CN210899116U - 基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，电路包括气体开关、变压器、光导开关、分压电阻和触发电容；所述气体开关的高压极与分压电阻连接，气体开关的地电极接地，气体开关的触发极与变压器的副边连接；变压器原边的一个端子连接光导开关的一端，光导开关的另一端分别连接分压电阻和触发电容；变压器原边的另一个端子连接触发电容并接地。本实用新型可以采用微焦量级的低能量激光触发，触发控制与高电压实现光电隔离；使用光纤传输触发光能，省去了复杂的准直和对光等操作，易于控制触发时刻。本实用新型的触发回路直接从主回路或者气体开关电场中获取触发系统所需的电压和能量，无需外加充电电源。

Description

基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路

技术领域

本实用新型涉及脉冲功率技术中的开关及其触发技术领域，尤其是一种基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路。

背景技术

开关是脉冲功率装置的关键部件之一，其性能对脉冲功率装置的性能有重要影响。气体开关是脉冲功率装置中最常用的开关，其常用触发方式为电脉冲触发和激光直接触发两种。电脉冲触发的优势是电路简单，成本较低，其缺点是触发脉冲发生器体积较大，触发多路气体开关时整系统体积和控制的复杂程度显著增加，且多路输出同步性相对较差；激光直接触发的优势是开关同步性好，触发控制与高电压实现光电隔离等，其缺点是其所需触发光能大，故触发光源体积较大，且试验前需要准直和对光等调节。

现有采用光导开关触发的气体开关的技术，具有光电隔离、同步性好、可以用高功率激光二极管触发优势，但是其输出对于触发气体开关而言，其工作电压较低，故输出触发脉冲幅值较低，导致气体开关触发可靠性降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，气体开关、变压器、光导开关、分压电阻和触发电容；

所述气体开关的高压极与分压电阻连接，气体开关的地电极接地，气体开关的触发极与变压器的副边连接；

变压器原边的一个端子连接光导开关的一端，光导开关的另一端分别连接分压电阻和触发电容；变压器原边的另一个端子连接触发电容并接地。

作为优选方式，气体开关的高压极和分压电阻连接一个主回路电源的正极，主回路电源的负极接地；主回路电源并联一个主储能电容。

作为优选方式，光导开关工作于非线性工作模式。

作为优选方式，光导开关采用触发光能为1～100μJ的光导开关。

作为优选方式，光导开关的触发光能由光导触发源提供，所述光导触发源通过光纤向所述光导开关传送光能。

作为优选方式，气体开关的触发极连接电阻或者阻容分压电路，通过外接电阻分压或者阻容分压电路来保持气体开关触发前触发极的电位。

作为优选方式，主储能电容的容量为22nF。

作为优选方式，分压电阻是20kΩ的高电压玻璃釉电阻。

作为优选方式，触发电容是容量3.3nF，耐压15kV的高压陶瓷电容。

作为优选方式，光导开关是置于绝缘油中的长宽高为6mm×6mm×3mm的GaAs半绝缘光导开关。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型提供的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，可以采用微焦量级的低能量激光触发，触发控制与高电压实现光电隔离；使用光纤传输触发光能，省去了复杂的准直和对光等操作，易于控制触发时刻，可用于大规模气体开关的同步或者异步触发。

2)本实用新型提供的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其触发回路直接从主回路或者气体开关电场中获取触发系统所需的电压和能量，无需外加充电电源，且导通元件触发激活所需的光能极少，仅需数十微焦的光能即可触发导通元件导通，可以采用激光二极管作为触发光源，或者利用一个激光器触发多个开关，大大减小激光光源的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例中基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路原理图；

图中，1-主回路电源，2-主储能电容，3-气体开关，4-变压器，5-光导开关，6-光导触发源，7-分压电阻，8-触发电容。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，如果含有术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，如果存在第一特征在第二特征之上或之下，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。如果存在第一特征在第二特征之下、下方和下面，包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

现有技术的缺陷：高压气体开关3现有两种常用的触发方式，分别是电脉冲触发和激光直接触发。电脉冲触发源的体积较大，当触发多路气体开关3时系统体积和控制的复杂程度明显增加，且多路输出同步性相对较差；激光直接触发的触发光源体积较大，且触发所用激光采用视线传输，使用前需要进行准直和对光等调节操作。现有采用光导开关5触发的气体开关3的技术中，其输出触发脉冲幅值较低，导致气体开关3触发可靠性降低。

本实用新型要解决的技术问题：提供一种基于变压器4的一体化弱光触发气体开关3，采用激光触发，触发控制与高电压实现光电隔离；采用变压器4提升了气体开关3的触发电脉冲，提高气体开关3触发可靠性；使用光纤传输触发光能，省去了复杂的准直和对光等操作，易于控制触发时刻，可用于大规模气体开关3的同步或者异步触发，其触发回路直接从主回路或者气体开关3电场中获取触发系统所需的电压和能量，无需外加充电电源，且导通元件触发激活所需的光能极少，仅需数十微焦的光能即可触发导通元件导通，大大减小光源体积。

实施例一

如图1所示，基于变压器4的一体化弱光触发气体开关3电路，气体开关3、变压器4、光导开关5、分压电阻7和触发电容8；

所述气体开关3的高压极与分压电阻7连接，气体开关3的地电极接地，气体开关3的触发极与变压器4的副边连接；

变压器4原边的一个端子连接光导开关5的一端，光导开关5的另一端分别连接分压电阻7和触发电容8，所述触发电容8和分压电阻7组成一RC分压电路；通过调节RC分压电路的组成元件参数，调节触发元件的预设值；变压器4原边的另一个端子连接触发电容8并接地。

在上述技术方案中，利用光导开关5及变压器4来控制气体开关3触发极的电位：当触发电容8充电至预定电压后，光导开关5导通，使触发电容8对变压器4原边放电，变压器4副边输出与气体开关3主间隙电压极性相反的触发脉冲，并馈入气体开关3触发极，进而引起气体开关3主间隙导通。

实施例二

在本实施例中，气体开关3的高压极和分压电阻7连接一个主回路电源1的正极，主回路电源1的负极接地；主回路电源1并联一个主储能电容2。触发电容8通过分压电阻7与气体开关3和主回路电源1连接，触发回路可以直接从主回路或者气体开关3电场中获取触发系统所需的电压和能量，无需为触发回路外加充电电源，可以减小开关系统体积和电路复杂程度。

光导开关5工作于非线性工作模式。所述光导开关5处于非线性工作模式，所需触发光能仅为数微焦至数十微焦，无需大体积的触发光源即能触发所述光导开关5导通。光导开关5采用触发光能为1～100μJ的光导开关5。所示光导开关5的触发光能可以为5μJ、25μJ、50μJ或者75μJ。

光导开关5的触发光能由光导触发源6提供，所述光导触发源6通过光纤向所述光导开关5传送光能。触发电容8电压达到预设值时，所述光导触发源6激活所述光导开关5进入导通状态。触发元件(触发电容8)的电压会随着时间变化，通过调节分压电阻7和触发电容8的参数，可以改变触发电容8所能达到的最大电压，当触发电容8达到设定电压后，所述光导触发源6将通过光纤向所述光导开关5传送光能，从而控制光导开关5导通。

光导触发光源可以通过一根光纤对一个光导开关5传送光能以控制一个光导开关5导通，从而触发一路气体开关3；也可以通过多根光纤分别对多个光导开关5传送光能而分别控制多个光导开关5导通，从而触发多路气体开关3。

气体开关3的触发极连接电阻或者阻容分压电路，通过外接电阻分压或者阻容分压电路来保持气体开关3触发前触发极的电位。

实施例三

在本实施例中，主回路电源1将容量为22nF的主储能电容2充电至50kV，其充电时间为30微秒，与主储能电容2并联的气体开关3的自击穿电压约65kV，分压电阻7是20kΩ的高电压玻璃釉电阻，触发储能电容是容量3.3nF，耐压15kV的高压陶瓷电容，故充电开始后30微秒时触发储能电容的电压为8kV，导通元件(光导开关5)是置于绝缘油中的长宽高为6mm×6mm×3mm的GaAs半绝缘光导开关5，光能量仅为50uJ的光导触发源6在充电开始后30微秒时照射导通元件使之进入导通状态，使连接到触发储能电容对变压器4原边放电，变压器4的副边在气体开关3触发极上产生与气体开关3主间隙电压极性相反的触发脉冲，触发气体开关3发生击穿，完成一次气体开关3的触发。

实施例四

本实施例提供了一种基于变压器4的一体化弱光触发气体开关3电路的工作方法，首先由主回路电源1对主储能电容2进行充电，在充电过程中，触发电容8通过分压电阻7形成RC分压电路而同时进行充电，通过选择合适的触发电容8的容量和分压电阻7的阻值，使触发电容8在主储能电容2充满电时达到设定的电压值(可以参见实施例三)；

此时，控制光导触发源6通过光纤向光导开关5传送光能，使光导开关5进入导通状态，触发电容8对变压器4原边放电，变压器4的副边在气体开关3触发极上产生与气体开关3主间隙电压极性相反的触发脉冲，进而引起气体开关3主间隙导通，完成本实用新型基于变压器4的一体化弱光触发气体开关3的触发。

由于本实施例所介绍的方法为实施本实用新型实施例中一种基于变压器4的一体化弱光触发气体开关3电路所采用的方法，故而本实用新型实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的方法的具体实施方式以及各种变化形式，所以在此对于方法如何实现本实用新型实施例中的电路不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本实用新型实施例中的方法所采用的设备，都属于本实用新型的保护范围。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出的是，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其特征在于：气体开关、变压器、光导开关、分压电阻和触发电容；

所述气体开关的高压极与分压电阻连接，气体开关的地电极接地，气体开关的触发极与变压器的副边连接；

变压器原边的一个端子连接光导开关的一端，光导开关的另一端分别连接分压电阻和触发电容；变压器原边的另一个端子连接触发电容并接地。

2.根据权利要求1所述的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其特征在于：气体开关的高压极和分压电阻连接一个主回路电源的正极，主回路电源的负极接地；主回路电源并联一个主储能电容。

3.根据权利要求1所述的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其特征在于：光导开关工作于非线性工作模式。

4.根据权利要求1所述的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其特征在于：光导开关采用触发光能为1～100μJ的光导开关。

5.根据权利要求1所述的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其特征在于：光导开关的触发光能由光导触发源提供，所述光导触发源通过光纤向所述光导开关传送光能。

6.根据权利要求1所述的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其特征在于：气体开关的触发极连接电阻或者阻容分压电路，通过外接电阻分压或者阻容分压电路来保持气体开关触发前触发极的电位。

7.根据权利要求2所述的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其特征在于：主储能电容的容量为22nF。

8.根据权利要求1所述的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其特征在于：分压电阻是20kΩ的高电压玻璃釉电阻。

9.根据权利要求1所述的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其特征在于：触发电容是容量3.3nF，耐压15kV的高压陶瓷电容。

10.根据权利要求1所述的基于变压器的一体化弱光触发气体开关电路，其特征在于：光导开关是置于绝缘油中的长宽高为6mm×6mm×3mm的GaAs半绝缘光导开关。

Images