專利名稱：一種二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器的輸出保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及大功率固體激光器氙燈泵浦的初級電源，特別涉及一種應(yīng)用于大 功率固體激光器氙燈泵浦的初級電源中的二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器的輸出保護電 路。
背景技術(shù)：
在強激光氙燈泵浦的初級電源系統(tǒng)中，開關(guān)負責(zé)將能量從儲能系統(tǒng)傳遞到大功率 脈沖氙燈負載，是整個初級電源系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。目前廣泛應(yīng)用的開關(guān)是引燃管，但隨著強 激光初級電源系統(tǒng)向更大儲能的發(fā)展，引燃管的通流能力已經(jīng)無法滿足需求，且自擊穿幾 率較大，已不適合更大儲能的初級電源系統(tǒng)對開關(guān)的高可靠性要求。 二電極氣體開關(guān)具有通流能力強、壽命長、工作穩(wěn)定、沒有重金屬汞污染的優(yōu)點。 二電極氣體開關(guān)在工作過程中需要一個幅值高、前沿陡的觸發(fā)脈沖電壓擊穿氣體開關(guān)的電 極間隙使開關(guān)導(dǎo)通。 在大電流通過脈沖氙燈時，為了防止由于電流上升速率過快而導(dǎo)致氙燈被損壞， 需采用一個預(yù)電離脈沖電壓先擊穿脈沖氙燈的長氣體間隙，在脈沖氙燈中產(chǎn)生高電導(dǎo)的等 離子體，為幾百微秒后的大脈沖電流做好準備，增加預(yù)電離過程后，脈沖氙燈在通過大電流 時的可靠性和壽命得以提高，另一方面如果沒有預(yù)電離過程，脈沖氙燈存在導(dǎo)通延時，增加 預(yù)電離過程后，脈沖氙燈的導(dǎo)通延時幾乎不存在，預(yù)電離產(chǎn)生的等離子體使得脈沖氙燈后 續(xù)放電穩(wěn)定，多只脈沖氙燈放電的同步性增強，提高了激光放大器的效率。圖l所示為未采 用預(yù)電離技術(shù)的二電極氣體開關(guān)大功率固體激光器初級電源的常用電路，其中Marx觸發(fā)
器作為二電極氣體開關(guān)點火導(dǎo)通的觸發(fā)器。 采用預(yù)電離技術(shù)可以大大提高大功率脈沖氙燈工作的可靠性和壽命，但是在預(yù)電 離脈沖的作用下如果不采取隔離措施，如

圖1所示，虛框內(nèi)為產(chǎn)生預(yù)電離脈沖的電源，增加 預(yù)電離脈沖后，由于預(yù)電離脈沖是一個幅值40kV左右，上升前沿us級別的正脈沖，將直接 作用在Marx觸發(fā)器輸出端，Marx觸發(fā)器電路圖如圖2所示，其正常工作時充13kV左右正 向直流高壓，當(dāng)正的預(yù)電離脈沖通過隔直電容后，由于電容電壓不能突變，最后一級球隙將 瞬時承受50kV以上的高壓脈沖而直接擊穿，同理球隙將依次反向順序擊穿，高壓快Marx發(fā) 生器反向?qū)ê髮⒊霈F(xiàn)誤動作而輸出高壓脈沖，導(dǎo)致二電極氣體開關(guān)被誤觸發(fā)，從而使預(yù) 電離脈沖與主回路脈沖同時加在脈沖氙燈上，脈沖氙燈必然爆炸，因此必須采取相應(yīng)的隔 離預(yù)電離脈沖的保護電路，以保證二電極氣體開關(guān)觸發(fā)過程與脈沖氙燈的預(yù)電離過程相互 正常配合，也就是增加主放電對預(yù)電離脈沖的延遲時間，使得在主放電氣體開關(guān)導(dǎo)通時，大 功率脈沖氙燈仍維持導(dǎo)通，而預(yù)電離開關(guān)已斷開，這樣預(yù)電離支路電容器不會發(fā)生被反向 充電的振蕩，大電流驅(qū)動的脈沖氙燈可靠運行。

發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的二電極氣體開關(guān)在工作過程中MARX觸發(fā)器可能出現(xiàn)的誤動作及可靠性不高的問題，本實用新型的目的在于提供一種二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器的輸 出保護電路，采用該輸出保護電路，能有效將預(yù)電離脈沖與Marx觸發(fā)器隔離，保證MARX觸 發(fā)器低的誤動作概率及高的工作可靠性。 為達到以上目的，本實用新型是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的 —種二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器的輸出保護電路，其特征在于，包括泄放電
阻，連接在Marx觸發(fā)器的輸出端和二電極氣體開關(guān)的陰極端之間的串聯(lián)的隔直電容和放
電間隙，所述泄放電阻的一端連接在隔離電容和放電間隙的公共節(jié)點，另一端連接在隔離
電容的另一端或者直接接地。 本實用新型的進一步改進在于 所述隔直電容的另一端通過諧振電感連接在二電極氣體開關(guān)的陰極端，放電間隙 的另一端連接在Marx觸發(fā)器的輸出端。 所述放電間隙的另一端通過諧振電感連接在二電極氣體開關(guān)的陰極端，隔直電容 的另一端連接在Marx觸發(fā)器的輸出端。 本實用新型二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器的輸出保護電路與現(xiàn)有技術(shù)相比，具 有以下優(yōu)點 1、采用該Marx觸發(fā)器觸發(fā)二電極氣體開關(guān)的保護電路，可使得主放電回路氣體 開關(guān)的Marx觸發(fā)器不受預(yù)電離脈沖電壓的影響而誤輸出高壓脈沖，以保證二電極氣體開 關(guān)觸發(fā)導(dǎo)通時刻滯后于氙燈的預(yù)電離時刻幾十至幾百微秒，并且滯后的時間長短是可控制 的，從而確保大電流驅(qū)動的脈沖氙燈可靠運行； 2、采用Marx觸發(fā)器的隔離間隙和隔直電容之間接一個放電電阻到地，可以在短 時間內(nèi)泄放隔直電容儲存的殘留電荷，保證了 Marx觸發(fā)器輸出脈沖幅值不會降低，從而保 證了 Marx觸發(fā)器點火二電極氣體開關(guān)的可靠性。 3、采用Marx觸發(fā)器低壓端以最短的距離接公共接地端，保證高壓快脈沖觸發(fā)器 低壓端的電壓為零，避免了對高壓快脈沖觸發(fā)器工作穩(wěn)定性的影響。降低了 Marx觸發(fā)器對 周圍的電磁干擾強度。 4、該Marx觸發(fā)器的采用主儲能電容等效電容為500pf 2000pf左右，在保證可 靠觸發(fā)二電極氣體開關(guān)的前提下，采用較小的主儲能電容可以有效降低輸出能量，從而減 小Marx觸發(fā)器對周圍的電磁干擾強度；選取隔直電容為500pf 2000pf左右，采用較小的 隔直電容可以吸收較多Marx觸發(fā)器的輸出能量，從而降低觸發(fā)回路的電磁干擾強度。
以下結(jié)合附圖及具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明。 圖1為二電極氣體開關(guān)大功率固體激光器初級能源的常用電路圖。 圖2為Marx觸發(fā)器的電路原理圖。 圖3為具有本實用新型的一種二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器輸出保護電路的應(yīng) 用電路圖。 圖4為圖3中Marx觸發(fā)器與輸出保護電路的結(jié)構(gòu)圖。 圖5為具有本實用新型的另一種二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器輸出保護電路的 應(yīng)用電路圖。[0023] 圖6為圖5中Marx觸發(fā)器與輸出保護電路的結(jié)構(gòu)圖。 圖1-圖6中C2、隔直電容；C3、耦合電容；L2、諧振電感；R1、泄放電阻；S、隔離間 隙；G、公共接地端；D、MARX觸發(fā)器接地端；K、MARX觸發(fā)器輸出端套管。
具體實施方式實施例1 如圖3、圖4所示，為具有本實用新型的一種二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器輸出 保護電路的應(yīng)用電路。具體為在Marx觸發(fā)器輸出端依次串聯(lián)隔離間隙S、隔直電容C2、諧 振電感L2，并與二電極氣體開關(guān)的陰極端連接；隔直電容和諧振電感的公共節(jié)點與地之間 串聯(lián)一個泄放電阻Rl，泄放電阻Rl必須能夠承MARX觸發(fā)器的輸出脈沖電壓而不出現(xiàn)任何 故障；Marx觸發(fā)器通過耦合電容C3自成回路。耦合電容C3跨接在氣體開關(guān)陽極與MARX 觸發(fā)器的接地端之間。在保證絕緣距離的前提下，耦合電容C3的連接應(yīng)盡量緊湊。MARX 觸發(fā)器整體置于一個同軸結(jié)構(gòu)的封閉金屬腔體內(nèi)，采用燥空氣作為絕緣氣體和間隙的工作 氣體，隔離間隙、隔直電容以及泄放電阻均置于Marx觸發(fā)器內(nèi)部，這樣一體化設(shè)計的好處 是首先隔離間隙可以利用Marx觸發(fā)器內(nèi)部氣壓來滿足絕緣要求，省去每次給隔離間隙充 氣的麻煩；其次，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。MARX觸發(fā)器的接地端取為在保證絕緣距離的條件下離 MARX觸發(fā)器輸出端最近的觸發(fā)器外殼上。 采用串接隔離間隙后，使得Marx觸發(fā)器不受預(yù)電離脈沖電壓的影響而誤輸出高 壓脈沖，從而保證二電極氣體開關(guān)觸發(fā)過程與氙燈的預(yù)電離過程相互正常配合，隔直電容 可以在納秒級的觸發(fā)脈沖到來時，不影響觸發(fā)脈沖的幅值和陡度，但當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通后，微秒級 的大電流脈沖則被隔直電容隔開，從而起到保護Marx觸發(fā)器的作用。由于觸發(fā)回路導(dǎo)通時 間很短，在隔直電容上將留有部分殘余電荷，從而降低了Marx觸發(fā)器的使用效率，因此，在 隔直電容的輸出端接一個高阻值大容量的泄放電阻到地，在Marx觸發(fā)器輸出高壓快脈沖 時，不影響觸發(fā)脈沖的幅值和前沿；Marx觸發(fā)器不工作時，隔直電容上的殘余電荷又可緩 慢通過泄放電阻放電，為下一次工作做好準備。Marx觸發(fā)器經(jīng)過上述電路后，再串接一個諧 振電感L2與二電極氣體開關(guān)的陰極端端連接，諧振電感L2與二電極氣體開關(guān)的等效電容 產(chǎn)生諧振，可提高Marx觸發(fā)器輸出脈沖的幅值，通過選擇合適的諧振電感L2，可將觸發(fā)脈 沖的幅值提高為原來的1. 5 1. 7倍。通過在MARX觸發(fā)器的接地端與氣體開關(guān)陽極之間 跨接一個耦合電容C3，并將MARX觸發(fā)器的接地端以最短的距離連接公共地端，可有效降低 觸發(fā)脈沖在Marx觸發(fā)器低壓端處產(chǎn)生的暫態(tài)電壓幅值，降低了 Marx觸發(fā)器對周圍的電磁 干擾強度。 輸出保護電路的參數(shù)選取范圍如下隔離間隙內(nèi)部為稍不均勻場，其直流擊穿電 壓大于50kV (不為被預(yù)電離擊穿即可)，其脈沖擊穿電壓不大于70 75kV (保證能被Marx 觸發(fā)器可靠擊穿)，充氣絕壓為1 5Bar ;泄放電阻選擇阻值為10MQ 60MQ，容量為 120W 200W ;隔直電容由四個電容量為5400pF的低電感電容器串聯(lián)，每個電容的耐壓為 40kV，諧振電感選擇長度為0. 5 lm的高壓導(dǎo)線，耦合電容耐壓100 200kV，電容量O. 5 10nf。 實施列1中，泄放電阻R1也可以并聯(lián)在隔直電容兩端，對于泄放電阻的要求除了 要求其能夠承受MARX觸發(fā)器輸出脈沖電壓外，還要求其具有較大的容量，電阻值取為60 100M Q ，容量為200W 400W。 實施例2 如圖5、圖6所示，為具有本實用新型的一種二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器輸出保 護電路的應(yīng)用電路圖。具體電路為在Marx觸發(fā)器的輸出端依次串聯(lián)隔直電容、隔離間隙、 諧振電感和二電極氣體開關(guān)的陰極端；隔直電容與隔離間隙間的公共節(jié)點通過泄放電阻接 公共地端；Marx觸發(fā)器通過耦合電容C3自成回路。MARX觸發(fā)器仍采用應(yīng)用實例1所用的結(jié) 構(gòu)，只是僅將隔直電容置于Marx觸發(fā)器內(nèi)部，隔離間隙和泄放電阻均外置，其優(yōu)點為Marx 觸發(fā)器設(shè)計簡單，造價降低，且便于隔離間隙與Marx觸發(fā)器間的參數(shù)調(diào)整與配合。 隔直電容在主回路導(dǎo)通時保護Marx觸發(fā)器內(nèi)部電路不受能源系統(tǒng)主回路大電流 的影響，諧振電感在隔離間隙導(dǎo)通前可以通過諧振提高隔離間隙上的電壓幅值。觸發(fā)完成 后，泄放電阻通過Marx觸發(fā)器低壓端的隔離電阻形成泄放回路，隔離間隙使得Marx觸發(fā)器 不受預(yù)電離脈沖電壓的影響而誤輸出高壓脈沖，從而保證二電極氣體開關(guān)觸發(fā)過程與氙燈 的預(yù)電離過程相互正常配合，又防止預(yù)電離脈沖在Marx觸發(fā)器反向?qū)ㄋ查g對高精度直 流高壓發(fā)生器和光控10kV脈沖觸發(fā)器造成損壞。 輸出保護電路的參數(shù)選擇如下隔直電容采用電容量1750pf、耐壓50kV低電感陶 瓷電容器三并兩串而成；泄放電阻采用阻值60MQ左右；諧振電感為0. 5 1米高壓導(dǎo)線； 隔離間隙充氣絕壓1 5bar，其自擊穿電壓50kV以上，脈沖擊穿電壓不超過70kV ;耦合電 容耐壓100 200kV，電容量0. 5 10nf 。 實施列2中，泄放電阻R1也可以并聯(lián)在隔直電容兩端，對于泄放電阻的要求除了 要求其能夠承受MARX觸發(fā)器輸出脈沖電壓外，還要求其具有較大的容量，電阻值取為60 100M Q ，容量為為200W 400W。 實施例3 本實施例電路原理圖同實施例l，但Marx觸發(fā)器主儲能電容參數(shù)從20kV， 10nf降 至20kV、5nf，隔直電容參數(shù)選擇為1000pf，耐壓200kV。 由于Marx觸發(fā)器主儲能電容降低，其輸出能量降低后，降低了對能源系統(tǒng)其他設(shè) 備的電磁干擾幅值；增大隔直電容后，在Marx觸發(fā)器輸出時，吸收更多能量從而降低了對 觸發(fā)電路的干擾幅值。 本實施例中諧振電感對應(yīng)減小為0. 4m以下的高壓導(dǎo)線，其余輸出保護電路參數(shù) 選擇范圍同實施例1。 實施例4 本實施例電路原理圖和安裝結(jié)構(gòu)同實施例2，但Marx觸發(fā)器主儲能電容參數(shù)從 20Kv， 10nf降至20kV，6nf，隔直等效電容從2625pf降至500pf 。 同實施例3，降低主儲能電容和隔直電容后，可以有效降低對觸發(fā)回路及周邊設(shè)備 的電磁干擾幅值。 本實施例中諧振電感為小于0. 4m的高壓導(dǎo)線，隔直電容隔直電容采用2個耐壓 50kV，電容為lnf的低電感陶瓷電容器串聯(lián)而成，其余輸出保護電路參數(shù)選擇范圍同實施 例2。
權(quán)利要求一種二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器的輸出保護電路，其特征在于，包括泄放電阻，連接在Marx觸發(fā)器的輸出端和二電極氣體開關(guān)的陰極端之間的串聯(lián)的隔直電容和放電間隙，所述泄放電阻的一端連接在隔離電容和放電間隙的公共節(jié)點，另一端連接在隔離電容的另一端或者直接接地。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器的輸出保護電路，其特征 在于，所述隔直電容的另一端通過諧振電感連接在二電極氣體開關(guān)的陰極端，放電間隙的 另一端連接在Marx觸發(fā)器的輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器的輸出保護電路，其特征 在于，所述放電間隙的另一端通過諧振電感連接在二電極氣體開關(guān)的陰極端，隔直電容的 另一端連接在Marx觸發(fā)器的輸出端。
專利摘要本實用新型涉及大功率固體激光器氙燈泵浦的初級電源，公開了一種應(yīng)用于大功率固體激光器氙燈泵浦的初級電源中的二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器的輸出保護電路。它包括泄放電阻，連接在Marx觸發(fā)器的輸出端和二電極氣體開關(guān)的陰極端之間的串聯(lián)的隔直電容和放電間隙，所述泄放電阻的一端連接在隔離電容和放電間隙的公共節(jié)點，另一端連接在隔離電容的另一端或者直接接地。本實用新型主要解決了驅(qū)動大功率脈沖氙燈時，氙燈預(yù)電離回路的脈沖電壓與觸發(fā)主放電回路二電極氣體開關(guān)的Marx觸發(fā)器之間的隔離問題，保證大功率脈沖氙燈主放電回路的二電極氣體開關(guān)觸發(fā)與氙燈的預(yù)電離能夠相互正常配合，使脈沖氙燈可靠運行。
文檔編號H05B41/30GK201450658SQ20092003351
公開日2010年5月5日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者劉鵬, 杜修明, 楊蘭均, 童金祿, 袁均祥, 陳立 申請人:西安交通大學(xué)