高電壓大電流環(huán)境下碳纖維電極開關(guān)

李安昆,張昊冉,樊玉偉,張自成,錢寶良,舒 挺

(1.武警研究院,北京 100012;2. 西北核技術(shù)研究所,西安 710024;3. 國防科技大學 前沿交叉學科學院,長沙 410073)

在脈沖功率系統(tǒng)中,開關(guān)是決定導通延時、輸出脈沖電壓幅值和波形及穩(wěn)定性等的關(guān)鍵部件,因此,脈沖功率技術(shù)中的開關(guān)研究至關(guān)重要[1-2]。一個性能優(yōu)異的開關(guān)應具有滿足應用需求的一定的耐壓能力和通流能力、良好的穩(wěn)定性、較長的壽命及高重頻運行等特點。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,目前尚沒有任何一種開關(guān)能滿足脈沖功率領(lǐng)域的所有需求,因此仍需對開關(guān)技術(shù)進行深入研究,包括開關(guān)結(jié)構(gòu)、材料及觸發(fā)方式等[1-2]。根據(jù)開關(guān)內(nèi)填充的絕緣介質(zhì)可將開關(guān)分為氣體開關(guān)、真空開關(guān)和固體開關(guān)等,其中,氣體開關(guān)因電壓可調(diào)、通流能力強及結(jié)構(gòu)簡單,廣泛應用于脈沖功率系統(tǒng)[3]。根據(jù)開關(guān)導通時是否需外部觸發(fā)可將開關(guān)分為觸發(fā)開關(guān)和自擊穿開關(guān),由于自擊穿開關(guān)無須外部觸發(fā)裝置,具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點,有利于脈沖功率裝置的小型化,但自擊穿開關(guān)工作電壓穩(wěn)定性稍差,不利于裝置的重頻穩(wěn)定運行,因此,提升自擊穿開關(guān)的導通穩(wěn)定性一直是研究的熱點[4-5]。

碳纖維作為一種新型陰極材料在高功率微波領(lǐng)域得到了較廣泛的研究,并取得了較好的應用效果,碳纖維陰極具有發(fā)射閾值低、發(fā)射均勻性好、發(fā)射穩(wěn)定性好、壽命長及出氣率低等優(yōu)點[6-15]。基于碳纖維材料的優(yōu)點,用于脈沖功率自擊穿氣體開關(guān)電極中有望改善開關(guān)的穩(wěn)定性等性能。……