一种弱激光能量触发的重复频率气体开关及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种弱激光能量触发的重复频率气体开关及其实现方法，主要解决现有的光导开关在应用于重复频率气体开关时容易因为过电压和过电流失效的技术问题。包括以下步骤：将光导开关P、反转电感L和限流电阻R串联构成触发回路，然后将触发回路的两端分别与三电极开关中触发间隙C2的两端电连接；开关电源在高压电极板和低压电极板之间加载脉冲高电压，触发光导开关P使其导通触发间隙C2向触发回路放电，形成LCR振荡，使得触发电极板上的电位发生改变，在过压击穿间隙C1上产生过电压，使过压击穿间隙C1迅速发生过电压击穿；过压击穿间隙C1发生过电压击穿后，在触发间隙C2形成过电压，使触发间隙C2发生过电压击穿；完成气体开关的开启。关的开启。关的开启。

【技术实现步骤摘要】
一种弱激光能量触发的重复频率气体开关及其实现方法


[0001]本专利技术涉及一种重复频率气体开关及其实现方法，具体涉及一种弱激光能量触发的重复频率气体开关及其实现方法。

技术介绍

[0002]重复频率气体开关是重复频率脉冲源中实现功率压缩的核心部件，其击穿特性对于脉冲功率装置的整体性能至关重要。
[0003]工程实践中，为了提高气体开关在重复频率条件下的稳定性，通常采用外触发模式，外触发方式包括电触发和激光触发，其中，基于电触发技术的气体开关为了提高触发效率，要求气体开关的触发源输出电压比较高，从而导致气体开关的体积重量也相应较大；同时，基于电触发技术的气体开关的时间抖动达到3
‑
5ns。而基于激光触发技术的气体开关，理论上可以实现较低的气体开关击穿时间抖动，但是其要求激光波长短，能量高，从而导致所需激光器的体积重量较大，进而导致气体开关的体积重量较大。
[0004]文献(LASER TRIGGERED V/N GAS SWITCH,Jiang Xingdong and Zeng Naigong,proceedings of 13
th International Coference on High
‑
Power Particle Beams,Japan,June25
‑
30,2000)给出了一种激光触发的V/N型气体开关，在MV级电压下，实现了约为2ns的时间抖动，但是该气体开关仍是通过激光器直接触发气体开关，也存在前述基于激光触发技术气体开关的问题。
[0005]光导开关作为半导体开关，采用激光作为触发源，但与激光器直接触发气体开关相比，可在红外条件下实行触发，需要的激光能量可大幅降低，因而可以通过光纤将触发光束馈入光导开关上，实行触发，简单便捷，且易于通过多束分光实行多路触发，此外，光导开关还具有导通时间抖动低的特点，由此可知，将光导开关代替前述V/N开关中的激光触发开关可进一步提升气体开关的性能。
[0006]但是存在的问题是，相比气体开关，光导开关耐受过电压和过电流的能力较低，光导开关在应用于重复频率气体开关时容易因为过电压和过电流失效。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是解决现有的光导开关在应用于重复频率气体开关时容易因为过电压和过电流失效的技术问题，而提供了一种弱激光能量触发的重复频率气体开关及其实现方法。
[0008]一种弱激光能量触发的重复频率气体开关的实现方法，其特殊之处在于,包括以下步骤：
[0009]1)将光导开关P、反转电感L和限流电阻R串联构成触发回路，然后将触发回路的两端分别与三电极开关中触发间隙C2的两端电连接，构成气体开关；
[0010]2)开关电源在高压电极板和低压电极板之间加载脉冲高电压，触发光导开关P使其导通
[0011]3)触发间隙C2向触发回路放电，形成LCR振荡，使得触发电极板上的电位发生改变，在过压击穿间隙C1上产生过电压，使过压击穿间隙C1迅速发生过电压击穿；
[0012]4)当过压击穿间隙C1发生过电压击穿后，在触发间隙C2上形成过电压，使触发间隙C2迅速发生过电压击穿；
[0013]5)完成气体开关的开启。
[0014]进一步地，在步骤1)中：
[0015]要求加载在气体开关上的总电压V和气体开关的平均自击穿电压满足如下关系：
[0016]V＝0.6V1～0.7V1；
[0017]要求所述触发电压V2和加载在气体开关上的总电压为V满足如下关系：
[0018]V2≥0.4V；
[0019]为提高可靠性，避免三电极开关自击穿引发光导开关P的损伤，避免因为过压击穿间隙C1首先自击穿而导致光导开关P过压损毁，要求所述过压击穿间隙C1的工作电场E1和触发间隙C2的工作电场E2满足如下关系：
[0020]E1＜E2；
[0021]要求所述光导开关P的导通时间抖动小于500ps。
[0022]进一步地，在步骤1)中，要求所述反转电感L、限流电阻R与过压击穿间隙C1和触发间隙C2的电容之和C三者所构成的RLC回路满足欠阻尼条件，且RLC回路的谐振周期不大于60ns。
[0023]进一步地，在步骤1)中，也可适当提高限流电阻R的电阻值，使反转电感L、限流电阻R与C三者所构成的RLC回路满足临界阻尼条件，此时，气体开关击穿抖动变大，但触发回路中的电流大小降低，在确保气体开关顺利导通的前提下，可以使得光导开关P的寿命进一步提高。
[0024]同时，本专利技术还提供了一种弱激光能量触发的重复频率气体开关，包括电极模块，所述电极模块包括高压电极板、低压电极板和设置于高压电极板和低压电极板之间的触发电极板，所述高压电极板用于与开关电源的正极连接，所述低压电极板用于与开关电源的负极连接；
[0025]所述高压电极板和触发电极板之间具有过压击穿间隙C1，所述触发电极板和低压电极板之间具有触发间隙C2，所述过压击穿间隙C1和触发间隙C2内均填充有高压气体，用于绝缘和作为工作介质；
[0026]其特殊之处在于：
[0027]还包括触发回路，所述触发回路包括限流电阻R、反转电感L和光导开关P；
[0028]所述限流电阻R一端与触发电极板连接，另一端与光导开关P连接，所述光导开关P的另一端与反转电感L一端连接，所述反转电感L另一端与低压电极板连接。
[0029]进一步地，定义加载在气体开关上的总电压为V，气体开关的平均自击穿电压为V1，触发间隙C2上的触发电压为V2；
[0030]所述平均自击穿电压为V1和加载在气体开关上的总电压为V满足如下关系：
[0031]V＝0.6V1‑
0.7V1；
[0032]所述触发电压V2和加载在气体开关上的总电压为V满足如下关系：
[0033]V2≥0.4V。
[0034]进一步地，定义过压击穿间隙C1的工作电场为E1，触发间隙C2的工作电场为E2；
[0035]所述过压击穿间隙C1的工作电场E1和触发间隙C2的工作电场E2满足如下关系：
[0036]E1＜E2。
[0037]进一步地，定义过压击穿间隙C1和触发间隙C2的电容之和为C；
[0038]所述反转电感L、限流电阻R与C三者所构成的RLC回路满足欠阻尼条件，且谐振周期不大于60ns。
[0039]进一步地，所述光导开关P的导通时间小于500ps。
[0040]进一步地，定义过压击穿间隙C1和触发间隙C2的电容之和为C；
[0041]通过适当提高限流电阻R的电阻值，使反转电感L、限流电阻R与C三者所构成的RLC回路满足临界阻尼条件，此时，气体开关击穿抖动变大，但触发回路中的电流大小降低，在确保气体开关顺利导通的前提下，可以使得光导开关P的寿命进一步提高。
[0042]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0043]1、本专利技术通过将光导开关串联在L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弱激光能量触发的重复频率气体开关的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将光导开关P、反转电感L和限流电阻R串联构成触发回路，然后将触发回路的两端分别与三电极开关中触发间隙C2的两端电连接，构成气体开关；2)通过三电极开关中的开关电源(4)在其高压电极板(1)和低压电极板(3)之间加载脉冲高电压，触发光导开关P使其导通；3)触发间隙C2向触发回路放电，形成LCR振荡，使得触发电极板(2)上的电位发生改变，在过压击穿间隙C1上产生过电压，使过压击穿间隙C1发生过电压击穿；4)当过压击穿间隙C1发生过电压击穿后，在触发间隙C2上形成过电压，使触发间隙C2发生过电压击穿；5)完成气体开关的开启。2.根据权利要求1所述的一种弱激光能量触发的重复频率气体开关的实现方法，其特征在于，在步骤1)中：要求加载在气体开关上的总电压V和气体开关的平均自击穿电压满足如下关系：V＝0.6V1～0.7V1；要求所述触发电压V2和加载在气体开关上的总电压为V满足如下关系：V2≥0.4V；要求所述过压击穿间隙C1的工作电场E1和触发间隙C2的工作电场E2满足如下关系：E1＜E2；要求所述光导开关P的导通时间抖动小于500ps。3.根据权利要求2所述的一种弱激光能量触发的重复频率气体开关的实现方法，其特征在于：在步骤1)中，要求所述反转电感L、限流电阻R与过压击穿间隙C1和触发间隙C2的电容之和C三者所构成的RLC回路满足欠阻尼条件，且RLC回路的谐振周期不大于60ns。4.根据权利要求2所述的一种弱激光能量触发的重复频率气体开关的实现方法，其特征在于：在步骤1)中，要求所述反转电感L、限流电阻R与过压击穿间隙C1和触发间隙C2的电容之和C三者所构成的RLC回路满足临界阻尼条件。5.一种弱激光能量触发的重复频率气体开关，包括电极模块，所述电极模块包括高压电极板(1)、低压电极板(3)和设置于高压电极板(1)和低压电极板(3)之间的触发电极板(2)，所述高压电极板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏建仓，喻斌雄，邱旭东，曾搏，尚蔚，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：