《脉冲功率开关技术》PPT课件

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1、脉冲功率系统的开关在高功率脉冲发生器中，开关是最重要的器件之一，它起着连接储能器件与负载的作用。脉冲功率系统中开关的作用：能量的转换，（switch），通过开关的动作（断开或闭合），来实现能量的转移。开关具有下列特性：电导率的变化范围应尽可能大，即要在完全绝缘体至导体之间变化；电导率的变化速度尽可能快。脉冲功率系统开关的工作特点：高电压；大电流；快速（开通时间微秒至纳秒）脉冲功率开关的技术难点：工作的可靠性（该动作时必须动作，不该动作时绝不动作）精确的可控性（分散性小）脉冲功率开关的种类脉冲大电流开关的种类

2、很多，没有统一的分类标准，一般以开关的某一主要特征来进行分类。以开关的触发机理来分，可分为引燃管、三电极开关、激光触发开关等；以开关主电极的特性来分，可分为场畸变开关、空心阴极开关、热阴极开关、表面放电开关等。以开关的动作意图来分，可分为闭合开关和断路开关。以上各种分类方式都不是绝对的，有时会互相交叉，不管怎么分，所有开关都有一些共性。总括起来，开关主要有以下几种：闸流管、火花气体开关、激光触发开关、真空开关、爆炸断路开关、等离子体压缩断路开关、熔丝、金属箔熔片、低压反射开关、利用栅极控制等离子体的大功率断

3、路开关、等离子体融蚀开关、反箍缩等离子体开关、磁开关、光导半导体开关、表面放电开关等。开关的工作特性描述Ａ：间隙触发极上加上外触发脉冲Ｂ：间隙直流充电后的维持电压Ｃ：间隙击穿开始后，电压发生下降，从90%到10%之间的时间间隔为开关导通时间，相当于开关电阻项过程Ｄ：开关持续时间，电压降加在开关电阻上，决定于开关电路Ｅ：反转时间，由电路引起的电压反极性Ｆ：延时时间，由触发脉冲开始（峰值）到开关开始导通Ｇ：开关电流上升时间，定义为10%-90%峰值相应的时间间隔Ｈ：间隙再充电时间，反转结束到充电至维持电压Ｉ：电

4、流脉冲宽度（定义为半高宽度值），指开关导通持续时间Ｊ：峰值功率，在同一时刻电压和电流的乘积，指开关耗散的功率Ｋ：峰值反转电压，有利于开关的熄弧Ｌ：峰值反转电流Ｍ：开关吸收的总能量，电压和电流乘积对时间的积分Ｎ：传输总电荷量，放电时通过开关的总电荷量Ｏ：开关的可靠性，运行一定次数下，失误与成功的比率Ｐ：开关的寿命，在额定运行条件下，总的工作次数Ｒ：开关的延时抖动，多个开关同步运行时有所要求P：开关中所充气压；d为间隙距离；i为开关通道中电流；a为常数火花放电时间常数，表征火花电导率增长的特征时间。正比于1/E

5、2；当pd为常数时，正比于1/p。定义为开关每次放电过程中，通过开关的总电荷数。i为放电电流，取绝对值，正反向电荷都要叠加在一起。几种常见开关的简单介绍气体火花开关伪火花隙开关激光触发多通道开关半导体开关气体火花开关是指间隙气压在100kPa或以上的开关（即在常压下或超过常压）。火花开关具有工作电压高、通流能力强、传递电荷量大的优点，但是工作重复频率较低。火花开关击穿的机理是流注理论。气体火花开关有：两电极开关三电极开关气体火花开关的工作原理流注放电理论（高电压技术）击穿的几个过程：初始（有效）电子的产生带

6、电粒子运动及与气体分子相互作用碰撞电离与一次电子崩形成光电离与二次电子崩形成流注形成与放电三电极触发气体火花开关图2.1三电极触发气体火花开关的原理图三电极触发气体火花开关的基本原理如图2.1所示，电极1和2为主电极，主电极之间的间隙为主间隙，开关的电压就加在这对主电极上，电极3为触发电极。在开关放电前，电极3上没有加电压，当触发脉冲电压加到电极3后，开关在触发电压的作用下才击穿。目前所有的高电压开关（兆伏级）都是三电极触发气体开关。三电极开关是在两电极开关的基础上发展起来的，用做外触发开关。主要构型分为两

7、种：一种是在一个电极中心开孔，引入触发针，如6-4(b)所示另一种是在开关电极的中间平面部位，即中心电位面为零处，放入圆环片，构成触发电极，如6-4(c)所示。外部触发源可利用脉冲电压，激光束或电子束来触发，激光束和电子束主是在间隙产生引起击穿的初始种子电子。短时间击穿，需要一个幅度高，上升快的负触发脉冲，对触发能量要求不高，击穿主要靠过电压实现。长时间击穿就不同了，需要一定的触发能量，第二次击穿靠气体电离。电场畸变型气体火花开关图中1，2为主电极，3为触发电极。触发电极3处在电极1、2间某一等位线位置，它

8、在间隙中的电位用电阻R1、R2来控制，使电极3的电位按电极1、3间的距离和电极2、3间的距离分配。因为电极3的尺寸小，所以在触发脉冲加到电极3之前，可以认为电极1、2间的电位分布没有因为电极3而改变。未触发前主电极的电场分布较均匀，当触发脉冲加到电极3上后，电极3边缘的电场急剧增大，使电场畸变，同时产生场致发射，因而引起电场畸变较大的一侧先击穿。然后由于放电通道的连接作用，触发电极电位变成与击穿侧电极同电位，另一