一种高压真空触发开关脉冲变压器的设计.PDF

第３１卷　第３期 四 川 兵 工 学 报 ２０１０年３月  【制造技术】  一种高压真空触发开关脉冲变压器的设计 刘福才，李　强，康　卫 （燕山大学 工业计算机控制工程河北省重点实验室，河北 秦皇岛　０６６００４） 摘要：根据ＰＦＮ放电回路中真空触发开关对脉冲变压器的要求，设计制作了一种简单实用的高压脉冲变压器，研 究了不同变比的脉冲变压器的输出特性。将该脉冲变压器用于ＰＦＮ放电回路中，取得了较好的触发控制效果。 关键词：脉冲成形网络（ＰＦＮ）；高压脉冲变压器；真空触发开关（ＴＶＳ）；触发电路 中图分类号：ＴＭ４１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－０７０７（２０１０）０３－００７５－０３ 　　真空触发开关最大的应用领域在脉冲功率技术中，如 ＴＶＳ是最好的选择，有时甚至是唯一的选择。 强激光和大功率微波电源、电磁发射技术等［１－２］。高压脉 冲变压器是真空开关触发电路中一个重要的高低压隔离 器件，其可靠性将直接影响脉冲成形网络（ｐｕｌｓｅｆｏｒｍｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ，ＰＦＮ）放电的安全性；其在电子和离子加速器、激 光器等设备中应用十分广泛；特别是窄脉冲、高峰值脉冲 设备，因此，值得广大工程技术人员深入研究和探索［３－６］。 文献［３］中设计了一种应用在火花放电器（球隙）迅速放电 中的单次高压脉冲变压器；文献［４］中介绍了一种在行波 管保护电路之中用于触发冷阴极撬棒管的１０ｋＶ高压脉冲 图１　ＴＶＳ应用原理 触发变压器的制作方法；文献［５］中给出了一种高变比高 压脉冲变压器的设计方法；文献［６］中在爆炸磁压缩发生 器作为初级能源的高功率微波系统中，结合电爆炸丝断路 开关，研制成功一种箔带层绕的空心高压脉冲变压器，实 现了约１ＭＶ的高压脉冲输出。本研究在上述文献的基础 上，针对ＰＦＮ放电控制的特点，制作了用于真空触发开关 的高压脉冲变压器，并给出了实验研究结果。 图２　ＰＦＮ放电系统的控制原理 １　真空触发开关的应用场合 　　图２为一ＰＦＮ放电系统的控制原理图，已充电的电容 器组Ｃ由Ｓ控制，由它的闭合来起始系统的工作；Ｌ为调波 真空触发开关（ｔｒｉｇｇｅｒｅｄｖａｃｕｕｍｓｗｉｔｃｈ，ＴＶＳ）又称真 电感，用于调节放电电流波形；二极管Ｄ用于阻止电容器 空触发间隙是真空开关的重要分支。作为电路控制器件， 的反向充电，为负载提供续流回路；吸能电阻Ｒ用于在二 其结构是由密闭在真空室内两个或两组电绝缘的主电极 极管支路导通后调节负载电流下降的速度。目前实用的 （一般情况下还有触发电极）组成。主电极形成的间隙在 ［７］ ＰＦＮ放电系统中的Ｓ就是使用ＴＶＳ来完成的 。 常态下依靠高真空保持绝缘，当需要接通电路时，由外加 真空触发开关的触发起弧过程包括触发和主间隙导 ［１］ 触发能量使两主电极快速导通 。图１为某应用中的ＴＶＳ 通两个阶段，触发阶段为真空主电极间隙击穿提供媒 原理框图。从图中可以看出电路控制器件的基本作用。 质———带电粒子（等离子体），加在触发探针上的脉冲电 其中ＥＩ为一储能单元，ＳＬ为应用负载系统，ＴＲ为外触发 压，将击穿探针与触头阴极间的小间隙而产生微量的初始 回路。通过对ＴＲ的控制来实现把储能施加给应用系统。 等离子体，初始等离子体扩散进入主间隙，在电场的作用 在脉冲功率技术应用中的储能系统控制及 脉冲成型网络