CN102684664A - 一种开关触发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关触发器，包括脉冲变压器、原方电容器、原方可控开关元件、原方反向二极管、副方触发续流二极管、第一副方触发电流调节电阻以及第二副方触发电流调节电阻，脉冲变压器包括原方绕组、副方高压绕组以及副方低压绕组，原方电容器、原方可控开关元件以及脉冲变压器的原方绕组形成串联连接，原方反向二极管与原方可控开关元件反向并联，副方高压绕组的一端连接第一副方触发电流调节电阻，另一端与副方低压绕组的一端相连，副方高压绕组和副方低压绕组的连接端再串联副方触发续流二极管和第二副方触发电流调节电阻，然后再与第一副方触发电流调节电阻的另一端相连。本发明电路结构简单，能同时输出较高触发电压和较大触发电流。

Description

一种开关触发器

技术领域

本发明属于高电压电工电器技术和脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种开关触发器。

背景技术

高压电工技术和脉冲功率技术中常用的火花间隙类闭合开关，需要有专门的开关触发器提供外施触发电压或电流，以实现开关本体的可控导通。

一般而言，火花间隙开关的触发极和某一个主电极（阴极或者阳极）构成触发间隙，而一对主电极（阴极和阳极）构成主间隙。触发器输出的电压用于触发间隙的击穿导通，触发间隙导通后有一定大小的触发电流，这个触发电流会产生一定浓度的等离子进一步使得主间隙发生击穿导通，从而开关实现闭合。有些火花间隙开关只需要较高的触发电压，例如某些特定结构的触发真空开关；有些火花开关不仅需要一定的触发电压，还需要辅助间隙导通后能够维持一定的触发电流以增大等离子体浓度，提高主间隙导通的概率和效率，例如三电极触发管型开关，就需要较大的触发电流以减小导通时延，增大工作电压范围。

开关触发器产生高压大电流输出的基本办法之一是使用脉冲变压器。基于脉冲变压器制成的开关触发器一般是在脉冲变压器的原方接一个储能电容器，储能电容器放电后在变压器副方感应出一个高压。如果一个基于脉冲变压器制作而成的开关触发器要同时输出较大的触发电压和较大的触发电流，那其功率容量势必要按照触发电压和触发电流的峰值考虑，因此容量要选择得很大。而变压器容量越大，制作起来体积、成本就越高。如果在变压器的副方增加一个储能电容器，火花间隙开关导通后由这个副方储能电容器的放电过程提供较大触发电流。但这种做法一方面会降低脉冲变压器的输出效率，另一方面，由于这个电容器不能太大，所能提供的电流比较有限，因此某些情况下还不得不为这个副方电容器增加额外的充电电路以补充其储能，反而增大了触发器的设计和制作难度。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种电路结构简单，能同时输出较高触发电压和较大触发电流的开关触发器。

为实现上述目的，本发明提供了一种开关触发器，包括脉冲变压器、原方电容器、原方可控开关元件、原方反向二极管、副方触发续流二极管、第一副方触发电流调节电阻以及第二副方触发电流调节电阻，脉冲变压器包括原方绕组、副方高压绕组以及副方低压绕组，原方电容器、原方可控开关元件以及脉冲变压器的原方绕组形成串联连接，原方反向二极管与原方可控开关元件反向并联，副方高压绕组的一端连接第一副方触发电流调节电阻，另一端与副方低压绕组的一端相连，副方高压绕组和副方低压绕组的连接端再串联副方触发续流二极管和第二副方触发电流调节电阻，然后再与第一副方触发电流调节电阻的另一端相连，第一副方触发电流调节电阻和第二副方触发电流调节电阻的连接端再连接到开关触发器的高压触发脉冲输出端，副方低压绕组的另一端连接到开关触发器的另一个高压触发脉冲输出端。

副方高压绕组与原方绕组之间的变比大于副方低压绕组与原方绕组之间的变比。

副方高压绕组和副方低压绕组的同名端相同或相反。

原方可控开关元件可以选用脉冲晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。

原方可控开关元件导通后的电流流通方向与原方电容器的放电电流方向一致。

副方触发续流二极管导通后的电流流通方向与副方低压绕组的输出电流方向一致。

从开关触发器的外部来看，开关触发器具有电源输入端口、原方可控开关元件的触发导通信号输入端口、以及高压触发脉冲输出端口，电源输入端口与直流供电电源相连，触发导通信号输入端口的高压端与原方可控开关元件的门极相连，低压端与电源输入端口的负极共用。

从开关触发器的外部来看，开关触发器具有电源输入端口、原方可控开关元件S1的触发导通信号输入端口、以及高压触发脉冲输出端口。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：由于触发器的高压输出和大电流输出分别由两个相对独立的绕组及其独特的副方电路提供，因此脉冲变压器的整体容量不必做的很大，从而简化了结构、降低了造价；由于副方电路涉及包含了副方触发电流调节电阻，因此触发输出电流适应范围广，结构简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明开关触发器的等效电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，如图1所示，本发明的开关触发器包括脉冲变压器、原方电容器C1、原方可控开关元件S1、原方反向二极管D1、副方触发续流二极管D2、以及副方触发电流调节电阻R1和R2。

从开关触发器的外部来看，开关触发器具有电源输入端口1-1’、原方可控开关元件S1的触发导通信号输入端口2-1’、以及高压触发脉冲输出端口3-3’。图中G代表接地点。

脉冲变压器包括原方绕组T0、一个副方高压绕组T1以及一个副方低压绕组T2。副方高压绕组T1与原方绕组T0之间的变比大于副方低压绕组T2与原方绕组T0之间的变比。

在脉冲变压器的原方，电源输入端口1-1’与直流供电电源相连，原方电容器C1、原方可控开关元件S1以及脉冲变压器的原方绕组T0形成串联连接，且原方可控开关元件S1导通后的电流流通方向与原方电容器C1放电电流方向一致，原方反向二极管D1与原方可控开关元件S1反向并联。

原方可控开关元件S1需要在其门极输入一个触发导通电信号使其从断路转为导通状态，触发导通信号输入端口2-1’的高压端2与原方可控开关元件S1的门极相连，低压端1’与电源输入端口1-1’的负极1’共用。

在脉冲变压器的副方，副方高压绕组T1的一端连接副方触发电流调节电阻R1，另一端与副方低压绕组T2的一端相连，副方高压绕组T1和副方低压绕组T2的连接端再串联一个副方触发续流二极管D2和另一个副方触发电流调节电阻R2，然后再与前述第一个副方触发电流调节电阻R1的另一端相连，副方触发电流调节电阻R1和R2的连接端再连接到开关触发器的高压触发脉冲输出端3，副方低压绕组T2的另一端连接到开关触发器的另一个高压触发脉冲输出端3’。副方触发续流二极管D2导通后的电流流通方向与副方低压绕组T2的输出电流方向一致。

副方高压绕组T1和副方低压绕组T2的同名端可以相同或相反。

在本发明另一个实施方式中，可只使用副方触发电流调节电阻R1和R2中的一个。

原方可控开关元件S1可以选用脉冲晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。

本实施例开关触发器的工作原理和过程如下：

电源输入端口1-1’连接一个整流充电单元以得到符合设计要求的直流电压从而为原方电容器C1进行充电。C1达到一定电压，即储存一定能量和电荷后，触发电信号通过触发信号输入端口2-1’至原方可控开关元件S1的门极，使S1由闭合状态转为导通状态，C1放电，在脉冲变压器原方绕组T0中产生放电电流和感应电压，T0和副方绕组间形成电磁耦合。原方可控开关元件S1与原方反向二极管D1为反向并联连接方式。

在具体实现时，进入触发信号输入端口2-1’的触发导通电信号可以通过光电转换器件，由光信号激发相关电子电路转换为电信号产生。

脉冲变压器制作时要实现副方双绕组，可以采用副方绕组增加引出抽头的方法，也可以分别绕两个绕组串联或并联。

脉冲变压器两个原方、副方绕组对的变比是不一样的。提供大电流输出的原、副方绕组变比应比提供触发高压的原、副方绕组变比小。根据变压器原理，通过原、副方绕组的电压和变比成正比，电流和变比成反比。

由电路理论可知，当原方绕组T0通过放电电流、产生感应电压后，副方绕组T1和T2上会分别感应出一个较高电压和一个较低电压，两个电压通过分别通过触发电流调节电阻R1和R2施加到触发脉冲输出端口3-3’。使用触发器时，触发脉冲输出端口3-3’和被触发开关的触发间隙相连。触发器的输出电压实为两个绕组输出电压的叠加。

触发间隙被这个触发高压脉冲击穿导通后，3-3’端口形同短路，副方高压绕组T1和低压绕组T2分别通过各自的触发电流调节电阻R1和R2对被触发开关的触发间隙放电。触发器的输出电流实为两个绕组输出电流的叠加。因此副方低压绕组虽然耦合电压低，但可以产生比副方高压绕组更大的输出电流。

由电压和电流的叠加关系，可以实现触发电压主要由副方高压绕组T1承担，触发电流主要由低压绕组T2承担的功能目的。

通过改变副方触发电流调节电阻R1和R2的大小可以实现调整触发电流大小的目的。

因变压器容量与其对负载提供的电压和电流乘积相关，而变压器制造成本近似与容量成指数上升关系。本发明中的高压绕组不必通过大电流，低压绕组不必产生高电压，因此容量都不必做得很大，可以显著降低整台脉冲变压器的成本和整个开关触发器的造价与工艺复杂度。

若一个开关触发器要同时触发导通多个开关，脉冲变压器副方还可以并联多个高压－低压绕组对，同时提供多个高压－大电流触发脉冲。这可以视作基于本发明思想的合理变形。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种开关触发器，其特征在于，包括脉冲变压器、原方电容器、原方可控开关元件、原方反向二极管、副方触发续流二极管、第一副方触发电流调节电阻以及第二副方触发电流调节电阻，脉冲变压器包括原方绕组、副方高压绕组以及副方低压绕组，原方电容器、原方可控开关元件以及脉冲变压器的原方绕组形成串联连接，原方反向二极管与原方可控开关元件反向并联，副方高压绕组的一端连接第一副方触发电流调节电阻，另一端与副方低压绕组的一端相连，副方高压绕组和副方低压绕组的连接端再串联副方触发续流二极管和第二副方触发电流调节电阻，然后再与第一副方触发电流调节电阻的另一端相连，第一副方触发电流调节电阻和第二副方触发电流调节电阻的连接端再连接到开关触发器的高压触发脉冲输出端，副方低压绕组的另一端连接到开关触发器的另一个高压触发脉冲输出端。

2.根据权利要求1所述的开关触发器，其特征在于，副方高压绕组与原方绕组之间的变比大于副方低压绕组与原方绕组之间的变比。

3.根据权利要求1所述的开关触发器，其特征在于，副方高压绕组和副方低压绕组的同名端相同或相反。

4.根据权利要求1所述的开关触发器，其特征在于，原方可控开关元件可以选用脉冲晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。

5.根据权利要求1所述的开关触发器，其特征在于，原方可控开关元件导通后的电流流通方向与原方电容器的放电电流方向一致。

6.根据权利要求1所述的开关触发器，其特征在于，副方触发续流二极管导通后的电流流通方向与副方低压绕组的输出电流方向一致。

7.根据权利要求1所述的开关触发器，其特征在于，

从开关触发器的外部来看，开关触发器具有电源输入端口、原方可控开关元件的触发导通信号输入端口、以及高压触发脉冲输出端口。

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