場畸變型氣體開關高重復頻率運行特性研究

關浩玉，洪龍琨，劉志剛，李雨泰，鄒曉兵，王新新，王 鵬

(清華大學 電機工程與應用電子技術系，北京 100084)

近年來，基于氣體開關的重復頻率納秒脈沖電源已成為國內外的研究熱點之一。重復頻率納秒脈沖源可由氣體開關或半導體開關控制充放電，開關的工作特性直接決定了納秒脈沖的參數。一方面，氣體開關結構簡單，單個開關能承受的電壓和電流大；而半導體開關需多個器件串并聯來提高整體的工作電壓和電流。另一方面，氣體開關的導通十分迅速，而半導體開關的導通時間限制了脈沖的上升速度[1-2]。因此，高功率快前沿的重復頻率脈沖源主要采用氣體開關，但由于受到氣體絕緣恢復的限制，其重復頻率不高，很難超過1 kHz。研究人員對此開展了大量研究，提出了多種提高氣體開關重復頻率的方法，如增大氣壓[3-5]、選擇合適的絕緣氣體[6-9]、吹氣[7，10-11]及工作在欠電壓狀態[9]等。其中，吹氣方式最簡單有效。在欠電壓狀態時，氣體開關的結構可設計成三電極場畸變型[12]。在脈沖功率裝置中，場畸變型開關有重要應用，但一般工作在單次放電或幾赫至幾十赫的重復頻率工況下，高頻運行特性的研究很少。本文研究場畸變型氣體開關在百赫至千赫范圍的高重復頻率運行特性，期望能使其工作在更高的重復頻率下。

2005年，中國工程物理研究院羅敏等[13]研制了兆伏級吹氣式三電極氣體開關系統，對開關間隙吹氣以加快擊穿后的絕緣恢復，重復頻率最高達100 Hz。……