真空觸發開關TVS（Trggered Vacuum Suitch）是高功率脈沖技術領域的重要開關器件之一，它具有結構緊湊、介質恢復迅速、操作無噪聲、工作可靠性高、環境適應性強等優點，在中壓領域具有廣泛的應用前景。針對場擊穿型TVS觸發比較困難的特點，在觸頭表面涂敷TiH2材料，利用TiH2的脫氫產生大量的初始等離子體，可以有效地降低觸發電壓，提高觸發可靠性。

         觸發針的主要材料為鎢，它具有沸點高、耐燒蝕、陰極斑點電流大的特點。從宏觀上看，觸發針和陰極間留有0.5 mm 的真空小間隙，正是觸發脈沖的放電通道。從微觀上看，涂敷TiH2 材料的觸發針表面是凹凸不平的，并且有許多微小尖峰存在。因此，當觸發針引入高壓脈沖時，電場將集中于某些尖峰的端部，在端部形成極高的電場，引起電子發射。盡管電子電流很小，由于尖峰的截面積極小，約為10- 8 mm2，所以電流密度可達105~106 A/mm2。當發射電流流過這些尖峰時，會使它們發熱，導致TiH2 迅速分解，揮發出氫氣。當電子穿過蒸氣云時，使氣體原子電離而引起擊穿，從而產生大量的初始等離子體，迅速接通TVS正負極。所以，場致發射是觸發針尖端放電的原因，同時也是場擊穿型TVS 被觸發的原因。

         圖3 脈沖回路采用高壓擊穿能量續流的辦法觸發TVS。T2 利用彩電高壓包JVC7697，產生一個正高壓脈沖，其突出特點是上升前沿陡峭，振蕩小，并且維持高壓時間比較長。試驗時T1 前接自耦調壓器，連續調節充電電壓，改變輸出脈沖峰值和續流能量。

         圖4 是相應的控制信號電路，利用光纖隔離高壓回路對信號回路的干擾，最后輸出2.4 V 可控硅控制信號。當C1=C2=1000 μF、充電至150 V 時，回路輸出脈沖峰值在22 kV，續流能量達9J 左右，有效地開通TVS。圖5 是空載觸發脈沖，信道2 是5 V 控制信號，信道1 是輸出的22 kV 高壓正脈沖。所使用的測量工具是TEKTDS210 數字存儲示波器，配型號為P6015A的高壓探頭。

圖4 控制信號電路

         觸發極擊穿的過程產生大量初始等離子體，這是能否成功導通TVS 的關鍵。而影響真空擊穿過程的因素很多，譬如觸發針幾何形狀和大小、間隙的大小、材料、老煉作用、操作條件和真空度等。這里主要考慮兩個因素，材料和間隙。主電極材料以銅為主，已知銅的絕緣強度42 kV/mm，小間隙0.5 mm，所以為有效觸發TVS，觸發脈沖電壓峰值應不低于21 kV。因為表面涂敷的TiH2作用，實際的觸發電壓比理論上的要小。試驗結果TVS 樣品成功導通的觸發脈沖電壓峰值在19kV 左右，如圖6。

         試驗回路采用的是LC 振蕩電路。TVS 按照正極性接線方式，即帶觸發極的主電極接地，而另外的主電極接試驗回路中電容的正極。觸發針接觸發系統的輸出，正脈沖觸發方式。試驗結果表明，該觸發系統觸發成功率高，所做的22次試驗全部成功，而且系統延時分散性小，控制在40 μs 左右（觀察圖6 兩個波形的下降沿之間的時間差）。試驗統計結果如表2，可知觸發系統延時集中在38~ 41 μs，最大誤差不超過5 μs。

表2 觸發系統延時及其分散性

         試驗過程中發現，短時間內連續做開通試驗，開始的幾次試驗延時時間稍長，后來延時時間稍短。由于前幾次TVS 導通，產生大量的氫氣，短時間內不能被鈦完全重新吸收，導致TVS 內部真空度下降，觸發極擊穿更加容易。時間稍長一些，殘余的氫氣被鈦完全吸收，最終恢復到原先的真空狀態。

           如果在沒有涂敷觸發材料的前提下，TVS 的觸發就更難，同樣的觸發系統，需要30kV 左右的觸發脈沖。所以，涂敷TiH2 能夠有效地降低TVS的觸發電壓，提高TVS 的觸發可靠性。而且，系統延時分散性較小，為TVS 的串并聯使用提供了條件，進一步提高TVS 的耐壓和通流能力。