本發(fā)明屬于脈沖功率，具體涉及一種高壓脈沖電容器控制開關(guān)，可用于工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境保護等。

背景技術(shù)：

1、脈沖功率技術(shù)是將緩慢儲存起來的具有較高密度的能量，進行快速壓縮，轉(zhuǎn)換或者直接釋放給負(fù)載的電物理技術(shù)，被廣泛應(yīng)用工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境保護等領(lǐng)域。電容器儲能型脈沖功率系統(tǒng)一般包括高壓充電單元、高壓脈沖電容器、脈沖電感、控制開關(guān)和負(fù)載等幾部分，其中高壓脈沖電容器、脈沖電感、控制開關(guān)和負(fù)載構(gòu)成高壓脈沖電容器放電電路，在放電電路中脈沖電感和負(fù)載串聯(lián)后組成負(fù)載支路，控制開關(guān)是高壓脈沖電容器放電電路中的核心元件，由主開關(guān)和續(xù)流開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成，主要作用是控制高壓脈沖電容器放電時電路的導(dǎo)通和關(guān)斷。晶閘管因其高承受電壓、強通流能力、導(dǎo)通延時短、壽命長、成本低以及簡單的觸發(fā)方式等優(yōu)點被用于主開關(guān)，續(xù)流開關(guān)通常采用大功率二極管。傳統(tǒng)的控制開關(guān)一般是使用導(dǎo)線或者銅排等連接晶閘管和二極管分立器件，各個器件的連接通過金屬螺栓或絕緣螺栓固定。

2、隨著脈沖技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，高壓脈沖電容器放電時的功率等級達到兆瓦級，同時，在工程實際應(yīng)用中，脈沖功率系統(tǒng)需要運行在一定的重復(fù)頻率下，因此，高壓脈沖電容器工作在大功率重復(fù)放電的工況下。由分立器構(gòu)成的控制開關(guān)體積大，導(dǎo)致脈沖功率系統(tǒng)電路中存在較大的寄生電感，脈沖電容器在對后續(xù)負(fù)載進行放電后時，由于寄生電感的影響不僅會在脈沖電容器產(chǎn)生幾百甚至上kv的反壓，同時控制開關(guān)與導(dǎo)線連接處將會承受高達kn的電磁應(yīng)力，脈沖電容器的上的反壓以及控制開關(guān)連接處的受力對系統(tǒng)的重頻運行狀況、脈沖電容器的能量利用效率以及系統(tǒng)可靠性等方面產(chǎn)生不利影響。

3、為了滿足高電壓、大電流的要求同時降低因寄生電感產(chǎn)生的不利影響，例如：申請公布號為cn114629482a，名稱為“一種高壓脈沖開關(guān)裝置”的專利申請，公開了一種高壓脈沖開關(guān)裝置，包括門極組件、門極壓封組件、芯片組件和并聯(lián)銅環(huán)組件，所述門極組件固定連接在所述門極壓封組件上端，所述芯片組件設(shè)置在所述門極壓封組件內(nèi)部，所述并聯(lián)銅環(huán)連接于所述芯片組件下方。該發(fā)明通過并聯(lián)銅環(huán)組件解決了多芯片電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)間的隔離難題，通過多芯片封裝可實現(xiàn)不同功率等級開關(guān)裝置，此外脈沖開關(guān)適用的關(guān)斷電流較大，阻斷電壓較高，并且能夠?qū)⒄駝?、沖擊、高低溫循環(huán)、鹽霧等環(huán)境因素對產(chǎn)品影響降低到合理范圍。但該發(fā)明并聯(lián)銅環(huán)組件中導(dǎo)電塊與高壓脈沖電容器放電電路中其它器件是通過導(dǎo)線或銅排以及螺栓固定的，導(dǎo)電塊、導(dǎo)線或銅排中的寄生電感仍然較大，高壓脈沖電容器仍會產(chǎn)生較高的反向電壓，且在高壓脈沖電容器放電時，控制開關(guān)與導(dǎo)線連接處的電磁應(yīng)力高達kn級，這種固定方式不能保證系統(tǒng)連接的可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種高壓脈沖電容器控制開關(guān)，旨在實現(xiàn)控制開關(guān)的高電壓和大電流以及小型化的前提下，降低高壓脈沖電容器的反向電壓，以及控制開關(guān)與高壓脈沖電容器其它元件連接處的電磁應(yīng)力。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括由三個接線排以及與其壓接的二極管和晶閘管形成的壓接體；還包括底座6和固定在底座6上的外殼7，所述外殼7采用底端開口的中空結(jié)構(gòu)，其側(cè)壁上設(shè)置有三個接線排接線端通過的開口，開口處固定有絕緣擋板8，該絕緣擋板8與底座6和外殼7形成密閉腔體，密閉腔體內(nèi)填充有絕緣介質(zhì)；所述二極管4壓接在第一接線排1與第二接線排2之間，所述晶閘管5壓接在第二接線排2與第三接線排3之間，且二極管4和晶閘管5的陰極端與第二接線排2壓接，所形成的壓接體浸沒在密閉腔體內(nèi)的絕緣介質(zhì)中；所述三個接線排的接線端穿過絕緣擋板8，且第一接線排1的一個側(cè)棱與第三接線排3同側(cè)的側(cè)棱之間，以及另一個側(cè)棱與第二接線排2的同側(cè)的側(cè)棱之間分別通過固定壓塊9固定有兩根第一同軸線10和兩根第二同軸線11；所述第一同軸線10和第二同軸線11的外導(dǎo)體均與第一接線排1連接，內(nèi)導(dǎo)體分別與第三接線排3和第二接線排2連接。

3、作為優(yōu)化，所述第一接線排1、第二接線排2和第三接線排3的接線端上固定同軸線的側(cè)棱，以及固定壓塊9與同軸線接觸的一面上，分別設(shè)置有同軸線通過的圓弧形缺口。

4、作為優(yōu)化，所述第一接線排1的接線端與第三接線排3的接線端寬度相等，第一接線排1的接線端寬度大于第二接線排2的接線端寬度，且第一接線排1的接線端與第三接線排3的接線端固定第一同軸線10、第二接線排2的接線端固定第二同軸線11的側(cè)棱平齊。

5、作為優(yōu)化，所述第三接線排3上的接線端位于第一接線排1上的接線端與第二接線排2上的接線端之間，且分別與第一接線排1上的接線端、第二接線排2上的接線端之間的距離相等，兩個接線排的接線端之間均填充有固體絕緣材料。

6、作為優(yōu)化，所述外殼7，采用底端開口且側(cè)壁上設(shè)置有缺口的圓柱形中空結(jié)構(gòu)，其頂端為球面。

7、作為優(yōu)化，所述外殼7，其與絕緣擋板8以及底座6所形成的密閉腔體內(nèi)填充的絕緣介質(zhì)為液體絕緣材料或氣體絕緣材料。

8、作為優(yōu)化，所述底座6，采用圓盤形結(jié)構(gòu)。

9、作為優(yōu)化，所述外殼7和底座6，均采用金屬鋁材質(zhì)。

10、作為優(yōu)化，所述控制開關(guān)，其壓接體與底座6之間設(shè)置有絕緣支撐塊。

11、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：

12、1.本發(fā)明中三個接線排中寄生電感相互耦合，且第一接線排與第三接線排之間，以及與第二接線排之間分別固定有兩根同軸線，在高壓脈沖電容器進行放電時，三個接線排上的寄生電感進行反向耦合，同時相對的兩根同軸線內(nèi)導(dǎo)體上的寄生電感也進行了反向耦合，避免了現(xiàn)有技術(shù)中因寄生電感導(dǎo)致高壓脈沖電容器上產(chǎn)生較高反向電壓的缺陷，提高了高壓脈沖電容器中能量利用率以及系統(tǒng)的重頻率。

13、2.本發(fā)明第一接線排與第三接線排、第二接線排的接線端之間分別固定有兩根同軸線，每根同軸線各分擔(dān)一半的總電流，且由于相對的兩根同軸線內(nèi)導(dǎo)體上的寄生電感的反向耦合致使接線端與同軸線連接處的磁場減小，根據(jù)電磁力原理，控制開關(guān)與高壓脈沖電容器放電電路中其它元件連接處的電磁應(yīng)力減小，提高了控制開關(guān)與高壓脈沖電容器放電系統(tǒng)中其它元件連接的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種高壓脈沖電容器控制開關(guān)，包括由三個接線排以及與其壓接的二極管和晶閘管形成的壓接體；其特征在于，還包括底座(6)和固定在底座(6)上的外殼(7)，所述外殼(7)采用底端開口的中空結(jié)構(gòu)，其側(cè)壁上設(shè)置有三個接線排接線端通過的開口，開口處固定有絕緣擋板(8)，該絕緣擋板(8)與底座(6)和外殼(7)形成密閉腔體，密閉腔體內(nèi)填充有絕緣介質(zhì)；所述二極管(4)壓接在第一接線排(1)與第二接線排(2)之間，所述晶閘管(5)壓接在第二接線排(2)與第三接線排(3)之間，且二極管(4)和晶閘管(5)的陰極端與第二接線排(2)壓接，所形成的壓接體浸沒在密閉腔體內(nèi)的絕緣介質(zhì)中；所述三個接線排的接線端穿過絕緣擋板(8)，且第一接線排(1)的一個側(cè)棱與第三接線排(3)同側(cè)的側(cè)棱之間，以及另一個側(cè)棱與第二接線排(2)的同側(cè)的側(cè)棱之間分別通過固定壓塊(9)固定有兩根第一同軸線(10)和兩根第二同軸線(11)；所述第一同軸線(10)和第二同軸線(11)的外導(dǎo)體均與第一接線排(1)連接，內(nèi)導(dǎo)體分別與第三接線排(3)和第二接線排(2)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制開關(guān)，其特征在于，所述第一接線排(1)、第二接線排(2)和第三接線排(3)的接線端上固定同軸線的側(cè)棱，以及固定壓塊(9)與同軸線接觸的一面上，分別設(shè)置有同軸線通過的圓弧形缺口。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制開關(guān)，其特征在于，所述第一接線排(1)的接線端與第三接線排(3)的接線端寬度相等，第一接線排(1)的接線端寬度大于第二接線排(2)的接線端寬度，且第一接線排(1)的接線端與第三接線排(3)的接線端固定第一同軸線(10)、第二接線排(2)的接線端固定第二同軸線(11)的側(cè)棱平齊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制開關(guān)，其特征在于，所述第三接線排(3)上的接線端位于第一接線排(1)上的接線端與第二接線排(2)上的接線端之間，且分別與第一接線排(1)上的接線端、第二接線排(2)上的接線端之間的距離相等，兩個接線排的接線端之間均填充有固體絕緣材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制開關(guān)，其特征在于，所述外殼(7)，采用底端開口且側(cè)壁上設(shè)置有缺口的圓柱形中空結(jié)構(gòu)，其頂端為球面。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制開關(guān)，其特征在于，所述外殼(7)，其與絕緣擋板(8)以及底座(6)所形成的密閉腔體內(nèi)填充的絕緣介質(zhì)為液體絕緣材料或氣體絕緣材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制開關(guān)，其特征在于，所述底座(6)，采用圓盤形結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制開關(guān)，其特征在于，所述外殼(7)和底座(6)，均采用金屬鋁材質(zhì)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制開關(guān)，其特征在于，所述控制開關(guān)，其壓接體與底座(6)之間設(shè)置有絕緣支撐塊。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種高壓脈沖電容器控制開關(guān)，包括晶閘管、二極管以及三個接線排壓接所形成的壓接體，壓接體浸沒在由底座、外殼和絕緣擋板形成的密閉腔體內(nèi)的絕緣介質(zhì)中；且第一接線排與第三接線排之間，以及與第二接線排之間分別固定有兩根同軸線。在控制開關(guān)控制高壓脈沖電容器放電時，三個接線排上的寄生電感進行反向耦合，同時相對的兩根同軸線上的寄生電感也進行了反向耦合，避免了因寄生電感而導(dǎo)致的電容器反向電壓，提高了高壓脈沖電容器中能量利用率以及脈沖功率系統(tǒng)的重頻率；且每根同軸線各分擔(dān)一半的總電流，同軸線與三個接線排接線端連接處的電磁應(yīng)力也得到相應(yīng)的減小，提高了控制開關(guān)與功率脈沖系統(tǒng)中其它元件連接的可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭峰,周陽,張璇煜,李紫純,周立杰
受保護的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10