真空觸發(fā)開(kāi)關(guān)(TVS)的基本結構和工作過(guò)程

         真空觸發(fā)開(kāi)關(guān)(Triggered Vacuum Switch,TVS)，又稱(chēng)真空觸發(fā)間隙，是在真空間隙和觸發(fā)火花隙技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的。它具有結構緊湊、介質(zhì)恢復迅速、操作無(wú)噪聲、工作可靠性高、環(huán)境適應性強等優(yōu)點(diǎn)，因而在高功率脈沖技術(shù)方面得到了廣泛應用。

         TVS的研究始于上世紀六十年代，美國通用電氣公司的Lafferty等人，對TVS，特別是涂敷氫化物作觸發(fā)材料的TVS 做了大量的研究。七十年代，印度一些學(xué)者對絕緣介質(zhì)和半導體涂層作為觸發(fā)材料的TVS，做了大量的實(shí)驗。后來(lái)，TVS 在高功率脈沖技術(shù)和高電壓大電流快速關(guān)合領(lǐng)域的應用，進(jìn)一步促進(jìn)了TVS 的發(fā)展。目前，TVS的最高工作電壓可達100kV，最大工作電流可達200 kA，最高重復頻率在1 kHz 以上，最長(cháng)使用壽命達108次。

         根據觸發(fā)機理不同，TVS可以分為兩大類(lèi)：沿面型TVS 和場(chǎng)擊穿型TVS。兩者的區別主要是沿面型TVS在觸發(fā)小孔填充陶瓷或半導體材料，在此之上再涂敷一層觸發(fā)材料，譬如TiH2；而場(chǎng)擊穿型TVS的觸發(fā)小孔是沒(méi)有任何填充劑的，所以只在觸發(fā)極和主電極表面涂敷觸發(fā)材料。

TVS 基本結構

         TVS 的基本結構以及樣品如圖1、2 所示，它主要包括一個(gè)絕緣外殼(陶瓷或玻璃材料)、一個(gè)金屬屏蔽罩、一對相距為d的主電極和一個(gè)觸發(fā)極，管內真空度一般維持在1.33×10－4 Pa 左右。絕緣外殼保證內部真空度，同時(shí)起絕緣和支撐作用；金屬屏蔽罩可以調整TVS內部的電場(chǎng)分布，并且防止燃弧時(shí)金屬蒸氣和觸發(fā)材料沉積在絕緣殼體的內表面，導致殼體內表面的絕緣強度降低；主電極傳導大電流，其結構設計對TVS的性能有重要的影響；觸發(fā)極連接外來(lái)觸發(fā)源，產(chǎn)生初始等離子體。觸發(fā)極及其所在主電極表面涂了一層直徑約20 mm 的TiH2。TVS 樣品實(shí)際結構參數如表1。

表1 TVS 樣品的結構參數

TVS 的工作過(guò)程

          TVS 的工作過(guò)程通常包括兩個(gè)主要階段，即觸發(fā)階段和主間隙導通階段。觸發(fā)階段為主間隙提供初始等離子體。作為場(chǎng)擊穿型TVS，初始等離子體由發(fā)針的尖端放電，燃燒觸發(fā)材料，產(chǎn)生大量等離子體，并擴散進(jìn)入主間隙。在主間隙電場(chǎng)的作用下，帶電粒子首先引發(fā)輝光放電，隨著(zhù)電流密度的迅速增加，輝光放電轉變?yōu)榛」夥烹�，建立起金屬蒸氣電弧，主間隙導通。當主間隙放電電流過(guò)零時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。