强电磁脉冲下传导防护器件瞬态响应特性研究

发布时间：2020-06-05 00:02

【摘要】：强电磁脉冲是具有极强破坏力的瞬态脉冲环境。它能经由前门或者后门耦合到电子设备上,从而会干扰电子设备的正常运行,甚至损坏设备。传导防护器件对电磁脉冲是一种有效防护手段。但目前传导防护器件的响应特性研究主要是关于雷电和静电,由于器件自身的非线性,它在HEMP这种ns级强电磁脉冲作用下的响应特征还未明确,防护性能参数亦不可知,测试方法未明,也缺少适用于强电磁脉冲的防护器件Pspice模型。由此本论文搭建了基于双指数脉冲的直接注入测试系统,明确了防护器件在强电磁脉冲防护性能参数及提取方法。基于搭建的测试系统,研究了器件在HEMP下的非线性瞬态响应。建立了强磁脉冲下的器件的Pspice模型。1)对比了静电、雷电和高空核电磁脉冲的波形特征,核电磁脉冲具有上升沿快,能量大,频谱宽的特点。分析了相关标准规定的防护器件测试方法,并根据MIL-STD-188-125搭建了基于双指数脉冲直接注入的瞬态响应特性研究的测试方案与配置。分析了充电时间和外置调波电感对双指数脉冲波形参数的影响。2)通过对器件的防护机理的分析确定了HEMP脉冲下器件的防护性能参数。由于测试波形的震荡等多原因,利用峰值滤波、中值滤波和移动平均滤波对HEMP下从器件瞬态响应波形进行了处理,利用插值法提取防护性能参数。3)利用本文搭建的双指数脉冲直接注入测试系统,研究了注入不同电流峰值下或不同电流变化率的双指数脉冲下防护器件的瞬态响应:基于测试数据的样本统计与对比分析,采用最小二乘逼近分析获得防护器件在不同电流峰值和上升沿的电流变化率下脉冲峰值电压、过冲、箝位电压、触发时间、箝位时间等防护性能参数变化推演规律;研究了不同型号器件防护性能参数的异同和规律。分析了TVS在HEMP下的失效模式。为防护电路的设计提供了量级和规律性支持。4)通过提取测试所用双指数脉冲源注入波形的特征参数,建立了双指数脉冲源的Pspice电路模型。并根据前面得到的防护性能参数规律和HEMP下器件的动态伏安特性分段分析与曲线数据拟合,利用二极管、三级管和压控源实现等非线性器件等效变量替换,建立了适合纳秒级脉冲响应的气体放电管和压敏电阻的Pspice非线性电路行为级宏模型。并结合前面搭建的双指数脉冲源电路模型,对搭建的Pspice模型进行了验证。
【图文】：

放电波形,放电波形,等级,接触放电

IEC 61000 4-2[19]中定义了针对于系统级的接触放电与空气放电），四种 ESD 等级，表2.1 IEC 中 ESD 测试等级放电 1b 空气验电压 KV 等级 2468特殊1234级必须在专用设备条约规范中加以规定，如果规压，，则可能需要专用的实验设备。

波形图,时频域,波形图

ESD时频域波形图
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN78

【参考文献】