CN103035458A - 高压强流放电开关管 - Google Patents

Abstract

高压强流放电开关管，包括阳极和阴极，所述阳极和阴极之间还固定有导体材料制成的中间电极，所述中间电极与阳极和阴极之间均保持绝缘。优选的，所述阳极、阴极和中间电极均具有镂空结构。与现有技术相比，本发明所述高压强流放电开关管具有响应速度快，自击穿电压高、触发电压低、寿命长、性能稳定可靠的特点。

Description

高压强流放电开关管

技术领域

本发明属于电子领域，涉及一种高压强流放电开关管。 

背景技术

放电开关在医疗、能源、电力、核工业及核技术、航空航天等众多领域中广泛运用，随着脉冲功率技术等强电磁脉冲技术的发展，高能脉冲发生装置将发挥越来越大的作用，放电开关的电荷量转移量及脉冲能量也在逐渐增加，要求放电开关应具备耐压高、响应速度快、寿命长的特点。 

目前, 常用的高压放电开关主要有冷阴极触发管、闸流管、气体放电开关管等。各种放电开关通常都包括阳极，阴极和触发极，其基本工作原理是，：正常状态下，开关管的阳极和阴极之间处于绝缘状态，整个电流回路是断开的，当需要接通电路时，在触发电极上施加触发脉冲电压，引起阳极和阴极之间气体击穿放电，阴极和阳极导通。 

气体放电开关具有承受电压高、传导电流大、稳定性高、等效电感和电阻小、工作电压调整便利、结构简单、造价低等诸多优点，在高电压、大电流以及脉冲功率技术中得到了广泛应用。气体开关在导通时，开关间隙间产生强烈的电弧，电弧温度随开关气压、电场强度、通流大小等的不同会达到几千甚至上万摄氏度，对电极材料造成强烈的烧蚀作用，开关电极的烧蚀直接影响到开关的放电特性和使用寿命，为此，研制具有高耐受电压、放电时延、电极烧蚀少及重复频率高的开关器件，是当今电工学科研究的热点和难点课题。 

如前所述，高压放电开关普遍存在着如自击穿电压耐压低、放电时产生的延时较大，响应速度低等各种不同的问题。 

发明内容

为克服现有技术存在的阳极阴极之间自击穿电压低、寿命短的技术缺陷，本发明提供一种高压强流放电开关管。 

本发明所述高压强流放电开关管，包括阳极和阴极，所述阳极和阴极之间还固定有导体材料制成的中间电极，所述中间电极与阳极和阴极之间均保持绝缘。 

优选的，所述中间电极包括至少壹个中间子电极，所述中间子电极在阳极和阴极之间间隔排列，且中间子电极之间、中间子电极与阳极和阴极之间均保持绝缘。 

优选的，所述中间电极与阳极和/或阴极之间的距离为1至6毫米。 

优选的，所述阳极、阴极和中间电极的中心轴线重合。 

优选的，所述阳极、阴极和中间电极均具有镂空结构，各个电极的所述镂空结构形状相同，且中心轴线重合。 

优选的，所述镂空结构的形状包括但不限于圆形、椭圆形。 

进一步的，所述镂空结构的镂空面积占各个电极的最大横截面面积比例为1 %~20 %。 

具体的，所述中间电极与阳极和阴极之间通过绝缘体固定。 

具体的，所述高压强流放电开关管内部填充稀有气体或氢气。 

本发明在阳极与阴极之间增加一个额外的中间电极，中间电极与阴极、阳极之间绝缘，在外加电场作用下产生感应电位，有效的提高了开关的自击穿电压，与现有技术相比，具有响应速度快，自击穿电压高、触发电压低、寿命长、性能稳定可靠的特点。 

附图说明

图1示出本发明一个具体实施例的实现方式； 

图2示出本发明又一具体实施例的实现方式；

图3示出本发明所述镂空结构的两种具体实施方式的示意图；

各图中附图标记名称为：1.阳极 2.中间电极 3. 阴极 4.触发极 5.中间子电极 6.镂空结构。

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。 

本发明所述高压强流放电开关管，包括阳极和阴极，所述阳极和阴极之间还固定有导体材料制成的中间电极，所述中间电极与阳极和阴极之间均保持绝缘。 

根据电学原理，在其他外界条件参数保持不变的情况下，相同的电极间绝缘距离具有相同的极间自击穿电压，本发明在阳极和阴极之间插入中间电极，中间电极由导体制成，保持中间电极与阳极，中间电极与阴极之前的安全绝缘距离，中间电极上将会感应出感应电位，由于各个电极之间具有安全的绝缘距离，提高阳极与阴极之间的电压差，仍然可以保持中间电极与阴极、中间电极与阳极之间区域的电场强度不变，场强不变，但电场线长度增加，因此阳极阴极之间的电压升高。从而提升阳极的自击穿电压。 

简单增加阳极和阴极间的距离，虽然也可能提高阳极自击穿电压，但放电开关管的放电曲线会发生显著变化，变得不适合使用。因此必须插入中间电极，在保证放电开关管放电特性的基础上，提高阳极的自击穿电压。 

上述实施方式为本发明的基本实施例，为进一步增加阳极的自击穿电压，可以采用级联形式增大阳极的自击穿电压。 

优选的，所述中间电极包括至少壹个中间子电极，所述中间子电极按照从阳极到阴极的方向间隔排列，且中间子电极之间和中间子电极与阳极和阴极之间均保持绝缘。中间子电极与中间子电极仍然保持安全的绝缘距离，多个中间子电极插入达到了延长电场线的效果，使得场强不变的情况下，阳极自击穿电压进一步增加。 

上述安全绝缘距离根据电极材料，绝缘介质和放电强度具体确定，优选的，选择该距离为1至6毫米，可以增加阳极自击穿电压，同时放电开关管保持较好的放电特性。 

为进一步延长放电开关管的寿命，发明人对各个电极做了进一步改进。优选的，所述阳极、阴极和中间电极均具有镂空结构；各个电极的所述镂空结构形状相同，且中心轴线重合。 

气体放电开关管气体电离放电时，电子直接轰击阳极，造成对电极的烧蚀，所述镂空结构位于放电开关管放电路径上各个电极的端面上，在将阴极、中间电极和阳极加工成镂空结构以后，带电粒子可以在极间导通，相当部分电子穿过电极的镂空结构不再直接打在阳极上，这样有效的避免了阳极的烧蚀，延长了器件的使用寿命。 

优选的，所述镂空结构的形状包括但不限于圆形、椭圆形。圆形，椭圆形等闭合平滑曲线不存在尖角区域，电场线不会在尖角区域集中造成尖角区域电压过高，利于改善电场分布。 

镂空形状可以是位于各个电极中心位置的单个圆形或椭圆形，如图3上半部分所示的单个椭圆，也可以是如图3下半部分所示，镂空部分为多个中心对称的圆形或椭圆形构成。各电极镂空面积占电极最大横截面面积的比例设定需要综合考虑，面积过大会破坏放电时电极间的电场结构，进而影响放电曲线，面积过小则对正电极的烧蚀现象克服不明显，发明人经过反复试验验证，发现镂空结构的镂空面积占各个电极的最大横截面面积比例为1 %至20 %时效果较好。 

如图2所示本发明一个具体实施例：阳极和阴极之间的中间电极组包括多个中间子电极，第一个中间子电极与阳极之间，最末一个中间子电极与阴极之间，以及中间子电极之间采用绝缘体，如绝缘陶瓷进行隔离绝缘，绝缘陶瓷同时起到结构加强固定作用。放电开关管内填充氢气或氩、氖、氪、氙等稀有气体。中间子电极之间和中间子电极与阳、阴极之前距离为3毫米。中间子电极的材料为金属材料，例如钨或钼合金，镂空结构为圆形，镂空面积比例为10%。 

测试结果如下表： 

触发电压（V）	导通时间（）	阳极电压（KV）	导通电流（KA）
				800	2	30	1.5
800	2	40	2.2
				800	2	50	4

可见在阳极电压从3万伏到5万伏的高电压区间，仍然保持导通电流的持续增长，并维持2微秒的导通放电时间，实现了阳极高耐受电压。

本发明在阳极与阴极之间增加一个额外的中间电极，中间电极与阴极、阳极之间绝缘，在外加电场作用下产生感应电位，有效的提高了开关的自击穿电压，与现有技术相比，具有响应速度快，自击穿电压高、触发电压低、寿命长、性能稳定可靠的特点。 

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。 

Claims (9)

1.高压强流放电开关管，包括阳极（1）和阴极（3），其特征在于：所述阳极（1）和阴极（3）之间还固定有导体材料制成的中间电极（2），所述中间电极（2）与阳极（1）和阴极（3）之间均保持绝缘。

2.如权利要求1所述高压强流放电开关管，其特征在于：所述中间电极（2）包括至少壹个中间子电极（5），所述中间子电极（5）在阳极（1）到阴极（3）之间间隔排列，且中间子电极之间、中间子电极与阳极和阴极之间均保持绝缘。

3.如权利要求1所述高压强流放电开关管，其特征在于：所述中间电极（2）与阳极（1）和/或阴极（3）之间的距离为1至6毫米。 

4.如权利要求1所述高压强流放电开关管，其特征在于：所述阳极（1）、阴极（3）和中间电极（2）的中心轴线重合。

5.如权利要求1所述高压强流放电开关管，其特征在于：所述阳极（1）、阴极（3）和中间电极（2）均具有镂空结构，各个电极的所述镂空结构形状相同，且中心轴线重合。

6.如权利要求5所述高压强流放电开关管，其特征在于：所述镂空结构的形状包括但不限于圆形、椭圆形。

7.如权利要求5所述高压强流放电开关管，其特征在于：所述镂空结构的镂空面积占各个电极的最大横截面面积比例为1 %至20 %。

8.如权利要求1所述高压强流放电开关管，其特征在于：所述中间电极（2）与阳极（1）和阴极（3）之间通过绝缘体固定。

9.如权利要求1所述高压强流放电开关管，其特征在于：所述高压强流放电开关管内部填充稀有气体或氢气。

Images