jié)論。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN78
【部分圖文】：

內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2.5 所示：ZnO 晶粒之間通過晶界層隔離，基礎(chǔ)單元可以近似等效為二極管，因此壓敏電阻即可等效為多個二極管的串并聯(lián)。圖2.5 壓敏電阻內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)合結(jié)構(gòu)與實際工作原理，得到壓敏電阻的等效電路如圖 2.6 所示。圖2.6 壓敏電阻等效電路圖CpLnRn RlRb

單極性TVS直流伏安特性曲線

/20μsLEMP波形參數(shù)定義圖

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本文編號：2829065