Высоковольтные Диффузионные Диоды С Резким Восстановлением. I. Численное Моделирование

Abstract

The operation of diffusion step recovery diodes (dSRD) as current interrupters in high-power nanosecond pulse generators was studied in detail by the methods of numerical computer simulation for the first time. One of the necessary conditions that minimize the loss in dSRD was specified. Dependences of pre-pulse voltage, front duration, amplitude and duration of pulse formed on the active load, and the energy of switching losses in the dSRD on the device area and the break current density are obtained. It is shown that simulation results can be described by simple analytical formulas obtained in the second part of the work, with an accuracy of 10-20% if the pulse amplitude does not exceed the avalanche breakdown voltage of the dSRD. The generalized figure of merit which can be used for optimization of dSRD parameters, a mode of its operation and comparison of efficiency of current interrupters of various types was offered.

Высоковольтные Диффузионные Диоды С Резким Восстановлением. II. Теория

“…Строго говоря, для вычисления U(t) его нужно решать совместно с нестационарными уравнениями непрерывности для n, p и уравнениями Кирхгофа для контуров накачки. Разумеется, это можно проделать только численными методами, как, например, в работе [1]. Здесь же мы используем приближенный метод, обоснованный в работах [3,4], согласно которым при расчете падения напряжения на приборе U во время СВОП можно: − пренебречь падением напряжения в области x p < x < x n , заполненной плотной квазинейтральной плазмой;…”

“…Корректный учет этих эффектов и расчет W d возможен только при полномасштабном численном моделировании работы ДРВ. Тем не менее сравнение с результатами [1] показало (см. рис.…”

“…В работе [1] были изложены результаты численного моделирования работы высоковольтных диффузионных диодов с резким восстановлением (дДРВ) в качестве прерывателей тока в мощных генераторах наносекундных импульсов с промежуточными индуктивными накопителями энергии. Однако ограниченный объем статьи [1] не позволил изложить результаты полного анализа всех взаимосвязей параметров контура, дДРВ и импульса напряжения, формируемого на нагрузке, знание которых необходимо для проектирования дДРВ и генераторов на их основе.…”

“…В работе [1] были изложены результаты численного моделирования работы высоковольтных диффузионных диодов с резким восстановлением (дДРВ) в качестве прерывателей тока в мощных генераторах наносекундных импульсов с промежуточными индуктивными накопителями энергии. Однако ограниченный объем статьи [1] не позволил изложить результаты полного анализа всех взаимосвязей параметров контура, дДРВ и импульса напряжения, формируемого на нагрузке, знание которых необходимо для проектирования дДРВ и генераторов на их основе. Решению этой задачи посвящена настоящая работа, в которой получены приближенные аналитические формулы для расчета параметров импульса напряжения U(t) (напряжения паразитного предымпульса U pp , характеризующего резистивные потери в ДРВ, амплитуды U M , длительности t b фронта, длительности t e импульса и максимальной скорости нарастания напряжения) при различных значениях основных параметров дДРВ (площади S, напряжения пробоя U B ) и контура генератора (индуктивности накопителя L r , обрываемого тока I b и сопротивления активной нагрузки R).…”

“…Статья является продолжением работы [1], поэтому здесь использованы те же обозначения, а ссылки на формулы и рисунки с номерами N из работы [1] даются в формате (I.N) и Рис. I.N.…”