专利名称：激光触发真空开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子开关器件，尤其涉及一种激光触发真空开关。
背景技术：
随着脉冲功率技术的发展，对大功率开关器件的需求大大增加。大功率开关器件 是脉冲功率电源最重要的组成部分，它必须可以在高电压、大电流的条件下工作，并且还要 求其反应速度快、可靠性高、触发稳定、寿命长。激光触发真空开关是将激光技术与高功率 脉冲技术结合而成的一种新型开关器件，其通过将激光照射在靶电极上面，从而产生等离 子蒸汽，最后在主电极电压作用下使得开关导通。激光触发真空开关相对于其它类型的开 关，具有较宽的工作电压范围和较高的库仑电量导通特性，并且其触发系统相对独立，抗干 扰能力好，触发稳定，因此受到了越来越多的关注。专利号为US4978893的美国专利公开了一种激光触发真空开关，如图1所示，其包 括一个密闭的壳体30，该壳体一端设有一通道50与真空泵相连以保持壳体30内的气压，与 其相对的一端设有一激光窗口 34。壳体30内设有一对以一定间隙8相对设置的电极，即阳 极20和阴极10。阳极20固定在电极柱44 一端，而阴极10固定在电极柱40—端。电极 柱44和40从壳体30侧壁上的通孔伸出壳体30外以连接到电路的正负端。阳极20上对 应所述激光窗口 34开设有一通孔22以形成激光照射通道，如虚线所示，靶电极18设于所 述阴极10上且 位于该激光照射通道上。这样，在该激光触发真空开关工作时，激光照射在 靶电极18上，产生等离子蒸汽，最后在电极柱44和40之间的电压作用下使得开关导通。然而，这种激光触发真空开关存在以下几个问题第一，由于阳极20和阴极10分 别安装在电极柱44和40 —端，不易对齐通孔22、靶电极18和激光窗口 34，制造加工困难， 且降低了生产效率。第二，在开关导通时，会产生较大的电动力，而阳极20和阴极10均为 片状，很容易发生形变，导致阳极20和阴极10之间的间隙8发生变化，进而引起工作电压 变化，影响工作性能。第三，由于电极柱44和40距离很近，因此不能承受太高的工作电压， 否则会有击穿的可能。因此，亟待提供一种改进的激光触发真空开关以克服上述缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单、触发性能稳定、使用方便、使用 寿命长且加工方便的激光触发真空开关。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种激光触发真空开关，包括密闭壳体、设 于所述密闭壳体上的第一电极和第二电极、以及激光照射窗。所述第一电极和第二电极分 别固定在所述密闭壳体的两端。所述第二电极内轴向开设有通孔。所述第一电极的一端面 上设有与所述通孔相对的靶电极，所述激光照射窗位于所述第二电极外端，且所述激光照 射窗、所述通孔和所述靶电极位于同一轴线上。与现有技术相比，本发明的激光触发真空开关的第一电极和第二电极固定在密闭壳体的两端，保证了该激光触发真空开关可以在高电压的条件下工作，减少了误动作的可 能。靶电极设于第一电极一端面，当开关导通时不易发生形变，从而可以延长开关的使用寿 命。此外，所述靶电极、通孔以及激光照射窗位于同一轴线上，可以保证在各种外界条件下 激光稳定照射到靶电极，使开关在重复频率条件下可长期工作，并且便于制造，加工和光路 校准都十分方便，从而可以提高生产效率。优选地，所述激光照射窗外侧设有光纤接口，所述光纤接口与所述通孔位于同一 轴线上，以进一步提高光路校准的简便性与可靠性。较佳地，所述密闭壳体内还设有屏蔽罩，所述屏蔽罩包括上屏蔽罩、中部屏蔽罩和 下屏蔽罩，所述中部屏蔽罩连接在所述密闭壳体的侧壁上，所述上屏蔽罩设于所述密闭壳 体的一端且位于所述第一电极外围，所述下屏蔽罩设于所述密闭壳体的另一端且位于所述 第二电极外围。该屏蔽罩用于限制电弧燃烧区域，防止燃弧时金属蒸汽沉积在绝缘外壳上， 从而保证绝缘外壳不被高温电弧烧蚀。此外，该屏蔽罩还可以使电弧燃烧电极之后产生的 金属蒸汽附着在其上面，从而维护开关本体内的电场稳定和较高的真空度。进一步地，所述上屏蔽罩、中部屏蔽罩和下屏蔽罩的外沿均为圆弧导角，以避免产 生电场畸变。较佳地，所述第一电极内设有吸气通道，所述吸气通道外端设有吸气环且内端与 所述密闭壳体内部连通，所述第一电极外端设有罩设于所述吸气环上的端盖。优选地，所述第一电极和第二电极之间的间隙为IOmm 15mm。所述第一电极与第二电极由铜和铬各百分之五十的材料制成，该材料耐真空电弧 能力强，可以保证多次使用之后烧蚀情况良好。。优选地，所述靶电极为钛粉与氯化钾的混合物，使得该激发触发真空开关在对单 次电荷转移量要求很高或者激光器性能不是很好的条件下，即小激光功率下能够稳定触 发，所需触发激光能量低，导通时承受的电荷库伦量比较大，并且进一步延长开关的使用寿 命。通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明 的实施例。
图1为现有的激光触发真空开关的结构示意图。图2为本发明激光触发真空开关的一实施例的结构示意图。图3为本发明激光触发真空开关的另一实施例的结构示意图。
具体实施例方式现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如 上所述，本发明提供了一种激光触发真空开关，该开关结构简单、触发性能稳定、使用寿命 长且加工方便。下面将结合附图详细阐述本发明实施例的技术方案。如图2所示，本实施例的激 光触发真空开关包括密闭壳体1、设于所述密闭壳体1上的第一电极2和第二电极3、以及 激光照射窗4。所述第一电极2和第二电极3分别固定在所述密闭壳体1的两端。
具体地，所述密闭壳体1包括绝缘外壳11、上端法兰12和下端法兰13，所述上端 法兰12和下端法兰13分别固定在所述绝缘外壳11两端以形成一个封闭的空间。所述第 一电极2通过上端法兰12固定在所述密闭壳体1上，所述第二电极3通过下端法兰13固 定在所述密闭壳体1上。进一步地，所述第一电极1包括第一电极柱21和安装其上的第一电极头22，第二电极3包括第二电极柱31和安装其上的第二电极头32，所述第一电极头22和第二电极头 32均使用圆弧导角，形成倒圆台形电极平台。所述第一电极2和第二电极3为同轴结构。 所述第二电极3内轴向开设有通孔33，所述第一电极1 一端面上设有与所述通孔33相对的 靶电极5。具体的，所述第一电极头22面对所述第二电极头32的端面中部开设有凹槽，所 述靶电极5设于所述凹槽内。所述激光照射窗4位于所述第二电极3外端且所述激光照射 窗4、所述通孔33和所述靶电极5位于同一轴线上，从而形成激光照射通道，使激光可以射 入开关内部照到所述靶电极5上。所述靶电极5可以为圆盘形，所述通孔33可以为圆形通 孔。所述第一电极2外端开设有4个供螺钉固定的内螺纹孔26，所述第二电极3外端开设 有4个供螺钉固定的内螺纹孔34，便于该激光触发真空开关与外电路的电气与机械连接。本实施例的激光触发真空开关的第一电极2和第二电极3固定在密闭壳体1的两 端，保证了该激光触发真空开关可以在高电压下工作，减少了误动作的可能。靶电极5嵌设 于第一电极2中部，当开关导通时不易发生形变，从而可以延长开关的使用寿命。此外，所 述靶电极、通孔33以及激光照射窗4位于同一轴线上使得开关便于制造，加工和光路校准 都十分方便，从而可以提高生产效率。进一步地，所述激光照射窗4作为激光入口，可以由石英玻璃、刚玉、蓝宝石等材 料制成。如图所示，在所述第二电极3的外端接有金属套管35，所述金属套管正对所述通孔 33，所述激光照射窗4嵌在所述金属套管35内并将其密封，从而所述形成激光照射通道，保 证激光能够正常入射并照射到靶电极，以及加工、试验的通用性。优选地，所述第一电极2和第二电极3之间的间隙为IOmm 15mm，该间隙距离适 中，既可以保证该间隙的绝缘性能，使真空触发开关能在电极两端施加几十千伏的直流电 压时仍然保持良好的绝缘性能，又可以避免因间距过大而导致真空电弧长度增加，减小电 极表面烧蚀的可能。所述靶电极5为钛粉与氯化钾的混合物，使得该激发触发真空开关在 对单次电荷转移量要求很高或者激光器性能不是很好的条件下，即小激光功率下能够稳定 触发，所需触发激光能量低，导通时承受的电荷库伦量比较大，并且可以进一步延长开关的 使用寿命。其重频特性好，具有很好的抗干扰信号能力，可满足脉冲功率装置中大功率闭合 开关的应用要求。所述第一电极2与第二电极3由铜和铬各百分之五十的材料制成，该材 料耐真空电弧能力强，可以保证多次使用之后烧蚀情况良好。优选地，所述密闭壳体1内还设有屏蔽罩。作为本发明的优选实施例，该屏蔽罩包 括上屏蔽罩61、中部屏蔽罩62和下屏蔽罩63。所述上屏蔽罩61固定的上端法兰61内侧 且位于所述第一电极2外围，所述下屏蔽罩63固定在所述下端法兰13内侧且位于所述第 二电极3外围，所述中部屏蔽罩2通过连接件64固定在所述绝缘外壳11上。该屏蔽罩用 于限制电弧燃烧区域，防止燃弧时金属蒸汽沉积在绝缘外壳11上，从而保证绝缘外壳11不 被高温电弧烧蚀。此外，该屏蔽罩还可以使电弧燃烧电极之后产生的金属蒸汽附着在其上 面，从而维护开关本体内的电场稳定和较高的真空度。所述上屏蔽罩1、中部屏蔽罩2和下屏蔽罩3在外延处均采用圆弧导角，避免产生电场畸变。所述第一电极2内设有吸气通道23，所述吸气通道23外端设有吸气环24且内端 与所述密闭壳体1内部连通，所述第一电极2外端设有罩设于所述吸气环24上的端盖25。 具体地，所述第一电极2从外端轴向开设有埋孔23a，所述埋孔23a通过横向通孔23b与所 述密闭壳体1内部连通，所述埋孔23a和横向通孔23b形成所述吸气通道23。所述埋孔23a 外端设有吸气环24，所述端盖25罩设于所述吸气环24上，这样便于将密闭壳体1内抽成真 空，将其内部压力维持住。图3显示了本发明激光触发真空开关的另一实施例。本实施例与上一实施例的不 同之处在于，本实施例的激光触发真空开关的激光照射窗4外侧还设有光纤接口 8，所述光 纤接口 8位于与所述激光照射窗4、所述通孔33同轴的位置上，入射激光从空气传播改为光 纤传播，可以进一步提高光路校准的可靠性和便捷度。具体地，可以将所述金属套管35的 外端弯折形成直径较小的接口 ，供光纤接入，也可以独立制造安装在金属套管35上。
权利要求
一种激光触发真空开关，包括密闭壳体(1)、设于所述密闭壳体(1)上的第一电极(2)和第二电极(3)、以及激光照射窗(4)，其特征在于所述第一电极(2)和第二电极(3)分别固定在所述密闭壳体(1)的两端，所述第二电极(3)内轴向开设有通孔(33)，所述第一电极(2)的一端面上设有与所述通孔(33)相对的靶电极(5)，所述激光照射窗(4)位于所述第二电极(3)外端，且所述激光照射窗(4)、所述通孔(33)和所述靶电极(5)位于同一轴线上。
2.根据权利要求1所述的激光触发真空开关，其特征在于所述密闭壳体(1)内还设 有屏蔽罩，所述屏蔽罩包括上屏蔽罩(61)、中部屏蔽罩(62)和下屏蔽罩(63)，所述中部屏 蔽罩(62)连接在所述密闭壳体(1)的侧壁上，所述上屏蔽罩(61)设于所述密闭壳体(1) 的一端且位于所述第一电极(2)外围，所述下屏蔽罩(63)设于所述密闭壳体(1)的另一端 且位于所述第二电极(3)外围。
3.根据权利要求2所述的激光触发真空开关，其特征在于所述上屏蔽罩(61)、中部屏 蔽罩(62)和下屏蔽罩(63)的外沿均为圆弧导角(61a、62a、63a)。
4.根据权利要求1所述的激光触发真空开关，其特征在于所述第一电极(2)内设有 吸气通道(23)，所述吸气通道(23)外端设有吸气环(24)且内端与所述密闭壳体(1)内部 连通，所述第一电极(2)外端设有罩设于所述吸气环(24)上的端盖(25)。
5.根据权利要求1所述的激光触发真空开关，其特征在于所述激光照射窗(4)外侧 设有光纤接口(8)，所述光纤接口(8)与所述通孔(33)位于同一轴线上。
6.根据权利要求1所述的激光触发真空开关，其特征在于所述第一电极(2)和第二 电极⑶之间的间隙为IOmm 15mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的激光触发真空开关，其特征在于所述第一电极(2) 和第二电极⑶外端开有多个内螺纹孔(26、34)。
8.根据权利要求1-6所述的激光触发真空开关，其特征在于所述靶电极(5)为钛粉 与氯化钾的混合物。
9.根据权利要求1-6任一项所述的激光触发真空开关，其特征在于所述第一电极(2) 与第二电极(3)由铜和铬各百分之五十的材料制成。
全文摘要
本发明公开了一种激光触发真空开关，其包括密闭壳体、设于所述密闭壳体上的第一电极和第二电极、以及激光照射窗。所述第一电极和第二电极分别固定在所述密闭壳体的两端。所述第二电极内轴向开设有通孔。所述第一电极的一端面上设有与所述通孔相对的靶电极，所述激光照射窗位于所述第二电极外端，且所述激光照射窗、所述通孔和所述靶电极位于同一轴线上。该激光触发真空开关结构简单、触发性能稳定、使用寿命长且加工方便。
文档编号H03K17/54GK101820275SQ20101015469
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者何正浩, 刘俊翔, 张召亮, 朱璐, 许宇航 申请人:华中科技大学