Sos диоды своими руками

SOS-диоды: новые мощные приборы для наносекундного обрыва тока

SOS-эффект был обнаружен в обычных высоковольтных полупроводниковых диодах, предназначенных для выпрямления переменного тока, подбором определенного сочетания плотности тока и времени накачки. В дальнейшем для работы в условиях SOS-эффекта была разработана специальная полупроводниковая структура, имеющая сверхжесткий режим восстановления, на основе которой созданы высоковольтные полупроводниковые приборы нового класса — SOS-диоды, представляющие собой твердотельные наносекундные прерыватели тока высокой плотности и имеющие рабочее напряжение в сотни кВ, обрываемый ток — единицы и десятки кА, время обрыва тока — единицы наносекунд и частоту следования импульсов килогерцового диапазона [9, 13, 16, 20, 21, 22, 28].

Типичная конструкция SOS-диода приведена на рис. 1. Прерыватель представляет собой последовательную сборку элементарных диодов, стянутых между собой диэлектрическими шпильками между двумя выходными пластинами-электродами. Каждый элементарный диод состоит из охладителя, на который напаяно несколько последовательных полупроводниковых структур.

На рис. 2 приведена типичная осциллограмма обратного тока через SOS-диод с площадью структуры 1 см2. Величина обрываемого тока — 5,5 кА, время обрыва тока по уровню 0,1-0,9 от амплитуды — 4,5 нс. Скорость коммутации — 1200 кА/мкс, что примерно на 3 порядка превышает скорость нарастания тока в обычных быстродействующих тиристорах.

Рис. 3 демонстрирует внешний вид, а в Таблице I приведены характеристики разработанных SOS-диодов. Самый мощный прибор (поз. 1 на рис. 3) при площади структуры 4 см2 имеет рабочее напряжение 200 кВ и обрывает ток величиной 32 кА, что соответствует разрывной мощности 6 ГВт. На поз. 3 показан прибор, разработанный для высокой частоты следования импульсов в постоянном режиме. Прибор имеет более развитую систему охладителей и при обрываемом токе 1-2 кА и напряжении 100-120 кВ работает с частотой следования импульсов 2 кГц.Прибор на поз. 5 разработан для формирования импульсов длительностью несколько нс. При коротком времени накачки он обрывает ток величиной 1 кА за 500 пс [17, 19, 23, 31, 32].

Источник

Свой LED драйвер или как избавится от режима SOS

Здравствуйте коллеги. (ссылка не на того продавца, а просто первый попавшийся похожий. )
Обзор не про фонарь, а про переделку.
Этот фонарь я получил больше года назад, расстроил он меня сильно.
Под светодиодом дыра, ток едва 1А потреблял, а заказал фонарь побольше — думал помощнее будет. Нечего о нем рассказать.(хотя аккумулятор честные 5 ампер/час выдает — емкость замерил)

В общем забросил и не пользовался. Давно у меня мысль была изучать микроконтроллеры, и вот пришел черед до апгрэйда по своему вкусу.
SOS и моргание меня раздражает, 3 режима для меня мало 5 много, 4 в самый раз

Берем самый распространенный/дешевый МК attiny13 (у меня их навалом осталось от эксперементов)))
И любой N-Channel Logic Level MOSFET с дохлой материнки
Обязательно проверяем по даташиту чтоб он был Logic — это означает что он управляется 3-5 вольтами на управляющем электроде. у меня это был FDB7045L.

Проблему дыры под светодиодом решил так — приклеил к звезде массивную гайку и гайку вклеил в корпус, теперь корпус хорошо прогревается

все внутренности в фонаре выкинул, резистор не ставил потому что при 100% мощности и заряженном аккумуляторе фонарь потребляет как раз 3А, видимо из-за длинных проводов. Так всё работает уже несколько месяцев, перегревов нет. И этот фонарь стал самым удобным.

Режим работы:
4 режима, переключается от максимума к минимуму покругу
(параметры мощности вывел эксперементально, удобные для себя)
самый минимум 4 %
средний режим 14 %
половина яркости 45 %
самый яркий режим 99 %
Алгоритм переключения.
Если включили и держим дольше секунды не выключая то при следующем включении режим мощности не меняем.
Если включили и выключили не дождавшись 1 секунды то при следующем включении меняем режим.
Для меня так удобно если постоянно пользуешься одним режимом не нужно постоянно перещелкивать.
частота ШИМ 9600000 / 8 / 256 = 4,6 килогерца моргания не видно
файл прошивки, фьюзы не трогаем

(если микроконтроллер новый — то там поумолчанию установлен фьюз CKDIV8 — его нужно снять, это первоначальный делитель частоты генератора на 8. Если его не снять то частота ШИМа будет меньше в 8 раз)

#define PORT PORTB
#define PIN PINB
#define LED0 PB0
#define LED1 PB1
int i;
unsigned char u;
signed char w;
unsigned char eeprom_u EEMEM; // определяем переменную в EEPROM
unsigned char eeprom_w EEMEM; // определяем переменную в EEPROM

void vkluchLED(t)
<
PORT |= _BV(t);
>
void vIkluchLED(t)
<
PORT &=

_BV(t);
>
void mig ()
<
vkluchLED(LED1);
_delay_ms(150);
vIkluchLED(LED1); // (зажигаем и гасим светодиод).
>;

int main(void)
<
DDRB |= ((1 =0;i—) //это формирование задержки после которой режим не переключается после повторного включения
<
_delay_ms(60); >

mig(); // это временная индикация для отладки

Источник

SOS-генераторы

На основе SOS-диодов разработана серия частотных генераторов наносекундного диапазона [16, 21, 22, 27, 30], предназначенных для проведения экспериментов в различных областях электрофизики. Основой схемного решения генераторов служит рассмотренный выше подход, при котором энергия, необходимая для формирования импульса, предварительно накапливается в тиристорном зарядном устройстве ТЗУ и затем сжимается во времени с помощью магнитного компрессора МК. Прерыватель тока на основе SOS-диодов выполняет функцию оконечного усилителя мощности, формируя на выходе генератора наносекундный импульс. Отсутствие в генераторах газоразрядных коммутаторов снимает принципиальное ограничение по частоте следования импульсов. В продолжительном режиме работы частота ограничена тепловыми нагрузками на элементы генератора, в первую очередь на сердечники магнитных ключей, а при кратковременном включении генератора в режиме пачки импульсов — частотными возможностями ТЗУ, т.е. временем восстановления тиристоров и временем заряда первичного накопителя. Режим пачки импульсов, когда генератор работает в течение времени от десятков секунд до нескольких минут с частотой и выходной мощностью, в несколько раз превышающей номинальную, важен как для некоторых технологических применений, так и для отработки и моделирования новых технологий в лабораторных условиях. Исходя из этого при разработке генераторов с целью более полного использования частотных возможностей подхода ТЗУ проектируется исходя из требования минимального времени накопления энергии, а выбор элементов генератора основывается также и на результатах расчета их адиабатического разогрева в режиме пачки импульсов. Разработанные генераторы позволяют от 5 до 10 раз увеличивать номинальную частоту следования импульсов и выходную мощность в режиме пачки длительностью от 30 до 60 секунд.

Генератор SM-1N

На рис. 8 показан внешний вид а в Таблице II приведены параметры генератора SM-1N, позволяющего на активной нагрузке 200 — 300 Ом получать импульсы амплитудой до 250 кВ длительностью около 24 нс. Генератор работает постоянно с частотой следования импульсов 100 Гц и с частотой 1000 Гц в 30-секундной пачке. Выходная мощность в пачке достигает 8 кВт. Прерыватель тока содержит 2 параллельных ветви по 3 последовательно соединенных SOS-диода. Время обрыва тока около 3 нс. Фронт импульса выходного напряжения определяется временем заряда емкости выходного узла током индуктивного накопителя и составляет 10 — 12 нс.

На рис. 9 показаны элементы высоковольтного модуля, размещаемые в баке с трансформаторным маслом. Генератор работал также в составе сверхширокополосного излучателя в качестве источника для быстрой зарядки емкостного накопителя с частотой следования импульсов 1000 Гц. При этом время заряда конденсатора нагрузки емкостью 360 пФ до напряжения 200 кВ составляло 30 нс.

Таблица II. Параметры генератора SM-1N.

Генератор SM-2N

Генератор SM-2N (см. рис. 10 и Таблицу III) первоначально был разработан с целью исследования характеристик SOS-диодов при частоте следования импульсов до 5 кГц. В последствии генераторы этого типа использовались в экспериментах по изучению стримерного коронного разряда и пробоя жидких диэлектриков. Генератор содержит 2 последовательно соединенных SOS-диода с рабочим напряжением 100 кВ каждый. Благодаря использованию индуктивного накопителя и прерывателя тока генераторы позволяют в широком пределе регулировать амплитуду выходного импульса путем изменения величины сопротивления, шунтирующего выход генератора. Диапазон регулировки выходного напряжения для генератора SM-2N составляет 20 — 200 кВ. При этом максимальная и минимальная величина энергии, вводимой в нагрузку в этом диапазоне регулировки, отличаются друг от друга в 6 раз. При использовании емкостного накопителя с таким диапазоном регулировки напряжения разница в энергии импульса составляла бы 2 порядка.

Таблица III. Параметры генератора SM-2N.

Генератор SM-3N

Генератор SM-3N имеет полностью водяную систему охлаждения и работает с частотой 300 Гц постоянно при мощности до 3 кВт и 2 кГц в 30-секундной пачке с выходной мощностью до 16 кВт. Внешний вид устройства показан на рис. 11, а в Таблице IV приведены его основные характеристики.

На рис. 12 приведена типичная осциллограмма обратного тока через SOS-диоды прерывателя. Амплитуда обрываемого тока — 2,2 кА; время обрыва — 4 нс.

Таблица IV. Параметры генератора SM-3N./p>

Генератор S-5N

Мы также разработали наносекундный генератор S-5N, который является самым мощным генератором, разработанным на основе SOS-подхода (см. Таблицу V) [30]. При внешнем нагрузочном импедансе от 100 Ом до 1 кОм он развивает напряжение в диапазоне от 400 кВ до 1 МВ при токе от 1 до 3 кА. При импульсной мощности в диапазоне 1 — 1.6 ГВт и длительности импульса от 40 до 60 нс энергия выходного импульса составляет 40 — 65 Дж. Генератор работает постоянно с частотой следования импульсов 300 Гц. В пачке длительностью 3 минуты генератор работает с частотой 500 Гц. Средняя выходная мощность при частоте 500 Гц составляет 30-35 кВт. Система охлаждения элементов проточной водой имеет расход 15 литров в минуту. Длина генератора — 3.5 метра, масса вместе с трансформаторным маслом — около 2.5 тонн.

Внешний вид генератора приведен на рис. 13.

Рис. 14 демонстрирует один блок полупроводникового прерывателя тока. Блок имеет рабочее напряжение 1.2 МВ и обрывает ток величиной до 4 кА. Длина блока — 400 мм, масса — 5 кГ. Блок содержит 20 SOS-диодов: 10 последовательно и 2 параллельно. В зависимости от величины индуктивности накопителя в генераторе устанавливается 1 или 2 таких блока параллельно. SOS-диод, входящий в состав блока, содержит 128 последовательно соединенных полупроводниковых структур, площадью 0.25 см 2 . Структуры имеют охладители для отвода тепла в масло.

Генератор был использован в экспериментах по зажиганию стримерных коронных разрядов большого объема, которые могут найти применение в новых технологиях по очистке воздуха от вредных и токсичных примесей. В качестве примера на рис. 15 приведена фотография стримерной короны в промежутке между плоскостью и полусферой. Диаметр полусферы — 30 см. Расстояние между острой кромкой полусферы (область наиболее интенсивного свечения) и противоположной металлической плоскостью — 70 см. Параметры разряда: амплитуда напряжения — 760 кВ, полный ток разряда — 1.4 кА, импульсная мощность — 1 ГВт, длительность импульса на полувысоте — 56 нс, энергия, вводимая в разряд за 1 импульс — 45 Дж, частота следования импульсов — 500 Гц.

Источник