高功率开关

    （1）标称电压：设计时选择的工作电压，通常又称为工作电压。高功率开关的标称电压一般在数十kV以上，可高达十数MV。

    （2）导通电流：设计时选择的传输电流，通常又称为工作电流。高功率开关的导通电流一般在数kA以上，可高达数MA；

    （3）导通电阻：开关导通时在放电回路中表现的电阻。高功率开关的导通电阻通常在毫欧以下。

    （4）导通电感：开关导通时在放电回路中表现的电感。高功率开关的导通电感通常在微亨以下。

    （5）传输电荷量：开关一次动作向负载传输的电荷量。

    （6）转换时间：闭合开关从高阻状态转换到低阻状态，或断路开关从低阻状态转换到高阻状态所需的时间。高功率开关的转换时间通常在数十ns以下，可低至ps量级。

    （7）持续时间：闭合开关从高阻状态转换到低阻状态后维持低阻状态的时间，或断路开关从低阻状态转换到高阻状态后维持高阻状态的时间。高功率开关的持续时间通常在ns至μs量级，少数应用场合可至ps或ms量级。

    按照功能分类，高功率开关可分为闭合开关和断路开关。

    按照工作介质分类，高功率开关可分为真空开关、气体开关、液体开关及固态开关。常用的气体开关包括赝火花开关、充气火花隙开关、高压气体开关、吹气开关等。常用的液体开关包括油介质开关、水介质开关。常用的固态开关包括半导体断路开关（SOS）、光导开关、功率半导体开关、磁开关以及介质表面放电开关等。

    按照触发源类型分类，高功率开关可分为自动作开关、机械触发开关（含爆炸触发）、电脉冲触发开关、激光触发开关、粒子束触发开关以及磁场抑制开关等。

    高功率开关通常包括电极、工作介质、壳体和引出结构三部分。

    开关电极一般采用黄铜、不锈钢、铜钨合金等导电性能良好的金属或合金材料制成，一只高功率开关至少包含一对电极（通常简称主电极），部分电脉冲触发型开关还有触发电极。多级开关使用多个电极，其两端与引出结构相连的电极称为主电极，其余夹持在两个主电极之间的电极称为中间电极。

    高功率开关的工作介质是填充在电极之间的气体、液体或固体材料，真空也是高功率开关常用的一种工作介质。对于闭合开关，工作介质初始状态是绝缘体或高阻抗介质；开关动作时，工作介质被击穿或由高阻抗状态转变为低阻抗状态。

    开关壳体用于容纳工作介质，通常由绝缘材料制成，少数类型的断路开关采用电极作为壳体。

    开关引出结构用于实现开关电极与电路的连接，采用导电性能良好的金属或合金材料制成。

    高功率开关用于实现高功率电脉冲传输路径的切换。它不仅对脉冲功率装置的输出特性具有决定性作用，甚至是脉冲功率系统成败的关键。脉冲功率技术研究中，不仅要求高功率开关能够传输数十兆瓦到太瓦级的功率。还要求其时间抖动在纳秒范围。

    高功率开关通常工作在较高功率水平下，导通和关断过程均受控的全控开关通常仅在GW级以下的重复频率脉冲功率系统中有少量应用。因此，通常按照其功能，将高功率开关分为两个大类：

    （1） 闭合开关（closing switch）：初始状态，开关阻抗为高阻，阻断电流使其不能向负载传输；开关动作时，开关阻抗变换为低阻，使电流通过开关及其后的传输结构向负载馈送高峰值电流。该类开关适用于电容储能电路。

    （2） 断路开关（opening switch）：初始状态，开关阻抗为低阻，使电流通过开关流过与负载并联的旁路放电回路，使其不能向负载传输；开关动作时，开关阻抗变换为高阻，是电流通过不能通过开关所在的放电旁路，切换进入负载所在的放电回路，向负载馈送高峰值电流。该类开关适用于电感储能电路。