趙 巖 廖敏夫 段雄英 劉志恒 葛國(guó)偉

（大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 大連 116024）

激光觸發(fā)真空開關(guān)觸發(fā)穩(wěn)定性及時(shí)延特性

趙 巖 廖敏夫 段雄英 劉志恒 葛國(guó)偉

（大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 大連 116024）

為了研究影響激光觸發(fā)真空開關(guān)（LTVS）導(dǎo)通時(shí)延及抖動(dòng)特性的關(guān)鍵因素，搭建LTVS高電壓大電流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別改變觸發(fā)激光能量、工作電壓、觸發(fā)極性以及觸頭間距等參數(shù)，考察其對(duì)LTVS導(dǎo)通時(shí)延和抖動(dòng)特性的影響，并對(duì)LTVS的導(dǎo)通機(jī)制及觸發(fā)穩(wěn)定性進(jìn)行理論分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)，增加觸發(fā)激光能量、增加主間隙電壓、采用陰極觸發(fā)方式或者縮短觸頭間距均可減少開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)延及時(shí)延抖動(dòng)；LTVS的導(dǎo)通是激光轟擊觸發(fā)極產(chǎn)生初始等離子體的熱過程與主間隙兩端電場(chǎng)加速初始等離子體擴(kuò)散過程共同作用的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中所得到的結(jié)論對(duì)LTVS的優(yōu)化具有重要意義。

時(shí)延 抖動(dòng) 激光觸發(fā) 真空開關(guān) 觸發(fā)穩(wěn)定性

0 引言

真空觸發(fā)開關(guān)（Triggered Vacuum Switch，TVS）采用真空作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，具有極高的絕緣水平和弧后介質(zhì)恢復(fù)能力，能夠在較高頻率下重復(fù)導(dǎo)通與關(guān)斷高電壓大電流，且具有工作電壓范圍寬、導(dǎo)通延時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)[1-4]。20世紀(jì)60年代，美國(guó)通用公司Lafferty等首次提出TVS思想，并進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，奠定了TVS的基礎(chǔ)理論。近年來，隨著脈沖功率技術(shù)的發(fā)展，真空觸發(fā)開關(guān)作為其重要的開關(guān)器件得到廣泛關(guān)注。真空觸發(fā)開關(guān)的觸發(fā)方式有電觸發(fā)、激光觸發(fā)以及加速的微粒子撞擊觸發(fā)等方式[5,6]。其中，電觸發(fā)真空開關(guān)的理論研究已經(jīng)相對(duì)成熟，20世紀(jì)90年代，西安交通大學(xué)尚文凱等對(duì)電觸發(fā)TVS的極性效應(yīng)和初始等離子體的不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)研究。隨后，大連理工大學(xué)廖敏夫等針對(duì)場(chǎng)擊穿型電觸發(fā)真空開關(guān)（Field Triggered Vacuum Switch, FTVS）的開通及關(guān)斷特性做了比較全面的研究，并建立了陰極斑點(diǎn)熱傳導(dǎo)模型來描述FTVS初始等離子體的微觀特性[7,8]。FTVS和沿面觸發(fā)型TVS作為電觸發(fā)TVS的兩種主要方式，都有著各自的缺點(diǎn)。沿面觸發(fā)型TVS可以獲得相對(duì)較短的導(dǎo)通時(shí)延和較小的時(shí)延抖動(dòng)，但由于觸發(fā)后金屬蒸汽等物質(zhì)覆蓋于觸發(fā)極表面，嚴(yán)重縮短了TVS的有效壽命[9-11]。而FTVS雖然可以獲得更長(zhǎng)的使用壽命，但較長(zhǎng)的導(dǎo)通延時(shí)和較大的延時(shí)抖動(dòng)又限制了其在某些要求較高的脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用[12]。相比于電觸發(fā)方式，激光觸發(fā)方式可以獲得更短的導(dǎo)通時(shí)延和更高的觸發(fā)精度，并且兼具FTVS使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。此外，激光觸發(fā)真空開關(guān)（Laser Triggered Vacuum Switch，LTVS）采用激光觸發(fā)形式避免了觸發(fā)裝置的電磁干擾，有效減少了誤觸發(fā)等問題。前蘇聯(lián)A. A. Makarevich等率先對(duì)LTVS的導(dǎo)通特性進(jìn)行了初步研究，指出激光觸發(fā)方式相比其他方式具有十分優(yōu)異的時(shí)延特性[13,14]。隨后，美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的P. J. Brannon開發(fā)出只需20μJ激光能量、時(shí)延和精度分別達(dá)到100ns和15ns的LTVS，但是由于工作電壓低、通流能力弱，不滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，僅限于實(shí)驗(yàn)研究[15]。近年來，隨著脈沖功率技術(shù)的發(fā)展，對(duì)其控制器件性能提出了更高的要求，使激光觸發(fā)真空開關(guān)再次成為熱點(diǎn)。華中科技大學(xué)何正浩等對(duì)多棒極激光觸發(fā)真空開關(guān)初始等離子體產(chǎn)生及擴(kuò)散過程進(jìn)行了研究，大連理工大學(xué)鄒積巖、廖敏夫等針對(duì)平板電極激光觸發(fā)真空開關(guān)的導(dǎo)通及運(yùn)行特性進(jìn)行了探索[16,17]。這些研究對(duì)激光觸發(fā)開關(guān)的實(shí)際應(yīng)用及優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的理論價(jià)值。

高性能LTVS的關(guān)鍵參數(shù)包括導(dǎo)通時(shí)延（觸發(fā)激光到達(dá)觸發(fā)極與主電壓開始下降的時(shí)間間隔）、時(shí)延抖動(dòng)、重復(fù)頻率以及通載能力，前兩者均由LTVS初始等離子體的特性決定，其主要的影響因素包括觸發(fā)激光的參數(shù)、工作電壓、觸頭極性以及觸發(fā)極材料性質(zhì)等，后兩者主要由LTVS的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。實(shí)驗(yàn)中通過搭建LTVS高電壓大電流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別考察了觸發(fā)激光能量、觸發(fā)間隙電壓、觸發(fā)極性等因素對(duì)LTVS導(dǎo)通時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)影響，對(duì)LTVS的觸發(fā)穩(wěn)定性進(jìn)行了理論分析，并以此為基礎(chǔ)提出了LTVS的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 LTVS結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)中所設(shè)計(jì)的LTVS基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 LTVS基本結(jié)構(gòu)1—石英玻璃窗口 2—陽(yáng)極導(dǎo)電桿 3—陶瓷絕緣外殼4—金屬屏蔽罩 5—石英觀察窗 6—陰極導(dǎo)電桿7—靶極材料 8—觸頭Fig.1 The base structure of LTVS

LTVS主要由陶瓷絕緣外殼、金屬屏蔽罩、觸頭以及嵌入觸頭的觸發(fā)材料構(gòu)成。陶瓷絕緣外殼起到絕緣和支撐作用，金屬屏蔽罩與陶瓷外殼共同保證滅弧室真空度；金屬屏蔽罩可以調(diào)整LTVS內(nèi)部的電場(chǎng)分布，陽(yáng)極導(dǎo)電桿中心有一直徑2mm的通孔作為激光通道，并用石英玻璃覆蓋，維持滅弧室內(nèi)真空度。觸頭結(jié)構(gòu)為平板型觸頭，直徑40mm，觸頭距離為10mm（可以調(diào)節(jié)），觸頭材料選用耐燒蝕的CuCr50合金，上觸頭通孔直徑為2mm，下觸頭中心嵌入觸發(fā)材料TiH2，直徑為3mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)電路

實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示，儲(chǔ)能電容與電感構(gòu)成振蕩電路，振蕩頻率為8kHz。觸發(fā)系統(tǒng)采用德國(guó)生產(chǎn)的Nd.YAG固體激光器，激光器發(fā)出的激光光束由分束器按照9∶1的折射透射比進(jìn)行分光，折射的激光光束由聚焦鏡聚焦后觸發(fā)真空開關(guān)，透射的激光光束打在光電探測(cè)器上。光電探測(cè)器將打在靶面上的激光光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過示波器檢測(cè)其電壓可以得到激光能量及光電轉(zhuǎn)換后的激光脈沖電壓波形。

圖2 實(shí)驗(yàn)電路Fig.2 The experiment circuit

LTVS的電壓、電流波形分別采用分壓器（高壓探頭）和羅氏線圈與示波器配合測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中，采用擴(kuò)散泵與機(jī)械泵一起工作，維持滅弧室內(nèi)真空度高于1×10-4Pa。

2 LTVS導(dǎo)通機(jī)理分析

2.1 初始等離子體產(chǎn)生及發(fā)展

與電觸發(fā)真空開關(guān)采用場(chǎng)擊穿方式或者延面放電方式產(chǎn)生初始等離子體不同，LTVS采用激光輻射的方式對(duì)靶極材料進(jìn)行加熱，導(dǎo)致靶極材料蒸發(fā)，該過程中同時(shí)伴隨著光致電離產(chǎn)生小部分等離子體，之后在電場(chǎng)作用下靶極材料蒸氣發(fā)生進(jìn)一步電離產(chǎn)生充足的初始等離子體，并擴(kuò)散至整個(gè)電極間隙。初始等離子發(fā)展過程如圖3所示，在正極性觸發(fā)狀態(tài)下，由于主間隙電場(chǎng)的作用，擴(kuò)散到主間隙的帶電粒子以電子為主，正離子返回陰極表面形成離子鞘層，因此等離子體擴(kuò)展的過程實(shí)際上就是陰極鞘層向陽(yáng)極的增長(zhǎng)過程。當(dāng)鞘層中的電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，以至超過了鞘層的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，鞘層被擊穿，在主間隙陰極上產(chǎn)生陰極斑點(diǎn)形成自持放電。而在負(fù)極性觸發(fā)狀態(tài)下，擴(kuò)散到主間隙中的帶電粒子以離子為主，在對(duì)面的陰極表面形成離子鞘層，當(dāng)離子密度或鞘層電場(chǎng)足夠高時(shí)也會(huì)出現(xiàn)陰極斑點(diǎn)，形成自持放電，電弧在每次電流過零時(shí)刻熄滅。

初始等離子體形成后，能否引發(fā)主間隙的導(dǎo)通還有一定的條件，只有初始等離子體的密度足夠高，使離子鞘層電場(chǎng)滿足陰極斑點(diǎn)產(chǎn)生的最低要求，陰極斑點(diǎn)不斷向主間隙提供帶電粒子和金屬蒸氣，才能維持主間隙的自持放電。

2.2 LTVS典型工作波形

在主回路頻率8kHz，主間隙電壓2kV，觸發(fā)激光能量50mJ，波長(zhǎng)1 064nm，觸發(fā)材料TiH2，正極性觸發(fā)條件下LTVS的典型工作波形如圖4所示。圖中U1為工作電壓，U2為激光脈沖信號(hào)，I為主間隙電流。從圖4中可以看到，LTVS導(dǎo)通半個(gè)周期，在主間隙電流I過零點(diǎn)時(shí)刻成功開斷，開斷后電容器兩端殘留負(fù)壓。

圖4 LTVS典型工作波形Fig.4 The typical work waveforms of LTVS

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 LTVS觸發(fā)穩(wěn)定性分析

LTVS觸發(fā)穩(wěn)定性受到靶極材料、激光參數(shù)以及工作電壓等因素的影響。實(shí)驗(yàn)中所使用的激光脈寬只有9ns，其對(duì)靶極材料的作用是瞬時(shí)的，光束與靶極表面作用，導(dǎo)致靶極材料溫度升高，熱量在靶極材料上傳遞，這一過程用熱傳導(dǎo)方程表示為

式中，λ為靶極材料的熱量傳導(dǎo)系數(shù)；cp為靶極材料的比熱容；Q為靶極材料本身在單位時(shí)間內(nèi)向外發(fā)射的熱能。

激光觸發(fā)真空中靶極材料不存在熱源，則Q=0。激光對(duì)靶極表面起加熱作用，所以可以按式（1）取一定的邊界條件代入式（1），靶極材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)且為恒定值，則激光對(duì)靶極材料的作用可以用簡(jiǎn)化熱傳導(dǎo)表示為

式中，αt為靶極材料熱量的擴(kuò)散速度，αt=λ/(ρ cp)，ρ 為靶極材料的密度；2?為拉普拉斯算符。所設(shè)計(jì)的LTVS使用TiH2作為觸發(fā)材料。真空中TiH2在600℃附近有一個(gè)吸熱峰，說明TiH2在此溫度附近發(fā)生劇烈分解，大約1 000℃時(shí)完全脫氫。TiH2分解后產(chǎn)生氫氣和Ti，Ti具有良好的熱傳導(dǎo)能力，可以在很短的時(shí)間內(nèi)將熱量向周圍傳遞出去，進(jìn)一步提高TiH2的分解速度。如果激光能量足夠，TiH2靶極加熱后可以在瞬間產(chǎn)生大量初始等離子體，保證LTVS的觸發(fā)穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)中在采用正極性觸發(fā)方式觸頭間距為10mm條件下，所得到不同電壓下保證LTVS穩(wěn)定觸發(fā)的最小觸發(fā)激光能量關(guān)系如圖5所示。當(dāng)工作電壓為40V時(shí)需要98mJ的觸發(fā)激光能量才能保證LTVS穩(wěn)定觸發(fā)，而當(dāng)工作電壓升高到5kV，只需要15mJ的觸發(fā)激光能量。這說明LTVS的觸發(fā)和導(dǎo)通不僅受到靶極材料和激光能量的影響，主間隙兩端的電場(chǎng)強(qiáng)度大小同樣是一個(gè)不可忽略的因素。由此可見，LTVS的導(dǎo)通是激光對(duì)靶極加熱產(chǎn)生靶極材料蒸氣光致電離產(chǎn)生少量等離子體的過程與電場(chǎng)作用下靶極材料蒸氣進(jìn)一步電離產(chǎn)生充足初始等離子體并發(fā)展擴(kuò)散到主間隙進(jìn)而使其導(dǎo)通過程共同作用的結(jié)果。為了保證觸發(fā)的穩(wěn)定性，必須選擇合適的觸發(fā)材料和激光參數(shù)并且提供一定的主間隙電壓。

圖5 工作電壓與最小觸發(fā)激光能量關(guān)系Fig.5 Relationship between working voltage and the smallest trigger energy

3.2 觸發(fā)激光能量和工作電壓對(duì)LTVS導(dǎo)通時(shí)延及時(shí)延抖動(dòng)的影響

實(shí)驗(yàn)條件為：觸頭直徑40mm，觸頭間距10mm，觸發(fā)激光波長(zhǎng)1 064nm，觸發(fā)材料TiH2，觸發(fā)方式為正極性觸發(fā)。

圖6為不同觸發(fā)能量和工作電壓下LTVS的導(dǎo)通時(shí)延情況，從圖6中可以看到隨著觸發(fā)激光能量增加，LTVS的導(dǎo)通時(shí)延不斷減小，當(dāng)觸發(fā)能量超過50mJ后，導(dǎo)通時(shí)延變化率減小。這是由于隨著觸發(fā)能量增加，靶極材料更容易揮發(fā)產(chǎn)生更多初始等離子體，有利于觸頭間隙中導(dǎo)電通道的形成。當(dāng)激光能量超過50mJ后，初始等離子體充足，激光能量已經(jīng)不再是主要影響因素。同樣，從圖6可以看到，在相同的觸發(fā)能量下，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)延隨著主間隙電壓升高而減小。這是由于，初始等離子體產(chǎn)生后，受到主間隙兩端電場(chǎng)作用，電子和負(fù)離子向觸發(fā)間隙陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)強(qiáng)度越高，運(yùn)動(dòng)速度越快，導(dǎo)電通道就會(huì)形成得越早。

圖6 不同觸發(fā)激光能量和工作電壓下LTVS導(dǎo)通時(shí)延Fig.6 The time delay of LTVS under different trigger laser energy and working voltage

圖7為不同觸發(fā)激光能量和工作電壓下的LTVS時(shí)延抖動(dòng)變化情況。隨著觸發(fā)激光能量和工作電壓的升高，時(shí)延抖動(dòng)減小。當(dāng)觸發(fā)激光能量為20mJ時(shí)，靶極與激光作用產(chǎn)生的初始等離子體并不充足，LTVS的導(dǎo)通具有很大的隨機(jī)性，觸發(fā)時(shí)延的波動(dòng)很大。當(dāng)觸發(fā)激光能量達(dá)到50mJ后，初始等離子體充足，LTVS的導(dǎo)通變得穩(wěn)定，觸發(fā)時(shí)延基本趨于穩(wěn)定。而提高觸發(fā)間隙電壓，使不充足的初始等離子體有更大的可能向觸發(fā)間隙的陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，減小了LTVS導(dǎo)通的隨機(jī)性，使導(dǎo)通變得穩(wěn)定，當(dāng)初始等離子體充足時(shí)，這種影響也隨之減小。3.3 觸發(fā)極性對(duì)LTVS導(dǎo)通時(shí)延及時(shí)延抖動(dòng)的影響

圖7 不同觸發(fā)激光能量和工作電壓下LTVS時(shí)延抖動(dòng)Fig.7 The jitter time of LTVS under different trigger laser energy and working voltage

實(shí)驗(yàn)條件為：觸頭直徑40mm，觸頭間距10mm，激光波長(zhǎng)1 064nm，激光能量為50mJ，觸發(fā)材料為TiH2，主間隙電壓4kV。圖8為L(zhǎng)TVS的兩種不同激光觸發(fā)方式，正極性觸發(fā)和負(fù)極性觸發(fā)。

圖8 LTVS兩種激光觸發(fā)方式Fig.8 Two laser triggered types of LTVS

LTVS的正極性觸發(fā)和負(fù)極性觸發(fā)對(duì)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)延的影響如圖9所示。相比負(fù)極性觸發(fā)，采用正極性觸發(fā)方式可以獲得更短的導(dǎo)通時(shí)延。正極性觸發(fā)時(shí)，在主間隙電場(chǎng)作用下，初始等離子體中擴(kuò)散到主間隙的粒子以電子和負(fù)離子為主，電子的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于離子，在相同電場(chǎng)下運(yùn)動(dòng)到陽(yáng)極所需要的時(shí)間更短。負(fù)極性觸發(fā)擴(kuò)散到主間隙的粒子以正粒子為主，質(zhì)量大、運(yùn)動(dòng)速度慢，導(dǎo)致導(dǎo)通時(shí)延變大。

圖9 不同觸發(fā)極性下LTVS導(dǎo)通時(shí)延Fig.9 The time delay of LTVS under different trigger electrode polarity

不同觸發(fā)極性下LTVS開關(guān)時(shí)延抖動(dòng)如圖10所示，由于電子體積小，在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生碰撞的可能性比離子低，降低了觸發(fā)的隨機(jī)性，使導(dǎo)通時(shí)延變得更加穩(wěn)定。當(dāng)采用正極性觸發(fā)，觸發(fā)激光能量50mJ，主間隙電壓4kV時(shí)，LTVS的時(shí)延抖動(dòng)僅為47ns，而負(fù)極性觸發(fā)則為64ns。

3.4 觸頭間距對(duì)LTVS導(dǎo)通時(shí)延及時(shí)延抖動(dòng)的影響

圖10 不同觸發(fā)極性下LTVS開關(guān)時(shí)延抖動(dòng)Fig.10 The jitter time of LTVS under different trigger electrode polarity

實(shí)驗(yàn)條件為：觸頭直徑40mm，激光波長(zhǎng)1 064nm，激光能量為50mJ，觸發(fā)材料為TiH2，主間隙電壓4kV，觸發(fā)方式為正極性觸發(fā)。

LTVS觸頭間距對(duì)導(dǎo)通時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)的影響如圖11所示，當(dāng)觸頭間距為6mm時(shí)，導(dǎo)通時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)分別為763ns和52ns，隨著觸頭間距增加，導(dǎo)通時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)都隨之增大，當(dāng)觸頭間距為12mm時(shí)，導(dǎo)通時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)分別達(dá)到998ns和102ns。這是由于觸頭間距縮短，初始等離子體產(chǎn)生后，電子和負(fù)離子在電場(chǎng)作用下向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的距離增加，到達(dá)陽(yáng)極所需時(shí)間變長(zhǎng)，導(dǎo)致延時(shí)變大、觸發(fā)穩(wěn)定性下降、時(shí)延抖動(dòng)增大。

圖11 不同電極間距下LTVS導(dǎo)通時(shí)延及時(shí)延抖動(dòng)Fig.11 Conduction time delay and jitter time of LTVS under different distance of contact

4 結(jié)論

LTVS具有導(dǎo)通時(shí)延短、觸發(fā)精度高、觸發(fā)裝置抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。本文通過搭建LTVS高電壓大電流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)考察了觸發(fā)激光能量、主間隙電壓、觸發(fā)極極性和觸頭間距等因素對(duì)LTVS導(dǎo)通時(shí)延及時(shí)延抖動(dòng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)LTVS的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的意義。并對(duì)LTVS的觸發(fā)穩(wěn)定性進(jìn)行了理論分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

1）LTVS的觸發(fā)穩(wěn)定性受到靶極材料、激光參數(shù)及工作電壓的影響，其導(dǎo)通是激光對(duì)靶極加熱產(chǎn)生靶極材料蒸氣和光，導(dǎo)致電離產(chǎn)生少量等離子體的過程與電場(chǎng)作用下靶極蒸氣進(jìn)一步電離產(chǎn)生充足初始等離子體并發(fā)展擴(kuò)散到主間隙進(jìn)而使其導(dǎo)通過程共同作用的結(jié)果。

2）在一定范圍內(nèi)，LTVS的導(dǎo)通時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)隨著觸發(fā)激光能量和主間隙電壓的升高而減小，當(dāng)觸發(fā)激光產(chǎn)生的初始等離子體充足時(shí)，繼續(xù)提高觸發(fā)激光能量對(duì)于縮短導(dǎo)通時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)意義不大。同樣，當(dāng)主間隙電壓升高到一定值，其對(duì)初始等離子體擴(kuò)散的影響不斷下降，導(dǎo)通時(shí)延趨于穩(wěn)定。

3）相比于負(fù)極性觸發(fā)方式，采用正極性觸發(fā)方式更有利于縮短導(dǎo)通時(shí)延和減小時(shí)延抖動(dòng)，在主間隙距離為10mm時(shí)，最小導(dǎo)通時(shí)延可以達(dá)到650ns，時(shí)延抖動(dòng)可達(dá)30ns。

4）增大LTVS工作電壓范圍和縮短LTVS導(dǎo)通時(shí)延是一對(duì)相互矛盾的因數(shù)，在滿足LTVS最高工作電壓的前提下，減小觸頭間距有利于縮短導(dǎo)通時(shí)延和提高觸發(fā)精度。

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（編輯 陳 誠(chéng)）

Laser Triggered Stability and Time Delay Characteristics of Laser Triggered Vacuum Switch

Zhao Yan Liao Minfu Duan Xiongying Liu Zhiheng Ge Guowei
（School of Electrical Engineering Dalian University of Technology Dalian 116024 China）

As one of the most important control devices in pulse power technology, the traditional form of electricity triggered vacuum switch is difficult to meet the application requirements in some special fields. Thus, the laser-triggered form is adopted to get shorter conduction time delay and higher trigger accuracy. However, the related theoretical research about laser triggered vacuum switch (LTVS) is still at the initial stage. In order to find out the influence affecting factors on of the time delay characteristics and jitter time of LTVS, this paper constructed a high-voltage and heavy-current LTVS experimental platform. The influences of the trigger laser energy, the working voltage, different trigger electrode polarity configurations and different distance of electrodes are examined. Moreover, the trigger and the conduction mechanism of LTVS are analyzed. The experimental results show that within a certain rang, time delay and jitter time of LTVS can be reduced by such means as increasing trigger laser energy, increasing the main gap voltage and adopting the cathode trigger mode. The experiment conclusion has an important significance on optimization of LTVS.

Time delay, jitter, laser triggered, vacuum switch, trigger stability

TM315

趙 巖 男，1989年生，博士研究生，研究方向?yàn)橹悄茈娖骱兔}沖功率技術(shù)。

E-mail： zhaoyan1989@mail.dlut.edu.cn

廖敏夫 男，1975年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楦唠妷航^緣技術(shù)和脈沖功率技術(shù)。

E-mail： 409254760@qq.com（通信作者）

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.151667

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51337001、51277020和51477024）。

2015-10-12 改稿日期 2016-01-11