一種延長兩電極氣體開關(guān)使用壽命次數(shù)的電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及脈沖電流發(fā)生器中氣體開關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種延長兩電極氣體開關(guān)使用壽命次數(shù)的電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二電極氣體開關(guān)具有導(dǎo)通大電流和大庫倫轉(zhuǎn)移量的明顯優(yōu)勢，相比于其他形式的氣體開關(guān)，二電極氣體開關(guān)優(yōu)點(diǎn)在于電極燒蝕更均勻，因此相同條件下使用壽命次數(shù)更多。二電極氣體開關(guān)主要用于大功率固體釹玻璃激光器的氙燈驅(qū)動電源，雷電電流發(fā)生器，以及各種大電流發(fā)生器。
[0003]由于采用兩電極結(jié)構(gòu)，開關(guān)的導(dǎo)通過程是通過一個較快前沿的，幅值遠(yuǎn)高于二電極氣體開關(guān)自擊穿電壓的負(fù)極性脈沖過壓擊穿實(shí)現(xiàn)，通常需要采用一臺或二臺磁開關(guān)隔離觸發(fā)脈沖，否則，觸發(fā)二電極開關(guān)的電壓脈沖可能通過儲能電容器或者負(fù)載支路等被旁路，導(dǎo)致觸發(fā)電壓脈沖不能被施加于二電極氣體開關(guān)的電極間隙。
[0004]隨著二電極氣體開關(guān)使用發(fā)次的增加，電極間距由于燒蝕會越來越大，電極間隙的自擊穿電壓也隨之增高。在高壓脈沖觸發(fā)器提供相同的觸發(fā)電壓時，觸發(fā)電壓與電極擊穿電壓之比，即過壓倍數(shù)會隨之降低。過壓倍數(shù)的降低使得氣體開關(guān)被過電壓觸發(fā)的可靠性降低，當(dāng)開關(guān)電極間距由于燒蝕會越來越大，必須通過降低氣體開關(guān)的氣壓以保證高壓脈沖觸發(fā)器可以擊穿開關(guān)的電極間隙，燒蝕帶來的電極間隙擊穿電壓不斷升尚，是制約開關(guān)壽命的主要因素之一。通過不斷降低開關(guān)工作的氣壓值，可以補(bǔ)償電極間隙增加而帶來的擊穿電壓增高；當(dāng)開關(guān)氣壓降低到絕對氣壓1個大氣壓時，再繼續(xù)降低氣壓就需要附加復(fù)雜的抽真空設(shè)備。
[0005]因而，傳統(tǒng)兩電極氣體開關(guān)在使用過程中，當(dāng)電極燒蝕以至于工作氣壓調(diào)整至1個大氣壓仍無法補(bǔ)償時，即認(rèn)為開關(guān)壽命終結(jié)。這種壽命終結(jié)，受限于電極燒蝕問題，開關(guān)其余部分的壽命潛力被浪費(fèi)掉，使得氣體開關(guān)使用成本偏高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)的高可靠性和使用壽命次數(shù)延長的延長兩電極氣體開關(guān)使用壽命次數(shù)的電路及方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種延長兩電極氣體開關(guān)使用壽命次數(shù)的電路，包括二電極氣體開關(guān)，二電極氣體開關(guān)上設(shè)置有用于產(chǎn)生紫外線和帶電離子擴(kuò)散效應(yīng)的同軸型放電間隙，同軸型放電間隙與二電極氣體開關(guān)的一個電極連接，同軸型放電間隙連接有高壓脈沖觸發(fā)器，高壓脈沖觸發(fā)器接地；所述二電極氣體開關(guān)不直接接地時，一個電極連接功率負(fù)載，另一個電極連接儲能電容器，所述功率負(fù)載和儲能電容器構(gòu)成回路并接地；所述二電極氣體開關(guān)直接接地時，一個電極依次串聯(lián)功率負(fù)載和儲能電容器，另一個電極與儲能電容器構(gòu)成回路并直接接地。
[0008]所述二電極氣體開關(guān)與同軸型放電間隙連接的電極的出端設(shè)置有能夠隔離高壓觸發(fā)脈沖的磁開關(guān)。
[0009]所述二電極氣體開關(guān)上設(shè)置有金屬殼體，所述同軸型放電間隙和磁開關(guān)通過金屬殼體分別與二電極氣體開關(guān)的電極連接。
[0010]所述二電極氣體開關(guān)不直接接地時，高壓脈沖觸發(fā)器的低壓輸出端通過耦合電容器與二電極氣體開關(guān)的電極連接。
[0011]所述同軸型放電間隙包括一個獨(dú)立導(dǎo)體或若干個導(dǎo)體組成的芯電極，以及同軸設(shè)置的外電極，芯電極與外電極之間設(shè)有放電間隙。
[0012]所述芯電極與外電極之間的放電間隙距離為0.1毫米?10毫米。
[0013]所述高壓脈沖觸發(fā)器的高壓輸出端與同軸型放電間隙的芯電極連接，同軸型放電間隙的外電極與二電極氣體開關(guān)的電極連接。
[0014]所述高壓脈沖觸發(fā)器的輸出電壓為20kV?150kV，輸出脈沖電壓的上升前沿為1納秒?1000納秒。
[0015]—種延長兩電極氣體開關(guān)使用壽命次數(shù)的方法，包括以下步驟:
[0016]1)同軸型放電間隙首先放電導(dǎo)通，使高壓脈沖觸發(fā)器的輸出電壓施加于二電極氣體開關(guān)的二個電極之間；
[0017]2)同軸型放電間隙的放電持續(xù)時間維持到二電極氣體開關(guān)的二個電極導(dǎo)通，中間不熄滅。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的電路采用高電壓脈沖觸發(fā)器觸發(fā)二電極氣體開關(guān)，通過在高電壓脈沖觸發(fā)器的輸出回路中串聯(lián)一個同軸型放電間隙，同軸型放電間隙的擊穿電壓穩(wěn)定在觸發(fā)脈沖作用過程的脈沖電壓上升沿階段擊穿，同軸型放電間隙放電形成的紫外線能夠照射二電極開關(guān)電極間隙及其陰極和陽極，產(chǎn)生電離子擴(kuò)散效應(yīng)，加速自由電子的形成，所產(chǎn)生的自由電子立即在二電極開關(guān)電極間的電場作用下加速，通過碰撞電離迅速電離整個間隙，從而降低氣體開關(guān)間隙觸發(fā)時的擊穿電壓。未觸發(fā)時，不存在紫外線照射，二電極氣體開關(guān)間隙自擊穿電壓保持不變，保證了二電極氣體開關(guān)足夠低的工作欠壓比和自擊穿概率。紫外輔助觸發(fā)間隙的應(yīng)用，既提高了二電極氣體開關(guān)被觸發(fā)時可靠擊穿的概率，又不增加未觸發(fā)時的自擊穿概率，延長了二電極氣體開關(guān)可靠工作的壽命次數(shù)。本發(fā)明可以大幅度降低二電極氣體開關(guān)電極間隙在1?3bar絕對氣壓條件下被觸發(fā)時的擊穿電壓，并且不影響未觸發(fā)時的自擊穿電壓，從而延長二電極氣體開關(guān)的使用壽命次數(shù)，提高二電極氣體開關(guān)的過電壓觸發(fā)可靠性。
[0019]進(jìn)一步，二電極氣體開關(guān)與同軸型放電間隙連接的電極的出端設(shè)置磁開關(guān)，能夠隔離高壓觸發(fā)脈沖，提高整個裝置的穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高整個電路的可靠性。
[0020]更進(jìn)一步，二電極氣體開關(guān)上設(shè)置有金屬殼體，同軸型放電間隙和磁開關(guān)通過金屬殼體分別與二電極氣體開關(guān)的電極連接，利用金屬殼體起到保護(hù)二電極氣體開關(guān)的作用，提高整個電路的可靠性。
[0021]進(jìn)一步，根據(jù)不同的回路接地方式，選擇高壓脈沖觸發(fā)器的低壓輸出端連接方式，二電極氣體開關(guān)不直接接地，則高壓脈沖觸發(fā)器的低壓輸出端通過耦合電容器與二電極氣體開關(guān)的電極連接，提尚本發(fā)明電路的適用范圍。
[0022]進(jìn)一步，同軸型放電間隙，具有一個獨(dú)立導(dǎo)體或多個導(dǎo)體組成的芯電極，以及同軸的外電極，芯電極與同軸的外電極之間設(shè)計(jì)有一個距尚為0.1暈米?10 _米的放電間隙，放電間隙的位置最好在二電極氣體開關(guān)的電極附近，并且通過該放電間隙可以看到二電極氣體開關(guān)的電極，采用同軸型放電間隙放電形成的紫外線和帶電離子擴(kuò)散效應(yīng)，可以大幅度降低二電極氣體開關(guān)電極間隙在1?3bar絕對氣壓條件下、被觸發(fā)時的擊穿電壓，并且不影響未觸發(fā)時的自擊穿電壓，從而延長二電極氣體開關(guān)的使用壽命次數(shù)，提高二電極氣體開關(guān)的過電壓觸發(fā)可靠性。同軸型放電間隙結(jié)構(gòu)緊湊，無需改變原有回路安裝連接方式，便于現(xiàn)有二電極氣體開關(guān)的改造升級。
[0023]本發(fā)明的方法中采用高電壓脈沖觸發(fā)器觸發(fā)二電極氣體開關(guān)，同軸型放電間隙首先放電導(dǎo)通，放電持續(xù)時間維持到二電極氣體開關(guān)的二個電極導(dǎo)通，同軸型放電間隙擊穿電壓較低，同軸型放電間隙的擊穿電壓穩(wěn)定在觸發(fā)脈沖作用過程的脈沖電壓上升沿階段擊穿，同軸型放電間隙所產(chǎn)生的紫外光能夠照射二電極開關(guān)電極間隙及其陰極和陽極，加速自由電子的形成，所產(chǎn)生的自由電子立即在二電極開關(guān)電極間的電場作用下加速，通過碰撞電離迅速電離整個間隙，從而降低氣體開關(guān)間隙觸發(fā)時的擊穿電壓。未觸發(fā)時，不存在紫外線照射，二電極氣體開關(guān)間隙自擊穿電壓保持不變，保證了二電極氣體開關(guān)足夠低的工作欠壓比和自擊穿概率，紫外輔助觸發(fā)間隙的應(yīng)用，既提高了二電極氣體開關(guān)被觸發(fā)時可靠擊穿的概率，又不增加未觸發(fā)時的自擊穿概率，延長了二電極氣體開關(guān)可靠工作的壽命次數(shù)。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明電路的連接示意圖；
[0025]圖2為同軸型放電間隙的結(jié)構(gòu)及裝配示意圖；
[0026]圖3為二電極氣體開關(guān)不直接接地時的第一種連接方式圖；
[0027]圖4為二電極氣體開關(guān)不直接接地時的第二種連接方式圖；
[0028]圖5為二電極氣體開關(guān)直接接地時的第一種連接方式圖；
[0029]圖6為二電極氣體開關(guān)直接接地時的第二種連接方式圖；
[0030]其中，1-儲能電容器、2-二電極氣體開關(guān)、3-高壓脈沖觸發(fā)器、4-同軸型放電間隙、5-磁開關(guān)、6-功率負(fù)載、7-親合電容器、8-金屬殼體、4-1-芯電極、4-2-外電極。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合具體的實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明。
[0032]參見圖1，一種延長兩電極氣體開關(guān)使用壽命次數(shù)的電路，包括二電極氣體開關(guān)2，二電極氣體開關(guān)2上設(shè)置有用于產(chǎn)生紫外線和帶電離子擴(kuò)散效應(yīng)的同軸型放電間隙4，同軸型放電間隙4與二電極氣體開關(guān)2的一個電極連接，二電極氣體開關(guān)2與同軸型放電間隙4連接的電極的出端設(shè)置有能夠隔離高壓觸發(fā)脈沖的磁開關(guān)5，同軸型放電間隙4連接有高壓脈沖觸發(fā)器3，高壓脈沖觸發(fā)器3接地，二電極氣體開關(guān)2上設(shè)置有金屬殼體，同軸型放電間隙4和磁開關(guān)5通過金屬殼體分別與二電極氣體開關(guān)2的電極連接，高壓脈沖觸發(fā)器3的輸出電壓為20kV?150kV，輸出脈沖電壓的上升前沿為1納秒?1000納秒；參見圖3和圖4，二電極氣體開關(guān)2不直接接地時，高壓脈沖觸發(fā)器3的低壓輸出端通過耦合電容器7與二電極氣體開關(guān)2的電極連接，二電極氣體開關(guān)2的一個電極連接功率負(fù)載6，另一個電極連接儲能電容器1，功率負(fù)載6和儲能電容器1構(gòu)成回路并接地；參見圖5和圖6，二電極氣體開關(guān)2直接接地時，一個電極依次串聯(lián)功率負(fù)載6和儲能電容器1，另一個電極與儲能電容器1構(gòu)成回路并直接接地。
[0033]參見圖2，同軸型放電間隙4包括一個獨(dú)立導(dǎo)體或若干個導(dǎo)體組成的芯電極4-1，以及同軸設(shè)置的外電極4-2，芯電極4-1與外電極4-2之間設(shè)有距離為0.1毫米?10毫米的放電間隙。高壓脈沖觸發(fā)器3的高壓輸出端與同軸型放電間隙4的芯電極連接，同軸型放電間隙3的外電極與二電極氣體開關(guān)2的電極連接。
[0034]—種延長兩電極氣體開關(guān)使用壽命次數(shù)的方法，包括以下步驟:
[0035]1同軸型放電間隙4首先放電導(dǎo)通，使高壓脈沖觸發(fā)器3的輸出電壓施加于二電極氣體開關(guān)2的二個電極之間；
[0036]2同軸型放電間隙4的放電持續(xù)時間維持到二電極氣體開關(guān)2的二個電極導(dǎo)通，中間