Генератор прямоугольных импульсов на основе последовательного соединения MOSFET с Umax = 4500 В

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выявлены преимущества новой конструкции генератора высоковольтных прямоугольных импульсов. В отличие от аналогов, в предложенном авторами генераторе изменены схемы ключа, образованного последовательным соединением N транзисторов (Тk, k = 1, ..., N) и сопряженного c ключом высоковольтного источника; он обеспечивает N ЭДС Ek (Ei /Ej = const (i, j); i ≠ j; i, j =1, 2, …, N), которые питают Тk через нагрузочные резисторы Rk. Предложенная конструкция позволяет отказаться от резистивного делителя и снабберов, балансирующих равенство напряжений Uk на одинаковых Tk в генераторах-аналогах. Преимущества нового решения: 1) простота схемы и настройки ключа; 2) быстрый переход ON → OFF (Rk малы); 3) высокая частота повторения импульсов; 4) значительное улучшение балансировки напряжений Uk, что позволяет задавать ЭДС Ek так, чтобы выполнялось условие ∑Uk ≈ ∑Uk,max для разных по типу транзисторов (Ui,max ≠ Uj,max). В генераторе использовались высоковольтные транзисторы разных типов с Umax = 4500 В. В результате упрощена постановка высоковольтных экспериментов для поиска новых путей выполнения исследования. Выполнено сравнение вольт-амперных характеристик эмиссии (импульсный и стационарный режимы) из жидкого сплава на основе Ga.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Л. Деспотули

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: despot@iptm.ru
Россия, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 6

В. В. Казьмирук

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ РАН)

Email: despot@iptm.ru
Россия, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 6

А. А. Деспотули

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ РАН)

Email: despot@iptm.ru
Россия, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 6

А. В. Андреева

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ РАН)

Email: andreeva@iptm.ru
Россия, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 6

Список литературы

  1. Neumann E., Schaefer–Ridder M., Wang Y., Hofschneider P.H. // The EMBO Journal. 1982. V. 1. P. 841. https://doi: 10.1002/j.1460-2075.1982.tb01257.x
  2. Zhang J., Liu W., Dai J., Xiao K. // Adv. Sci. 2022. V. 9. P. 2200534. https://doi: 10.1002/advs.202200534
  3. Thompson S.P., Prewett P.D. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1984. V. 17. P. 2305. https://doi: 10.1088/0022-3727/17/11/018
  4. Kissel J., Zscheeg H., Rudenauer F.G. // Appl. Phys. A. 1988. V. 47. P. 167. https://doi.org/10.1007/BF00618881
  5. Pargellis A.N., Seidl M. // J. Appl. Phys. 1978. V. 49. P. 4933. https://doi.org/10.1063/1.325529
  6. Matossian J., Seidl M. // J. Appl. Phys. 1982. V. 53. P. 6376. https://doi.org/10.1063/1.331508
  7. Деспотули А.Л., Андреева А.В. // Нано и микросистемная техника. 2020. № 8. С. 403. https://doi.org/ 10.17587/nmst.22.403-414
  8. Деспотули А.Л., Андреева А.В. // Нано и микросистемная техника. 2021. № 1. С. 6. https://doi.org/10.17587/nmst.23.6-23
  9. https://www.behlke.com/
  10. http://www.paramerus.com
  11. SiC Power Devices and Modules. Application Note. No. 63AN102E, Rev.003. ROHM Co., Ltd, 2020.
  12. Long T, Pang L., Li G., Zhou C., Ye M., Chen X., Zhang Q. // IEEE International Power Modulator and High Voltage Conference. Jackson.WY. 2018. P. 383. https://doi.org/10.1109/IPMHVC.2018.8936716
  13. Vechalapu K., Hazra S., Raheja U., Negi A., Bhattacharya S. // IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Cincinnati, OH, 2017. P. 808. https://doi.org/ 10.1109/ECCE.2017.8095868
  14. Snubber circuit design methods. Application Note. No. 62AN037E Rev.002. ROHM Co., Ltd, 2020.
  15. Li C., Chen R., Chen S., Li C., Luo H., Li, W., He X. // Energies. 2022. V. 15. P. 1722. https://doi.org/10.3390/en15051722
  16. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи. Москва: Изд. дом “Додэка XXI”, 2005.
  17. Hess H.L., Baker R.J. // IEEE transactions on power electronics. 2000. V. 15. P. 923. https://doi.org/10.1109/63.867682
  18. Дудников В.Г., Шабалин А.Л. // ЖТФ. 1985. Т. 55. С. 776.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Высоковольтный генератор с ключом 3×MOSFET. Транзисторы Т1, Т2 и Т3 сопряжены с нагрузочными резисторами R1, R2 и R3 и с тремя ЭДС высоковольтного источника питания (ВИП). На объект исследования высоковольтные импульсы подаются с резистора Rimp.

Скачать (308KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Моделирование временных зависимостей напряжений на стоках IXTL2N450 (Т1) и IXTT1N450HV (Т2) в 2×MOSFET. Выравнивание напряжений на Т1 и Т2 осуществляет делитель с двумя резисторами r1 = r2 = 10 кОм (стандартный подход), нагрузочный резистор ключа R = 1.2 кОм.

Скачать (208KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Моделирование временных зависимостей напряжений на стоках IXTL2N450 (Т1) и IXTT1N450HV (Т2) в 2×MOSFET. Выравнивание напряжений на Т1 и Т2 осуществляет ВИП с двумя ЭДС, ВИП питает Т1 и Т2 через нагрузочные резисторы транзисторов R1 = 220 Ом (Т1) и R2 = 1.2 кОм (Т2) (новое техническое решение, рис. 1).

Скачать (215KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Осциллограммы напряжений для 2×MOSFET: 1 – сигнал на входе драйвера FAN3224, который управляет затвором 2SK1317 (T1), 2 – импульс на затворе Т1, 3 – ВВ-импульс на стоке Т1, ВИП подает ЭДС E1 = 1.45 кВ на нагрузочный резистор R1 = 220 Ом, регистрация высоковольтным пробником (100:1), 4 – ВВ-импульс на стоке Т2 (IXTF1N450), ВИП подает ЭДС E2 = 5.4 кВ на нагрузочный резистор R2 = 1.2 кОм, регистрация высоковольтным пробником (1000:1). Скорость развертки по горизонтали 100 нс/дел, масштаб по вертикали 1 кВ/дел.

Скачать (508KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Осциллограммы напряжений для 2×MOSFET: 1 – сигнал на входе драйвера FAN3122, который управляет затвором IXTL2N450 (T1), 2 – импульс на затворе Т1, 3 – ВВ-импульс на стоке Т1, ВИП подает ЭДС E1 = 4.0 кВ на нагрузочный резистор R1 = 220 Ом, регистрация высоковольтным пробником (100:1), 4 – ВВ-импульс на стоке Т2 (IXTH1N450HV), ВИП подает ЭДС E2 = 7.3 кВ на нагрузочный резистор R2 = 1.2 кОм, регистрация высоковольтным пробником (1000:1). Скорость развертки по горизонтали 200 нс/дел, масштаб по вертикали 1 кВ/дел.

Скачать (727KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Осциллограммы напряжений для 3×IGBT: 1 – сигнал на входе драйвера FAN3122, который управляет затвором T1 (IXBH12N300), 2 – ВВ-импульс на коллекторе Т1, ВИП подает ЭДС E1 = 2.3 кВ на нагрузочный резистор R1 = 1.6 кОм, регистрация высоковольтным пробником 100:1, 3 – ВВ-импульс на коллекторе Т2 (IXBH12N300), ВИП подает ЭДС E2 = 4.2 кВ на нагрузочный резистор R2 = 1.6 кОм, регистрация высоковольтным пробником 100:1, 4 – ВВ-импульс на коллекторе Т3 (IXBH12N300), ВИП подает ЭДС E3 = 6.3 кВ на нагрузочный резистор R3 = 1.6 кОм, регистрация высоковольтным пробником (1000:1). На вставке: R1 = R2 = R3 = 200 Ом. Скорость развертки по горизонтали 200 нс/дел, масштаб по вертикали 1 кВ/дел.

Скачать (576KB)
Метаданные
8. Рис. 7. ВАХ вакуумной эммиссии ионов из жидкого металла при различных режимах возбуждения. Графики 1 и 2 – эмиссия в условиях регулируемого Uc, прикладываемого к системе с балластным сопротивлением Rb =1 ГОм. График 3 соответствует эмиссии в условиях Uc + Uimp при Uc = 1 кВ (Rb = 100 МОм) и при увеличении амплитуды Uimp. На вставке: графики 1 и 2 показаны в увеличенном масштабе по оси напряжений.

Скачать (237KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024