文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
沿面击穿型高压开关触发系统的设计与研究
姓名:南敬
申请学位级别:硕士
专业:电气工程
指导教师:林福昌;戴玲
2011-05-27
华中科技大学硕士学位论文
摘要
脉冲功率技术起源于上世纪 60 年代,它将小功率的能量存储起来,经快速压缩
和转换,再释放给负载。所以开关是脉冲功率系统的一个重要组成部分,其电气参数
和特性将直接影响输出波形的时延、幅值、脉宽等。本文所研究的沿面击穿型高压开
关具有自击电压高、通流大、转移电荷能力强、导通时延短且分散性小、等效电感和
电阻小、寿命长、体积小等特点。控制这类开关需要陡的脉冲上升沿和较大的触发电
流,所以具有良好输出特性的触发系统是精确控制开关导通的必要前提。
本文从沿面击穿型开关的触发要求出发,研究了基于闭合磁环脉冲变压器的触发
系统。以脉冲变压器的电磁参数理论为基础,通过理论分析、仿真计算和试验研究,
分析了变压器副边并联电容时各参数对二次侧电容电压波形的影响,同时为减小漏
感,变压器绕组采用同轴结构。设计并制作了高压脉冲变压器,确定了变压器各部分
的材料、尺寸、形状和绝缘处理措施。
在触发系统的设计上,通过对沿面击穿型高压开关触发方式理论分析,以及实验
验证,得出了触发电流对沿面击穿型高压开关的时延和时延抖动的影响。增大触发电
流以及电流上升率可有效减小时延和时延抖动。在此基础上,依据开关的触发要求,
设计了一套输出性能较好、体积小巧的触发系统。输出脉冲电压 10kV、触发电流大于
600A,上升时延小于 400ns,最后封装在 110×275×250mm3 的金属箱内,工作寿命达
到了 20000 次以上。
该触发系统成功应用于三电极气体开关和真空触发开关中。其中三电极气体开关
触发电压在 8~10kV,触发电流达 600A,时延 1~10μs;而真空触发开关中触发电压在
1~5kV,触发电流 300A,时延 1~。触发成功率高,寿命长,证实了本触发系统
可以较好的满足工程应用的要求。

关键词:沿面击穿高压开关触发系统脉冲变压器
I
华中科技大学硕士学位论文
ABSTRACT
Pulsed power technology derived from the 1960s, from which, the low power energy
is charged fistly, then discharged to the load, through the pression and
transformation. So, the switch is an ponent of the pulsed power system,
whose electrical parameters and characteristics have a direct impact on the characteristics
of output waveform, such as time delay, amplitude, pulse width, etc. The
surface-breakdown high-voltage switches proposed in this paper have many advantages,
such as, high self-breakdwon voltage, great current, high charge transfer, short time delay,
little jitter time, low equivalent inductance, low equivalent resistance, long life, small
volume, and etc. A trigge pulse with high rise and high current is needed to turn-on the
switch, which will be the precondition for the switch usage.
Based on the trigger requirements of the surface-breakdown high-voltage switch, a
trigger system of pulse transformer of closed ring is proposed in this paper. Due to
the ic parameter theory of pulse transformer,