2-79  DPF能源装置的研制

曾  清  谈效华  吴承金  米  伦  耿  涛

DPF能源装置是冲击大电流装置，其整体采用同轴结构，用4只电容器、4只开关并联工作的方式以减小电感。装置的最大储能12.5kJ，放电回路由电容器、开关、传输线组成，性能将直接影响装置的稳定性和可靠性。

开关是放电回路的重要元件，这套装置中用TDI-150k/25陶瓷密封型赝火花开关。开关的电极系统由阳极和空腔阴极组成，阴极腔经由多个轴向孔与主间隙相通；触发单元位于阴极腔中，其触发是半导体沿表面放电触发主间隙。开关内有储氢器，用不同的直流电压对储氢器的灯丝进行加热，会产生不同气压的氢气。开关的最大工作电压为25kV，最大工作电流可达200kA，重复频率为0.5Hz，当阳极电压为5~25kV时，开关的击穿时延与阳极电压无关，而是取决于开关内的气压和触发电压。

赝火花开关要正常工作，首先要有用于灯丝加热的稳压电源。在设计稳压电源时，限流不能做得太小，并在线路中考虑隔离，避免内部的电源模块被返回的高压打坏；其次要有能够同时输出4路约3~5kV脉冲高压的同步性好、抖动小的触发发生器，设计时也要采取保护措施；最后进行开关的老练。它的过程既是将开关电极上的毛刺和开关内的杂质烧蚀的过程，也是开关最佳工作气压的选择过程。4个赝火花开关并联运行。实验测得，当阳极电压大于20kV时，灯丝加热电压在4.8~5V时开关的自击穿概率会增大许多。降低灯丝加热电压是惟一的方法，经实验，在阳极加热电压为23kV时，灯丝电压为4.5V，开关的击穿时延为150ns、击穿时间晃动约为30ns，自击穿概率为3%。

传输线的作用是将主开关与负载连接起来，因此要求其连接可靠、耐压足够，并且电感小。传输线由电缆传输线、汇流板和插口组成。电缆传输线采用了多根电缆同轴并联的方式；汇流板的设计着重考虑电动力和绝缘体的厚度及沿面长度的问题；插口与汇流板采用整体设计，同时在设计时增大了接触面积，避免了严重的局部烧蚀；并且采取措施，保证插口与负载电极间的接触良好，避免由于间隙的存在使得大电流流过时，在插口内放电，使负载不能正常工作。