专利名称：一种具有触发器的开关的制作方法
技术领域：
本发明属于高电压电工电器技术和脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种具有触发器的开关。
背景技术：
在脉冲功率系统中，脉冲功率开关在高电压、大电流下工作，条件十分恶劣，开关中的击穿现象和开关电极上的物理过程十分复杂，为此，具有耐受高电压强电流、击穿时延短而分散性小、电感和电阻小、电极烧蚀少以及能高重频工作的各种开关器件的研制，是脉冲功率技术中十分重要的课题。作为一种高能开关设备，三电极触发管型开关常应用在瞬态能量转化系统(例如电爆炸装置、电磁发射装置等)中，以及作为点火器核心器件用于油气勘探、激光氙灯激励、电容储能型受控放电等领域。与引燃管开关相比，三电极触发管型开关具有价格低廉，安全环保，对环境温度要求低，能够适应各种复杂环境等优点。但是三电极触发管型开关也有着以下的缺点开关电极材料在击穿时的烧蚀将会直接影响到开关的性能和寿命；三电极触发管型开关的应用需要使用专门设计的触发器，而且触发器较为复杂，实现起来有难度。尤其重要的是，三电极触发管型开关需要妥善处理好开关和触发器之间的电气连接问题，否则可能导致(I)触发电气回路较长，导致触发回路阻抗较大，使得触发电流减小，触发电压上升时间变慢；(2)较长且未使用硬导线连接的触发回路存在对地和对临近设备的杂散参数，这可能导致触发电流和电压畸变，这些都会影响开关导通的电气性能；此外，还会影响到装置设备的安全使用，从而导致三电极触发管型开关的安装使用比较复杂。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有触发器的开关，旨在解决三电极触发管型开关与触发器的电气连接问题，且结构紧凑。为实现上述目的，本发明提供了一种一种具有触发器的开关，包括开关主体和触发器，开关主体包括接线端子、绝缘盖板、金属外壳、一对气嘴、柱形绝缘体、引出极、上电极基座、上电极套筒、上石墨电极、下电极基座、下电极套筒、下石墨电极、陶瓷管、触发针，触 发器包括触发器凹槽、触发器输出极、接地金属圈、以及功能显示面板，接线端子设置于绝缘盖板的中心位置，绝缘盖板与金属外壳连接，并构成密闭腔体，用于电气隔离接线端子与金属外壳，气嘴对称设置于金属外壳的侧面，用于给开关主体充气放气，柱形绝缘体固定在开关主体底部，引出极从柱形绝缘体的轴向贯穿孔引出，上电极基座与绝缘盖板连接，并通过绝缘盖板中心的贯穿孔引出至接线端子，上电极套筒将上石墨电极固定在上电极基座，下电极基座从金属外壳的内部向上凸起，下电极套筒将下石墨电极固定在下电极基座上，石墨电极与下石墨电极之间留有间隙，陶瓷管的上部分穿过下石墨电极的贯穿孔且与下石墨电极电极的上表面相持平，下部分穿过下电极基座的贯穿孔，并与引出极接触，触发针穿过陶瓷管且与其上端沿面持平，触发针的下端与引出极紧密连接，触发器凹槽设置于触发器的顶部平面内，触发器输出极设置于触发器凹槽的底部中心位置，并与引出极紧密接触，接地金属圈设置于触发器凹槽的外沿，并与金属外壳紧密接触，功能显示面板设置于触发器外壳的侧面。触发器进一步包括触发器外壳、光纤接口和电源插座，触发器外壳米用立方体结构，光纤接口和电源插座设置于功能显示面板上。触发器的内部功能电路包括电源输入端、触发光信号输入端、滤波一整流单元、可控开关单元、高压发生器、低压侧电容器、高压侧电容器、高压触发脉冲输出端口、以及触发器的共地接点，电源输入端和共地接点与电源插座相连，触发光信号输入端与光纤接口相连，可控开关单元可选用晶闸管或者绝缘栅双极型晶体管，高压发生器可采用脉冲变压器或螺旋管倍压器。金属外壳为瓮型，并由金属材料制成，触发器外壳和触发器凹槽均采用绝缘材料制成，触发针是由耐高温导电金属制成，陶瓷管是由高性能陶瓷制成，上、下电极基座是由耐高温金属材料制成，上、下石墨电极是由高强度、高纯度且各向同性的电极用石墨制成。 上、下石墨电极均为圆柱体，且符合罗果夫斯基轮廓线要求。功能显示面板上设有多个指示灯，用于根据实际需要表征触发器的电气状态。通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果:(I)触发器外壳和触发器凹槽均采用绝缘材料，如工程塑料、聚甲醛塑料等绝缘性能良好的材质制成。(2)陶瓷管用高性能陶瓷(例如耐火硅酸铝陶瓷)制成，用于隔离触发针和下石墨电极，从而保证触发极正常触发。(3)上、下石墨电极均为圆柱体，符合罗果夫斯基轮廓线要求，从而保证二者之间形成近似均匀电场。(4)上、下石墨电极材料选择高强度、高纯度且各向同性的电极用石墨，纯度大于95%，耐烧蚀能力强，且发生放电后不会在其表面形成不规则形状，从而保证二者之间形成近似均匀电场，上、下电极基座为耐高温金属材料制作，导电性能良好，且耐电弧的烧蚀和加热，能提高电极和电极基座的可靠性。(5)功能显示面板具备状态指示功能，通过指示灯或数码显示器表征触发器的电气状态。(6)触发器输出极与引出极紧密相连，金属外壳与接地金属圈紧密相连，无需额外的导线连接，触发和接地两个电气连接完全可靠，保证触发回路最短，最大程度地减小触发回路阻抗，减小杂散参数的影响，便于产品标准化推广。
图I是本发明具有触发器的开关的立体图。图2是本发明具有触发器的开关的结构示意图。图3是触发器的内部功能电路原理图。图中1.开关主体；2.触发器；101.接线端子；102.绝缘盖板；103.金属外壳；104.气嘴；105.柱形绝缘体；106.引出极；107.上电极基座；108.上电极套筒；109上石墨电极；110.下电极基座；111.下电极套筒；112.下石墨电极；113.陶瓷管；114.触发针；201.触发器凹槽；202.触发器输出极；203.接地金属圈；204.触发器外壳；205.功能显示面板；206光纤入口 ；207电源插座；301.触发器的电源输入端；302.触发光信号输入端；303.滤波一整流单元；304.可控开关单元；305.高压发生器；306.高压触发脉冲输出端
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具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图I所示，本发明具有触发器的开关包括开关主体I和触发器2。开关主体I包括接线端子101、绝缘盖板102、金属外壳103、一对气嘴104、柱形绝缘体105、引出极106、上电极基座107、上电极套筒108、上石墨电极109、下电极基座110、下电极套筒111、下石墨电极112、陶瓷管113、触发针114。触发器2包括触发器凹槽201、触发器输出极202、接地金属圈203、触发器外壳204、触发器功能显示面板205、光纤接口 206和电源插座207。金属外壳103为瓮型，并由金属材料制成，触发器外壳204和触发器凹槽201均采用绝缘材料制成，触发针114是由耐高温导电金属制成，陶瓷管113是由高性能陶瓷制成，上电极基座107和下电极基座110是由耐闻温金属材料制成，上石墨电极109和下石墨电极112是由高强度、高纯度且各向同性的电极用石墨制成，纯度大于95%，均为圆柱体，且符合罗果夫斯基轮廓线要求。图2为本发明具有触发器的开关的结构示意图，具有触发器的开关在外形上采用同轴结构。接线端子101设置于绝缘盖板102的中心位置。绝缘盖板102为加工有绝缘裙边的圆盘，为轴向对称形式的整体件，圆盘设置有轴向贯穿孔。绝缘盖板102与金属外壳103通过诸如垫圈螺栓压紧连接，并构成密闭腔体。金属外壳103为瓮型，用金属材料制成，为地电位电极，但无单独的引线端。绝缘盖板102起电气隔离接线端子101与金属外壳103的作用。气嘴104对称设置于金属外壳103的侧面，用于给开关主体I充气放气。柱形绝缘体105采用圆柱形或方形结构，设置有轴向贯穿孔，并通过内六角圆柱头螺钉压紧固定在开关主体I底部，具有开关主体I底座的功能。引出极106从柱形绝缘体105轴向贯穿孔引出。引出极106在机械工艺上形成的效果为内嵌于柱形绝缘体105贯穿孔内。上电极基座107与绝缘盖板102通过内六角柱头螺钉压紧连接，并通过绝缘盖板102中心贯穿孔引出至接线端子101，连接紧密可靠。上电极套筒108为环形结构固定件，通过内六角圆柱头螺钉将上石墨电极109固定在上电极基座107，能保证上石墨电极109与上电极基座107接触紧密可靠且不易脱落，同时便于拆卸更换上石墨电极109。下电极基座110从金属外壳103内部向上凸起。下电极套筒111为环形结构固定件，通过内六角圆柱头螺钉将下石墨电极112固定在下电极基座110，能保证下石墨电极112与下电极基座110接触紧密可靠且不易脱落，同时便于拆卸更换下石墨电极112。上石墨电极109与下石墨电极112之间留有一定间隙，能隔离一定电压。下电极基座110中心位置设置有轴向贯穿孔,下石墨电极112中心位置设置有轴向贯穿孔，陶瓷管113穿过上述贯穿孔，陶瓷管尺寸与上述贯穿孔相配合，陶瓷管113作为电气上隔离触发针114与下电极基座110的绝缘部分，上部分穿过下石墨电极电极112的贯穿孔且与下石墨电极电极112的上表面相持平，下部分穿过下电极基座110的贯穿孔，底部端与引出极106接触；触发针114穿过陶瓷管113且与之上端沿面持平，下端经连接件连接并紧固，与引出极106紧密连接，保证电气连接和距离最短。触发器凹槽201设置于触发器2顶部平面内。触发器输出极202设置于触发器凹槽201底部中心位置，为向上凸起的金属件，与引出极106紧密接触，连接方式可以采用卡扣式或螺纹式以及其它适当的机械连接方式，保证电气上的接触良好。接地金属圈203设置于触发器凹槽201的外沿，与金属外壳103紧密接触，保证电气上的接触良好。触发器外壳204采用立方体结构。功能显示面板205设置于触发器外壳204的侧面。功能显不面板205上有一个光纤接口 206,通过光纤光信号的输入,控制触发器的触发。功能显示面板205上还有一电源插座207，通过隔离变压器给具有触发器的开关供电。功能显示面板205有一系列指示灯，指示灯根据实际需要表征触发器的电气状态。具有触发器的开关的工作方式为指令性触发击穿方式。通常在上电极基座107和下电极底座109之间施加一个直流电压(这个直流电压值应该小于气体开关的直流耐压水平)，经光纤接口 206的光信号输入，触发器2输出上升时间较快的脉冲电压输入，即可实现开关主体I导通。当开关主体I的柱形绝缘体105顺着触发器2的顶部凹槽201放置下去后，能保证以下效果(I)开关主体放置平稳；(2)触发器输出极202和引出极106有效连接；(3)金属外壳103底部与接地金属圈203紧密接触。触发器输出极202和引出极106藏于柱形绝缘体105中，由于柱形绝缘体105采用绝缘材料，且有一定厚度，能够保证足够的绝缘。图3为触发器的内部功能的电路原理图。触发器的内部功能电路包括电源输入端301、触发光信号输入端302、滤波一整流单元303、可控开关单元304、高压发生器305、低压侧电容器Cl、高压侧电容器C2、高压触发脉冲输出端口 306、触发器的共地接点G。在电路原理上，电源输入端301和共地接点G构成的端口与图2中触发器的电源 插座207相连。触发光信号输入端302与图2中触发器的光纤接口 206相连。滤波一整流单元303在实现时可考虑使用各种整流电路，例如半波整流、桥式整流等，用于给低压侧电容器Cl充一定直流电压。可控开关单兀304是一个半导体开关器件，以及附属的光电转换子单元，半导体开关器件可选用晶闸管或者绝缘栅双极型晶体管。高压发生器305可以采用脉冲变压器或螺旋管倍压器等各种低压变换成高压的功能器件。当光信号通过触发光信号输入端302进入可控开关元件304，可控开关元件304中的光电转换子单元将光信号转换为电信号导通半导体开关器件，低压侧电容器Cl放电，低压侧电容器Cl释放的能量经过高压发生器305，在高压侧电容器C2上就可以产生符合一定设计要求的触发脉冲，这个脉冲输出到高压触发脉冲输出端口 306。为安全起见，给触发器供电初始电源应使用隔离变压器并有地线。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种具有触发器的开关，包括开关主体和触发器，所述开关主体包括接线端子、绝缘盖板、金属外壳、一对气嘴、柱形绝缘体、引出极、上电极基座、上电极套筒、上石墨电极、下电极基座、下电极套筒、下石墨电极、陶瓷管、触发针，所述触发器包括触发器凹槽、触发器输出极、接地金属圈、以及功能显示面板，其特征在于， 所述接线端子设置于所述绝缘盖板的中心位置； 所述绝缘盖板与所述金属外壳连接，并构成密闭腔体，用于电气隔离所述接线端子与所述金属外壳； 所述气嘴对称设置于所述金属外壳的侧面，用于给所述开关主体充气放气； 所述柱形绝缘体固定在所述开关主体底部； 所述引出极从所述柱形绝缘体的轴向贯穿孔引出；、 所述上电极基座与所述绝缘盖板连接，并通过所述绝缘盖板中心的贯穿孔引出至所述接线端子； 所述上电极套筒将所述上石墨电极固定在所述上电极基座； 所述下电极基座从金属外壳的内部向上凸起； 所述下电极套筒将所述下石墨电极固定在所述下电极基座上； 所述石墨电极与所述下石墨电极之间留有间隙； 所述陶瓷管的上部分穿过所述下石墨电极的贯穿孔且与所述下石墨电极电极的上表面相持平，下部分穿过下所述电极基座的贯穿孔，并与所述引出极接触； 所述触发针穿过所述陶瓷管且与其上端沿面持平，所述触发针的下端与所述引出极紧密连接； 所述触发器凹槽设置于所述触发器的顶部平面内； 所述触发器输出极设置于所述触发器凹槽的底部中心位置，并与所述引出极紧密接触； 所述接地金属圈设置于所述触发器凹槽的外沿，并与所述金属外壳紧密接触； 所述功能显示面板设置于所述触发器外壳的侧面。
2.根据权利要求I所述的开关，其特征在于， 所述触发器进一步包括触发器外壳、光纤接口和电源插座； 所述触发器外壳采用立方体结构； 所述光纤接口和所述电源插座设置于所述功能显示面板上。
3.根据权利要求2所述的开关，其特征在于， 所述触发器的内部功能电路包括电源输入端、触发光信号输入端、滤波一整流单元、可控开关单元、高压发生器、低压侧电容器、高压侧电容器、高压触发脉冲输出端口、以及触发器的共地接点； 所述电源输入端和所述共地接点与所述电源插座相连； 所述触发光信号输入端与所述光纤接口相连； 所述可控开关单元可选用晶闸管或者绝缘栅双极型晶体管； 所述高压发生器可采用脉冲变压器或螺旋管倍压器。
4.根据权利要求I所述的开关，其特征在于， 所述金属外壳为瓮型，并由金属材料制成；所述触发器外壳和所述触发器凹槽均采用绝缘材料制成； 所述触发针是由耐高温导电金属制成； 所述陶瓷管是由高性能陶瓷制成； 所述上、下电极基座是由耐高温金属材料制成； 所述上、下石墨电极是由高强度、高纯度且各向同性的电极用石墨制成。
5.根据权利要求I所述的开关，其特征在于，所述上、下石墨电极均为圆柱体，且符合罗果夫斯基轮廓线要求。
6.根据权利要求I所述的开关，其特征在于，所述功能显示面板上设有多个指示灯，用于根据实际需要表征所述触发器的电气状态。
全文摘要
本发明公开了一种具有触发器的开关，包括开关主体和触发器，开关主体包括接线端子、绝缘盖板、金属外壳、一对气嘴、柱形绝缘体、引出极、上电极基座、上电极套筒、上石墨电极、下电极基座、下电极套筒、下石墨电极、陶瓷管、触发针，触发器包括触发器凹槽、触发器输出极、接地金属圈、以及功能显示面板，接线端子设置于绝缘盖板的中心位置，绝缘盖板与金属外壳连接，并构成密闭腔体，用于电气隔离接线端子与金属外壳，气嘴对称设置于金属外壳的侧面，用于给开关主体充气放气，柱形绝缘体固定在开关主体底部，引出极从柱形绝缘体的轴向贯穿孔引出，上电极基座与绝缘盖板连接。本发明能解决三电极触发管型开关与触发器的电气连接问题，且结构紧凑。
文档编号H03K17/72GK102723934SQ20121016879
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者李黎, 林福昌, 蔡礼, 鲍超斌, 齐向东 申请人:华中科技大学