[发明专利]高功率电磁脉冲作用下PIN限幅器电热一体化分析方法

摘要

本发明公开了一种高功率电磁脉冲作用下PIN限幅器电热一体化分析方法，并给出了在高功率脉冲作用下限幅器电路中PIN二极管内部的温度分布。该方法首先采用时域谱元法计算了半导体漂移‑扩散方程组，得到PIN二极管内部的载流子、分布以及电势分布。接着在求得半导体内部电场以及电流密度的基础上，从热传导方程出发，计算得到PIN二极管内部温度分布。最后推导限幅器电路方程的牛顿迭代形式，并且与漂移‑扩散方程组、热传导方程进行耦合求解，利用物理模型计算得到电路中PIN二极管两端实际电压以及PIN二极管内部的温度分布。

主权项

一种高功率电磁脉冲作用下PIN限幅器电热一体化分析方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，建立所要求解的PIN二极管的物理模型，并采用曲六面体对该物理模型进行剖分，得到PIN二极管物理模型的结构信息，即六面体单元的编号和六面体上各节点的物理坐标值；第二步，从半导体漂移‑扩散方程组出发，对方程组采用伽辽金测试，将所要求解的未知量载流子浓度、以及电势在各节点上展开，得到求解方程；利用牛顿迭代法求解方程得到PIN二极管物理模型各节点上的载流子浓度以及电势分布；第三步，从热传导方程出发，对热传导方程采用伽辽金测试，将所要求解未知量温度在各节点上展开，得到求解方程；将PIN二极管物理模型各节点上功率密度代入热传导方程，计算得到PIN二极管内部温度分布；第四步，对于PIN限幅器电路，遵循基尔霍夫电压、电流定律推导出电路方程，对电路方程采用牛顿迭代法进行求解，所要求解的未知量为电路中PIN二极管两端电压；在给定PIN二极管试探电压的情况下，电路中PIN二极管的电流和温度采用第二步和第三步中的物理模型求解得到，所求得的PIN二极管电流代入电路方程进行下一步牛顿迭代；第五步，不断重复第二、三、四步，直到求得的PIN二极管两端电压满足收敛精度，此时求得的电压即为限幅电路中PIN二极管两端真实电压；同时得到PIN管内部的载流子浓度、、电势和温度的分布；第六步，对PIN限幅器电路加上一个高功率脉冲，通过第五步所述的求解过程求得电路中PIN二极管两端电压、电流以及PIN二极管中的温度分布。