环槽电极结构的伪火花开关耐压特性

 设计了一种具有环槽电极结构的新型伪火花开关，进行了空气介质下的耐压特性实验，并与传统的同轴多通道结构的伪火花开关耐压特性进行了对比。给出了伪火花开关工作的气压范围（1~100 Pa）和两种伪火花开关的最大耐压。实验结果显示，新型环槽结构伪火花开关最大耐压达到41 V，而传统同轴多通道开关的最大高耐压只有28.4 kV，新设计开关的最大耐压和耐压稳定性都明显高于同轴多通道开关。     

高库仑量大电流两电极气体火花开关研究

设计了一个两电极气体火花开关，开关的主体部分仅包括阴极、阳极两个主电极，以及金属外壳和绝缘支撑外壳，两电极结构取消了触发极，消除了由于触发极烧蚀影响开关寿命的问题。开关设计工作电压23 kV，单脉冲能量1.2 MJ，峰值电流300 kA，单次脉冲电荷转移量110 C。初步试验阶段开关工作电压达到15 kV，开关的通流180 kA，电荷转移量为47.85 C。开关触发性能可靠，电极烧蚀均匀。     

伪火花放电开关的陶瓷表面放电触发研究

 设计了伪火花开关的陶瓷材料表面放电触发器，该触发器体积小，结构简单，可焙烧。经大量实验表明，较传统的表面放电触发器可靠性提高，寿命延长，用它触发的伪火花开关（放电电压30~2kV）具有稳定的放电时延（50~340ns）和时延抖动（15~40ns）。由于触发电流大，因此可在极低的开关电压下触发开关，对耐受电压30kV的伪火花开关，其最低可触发开关电压可至600V。     

高库仑量大电流两电极气体火花开关研究

 设计了一个两电极气体火花开关，开关的主体部分仅包括阴极、阳极两个主电极，以及金属外壳和绝缘支撑外壳，两电极结构取消了触发极，消除了由于触发极烧蚀影响开关寿命的问题。开关设计工作电压23 kV，单脉冲能量1.2 MJ，峰值电流300 kA，单次脉冲电荷转移量110 C。初步试验阶段开关工作电压达到15 kV，开关的通流180 kA，电荷转移量为47.85 C。开关触发性能可靠，电极烧蚀均匀。     

伪火花放电开关电压跌落过程实验研究

 设计了典型参数下的伪火花放电开关，进行了空气介质下的电压特性实验，给出了伪火花开关放电电压与气压变化的关系曲线；测量了产生伪火花放电的气压范围（1~29Pa）和单间隙伪火花放电开关耐受电压的最大值(40kV)，测得了伪火花放电与辉光放电的转折点气压(29Pa)，并对实验结果进行了理论分析。研究了伪火花放电开关电压跌落时间与放电电压的关系，首次将开关电压跌落过程分为暂态阶段和稳态阶段，讨论了放电电路参数，气体压力，开关结构和放电电压对电压跌落时间的影响。实验表明，在气压和开关结构不变的条件下，暂态过程时间由放电电压决定，电压越高，则所需时间就越短；稳态过程时间由放电电路参数决定，不受放电电压影响。     

激光触发伪火花开关的研究

通过等离子体建模仿真及物理实验结合的方式验证了激光触发伪火花开关的可行性。分别使用波长266 nm和532 nm的激光,对激光触发伪火花开关的最低激光触发能量、阳极着火延迟时间和时间跳动三项参数进行测试。在非聚焦模式下,仅调整激光能量,测得开关在波长266 nm激光触发下,最低触发能量为15 mJ,该触发能量下,阳极着火延迟时间约为340 ns,时间跳动约为40 ns;在波长532 nm激光触发下,最低触发能量为83 mJ,该触发能量下,阳极着火延迟时间约为420 ns,时间跳动约为60 ns。在维持实验平台不变的情况下,仅对入射激光进行聚焦,测得波长266 nm激光触发下,最低触发能量为4 mJ,当触发能量8 mJ时,阳极着火延迟时间190 ns,开关时间跳动小于1 ns;波长532 nm激光触发下,最低触发能量为6 mJ,当激光触发能量为8 mJ时,阳极着火延迟时间240 ns,开关时间跳动小于1 ns。     

基于反向开关晶体管的重复频率脉冲电流源

 介绍一种基于新型大功率半导体反向导通型双晶复合晶体管(RSD)开关的重复频率脉冲电流源。重复频率脉冲源主要包括半导体RSD开关、快速可控硅和磁开关等元件。初步实验产生的脉冲峰值电流约6.2 kA，脉冲宽度约10 μs，电流上升率可达18 kA/μs，工作电压约1 kV，可工作于单次和重复频率1，10和100 Hz等状态。     

kA级脉冲电流注入环的电路建模与分析北大核心CSCD

为满足kA级脉冲电流注入应用需求,设计了一种基于非晶磁芯的电流注入环,其初级线圈采用线缆直接引出的方式,有效解决了传统注入环N型电缆接头耐压不足的问题。之后根据注入环结构建立了其电路模型,并应用粒子群优化算法确定了模型参数值。频域和时域的验证实验表明,仿真结果和实验结果具有较好的一致性,验证了该电路模型的可靠性和正确性。对注入环的实际应用场景进行了仿真分析,结果表明该电流注入环可满足实际应用中kA级脉冲电流注入的需求。     

赝火花开关放电的蒙特卡罗粒子模拟

采用粒子模拟和蒙特卡罗相结合的方法,应用静电求解模型,对赝火花开关初始放电过程进行了模拟。赝火花开关初始放电过程主要由汤森放电过程、等离子体形成、空心阴极效应和场致发射引发主放电组成;等离子体形成和空心阴极效应对赝火花开关的发展导通具有至关重要的作用。改变赝火花开关工作参数,如气压、电极孔径、阳极电压和阴极腔中初始粒子密度,研究其对赝火花开关电子峰值电流形成时间的影响。结果表明:随着气压、电极孔径、阳极电压和初始粒子密度的增大,赝火花开关电子峰值电流形成时间减小。     

冷阴极闸流管的同步特性

对TPI1-10k/50型冷阴极闸流管应用的同步特性开展了研究,通过对闸流管触发参数包括储氢加热电压、直流预电离电流、辅助触发脉冲电流、以及主触发脉冲电流的实验研究,实现了该闸流管在工作电压40 kV、工作电流16 kA、脉冲宽度200 ns、重复频率20 Hz条件下,延时抖动约2 ns。另外通过实验研究发现,通过调节触发参数,可以实现开关延时的调节,达到40 ns范围内精确到±1 ns。     

Pseudospark switches-technological aspects and application

We report results of the development of fast closing switches, so-called pseudospark switches, at Erlangen University. Two different parameter regimes are under investigation: medium power switches (32 kV anode voltage, 30 kA anode current and 0.02 C charge transfer per shot) for pulsed gas discharge lasers and high power switches (30 kV anode voltage, 400 kA anode current and 3.4 C charge transfer per shot) for high current applications. The lifetime of these switches is determined by erosion of the cathode. The total charge transfer of devices with one discharge channel is about 220 kC for the medium and 27 kC for the high power switch. At currents exceeding 45 kA a sudden increase in erosion rate was observed. Multichannel devices are suited to increase lifetime as the current per channel can be reduced. Successful experiments with radial and coaxial arrangements of the discharge channels were performed. In these systems the discharge channels move due to magnetic forces. A skilful use of this phenomena will result in a considerably increase of switch lifetime. Multigap devices enable an increase of anode voltage. A three gap switch has run reliably at an anode voltage of 70 kV     

Pseudospark discharge in long time current pulse: electricalcharacterization and recovery phenomena

At high currents, the performance of triggered vacuum gaps is limited by the constriction of the arc discharge on the anode. In a symmetrical system within flat electrodes, a motionless anode spot appears in front of the trigger spark. A pseudo-spark system within electrode cavities and specific gas pressure provides a good mechanism for avoiding anode spot phenomena. It appears possible to obtain a high intensity diffuse discharge. In this paper, we present the experimental measurements of the instantaneous voltage and discharge current, (peak current less than 50 kA, discharge time between 20 and 300 μs). These measurements allow us to determine the dynamical resistance, mean voltage and energy lost during the conduction phase. Consequently, we refine our knowledge of discharge development. Additionally, we present a complementary investigation on quenching behavior     

超高速脉冲晶闸管设计及特性

介绍一种超高速脉冲半导体器件,该器件属于穿通型器件,电压可达到5000V,电流上升率可以达到20kA/μs以上,根据参数调配,脉冲峰值电流可以达到数百kA。该器件采用多元胞集成结构,采用缓冲层与阳极透明层相结合的扩散技术,使其在压降和开通等方面相对于传统的晶闸管原理开关有更强的优势。并且,该超高速脉冲器件在工艺设计及实现上进行了优化,使生产条件易满足。     

超高速大电流半导体开关实验研究

 利用自行研制的固态半导体开关RSD，采用电容储能方式，研究了RSD的电压响应时间、大电流特性、电流上升率等。在测试RSD的电压响应时间时，得到了25 ns的电压下降曲线。在主电容电压为8 kV时，得到峰值为10.1 kA、脉宽为34 μs、电流上升率为2.03 kA/μs的大电流脉冲。通过调整主电路，在主电容为3 kV时，得到的电流脉冲峰值为8.5 kA、脉宽为2.5 μs、电流上升率为7.2 kA/μs。结果表明，RSD是一种开通快、通流能力强、电流上升率高的大功率半导体开关器件。     

大功率能源模块中的石墨电极气体开关系统

探讨了大功率脉冲电源模块中主放电开关和预电离开关整体系统的设计、制造和试验过程。在主放电回路中选择石墨型两电极气体开关作为主开关,因为其在高峰值和快上升沿时间电流的作用下具有很长的工作寿命,并由此构建了基于脉冲变压器的主开关触发器,其中气路控制装置是该系统的辅助设备。在预电离回路中选择石墨型三电极气体开关作为放电开关,并给出了能够同时输出高电压和大电流的预电离开关触发器的设计原理。最后,电气特性测试实验表明两电极主开关峰值电流超过700kA,总转移电荷量超过200kC,此外通过更换电极,开关的寿命可以延长。预电离开关在充气230kPa绝对气压、充电电压23kV下,击穿时延平均值为7.5μs,时延抖动为0.656μs;预电离开关寿命试验的结果显示开关工作4000发次后石墨电极无需更换,开关的总转移电荷量超过10kC。     

大电流两电极气体开关研究

 由于引燃管难以满足现在能源系统对放电开关承受大电流的要求，因此研制了大电荷转移量两电极气体开关。这种新型气体开关电极间距可调，无触发极，采用同轴结构，并将主电极置于金属腔体内，减少了放电对绝缘支撑的污染。主电极为铜钨合金材料，设计为平顶圆柱状，以提高烧蚀均匀度和热传导效率，减少电极材料喷溅，延长其寿命。绝缘支撑采用碗状结构，提高了机械强度，增加了沿面击穿距离。该开关工作电压达25 kV，放电电流超过100 kA（脉冲宽度600 μs），单次脉冲电荷转移量达50 C。实验结果显示该气体开关触发性能稳定，电极表面烧蚀均匀，多次大电流实验后电极表面保持完好，可应用于强激光能源系统。     

强流电子加速器中气体开关与真空二极管的光学特性

 利用光纤传感器与光电二极管相结合的方法,对强流电子加速器中气体火花开关以及真空二极管的发光特性进行了研究,对影响光电二极管测量的因素进行了理论计算与模拟研究。在气体开关导通电压1.7 MV,二极管电压1.07 MV,电流18 kA时,进行了多次实验,得到了发光特性与击穿电压、电流的关系。同时,对利用光学检测方法测量主开关或真空二极管电压、电流大小得可行性进行了分析。     

一种紧凑型高功率脉冲调制器

 研制了一种基于水介质单同轴脉冲形成线型的高功率脉冲调制器,该调制器由初级储能电容器、脉冲变压器、水介质同轴脉冲形成线、氢气主开关和场发射真空二极管等组成。用Pspice电路软件对脉冲形成线的充电电压和二极管电压、电流进行了模拟,并用有限元软件分析了脉冲形成线的电场分布。当初级储能电容器组充电电压为35 kV, 氢气主开关导通电压高达520 kV时,在调制器场发射二极管输出电压约230 kV, 束流30 kA,脉宽约60 ns的高电压脉冲。此外,对主开关充不同类型的气体进行了实验研究,结果表明:氢气主开关的脉冲调制器能够在二极管上获得前沿更陡的高电压脉冲,并能有效地改善二极管电子束的性能。理论分析与实验结果基本一致。此种类型的调制器具有运行稳定、体积小、结构紧凑的特点。     

用于诊断纳秒脉冲电流的微分环现场标定技术

分析了用于纳秒脉冲电流测量的微分环标定难点,提出微分环现场标定方法。通过脉冲形成线脉冲充电以解决微分环标定中信噪比较低、可信度较差等问题;分析了脉冲形成线充电时间、充电电压及脉冲形成开关击穿电压等回路参数对标定结果的影响。基于闪光二号加速器,对测量二极管电流的微分环进行了现场标定,前级隔离开关平均击穿电压为25 kV时,微分环标定回路电流达到1.3 kA,微分环灵敏度为9.311010,方差为0.151010。     

Time Dependence of Anode Spot Formation Threshold Current in Vacuum Arcs

The variation of threshold current for the transition between the low current quiescent vacuum arc mode, and the high voltage noisy mode associated with anode spot formation, was measured as a function of peak current, current waveform frequency, and electrode separation on fixed diameter (25 mm) Cu and Ni electrodes. At current waveform frequencies of about 60 Hz on Cu electrodes, the threshold current depends mainly on electrode spacing, as has been observed by other investigators. However, at higher waveform frequencies, the threshold current becomes a strong function of peak current as well. At 347 Hz on 25 mm. diam. Cu electrodes separated by 10 mm, the threshold current rose from approximately 2 kA to 5.5 kA, as the peak current rose from 2 kA to 6 kA. At 543 Hz on 25 mm diam Ni electrodes separated by 9 mm, a saturation in threshold current at about 7.5 kA was observed for peak currents greater than 9 kA. Simultaneous anode temperature measurements indicated that the Ni anode surface temperature immediately prior to transition rose from about 1550° K to 2250° K with variations of peak current from 5 kA to 13 kA. Predictions of the variation of threshold current based on random transitions, and on cathode spot migration over the edge of the cathode, are compared with the experimental data.