平面放電開關的導通特性研究

龐樹財，賀 佳，羅斌強，王 斌

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平面放電開關的導通特性研究

龐樹財1，賀 佳2，羅斌強2，王 斌1

（1. 中國工程物理研究院電子工程研究所，四川綿陽，621999；2. 中國工程物理研究院流體力學研究所，四川綿陽，621999）

基于分段連續仿真的方法，以計算得到的電爆炸時金屬氣體壓力作為輸入，將橋區的電爆炸等效成壓縮氣體對外膨脹做功，對一種微機電技術制造的由聚酰亞胺覆蓋的平面高壓開關的導通過程進行了仿真研究。仿真結果表明：高壓電極出現電流的滯后時間是由觸發極橋區電爆炸過程決定的，高壓電極是由電爆炸金屬氣體膨脹直接連通的。最后制造了開關樣品，測試得到的電路波形與仿真符合地很好。

爆炸箔起爆系統；高壓開關；微機電制造技術；電爆炸；仿真

高壓開關是構成爆炸箔起爆系統的核心器件之一[1-3]。目前一般采用分立的火花隙開關，這種開關具有結構和應用線路簡單，耐沖擊性強，工作溫度(-60～+200℃)和電壓范圍(1.0～10kV)寬，電流大小可控(2～30kA)且漏電流小(<1nA)，導通電阻小(一般為0.2～0.4mΩ)，開關電感小于10nH，延遲時間小于10 ns，工作壽命達幾千次等優點[4-5]。但是為保證由分立器件構成的電容放電單元（CDU）與沖擊片雷管之間可靠連接，通常采用高壓連接器連接，高壓連接器的有效接插長度一般不低于3mm。盡管高壓連接器的材料阻抗較小，但仍不可避免地在放電回路中引入一定的電感和電阻，由于回路的負載為阻抗很小的爆炸箔（阻抗為毫歐級），微小回路阻抗的引入，會造成對CDU中能量的重新分配。連接導線越長，損耗在回路上的能量越大，對CDU的要求越為苛刻。

采用微機電加工技術將高壓開關平面化可以有效解決上述問題[6-11]。平面化的開關不僅可以減少高壓接插件，而且可以實現高壓開關與爆炸箔的集成，極大地減少連接導線，降低系統的能量消耗，提高系統的集成度。

本文對一種采用表面微加工技術制造的平面高壓開的導通機理開展了研究，并通過加工、測試對開關的導通機理進行了驗證。

1 平面高壓開關結構

開關由基片、高壓陽極、高壓陰極和觸發極，以及覆蓋在其上面的絕緣介質層構成，如圖1所示。……