平面放电开关的导通特性研究

基于分段连续仿真的方法,以计算得到的电爆炸时金属气体压力作为输入,将桥区的电爆炸等效成压缩气体对外膨胀做功,对一种微机电技术制造的由聚酰亚胺覆盖的平面高压开关的导通过程进行了仿真研究。仿真结果表明:高压电极出现电流的滞后时间是由触发极桥区电爆炸过程决定的,高压电极是由电爆炸金属气体膨胀直接连通的。最后制造了开关样品,测试得到的电路波形与仿真符合地很好。

平面放电开关电流波形畸变分析

为了解决电流波形畸变的问题,结合平面放电开关放电后图片,根据导体电爆炸理论对电极烧蚀造成电流波形畸变进行了分析。基于热传导理论,研究了平面放电开关电极在发生弧光放电时的简化数学模型,根据数学模型进行了数值模拟计算,得到了电极的时间温度分布曲线。曲线显示在电流持续时间内电极厚度方向上,温度可以达到10 K量级,电极历经各态相变最终发生爆炸现象,从而导致电流波形发生畸变。根据研究结果,提出解决问题的几种方案。

微型爆炸箔电爆炸过程的数值模拟

对微型爆炸箔开关的电爆炸过程进行合理简化,建立了微型金属箔电爆炸的数值模拟方法。通过自编的一维数值计算程序,对微型爆炸箔的电爆炸过程进行数值模拟,计算结果较好地再现了微型爆炸箔电爆炸过程,计算得到的爆炸电流和爆炸时间与实验结果偏差小于5%。计算结果表明,微型铜箔电爆炸产物的爆炸压力可高达2GPa,温度超过10 000K,电离度超过40%,通过数值计算,给出了对开关设计有重要影响的最小起爆阈值参数,并和实验结果进行了比较,获得了较为一致的结果。

微型爆炸箔设计参数对电爆特性的影响

通过实验,研究了充电电压、爆炸箔尺寸、绝缘膜覆盖情况等因素对微型爆炸箔电爆炸特性的影响。结果表明,当回路参数一定时,爆炸箔的爆炸时间主要由充电电压和爆炸箔的横截面积决定,充电电压越高或者爆炸箔的横截面积越小,爆炸时间越短;而爆炸箔长度以及绝缘膜覆盖情况对爆炸箔爆炸时间的影响较小。此外,实验还给出了微型铜箔横截面积为100~600μm^2时的电压起爆阈值,能够为以微型爆炸箔作为导通元件的平面介质开关的优化设计提供参考。