CN212277621U

CN212277621U - 一种伪火花开关

Info

Publication number: CN212277621U
Application number: CN202021275612.9U
Authority: CN
Inventors: 李建北; 董攀; 黄刚; 陈宇航; 陈欣; 陈弹蛋; 向军; 李天涛; 刘平; 彭宇飞; 龙继东; 李�杰
Original assignee: Institute of Fluid Physics of CAEP
Current assignee: Institute of Fluid Physics of CAEP
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2030-07-03

Abstract

本实用新型公开了一种伪火花开关，包括伪火花开关本体，该伪火花开关本体包括阴极封接件、绝缘外壳、空心阴极、空心阳极和阳极封接件，该伪火花开关还包括触发极、绝缘体、触发电源和放电电路，以实现通过放电电路放电触发伪火花开关工作，提高伪火花开关的工作效率，使得伪火花开关可以适用于对时间要求高的工作场景中。

Description

一种伪火花开关

技术领域

本实用新型涉及气体放电开关技术领域，具体涉及一种伪火花开关。

背景技术

伪火花开关是一种工作在帕邢曲线左支的气体放电开关，其内部气压约数十帕，和氢闸流管相似。伪火花开关的阴阳极均为空心结构，工作在空心阴极效应状态下。当空心阴极放电时，伪火花开关内部的等离子体在空心阴极作用下，形成虚阳极。虚阳极和空心阴极之间形成阴极鞘层，该阴极鞘层内部电场非常强，当电子在阴极鞘层内获得能量后，和气体分子碰撞形成高密度等离子体，因此，伪火花开关的工作电流可达到200kA。当工作电流反向时，伪火花开关的空心阳极变为空心阴极，在空心阴极效应状态下，其反向电流通过能力可以到工作电流的90%，广泛应用于大功率脉冲技术领域。现有的伪火花开关一般都有储氢器，用来调节伪火花开关工作状态，但储氢器释放氢气前需要通过外电源加热5分钟左右才可以释放氢气，影响效率，导致在某些对时间响应要求高的工作场景下并不适用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是由于现有的伪火花开关使用前储氢器需要预热5分钟左右，影响效率，导致在某些对时间要求高的场景下并不适用，因此，提供一种去除储氢器的伪火花开关，通过直接在伪火花开关内充惰性气体，节省氢气加热时间，使得伪火花开关可以适用于对时间响应要求高的工作场景中。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种伪火花开关，包括伪火花开关本体，所述伪火花开关本体包括阴极封接件、绝缘外壳、空心阴极、空心阳极和阳极封接件，所述伪火花开关还包括触发极、绝缘体、触发电源和放电电路；

所述绝缘外壳的一端连接有阳极封接件，另一端连接有阴极封接件，所述绝缘外壳、所述阳极封接件和所述阴极封接件形成密闭腔体，所述密闭腔体内充有惰性气体；在所述密闭腔体内，所述阳极封接件上连接有所述空心阳极，所述阴极封接件上连接有所述空心阴极，所述阴极封接件、所述绝缘体和所述触发极由外而内依次设置，所述触发极的与所述绝缘体靠近所述阳极封接件的一面重合；所述触发极与所述触发电源的一端连接，所述触发电源的另一端与所述放电电路的阴极馈电接头连接，所述放电电路的阳极馈电接头与所述阳极封接件连接，所述放电电路的阴极馈电接头与所述阴极封接件连接，所述阴极封接件接地。

进一步地，所述放电电路包括充电电源、二极管、高压电容和充电限流电阻；

所述充电电源的正极与所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述高压电容的一端连接后作为放电电路的阳极馈电接头；所述充电电源的负极与所述充电限流电阻的一端连接，所述充电限流电阻的另一端与所述高压电容的另一端连接后作为放电电路的阴极馈电接头。

进一步地，所述绝缘体的上表面镀有一层金属膜，所述金属膜采用导电率在所述伪火花开关工作的状态下达到预设值的材料。

进一步地，所述金属膜的厚度为100~300nm。

进一步地，所述绝缘外壳采用陶瓷材料。

进一步地，所述阴极封接件和所述阳极封接件的采用可伐合金。

进一步地，所述空心阴极和所述空心阳极的采用WCu合金材料。

进一步地，所述密闭腔体内的惰性气体为Ne气。

进一步地，所述阳极馈电接头和阴极馈电接头均为同轴结构。

进一步地，所述伪火花开关为圆柱体，所述圆柱的长度为45mm-55mm,所述圆柱的直径为35mm-45mm。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

去掉储氢器，通过放电电路放电以使伪火花开关工作，节省氢气加热时间，使得伪火花开关可以适用于对时间响应要求高的工作场景中；去掉储氢器，可有效减小伪火花开关体积。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型一种伪火花开关的结构示意图。

图2为本实用新型改进的伪火花开关本体结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-触发极，2-绝缘体，3-阴极封接件,4-绝缘外壳,5-空心阴极，6-空心阳极，7-阳极封接件，8-金属膜，9-阳极馈电接头，10-阴极馈电接头，11-触发电源。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1所示，本实用新型提供一种伪火花开关，包括伪火花开关本体，伪火花开关本体包括阴极封接件3、绝缘外壳4、空心阴极5、空心阳极6和阳极封接件7，伪火花开关还包括触发极1、绝缘体2、触发电源11和放电电路。

绝缘外壳4的一端连接有阳极封接件7，另一端连接有阴极封接件3，绝缘外壳4、阳极封接件7和阴极封接件3形成密闭腔体，密闭腔体内充有惰性气体；在密闭腔体内，阳极封接件7上连接有空心阳极6，阴极封接件3上连接有空心阴极5，阴极封接件3、绝缘体2和触发极1由外而内依次设置，触发极的1与绝缘体2靠近阳极封接件7的一面重合；触发极1与触发电源11的一端连接，触发电源11的另一端与放电电路的阴极馈电接头连接，放电电路的阳极馈电接头与阳极封接件7连接，放电电路的阴极馈电接头10与阴极封接件3连接，阴极封接件3接地。

具体地，阴极封接件3、绝缘体2和触发极1由外而内依次设置，触发极1与阴极封接件3的间距为0.5mm，触发极的1与绝缘体2靠近阳极封接件7的一面重合，使得伪火花开关所需的工作电压更低，提高伪火花开关触发过程的可靠性。

当触发电源11闭合，触发放电电路放电，触发极1和空心阴极5在触发电源11提供的电压下发生击穿放电，空心阴极5内产生等离子体，触发极1经击穿放电产生的电子在空心阴极5和空心阳极6产生的电场作用下运动至空心阳极6，空心阴极5和空心阳极6之间发生击穿放电，伪火花开关开始工作，触发电源关闭。本实施例中的触发电源11指用于产生负脉冲电压信号装置。

进一步地，放电电路包括充电电源、二极管、高压电容和充电限流电阻。

充电电源的正极与二极管的阳极连接，二极管的阴极与高压电容的一端连接后作为放电电路的阳极馈电接头9；充电电源的负极与充电限流电阻的一端连接，充电限流电阻的另一端与高压电容的另一端连接后作为放电电路的阴极馈电接头10。

本实施例中的伪火花开关触发电压为500V。

具体地，在使用伪火花开关之前，充电电源对高压电容充电。充电完成后，打开触发电源11，触发极1和空心阴极5之间发生击穿放电，在空心阳极6的作用下，触发极1经击穿放电产生的电子运动至空心阳极6，空心阴极5产生等离子体，在等离子体作用下，伪火花开关开始工作，之后放电由高压电容维持，直到高压电容储存的电荷释放完毕，放电结束，伪火花开关结束工作。触发电源11负极连接触发极1，可使触发极1产生的电子更容易被阳极吸引，伪火花开关可以更快导通，减少导通时间，提高伪火花开关的响应速度。

进一步地，绝缘体2的上表面镀有一层金属膜8，金属膜8采用导电率在伪火花开关工作的状态下达到预设值的材料。

其中，预设值指预先设置的用于判断金属膜8在伪火花开关工作的状态下，其导电率需要满足的值。该预设值为一接近半导体导电率的值，具体大小可由用户根据实际情况确定。本实施例中的金属膜包括但不限于Cu、Al等导电性良好的材料。

具体地，在绝缘体2的上表面镀有一层金属膜8，以增强空心阴极5附近的电场，降低绝缘体2的表面逸出功，增加电子发射几率，更容易引发放电过程，降低触发电压，提高伪火花开关工作的可靠性。

进一步地，金属膜8的厚度为100~300nm。

进一步地，绝缘外壳4采用陶瓷材料。

进一步地，阴极封接件3和阳极封接件7的采用可伐合金。

进一步地，空心阴极5和空心阳极6的采用WCu合金材料。

具体地，空心阴极5和空心阳极6的采用WCu合金材料，以兼备难熔金属W和导热金属Cu的特性。

进一步地，密闭腔体内的惰性气体为Ne气。

进一步地，阳极馈电接头9和阴极馈电接头10均为同轴结构。

进一步地，伪火花开关为圆柱体，圆柱的长度为45mm-55mm,圆柱的直径为35mm-45mm。

具体地，通过去除储氢器，可以将伪火花开关尺寸做到长度为45mm-55mm,直径为35mm-45mm的圆柱体，有效减小了伪火花开关的尺寸。

通过闭合触发电源，伪火花开关中的触发极和空心阴极之间发生击穿放电，空心阴极产生等离子体，在等离子体作用下，触发伪火花开关工作，通过放电电路放电。伪火花开关内充有惰性气体，无需使用储氢器产生伪花火开关工作的气体，节省氢气加热时间，提高工作效率，使得伪火花开关可以适用于对时间要求高的工作场景中。另外，去掉储氢器，也可有效减小伪火花开关体积；将阴极封接件、绝缘体和触发极由外而内依次设置，触发极与绝缘体靠近阳极封接件的一面重合，形成沿面触发方式，并在绝缘体的上表面镀有一层金属膜以使降低伪火花开关触发电压，提高其工作可靠性。

具体地，以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种伪火花开关，包括伪火花开关本体，所述伪火花开关本体包括阴极封接件（3）、绝缘外壳（4）、空心阴极（5）、空心阳极（6）和阳极封接件（7），其特征在于，所述伪火花开关还包括触发极（1）、绝缘体（2）、触发电源（11）和放电电路；

所述绝缘外壳（4）的一端连接有阳极封接件（7），另一端连接有阴极封接件（3），所述绝缘外壳（4）、所述阳极封接件（7）和所述阴极封接件（3）形成密闭腔体，所述密闭腔体内充有惰性气体；在所述密闭腔体内，所述阳极封接件（7）上连接有所述空心阳极（6），所述阴极封接件（3）上连接有所述空心阴极（5），所述阴极封接件（3）、所述绝缘体（2）和所述触发极（1）由外而内依次设置，所述触发极（1）与所述绝缘体（2）靠近所述阳极封接件（7）的一面重合；所述触发极（1）与所述触发电源（11）的一端连接，所述触发电源（11）的另一端与所述放电电路的阴极馈电接头（10）连接，所述放电电路的阳极馈电接头（9）与所述阳极封接件（7）连接，所述放电电路的阴极馈电接头（10）与所述阴极封接件（3）连接，所述阴极封接件（3）接地。

2.根据权利要求1所述的一种伪火花开关，其特征在于，所述放电电路包括充电电源、二极管、高压电容和充电限流电阻；

所述充电电源的正极与所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述高压电容的一端连接后作为放电电路的阳极馈电接头（9）；所述充电电源的负极与所述充电限流电阻的一端连接，所述充电限流电阻的另一端与所述高压电容的另一端连接后作为放电电路的阴极馈电接头（10）。

3.根据权利要求1所述的一种伪火花开关，其特征在于，所述绝缘体（2）的上表面镀有一层金属膜（8），所述金属膜（8）采用导电率在所述伪火花开关工作的状态下达到预设值的材料。

4.根据权利要求3所述的一种伪火花开关，其特征在于，所述金属膜（8）的厚度为100~300nm。

5.根据权利要求1所述的一种伪火花开关，其特征在于，所述绝缘外壳（4）采用陶瓷材料。

6.根据权利要求1所述的一种伪火花开关，其特征在于，所述阴极封接件（3）和所述阳极封接件（7）的采用可伐合金。

7.根据权利要求1所述的一种伪火花开关，其特征在于，所述空心阴极（5）和所述空心阳极（6）的采用WCu合金材料。

8.根据权利要求1所述的一种伪火花开关，其特征在于，所述密闭腔体内的惰性气体为Ne气。

9.根据权利要求1所述的一种伪火花开关，其特征在于，所述阳极馈电接头（9）和所述阴极馈电接头（10）均为同轴结构。

10.根据权利要求1所述的一种伪火花开关，其特征在于，所述伪火花开关为圆柱体，所述圆柱的长度为45mm-55mm,所述圆柱的直径为35mm-45mm。