CN110098820B - 一种脉冲晶闸管触发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种脉冲晶闸管触发装置，包括脉冲发生器、多个驱动电路板以及串联晶闸管组；所述驱动电路板包括磁环L1、两组线圈以及脉冲电流保持电路，两组所述线圈均绕设于所述磁环L1上，两组所述线圈的绕线方向相同，两组所述线圈分别与对应的所述脉冲电流保持电路电连接，各所述驱动电路板的脉冲电流保持电路分别与所述串联晶闸管组电连接；所述脉冲发生器与电缆电连接，所述电缆依次穿过多个所述磁环L1。本发明具有门极损耗小、晶闸管触发稳定的技术效果。

Description

一种脉冲晶闸管触发装置

技术领域

本发明涉及晶闸管触发技术领域，具体涉及一种脉冲晶闸管触发装置。

背景技术

现行业电磁成型、电磁发射、脉冲强磁场等应用场合需要使用串联晶闸管作为脉冲放电开关。这些应用场合要求串联晶闸管承受较高的电流上升率，而晶闸管导通时能够承受的电流上升率与门极触发信号有关。综合晶闸管串联应用特点以及高电流上升率放电工作特性，应用于脉冲放电的串联晶闸管开关需要专用的同步触发电路。目前，串联晶闸管多用电磁耦合的触发方式，触发信号有采用交流或者直流信号，由于晶闸管触发导通后，门极失去控制作用，损耗较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种脉冲晶闸管触发装置，解决现有技术中晶闸管触发的门极损耗大的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种脉冲晶闸管触发装置，包括脉冲发生器、多个驱动电路板以及串联晶闸管组；

所述驱动电路板包括磁环L1、两组线圈以及脉冲电流保持电路，两组所述线圈均绕设于所述磁环L1上，两组所述线圈的绕线方向相同，两组所述线圈分别与对应的所述脉冲电流保持电路电连接，各所述驱动电路板的脉冲电流保持电路分别与所述串联晶闸管组电连接；所述脉冲发生器与电缆电连接，所述电缆依次穿过多个所述磁环L1。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明采用脉冲发生器产生脉冲形式的脉冲触发信号，触发串联晶闸管组，从而减小门极损耗；同时，本发明在磁环L1上绕设两组线圈，脉冲触发信号通过电缆从磁环L1中间穿过，磁环L1感应脉冲触发信号，在线圈上产生脉冲电流，通过脉冲电流触发串联晶闸管组的导通，为了保证脉冲触发信号的宽度，本发明设置脉冲电流保持电路，使得脉冲电流一直保持到串联晶闸管组导通，保证串联晶闸管组的可靠导通。

附图说明

图1是本发明提供的脉冲晶闸管触发装置的原理图；

图2是本发明提供的脉冲晶闸管触发装置的串联晶闸管组的结构示意图；

图3是本发明提供的脉冲晶闸管触发装置的脉冲电流保持电路的电路图；

图4是本发明提供的脉冲晶闸管触发装置的均压板的电路图；

图5是本发明提供的脉冲晶闸管触发装置的均压板的结构示意图；

图6是本发明提供的脉冲晶闸管触发装置的压敏电阻板的电路图；

图7是本发明提供的脉冲晶闸管触发装置的RC吸收板的电路图。

附图标记：

1、脉冲发生器，2、驱动电路板，21、第一线圈，22、第二线圈，23、脉冲电流保持电路，3、串联晶闸管组，31、晶闸管，32、绝缘杆，33第二定位孔，4、保护电路板，41、均压板，411、第一定位孔，42、压敏电阻板，43、RC吸收板。

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。

实施例1：

如图1所示，本发明的实施例1提供了一种脉冲晶闸管触发装置，包括脉冲发生器1、多个驱动电路板2以及串联晶闸管组3；

所述驱动电路板2包括磁环L1、两组线圈以及脉冲电流保持电路23，两组所述线圈均绕设于所述磁环L1上，两组所述线圈的绕线方向相同，两组所述线圈分别与对应的所述脉冲电流保持电路23电连接，各所述驱动电路板2的脉冲电流保持电路23分别与所述串联晶闸管组3电连接；所述脉冲发生器1与电缆4电连接，所述电缆4依次穿过多个所述磁环L1。

本发明提供的触发装置，采用脉冲发生器1产生脉冲信号，并通过脉冲信号实现对串联晶闸管组3的触发。现有串联晶闸管触发信号通常采用交流或者直流信号，触发导通后，门极失去控制作用，损耗较大，本发明提供的脉冲触发方式很好的解决了这一问题。通过脉冲信号触发串联晶闸管组3时，脉冲信号应有一定的宽度，脉冲前沿要陡，保证串联晶闸管组3可靠导通。如果触发脉冲过窄，在脉冲信号终止时主回路电流还未上升到串联晶闸管组3的擎住电流，则串联晶闸管组3会重新关断。因此，本发明设置驱动电路板2，驱动电路板2接收脉冲信号，驱动电路板2的主要器件为磁环L1，磁环L1由导磁材料制成，具有聚集磁场、提高电感效率的作用，磁环L1上饶有两组线圈，线圈可由铜导线绕制而成，当有脉冲信号通过电缆时，磁环L1首先接受脉冲信号，感应出脉冲电流，脉冲电流从两组线圈流出，脉冲电流经脉冲电流保持电路23到达串联晶闸管组3，这时串联晶闸管组3承受正向阳极电压，门极承受正向电压正片，串联晶闸管组3导通。脉冲电流保持电路23将脉冲电流固定在指定电流值上，保持脉冲电流的波形不变，避免脉冲信号终止时主回路电流还未上升到串联晶闸管组3的擎住电流的情况发生，保证串联晶闸管组3正常导通。具体的，电缆优选高压电缆，安全性能好。

本发明提供的触发装置具有门极损耗小，脉冲触发稳定，串联晶闸管组3导通稳定的技术效果，安全可靠，易于维护。

优选的，如图1所示，所述串联晶闸管组3包括多个晶闸管31，多个所述晶闸管31与多个所述驱动电路板2数量相等且一一对应，每一所述驱动电路板2的的脉冲电流保持电路23分别与对应的所述晶闸管31的门极电连接，多个所述晶闸管31的阳极和阴极依次电连接，位于端部的两个晶闸管31中，未与其他晶闸管31电连接的的阴极和阳极分别为所述串联晶闸管组3的阴极和阳极。

每一个驱动电路板2对应一个晶闸管31，并控制对应晶闸管31的导通与关闭。多个晶闸管31的阳极和阴极依次电连接，具体为，每一个晶闸管31的阳极均与其相邻晶闸管31的阴极电连接。

优选的，如图2所示，多个所述晶闸管31层叠设置，每一所述晶闸管31均通过多根绝缘杆32支撑连接于其下层的晶闸管31上，每一所述晶闸管31均通过导电杆支撑连接于其下层的晶闸管31上，每一所述晶闸管31的阳极均通过所述导电杆与其下层的晶闸管31的阴极电连接。

通过绝缘杆32实现多个晶闸管31的层叠支撑连接，导电杆一方面实现多个晶闸管31之间的依次串联，另一方面进一步加固多个晶闸管31的层叠支撑连接，视角原因，图2中未标识出所有导电杆和所有的晶闸管31。具体的，本优选实施例中，每一个晶闸管31的两侧均开设有安装孔，导电杆32的两端分别插合于相邻两层晶闸管31的安装孔内，导电杆32优选镀锡铜杆；每一个晶闸管31的两侧均开设有螺纹孔，绝缘杆的两端分别与相邻两层晶闸管31的螺纹孔螺纹连接，绝缘杆32优选绝缘环氧螺杆。绝缘杆32优选采用FR-4材料制成，FR-4材料是由专用电子布浸以环氧酚醛树脂等材料经高温高压热压而成的板状层压制品，具有较高的机械性能和介电性能，较好的耐热性和耐潮性并有良好的机械加工性。

现有的很多串联晶闸管组3之间的串联连接是通过螺丝固定安装，设计过于复杂且可靠性不高，本发明提供的串联晶闸管组3结构设计简单也便于安装，在严酷的环境中能够稳定运行。

优选的，如图3所示，所述脉冲电流保持电路23包括二极管D5、二极管D9、二极管D10、电阻R1、电阻R7、电阻R6以及电阻R17；

两组所述线圈分别为第一线圈21以及第二线圈22；所述第一线圈21的正接线端M1+与所述二极管D9的阳极电连接，所述二极管D9的阴极通过所述电阻R1与对应的所述晶闸管的门极电连接，所述电阻R7以及所述电阻R6分别与所述电阻R1并联，所述第一线圈21的负接线端M1-与所述晶闸管31的阴极电连接，所述第一线圈21的负接线端M1-还与所述二极管D10的阳极电连接，所述二极管D10的阴极与对应的所述晶闸管的门极电连接，所述电阻R17与所述二极管D10并联；所述第二线圈22的正接线端M2+与所述二极管D5的阳极电连接，所述二极管D5的阴极与所述二极管D9的阴极电连接，所述第二线圈22的负接线端M2-与对应的所述晶闸管的阴极电连接，所述第二线圈22的负接线端M2-还与所述第一线圈21的负接线端M1-电连接。

脉冲电流保持电路23的工作过程为：两组线圈感应出脉冲电流后，脉冲电流分别经过二极管D9和二极管D5到达电阻R1、电阻R2和电阻R6组成的并联电路，最后流到对应晶闸管的门极。二极管D9和二极管D5的作用为防止脉冲电流回流损坏脉冲发生器1，电阻R17和二极管D10组成钳卫电路，然后并联在对应晶闸管的门极和阴极之间，将脉冲电流固定在指定电流值上，并保持原波形形状不变。具体的，二极管D9和二极管D5为US5M型号贴片二极管，性能安全可靠，寿命长；电阻R17阻值为1K，二极管D10型号为US5M。本发明中的“第一”、“第二”并不表示逻辑顺序关系，只是为了区分两组线圈，并不用于限定本发明。

优选的，如图1所示，触发装置还包括用于防止所述串联晶闸管组3过流过载的保护电路板4，所述保护电路板4包括均压板41、压敏电阻板42以及RC吸收板43，所述均压板41、压敏电阻板42以及RC吸收板43分别与所述串联晶闸管组3电连接。

由于晶闸管本身抗过流、抗过载能力差，一个浪涌电流就可能造成晶闸管的报废，因此，本发明设置保护电路板4，防止晶闸管出现过流、过载等损坏晶闸管的情况，确保晶闸管的安全可靠运行。本发明提供的保护电路板4设计简单，易于维护；保护路径多样化，均压、压敏以及RC吸收多重保护，使得触发过程更加安全可靠。

优选的，如图4所示，所述均压板41包括多组贴片电阻组，所述贴片电阻组包括多个并联的贴片电阻RT，多组所述贴片电阻组依次串联于所述串联晶闸管组3的阳极与阴极之间。

均压板41的主要作用是，晶闸管在串联使用时容易出现分压不均的问题，使用均压板41可以解决这个问题。本优选实施例中一共有十六组贴片电阻组，每一组贴片电阻组均包括六个贴片电阻RT，每一组贴片电阻组的六个贴片电阻RT分别并联，并联后多组贴片电阻组依次串联。图4中未标识出所有的贴片电阻RT。

优选的，如图5所示，每一组所述贴片电阻组中，一部分所述贴片电阻RT分布于PCB板的一侧，另一部分所述贴片电阻RT分布于所述PCB板的另一侧。

为节省空间占用面积，维护方便，将贴片电阻RT分布在PCB板的两侧。具体的，本优选实施例中，每一组贴片电阻组的六个贴片电阻RT中，三个贴片电阻RT分布于PCB板的一侧，另三个贴片电阻RT分布于PCB板的另一侧。图5中同样未标识出所有贴片电阻RT。

优选的，如图5、图2所示，所述均压板41上开设有多个第一定位孔411，所述串联晶闸管组3的阳极和阴极上分别开设有与所述第一定位孔411一一对应的多个第二定位孔33，所述第一定位孔411通过定位螺杆与对应的所述第二定位孔33螺纹连接。

均压板41连接在脉冲晶闸管的阳极和阴极上，为连接安全可靠，采用定位孔和定位螺杆连接的方式。图5中未示出定位螺杆。图2中未标识出所有的第二定位孔33。

优选的，如图6所示，所述压敏电阻板42包括多组压敏电阻组，所述压敏电阻组包括多个并联的压敏电阻RM，多组所述压敏电阻组依次串联于所述串联晶闸管组3的阳极与阴极之间。

压敏电阻RM是一种具有非线性伏安特性的半导体电阻器件。本优选实施例中压敏电阻板42的连接方式为，两组压敏电阻组分别包括八个压敏电阻RM，每一组压敏电阻组内的八个压敏电阻RM先分别并联后，两组压敏电阻组串联，连接方式简单易于维护，压敏电阻板42的作用为，当串联晶闸管组3的阳极与阴极突然承受过压时，压敏电阻RM可以将电压钳卫到一个相对固定的值，从而实现对脉冲晶闸管的保护，免其受损坏。图6中未标识出所有压敏电阻RM。

优选的，所述压敏电阻板42上开设有与所述第二定位孔33一一对应的多个第三定位孔，所述第三定位孔通过定位螺杆与对应的所述第二定位孔33螺纹连接。

和均压板41一样，压敏电阻板42连接在串联晶闸管组3的阳极与阴极之间，为连接安全可靠，采用定位孔和定位螺杆连接的方式。

优选的，如图7所示，所述RC吸收板43包括电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5；

所述串联晶闸管组3的阳极通过所述电容C1与所述二极管D1的阳极电连接，所述二极管D1的阴极与所述二极管D2的阳极电连接，所述二极管D2的阴极与所述二极管D3的阳极电连接，所述二极管D3的阴极与所述二极管D4的阳极电连接，所述二极管D4的阴极与所述串联晶闸管组3的阴极电连接，所述电容C2以及电容C3分别与所述电容C1电连接，所述电阻R2与所述二极管D1并联，所述电阻R3与所述二极管D2并联，所述电阻R4与所述二极管D3并联，所述电阻R5与所述二极管D4并联。

RC吸收回路起到吸收晶闸管瞬间过电压，限制电流上升率，动态均压的作用。四个电阻的作用为形成阻尼振荡，不会产生振荡过电压，减小晶闸管的开通电流上升率，降低开通损耗。其中，每一个电阻和对应的二极管先并联组成钳卫电路，并联后串联在一起也是起保护作用。具体的，本优选实施例中，电容C1、电容C2以及电容C3均为无感电容，其规格均为5000V、00150 F±10％，电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5的规格均为10W、51Ω。

本发明提供的保护电路板4多次使用钳卫电路，将脉冲电流固定在指定电流值上，使晶闸管可以稳定运行。

优选的，所述RC吸收板43上开设有与所述第二定位孔33一一对应的多个第四定位孔，所述第四定位孔通过定位螺杆与对应的所述第二定位孔33螺纹连接。

和均压板41一样，RC吸收板43连接在串联晶闸管组3的阳极与阴极之间，为连接安全可靠，采用定位孔和定位螺杆连接的方式。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种脉冲晶闸管触发装置，其特征在于，包括脉冲发生器、多个驱动电路板以及串联晶闸管组；

所述驱动电路板包括磁环L1、两组线圈以及脉冲电流保持电路，所述两组线圈均绕设于所述磁环L1上，两组所述线圈的绕线方向相同，两组所述线圈分别与对应的所述脉冲电流保持电路电连接，各所述驱动电路板的脉冲电流保持电路分别与所述串联晶闸管组电连接；所述脉冲发生器与电缆电连接，所述电缆依次穿过多个所述磁环L1；

所述串联晶闸管组包括多个晶闸管，多个所述晶闸管与多个所述驱动电路板数量相等且一一对应，每一所述驱动电路板的脉冲电流保持电路分别与对应的所述晶闸管的门极电连接，多个所述晶闸管的阳极和阴极依次电连接，位于端部的两个晶闸管中，未与其他晶闸管电连接的阴极和阳极分别为所述串联晶闸管组的阴极和阳极；

多个所述晶闸管层叠设置，每一所述晶闸管均通过多根绝缘杆支撑连接于其下层的晶闸管上，每一所述晶闸管均通过导电杆支撑连接于其下层的晶闸管上，每一所述晶闸管的阳极均通过所述导电杆与其下层的晶闸管的阴极电连接；

所述脉冲电流保持电路包括二极管D5、二极管D9、二极管D10、电阻R1、电阻R7、电阻R6以及电阻R17；

两组所述线圈分别为第一线圈以及第二线圈；所述第一线圈的正接线端M1+与所述二极管D9的阳极电连接，所述二极管D9的阴极通过所述电阻R1与对应的所述晶闸管的门极电连接，所述电阻R7以及所述电阻R6分别与所述电阻R1并联，所述第一线圈的负接线端M1-与所述晶闸管的阴极电连接，所述第一线圈的负接线端M1-还与所述二极管D10的阳极电连接，所述二极管D10的阴极与对应的所述晶闸管的门极电连接，所述电阻R17与所述二极管D10并联；所述第二线圈的正接线端M2+与所述二极管D5的阳极电连接，所述二极管D5的阴极与所述二极管D9的阴极电连接，所述第二线圈的负接线端M2-与对应的所述晶闸管的阴极电连接，所述第二线圈的负接线端M2-还与所述第一线圈的负接线端M1-电连接；

还包括用于防止所述串联晶闸管组过流过载的保护电路板，所述保护电路板包括均压板、压敏电阻板以及RC吸收板，所述均压板、压敏电阻板以及RC吸收板分别与所述串联晶闸管组电连接。

2.根据权利要求1所述的脉冲晶闸管触发装置，其特征在于，所述均压板包括多组贴片电阻组，所述贴片电阻组包括多个并联的贴片电阻RT，多组所述贴片电阻组依次串联于所述串联晶闸管组的阳极与阴极之间。

3.根据权利要求2所述的脉冲晶闸管触发装置，其特征在于，每一组所述贴片电阻组中，一部分所述贴片电阻RT分布于PCB板的一侧，另一部分所述贴片电阻RT分布于所述PCB板的另一侧。

4.根据权利要求2所述的脉冲晶闸管触发装置，其特征在于，所述均压板上开设有多个第一定位孔，所述串联晶闸管组的阳极和阴极上分别开设有与所述第一定位孔一一对应的多个第二定位孔，所述第一定位孔通过定位螺杆与对应的所述第二定位孔螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的脉冲晶闸管触发装置，其特征在于，所述压敏电阻板包括多组压敏电阻组，所述压敏电阻组包括多个并联的压敏电阻RM，多组所述压敏电阻组依次串联于所述串联晶闸管组的阳极与阴极之间。

6.根据权利要求1所述的脉冲晶闸管触发装置，其特征在于，所述RC吸收板包括电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5；

所述串联晶闸管组的阳极通过所述电容C1与所述二极管D1的阳极电连接，所述二极管D1的阴极与所述二极管D2的阳极电连接，所述二极管D2的阴极与所述二极管D3的阳极电连接，所述二极管D3的阴极与所述二极管D4的阳极电连接，所述二极管D4的阴极与所述串联晶闸管组的阴极电连接，所述电容C2以及电容C3分别与所述电容C1电连接，所述电阻R2与所述二极管D1并联，所述电阻R3与所述二极管D2并联，所述电阻R4与所述二极管D3并联，所述电阻R5与所述二极管D4并联。