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聚四氟乙烯薄膜在納秒脈沖下的擊穿特性
- 分類：行業動态
- 作者：PFA管小姐姐
- 來源：丹凱
- 發(fā)布時間：2022-12-21 11:42
- 訪問量：
聚四氟乙烯薄膜在納秒脈沖下的擊穿特性
- 分類：行業動态
- 作者：PFA管小姐姐
- 來源：丹凱
- 發(fā)布時間：2022-12-21 11:42
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聚四氟乙烯薄膜由于具有優良的介電、機械和熱等性能(néng)，在絕緣領域應用廣泛，其在直接、工頻交流和雷電沖擊脈沖等常規條
件下的擊穿特性已經(jīng)得到深入研究。随着脈沖功率技術的發(fā)展，納秒脈沖下的擊穿特性研究受到了國(guó)内外研究人員的廣泛關
注。近年來單次高壓納秒脈沖及低重複頻率的脈沖電源較常見，因此目前納秒脈沖下聚四氟乙烯薄膜擊穿特性的研究主要集中
在單次納秒脈沖。
重複頻率條件下氣體間隙的擊穿與單次脈沖下的不同，擊穿不發(fā)生在施加第一個脈沖時，而是經(jīng)過(guò)幾個、幾十個或更多的脈沖
後(hòu)才發(fā)生，擊穿需要承受一定的重複頻率耐受時間，目前對(duì)重複頻率快脈沖作用下聚四氟乙烯薄膜絕緣特性的實驗數據較少。
随着開(kāi)關器件的革新，kHz量級的重複頻率納秒脈沖電源也逐漸出現，爲探索高重複頻率納秒脈沖聚四氟乙烯薄膜的擊穿特性提
供了可能(néng)。
實驗裝置電氣電源采用輸出電壓範圍爲0~300kV的重複頻率納秒脈沖電源SPG2000N，脈沖上升時間約15ns，脈寬30~40ns，
重複頻率1~1000Hz，輸出平均功率13kW，其開(kāi)啓、關停及重複頻率的調節均通過(guò)觸 發(fā)脈沖控制器控制。
圖一：聚四氟乙烯薄膜 來源：丹凱
實驗中聚四氟乙烯薄膜試品擊穿後(hòu)，通過(guò)關斷保護電路以輸出給觸發(fā)脈沖控制器關斷信号來實現SPG2000N的關停。WR204Xi
數字存儲示波器（帶寬2GHz，采樣率10GS/s）用來記錄擊穿電壓 和電流波形。TDS220示波器（帶寬100MHz，采樣率
1GS/s）用來測量重複頻率耐受時間。兩(liǎng)根10cm長(cháng)的雙層同軸電纜連接示波器和存儲數據用的計算機。實驗室觸發(fā)脈沖控制
器、示波器、關斷保護電路和計算機均放置在屏蔽室内。實驗中采用半球（R10）-闆電極系統進(jìn)行測量，聚四氟乙烯薄膜浸泡
在變壓器油中。
實驗時擊穿電壓通過(guò)附着在SPG2000N輸出處的耦合式電容分壓器測量，分壓比約爲10000。擊穿電流通過(guò)自積分羅氏線圈測
量，其變比約爲35mV/A。除了擊穿後(hòu)自動關停電源設備，關斷保護電路還(hái)將(jiāng)用來測 量聚四氟乙烯PTFE的重複頻率耐受時間。
測量原理如下：當觸發(fā)脈沖控制器輸出脈沖啓動SPG2000N時， TDS220示波器的通道(dào)1開(kāi)始同時記錄輸出的脈沖。
當一系列脈沖施加到聚四氟乙烯PTFE導緻擊穿後(hòu)，擊穿電壓和電流信号觸發(fā)WR204Xi示波器，産生一個脈寬20ms觸發(fā)反饋信
号，由TDS220世博的通道(dào)2記錄，此時TDS220示波器兩(liǎng)個通道(dào)信号的時間差即爲實測的重複頻率耐受時間，測量系統從發(fā)出導
緻擊穿的脈沖控制信号到示波器産生反饋信号需22μs。
通過(guò)對(duì)重複頻率納秒脈沖下聚四氟乙烯PTFE薄膜的擊穿特性的實驗研究，測量并計算了電壓電流及重複頻率耐受時間等參數，
結果表明重複頻率納秒脈沖下聚四氟乙烯薄膜的擊穿場強爲MV/cm量級。重複頻率耐受時間在ms量級，表明了除了本征和電子
崩擊穿模式以外，重複頻率納秒脈沖下熱積累效應也是一 種(zhǒng)重要的擊穿模式，同樣材料本身結構的缺陷也會促進(jìn)聚四氟乙烯薄
膜擊穿過(guò)程。
研究了重複頻率和施 加場強對(duì)重複頻率耐受時間和施加脈沖個數的影響，結果表明重複頻率耐受時間随施加場強和重複頻率 的
增加而非線性減小，而施加脈沖個數随施加場強的增加而非線性減少，但随重複頻率的增加先增加後(hòu)趨于飽和或減少。此外，
聚四氟乙烯薄膜本身性質及油浸時間使實驗數據具有分散性。
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