Способ управления электронным ключом

Авторы патента:

H01L29/86 - управляемые только изменением электрического тока или электрического потенциала, приложенного к одному или нескольким электродам, по которым проходит выпрямляемый, усиливаемый, генерируемый или переключаемый ток (H01L 29/96 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2533326:

ЕФАНОВ ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ (RU)

Изобретение относится к области импульсной техники. Способ управления электронным ключом включает подачу импульса перенапряжения, который обеспечивает переключение электронного ключа, на развязывающий диод, установленный между электронным ключом и земляной шиной в направлении, блокирующем импульс перенапряжения. При этом напряжение лавинного пробоя развязывающего диода больше амплитуды импульса перенапряжения, одновременно с этим предельный импульсный ток в прямом направлении через развязывающий диод больше рабочего тока электронного ключа. Техническим результатом изобретения является обеспечение приложения импульса перенапряжения к электронному ключу или генератору Маркса с одновременным обеспечением малой индуктивностью цепи замыкания рабочего тока. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области импульсной техники, а именно к способам управления электронными ключами или генераторами Маркса на их основе, и может быть использовано в лазерной, ускорительной, локационной и преобразовательной технике.

Известен способ запуска каскадного генератора высоковольтных импульсов, выполненного по схеме Аркадьева-Маркса, содержащего накопительные конденсаторы, управляемые разрядники и зарядно-разрядные резисторы, при этом в каждый каскад введен импульсный трансформатор (см. авторское свидетельство SU №1812612, H03K 3/53, 1993).

Введение импульсных трансформаторов позволяет упростить управление генератором, снизить его массогабаритные показатели. Поджиг разрядников происходит в результате перенапряжения за счет импульса напряжения, при этом все конденсаторы оказываются включенными последовательно через разрядники.

Известен способ запуска импульсного генератора Маркса, состоящего из n-го числа искровых разрядников и 2(n-1)-го числа зарядных ветвей, искровые разрядники которого работают в режиме самопробоя (см. патент RU №2333597, H03K 3/537, 2008).

Пусковое устройство включает подключенный к импульсному генератору импульсный трансформатор, который при запуске импульсного генератора вырабатывает импульс напряжения, который суммируется с зарядным напряжением соответствующего ступенчатого конденсатора и при соответствующей полярности во время возрастания импульса напряжения на короткое время вырабатывает доходящее до самопробоя перенапряжение на этом искровом разряднике.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ переключения высоковольтных полупроводниковых структур ключевого типа, включающий подачу импульса управления с полярностью, совпадающей с полярностью рабочего напряжения (см. патент RU №2113744, H01L 29/86, 1998).

Недостатками этих и многих других известных способов управления электронными ключами и генераторами Маркса являются следующие факторы:

- импульс управления прикладывают к высоковольтному электроду, что требует использовать схемы развязки силовой цепи от цепи управления;

- импульс управления проходит в нагрузку и искажает выходной импульс напряжения;

- нагрузка может шунтировать импульс управления.

Техническим результатом изобретения является приложение импульса перенапряжения к электронному ключу или генератору Маркса с одновременным обеспечением малой индуктивностью цепи замыкания рабочего тока.

Для достижения указанного технического результата в способе управления электронным ключом, включающем подачу импульса перенапряжения, который обеспечивает переключение электронного ключа, согласно предложению, импульс перенапряжения подают на развязывающий диод, установленный между электронным ключом и земляной шиной в направлении, блокирующем импульс перенапряжения, при этом напряжение лавинного пробоя развязывающего диода больше амплитуды импульса перенапряжения, одновременно с этим предельный импульсный ток в прямом направлении через развязывающий диод больше рабочего тока электронного ключа.

Согласно предложению, электронный ключ может состоять из каскада ключей, соединенных по схеме импульсного генератора Маркса.

Согласно предложению, электронный ключ может состоять из нескольких последовательно включенных ключей, при этом импульс перенапряжения по амплитуде обеспечивает переключение всей сборки ключей.

Согласно предложению, развязывающий диод может состоять из несколько последовательно соединенных диодов, при этом суммарное напряжение лавинного пробоя всех диодов больше амплитуды импульса перенапряжения, а предельный импульсный ток через развязывающие диоды в прямом направлении больше рабочего тока электронного ключа.

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема управления электронным ключом; на фиг.2 представлены эпюры напряжения на электронном ключе, развязывающем диоде и нагрузке; на фиг.3 представлена схема управления генератором Маркса; на фиг.4 представлена схема управления с несколькими последовательно включенными электронными ключами и несколькими последовательно включенными развязывающими диодами.

Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.

Способ управления электронным ключом осуществляют следующим образом.

Согласно схеме, представленной на фиг.1, электронный полупроводниковый ключ 1 (динистор) включают последовательно с накопительной емкостью 2 (С) и нагрузкой 3 (R). Развязывающий диод 4 включают между электронным ключом 1 и земляной шиной 5.

Рабочее напряжение от блока питания 6 положительной полярности подают на электронный ключ 1 и накопительную емкость 2. Импульс напряжения отрицательной полярности подают от генератора управления 7 на развязывающий диод 4.

До момента переключения электронного ключа 1 напряжение на электронном ключе 1 складывается из рабочего напряжения и амплитуды импульса перенапряжения. После переключения электронного ключа 1 ток разряда емкости 2 протекает через электронный ключ 1 и развязывающий диод 4, для которого этот ток является током в прямом направлении.

На фиг.2 представлены эпюры напряжения на электронном ключе 1 (верхняя эпюра), на развязывающем диоде 4 (средняя эпюра), на нагрузке 3 (нижняя эпюра).

На электронный ключ 1 от блока питания 6 прикладывают рабочее напряжение +U_paб. На развязывающий диод 4 подают импульс перенапряжения отрицательной полярности -ΔU, в результате чего полное напряжение на электронном ключе 1 увеличивается на ΔU и происходит его включение. Напряжение на электронном ключе 1 уменьшается до малого значения, также как и на развязывающем диоде 4, через который протекает рабочий ток в прямом направлении. На нагрузке 3 возникает импульс напряжения отрицательной полярности, длительность которого определяется соотношением τ=RC.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. Заявляемый способ применен для генератора Маркса.

На фиг.3 представлена схема управления генератором Маркса, который собирают на газовых разрядниках 1-1, 1-2, 1-3 (электронных ключах). Число разрядников может быть n.

Последовательно с разрядниками включают накопительные конденсаторы 2-1, 2-2, 2-3 (накопительные емкости), которых тоже может быть n. На разрядники и конденсаторы подают рабочее напряжение отрицательной полярности -U_paб. Резисторы 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 обеспечивают зарядку накопительных конденсаторов. Развязывающий диод 2 включают между первым разрядником 1-1 и земляной шиной 5.

Импульс перенапряжения +ΔU положительной полярности с амплитудой, достаточной для включения генератора Маркса, подают на развязывающий диод 2, который имеет напряжение лавинного пробоя больше амплитуды импульса перенапряжения, то есть U_лав.>ΔU, а также его предельный импульсный ток в прямом направлении больше рабочего тока генератора Маркса, то есть I_имп.>I_раб.

После переключения всех разрядников генератора Маркса рабочий ток протекает через разрядники и развязывающий диод в прямом направлении. На нагрузке формируется импульс напряжения положительной полярности.

Пример 2. Заявляемый способ применен для высоковольтного ключа, состоящего из нескольких последовательно включенных приборов.

На фиг.4 представлена схема управления с несколькими последовательно включенными электронными ключами и несколькими последовательно включенными развязывающими диодами.

Высоковольтный ключ 1 собирают из n последовательно включенных полупроводниковых динисторов. Между сборкой динисторов и земляной шиной 5 включают сборку из развязывающих диодов 4.

Суммарное лавинное напряжение развязывающих диодов больше импульса перенапряжения отрицательной полярности и достаточно для переключения сборки динисторов, то есть U_л1+U_л2+U_л3+U_лn>ΔU. Максимальный предельный импульсный ток через сборку развязывающих диодов больше рабочего тока через сборку ключей, то есть I_имп.>I_раб.

Развязывающий диод выполняют в виде диска, обладающего малой индуктивностью, при использовании сборки диодов их собирают из дисков, поставленных один на другой.

Заявляемое изобретение позволяет не только приложить импульс перенапряжения к электронному ключу или генератору Маркса, но и одновременно обеспечить малую индуктивность цепи замыкания рабочего тока.

1. Способ управления электронным ключом, включающий подачу импульса перенапряжения, который обеспечивает переключение электронного ключа, отличающийся тем, что импульс перенапряжения подают на развязывающий диод, установленный между электронным ключом и земляной шиной в направлении, блокирующем импульс перенапряжения, при этом напряжение лавинного пробоя развязывающего диода больше амплитуды импульса перенапряжения, одновременно с этим предельный импульсный ток в прямом направлении через развязывающий диод больше рабочего тока электронного ключа.

2. Способ управления электронным ключом по п.1, отличающийся тем, что электронный ключ может состоять из каскада ключей, соединенных по схеме импульсного генератора Маркса.

3. Способ управления электронным ключом по п.1, отличающийся тем, что электронный ключ может состоять из нескольких последовательно включенных ключей, при этом импульс перенапряжения по амплитуде обеспечивает переключение всей сборки ключей.

4. Способ управления электронным ключом по п.1, отличающийся тем, что развязывающий диод может состоять из несколько последовательно соединенных диодов, при этом суммарное напряжение лавинного пробоя всех диодов больше амплитуды импульса перенапряжения, а предельный импульсный ток через развязывающие диоды в прямом направлении больше рабочего тока электронного ключа.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов. Мультиэпитаксиальная структура кристалла двухинжекционного высоковольтного гипербыстровосстанавливающегося диода на основе соединений галлия и мышьяка содержит высоколегированную монокристаллическую подложку p+-типа проводимости, с разностной концентрацией акцепторной и донорной легирующих примесей не менее чем 3·1018 см-3 и толщиной не менее 200 мкм, выполненный на ней эпитаксиальный GaAs слой p-типа проводимости толщиной не менее 5,0 мкм и изменяющейся разностной концентрацией донорной и акцепторной легирующих примесей от концентрации в подложке до значений не более чем , p-n-переходный по типу проводимости эпитаксиальный GaAs i-слой толщиной 5÷100 мкм, содержащий область пространственного заряда и внутрирасположенную мультиэпитаксиальную металлургическую переходную зону, и эпитаксиальный GaAs слой на p-n переходном эпитаксиальном i-слое, выполненный n+-типа проводимости с разностной концентрацией акцепторной и донорной легирующих примесей в приповерхностном слое не менее чем 1·1017 см-3 и толщиной не менее 0,1 мкм.

Сверхширокополосный ограничитель свч-мощности // 2515181

Изобретение относится к СВЧ-монолитным интегральным схемам и предназначено для использования в качестве защитных схем, например в устройствах, содержащих малошумящие усилители.

Высоковольтный самосовмещенный интегральный диод // 2492552

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности, к формированию самосовмещенных высоковольтных диодов. .

Ограничитель напряжения с отрицательным участком динамического сопротивления // 2484553

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к полупроводниковым ограничителям напряжения, и может быть использовано при защите электронных устройств от перенапряжений.

Кристалл ультрабыстрого высоковольтного сильноточного арсенид-галлиевого диода // 2472249

Изобретение относится к микроэлектронике. .

Транзисторный биполярный ключ на источнике питания переменного тока // 2465686

Изобретение относится к переключающим устройствам и может быть использовано в электротехнике для замыкания и размыкания электрической цепи переменного тока в заданные промежутки времени.

Блокирующий диод для солнечных батарей космических аппаратов // 2457578

Изобретение относится к области дискретных полупроводниковых приборов, в частности к блокирующим диодам для солнечных батарей космических аппаратов. .

Импульсный лавинный s-диод // 2445724

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в источниках питания полупроводниковых лазеров, мощных полупроводниковых светодиодов, диодов Ганна, системах сверхширокополосной локации.

Наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод // 2415494

Изобретение относится к электронным приборам, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано для выпрямления переменного тока в радиоаппаратуре, радиоизмерительных приборах и системах.

Диод на основе одностенной углеродной нанотрубки и способ его изготовления // 2414768

Изобретение относится к технологическим процессам производства компонентов микроэлектроники и вычислительных схем. .

Полупроводниковый диод с отрицательным сопротивлением // 2550310

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники. В диоде с отрицательным дифференциальным сопротивлением согласно изобретению объединены два комплементарных полевых транзистора в единую вертикальную структуру с параллельно расположенными каналами, между которыми образуется электрический переход, при этом исток р-канала расположен напротив стока n-канала, а сток р-канала - напротив истока n-канала. Истоки каналов соединены между собой с помощью проводника и дополнительной области с n+-типом проводимости, на которой расположен исток n-канала, а стоки каналов имеют отдельные выводы. Изобретение позволяет уменьшить размеры, повысить быстродействие и увеличить ток и выходную мощность диода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Оксид р-типа, получение оксидной композиции р-типа, способ получения оксида р-типа, полупроводниковый прибор, индикаторное устройство, аппаратура воспроизведения изображения и система // 2556102

Изобретение относится к оксиду р-типа, оксидной композиции р-типа, способу получения оксида р-типа, полупроводниковому прибору, аппаратуре воспроизведения изображения и системе. Оксид р-типа является аморфным соединением и представлен следующей композиционной формулой: xAO∙yCu2O, где x обозначает долю молей AO и y обозначает долю молей Cu2O, x и y удовлетворяют следующим условиям: 0≤x<100 и x+y=100 и А является любым одним из Mg, Са, Sr и Ва или смесью, содержащей, по меньшей мере, два элемента, выбранные из группы, состоящей из Mg, Са, Sr и Ва. Оксид р-типа производится при относительно низкой температуре и в реальных условиях и способен проявлять отличные свойства, то есть достаточную удельную электропроводность. 7 н. и 4 з.п. ф-лы, 36 ил., 8 табл., 52 пр.

Полупроводниковый диод // 2561779

Изобретение относится к полупроводниковым электронным приборам. В полупроводниковом диоде на полупроводниковой GaAs подложке расположены катодный слой, обедненный слой, барьерный слой, обедненный узкозонный слой, анодный узкозоный слой, анодный слой. Металлизированный катодный контакт с омическим сопротивлением сформирован к катодному слою. Металлизированный анодный контакт с омическим сопротивлением сформирован к анодному слою. На границе анодного слоя и анодного узкозонного слоя и на границе барьерного слоя и обедненного узкозонного слоя сформированы гетеропереходы. Технический результат - снижение обратного тока и увеличение пробивного напряжения диода. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Полупроводниковый конструктивный элемент с оптимизированным краевым завершением // 2564048

Изобретение относится к полупроводниковым приборам. В полупроводниковом конструктивном элементе, имеющем полупроводниковое тело (21) с первой стороной (22), второй стороной (23) и краем (24), внутреннюю зону (27) с основным легированием первого типа проводимости, расположенную между первой стороной (22) и внутренней зоной (27) первую полупроводниковую зону (61) первого типа проводимости с концентрацией легирования, которая выше концентрации легирования внутренней зоны (27), расположенную между второй стороной (23) и внутренней зоной (27) вторую полупроводниковую зону (29) второго типа проводимости, с концентрацией легирования выше концентрации легирования внутренней зоны (27), по меньшей мере один первый краевой скос, который проходит под первым углом (30) к плоскости прохождения перехода от второй полупроводниковой зоны (29) к внутренней зоне (27) по меньшей мере вдоль края (24) второй полупроводниковой зоны (29) и внутренней зоны (27), второй краевой скос со вторым углом (71), величина которого меньше величины первого угла, который проходит вдоль края (24) первой полупроводниковой зоны (61) или скрытой полупроводниковой зоны (41), при этом по меньшей мере одна скрытая полупроводниковая зона (41) второго типа проводимости с концентрацией легирования, которая выше, чем во внутренней зоне (27), предусмотрена между первой полупроводниковой зоной (61) и внутренней зоной (27) и проходит по существу параллельно первой полупроводниковой зоне (61). Изобретение позволяет исключить повышенные пики силы поля в краевой области, возникающие во время процесса выключения полупроводникового конструктивного элемента, а также обеспечивает повышенную воспроизводимость и меньший разброс электрических свойств. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Импульсный лавинный s-диод // 2609916

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к импульсным лавинным полупроводниковым диодам, полученным легированием GaAs хромом или железом, и предназначено для использования в системах силовой импульсной электроники. Техническим результатом являются устранение влияния инжекции электронов на протекание тока при обратном смещении π-ν-перехода до переключения S-диода, повышение напряжения переключения по сравнению со структурами, полученными легированием только хромом или железом, повышение надежности работы таких структур в схемах импульсного питания. В S-диоде, выполненном на основе n-π-ν-n-структуры из арсенида галлия, компенсированного хромом, между n- и π-областями введена дополнительная область p-типа проводимости, толщина этого p-слоя не превышает 5·Ln, где Ln – диффузионная длина электронов в p-области. 2 ил.

Диод на гетеропереходах металл-полупроводник-металл (мпм) // 2632256

Изобретение относится к быстродействующим диодам. Диод содержит полупроводниковый слой, имеющий первую сторону и противоположную первой стороне вторую сторону, полупроводниковый слой имеет толщину между первой стороной и второй стороной, при этом толщина полупроводникового слоя сравнима со средней длиной свободного пробега носителей заряда, эмитированного в полупроводниковый слой. Диод содержит первый металлический слой, осажденный на первой стороне полупроводникового слоя, второй металлический слой, осажденный на второй стороне полупроводникового слоя, первый гетеропереход между полупроводниковым слоем и первым металлическим слоем или между полупроводниковым слоем и вторым металлическим слоем, причем полупроводниковый слой, первый металлический слой и второй металлический слой выполнены с возможностью осуществления баллистической проводимости носителя заряда из первого металлического слоя через полупроводниковый слой во второй металлический слой. Изобретение обеспечивает получение диода с высокой плотностью тока термоионной эмиссии, высокой нелинейностью и выпрямлением. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.