低抖动激光触发伪火花开关的研究

伪火花开关已经成功地应用于各种脉冲功率应用,包括欧洲大型强子对撞机、反导雷达系统、航空发动机点火等。对于这样的应用,降低开关的延迟和抖动来提升稳定性是非常重要的。设计了一种激光触发伪火花开关,使用波长532 nm的激光,在不同气压、工作电压和触发能量下,测试激光触发伪火花开关的阳极着火延迟时间和抖动两项参数。测试结果表明,增加激光能量可以降低开关的延迟和抖动,实现开关稳定性的激光能量阈值在1.5 mJ,可以使得开关的抖动小于1 ns,继续增大触发能量,开关的延迟和抖动不再明显变化;此外,增大管内的氢气压强可降低开关的延迟和抖动;当触发能量足够大时,改变阳极电压,开关的延迟和抖动不随开关电压而改变。

触发真空开关中初始等离子体的产生和扩展

简单介绍了触发真空开关(TVS)的基本结构和工作原理,对初始等离子体的产生和扩展所涉及的物理过程进行了详细地分析,说明了等离子体的扩展过程实际上是近阴极区等离子体鞘层的增长过程,给出了起动时延和导通时延与触发结构和触发特性参数间的关系。

高性能大功率触发真空开关的研究

本文首先说明了触发真空开关（ＴＶＳ）的基本工作原理，分析了ＴＶＳ中的基础等离子体过程，特别是初始等离子体的产生和扩展过程。对几种新型ＴＶＳ的结构和性能做了详细介绍。

真空触发开关的起弧稳定性分析

真空触发开关(triggered vacuum switch,TVS)是大功率脉冲技术领域的重要开关器件之一,它具有结构紧凑、介质恢复迅速、操作无噪声、工作可靠性高、环境适应性强等优点,在中压领域具有广泛的应用前景。TVS的开通过程本质上是电弧燃烧过程。针对TVS的起弧稳定性,搭建了一套场击穿型TVS的触发和实验系统,从电气特性和图像特性两个方面记录其起弧过程。实验和理论分析表明,触发系统的稳定延时大约40μs,起弧过程持续297μs左右;初始等离子体的不同发展决定着TVS的开通。只有充足的初始等离子体,才能产生一定的鞘层电压,从而不断产生新的阴极斑点,保障起弧的稳定性。

多棒型激光触发真空开关时延特性的研究

介绍了激光触发真空开关(Laser Triggered Vacuum Switch,LTVS)的基本结构和工作原理,对初始等离子体的产生和扩展所涉及的物理过程进行详细分析,并对其工作在不同的间隙电压、激光波长、激光能量和极性配置下开展了一系列实验。通过对开关结构的改进提高了开关的耐流能力;间隙距离的增加,使其耐压能力得到提高;独特的触发片结构设计,降低了开关对激光能量的依赖,减少了开关的时延。

沿面闪络触发真空开关初始等离子体特性实验

提出了一种RC阻容式电荷收集器,并对触发真空开关触发初始等离子体特征进行了实验研究。实验结果表明,在触发真空开关初始等离子体的起始阶段有一个尖峰脉冲,而且初始等离子体电流波形呈振荡衰减的过程。初始等离子体电流波形的第一个振荡峰的极性取决于触发脉冲的极性。触发初始等离子体的电子电荷略大于离子电荷;触发初始等离子体的电荷随触发电压、触发电流、触发电荷的增加呈线性增加;触发初始等离子体在TVS真空间隙中的扩散时间受触发电压、触发电流、触发电荷以及TVS真空间隙距离的影响,在触发电压小于8kV时,初始等离子体的扩散时间随触发电压的增加呈线性减小,而后基本稳定在66～69ns;初始等离子体的扩散时间随TVS真空间隙距离的增加而增加,当真空间隙距离从0.5mm增加至8mm,初始等离子体的扩散时间从50ns增大至70ns。

沿面击穿型触发真空开关的热传导模型分析

介绍了沿面击穿型触发真空开关的基本结构和工作过程。从沿面击穿型触发真空开关场致发射击穿机理的分析出发,通过数学建模,引入热力学运动方程,建立了沿面型触发真空开关的真空放电阴极斑点热传导模型,它可以用来描述和估算沿面放电方式下触发真空开关的时延特性。然后以初始等离子体的产生与扩展机理为重点,讨论了沿面型触发真空开关的时延特性,对于采用氢化钛作为涂敷材料的沿面击穿型触发真空开关,进行了具体的分析计算。研究表明,以所建立的阴极斑点热传导模型为基础计算得到的时延结果和Lafferty及Farrall的经典实验数据相吻合,证明了计算模型的正确性。

单边纵磁结构触发真空开关的试验研究

为提高触发真空开关的峰值电流导通能力，借鉴真空灭弧室的设计经验，利用线圈型触头开发了单边纵磁结构的触发真空开关。详细介绍了开关的结构，并测量了其实际导通能力与触发性能。结果表明，这种结构的触发真空开关，最大单波导通电量可达５０Ｃ以上，导通时延在５μｓ左右。简略地讨论了磁场的作用。

基于热传导模型的场击穿型触发真空开关

介绍了场击穿型触发真空开关的基本结构和工作过程。从场击穿型触发真空开关场致发射击穿机理的分析出发,通过数学建模,引入热力学运动方程,建立了场击穿型触发真空开关的真空放电阴极斑点热传导模型,它可以用来描述和估算场击穿方式下触发真空开关的时延特性。然后以初始等离子体的产生与扩展机理为重点,讨论了场击穿型触发真空开关的时延特性,进行了实验和仿真分析计算,研究表明,所建立的阴极斑点热传导模型其时延计算结果和实验数据较为吻合,证明了计算模型的正确性。

激光触发真空开关极性配置特性的研究

简单介绍了激光触发真空开关(Laser Triggered Vacuum Switch——LTVS)的基本结构和工作原理,对初始等离子体的产生和扩展所涉及的物理过程进行详细地分析,并对其工作在不同的极性配置方式下开展了一系列实验。主要研究LTVS在不同极性配置方式下的导通时延大小及其分散性的关系,从而为LTVS的结构优化设计提供理论依据。实验验证了LTVS在正极性配置下的工作可靠性高、时延小,当工作在正极性配置下,有利于阴极斑点的形成,减小导通时延及其分散性,提高其可靠性,说明了等离子体的扩展过程实际上是近阴极区等离子体鞘层的增长过程。

不同极性激光触发真空开关触发机制研究

激光触发真空开关(LTVS)的触发特性主要取决于初始等离子体的产生及发展特性。基于可拆卸真空腔体搭建实验电路,改变激光功率密度、激光焦斑面积、电场强度、电极间距等参数,结合不同极性下LTVS内初始等离子体产生及发展过程,分析相应条件下锥靶LTVS的触发特性。实验结果表明:正极性LTVS触发特性明显优于负极性LTVS。增加激光功率密度、增加激光焦斑面积、增加间隙内电场强度及缩短电极间距可有效减少LTVS触发时延。随着激光功率密度的增加,LTVS触发时延逐渐降低且趋于稳定;正负极性LTVS触发时延差距随激光功率密度增加明显减小,在激光功率密度为14.98×10~7W/cm^2时两者差距仅为6.5ns。

激光触发真空开关光谱和导通特性实验研究

为了研究激光触发真空开关的靶材激光诱导击穿光谱和电弧光谱,分析影响时延抖动的微观因素,利用单脉冲纳秒激光轰击位于开关阴极的靶材激发等离子体,采用滤光片和光电倍增管组合使用的方法,取得了离散波长光强的数据,建立拟合曲线,进行了理论分析。结果表明,脉冲激光能量增大可以提高靶材激光诱导击穿光谱的强度,但几乎不影响电弧光谱的强度;增大开关两端电压可以提高电弧光谱强度;在开关强电场作用下,电弧等离子体碰撞激发,等离子体的成分比例随电压大小发生变化;时延抖动与电压大小无关,与自由电子运动状态和电弧离子种类无关,主要在触发阶段受影响,而相比激光能量,开关电压大小对导通时的电压下降沿陡度起主要作用。这一结果对激光触发真空开关中激光与靶材相互作用、脉冲电弧和时延抖动的进一步研究是有帮助的。

真空触发开关研究进展综述

文章对真空触发开关近年来部分研究进展,包括初始等离子体特性及机理、真空触发开关触发回路、真空电弧放电和PIC/MCC的基本原理相关内容进行分析研究,从而为以后的对应研究提供重要的参考。

激光触发真空开关的微电流研究

从微电流的角度分析激光触发真空开关(laser triggered vacuum switch,LTVS)的触发特性。通过设计微电流测试电路,在开关两端施加一定的电压,施加电压值不能使开关导通,这样可以更好的分析开关导通前,开关内部初始等离子体的发展情况。通过实验发现,在双脉冲激光作用下,平面型LTVS的微电流随着施加电压的增加而增加,连续两次脉冲激光照射平面型LTVS的目标材料,产生更多的初始等离子体。结果表明,双脉冲激光的触发模式,有利于降低开关导通所需的触发能量,微电流的产生是ns级,使得开关可以高速稳定的导通,从而有利于开关整体装置的小型化与实用化设计。

真空触发开关的触发极结构研究

触发极是真空触发开关的核心元件。本文介绍了两种触发结构的触发机理、结构、工艺难点、解决办法及试验结果,对比了两种不同触发结构的优缺点及性能特点。

触发真空开关介绍与研究现状综述

触发真空开关(TVS)是应用于脉冲功率技术的一种可控性良好的大功率开关器件,在电力系统和脉冲电源的应用领域内得到越来越多的应用。介绍了触发真空开关的基本结构、分类及优点,分析了关于截流现象、初始等离子体和弧后电流的研究现状,为今后触发真空开关的研究与发展提供了参考。