PCB基密封并联平面触发火花隙开关的设计及性能

为了提高爆炸箔起爆系统(exploding foil initiator system,EFIs)的作用可靠性,减小系统体积、降低系统成本,采用印制电路板(printed circuit board,PCB)工艺设计了一种密封并联平面触发火花隙开关(planar triggered spark-gap switch,PTS)。根据三电极的结构设计参数,采用PCB工艺批量制备了PTS,单只并联PCB-PTS的尺寸为13.5 mm(l)×7.5 mm(w)×2.5 mm(h)。基于显微计算机断层扫描重建了开关的立体和断面图像,结果显示PCB工艺满足开关的加工精度需求。开展了电极间隙的静电场分布仿真以解释开关的导通过程,并且据此计算了开关的理论自击穿电压(self-breakdown voltage,USB)。开关的电气性能测试表明:(1)并联PCB-PTS的USB略低于理论计算值,约为2000 V;(2)在大约50%~95%的USB范围内开关均能被可靠触发工作,并且电流上升时间稳定在约121.8 ns,峰值电流大于1500 A,满足EFIs的使用特性需求。最后,将该开关应用于爆炸箔起爆器(exploding foil initiator,EFI)进行发火实验,在0.22μF/1400 V的放电条件下,成功起爆了HNS-Ⅳ炸药。