【摘 要】
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沿面闪络现象在工程实际应用中是一把双刃剑。一方面,低气压下闪络电压阈值更低,临近空间飞行器内部的高压供电系统电路板易发生放电故障。另一方面,地面的闭合开关尺寸较大,无法放入狭窄空间。而真空闪络开关因其结构薄、绝缘恢复速度快,而成为小体积高功率开关的新兴研究方向。目前,关于低气压环境中电路板上的闪络,缺乏0.5～1 mm间距、除圆形外其它焊盘形状的相关研究。本文利用COMSOL MULTIPHYSI
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沿面闪络现象在工程实际应用中是一把双刃剑。一方面,低气压下闪络电压阈值更低,临近空间飞行器内部的高压供电系统电路板易发生放电故障。另一方面,地面的闭合开关尺寸较大,无法放入狭窄空间。而真空闪络开关因其结构薄、绝缘恢复速度快,而成为小体积高功率开关的新兴研究方向。目前,关于低气压环境中电路板上的闪络,缺乏0.5～1 mm间距、除圆形外其它焊盘形状的相关研究。本文利用COMSOL MULTIPHYSICS软件仿真了不同形状的焊盘电极间电场分布与电场局部最大值。实验得到了三种焊盘结构（双圆形、圆形方形、双椭圆形）分别在0.5 mm和1 mm电极间距下闪络电压随气压变化的关系。双椭圆形焊盘的低气压沿面闪络电压阈值最低,约为462 V。得到了电晕放电电流波形参数随气压变化规律。此外,还测得贴片焊盘SOT-23的低气压闪络阈值约450 V,并对比了表面烧蚀情况。上述数据与结论填补了小间距、多类型焊盘间低气压闪络方面的空缺,为预防印制电路板沿面闪络,保障高空电子设备可靠运行提供了帮助。受狭窄空间限制,本文设计了两种薄片式的真空闪络开关,即场畸变开关平面化结构和同心圆环结构。实验得到:在大气压环境中两者的首次闪络电压分别为20 k V和18 k V。鉴于后者的放电稳定性,以其为实验对象测得放电时延约为291 ns,抖动约为16 ns。真空下同心圆环结构的闪络电压阈值约为33 k V、同时电压下降时间约为48 ns,优于大气压下的情况。此开关有利于减小成套脉冲功率装置的体积,对脉冲功率装置空间平台意义非凡。
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