CN117013802A - 一种晶闸管触发装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于自举原理的晶闸管触发装置，包括：触发信号接收模块、自举电路模块、MOS管驱动模块和MOS管；所述触发信号接收模块用于将接收到的光触发信号转换为电信号，并将输出的电信号电连接于所述自举电路模块和MOS管驱动模块，用于触发自举电路模块和MOS管驱动模块；所述自举电路模块触发后，用于将输入电压升压得到所述晶闸管的供电电压，为所述晶闸管供电；所述MOS管驱动模块采用MOS管驱动芯片，触发后用于驱动所述MOS管形成强触发电流，以触发所述晶闸管。解决了现有技术中晶闸管触发装置需要额外的供电设备，电路复杂，需要随时充电，存在安全隐患的问题。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲功率技术领域，特别涉及晶闸管触发装置。
背景技术
脉冲功率技术以高电压、高功率、强脉冲、大电流为特点，在高新技术、国防科研、工业制造、医疗、环境工程等多个领域有着极其广泛的应用。目前，电磁发射、激光武器等新概念武器已成为了脉冲功率技术在军事领域研究的重点。大功率晶闸管作为脉冲功率源开关技术的核心元件之一，占有至关重要的地位。晶闸管触发装置的供电是触发装置关键组成部分。
晶闸管触发装置触发方式一般有三种：电磁触发方式、光耦合触发方式以及光纤触发方式。其中，光纤触发方式采用光纤传输，隔离性更高、传输距离更长，对于脉冲功率技术中绝缘及电磁兼容问题不敏感，因此光纤触发方式成为大功率晶闸管高压应用时的首选。
晶闸管触发装置常见的供电方式有锂电池供电、高压取能和超级电容等供电方式。现有的技术结构有锂电池供电、高压取能、超级电容器供电这三种常用的供电方式。锂电池供电优点是工作电压稳定，安全性高，不易受外界供电干扰；缺点是锂电池充电时间较长，且反复充放电会降低其使用寿命，减少电池容量，影响供电质量。高压取能供电时通过设计取能电路从处于高电位的晶闸管主回路取得工作所需的能量。优点是减少了脉冲功率源触发系统的人工干预和维护，实现供电电源的自动化；缺点是电路设计复杂，成本高。超级电容器供电的优点是充放电速度快，循环寿命长，功率密度高，高低温性能好；缺点是价格高，需要进行充电，降低了系统自动化程度。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于自举原理的晶闸管触发装置；解决现有技术中晶闸管触发装置需要额外的供电装置，电路复杂，需要随时充电，具有安全隐患的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种基于自举原理的晶闸管触发装置，其特征在于，包括：触发信号接收模块、自举电路模块、MOS管驱动模块和MOS管T1；
所述触发信号接收模块用于将接收到的光触发信号转换为电信号，并将输出的电信号电连接于所述自举电路模块和MOS管驱动模块，用于触发自举电路模块和MOS管驱动模块；
所述自举电路模块触发后，用于将输入电压升压得到所述晶闸管的供电电压，为所述晶闸管供电；
所述MOS管驱动模块采用MOS管驱动芯片，触发后用于驱动所述MOS管T1形成强触发电流，以触发所述晶闸管。
进一步的，所述触发信号接收模块包括光纤接收器、电容C4、电阻R3、电阻R4和二极管D2；所述光纤接收器的引脚2电连接于第二电压，并经过电容C4与引脚3和引脚7电连接后接地；所述二极管D2电连接于所述光纤接收器的引脚2和引脚7之间；所述光纤接收器的引脚6经过电阻R3电连接于第二电压，并作为输出端经过电阻R4输出转换后的所述电信号。
进一步的，所述输入电压为直流电压，所述自举电路模块包括驱动芯片、反相器、MOS管T2、MOS管T3、电阻R2、二极管D1和电容器C3；所述反相器的输入端与所述驱动芯片的逻辑输入端A电连接，并用于接收所述触发信号接收模块输出的电信号；驱动输出端A电连接于MOS管T2的栅极，输出端B电连接于MOS管T3的栅极；所述MOS管T2的漏极电连接于所述输入电压，源极电连接于所述MOS管T3的漏极，并经过所述电容器C3、二极管D1和电阻R2电连接于第一电压；所述MOS管T3的源极接地；所述电容器C3与二极管D1阴极的连接点为所述自举电路的电压输出端。
进一步的，所述MOS管驱动电路包括驱动芯片和电阻R5，所述驱动芯片的逻辑输入端A和逻辑输入端B电连接，并连接于触发信号接收模块的输出电信号；所述驱动芯片的驱动输出端A和驱动输出端B电连接，并经过电阻R5电连接于晶闸管驱动MOS管T1的栅极，用于驱动MOS管T1。
进一步的，所述晶闸管触发装置输入电压采用所述晶闸管所应用的脉冲功率源系统的24V电压供电。
进一步的，还包括电压转换模块、低电压检测模块和触发反馈模块；
所述电压转换模块用于将所述输入电压进行电压转换，得到第一电压和第二电压；
所述低电压检测模块用于检测所述触发装置的输入电压是否正常,若输入电压低于预先设置的电压值,则提供报警；
所述触发反馈模块用于在所述晶闸管触发后产生光信号进行反馈。
进一步的，所述电压转换模块包括第一电压转换芯片、第二电压转换芯片、电阻R1、电容器C1和电容器C2；所述第一电压转换芯片的输入端经过电阻R1电连接于所述输入电压，输出端为所述第一电压；所述第一电压为第二电压转换芯片的输入端，并经过电容器C1和电容器C2接地；所述第二电压转换芯片的输出电压为所述第二电压。
进一步的，所述低电压检测模块包括比较电路芯片、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电解电容C5和发光二极管；
所述比较芯片的正输入端经过电阻R8电连接于所述输入电压，负输入端经过电阻R9电连接于所述第二电压；所述电阻R8的两端分别经过电解电容C5和电阻R10接地；所述电阻R9的两端分别经过电容器C6和电阻R11接地；所述比较芯片的输出端经过电阻R7和发光二极管于VCC端电连接。
进一步的，所述触发反馈模块包括光纤发射器、电阻R12和稳压管；
所述光纤发射器的引脚2经过电阻R12电连接于所述第一电压，并与引脚6和引脚7电连接后经过稳压管电连接于引脚3，并与所述MOS管T1的漏极电连接；所述稳压管的阳极与所述MOS管T1的漏极电连接。
进一步的，所述MOS管T1触发后得到晶闸管触发信号，所述晶闸管触发信号端经过二极管D3与所述晶闸管供电电压电连接，所述二极管D3的阳极连接于所述触发信号端。
本技术方案的有益效果：
1、本发明提供的基于自举原理的晶闸管触发装置，省略了传统电池供电/超级电容供电中的电池/超级电容，电路结构简单，降低了成本。
2、本发明采用24V标准电压进行供电，不需要额外的充电和供电装置，提高了系统自动化程度和安全性，可适用于更多供电系统。
3、本发明采用光纤触发方式，并且在MOS管驱动芯片处将两路输入、两路输出并联作为冗余，保证系统的可靠性，提高了抗干扰能力。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例的晶闸管触发模块框图。
图2为本发明实施例的电压转换模块原理图。
图3为本发明实施例的触发信号接收模块原理图。
图4为本发明实施例的自举电路模块原理图。
图5为本发明实施例的MOS管驱动模块原理图。
图6为本发明实施例的低电压检测模块原理图。
图7为本发明实施例的触发反馈模块原理图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
具体实施方式：
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本实施例中的基于自举原理的晶闸管触发装置，如图1所示，包括触发信号接收模块、自举电路模块、MOS管驱动模块和MOS管T1；
触发信号接收模块用于将接收到的光触发信号转换为电信号，并将电信号输出端电连接于所述自举电路模块和MOS管驱动模块，用于触发自举电路模块和MOS管驱动模块；
所述自举电路模块触发后，用于将输入电压升压得到所述晶闸管的供电电压，为所述晶闸管供电。MOS管驱动模块采用MOS管驱动芯片，触发后用于驱动所述MOS管T1形成强触发信号，以触发所述晶闸管。
采用光纤触发的形式，可以有效避免电磁干扰，防止电磁干扰造成的误触发，保证系统的可靠性。通过自举电路提供电压，无需外部额外提供电源，使系统输入简单，提高了装置的适应性。
具体的，图2为电压转换电路原理图，包括第一电压转换芯片、第二电压转换芯片、电阻R1、电容器C1和电容器C2；所述第一电压转换芯片的输入端经过电阻R1电连接于所述输入电压，输出端为所述第一电压；所述第一电压为第二电压转换芯片的输入端，并经过电容器C1和电容器C2接地；所述第二电压转换芯片的输出电压为所述第二电压。
具体的，第一电压为18V电压，第二电压为5V电压。
晶闸管触发装置的输入电压采用晶闸管所应用的脉冲功率源系统自带的24V电压供电，该电压经自举电路升压后为晶闸管提供满足触发电压幅值的电源。与此对应的，第一电压转换芯片为MC7818CT，第二电压转换芯片为MC7805CT。24V输入电源通过上述第一、第二电压转换芯片转换为18V和5V电压为触发装置其他芯片及电路供电。
本发明实施例的触发电路输入电源电压为24V，通过5V电压转换电路和18V电压转换电路进行电压转换后为后续电路提供合适的工作电源
图3为本发明实施例的触发信号接收模块原理图，包括光纤接收器、电容C4、上拉电阻R3、电阻R4和二极管D2；所述光纤接收器的型号为HFBR-24X2TZ，其Vcc引脚2电连接于第二电压，即5V电压，并经过电容C4与COM引脚3和COM引脚7电连接后接地；所述二极管D2电连接于所述光纤接收器的Vcc引脚2和COM引脚7之间；所述光纤接收器的DATA引脚6经过上拉电阻R3电连接于第二电压，并作为输出端经过电阻R4输出转换后的所述电信号。
在光电接收器没有接收到光信号时，光电接收器的DATA引脚6经过上拉电阻R3电连接到5V电压，光电接收器输出高电平；当光电接收电路接收到光信号后，光电接收器的DATA引脚6与地相连，输出电压被拉低至零，光电接收器输出低电平；用于触发自举电路模块和MOS管驱动模块。
需要说明的是，脉冲功率源系统包括多个子控制器，每个子控制器又控制着多个触发模块。控制器之间、模块与控制器之间的信号传输都会受到电磁干扰的影响。采用光纤隔离电路有利于提高触发系统传输信号的可靠性。光纤传输技术适用于远距离传输，不会受到电磁干扰，且不会出现电缆长距离传输过程中信号衰减的现象。
图4为本发明实施例的自举电路模块原理图，包括驱动芯片、反相器、MOS管T2、MOS管T3、电阻R2、二极管D1和电容器C3。
自举电路模块由24V输入电压和经过第一电压转换芯片转换得到的第一电压(即18V电压)提供供电，驱动芯片型号为MC34151P，输入信号为触发信号接收模块输出的电信号Uin；在没有触发时，电信号Uin为高电平，MOS管T2和MOS管T3中下桥臂的MOS管，即MOS管T3导通，电容器C3的负极连接到地，正极为18V。当需要触发时，电信号Uin变为低电平，MOS管T2和MOS管T3中下桥臂闭合，上桥臂导通，即MOS管T3管闭合、MOS管T2导通；此时电容器C3的负极为24V，将电容器C3的正极电压自举为24+18＝42V，得到42V的自举电压。其中，自举电路中的二极管D1用于防止电流反相，电阻R2用于在系统上电后为自举电容充电限制电流，防止上电时充电电流过大损伤器件。
采用自举电路，利用本装置的输入电压和转换芯片得到的电压进行升压，无需提供额外供电，使装置简单。当系统供电故障造成输入电压过低时，本触发装置便不会进行触发，从而确保故障状态不会误触发，提高系统的可靠性。
图5为本发明实施例的MOS管驱动模块原理图，MOS管驱动模块包括驱动芯片和电阻R5，所述驱动芯片的逻辑输入端A和逻辑输入端B电连接，并连接于触发信号接收模块的电信号输出端；驱动芯片的驱动输出端A和驱动输出端B电连接，并经过电阻R5电连接于晶闸管驱动MOS管T1的栅极，用于驱动MOS管T1。
需要说明的是，脉冲功率源系统中的晶闸管触发脉冲宽度为50～70μs，触发脉冲上升时间小于1μs。为了保证晶闸管开关能快速导通，需要采用高速MOS管驱动电路来驱动MOS管，形成强触发电流导通晶闸管。触发信号经过光电接收器转为电信号，输入到高速MOS管驱动模块以驱动MOS管，形成强触发电流导通晶闸管。MOSFET管是电压控制型元件，输出电流取决于输入端电压的大小。通过控制MOS管驱动模块的电压从而控制MOS管的通断。由于光电接收器输出的信号电流小、驱动能力弱，无法直接驱动功率MOS管。因此，采用高速MOS管驱动芯片，以高速转换率来驱动负载电路中的功率MOSFET管。本触发装置将采用双路驱动芯片，并且将两个输入引脚、两个输出引脚并联，为触发信号的输入输出提供冗余，提高了触发信号的可靠性。
具体的，当光电接收器未接收到光信号时，触发信号接收模块输出高电平。该高电平输入到MOS管驱动模块，驱动芯片MC34151P采用负逻辑芯片，此时驱动芯片输出低电平，MOSFET管不导通。当光电接收器接收到光信号时，触发信号接收模块输出低电平。该低电平输入到MOS管驱动电路，此时驱动芯片输出高电平，MOSFET管IRF540N导通，为晶闸管提供触发信号。MOS管驱动电路简单，开关速度快，采用双路驱动芯片并联的方案以保证系统可靠性。
图6为本发明实施例的低电压检测模块原理图，所述低电压检测模块用于检测所述触发装置的输入电压是否正常,若输入电压低于预先设置的电压值,则提供报警；所述比较芯片的型号为LM311；其正输入端经过电阻R8电连接于所述输入电压，负输入端经过电阻R9电连接于所述第二电压；所述电阻R8的两端分别经过电解电容C5和电阻R10接地；所述电阻R9的两端分别经过电容器C6和电阻R11接地；所述比较芯片的输出端经过电阻R7和发光二极管于VCC端电连接。
具体的，低电压检测模块采用电压比较电路，检测电压为触发装置的24V输入电压经电阻分压后的电压值，参考电压为经过电压转换模块转换后的5V电压通过电阻分压得到的电压。通过比较检测电压与参考电压，确定触发装置的输入电压是否过低，能否完成正常的触发。当输入的检测电压低于参考电压时，电压比较器输出低电平，电量指示灯，即发光二极管发光提供报警；当输入的检测电压高于参考电压时，输出高电平，电量指示灯不亮，表示输入电压正常。实际比较电压的大小可通过改变电阻R8和电阻R9的电阻值来实现。
图7为本发明实施例的触发反馈模块原理图，触发反馈模块用于在所述晶闸管触发后产生光信号进行反馈；包括光纤发射器、电阻R12和稳压管；
所述光纤发射器的型号为HFBR-14X4TZ，ANODE引脚2经过电阻R12电连接于所述第一电压，并与ANODE引脚6和ANODE引脚7电连接后经过稳压管电连接于CATHODE引脚3，并与所述MOS管T1的漏极电连接；所述稳压管的阳极与所述MOS管T1的漏极电连接。
具体的，当MOS管T1未导通时，光纤发射器的CATHODE引脚3没有接地，光电发射电路不产生光信号；当MOS管T1导通时，CATHODE引脚3与地导通，ANODE引脚2、6、7通过电阻R12与电源相连，此时ANODE引脚3、6、7与CATHODE引脚3之间的电压被稳压管稳定，光电发射器产生光信号进行反馈。
通过触发反馈模块的反馈信号，可以直观的判断用于驱动晶闸管的MOS管T1是否成功导通，并进一步判断晶闸管是否成功触发。当多个触发模块同时工作时，若出现故障，可以通过触发反馈模块的信号的有无来判断没有成功触发的故障模块。
本发明考虑到实际的工程系统中都会采用24V的电压供电，将晶闸管触发装置供电直接采用脉冲功率源系统中的24V进行供电，则避免了需要对触发装置进行额外充电，减少了锂电池和超级电容等在触发装置中需要额外增加的储能设备，且额外增加的储能设备需要充电的问题。同时，相比于高压取能电路结构，自举电路的实现更加简便；所以本发明的技术方案在提高了晶闸管触发装置的安全性的同时，在很大程度上降低了设备成本。
综上所述，本发明提出的一种基于自举电路的晶闸管触发装置，采用脉冲功率源系统中的24V进行供电，通过自举电路进行升压，得到满足晶闸管触发条件的供电电压；并通过光纤触发方式驱动MOS管产生满足晶闸管触发条件的触发信号；通过低电压检测模块和触发反馈模块为触发装置的可靠性提供了保证。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于自举原理的晶闸管触发装置，其特征在于，包括：触发信号接收模块、自举电路模块、MOS管驱动模块和MOS管T1；
所述触发信号接收模块用于将接收到的光触发信号转换为电信号，并将输出的电信号电连接于所述自举电路模块和MOS管驱动模块，用于触发自举电路模块和MOS管驱动模块；
所述自举电路模块触发后，用于将输入电压升压得到所述晶闸管的供电电压，为所述晶闸管供电；
所述MOS管驱动模块采用MOS管驱动芯片，触发后用于驱动所述MOS管T1形成强触发电流，以触发所述晶闸管。
2.根据权利要求1所述的晶闸管触发装置，其特征在于，所述触发信号接收模块包括光纤接收器、电容C4、电阻R3、电阻R4和二极管D2；所述光纤接收器的Vcc引脚2电连接于第二电压，并经过电容C4与COM引脚3和COM引脚7电连接后接地；所述二极管D2电连接于所述光纤接收器的Vcc引脚2和COM引脚7之间；所述光纤接收器的DATA引脚6经过上拉电阻R3电连接于第二电压，并作为输出端经过电阻R4输出转换后的所述电信号。
3.根据权利要求1所述的晶闸管触发装置，其特征在于，所述输入电压为直流电压，所述自举电路模块包括驱动芯片、反相器、MOS管T2、MOS管T3、电阻R2、二极管D1和电容器C3；所述反相器的输入端与所述驱动芯片的逻辑输入端A电连接，并用于接收所述触发信号接收模块输出的电信号；所述反相器的输出端A电连接于MOS管T2的栅极，输出端B电连接于MOS管T3的栅极；所述MOS管T2的漏极电连接于所述输入电压，源极电连接于所述MOS管T3的漏极，并经过所述电容器C3、二极管D1和电阻R2电连接于第一电压；所述MOS管T3的源极接地；所述电容器C3与二极管D1阴极的连接点为所述自举电路的电压输出端。
4.根据权利要求1所述的晶闸管触发装置，其特征在于，所述MOS管驱动模块包括驱动芯片和电阻R5，所述驱动芯片的逻辑输入端A和逻辑输入端B电连接，并连接于触发信号接收模块的电信号输出端；所述驱动芯片的输出端A和输出端B电连接，并经过电阻R5电连接于MOS管T1的栅极，用于驱动MOS管T1。
5.根据权利要求1-4任一项所述的晶闸管触发装置，其特征在于，所述晶闸管触发装置输入电压采用所述晶闸管所应用的脉冲功率源系统的24V电压供电。
6.根据权利要求1所述的晶闸管触发装置，其特征在于，还包括电压转换模块、低电压检测模块和触发反馈模块；
所述电压转换模块用于将所述输入电压进行电压转换，得到第一电压和第二电压；
所述低电压检测模块用于检测所述触发装置的输入电压是否正常,若输入电压低于预先设置的电压值,则提供报警；
所述触发反馈模块用于在所述晶闸管触发后产生光信号进行反馈。
7.根据权利要求6所述的晶闸管触发装置，其特征在于，所述电压转换模块包括第一电压转换芯片、第二电压转换芯片、电阻R1、电容器C1和电容器C2；所述第一电压转换芯片的输入端经过电阻R1电连接于所述输入电压，输出端为所述第一电压；所述第一电压为第二电压转换芯片的输入端，并经过电容器C1和电容器C2接地；所述第二电压转换芯片的输出电压为所述第二电压。
8.根据权利要求6所述的晶闸管触发装置，其特征在于，所述低电压检测模块包括比较电路芯片、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电解电容C5和发光二极管；
所述比较芯片的正输入端经过电阻R8电连接于所述输入电压，负输入端经过电阻R9电连接于所述第二电压；所述电阻R8的两端分别经过电解电容C5和电阻R10接地；所述电阻R9的两端分别经过电容器C6和电阻R11接地；所述比较芯片的输出端经过电阻R7和发光二极管于VCC端电连接。
9.根据权利要求6所述的晶闸管触发装置，其特征在于，所述触发反馈模块包括光纤发射器、电阻R12和稳压管；
所述光纤发射器的ANODE引脚2经过电阻R12电连接于所述第一电压，并与ANODE引脚6和ANODE引脚7电连接后经过稳压管电连接于CATHODE引脚3，并与所述MOS管T1的漏极电连接；所述稳压管的阳极与所述MOS管T1的漏极电连接。
10.根据权利要求1所述的晶闸管触发装置，其特征在于，所述MOS管T1触发后得到晶闸管触发信号，所述晶闸管触发信号端经过二极管D3与所述晶闸管供电电压电连接，所述二极管D3的阳极连接于所述触发信号端。
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