背后通道热击穿条件分析

若输入背后区域的能量为W_in，输出的能量为W_out，则是否产生热击穿的条件可归纳为：当W_in＞W_out，发生热击穿；W_in＜W_out，不发生热击穿；W_in=W_out为临界状态。德国布郎斯瓦许大学的W.Clemens等从能量平衡方程式出发，忽略对流和辐射散热，得到以下的能量平衡关系式：

式中 σ——通道的电导率；

E——通道电场强度；

λ——热导率；

T——温度；

ρ——气体密度；

c——比热容。

当通道区处于临界情况，并认为通道内温度仅随灭弧室器壁距离而变，如图4-85所示，则简化上式得

式中 σE_crit——输入功率；

——输出功率；

E_crit——发生热击穿的临界场强。(www.xing528.com)

图4-85 通道内温度随距灭弧室器壁距离x而变

图4-86 临界场强E_crit与通道中心温度T_c的关系

用解析法求解式（4-67），可得临界场强E_crit与通道中心温度T_c的关系，如图4-86所示。由图中显示，在T_c=4000～6000K时E_crit变化很大，当T_c＞6000K，则E_crit变化趋于平坦。由此可见，背后通道的热击穿与处于临界情况时通道的温度有密切关系。

上面从背后区域能量平衡来确定背后区域热击穿条件，为了用等效的击穿电压来表示背后击穿条件，也可用下式来表示：

E_critl≤（n+1）ΔU （4-68）

式中 E_crit——背后区域热击穿的临界电场强度；

l——触头开距。

以上可更明显的看出，提高热击穿临界电场强度E_crit，也即冷却背后区域，降低背后区域的气体游离程度，以及使触头快速打开，增大触头间开距，都可抑制背后击穿现象。

从以上分析明确指出，背后区域的温度决定了背后击穿的程度，实际上，通道温度也就是表示通道中气体的游离程度，因而采取措施冷却背后区域，使背后通道的温度下降，就可抑制背后击穿现象。根据大量实验得出，电弧进入栅片后，它造成的热气流将会经灭弧室后壁反射，这种反射的热气流进入背后区域会提高背后区域的温度和气体的游离，因而采取措施，防止热气流反射进入背后区域，也是抑制背后击穿现象的一个重要方面。