一种用于触发Trigatron 气体开关的触发器

摘要

本发明公开了一种用于触发Trigatron气体开关的触发器，包括相并联的脉冲高电压产生部分和脉冲电流产生部分；脉冲高电压部分与脉冲电流产生部分之间通过隔直电容和磁开关连接；触发器工作时先输出脉冲电压，后输出脉冲电流。所述触发器工作时，脉冲触发电压先作用于Trigatron气体开关的触发间隙，触发间隙被脉冲高电压击穿后，脉冲电流产生部分为放电产生和维持等离子体提供能量。所述触发器的输出电压极性、脉冲变压器参数和脉冲电流产生部分参数均可根据需要进行调节。

说明书

技术领域

本发明属于气体开关触发技术领域，涉及一种用于触发Trigatron气体开 关的触发器。

背景技术

Trigatron气体开关作为脉冲功率电源装置中的重要部件，多采用脉冲变 压器进行触发。脉冲变压器不仅可以为Trigatron气体开关提供所需的触发电 压，而且可以提供一定的触发能量。

目前，国内外对Trigatron气体开关的触发击穿原理能进行了大量的实验 研究，已经得到了较为完备的理论结果。在Trigatron气体开关的工作性能方 面的实验研究表明，Trigatron气体开关的工作性能随着脉冲触发电压幅值的 增大和前沿上升时间的减小，开关的工作电压范围增加、击穿时延和抖动减 小；开关的寿命主要受到通流量、电极材料和结构的影响。Trigatron气体开 关的工作性能也与触发能量有关，并且实验表明开关的工作电压范围随着触 发能量的增大而增大。

目前用于Trigatron气体开关触发的脉冲变压器主要由触发电路、受控开 关、储能电容和脉冲变压器构成。储能电容与脉冲变压器原边串联，当受控 开关导通时储能电容通过脉冲变压器原边放电，通过变压器的耦合作用输出 高幅值、快前沿的脉冲电压。由于脉冲变压器能够输出的能量有限，因此整 个脉冲触发器可以为Trigatron提供的能量是有限的。

随着对Trigatron气体开关工作性能的进一步研究和结构的优化，要求 Trigatron气体开关的触发器能够提供高幅值、快前沿的触发电压和足够的能 量以使开关在低欠压比下可靠稳定的工作。然而，由于脉冲变压器输出能量 有限使得其不能满足Trigatron气体开关对触发器的要求。

发明内容

针对上述传统触发方式的不足，本发明的目的在于提出一种用于触发 Trigatron气体开关的触发器，该触发器采用高电压和大电流的合成电路，克 服了传统的触发器输出能量不足的缺陷。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于触发Trigatron气体开关的触发器，包括相并联的脉冲高电压产 生部分和脉冲电流产生部分；

脉冲高电压产生部分包括与电源构成回路的脉冲电容和脉冲变压器，脉 冲电容的一端连接电源，另一端连接脉冲变压器原边，电源的两端还并联有 受控开关，受控开关的第三端还与触发信号产生装置相连接；脉冲变压器副 边的高压端通过隔直电容与触发电极相连接，地电极与脉冲变压器副边的低 压端相连接；

脉冲电流产生部分包括直流电源，直流电源经限流电阻向储能电容充电， 磁开关串接于储能电容和触发电极之间，在地电极与触发电极之间还并联有 泄漏电阻；地电极与触发电极之间的间隙构成Trigatron气体开关的触发间隙。

所述的脉冲电容的一端与受控开关的一端连接，脉冲电容的另一端连接 到脉冲变压器原边的一端，脉冲变压器原边的另一端与受控开关的另一端连 接；受控开关的第三端连接触发信号产生装置，受控开关由触发信号产生装 置控制其通断。

所述的脉冲高电压产生部分由交流电源经滤波保护电路滤波后供电，滤 波保护电路的一端通过高压硅堆和保护电阻与脉冲电容的一端相连接，脉冲 电容的另一端经脉冲变压器原边与滤波保护电路的另一端相连接并接地。

所述在脉冲电容的一端与地之间并联有二极管；在脉冲变压器的原边的 两端还并联有稳压管。

所述当受控开关处于开断状态，脉冲电流产生部分向储能电容直流充电；

当受控开关导通后，脉冲电容向由脉冲变压器原边和受控开关构成的电 路回路放电，并在脉冲变压器原边上形成脉冲电压，脉冲电压经脉冲电压器 的耦合作用输出高压脉冲电压；此时磁开关处于正向磁饱和状态，脉冲变压 器输出的脉冲高电压被磁开关限制而使其直接作用于触发间隙；

触发间隙在脉冲电压升高到触发间隙击穿电压值后击穿，泄漏电阻被短 路，同时磁开关逐渐反向饱和，在脉冲电流产生部分的放电回路导通后，储 能电容经磁开关向触发间隙快速放电。

所述在脉冲电流产生部分的放电回路导通后，储能电容持续放电，触发 间隙中电弧放电产生等离子体。

所述当受控开关导通后，触发器先输出脉冲电压，后输出脉冲电流；触 发器输出的脉冲电压与脉冲电流的时间间隔通过调整磁开关的伏秒特性来调 节；通过调节电流脉冲宽度来调节脉冲电流的持续时间，电流脉冲宽度通过 调节储能电容的电容量和磁开关的饱和电感来实现。

所述的触发器通过电缆与触发电极或地电极相连接。

所述的隔直电容用于保护脉冲电流产生部分，避免储能电容被脉冲变压 器副边短路；

磁开关用于保护脉冲变压器副边输出的脉冲电压不被脉冲电流产生部分 吸收，并避免脉冲电压对脉冲电流产生部分造成破坏。

所述的泄漏电阻使磁开关在脉冲电压到来之前处于正向饱和状态，以隔 离脉冲电压对脉冲电流产生部分的影响，并限定触发电极的电位。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的用于触发Trigatron气体开关的触发器，包括相并联的脉冲 高电压产生部分和脉冲电流产生部分；当受控开关导通后，触发器先输出脉 冲电压，后输出脉冲电流；这样在保证脉冲高电压输出的同时增加了独立的 脉冲电流产生部分，不但实现了负载间隙对触发器在脉冲电压方面的要求， 而且可根据负载的要求提供适合的电流和能量，脉冲电流产生部分的持续放 电放电，让间隙持续产生等离子体，有利于Trigatron气体开关的控制；同时 可以减小脉冲变压器提供的能量以改善脉冲变压器的性能。

与使用脉冲变压器使Trigatron气体开关触发间隙击穿引起Trigatron气体 开关闭合相比，本发明提供的触发器触发Trigatron气体开关可以为开关触发 间隙放电提供足够的能量，Trigatron气体开关易于闭合，工作电压范围增加， 工作可靠性大大提高。同时低压储能放电回路中泄露电阻并联于触发间隙使 得触发间隙击穿前触发电极的电位得到钳制，提高了Trigatron气体开关的工 作稳定性。

本发明提供的用于触发Trigatron气体开关的触发器，所述触发器采用隔 直电容和磁开关在脉冲高电压部分与脉冲电流产生部分之间进行连接。设置 隔直电容保护了脉冲电流产生部分，避免其被短路，保证了触发器储能部分 能够提供脉冲电流，并且隔直电容的工作电压高、易于获得，点火装置的成 本降低、工作可靠性提高；

设置磁开关保护了输出的脉冲电压不被脉冲电流产生部分吸收，证了脉 冲高电压的输出直接作用于触发间隙，并避免了脉冲高电压对脉冲电流产生 部分造成破坏；与使用二极管相比，隔直电容和磁开关的采用保证了触发器 的稳定性和可靠性。

本发明提供的用于触发Trigatron气体开关的触发器，所述触发器工作时 先输出脉冲电压，后输出脉冲电流，即脉冲触发电压先作用于Trigatron气体 开关的触发间隙，触发间隙被脉冲高电压击穿后，脉冲电流产生部分为其放 电产生和维持等离子体提供能量。另外，触发器输出的脉冲电压与脉冲电流 的时间间隔可以通过调节磁开关的伏秒特性进行调节；脉冲电流的持续时间 可以通过电流脉冲宽度调节，也就是通过电容量和磁开关的饱和电感调节宽 度；所述触发器输出电压的极性也可以通过改变脉冲变压器的输出和直流电 源进行改变，以满足负载对触发器极性的要求。

本发明提供的用于触发Trigatron气体开关的触发器，Trigatron气体开关 在远低于自击穿电压的情况下能够可靠击穿，在高欠压比时Trigatron气体开 关的击穿时延和抖动减小。相比传统的触发方式，Trigatron气体开关的工作 电压范围增大，放电可靠性和放电时延的分散性都有很大改善。

本发明提供的用于触发Trigatron气体开关的触发器，通过结构参数和电 路参数，比如触发器的输出电压极性、脉冲变压器参数和脉冲电流产生部分 的参数，可以得到不同的触发电压和存储能量，从而满足不同的需求；除 Trigatron气体开关外，触发器还可应用于火花间隙及其它需要产生高速等离 子体的领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明 的解释而不是限定。

参见图1，一种用于触发Trigatron气体开关的触发器，包括相并联的脉 冲高电压产生部分和脉冲电流产生部分；

脉冲高电压产生部分包括与电源构成回路的脉冲电容和脉冲变压器，脉 冲电容的一端连接电源，另一端连接脉冲变压器原边，电源的两端还并联有 受控开关，受控开关的第三端还与触发信号产生装置相连接；脉冲变压器副 边的高压端通过隔直电容与触发电极相连接，地电极与脉冲变压器副边的低 压端相连接（连接负载）；

脉冲电流产生部分包括直流电源，直流电源经限流电阻向储能电容充电， 磁开关串接于储能电容和触发电极之间，在地电极与触发电极之间还并联有 泄漏电阻；

地电极与触发电极之间的间隙构成Trigatron气体开关的触发间隙。

具体的，脉冲电容的一端与受控开关的一端连接，脉冲电容的另一端连 接到脉冲变压器原边的一端，脉冲变压器原边的另一端与受控开关的另一端 连接；受控开关的第三端连接触发信号产生装置，受控开关由触发信号产生 装置控制其通断。

所述的脉冲高电压产生部分由交流电源经滤波保护电路滤波后供电，滤 波保护电路的一端通过高压硅堆和保护电阻与脉冲电容的一端相连接，脉冲 电容的另一端经脉冲变压器原边与滤波保护电路的另一端相连接并接地。其 中，高压硅堆主要作用为整流，将交流电转换为直流；而保护电阻主要是起 到限流作用。

进一步，为了克服脉冲电容放电时产生的反向储能，在脉冲电容的一端 与地之间并联有二极管；在脉冲变压器的原边的两端还并联有稳压管，防止 脉冲变压器的原边的电压过高。

脉冲高电压部分与脉冲电流产生部分之间通过隔直电容和磁开关连接； 触发器工作时先输出脉冲电压，后输出脉冲电流。

受控开关由触发控制信号控制其通断，当受控开关处于开断状态，脉冲 电流产生部分向储能电容直流充电；

当受控开关导通后，脉冲电容向由脉冲变压器原边和受控开关构成的电 路回路放电，并在脉冲变压器原边上形成脉冲电压，脉冲电压经脉冲电压器 的耦合作用输出高压脉冲电压；此时磁开关处于正向磁饱和状态，脉冲变压 器输出的脉冲高电压被磁开关限制而使其直接作用于触发间隙；

触发间隙在脉冲电压升高到触发间隙击穿电压值后击穿，泄漏电阻被短 路，同时磁开关逐渐反向饱和，在脉冲电流产生部分的放电回路导通后，储 能电容经磁开关向触发间隙快速放电。

下面给出一个具体的实施例：

触发体采用220V交流电整流为脉冲电容器充电。未接收到触发信号前， 受控开关处于开断状态，脉冲电流产生部分由于隔直电容的存在而使直流电 源处于向储能电容直流充电状态。当对受控开关施加触发信号后，受控开关 导通，脉冲电容向脉冲变压器原边和受控开关构成的电路放电，并在脉冲变 压器原边上形成脉冲电压。脉冲电压经脉冲电压器的耦合作用输出幅值更高 的脉冲电压。由于磁开关处于正向磁饱和状态，脉冲变压器输出的脉冲高电 压被磁开关限制而使其直接作用于触发间隙。触发间隙在脉冲电压升高到一 定值后击穿，泄漏电阻被短路，低压储能电容经磁开关快速放电，触发间隙 电弧放电产生等离子体。

所述在脉冲电流产生部分的放电回路导通后，储能电容持续放电，触发 间隙中电弧放电产生等离子体。

而当受控开关导通后，触发器先输出脉冲电压，后输出脉冲电流；触发 器输出的脉冲电压与脉冲电流的时间间隔通过调整磁开关的伏秒特性来调 节；通过调节电流脉冲宽度来调节脉冲电流的持续时间，电流脉冲宽度通过 调节储能电容的电容量和磁开关的饱和电感来实现。

所述的触发器通过电缆与触发电极或地电极相连接，通过电缆连接能量 损失小。

所述的隔直电容用于保护脉冲电流产生部分，避免储能电容被脉冲变压 器副边短路；

磁开关用于保护脉冲变压器副边输出的脉冲电压不被脉冲电流产生部分 吸收，并避免脉冲电压对脉冲电流产生部分造成破坏。

所述的泄漏电阻使磁开关在脉冲电压到来之前处于正向饱和状态，以隔 离脉冲电压对脉冲电流产生部分的影响，并限定触发电极的电位。

所述触发器的输出电压极性、脉冲变压器参数和脉冲电流产生部分的参 数均可根据需要进行调节。

采用常规的脉冲变压器触发主间隙距离分别为5mm、8mm和12mm，触 发间隙距离为1.25mm的Trigatron气体开关，开关的最小工作欠压比约为 40%。而采用储能电容容量为10μF，充电电压为+1100kV，脉冲电压为15kV， 输出极性为正的触发器进行触发时，Trigatron气体开关在6%的欠压比下均 能够可靠导通，且此时开关的的抖动也更小。通过试验，验证了所发明触发 器具有良好的电气性能，能够可靠地为Trigatron气体开关提供触发电压和触 发能量，并且该触发器稳定性和可靠性良好，使用寿命长。所述触发器可以 根据需要适当调整各元件参数以获得所需要的触发电压和触发能量。

下面给出一些参数变化的实施例。

实施例1：

本实施例为一种用于Trigatron气体开关的触发器，其放电回路示意图如 图1所示。脉冲电流产生部分的低压储能电容容量为10μF，充电电压为 +1100kV；所述触发器输出15kV的正极性脉冲电压和脉冲电流。Trigatron 气体开关触发间隙为1.25mm时，采用该触发器进行触发，开关可在6%的欠 压比下可靠工作。

实施例2：

本实施例为一种用于Trigatron气体开关的触发器，其放电回路示意图如 图1所示。脉冲电流产生部分的低压储能电容容量为10μF，充电电压为 800kV；所述触发器输出30kV的正极性脉冲电压和脉冲电流。Trigatron气体 开关触发间隙为1.25mm时，采用该触发器进行触发，开关可在4%的欠压比 下可靠工作。

实施例3：

本实施例为一种用于Trigatron气体开关的触发器，其放电回路示意图如 图1所示。脉冲电流产生部分的低压储能电容容量为5μF，充电电压为 -1100kV；所述触发器输出-15kV的正极性脉冲电压和脉冲电流。Trigatron气 体开关触发间隙为1.25mm时，采用该触发器进行触发，开关可在15%的欠 压比下可靠工作。