專利名稱：一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及大功率固體激光器氙燈泵浦的初級電源，特別涉及一種二電極氣 體開關(guān)用Marx觸發(fā)器，適用于大功率固體激光器氙燈泵浦的初級電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在大功率固體激光器氙燈泵浦的初級電源系統(tǒng)中，二電極氣體開關(guān)負責將能量從 能源組件傳遞到大功率脈沖氙燈負載，二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器( 一般也稱Marx發(fā) 生器，本實用新型中因用來觸發(fā)二電極氣體開關(guān)，故稱為Marx觸發(fā)器)是整個初級電源系 統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。為了提高初級電源系統(tǒng)的輸出總能量，通常采用多臺能源組件并聯(lián)同 步運行，由于能源組件對氙燈放電是一個瞬態(tài)快速過程，基于能量集中的原則，多臺能源組 件并聯(lián)運行對整個二電極氣體開關(guān)系統(tǒng)的同步性和時間抖動有一定要求，且要求開關(guān)系統(tǒng) 的可靠性和穩(wěn)定性均很高。 二電極氣體開關(guān)通常的工作電壓選在其自擊穿電壓的40 % 60 % ，以保證自 閃概率低，穩(wěn)定性高；由于大功率氙燈負載決定了二電極氣體開關(guān)的工作電壓較高(約 20kV)，其自擊穿電壓對應(yīng)更高(約40kV)，考慮一定的觸發(fā)裕度，二電極氣體開關(guān)的觸發(fā)脈 沖幅值要求更高；同時，為了減小二電極氣體開關(guān)的擊穿時間抖動，要求Marx觸發(fā)器的觸 發(fā)脈沖的上升前沿也很陡峭。 Marx觸發(fā)器不僅需要產(chǎn)生快前沿、高幅值的觸發(fā)脈沖以保證二電極氣體開關(guān)的可 靠擊穿而且抖動小，而Marx觸發(fā)器自身的建立時間抖動(Marx觸發(fā)器從第一對觸發(fā)間隙被 觸發(fā)點火之后，到最后一級火花間隙擊穿輸出高壓脈沖所需要的時間稱為Marx觸發(fā)器的 建立時間，建立時間的分散性稱為建立時間抖動)也對整個氣體開關(guān)系統(tǒng)的同步性和時間 抖動有很大的影響。 一方面Marx觸發(fā)器建立時間抖動隨其工作欠壓比的提高而減小，另一 方面欠壓比提高后必然導(dǎo)致自擊穿概率增大，系統(tǒng)可靠性降低；因此，要求二電極氣體開關(guān) 用Marx觸發(fā)器工作在較低的欠壓比下，且建立時間抖動小，這樣傳統(tǒng)的單級觸發(fā)的Marx觸 發(fā)器便不能滿足需求，需要采取改進措施來保證Marx觸發(fā)器的同步性和可靠性來滿足氣 體開關(guān)系統(tǒng)。 Marx觸發(fā)器實際應(yīng)用電路詳細參見專利申請?zhí)枮?00910022925. 5的《一種二電 極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器的輸出保護電路》;由于Marx觸發(fā)器輸出端接在二電極氣體開關(guān) 和磁開關(guān)之間的公共節(jié)點上，磁開關(guān)的伏秒量滿足Marx觸發(fā)器觸發(fā)脈沖觸發(fā)二電極氣體 開關(guān)之前不飽和，在二電極氣體開關(guān)觸發(fā)導(dǎo)通之后，主儲能單元向氙燈負放電時磁開關(guān)迅 速飽和導(dǎo)通，而此時Marx觸發(fā)器內(nèi)部間隙尚未熄弧，由于主儲能單元的容量很大，短時間 內(nèi)相當于在Marx觸發(fā)器輸出端反向施加一個恒壓源，此時由于隔離間隙處于導(dǎo)通狀態(tài)，且 Marx觸發(fā)器最后一級儲能電容對外殼電位最高，一旦此處絕緣出現(xiàn)故障，發(fā)生對外殼(即 地電位)擊穿，主儲能單元將直接對地放電，電流過大可能導(dǎo)致能源組件中的主儲能單元 發(fā)生嚴重故障，雖然此故障現(xiàn)象出現(xiàn)概率很低，但危害很大，因此有必要采取保護措施防止 這種故障現(xiàn)象的出現(xiàn)。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器，能夠使Marx觸
發(fā)器工作在較低的欠壓比下，其建立時間抖動小以保證氣體開關(guān)系統(tǒng)在大功率固體激光器
氙燈泵浦的初級電源中工程應(yīng)用時的可靠性、安全性與同步性。 為達到以上目的，本實用新型是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。 —種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器，包括同軸金屬密封筒，位于同軸金屬密封筒
中央的絕緣板，設(shè)置在絕緣板上具有多級的被動觸發(fā)間隙的觸發(fā)電路和具有多級的自擊穿
間隙的升壓電路；所述觸發(fā)電路的輸入端分別接入高壓直流和觸發(fā)信號，觸發(fā)電路的輸出
端連接升壓電路的輸入端，升壓電路的輸出端輸出二電極氣體開關(guān)用觸發(fā)脈沖；其特征在
于，在同軸金屬密封筒內(nèi)設(shè)置有隔離間隙、隔直電容、泄放電阻；所述升壓電路的輸出端依
次串聯(lián)隔離間隙、隔直電容后，向同軸金屬密封筒外輸出二電極氣體開關(guān)用觸發(fā)脈沖，所述
隔離間隙和隔直電容的公共節(jié)點處連接一個用于釋放隔直電容殘壓的泄放電阻。 本實用新型的進一步改進和特點在于 (1)所述被動觸發(fā)間隙的第一級的兩側(cè)并聯(lián)有一輔助放電電容。
(2)所述被動觸發(fā)間隙、自擊穿間隙、隔離間隙位于同一中心線上。
(3)所述泄放電阻的一端電連接所述隔離間隙和隔直電容的公共節(jié)點，其另一端
電連接所述同軸金屬密封筒的筒壁。
(4)所述泄放電阻與隔直電容并聯(lián)。 (5)所述同軸金屬密封筒充注絕對壓力為1 5Bar干燥空氣。 本實用新型中，在同軸金屬密封筒內(nèi)設(shè)置有隔離間隙、隔直電容、泄放電阻，升壓
電路的輸出端依次串聯(lián)隔離間隙、隔直電容后，向同軸金屬密封筒外輸出二電極氣體開關(guān)
用觸發(fā)脈沖，隔離間隙和隔直電容的公共節(jié)點處連接一個用于釋放隔直電容殘壓的泄放電
阻；此外，被動觸發(fā)間隙的第一級的兩側(cè)并聯(lián)有一輔助放電電容。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相
比，具有以下優(yōu)點 (1) 、 Marx觸發(fā)器采用充氣同軸金屬密封筒，隔離間隙、隔直電容、泄放電阻，不受
外界溫度、濕度、氣壓、電磁干擾等因素的影響，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，性能穩(wěn)定。 (2)、被動觸發(fā)間隙的第一級的兩側(cè)并聯(lián)有一輔助放電電容，可以增強第一級被動
觸發(fā)間隙的紫外光輻射，又由于所有間隙均位于同一中心線上，因此加強后的紫外光照射
同時有利于后幾級間隙(包括隔離間隙)的擊穿，從而提高Marx觸發(fā)器的同步性。 (3)、在隔離間隙之后串聯(lián)一隔直電容，可以防止Marx觸發(fā)器最后一級主放電電
容發(fā)生對外殼(即地電位)擊穿故障時，主儲能單元將直接對地放電，電流過大可能導(dǎo)致能
源組件發(fā)生嚴重故障的情況。 (4)、同軸金屬密封筒充注絕對壓力為1 5Bar干燥空氣，能夠提高泄放電阻的絕 緣可靠性。
以下結(jié)合附圖及具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明。

圖1為具有本實用新型的Marx觸發(fā)器的大功率固體激光器初級能源系統(tǒng)的電路原理圖。 圖2為本實用新型的一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器實際電路圖； 圖3為圖2的等效電路原理圖。 圖4為本實用新型的另一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器的等效電路電路原理 圖。
具體實施方式參照圖l，大功率固體激光器初級能源系統(tǒng)中，預(yù)電離電容充電機1向其對應(yīng)的儲 能單元2充電，然后經(jīng)過開關(guān)K控制向氙燈負載3提供預(yù)電離脈沖。主放電電容充電機4向 其對應(yīng)的主儲能單元5充電，主儲能單元5依次通過二電位氣體開關(guān)6、磁開關(guān)7向氙燈負 載3提供主放電脈沖，通過Marx觸發(fā)器8輸出的高壓脈沖控制二電極氣體開關(guān)6的通斷， 整個能源系統(tǒng)中氙燈負載、主預(yù)儲能電容、Marx觸發(fā)器外殼及系統(tǒng)其他接地點公用同一個 接地點。Marx觸發(fā)器8的電源輸入端連接直流高壓發(fā)生器。Marx觸發(fā)器8的觸發(fā)輸入端 通過光控10KV高壓脈沖放大器連接觸發(fā)信號。 參照圖2，為一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器實際電路，布置在有機玻璃絕緣 板上，主要包括以下觸發(fā)電路9、升壓電路10和隔離電路11。 觸發(fā)電路9具有兩級的被動觸發(fā)間隙，第一級被動觸發(fā)間隙的一端依次通過一個 充電電阻、二極管連接高穩(wěn)定性直流高壓發(fā)生器的正極輸入端，二極管的電流流向指向充 電電阻，第一級被動觸發(fā)間隙的另一端連接Marx觸發(fā)器外殼(即地線)；第一級被動觸發(fā) 間隙的兩端并聯(lián)有主放電電容C和隔離電阻R組成的串聯(lián)回路，其中隔離電阻R的一端連 接直流高壓發(fā)生器的負極輸入端，隔離電阻的另一端作為第一級被動觸發(fā)間隙的負極輸出 端子，第一級被動觸發(fā)間隙和主放電電容C的公共節(jié)點作為第一級被動觸發(fā)間隙的正極輸 出端。觸發(fā)信號通過觸發(fā)電阻&后點燃第一級被動觸發(fā)間隙。第一級被動觸發(fā)間隙的兩 端還并聯(lián)有輔助放電電容Q，增強放電。 第二級被動觸發(fā)間隙的正、負極輸出端子分別通過隔離電阻R與第一級被動觸發(fā) 間隙的正、負極輸出端子連接，主放電電容C并聯(lián)在第二級被動觸發(fā)間隙的正、負極輸出端 子之間。觸發(fā)信號通過觸發(fā)電阻R2后，點燃第二級被動觸發(fā)間隙。 升壓電路10具有四級的自擊穿間隙，四級自擊穿間隙電路形式相同，并且依次級 聯(lián)，第一、二、三、四級自擊穿間隙與第二級被動觸發(fā)間隙的區(qū)別在于沒有用于點燃間隙的 輔助電極、觸發(fā)電阻和觸發(fā)回路。第四級(即末級)自擊穿間隙的正極輸出端子懸空，負極 輸出端子作為升壓電路的輸出端。 隔離電路11包括依次串聯(lián)的依次串聯(lián)隔離間隙K'、隔直電容C'，隔離電容C' 的兩端并聯(lián)有用于釋放隔直電容C'殘壓的泄放電阻R'。 參照圖3，有機玻璃絕緣板以及布置其上的觸發(fā)電路9、升壓電路10和隔離電路11 均放入于同軸金屬(鋁質(zhì))密封筒中央，同軸金屬密封筒充注絕對壓力為1 5Bar干燥空 氣；被動觸發(fā)間隙、自擊穿間隙、隔離間隙位于同一中心線上，并且升壓電路10的輸出端依 次串聯(lián)隔離間隙、隔直電容后，向同軸金屬密封筒外輸出二電極氣體開關(guān)6用觸發(fā)脈沖。此 時的等效電路和實際電路的不同在于，同軸金屬密封筒的外壁接地，上述實際電路的各個 節(jié)點和同軸金屬密封筒的筒壁之間存在分布電容，尤其是隔離間隙K'和隔直電容C'的公共節(jié)點對同軸金屬密封筒的雜散電容，可以在導(dǎo)通瞬間鉗位隔離間隙K'的該公共節(jié)點 的初始電位，類似于Marx觸發(fā)器的建立機理，提高了用于隔離間隙K'的擊穿電壓，從而保 證Marx觸發(fā)器工作在較低電壓下便可以保證隔離間隙K'與二電極氣體開關(guān)6均可靠擊 穿，且隔離間隙K'先于二電極氣體開關(guān)擊穿。 上述電路的參數(shù)選取范圍如下隔直電容電容量為O. 2nF 10nF，泄放阻R'選擇 阻值為500k Q 30M，，容量為50W 100W ;輔助放電電容電容量為0. 5nF 5nF ;隔離間 隙K'內(nèi)部為稍不均勻場，其直流擊穿電壓大于50kV(不被預(yù)電離擊穿即可)，其脈沖擊穿 電壓不大于70 75kV(保證能被Marx觸發(fā)器可靠擊穿)，充氣絕壓為1 5Bar。 參照圖4，另一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器的等效電路電路，與前一種等效 電路的區(qū)別是泄放電阻R'的一端電連接隔離間隙K'和隔直電容C'的公共節(jié)點，其另 一端電連接同軸金屬密封筒的筒壁，同軸金屬密封筒的外壁可靠接地。
權(quán)利要求一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器，包括同軸金屬密封筒，位于同軸金屬密封筒中央的絕緣板，設(shè)置在絕緣板上具有多級的被動觸發(fā)間隙的觸發(fā)電路和具有多級的自擊穿間隙的升壓電路；所述觸發(fā)電路的輸入端分別接入高壓直流和觸發(fā)信號，觸發(fā)電路的輸出端連接升壓電路的輸入端，升壓電路的輸出端輸出二電極氣體開關(guān)用觸發(fā)脈沖；其特征在于，在同軸金屬密封筒內(nèi)設(shè)置有隔離間隙、隔直電容、泄放電阻；所述升壓電路的輸出端依次串聯(lián)隔離間隙、隔直電容后，向同軸金屬密封筒外輸出二電極氣體開關(guān)用觸發(fā)脈沖，所述隔離間隙和隔直電容的公共節(jié)點處連接一個用于釋放隔直電容殘壓的泄放電阻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器，其特征在于，所述被動 觸發(fā)間隙的第一級的兩側(cè)并聯(lián)有一輔助放電電容。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器，其特征在于，所述被動 觸發(fā)間隙、自擊穿間隙、隔離間隙位于同一中心線上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器，其特征在于，所述泄放 電阻的一端電連接所述隔離間隙和隔直電容的公共節(jié)點，其另一端電連接所述同軸金屬密 封筒的筒壁。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器，其特征在于，所述泄放 電阻與隔直電容并聯(lián)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器，其特征在于，所述同軸 金屬密封筒充注絕對壓力為1 5Bar干燥空氣。
專利摘要本實用新型涉及大功率固體激光器氙燈泵浦的初級電源，公開了一種二電極氣體開關(guān)用Marx觸發(fā)器。它包括同軸金屬密封筒，位于同軸金屬密封筒中央的絕緣板，設(shè)置在絕緣板上具有多級被動觸發(fā)間隙的觸發(fā)電路和具有多級自擊穿間隙的升壓電路；所述觸發(fā)電路的輸入端分別接入高壓直流和觸發(fā)信號，觸發(fā)電路的輸出端連接升壓電路的輸入端，升壓電路的輸出端輸出二電極氣體開關(guān)用觸發(fā)脈沖；其特征在于，在同軸金屬密封筒內(nèi)設(shè)置有隔離間隙、隔直電容、泄放電阻；所述升壓電路的輸出端依次串聯(lián)隔離間隙、隔直電容后，向同軸金屬密封筒外輸出二電極氣體開關(guān)用觸發(fā)脈沖，所述隔離間隙和隔直電容的公共節(jié)點處連接一個用于釋放隔直電容殘壓的泄放電阻。
文檔編號H05B41/30GK201550347SQ200920245390
公開日2010年8月11日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者劉鵬, 李良書, 杜修明, 楊蘭均, 童金祿, 趙宏博 申請人:西安交通大學