CN107681995B - 一种用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路，包括高压直流电源、充电电阻、球隙、脉冲变压器、N个放电电阻及N个储能电容，其中，Trigatron气体开关的数目为N个，该同步触发电路具有电压前沿快、电压前沿幅值高、放电电流大、电流上升率高及能量利用率高的特点，并且能够实现多个Trigatron气体开关的同步触发。

Description

一种用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路
技术领域
本发明属于脉冲功率大电流气体开关同步触发技术领域，涉及一种用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路。
背景技术
Trigatron气体开关是大型脉冲功率电源装置中的核心部件，其性能直接影响着脉冲功率电源的输出。在大型的脉冲功率电源装置中，经常需要多台气体开关同步工作，这就对Trigatron气体开关的延时、抖动、自放电概率、同步触发等特性提出了更高的要求。
Trigatron气体开关多采用脉冲变压器进行触发，其工作过程为触发极首先与对面高压电极击穿，此后触发极再与临近地电极击穿，形成快放电过程，但存在开关工作系数高、工作范围窄、自放电概率高的缺点。为了保证气体开关获得低的自放电概率，气体开关工作系数一般应较低，当采用脉冲变压器进行触发，触发极先与临近地电极击穿形成火花放电，在等离子体作用下加速开关间隙达到临界击穿条件，但击穿延时和抖动较大，触发特性受触发脉冲能量影响较大。传统应用的脉冲变压器型触发器受回路效率和变压器自身饱和特性的影响，触发能量有限，而近年研究的利用高电压和大电流的合成电路(引用专利《一种用于触发Trigatron气体开关的触发器》，授权公告号CN 103248264 B)克服了传统的触发器输出能量不足的缺陷，大电流产生等离子体喷射，大幅降低了气体开关的工作系数和自放电概率，但电流源直接并接在气体开关触发间隙两端，为了保证不发生误触发，其充电电压较低，同时由于回路中磁开关的存在，导致放电电流幅值较低、脉宽较长，工作系数和延时抖动仍难以满足多路开关同步触发的要求。而基于脉冲变压器形成快放电过程触发多路Trigatron气体开关的触发电路，存在开关工作系数高、工作范围窄、自放电概率高的缺点，因此，亟需设计一种结构简单、成本低、电压前沿快、幅值高、放电电流大、电流上升率高、能量利用效率高的用于多台Trigatron气体开关同步触发电路。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路，该同步触发电路具有电压前沿快、电压前沿幅值高、放电电流大、电流上升率高及能量利用率高的特点，并且能够实现多个Trigatron气体开关的同步触发。
为达到上述目的，本发明所述的用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路包括高压直流电源、充电电阻、球隙、脉冲变压器、N个放电电阻及N个储能电容，其中，Trigatron气体开关的数目为N个；
高压直流电源的正极与充电电阻的一端相连接，充电电阻的另一端与球隙的高压电极及各储能电容的一端相连接，其中，第i个储能电容的另一端与第i个Trigatron气体开关的触发电极相连接，脉冲变压器副边绕组的一端与球隙的触发端相连接，高压直流电源的负极与球隙的地电极、脉冲变压器副边绕组的另一端、各放电电阻的一端及各Trigatron气体开关的低压电极相连接，第i个放电电阻的另一端与第i个Trigatron气体开关的触发电极相连接，N大于等于2，1≤i≤N。
各储能电容的电容量为5nF～10μF，充电电阻的阻值为100kΩ～100MΩ，各放电电阻的阻值为100Ω～10kΩ。
先对储能电容进行充电，脉冲变压器输出脉冲高压使球隙击穿，球隙的高压电极由高电位转变为地电位，储能电容上与Trigatron气体开关相连接的一端由地电位转变为高电位，通过储能电容向放电电阻进行放电，从而使脉冲高压作用于Trigatron气体开关的触发电极及低压电极，使Trigatron气体开关的触发间隙击穿，进而使放电电阻被短路，储能电容直接向Trigatron气体开关的触发间隙放电，以形成等离子体喷射，从而使触发Trigatron气体开关导通。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路在具体操作时，一个放电电阻及一个储能电容组成一条触发电路，在工作时，通过脉冲变压器输出的脉冲高压使球隙击穿，从而使储能电容上与Trigatron气体开关相连接的一端由地电位转变为高电位，并通过储能电容向放电电阻放电，同时，触发电路输出高压脉冲的前沿可以达到数十纳秒，高压脉冲的幅值与储能电容的充电电压相同，高压脉冲的脉宽由储能电容及放电电阻决定，保证Trigatron气体开关触发间隙的击穿时延及抖动达到纳秒量级。另外，多个Trigatron气体开关的触发共用一个球隙，保证了多个Trigatron气体开关触发的同步性及一致性。同时Trigatron气体开关的触发间隙击穿后，放电电阻被短路，各储能电容直接向对应Trigatron气体开关的触发间隙放电，以形成高速等离子体喷射，从而触发Trigatron气体开关导通，由于储能电容的充电电压较高，使储能电容的放电电流幅值较高，脉宽较窄，从而会形成强烈的等离子体喷射，进而降低Trigatron气体开关的延时及抖动，以确保同步触发电路具有电压前沿快、电压前沿幅值高、放电电流大、电流上升率高及能量利用率高的特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路包括高压直流电源HV、充电电阻R、球隙G、脉冲变压器Tr、N个放电电阻R1及N个储能电容C1，其中，Trigatron气体开关K的数目为N个；高压直流电源HV的正极与充电电阻R的一端相连接，充电电阻R的另一端与球隙G的高压电极及各储能电容C1的一端相连接，其中，第i个储能电容C1的另一端与第i个Trigatron气体开关K的触发电极相连接，脉冲变压器Tr副边绕组的一端与球隙G的触发端相连接，高压直流电源HV的负极与球隙G的地电极、脉冲变压器Tr副边绕组的另一端、各放电电阻R1的一端及各Trigatron气体开关K的低压电极相连接，第i个放电电阻R1的另一端与第i个Trigatron气体开关K的触发电极相连接，N大于等于2，1≤i≤N；各储能电容C1的电容量为5nF～10μF，充电电阻R的阻值为100kΩ～100MΩ，各放电电阻R1的阻值为100Ω～10kΩ。
储能电容C1充电后，脉冲变压器Tr输出的脉冲高压使球隙G击穿，储能电容C1连接球隙G的一端由高电位变为地电位，储能电容C1连接Trigatron气体开关K的一端由地电位变为高电位，储能电容C1向放电电阻R1放电，储能电容C1输出脉冲高压，并作用于Trigatron气体开关K触发电极及低压电极上，储能电容C1输出高压脉冲的前沿可以达到数十纳秒，高压脉冲的幅值与储能电容C1的充电电压相同，高压脉冲的脉宽由储能电容C1及放电电阻R1决定。同时多个Trigatron气体开关K共用一个球隙G开关，以保证多路触发的同步性及一致性。
Trigatron气体开关K触发间隙被击穿后，放电电阻R1被短路，每路储能电容C1直接独立向对应Trigatron气体开关K的间隙放电，放电电流的幅值较高，脉宽较窄，以形成强烈的等离子体喷射，从而触发多路Trigatron气体开关K同步导通。
本发明采取不接地或者不直接接地方案，高压直流电源HV的极性与主电容C2的充电电压极性相同。
实施例一
本实施例中N等于3，各储能电容C1的电容均为0.24μF，各储能电容C1的充电电压均为+10kV，放电电阻R1为1kΩ；每路Trigatron气体开关K的主间隙距离为6mm，Trigatron气体开关K的击穿电压为18kV，Trigatron气体开关K工作在66.7％的欠压比下，Trigatron气体开关K的触发间隙为1.25mm，采用本发明进行同步触发，每路触发电流幅值为5.5kA，脉宽为1.2μs，3路Trigatron气体开关K的导通同步性偏差不超过170ns。
实施例二
本实施例中N等于3，各储能电容C1的电容为0.24μF，各储能电容C1的充电电压为+10kV，放电电阻R1为1kΩ；每路Trigatron气体开关K的主间隙距离为6mm，Trigatron气体开关K的击穿电压为18kV，Trigatron气体开关K的工作在55.6％的欠压比下，Trigatron气体开关K的触发间隙为1.25mm，采用本发明进行同步触发时，每路触发电流幅值为5.5kA，脉宽为1.2μs，3路Trigatron气体开关K的导通同步性偏差不超过260ns。
实施例三
本实施例中N等于3，各储能电容C1的电容为0.24μF，各储能电容C1的充电电压为+10kV，放电电阻R1为1kΩ；每路Trigatron气体开关K的主间隙距离为6mm，Trigatron气体开关K的击穿电压为18kV，Trigatron气体开关K的工作在44.4％的欠压比下，Trigatron气体开关K的触发间隙为1.25mm，采用本发明进行同步触发，每路触发电流幅值为5.5kA，脉宽为1.2μs，3路Trigatron气体开关K的导通同步性偏差不超过600ns。
实施例四
本实施例中N等于3，各储能电容C1的电容为0.24μF，各储能电容C1的充电电压为+10kV，放电电阻R1为1kΩ；每路Trigatron气体开关K的主间隙距离为6mm，Trigatron气体开关K的气压为600kPa，Trigatron气体开关K的击穿电压为70kV，Trigatron气体开关K的工作在71.4％的欠压比下，Trigatron气体开关K的触发间隙为1.25mm，采用本发明进行同步触发，每路触发电流幅值为5.5kA，脉宽为1.2μs，3路Trigatron气体开关K的导通同步性偏差不超过600ns。

Claims (2)

1.一种用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路，其特征在于，包括高压直流电源(HV)、充电电阻(R)、球隙(G)、脉冲变压器(Tr)、N个放电电阻(R1)及N个储能电容(C1)，其中，Trigatron气体开关(K)的数目为N个；
高压直流电源(HV)的正极与充电电阻(R)的一端相连接，充电电阻(R)的另一端与球隙(G)的高压电极及各储能电容(C1)的一端相连接，其中，第i个储能电容(C1)的另一端与第i个Trigatron气体开关(K)的触发电极相连接，脉冲变压器(Tr)副边绕组的一端与球隙(G)的触发端相连接，高压直流电源(HV)的负极与球隙(G)的地电极、脉冲变压器(Tr)副边绕组的另一端、各放电电阻(R1)的一端及各Trigatron气体开关(K)的低压电极相连接，第i个放电电阻(R1)的另一端与第i个Trigatron气体开关(K)的触发电极相连接，N大于等于2，1≤i≤N；
各储能电容(C1)的电容量为5nF～10μF，充电电阻(R)的阻值为100kΩ～100MΩ，各放电电阻(R1)的阻值为100Ω～10kΩ。
2.根据权利要求1所述的用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路，其特征在于，先对储能电容(C1)进行充电，脉冲变压器(Tr)输出脉冲高压使球隙(G)击穿，球隙(G)的高压电极由高电位转变为地电位，储能电容(C1)上与Trigatron气体开关(K)相连接的一端由地电位转变为高电位，通过储能电容(C1)向放电电阻(R1)进行放电，从而使脉冲高压作用于Trigatron气体开关(K)的触发电极及低压电极，使Trigatron气体开关(K)的触发间隙击穿，进而使放电电阻(R1)被短路，储能电容(C1)直接向Trigatron气体开关(K)的触发间隙放电，以形成等离子体喷射，从而使触发Trigatron气体开关(K)导通。
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