一種高功率脈沖氣體開(kāi)關(guān)觸發(fā)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于高功率脈沖氣體開(kāi)關(guān)的觸發(fā)器。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體開(kāi)關(guān)器件為高功率脈沖功率技術(shù)中常用的關(guān)鍵元件，在一般脈沖功率裝置中有數(shù)個(gè)，數(shù)十個(gè)，乃至數(shù)百個(gè)開(kāi)關(guān)器件，氣體開(kāi)關(guān)工作在高電壓、大電流的環(huán)境里。為了使高功率氣體開(kāi)關(guān)可靠觸發(fā)，需要外加一個(gè)高壓脈沖觸發(fā)系統(tǒng)，觸發(fā)系統(tǒng)輸出電壓一般為幾十千伏到百千伏的高電壓脈沖。隨著脈沖功率技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)各種類型的脈沖觸發(fā)源進(jìn)行了廣泛和深入的研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的，是提供一種高功率脈沖氣體開(kāi)關(guān)觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)信號(hào)在幾十到幾百千伏之間靈活調(diào)整，并能實(shí)現(xiàn)多開(kāi)關(guān)同時(shí)觸發(fā)。
[0004]采用的技術(shù)方案是:
一種高功率脈沖氣體開(kāi)關(guān)觸發(fā)器，包括整流濾波電路、充電電路和高壓輸出電路，其特征在于:
整流濾波電路，包括橋式整流器DV、第一電位器W1、第二電位器W2和電容C1;第一電位器1串接在經(jīng)橋式整流器整流后的供電電路的正壓端，第二電位器W2則串接在經(jīng)橋式整流器整流后的供電電路的負(fù)壓端。電容器C1的一端與第一電位器W1連接，其另一端則與第二電位器W2連接。
[0005]充電電路，包括上級(jí)開(kāi)關(guān)(VT1, H)、下級(jí)開(kāi)關(guān)(VT2，L)、二極管VD1、二極管VD2、二極管VD3、電感LjP變壓器1\。
[0006]上級(jí)開(kāi)關(guān)VT1、二極管VD1、電感LjP變壓器T i的初級(jí)線圈串聯(lián)后，經(jīng)下級(jí)開(kāi)關(guān)VT 2接地。二極管抑2的負(fù)極與VD i的負(fù)極連接，同時(shí)與電感L i一端連接，二極管VD 2的正極接地。電容C2的一端與電感L 變壓器T i初級(jí)線圈連線上的任意一點(diǎn)連接，電容C 2的另一端接地。二極管VD3的負(fù)極接電容C 2，同時(shí)接電感LjP變壓器T i的初級(jí)線圈的一端，二極管乂隊(duì)的正極接變壓器T 初級(jí)線圈的另一端，同時(shí)接下級(jí)開(kāi)關(guān)VT 2。
[0007]高壓輸出電路，包括高壓脈沖變壓器T2、高壓充電電容C3、磁開(kāi)關(guān)L2和負(fù)載R。變壓器!\的次級(jí)線圈的正壓輸出端采用雙絞線，經(jīng)磁開(kāi)關(guān)L2與高壓脈沖變壓器T 2的初級(jí)線圈的高壓端連接，高壓脈沖變壓器T2的低壓端經(jīng)雙絞線與變壓器1\的次級(jí)線圈的低壓端連接，高壓充電電容C3的一端與磁開(kāi)關(guān)L2連接，高壓充電電容C3的另一端連接變壓器T i次級(jí)線圈的低壓端，同時(shí)連接脈沖變壓器1~2的初級(jí)線圈的低壓端。
[0008]高壓脈沖變壓器T2的輸出端連接在氣體開(kāi)關(guān)的高壓電極和低壓電極之間的觸發(fā)板上，圖3中觸發(fā)板用負(fù)載R替代。
[0009]上述高壓脈沖變壓器為自耦變壓器，磁芯采用磁導(dǎo)率高，且性價(jià)比高的軟磁鐵氧體材料；變壓器的線圈骨架為錐型結(jié)構(gòu)，其高壓端在骨架的中間部位，低壓端在骨架的兩端。
[0010]上述VT1、VT2為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(增強(qiáng)型)。
[0011]對(duì)本發(fā)明的元器件的作用作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
圖2 (a)顯示了控制頻率輸入(F)和電壓輸入(U)，上級(jí)開(kāi)關(guān)(H，VTl)和下級(jí)開(kāi)關(guān)(L，VT2)控制輸出口；圖2 (b)是對(duì)應(yīng)工作狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間的變化圖。從圖2 (b)中可以看出，改變上級(jí)開(kāi)關(guān)(H，VTl)的接通時(shí)間狀態(tài)，從30微秒到150微秒變化，能夠改變儲(chǔ)存電容(C2)的電壓從200伏特到600~680伏特變化。
[0012]如圖3所示，斷開(kāi)上級(jí)開(kāi)關(guān)(H，VTl)后，通過(guò)“停歇”時(shí)間(約I微秒)后接通下級(jí)開(kāi)關(guān)(L，VT2)，經(jīng)過(guò)變壓器T 1，在4~6毫秒的時(shí)間里對(duì)儲(chǔ)存電容C2放電，同時(shí)經(jīng)過(guò)雙絞線傳輸對(duì)高壓充電電容C3進(jìn)行充電。高壓充電電容C3如圖3所示。
[0013]采用“雙絞線”型傳輸線，相對(duì)于其它既昂貴又不方便的高壓電纜及對(duì)應(yīng)的高壓接頭而言，這樣既方便又經(jīng)濟(jì)。這里使用的傳輸線長(zhǎng)度為3m，具體長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際需要做適當(dāng)調(diào)整，最長(zhǎng)可達(dá)10m。
[0014]如圖3所示，高壓充電電容C3后連接磁開(kāi)關(guān)和脈沖變壓器T2，磁開(kāi)關(guān)受線圈、鐵芯大小及電磁特征影響。變壓器Tl的次級(jí)脈沖電壓加載到C3上，當(dāng)Tl的次級(jí)脈沖電壓幅值不高時(shí)，不足以使磁芯伏秒積飽和，此時(shí)磁開(kāi)關(guān)電感值很高。只有當(dāng)Tl的次級(jí)脈沖電壓幅值達(dá)到一定值時(shí)，磁開(kāi)關(guān)才能飽和，此時(shí)電感值迅速下降。這里Tl的次級(jí)脈沖電壓幅值需在600V以上時(shí)，才能使磁開(kāi)關(guān)飽和，而設(shè)計(jì)的Tl的次級(jí)脈沖電壓變化范圍是600v~1200v。磁開(kāi)關(guān)的電感值下降倍數(shù)取決于磁芯特性，其倍數(shù)變化范圍在40~400倍之間。
[0015]磁開(kāi)關(guān)L2具體工作過(guò)程如下:I)磁開(kāi)關(guān)未飽和時(shí)，其電感值很大，脈沖電壓絕大部分加在電感上，高壓充電電容C3上的電壓Ura很小，相當(dāng)于磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。變壓器初級(jí)線圈上的電壓基本不變，維持在零附近；2)當(dāng)回路滿足磁開(kāi)關(guān)電感的伏秒積平衡方程時(shí)，磁開(kāi)關(guān)的電感值會(huì)急劇減小，即感抗急劇減小。此時(shí)，相當(dāng)于磁開(kāi)關(guān)閉合，高壓脈沖變壓器T2初級(jí)線圈上的電壓迅速達(dá)到最大值。且高壓脈沖變壓器T2初級(jí)線圈上的電壓上升時(shí)間比C3上電壓Ura上升時(shí)間要短得多。
[0016]如圖3所示，高壓脈沖變壓器T2輸出端連接在負(fù)載電阻R上。在觸發(fā)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，高壓脈沖變壓器T2輸出端連接在位于氣體開(kāi)關(guān)的高壓電極和低壓電極之間的觸發(fā)板上。當(dāng)觸發(fā)系統(tǒng)的觸發(fā)電壓加載到觸發(fā)板上時(shí)，對(duì)氣體開(kāi)關(guān)進(jìn)行觸發(fā)。具體觸發(fā)過(guò)程為:觸發(fā)電壓的極性為負(fù)極性，當(dāng)加載到觸發(fā)板上時(shí)，觸發(fā)板和高壓電極之間首先形成放電，進(jìn)而引起電離。此時(shí)，觸發(fā)板上的電壓瞬間變?yōu)楦唠娢唬^而在觸發(fā)板和低壓電極之間在形成放電，進(jìn)而引起電離，達(dá)到使氣體開(kāi)關(guān)觸發(fā)目的。
[0017]在具體實(shí)施時(shí)，所述高壓脈沖變壓器1~2放在裝有SF6的罐體內(nèi)，通過(guò)所述雙絞線傳輸把脈沖變壓器T1的次級(jí)電壓引入罐體內(nèi)。采用雙絞線傳輸即起到了傳輸脈沖變壓器Tl的次級(jí)電壓的作用，又能夠使高壓脈沖變壓器T2便于安置在罐體內(nèi)，起到了較好的高壓隔離作用，有效保護(hù)了觸發(fā)系統(tǒng)的低壓部分。
[0018]如圖4所示，為本發(fā)明所述高功率氣體開(kāi)關(guān)觸發(fā)系統(tǒng)的電壓輸出波形圖，圖4中波形圖的橫向每格代表500微秒，縱向每格