一种用于纳秒脉冲发生器的气体火花隙开关的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高电压气体火花隙开关制造领域，具体涉及一种用于纳秒脉冲发生器 的气体火花隙开关。
【背景技术】
[0002] 气体火花隙开关是脉冲功率装置的核心部件，其应用环境与领域主要依发生器的 使用而变化，在工业除尘、水质净化、医学等领域起着至关重要的作用。其性能直接影响到 脉冲发生器输出脉冲的性能指标。目前，纳秒脉冲发生器的气体火花隙开关的触发方式主 要有三种，一种是在触发电极施加快前沿的电压脉冲，使得在触发间隙产生较高的过压倍 数，一种是采用紫外线照射，还有一种是采用激光照射。
[0003] 上述方式在考虑成本及综合性能的前提下，火花放电触发的控制需要额外器件与 电路，增加了不稳定性且重复性难以很好控制，所生成的（纳秒）脉冲上升沿不够快，脉冲 顶部不够平坦，对击穿电压范围的控制不够理想，在某些场合的应用造成了很大不便。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种用于纳秒脉冲发生器的气体火花隙开 关，解决了火花放电触发的复杂性以及重复性差、脉冲上升沿不够快、脉冲顶部不平坦以及 击穿电压调节范围的问题。
[0005] 第一方面，本发明提供了一种用于纳秒脉冲发生器的气体火花隙开关，包括：气体 腔室（13)、同轴电缆（2)、电子气压控制器（3)、连接所述电子气压控制器（3)和所述气体腔 室（13)的充气接口（5)、高压火花放电电极（12)和接地火花放电电极（11);
[0006] 所述同轴电缆⑵设置在所述气体腔室（13)的一侧，所述高压火花放电电极（12) 和接地火花放电电极（11)设置在所述气体腔室（13)内，所述高压火花放电电极（12)与所 述同轴电缆⑵相连，所述接地火花放电电极（11)与地极相连；
[0007] 所述电子气压控制器（3)，用于通过控制所述气体腔室（13)内的气压，控制所述 高压火花放电电极（12)和接地火花放电电极（11)之间火花放电的发生与熄灭。
[0008] 可选的，所述气体火花隙开关还包括：开关外壳（1)，所述开关外壳（1)包括：接地 端（141)、同轴电缆端（142)和绝缘筒（143)。
[0009] 可选的，所述气体腔室（13)位于所述接地端（141)内、所述绝缘筒（143)内、或所 述接地端（141)和所述绝缘筒（143)之间；
[0010] 所述接地火花放电电极一端固定于所述接地端（141)，并通过所述接地端接地，另 一端位于气体腔室内与高压火花放电电极相对；所述高压火花放电电极一端与所述同轴电 缆端（142)相连，另一端位于气体腔室内与接地火花放电电极相对。
[0011] 可选的，所述接地火花放电电极与所述高压火花放电电极之间的距离为0. 1毫米 到20毫米。
[0012] 可选的，所述接地火花放电电极和所述高压火花放电电极的形状为球体状、半球 状、平板状、圆柱状或针状。
[0013] 可选的，所述接地火花放电电极和所述高压火花放电电极的形状为球体状，所述 球体状的直径为1毫米到100毫米。
[0014] 可选的，所述接地端与所述接地火花放电电极相连，为金属材料。
[0015] 可选的，所述同轴电缆由内向外依次包括：内导体（21)、介质绝缘层（22)和外导 体（23);
[0016] 所述同轴电缆端（142)与所述外导体（23)相连；所述介质绝缘层（22)与内导体 (21)通过所述同轴电缆端的中心孔与所述高压火花放电电极（12)相连，所述同轴电缆介 质绝缘层（22)的直径与所述同轴电缆端（142)的中心孔直径相同，实现所述同轴电缆在连 接高压火花放电电极前的阻抗匹配。
[0017] 可选的，所述绝缘筒（143)位于所述接地端（141)和所述同轴电缆端（142)之间， 为耐高压绝缘材料。
[0018] 可选的，所述绝缘筒（143)、接地端（141)和所述同轴电缆端（142)之间通过导电 固定件（4)或导电胶固定连接。
[0019] 由上述技术方案可知，本发明提供的一种用于纳秒脉冲发生器的气体火花隙开 关，该开关整体为同轴结构，具有和脉冲成形网络匹配的特征阻抗，电极间距可调，开关耦 合电容小，火花电感和火花电阻小，生成的纳秒脉冲上升沿快，顶部平坦，形状接近理想矩 形脉冲，火花放电的产生由电子气压控制器控制，重复性好并且频率可控，可调节的击穿电 压范围广。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明一实施例提供的用于纳秒脉冲发生器的气体火花隙开关的外部结 构示意图；
[0021] 图2为本发明一实施例提供的用于纳秒脉冲发生器的气体火花隙开关的剖面图；
[0022] 图3为本发明一实施例提供的火花放电的脉冲图；
[0023] 图4为本发明另一实施例提供的用于纳秒脉冲发生器的气体火花隙开关的外部 结构示意图；
[0024] 图5为本发明另一实施例提供的用于纳秒脉冲发生器的气体火花隙开关的剖面 图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图，对发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清 楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0026] 图1示出了一种气体火花隙开关的外部结构示意图，图2为其剖面图，如图2所 示，气体腔室13、同轴电缆2、电子气压控制器3、连接所述电子气压控制器3和所述气体腔 室13的充气接口 5、高压火花放电电极12和接地火花放电电极11 ;其中，同轴电缆由内向 外依次包括：内导体21、介质绝缘层22和外导体23,所述同轴电缆2设置在所述气体腔室 13的一侧，所述高压火花放电电极12和接地火花放电电极11设置在所述气体腔室13内， 所述高压火花放电电极12与所述同轴电缆的内导体21相连，所述接地火花放电电极11与 地极相连，通过地极接地；
[0027] 具体的，所述接地火花放电电极11与所述高压火花放电电极12之间的距离为0. 1 毫米到20毫米。
[0028] 所述电子气压控制器3,用于通过控制所述气体腔室13内的气压，控制所述高压 火花放电电极12和接地火花放电电极11之间火花放电的发生与熄灭。
[0029] 如图1所示，所述气体火花隙开关还包括：开关外壳1，所述开关外壳1包括：接地 端141、同轴电缆端142和绝缘筒143。该接地端141、同轴电缆端142和绝缘筒143可以通 过导电胶粘接的方式固定连接，也可以通过导电固定件进行连接，本实施例仅用于举例说 明，本实施例不限定其具体的固定连接方式。
[0030] 举例来说，所述气体腔室13位于所述接地端141内、所述绝缘筒143内、或所述接 地端141和所述绝缘筒143之间。
[0031] 具体的，所述气体腔室13位于所述绝缘筒143内；
[0032] 所述接地火花放电电极一端固定于所述接地端141，并通过所述接地端接地，另一 端位于气体腔室内与高压火花放电电极相对；所述高压火花放电电极一端与所述同轴电缆 端142相连，另一端位于气体腔室内与接地火花放电电极相对。
[0033] 所述电子气压控制器与开关外壳1所述充气接口相连，电子气压控制器可以与高 压气瓶或中央供气装置连接提供装置所需的高压气体；
[0034] 在具体应用中，电子气压控制器通过对开关外壳中气体腔室的气压调节实现控 制，当气压降低时，两电极间火花放电，而气压升高时，两电极间无法放电，从而实现对开关 通断的控制。
[0035] 上述气体火花隙开关，在上述结构的条件下，使得生成的脉冲上升更快，同时具有 电压范围广、寿命长的特点，气体的绝缘性能恢复较快，耦合电容小。
[0036] 通过控制气体腔室内的绝对气压与两火花电极之间的间距，可以实现较大范围的 输出电压控制，以及对生成脉冲的波形进行调整。
[0037] 在具体应用中，所述接地火花放电电极11和所述高压火花放电电极12的形状为 球体状、半球状、平板状或针状。本发明实施例以所述接地火花放电电极和所述高压火花放 电电极的形状为球体状，所述球体状的直径为1毫米到100毫米。接地火花放电电极和高 压火花放电电极的形状可以为同种形状或不同形状，本发明实施例仅用于举例说明，但不 限定接地火花放电电极和高压火花放电电极的具体形状。
[0038] 所述接地火花放电电极11和所述高压火花放电电极12的材料可以为铜、不锈钢、 金、钼、石墨、纳米材料的电极，优选为金，更优选为纳米材料的电极；
[0039] 在本发明实施例中，通过合理控制同轴电缆2的尺寸，能够使得本发明实施例中 的开关阻抗与脉冲成型网络的阻抗匹配，从而使得脉冲的上升沿较快。
[0040] 本发明的特点在于所述开关阻抗可以与脉冲