【摘 要】
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近年来,各种军用与民用设备均向信息化发展,同时电磁环境的恶化与强电磁脉冲武器的应用给设备带来更多威胁,信息化在提高效率的同时也对设备的电磁防护提出了更高的要求。瞬态抑制器件可以对电路中的传导耦合起到良好的抑制作用,典型的几种瞬态抑制器件国内外的研究较多,但面对愈加严苛复杂的防护需求,传统瞬态抑制器件防护能力捉襟见肘。电涌抑制晶闸管(TSS)在过往通常应用在雷电防护领域,在强电磁脉冲下的防护与应用仍
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近年来,各种军用与民用设备均向信息化发展,同时电磁环境的恶化与强电磁脉冲武器的应用给设备带来更多威胁,信息化在提高效率的同时也对设备的电磁防护提出了更高的要求。瞬态抑制器件可以对电路中的传导耦合起到良好的抑制作用,典型的几种瞬态抑制器件国内外的研究较多,但面对愈加严苛复杂的防护需求,传统瞬态抑制器件防护能力捉襟见肘。电涌抑制晶闸管(TSS)在过往通常应用在雷电防护领域,在强电磁脉冲下的防护与应用仍处在相对空白状态,同时自身有着结电容较小、响应速度快和限幅性能好的优势,因此研究其在强电磁脉冲下的响应与毁伤规律,并探讨其应用性能具有重要意义。本文首先分析了强电磁脉冲的时频域特性,基于半导体器件的损伤机理提出对瞬态防护的阈值要求,分析对比典型的瞬态抑制器件的特性,针对电涌抑制晶闸管的响应参数与应用性能提出了仿真需求。通过对电涌抑制晶闸管原理的分析并结合数值物理模型建立方法的研究,建立了不同电涌抑制晶闸管的数值物理模型,并利用此模型分析了不同强电磁脉冲下的尖峰泄露、响应特性以及热损伤分析,验证了电涌抑制晶闸管的脉冲适应性,并通过热仿真给出器件敏感部位,为应用环境提供了理论依据。针对电涌抑制晶闸管在不同电路的应用场景的不同,结合电涌抑制晶闸管的响应特性与损伤机理,为不同类型电路设计了电涌抑制晶闸管的不同的防护方案,并针对电涌抑制晶闸管应用性能较好的信号电路为例,提出气体放电管与电涌抑制晶闸管并联的具体应用方式,设计了稳态、瞬态与稳态的防护电路结构,并通过实验验证。针对电涌抑制晶闸管在高空核电磁脉冲与宽谱高功率微波下的限幅与损伤仿真,论文得出了幅值越大的强电磁脉冲会产生较大的尖峰泄露、较小的响应时间与尖峰隔离度,转折电压越大的电涌抑制晶闸管型号会产生较大的尖峰泄露、较大的响应时间与较小的尖峰隔离度的结论。通过对电涌抑制晶闸管的热损伤特性分析得到器件的类型与脉冲幅值是影响温升的主要因素,转折电压越大温升效应越明显,脉冲幅值越大,温升效应越明显的结论。得到电涌抑制晶闸管的使用方式为:在电源电路中,电涌抑制晶闸管同瞬态抑制二极管串联作为后级,压敏电阻作为前级进行组合使用;信号电路中,电涌抑制晶闸管作为后级,气体放电管作为前级进行组合使用。射频电路纯接收通道中,电涌抑制晶闸管作为后级,气体放电管作为前级组合使用;大功率发射电台射频电路发射通道中,电涌抑制晶闸管作为后级,气体放电管与压敏电阻串联作为前级组合使用。
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