Разработка и исследование генераторов мощных наносекундных импульсов на основе дрейфовых диодов с резким восстановлением и динисторов с глубокими уровнями

• Автор: Коротков, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ НАНОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1Л. Генераторы на основе емкостного накопителя энергии
1.2. Г енераторы на основе индуктивного накопителя энергии
1.3. Выводы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ГЕНЕРАТОРОВ МОЩНЫХ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ОСНОВЕ ДРЕЙФОВЫХ ДИОДОВ С РЕЗКИМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ (ДДРВ)
2.1. Постановка задачи
2.2. Оптимизация базовой схемы ДДРВ-генератора, разработка и исследование высоковольтных сборок последовательно соединенных ДДРВ с большим диаметром структур
2.3. Разработка генераторов мощных наносекундных импульсов на основе ДДРВ
2.3.а. ДДРВ - генератор импульсов накачки азотного лазера
2.3.6. ДДРВ-генератор импульсов питания установки электроразрядной
очистки воздуха
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ГЕНЕРАТОРОВ МОЩНЫХ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ОСНОВЕ ДИНИСТОРОВ С ГЛУБОКИМИ УРОВНЯМИ
(ДГУ)
3.1. Постановка задачи
3.2. Оптимизация базовой схемы генератора на основе ДГУ, исследование процесса переключения динисторов с большой рабочей площадью
3.3. Оптимизация конструкции ДГУ и исследование коммутационных возможностей оптимизированных ДГУ
3.4. Разработка принципов построения высоковольтных коммутаторов на основе блоков последовательно соединенных ДГУ с большой рабочей площадью
3.5. Разработка высоковольтных генераторов на основе ДГУ
3.5.а. ДГУ-генератор импульсов накачки мощного азотного лазера
3.5.6. ДГУ-генератор импульсов управления гигаваттного коммутатора
на основе реверсивно включаемых динисторов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время генераторы мощных наносекундных импульсов требуются для исследования электрофизических процессов, получения материалов с новыми, заранее заданными свойствами, для питания импульсных лазеров, ускорителей, устройств очистки воды и воздуха.
Для создания мощных наносекундных импульсов обычно используются два подхода: накопление энергии в емкостных накопителях (конденсаторах,
формирующих линиях) с последующей коммутацией в нагрузку замыкающим ключом и накопление энергии в магнитном поле индуктивного контура с током с коммутацией прерывателем тока.
Традиционно наносекундная коммутация больших электрических мощностей осуществлялась с помощью разрядников разнообразной конструкции, магнитных ключей, плазменных прерывателей тока, взрывающихся проволочек и т.д. Однако для развития промышленных импульсных технологий такая элементная база неэффективна из-за малого срока службы, нестабильности срабатывания и низких частотных характеристик.
Этих недостатков лишены полупроводниковые приборы, являющиеся наиболее перспективными переключателями в современной импульсной технике.
В этой связи разработка мощных генераторов на основе полупроводниковых приборов с наносекундным быстродействием является важной и актуальной.
Целью настоящей работы является разработка и исследование высоковольтных генераторов наносекундных импульсов с мегаваттной импульсной мощностью на основе новых двухэлектродных полупроводниковых приборов - дрейфовых диодов с резким восстановлением (ДДРВ) и динисторов с глубокими уровнями (ДГУ), разработанных в ФТИ им. А.Ф. Иоффе соответственно для коммутации цепей с индуктивными и емкостными накопителями энергии.

Рис. 2.3. Схема стенда для исследования IGBT - транзисторов.
Переключение исследуемого транзистора VT1 осуществлялось с помощью мощного драйвера DAI (МІС4452), позволяющего коммутировать ток управления с амплитудой до 12 А. Требуемая для обеспечения малых коммутационных потерь энергии высокая скорость нарастания тока управления (120 А/мкс) достигалась предельно коротким монтажом элементов цепи управления «C1-DA1-R2», компактно расположенных на печатной плате.
При включении VT1 через него протекал ток разряда конденсатора СЗ, нарастающий с большой скоростью, определяемой малой монтажной индуктивностью L1.
Для оценки коммутационных потерь энергии измерялось падение напряжения на транзисторе и ток, протекающий через транзистор. Ток определялся при измерении падения напряжения на малогабаритном резисторе Rh (ТВО-0,25-5,8 Ом).
Результаты исследований приведены на рис. 2.4. Масштаб по времени -40 нс/дел, по напряжению - 100 В/дел, по току ~17 А/дел.
Измерения осуществлялись с помощью щупа Tektronix Р5100 с полосой пропускания 250 МГц и цифрового осциллографа Tektronix TDS 3052 с полосой пропускания 500 МГц.