[发明专利]高功率气体开关触发系统

说明书

技术领域

本发明属于核科学与技术领域，具体涉及在脉冲功率装置中使用的高功率（10⁸-10¹⁰瓦）气体开关的一种触发方式，应用于脉冲功率装置中高功率气体开关的触发，涉及一种高功率气体开关触发系统。 

背景技术

高功率气体开关是高功率脉冲功率装置中的关键部件，工作电压一般从几十千伏到几百千伏，电流从几千安到百千安，一般脉冲功率装置中有数个到数百个，甚至更多这样相同的高功率气体开关。但是这些高功率气体开关的正常工作，需要外加几十千伏到百千伏的高电压脉冲（一般称为高压脉冲触发系统），所以需要引入高压电缆，并且高压脉冲触发系统还需要较低电压（例如数千伏）的高压脉冲发生器产生高压脉冲去产生激励脉冲。 

光导开关(Photoconductive semiconductor switch, PCSS)具有低抖动、快前沿、光电隔离等优点。光导开关的触发是通过激光激励实现开关导通。若能实现基于光导开关的高压触发单元与高功率气体开关一体化设计，将具有以下优点：（1）高功率脉冲功率装置的触发系统更简约；（2）易于实现多个高功率气体开关同步工作；（3）触发光导开关的激光通过光纤引入，可以实现脉冲功率装置同外部系统的高压隔离。 

发明内容

为实现将光导开关应用于高功率气体开关触发系统的目的，本发明公开了一种高功率气体开关触发系统。 

  

本发明所述高功率气体开关触发系统，连接在高功率气体开关的高压电极和低压电极之间，

包括串联在高压电极和低压电极之间的高压臂电阻和低压臂电阻，所述高压臂电阻与低压臂电阻的公共端通过第一脉冲器件与触发电极连接，所述低压臂电阻两端并联有第二脉冲器件；

所述第一脉冲器件与触发电极之间连接有回路限流电阻；

所述第一脉冲器件与第二脉冲器件分别为储能电容、光导开关二者之一；

还包括能将激光光照作用至光导开关的发光器件。

具体的，所述发光器件为激光二极管或激光器。 

进一步的，所述发光器件还包括连接在激光二极管或激光器与光导开关之间的光纤。 

进一步的，所述发光器件为激光二极管，所述激光二极管与光导开关位于同一机械结构内。 

优选的，还包括用于控制高功率气体开关充电和发光器件发光的触发同步电路，所述触发同步电路用于设定高功率气体开关充电和发光器件发光之间的时间间隔。 

优选的，所述高压电极与低压电极之间并联有分压电阻串。 

具体的，所述储能电容容值在10皮法至100纳法之间。 

本发明相对传统高功率气体开关的触发装置具有如下优越性，（1）高功率脉冲功率装置的触发系统更简约；（2）易于实现多个高功率气体开关同步工作；（3）触发光导开关的激光通过光纤引入，可以实现脉冲功率装置同外部系统的高压隔离；（4）脉冲功率装置输出波形的调控更灵活。 

附图说明

图1为本发明所述高功率气体开关触发系统的一种具体实施方式结构示意图； 

图2为本发明所述高功率气体开关触发系统的又一种具体实施方式结构示意图；

图中附图标记名称为：R1-高压臂电阻 R2-低压臂电阻  R3-回路限流电阻  C-储能电容 CE-触发间隙电容  PCSS-光导开关 SH-高压电极 SL-低压电极 VTRI-触发电极，SP-正极板，SN-负极板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。 

如图1所示的实施例中，SH连接高功率气体开关的高压电极，SL连接高功率气体开关的低压电极；R1和R2分别为电阻分压器的高压臂电阻和低压臂电阻，R1和R2连接构成分压单元；PCSS为光导开关，并联在低压臂电阻的两端；C为触发电路的储能电容，一端连接在光导开关、高压臂电阻、低压臂电阻的交点，另一端连接回路限流电阻R3；R3的另一端即触发电极VTRI，连接到高功率气体开关的触发电极；激光光源放置在任意位置，其产生的激光经光纤传输到光导开关，控制光导开关的通断。 

高功率气体开关的触发电极VTRI与地之间存在一个触发间隙，该触发间隙等效于一个寄生电容，即图1中的触发间隙电容CE，在通常的使用情况下，高功率气体开关的低压电极接地，即在触发电极VTRI与低压电极SL之间形成一个寄生电容，在图1至2中以虚线表示。