[实用新型]微微秒级火花隙高压放电开关

说明书

本实用新型属于火花隙高压放电开关技术领域。特别适用于大功率微微秒级脉冲发生装置中。

随着现代科学技术的发展，在与强电磁脉冲有关的科学试实验和测试中，大功率脉冲发生器表现出特殊的作用，而高压放电开关则是大功率脉冲发生装器中的关键技术和重要元件之一。放电开关的时间决定了火花间隙中介质的组成，也决定了间隙击穿电压的过电压程度，同时也对脉冲发生器的参数及脉冲上升沿陡度起着决定性作用。在本实用新型以前的火花隙开关现有技术中，存在难以精确调节触发电压幅值和升压步距角，难以保证静电放电干扰的脉冲前沿陡度和重复率的问题。经国内外专利及非专利文献检索，目前国内外在大功率脉冲发生器中所设计的各类高压放电开关的击穿导通时间最好水平只能达到毫微秒级，而现代大功率脉冲发生器在很多应用领域中都需要高压放电开关能够承受很高的工作电压、极短的触发时间并承受极强的冲击电流。此外，还要求火花隙极间距的调节范围宽且必须十分精确，尤其是在低电压时必须实现触发导通。显然，用现有技术中的火花隙高压放电开关来满足这样的技术要求是十分困准的。

针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于为大功率脉冲发生器匹配一种微微秒级的火花球隙高压放电开关，不仅可缩短击穿导通的开关时间1-2个数量级，而且可以精确调节触发电压幅值和升压步距角，提高脉冲上升沿的陡度及重复率。

现将本实用新型技术解决方案叙述如下：

本实用新型为火花球隙三电极高压放电开关，具有高压主电极、接地主电极、辅助电极和触发电路，接地主电极的中心线上装有带绝缘套管的辅助触发棒电极；触发棒电极与接地主电极中心孔之间具有一环形间隙；其特征在于：还具有带动高压主电极精确位移的步进电机和提高脉冲上升沿陡度的整形器；高压主电极固定在滑动导轨上，滑动导轨由步进电机控制和带动(见图1)；整形器主要由两个放电头和距离调节机构构成，一个放电头为金属尖锥体，另一个放电头则为阻容网络中的接线头，(见图2)；火花球隙高压开关共构成三个放电间隙；高压主电极与接地主电极之间构成主放电间隙，接地主电极的中心孔与安装在接地主电极中心线上的触发棒辅助电极之间构成环形辅助间隙，整形器中阻容网络的输出端与金属尖锥电极构成辅助放电间隙；触发棒辅助电极接触发电路输出端；触发电路接地线与接地主电极接地线共接地；整形器中阻容网络的输入端通过高压电缆接高压主电极的输出端；整形器中的阻容网络安装在一个用环氧树脂填充的活动装置中，可通过螺纹调节机构带动活动装置改变放电间隙的间距；放电触发开关用于手动触发放电。

现将附图说明如下：

图1：三电极火花球隙高压开关结构图

图2：整形器结构图

图3：触发电路原理图

图1中：在底座(1)上固定安装着步进电机(2)和绝缘支架(7)；绝缘支架(7)通过绝缘套管(6)支承着触发棒(5)和接地主电极(9)；绝缘支架(12)安装在滑动导轨(3)上，通过绝缘套管(6)和高压主电极(11)的接线柱(4)支承着高压主电极(11)；步进电机(2)通过滑动导轨(3)带动绝缘支架(12)而改变高压主电极(11)与接地主电极(9)之间的主间隙(8)的间距，以控制开关的击穿放电电压；高压主电极接线柱(4)接高压直流电源的高压输出端，接地主电极(9)接高压直流电源的公共接地线，并接到开关触发电路的公共接地线；触发棒(5)接触发电路的输出端，从而在触发棒(5)与接地主电极(9)形成的环形间隙(10)之间加上了高压脉冲而使环形间隙(10)放电，于是加速了主间隙(8)的放电过程，因此，可以调节加在主间隙(8)上的电压处于临界击穿电压而不出现击穿放电，然后通过触发电路使环形间隙(10)放电而使主间隙(8)也被击穿而快速放电。

图2中：金属尖锥体放电电极(1)与静电放电干扰发生器阻容网络(4)中的接线端子(3)形成放电间隙(2)；阻容网络(4)安装在一个同环氧树脂填充的活动装置(5)中，可通过调节电极间距调节机构(9)带动活动装置(5)而改变放电间隙(2)的间距；阻容网络(4)的输入端通过高压电缆(8)接高压放电开关的输出端，高压脉冲通过放电间隙(4)和尖锥放电电极(1)输出静电放电干扰脉冲到受试设备中；放电触发开关(6)用于手动触发放电，操作中握住绝缘手柄(7)后掰动放电触发开关(6)即可手动触发放电一次；通过尖锥体放电电极(1)输出的高压脉冲其前沿上升时间与阻容网络(4)和放电间隙(2)的间距有关，通过精心地调节放电间隙(2 的间距和阻容网络(4)的参数可使脉冲前沿上升时间小于500ps。