冷阴极开关设备及转换器制造技术

提供一种冷阴极开关设备。该冷阴极开关设备(100)包括：限定腔室(111)的壳体(110)；布置在该腔室中的可电离气体(112)；以及布置在该腔室中的多个电极(120)。多个电极包括限定放电间隙的阴极(124)和阳极(122)，且其中阴极和阳极中的至少一个包含在该阴极或阳极的工作温度为液体的材料(140)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】冷阴极开关设备及转换器相关申请的交叉引用本申请要求提交于2013年3月15日，题为“可靠的具有液体阴极的大功率气体开关”的临时美国专利申请号60/790, 650的优先权及权益，据此其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术介绍
本专利技术总体上涉及冷阴极开关设备。具体地，本专利技术涉及适于在高压功率转换应用中使用的冷阴极开关设备。半导体开关由于其可靠性及寿命长而广泛用于高压功率转换系统中。然而，每个半导体开关的开路隔离电压相对较低(例如，大约10kV)，这样不得不将很多半导体开关串联地堆叠在一起以处理高电压(300_1000kV)。此外，使用半导体开关的高压功率转换系统的成本及复杂性可能非常地高。气体开关能够隔离(stand off)较高的电压，例如大于100kV。然而，气体开关并未被广泛地使用，因为其可靠性和寿命不足以用于电网应用中。在切换操作期间，部分地由于离子轰击、溅射、加热以及蒸发导致的对阴极表面的损坏会使得出现可靠性低和寿命短。因此，需要改进的气体开关结构。此外，希望具有可用于高压功率转换应用中的可靠的气体开关结构。
技术实现思路
—个实施例涉及冷阴极开关设备。该冷阴极开关设备包含:限定腔室的壳体；布置在该腔室中的可电离气体；以及布置在该腔室中的多个电极。多个电极包括限定放电间隙的阴极和阳极，且其中该阴极和阳极中的至少一个包含在该阴极或阳极的工作温度为液体的材料。另一个实施例涉及冷阴极开关设备。冷阴极开关设备包含:限定腔室的壳体；布置在该腔室中的可电离气体；以及布置在该腔室中的至少四个电极。该电极包括限定放电间隙的阴极和阳极，且其中该阴极和阳极中的至少一个包含在该阴极或阳极的工作温度为液体的材料。另一个实施例涉及功率转换器。功率转换器包含:输入部；输出部；以及至少一个电耦合于该输入部和输出部之间的冷阴极开关设备。该冷阴极开关设备构造为将交流(AC)转换为直流(DC)，或将直流(DC)转换为交流(AC)。该冷阴极开关设备包含:限定腔室的壳体；布置在该腔室中的可电离气体；以及布置在该腔室中的多个电极。多个电极包括限定放电间隙的阴极和阳极，且其中该阴极和阳极中的至少一个包含在该阴极或阳极的工作温度为液体的材料。【附图说明】通过参照附图阅读下面详细的描述，将会更好地理解本专利技术的这些或其它特征、方面和有益效果，其中整个附图中相似的标记表示相似的部件，其中: 图1根据本专利技术的某些实施例示出了冷阴极开关设备；图2根据本专利技术的某些实施例示出了冷阴极开关设备；以及图3根据本专利技术的某些实施例示出了功率转换器。具体实施例下面将描述本专利技术的一个或多个具体的实施例。为了简单地描述这些实施例，可能在说明书中未描述实际的实施方案的所有特征。应当理解在任意该实际实施方案的研发中，如在任意工程或设计项目中，必须做出多种具体实施方案的决定来实现研发者的具体目标，如符合关于系统及关于商业的限制，其可能从一种实施方案到另一种实施方案是不同的。此外，应该理解该研发成果可能是复杂而且耗时的，然而对于得益于本公开的那些普通技术人员来说是设计、生产及制造的常规任务。在下面的说明书和权利要求中，单数形式的“一”、和“该”包括复数个参考物，除非本文另有明确的指示。如本文所使用的，术语“或者”并不意在排他而是指存在参考部件中的至少一种，并且包括存在参考部件组合的情况，除非本文另有明确的指示。近似性语言，如本文贯穿说明书和权利要求所使用的，可用于修饰任意定量的表达，其可以被允许变化而不会引起与其相关的基本功能中的改变。因此，由一个术语或多个术语如“大约”修饰的值并不限于精确的具体值。在某些情形中，近似性语言可对应于用于测量数值的仪器的精度。如本文所使用的，术语“可能”和“可能是”表示:一系列情况下发生事情的可能性；具体性质、特性或功能的具备；和/或限定另一动词，其通过表达与限定的动词相关的能力、性能或可能性中的一种或多种。因此，使用“可能”和“可能是”表示所修饰的术语显然对于所表示的性能、功能或使用来说是适当、能够或适合的，而考虑到某些情况，所修饰的术语有时不是适当、能够或适合的。如下文详细描述的，本专利技术的某些实施例涉及一种冷阴极开关设备。本文所使用的术语“开关设备”是指当开关设备闭合时，电流从一个电极经由放电间隙流向另一个电极并且当开关设备断开时没有电流流过的设备。本文所使用的术语“冷阴极开关设备”是指包括在冷阴极工作模式中工作的阴极的开关设备。在冷阴极工作模式中，响应在阴极表面的冲击离子(“二次电子发射”)从阴极表面发射电子。二次电子发射不同于其它电子发射和等离子体保持机构，如:热电子发射(其中阴极热得足以使电子蒸发，并且不需要离子冲击)；场致发射(其中非常强的电场，在阴极表面达到107v/cm数量级，能够将电子拉过表面的封闭静电势)；热场发射(前面两个过程的协同组合)；或光电发射(其中冲击光子将电子从表面发射)。如通常所知晓的，在实际的阴极中，所有的过程可同时发生，但是一个过程相对于其它过程会引起更高数量级的电流，并且那个过程的名称可随后用于描述阴极的工作以及整个等离子体和设备的某些特性。“冷阴极”开关设备还包括阴极材料，响应于来自等离子体的离子的冲击而从阴极材料发射电子仅微弱取决于材料的温度，并且即使改变温度使材料熔化或冷冻也不会明显地变化。因此，对于所属领域普通技术人员来显而易见的是，在冷阴极开关设备中，工作期间的阴极表面温度明显低于发生大量热电子发射时的温度。为了简化，可将术语“冷阴极开关设备”、“开关设备”、“开关”在本文互换地使用。图1示意性地示出了按照本专利技术的一个实施例的冷阴极开关设备100。如图1所示，冷阴极开关设备100包含限定腔室111的壳体110。可电离气体112布置在腔室111中。开关设备100还包括多个布置在腔室111中的电极120 (为了简化，图1示出了两个该电极)。此外，如图1所示，多个电极120包括限定放电间隙130的阳极122和阴极124。阴极124和阳极122中的至少一个包括在阴极124或阳极122的工作温度为液体的材料140。为了示出的目的，在图1中，所呈现的阴极124包括材料140。本文所使用的术语“阴极或阳极的工作温度”指的是在开关设备100处于闭合状态工作期间的阴极124或阳极122的温度。如前面指出的，当开关设备100闭合时，电流从阴极124经由放电间隙130流向阳极122。在一些实施例中，工作温度在大于600摄氏度的范围内。在一些实施例中，工作温度在从大约-30摄氏度到大约600摄氏度的范围内。在一些实施例中，工作温度在从大约0摄氏度到大约450摄氏度的范围内。在一些实施例中，工作温度在从大约20摄氏度到大约300摄氏当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷阴极开关设备，包含：限定腔室的壳体；布置在该腔室中的可电离气体；以及布置在该腔室中的多个电极，其中该多个电极包含限定放电间隙的阴极和阳极，且其中该阴极和阳极中的至少一个包含在该阴极或阳极的工作温度为液体的材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·J·索默雷尔，J·D·迈克尔，D·J·史密斯，S·J·扎卢波夫斯基，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US