一种延长两电极气体开关使用寿命次数的电路及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及脉冲电流发生器中气体开关技术及其应用领域，具体涉及一种延长两电极气体开关使用寿命次数的电路及方法。
【背景技术】
[0002]二电极气体开关具有导通大电流和大库伦转移量的明显优势，相比于其他形式的气体开关，二电极气体开关优点在于电极烧蚀更均匀，因此相同条件下使用寿命次数更多。二电极气体开关主要用于大功率固体钕玻璃激光器的氙灯驱动电源，雷电电流发生器，以及各种大电流发生器。
[0003]由于采用两电极结构，开关的导通过程是通过一个较快前沿的，幅值远高于二电极气体开关自击穿电压的负极性脉冲过压击穿实现，通常需要采用一台或二台磁开关隔离触发脉冲，否则，触发二电极开关的电压脉冲可能通过储能电容器或者负载支路等被旁路，导致触发电压脉冲不能被施加于二电极气体开关的电极间隙。
[0004]随着二电极气体开关使用发次的增加，电极间距由于烧蚀会越来越大，电极间隙的自击穿电压也随之增高。在高压脉冲触发器提供相同的触发电压时，触发电压与电极击穿电压之比，即过压倍数会随之降低。过压倍数的降低使得气体开关被过电压触发的可靠性降低，当开关电极间距由于烧蚀会越来越大，必须通过降低气体开关的气压以保证高压脉冲触发器可以击穿开关的电极间隙，烧蚀带来的电极间隙击穿电压不断升尚，是制约开关寿命的主要因素之一。通过不断降低开关工作的气压值，可以补偿电极间隙增加而带来的击穿电压增高；当开关气压降低到绝对气压1个大气压时，再继续降低气压就需要附加复杂的抽真空设备。
[0005]因而，传统两电极气体开关在使用过程中，当电极烧蚀以至于工作气压调整至1个大气压仍无法补偿时，即认为开关寿命终结。这种寿命终结，受限于电极烧蚀问题，开关其余部分的寿命潜力被浪费掉，使得气体开关使用成本偏高。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种能够实现开关的高可靠性和使用寿命次数延长的延长两电极气体开关使用寿命次数的电路及方法。
[0007]为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为:一种延长两电极气体开关使用寿命次数的电路，包括二电极气体开关，二电极气体开关上设置有用于产生紫外线和带电离子扩散效应的同轴型放电间隙，同轴型放电间隙与二电极气体开关的一个电极连接，同轴型放电间隙连接有高压脉冲触发器，高压脉冲触发器接地；所述二电极气体开关不直接接地时，一个电极连接功率负载，另一个电极连接储能电容器，所述功率负载和储能电容器构成回路并接地；所述二电极气体开关直接接地时，一个电极依次串联功率负载和储能电容器，另一个电极与储能电容器构成回路并直接接地。
[0008]所述二电极气体开关与同轴型放电间隙连接的电极的出端设置有能够隔离高压触发脉冲的磁开关。
[0009]所述二电极气体开关上设置有金属壳体，所述同轴型放电间隙和磁开关通过金属壳体分别与二电极气体开关的电极连接。
[0010]所述二电极气体开关不直接接地时，高压脉冲触发器的低压输出端通过耦合电容器与二电极气体开关的电极连接。
[0011]所述同轴型放电间隙包括一个独立导体或若干个导体组成的芯电极，以及同轴设置的外电极，芯电极与外电极之间设有放电间隙。
[0012]所述芯电极与外电极之间的放电间隙距离为0.1毫米?10毫米。
[0013]所述高压脉冲触发器的高压输出端与同轴型放电间隙的芯电极连接，同轴型放电间隙的外电极与二电极气体开关的电极连接。
[0014]所述高压脉冲触发器的输出电压为20kV?150kV，输出脉冲电压的上升前沿为1纳秒?1000纳秒。
[0015]—种延长两电极气体开关使用寿命次数的方法，包括以下步骤:
[0016]1)同轴型放电间隙首先放电导通，使高压脉冲触发器的输出电压施加于二电极气体开关的二个电极之间；
[0017]2)同轴型放电间隙的放电持续时间维持到二电极气体开关的二个电极导通，中间不熄灭。
[0018]与现有技术相比，本发明的电路采用高电压脉冲触发器触发二电极气体开关，通过在高电压脉冲触发器的输出回路中串联一个同轴型放电间隙，同轴型放电间隙的击穿电压稳定在触发脉冲作用过程的脉冲电压上升沿阶段击穿，同轴型放电间隙放电形成的紫外线能够照射二电极开关电极间隙及其阴极和阳极，产生电离子扩散效应，加速自由电子的形成，所产生的自由电子立即在二电极开关电极间的电场作用下加速，通过碰撞电离迅速电离整个间隙，从而降低气体开关间隙触发时的击穿电压。未触发时，不存在紫外线照射，二电极气体开关间隙自击穿电压保持不变，保证了二电极气体开关足够低的工作欠压比和自击穿概率。紫外辅助触发间隙的应用，既提高了二电极气体开关被触发时可靠击穿的概率，又不增加未触发时的自击穿概率，延长了二电极气体开关可靠工作的寿命次数。本发明可以大幅度降低二电极气体开关电极间隙在1?3bar绝对气压条件下被触发时的击穿电压，并且不影响未触发时的自击穿电压，从而延长二电极气体开关的使用寿命次数，提高二电极气体开关的过电压触发可靠性。
[0019]进一步，二电极气体开关与同轴型放电间隙连接的电极的出端设置磁开关，能够隔离高压触发脉冲，提高整个装置的稳定性，进一步提高整个电路的可靠性。
[0020]更进一步，二电极气体开关上设置有金属壳体，同轴型放电间隙和磁开关通过金属壳体分别与二电极气体开关的电极连接，利用金属壳体起到保护二电极气体开关的作用，提高整个电路的可靠性。
[0021]进一步，根据不同的回路接地方式，选择高压脉冲触发器的低压输出端连接方式，二电极气体开关不直接接地，则高压脉冲触发器的低压输出端通过耦合电容器与二电极气体开关的电极连接，提尚本发明电路的适用范围。
[0022]进一步，同轴型放电间隙，具有一个独立导体或多个导体组成的芯电极，以及同轴的外电极，芯电极与同轴的外电极之间设计有一个距尚为0.1晕米?10 _米的放电间隙，放电间隙的位置最好在二电极气体开关的电极附近，并且通过该放电间隙可以看到二电极气体开关的电极，采用同轴型放电间隙放电形成的紫外线和带电离子扩散效应，可以大幅度降低二电极气体开关电极间隙在1?3bar绝对气压条件下、被触发时的击穿电压，并且不影响未触发时的自击穿电压，从而延长二电极气体开关的使用寿命次数，提高二电极气体开关的过电压触发可靠性。同轴型放电间隙结构紧凑，无需改变原有回路安装连接方式，便于现有二电极气体开关的改造升级。
[0023]本发明的方法中采用高电压脉冲触发器触发二电极气体开关，同轴型放电间隙首先放电导通，放电持续时间维持到二电极气体开关的二个电极导通，同轴型放电间隙击穿电压较低，同轴型放电间隙的击穿电压稳定在触发脉冲作用过程的脉冲电压上升沿阶段击穿，同轴型放电间隙所产生的紫外光能够照射二电极开关电极间隙及其阴极和阳极，加速自由电子的形成，所产生的自由电子立即在二电极开关电极间的电场作用下加速，通过碰撞电离迅速电离整个间隙，从而降低气体开关间隙触发时的击穿电压。未触发时，不存在紫外线照射，二电极气体开关间隙自击穿电压保持不变，保证了二电极气体开关足够低的工作欠压比和自击穿概率，紫外辅助触发间隙的应用，既提高了二电极气体开关被触发时可靠击穿的概率，又不增加未触发时的自击穿概率，延长了二电极气体开关可靠工作的寿命次数。
【附图说明】
[0024]图1为本发明电路的连接示意图；
[0025]图2为同轴型放电间隙的结构及装配示意图；
[0026]图3为二电极气体开关不直接接地时的第一种连接方式图；
[0027]图4为二电极气体开关不直接接地时的第二种连接方式图；
[0028]图5为二电极气体开关直接接地时的第一种连接方式图；
[0029]图6为二电极气体开关直接接地时的第二种连接方式图；
[0030]其中，1-储能电容器、2-二电极气体开关、3-高压脉冲触发器、4-同轴型放电间隙、5-磁开关、6-功率负载、7-親合电容器、8-金属壳体、4-1-芯电极、4-2-外电极。
【具体实施方式】
[0031]下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。
[0032]参见图1，一种延长两电极气体开关使用寿命次数的电路，包括二电极气体开关2，二电极气体开关2上设置有用于产生紫外线和带电离子扩散效应的同轴型放电间隙4，同轴型放电间隙4与二电极气体开关2的一个电极连接，二电极气体开关2与同轴型放电间隙4连接的电极的出端设置有能够隔离高压触发脉冲的磁开关5，同轴型放电间隙4连接有高压脉冲触发器3，高压脉冲触发器3接地，二电极气体开关2上设置有金属壳体，同轴型放电间隙4和磁开关5通过金属壳体分别与二电极气体开关2的电极连接，高压脉冲触发器3的输出电压为20kV?150kV，输出脉冲电压的上升前沿为1纳秒?1000纳秒；参见图3和图4，二电极气体开关2不直接接地时，高压脉冲触发器3的低压输出端通过耦合电容器7与二电极气体开关2的电极连接，二电极气体开关2的一个电极连接功率负载6，另一个电极连接储能电容器1，功率负载6和储能电容器1构成回路并接地；参见图5和图6，二电极气体开关2直接接地时，一个电极依次串联功率负载6和储能电容器1，另一个电极与储能电容器1构成回路并直接接地。
[0033]参见图2，同轴型放电间隙4包括一个独立导体或若干个导体组成的芯电极4-1，以及同轴设置的外电极4-2，芯电极4-1与外电极4-2之间设有距离为0.1毫米?10毫米的放电间隙。高压脉冲触发器3的高压输出端与同轴型放电间隙4的芯电极连接，同轴型放电间隙3的外电极与二电极气体开关2的电极连接。
[0034]—种延长两电极气体开关使用寿命次数的方法，包括以下步骤:
[0035]1同轴型放电间隙4首先放电导通，使高压脉冲触发器3的输出电压施加于二电极气体开关2的二个电极之间；
[0036]2同轴型放电间隙4的放电持续时间维持到二电极气体开关2的二个电极导通，中间