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经前门或后门耦合的电磁脉冲,尤其是上升沿为纳秒级的快脉冲,会在电子设备内部产生快上升沿,大幅值的电压或电流脉冲,会导致电子设备不能正常工作甚至损伤烧毁。由于多数脉冲防护器件的防护参数均针对雷电电磁脉冲,该参数可能不再适用于快脉冲。且防护器件由于自身特性导致在实际应用中存在不足,不仅影响防护能力甚至会影响正常工作,因此准确评价快脉冲下防护器件防护性能具有重要意义。1)基于气体放电管(GDT)、压敏电阻(MOV)以及瞬态抑制二极管(TVS)三种典型脉冲防护器件的内部结构与导通机理,对比分析典型纳秒级快脉冲与雷电电磁脉冲波形参数的差异性以及该差异性对防护器件响应特性的影响,如在快上升沿脉冲下,由于MOV内部晶粒与晶界层之间存在一定电容,导致器件导通前会有较大漏电流与尖峰电压。2)针对测试需求,研制3dB带宽为1GHz的同轴测试夹具,进而研究三种防护器件在不同快脉冲下的瞬态响应特性。首先分析了方波脉冲幅值和脉宽对三种防护器件的脉冲启动电压、尖峰电压、过冲峰值电压、箝位电压以及响应时间各项防护参数影响,发现MOV和TVS在导通前因泄漏电流与自身电感导致存在较大的尖峰电压,可通过Pspice和ADS电路建模仿真验证;其次分析了高空核电磁脉冲(HEMP)注入幅值对防护器件的过冲峰值电压、箝位电压以及响应时间各项参数的影响。最后通过最小二乘法拟合构建响应参数与注入参数的关系函数。3)首先基于脉冲防护器件的内部结构和导通机理,分析三种防护器件的主要失效模式与失效原因。然后通过实际测试,验证了MOV和TVS在HEMP作用下的失效模式多以短路失效为主。提取失效后防护器件的等效电阻值,设计失效电路模型,通过电路仿真验证该模型的正确性。最后分析快脉冲下防护器件的失效阈值,并给出几种典型脉冲下器件失效阈值的量化公式。4)为提升防护器件的防护性能,根据各防护器件的工作原理以及优缺点,提出GDT、MOV及TVS组合防护技术。考虑到防护器件的配合问题,根据提取出的器件脉冲启动电压和箝位电压,提出多种配合方式,理论分析其导通次序与导通现象,通过测试验证理论分析的正确性。利用测试系统,分析两种快脉冲下不同防护模式的响应特性与防护性能,得出串联可抑制泄漏电流和尖峰电压,并联可以减小尖峰电压、过冲峰值电压以及防止器件发生失效的结论。