专利名称：一种二电极气体开关用Marx触发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及大功率固体激光器氙灯泵浦的初级电源，特别涉及一种二电极气体开关用Marx触发器，适用于大功率固体激光器氙灯泵浦的初级电源系统。
背景技术：
在大功率固体激光器氙灯泵浦的初级电源系统中，二电极气体开关负责将能量从能源组件传递到大功率脉冲氙灯负载，二电极气体开关用Marx触发器( 一般也称Marx发生器，本发明中因用来触发二电极气体开关，故称为Marx触发器)是整个初级电源系统的关键部件之一。为了提高初级电源系统的输出总能量，通常采用多台能源组件并联同步运行，由于能源组件对氙灯放电是一个瞬态快速过程，基于能量集中的原则，多台能源组件并联运行对整个二电极气体开关系统的同步性和时间抖动有一定要求，且要求开关系统的可靠性和稳定性均很高。 二电极气体开关通常的工作电压选在其自击穿电压的40 % 60 % ，以保证自闪概率低，稳定性高；由于大功率氙灯负载决定了二电极气体开关的工作电压较高(约20kV)，其自击穿电压对应更高(约40kV)，考虑一定的触发裕度，二电极气体开关的触发脉冲幅值要求更高；同时，为了减小二电极气体开关的击穿时间抖动，要求Marx触发器的触发脉冲的上升前沿也很陡峭。 Marx触发器不仅需要产生快前沿、高幅值的触发脉冲以保证二电极气体开关的可靠击穿而且抖动小，而Marx触发器自身的建立时间抖动(Marx触发器从第一对触发间隙被触发点火之后，到最后一级火花间隙击穿输出高压脉冲所需要的时间称为Marx触发器的建立时间，建立时间的分散性称为建立时间抖动)也对整个气体开关系统的同步性和时间抖动有很大的影响。 一方面Marx触发器建立时间抖动随其工作欠压比的提高而减小，另一方面欠压比提高后必然导致自击穿概率增大，系统可靠性降低；因此，要求二电极气体开关用Marx触发器工作在较低的欠压比下，且建立时间抖动小，这样传统的单级触发的Marx触发器便不能满足需求，需要采取改进措施来保证Marx触发器的同步性和可靠性来满足气体开关系统。 Marx触发器实际应用电路详细参见专利申请号为200910022925. 5的《一种二电极气体开关的Marx触发器的输出保护电路》;由于Marx触发器输出端接在二电极气体开关和磁开关之间的公共节点上，磁开关的伏秒量满足Marx触发器触发脉冲触发二电极气体开关之前不饱和，在二电极气体开关触发导通之后，主储能单元向氙灯负放电时磁开关迅速饱和导通，而此时Marx触发器内部间隙尚未熄弧，由于主储能单元的容量很大，短时间内相当于在Marx触发器输出端反向施加一个恒压源，此时由于隔离间隙处于导通状态，且Marx触发器最后一级储能电容对外壳电位最高，一旦此处绝缘出现故障，发生对外壳(即地电位)击穿，主储能单元将直接对地放电，电流过大可能导致能源组件中的主储能单元发生严重故障，虽然此故障现象出现概率很低，但危害很大，因此有必要采取保护措施防止这种故障现象的出现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二电极气体开关用Marx触发器，能够使Marx触发器
工作在较低的欠压比下，其建立时间抖动小以保证气体开关系统在大功率固体激光器氙灯
泵浦的初级电源中工程应用时的可靠性、安全性与同步性。 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的。 —种二电极气体开关用Marx触发器，包括同轴金属密封筒，位于同轴金属密封筒
中央的绝缘板，设置在绝缘板上具有多级的被动触发间隙的触发电路和具有多级的自击穿
间隙的升压电路；所述触发电路的输入端分别接入高压直流和触发信号，触发电路的输出
端连接升压电路的输入端，升压电路的输出端输出二电极气体开关用触发脉冲；其特征在
于，在同轴金属密封筒内设置有隔离间隙、隔直电容、泄放电阻；所述升压电路的输出端依
次串联隔离间隙、隔直电容后，向同轴金属密封筒外输出二电极气体开关用触发脉冲，所述
隔离间隙和隔直电容的公共节点处连接一个用于释放隔直电容残压的泄放电阻。 本发明的进一步改进和特点在于 (1)所述被动触发间隙的第一级的两侧并联有一辅助放电电容。
(2)所述被动触发间隙、自击穿间隙、隔离间隙位于同一中心线上。
(3)所述泄放电阻的一端电连接所述隔离间隙和隔直电容的公共节点，其另一端
电连接所述同轴金属密封筒的筒壁。
(4)所述泄放电阻与隔直电容并联。 (5)所述同轴金属密封筒充注绝对压力为1 5Bar干燥空气。 本发明中，在同轴金属密封筒内设置有隔离间隙、隔直电容、泄放电阻，升压电路
的输出端依次串联隔离间隙、隔直电容后，向同轴金属密封筒外输出二电极气体开关用触
发脉冲，隔离间隙和隔直电容的公共节点处连接一个用于释放隔直电容残压的泄放电阻；
此外，被动触发间隙的第一级的两侧并联有一辅助放电电容。本发明与现有技术相比，具有
以下优点 (1) 、 Marx触发器采用充气同轴金属密封筒，隔离间隙、隔直电容、泄放电阻，不受
外界温度、湿度、气压、电磁干扰等因素的影响，结构紧凑，体积小，性能稳定。 (2)、被动触发间隙的第一级的两侧并联有一辅助放电电容，可以增强第一级被动
触发间隙的紫外光辐射，又由于所有间隙均位于同一中心线上，因此加强后的紫外光照射
同时有利于后几级间隙(包括隔离间隙)的击穿，从而提高Marx触发器的同步性。 (3)、在隔离间隙之后串联一隔直电容，可以防止Marx触发器最后一级主放电电
容发生对外壳(即地电位)击穿故障时，主储能单元将直接对地放电，电流过大可能导致能
源组件发生严重故障的情况。 (4)、同轴金属密封筒充注绝对压力为1 5Bar干燥空气，能够提高泄放电阻的绝 缘可靠性。
下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。 图1为具有本发明的Marx触发器的大功率固体激光器初级能源系统的电路原理图。 图2为本发明的一种二电极气体开关用Marx触发器实际电路图；
图3为图2的等效电路原理图。 图4为本发明的另一种二电极气体开关用Marx触发器的等效电路电路原理图。
具体实施例方式
参照图l，大功率固体激光器初级能源系统中，预电离电容充电机1向其对应的储 能单元2充电，然后经过开关K控制向氙灯负载3提供预电离脉冲。主放电电容充电机4向 其对应的主储能单元5充电，主储能单元5依次通过二电位气体开关6、磁开关7向氙灯负 载3提供主放电脉冲，通过Marx触发器8输出的高压脉冲控制二电极气体开关6的通断， 整个能源系统中氙灯负载、主预储能电容、Marx触发器外壳及系统其他接地点公用同一个 接地点。Marx触发器8的电源输入端连接直流高压发生器。Marx触发器8的触发输入端 通过光控10KV高压脉冲放大器连接触发信号。 参照图2，为一种二电极气体开关用Marx触发器实际电路，布置在有机玻璃绝缘 板上，主要包括以下触发电路9、升压电路10和隔离电路11。 触发电路9具有两级的被动触发间隙，第一级被动触发间隙的一端依次通过一个 充电电阻、二极管连接高稳定性直流高压发生器的正极输入端，二极管的电流流向指向充 电电阻，第一级被动触发间隙的另一端连接Marx触发器外壳(即地线)；第一级被动触发 间隙的两端并联有主放电电容C和隔离电阻R组成的串联回路，其中隔离电阻R的一端连 接直流高压发生器的负极输入端，隔离电阻的另一端作为第一级被动触发间隙的负极输出 端子，第一级被动触发间隙和主放电电容C的公共节点作为第一级被动触发间隙的正极输 出端。触发信号通过触发电阻&后点燃第一级被动触发间隙。第一级被动触发间隙的两 端还并联有辅助放电电容Q，增强放电。 第二级被动触发间隙的正、负极输出端子分别通过隔离电阻R与第一级被动触发 间隙的正、负极输出端子连接，主放电电容C并联在第二级被动触发间隙的正、负极输出端 子之间。触发信号通过触发电阻R2后，点燃第二级被动触发间隙。 升压电路10具有四级的自击穿间隙，四级自击穿间隙电路形式相同，并且依次级 联，第一、二、三、四级自击穿间隙与第二级被动触发间隙的区别在于没有用于点燃间隙的 辅助电极、触发电阻和触发回路。第四级(即末级)自击穿间隙的正极输出端子悬空，负极 输出端子作为升压电路的输出端。 隔离电路11包括依次串联的依次串联隔离间隙K'、隔直电容C'，隔离电容C' 的两端并联有用于释放隔直电容C'残压的泄放电阻R'。 参照图3，有机玻璃绝缘板以及布置其上的触发电路9、升压电路10和隔离电路11 均放入于同轴金属(铝质)密封筒中央，同轴金属密封筒充注绝对压力为1 5Bar干燥空 气；被动触发间隙、自击穿间隙、隔离间隙位于同一中心线上，并且升压电路10的输出端依 次串联隔离间隙、隔直电容后，向同轴金属密封筒外输出二电极气体开关6用触发脉冲。此 时的等效电路和实际电路的不同在于，同轴金属密封筒的外壁接地，上述实际电路的各个 节点和同轴金属密封筒的筒壁之间存在分布电容，尤其是隔离间隙K'和隔直电容C'的 公共节点对同轴金属密封筒的杂散电容，可以在导通瞬间钳位隔离间隙K'的该公共节点的初始电位，类似于Marx触发器的建立机理，提高了用于隔离间隙K'的击穿电压，从而保 证Marx触发器工作在较低电压下便可以保证隔离间隙K'与二电极气体开关6均可靠击 穿，且隔离间隙K'先于二电极气体开关击穿。 上述电路的参数选取范围如下隔直电容电容量为O. 2nF 10nF，泄放阻R'选择 阻值为500k Q 30M，，容量为50W 100W ;辅助放电电容电容量为0. 5nF 5nF ;隔离间 隙K'内部为稍不均匀场，其直流击穿电压大于50kV(不被预电离击穿即可)，其脉冲击穿 电压不大于70 75kV(保证能被Marx触发器可靠击穿)，充气绝压为1 5Bar。
参照图4，另一种二电极气体开关用Marx触发器的等效电路电路，与前一种等效 电路的区别是泄放电阻R'的一端电连接隔离间隙K'和隔直电容C'的公共节点，其另 一端电连接同轴金属密封筒的筒壁，同轴金属密封筒的外壁可靠接地。
权利要求
一种二电极气体开关用Marx触发器，包括同轴金属密封筒，位于同轴金属密封筒中央的绝缘板，设置在绝缘板上具有多级的被动触发间隙的触发电路和具有多级的自击穿间隙的升压电路；所述触发电路的输入端分别接入高压直流和触发信号，触发电路的输出端连接升压电路的输入端，升压电路的输出端输出二电极气体开关用触发脉冲；其特征在于，在同轴金属密封筒内设置有隔离间隙、隔直电容、泄放电阻；所述升压电路的输出端依次串联隔离间隙、隔直电容后，向同轴金属密封筒外输出二电极气体开关用触发脉冲，所述隔离间隙和隔直电容的公共节点处连接一个用于释放隔直电容残压的泄放电阻。
2. 根据权利要求1所述的一种二电极气体开关用Marx触发器，其特征在于，所述被动 触发间隙的第一级的两侧并联有一辅助放电电容。
3. 根据权利要求1所述的一种二电极气体开关用Marx触发器，其特征在于，所述被动 触发间隙、自击穿间隙、隔离间隙位于同一中心线上。
4. 根据权利要求1所述的一种二电极气体开关用Marx触发器，其特征在于，所述泄放 电阻的一端电连接所述隔离间隙和隔直电容的公共节点，其另一端电连接所述同轴金属密 封筒的筒壁。
5. 根据权利要求1所述的一种二电极气体开关用Marx触发器，其特征在于，所述泄放 电阻与隔直电容并联。
6. 根据权利要求1所述的一种二电极气体开关用Marx触发器，其特征在于，所述同轴 金属密封筒充注绝对压力为1 5Bar干燥空气。
全文摘要
本发明涉及大功率固体激光器氙灯泵浦的初级电源，公开了一种二电极气体开关用Marx触发器。它包括同轴金属密封筒，位于同轴金属密封筒中央的绝缘板，设置在绝缘板上具有多级被动触发间隙的触发电路和具有多级自击穿间隙的升压电路；所述触发电路的输入端分别接入高压直流和触发信号，触发电路的输出端连接升压电路的输入端，升压电路的输出端输出二电极气体开关用触发脉冲；其特征在于，在同轴金属密封筒内设置有隔离间隙、隔直电容、泄放电阻；所述升压电路的输出端依次串联隔离间隙、隔直电容后，向同轴金属密封筒外输出二电极气体开关用触发脉冲，所述隔离间隙和隔直电容的公共节点处连接一个用于释放隔直电容残压的泄放电阻。
文档编号H05B41/30GK101715269SQ20091021909
公开日2010年5月26日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者刘鹏, 李良书, 杜修明, 杨兰均, 童金禄, 赵宏博 申请人:西安交通大学