辉光放电触发赝火花开关的时延及抖动特性

设计了一种辉光放电触发赝火花开关,对其时延和抖动特性进行系统研究。研究了开关时延、抖动与辉光放电电流、气压、触发电压及阳极电压的关系。当辉光放电电流小于0.30 mA时,开关无法触发导通;当电流为0.35～0.60 mA时,随辉光放电电流的增大,开关时延、抖动减小;当辉光放电电流为0.60 mA时,开关时延、抖动基本不变,出现饱和。当氦气气压低于6 Pa,开关难以触通,与理论计算值6.95 Pa吻合;当氦气气压为6～12 Pa时,开关的时延、抖动随气压的升高而减小;气压为12～30 Pa时,开关工作在比较稳定的状态。当触发电压小于3 kV,开关难以触通;随着触发电压的增大,开关时延、抖动减小;当触发电压大于5.3kV,开关时延、抖动基本保持不变。开关在稳定工作条件下,阳极电压在8～25 kV范围内变化时;开关时延基本不变。

环槽电极结构的伪火花开关耐压特性

设计了一种具有环槽电极结构的新型伪火花开关，进行了空气介质下的耐压特性实验，并与传统的同轴多通道结构的伪火花开关耐压特性进行了对比。给出了伪火花开关工作的气压范围（1～100Pa）和两种伪火花开关的最大耐压。实验结果显示，新型环槽结构伪火花开关最大耐压达到41V，而传统同轴多通道开关的最大高耐压只有28．4kV，新设计开关的最大耐压和耐压稳定性都明显高于同轴多通道开关。

伪火花放电开关的半导体氧化锌表面放电触发装置研究

准确可靠的触发技术是伪火花开关研究中的一项重要内容。因为触发方案的选择不仅关系到开关电极的结构设计 ,而且对开关的工作电压范围 ,频率和寿命有很大影响。本文首次采用半导体氧化锌 (ZnO)为材料 ,设计了伪火花开关的表面放电触发器 ,该触发器体积小 ,结构简单 ,可焙烧 ,大量实验 (>1 0 5次 )表明 ,其可靠性高 ,寿命长 ,用它触发的伪火花开关 (放电电压 30～ 2kV)具有稳定的放电时延 (80～ 4 0 0ns)和时延抖动 (2 0～ 5 0ns) ,由于触发电流大 ,因而可以在极低的开关电压下触发开关 ,对着火电压 30kV的伪火花开关 ,其最低可触发开关电压可至 4 40V。

辉光放电触发双级赝火花开关

设计了一种辉光放电触发双级赝火花开关,主要是阴阳电极、中间栅极和辉光放电腔的设计。通过增加中间栅极,构成双级结构,选用平板形结构,板厚1.5mm,栅极孔尺寸1mm,三个栅孔均匀分布在直径5mm的圆环上。辉光放电腔设计工作区域为Paschen曲线最低点左侧,具有放电电流大、触发电压低等特点。实验表明:双级赝火花开关需采用RC外均压电路,使阳极电压在两间隙中均匀分配。在充电1～57kV条件下,开关均能可靠触发导通。当阳极充电57kV时,在50Ω负载上获得了约56kV、抖动1.4ns的输出。

赝火花开关放电的蒙特卡罗粒子模拟

采用粒子模拟和蒙特卡罗相结合的方法,应用静电求解模型,对赝火花开关初始放电过程进行了模拟。赝火花开关初始放电过程主要由汤森放电过程、等离子体形成、空心阴极效应和场致发射引发主放电组成;等离子体形成和空心阴极效应对赝火花开关的发展导通具有至关重要的作用。改变赝火花开关工作参数,如气压、电极孔径、阳极电压和阴极腔中初始粒子密度,研究其对赝火花开关电子峰值电流形成时间的影响。结果表明:随着气压、电极孔径、阳极电压和初始粒子密度的增大,赝火花开关电子峰值电流形成时间减小。

辉光放电触发赝火花开关实验研究

设计了一种辉光放电触发赝火花开关,进行了He气介质下的放电实验研究。测得了耐受电压和气压关系,结果表明:随着气压的升高,开关耐受电压减小;开关电极孔径为3mm、电极间距为4mm时的耐受电压约是电极孔径和电极间距均为3mm时的85%。在电极孔径和电极间距均为3mm时,研究了辉光放电电流、气压、触发电压等参数对开关时延、抖动的影响。结果显示:当辉光放电电流大于0.45mA、气压为7～30Pa、触发电压达到一定值,开关就能比较稳定地触发,时延短、抖动小。在辉光放电触发下,实现了开关耐受30.5kV、时延223.2ns的输出,并实现了开关抖动小于1ns的稳定输出。

基于表面闪络放电的伪火花开关触发特性的研究

采用不同介电常数的绝缘材料,设计了基于表面闪络放电的触发型伪火花开关,通过实验发现,两种相对介电常数较高的材料（介电常数分别为1162和3 460）制作的沿面闪络触发器,具有结构简单、体积小、触发特性稳定等特点,用它们制作的触发型伪火花开关,放电电压在2-30 kV范围内,触发型伪火花开关的放电时延和时延抖动分别为81-39 ns、25-8 ns和77-35 ns、21-6 ns.对于耐受电压30 kV的伪火花开关,其最低可靠工作电压可分别低至134 V和128 V,相应的动态工作电压范围分别为0.48%-99%和0.46%-99%.

多通道伪火花放电开关及其半导体表面放电触发器研究

本文设计了典型参数下的同轴式三通道伪火花放电开关及其氧化锌表面放电触发器,进行了空气介质下的放电实验研究,测量了开关的放电曲线,给出了产生伪火花放电的气压范围,计算了开关的放电电流上升陡度,并与相同尺寸下的单通道伪火花开关进行了比较,试验结果表明,采用多通道结构后,开关的长期通流能力由单通道的40kA提高到120kA,电路的电流上升陡度也有很大提高(15%～20%),而电极烧损则大大降低。同时首次采用氧化锌半导体设计了开关的表面放电触发器。实验表明,对耐受电压37kV的伪火花开关,在气压不变的条件下,开关的可触发开关电压可低至440V;在30～2kV的放电电压下,放电电流的时延及其抖动分别为(100～500ns)和(20～50ns)。

赝火花开关辉光放电腔的粒子模拟与实验研究

给出了赝火花开关所需辉光放电腔的具体要求,对赝火开关辉光放电腔进行了优化设计,并对优化后的放电腔进行了粒子模拟和实验研究。粒子模拟结果表明:此放电腔为辉光放电腔,辉光放电建立时间约18.5ns;辉光放电时,此放电腔阴极位降占整个电位降的主要部分,且阴极位降区净离子密度为一常数。实验结果显示:此放电腔为辉光放电腔,其工作在Paschen曲线最低点左侧,放电电压随气压的升高而降低;当辉光放电电流为0.14～3.60mA时,放电模式为正常辉光放电。

纳秒脉冲下单间隙伪火花放电特性

采用单间隙伪火花放电装置,研究了纳秒脉冲下气压、间隙距离和小孔直径对伪火花放电特性的影响。研究结果表明,纳秒脉冲下伪火花放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小。通过数值拟合,得到了放电电压与气压、间隙距离和小孔直径间的经验公式。放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小,衰减系数分别为0.76,0.39和0.39。

面向脉冲功率技术需求的伪火花开关技术

伪火花开关是脉冲功率技术领域的关键器件之一,兼具高功率、长寿命、高重频、低抖动等优点,被认为是可以取代高气压火花开关与闸流管的理想开关器件。本文针对大型原子能试验辐射模拟装置与Z箍缩驱动聚变能源装置的应用需求,对伪火花开关的器件性能和技术发展进行分析和述评。