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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. Л. Деспотули

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

Author for correspondence.
Email: despot@iptm.ru
Russian Federation, 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
Russian Federation, 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
Russian Federation, 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
Russian Federation, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 6

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. High-voltage generator with a 3×MOSFET key. Transistors T1, T2 and T3 are connected to load resistors R1, R2 and R3 and to three EMFs of the high-voltage power supply (HVPS). High-voltage pulses are supplied to the object of study from the resistor Rimp.

Download (308KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Simulation of time dependences of voltages on the drains of IXTL2N450 (T1) and IXTT1N450HV (T2) in 2×MOSFET. Voltage equalization on T1 and T2 is performed by a divider with two resistors r1 = r2 = 10 kOhm (standard approach), the load resistor of the switch R = 1.2 kOhm.

Download (208KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Modeling of time dependences of voltages on the drains of IXTL2N450 (T1) and IXTT1N450HV (T2) in 2×MOSFET. Voltage equalization on T1 and T2 is performed by a dual-EMF power supply, the power supply supplies T1 and T2 through the transistor load resistors R1 = 220 Ohm (T1) and R2 = 1.2 kOhm (T2) (new technical solution, Fig. 1).

Download (215KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Voltage oscillograms for 2×MOSFET: 1 – signal at the input of the FAN3224 driver, which controls the gate of the 2SK1317 (T1), 2 – pulse on the gate of T1, 3 – high-voltage pulse on the drain of T1, the VIP supplies EMF E1 = 1.45 kV to the load resistor R1 = 220 Ohm, recorded by a high-voltage probe (100:1), 4 – high-voltage pulse on the drain of T2 (IXTF1N450), the VIP supplies EMF E2 = 5.4 kV to the load resistor R2 = 1.2 kOhm, recorded by a high-voltage probe (1000:1). Horizontal sweep speed 100 ns/div, vertical scale 1 kV/div.

Download (508KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Voltage oscillograms for 2×MOSFET: 1 – signal at the input of the FAN3122 driver, which controls the gate of the IXTL2N450 (T1), 2 – pulse on the gate of T1, 3 – high-voltage pulse on the drain of T1, the VIP supplies EMF E1 = 4.0 kV to the load resistor R1 = 220 Ohm, recorded by a high-voltage probe (100:1), 4 – high-voltage pulse on the drain of T2 (IXTH1N450HV), the VIP supplies EMF E2 = 7.3 kV to the load resistor R2 = 1.2 kOhm, recorded by a high-voltage probe (1000:1). Horizontal sweep speed 200 ns/div, vertical scale 1 kV/div.

Download (727KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Voltage oscillograms for 3×IGBT: 1 – signal at the input of the FAN3122 driver, which controls the gate of T1 (IXBH12N300), 2 – high-voltage pulse on the collector of T1, the VIP supplies EMF E1 = 2.3 kV to the load resistor R1 = 1.6 kOhm, recorded by a 100:1 high-voltage probe, 3 – high-voltage pulse on the collector of T2 (IXBH12N300), the VIP supplies EMF E2 = 4.2 kV to the load resistor R2 = 1.6 kOhm, recorded by a 100:1 high-voltage probe, 4 – high-voltage pulse on the collector of T3 (IXBH12N300), the VIP supplies EMF E3 = 6.3 kV to the load resistor R3 = 1.6 kOhm, recorded by a 100:1 high-voltage probe, high-voltage probe (1000:1). On the insert: R1 = R2 = R3 = 200 Ohm. Horizontal sweep speed 200 ns/div, vertical scale 1 kV/div.

Download (576KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The current-voltage characteristic of vacuum emission of ions from liquid metal under different excitation conditions. Graphs 1 and 2 – emission under conditions of regulated Uc applied to the system with ballast resistance Rb = 1 GΩ. Graph 3 corresponds to emission under conditions of Uc + Uimp at Uc = 1 kV (Rb = 100 MOhm) and with increasing amplitude of Uimp. In the inset: graphs 1 and 2 are shown on an enlarged scale along the voltage axis.

Download (237KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».