CN207543082U - 一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器 - Google Patents
一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207543082U CN207543082U CN201721565498.1U CN201721565498U CN207543082U CN 207543082 U CN207543082 U CN 207543082U CN 201721565498 U CN201721565498 U CN 201721565498U CN 207543082 U CN207543082 U CN 207543082U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thyristor
- circuit
- pulse
- current
- series
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn - After Issue
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 29
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 20
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 15
- 230000009194 climbing Effects 0.000 claims description 13
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 4
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 4
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 claims 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 claims 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 claims 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器，包括高压电缆、脉冲模块和驱动模块。所述高压电缆穿过各个驱动模块形成回路，两端连接至脉冲模块。脉冲模块通过光信号或者电信号获得晶闸管驱动信号。本实用新型晶闸管驱动信号的传递以及驱动能量的传输通过高频互感器实现，该互感器原边为同一条高压电缆，副边绕组结构尺寸相同，传输满足晶闸管驱动要求的高变化率驱动电流，实现串联晶闸管的同步触发，并满足各晶闸管之间的电压隔离要求。本实用新型还可在上述驱动模块上设置辅助绕组和高位取能电路，实现晶闸管的后备驱动和保护功能。本实用新型在脉冲放电应用场合具有优异的触发同步性和安全性，以及高可靠性和稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种晶闸管驱动器，更具体地，涉及一种用于高压电容器脉冲放电的串联晶闸管驱动器。
背景技术
高压电容器需要使用串联晶闸管作为脉冲放电开关。该应用场合具有电压高、电流变化率大的特点，对串联晶闸管的驱动技术以及相应的保护措施有较高要求。
目前，晶闸管的驱动技术主要分为脉冲变压器驱动和光电转换驱动,保护技术主要采用并联转折二极管的方法。在中国实用新型专利说明书CN201520988165中公开了一种晶闸管脉冲变压器触发模块，这种模块采用脉冲变压器传输晶闸管驱动信号，并通过原副边绕组实现高低电位隔离。在中国实用新型专利说明书CN201320835418中也公开了一种光电转换的晶闸管驱动电路，该电路通过光纤传输晶闸管触发信号并实现高低电位隔离，晶闸管触发能量由高位取能电路获得。在中国实用新型专利说明书CN201210190097中公开了一种在晶闸管两端并联转折二极管的晶闸管过压保护系统，当晶闸管发生过电压时，转折二极管首先导通，将晶闸管阳极电流引入门极使其导通，从而实现晶闸管过电压保护。
在高压电容器脉冲放电应用场合，串联晶闸管驱动需要满足高电压电位隔离和同步触发的要求。当脉冲变压器驱动方法应用于高电压串联晶闸管时，用于驱动的脉冲变压器数量多、体积大，并且脉冲变压器的分布参数对触发信号的同步性产生了不利影响。当光电转换驱动方法应用于高电压串联晶闸管时，光纤传输在一定程度上保证了触发信号的同步性，但是光驱动信号在传输路径上的衰减甚至缺失或者高位能取能电路获得能量不足严重影响了串联晶闸管工作可靠性。在晶闸管过电压保护方面，转折二极管能够承受的电流变化率相对较低，可以满足工频应用要求。但应用于高电流变化率的高压电容脉冲放电场合时，转折二极管的导通速度相对较慢，不能满足晶闸管过电压保护要求。
发明内容
本实用新型提出一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器，用于提高串联晶闸管脉冲放电开关的有效性和稳定性，解决现有技术不适用于高电压脉冲放电的技术问题。
本实用新型提出的一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器，包括高压电缆、脉冲模块和驱动模块；其中：
所述驱动模块包括多个高磁导率环形磁芯，磁芯数量和外部串联晶闸管数量相同；
所述高压电缆为单芯电缆，其一端接所述脉冲模块的一个输出端，穿过各个磁芯圆孔后，接所述脉冲模块的另一个输出端，构成回路；高频互感器原边由同一条高压电缆组成，实现串联晶闸管的同步触发，并满足各串联晶闸管之间的电压隔离要求；
所述各个磁芯均绕有主驱动绕组，用于和外部晶闸管相连，为其门极提供高上升率的脉冲驱动电流；所述高压电缆、磁芯和主驱动绕组，构成高频互感器；
所述脉冲模块，用于产生高上升率的脉冲电流；
工作时，将串联晶闸管中各晶闸管的门极和阴极分别接所述各主驱动绕组两端；脉冲模块产生高上升率的脉冲电流，通过高压电缆，在主驱动绕组上感应出高上升率的脉冲驱动电流，使与其相连的晶闸管迅速导通。
进一步的，所有的磁芯结构、尺寸和参数相同，以实现串联晶闸管驱动电流的均匀分配。
进一步的，所述高压电缆长度尽可能短，以减小脉冲输出回路长度，提高驱动电流上升率和抗干扰能力。
进一步的，所述驱动模块还包括辅助绕组和开关管电路，所述辅助绕组绕设在磁芯上，辅助线圈一端接开关管电路中开关管的控制极，另一端外接晶闸管阴极，用于驱动开关管的导通；所述开关电路用于向晶闸管提供辅助驱动电流，加速晶闸管的导通。
进一步的，所述开关管电路包括开关管T1、储能电容C1和限流电阻R2；所述开关管集电极通过限流电阻接储能电容C1；开关管发射极用于外接晶闸管门极；所述储能电容C1另一端用于外接晶闸管阴极；使用时，开关管电路的储能电容C1通过外部阻尼电容CS、阻尼电阻RS接外部晶闸管阳极，开关管限流电阻R2与储能电容C1连接点外接储能电容Cs，并通过储能电容C1接晶闸管阴极；开关管发射极用于外接晶闸管门极；所述储能电容C1、电阻R2、开关管T1、二极管D2、晶闸管门极和阴极构成开关管电路；所述阻尼电阻RS、阻尼电容CS和储能电容C1构成高位取能电路；驱动模块和与之驱动的晶闸管同处于高电位，无法或者不容易对驱动模块直接供电；这里考虑串联晶闸管直流脉冲放电的工作特性，增加相对简单的电容分压电路构成高位取能电路；高位取能电路用于从外部晶闸管阻尼回路中获得能量；该能量受开关管电路控制，即辅助绕组控制，实现晶闸管的后备驱动和保护功能。
进一步的，所述开关管电路的开关管发射极与外接晶闸管门极之间设有二极管D2、主驱动绕组和外接晶闸管门极之间设有二极管D1，二极管D1、D2的阴极端均接晶闸管阴极，用于阻断主驱动绕组回路产生的反向电流；。
进一步的，所述主驱动绕组用于传输驱动能量，匝数较少、线径较粗；所述辅助绕组用于传输驱动信号，匝数较多，线径较细。
进一步的，所述脉冲模块通过光或者电方式，获得外部串联晶闸管驱动信号，实现同步触发驱动。
进一步的，述高上升电流脉冲指脉冲电流上升速率di/dt大于200A/us。
进一步的，所述圆环形磁芯替换为椭圆环形或矩形；所述高压电缆为硅胶电缆，便于实现磁芯穿芯和各个驱动模块的走线连接；相比于交联聚乙烯电缆，硅胶电缆高压绝缘性能更好。在相同的高压绝缘要求下，硅胶电缆绝缘层相对较薄，易于实现磁芯穿芯，并且其柔韧性较好，有利于实现各个驱动模块磁芯穿芯的走线连接。
进一步的，所述磁芯设在电路板上，所述电路板还设有不带磁芯的通孔，便于电缆穿过和固定。
所述晶闸管的后备驱动指当高频磁芯饱和、失磁等其他异常情况导致主驱动绕组失效时，辅助驱动绕组通过开关管电路和取能电路驱动晶闸管。
按照本实用新型的串联晶闸管驱动器在脉冲放电应用场合具有优异的触发同步性，同时具备后备驱动和保护功能。将其应用于高压电容器脉冲放电应用场合时，具有高可靠性和稳定性。因此，这种串联晶闸管驱动器适用于高电压等级和大电流变化率的脉冲放电固态开关。
该晶闸管开关可用于高压电容器脉冲放电等应用场合。
附图说明
图1是按照本实用新型的串联晶闸管脉冲放电开关原理示意图。其中，①是晶闸管驱动模块，②是高压电缆，③是高频互感器，④是晶闸管，⑤是晶闸管阻尼回路；
图2是晶闸管驱动及后备驱动原理等效电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1显示了按照本实用新型的串联晶闸管脉冲放电开关原理示意图。串联晶闸管驱动器由1个脉冲模块，多个晶闸管驱动模块和一条高压电缆组成，其中晶闸管驱动模块数量与串联的晶闸管数量相同。脉冲模块接收到晶闸管脉冲控制信号后，产生晶闸管驱动脉冲电流。脉冲电流通过高压电缆流经每块晶闸管驱动模块上高压电缆、磁芯和主驱动绕组构成的高频互感器，并通过驱动模块上预留的孔位形成回线环路(驱动模块有两个孔易于工程实现。若驱动模块仅有一个孔，高压电缆的回线需要增加其他的结构部件进行走线固定，并且由于高压绝缘要求，该结构部件必须为绝缘件。而串联晶闸管多采用整体结构装联工艺，该绝缘结构部件的设计和放置相对比较困难)。这种高压电缆走线方式能够减小高压电缆的杂散电感，便于产生高上升率的晶闸管驱动电流，并且能够最大程度减小外界对晶闸管驱动器的电磁干扰。高频互感器设计为板载工作方式，驱动板安装方式与压接的串联晶闸管并列放置。晶闸管驱动模块输入信号是高压电缆的脉冲电流在高频互感器中感应出的脉冲驱动信号，输出信号是晶闸管驱动电流。串联晶闸管设置有阻尼回路，吸收串联晶闸管在开通过程中产生的不均衡电压。
图2显示了晶闸管驱动及后备驱动原理等效电路图。高频互感器原边由1匝高压电缆组成，接收脉冲模块产生的晶闸管驱动脉冲电流。高频互感器副边由2组绕组构成，其中一组为晶闸管驱动主绕组，通过电磁感应原理获得晶闸管驱动脉冲电流。晶闸管主驱动电路由电阻R1、二极管D1、晶闸管门极和阴极构成。高频互感器另一副边绕组是辅助驱动绕组，通过开关管T1控制储能电容C1实现对晶闸管的后备驱动和保护功能。后备驱动和保护电路分为开关管电路和高位取能电路两个部分，其中，开关管电路实现晶闸管后备驱动和保护控制；高位取能电路实现晶闸管后备驱动和保护的能量获取。开关管电路由储能电容C1、电阻R2、开关管T1、二极管D2、晶闸管门极和阴极构成；高位取能电路由阻尼电容Cs、阻尼电阻Rs、晶闸管阳极和阴极构成。在晶闸管主驱动和辅助驱动回路中分别设置二极管D1、D2，防止晶闸管驱动电流倒流。高位取能电路获得的能量储存在储能电容C1中，能量大小由储能电容C1和阻尼电容CS分压决定。在晶闸管驱动模块上，主驱动电路、后备驱动电路以及高位取能电路分别与晶闸管阴极共地。
以本例设计方案构成的实验系统中，直流电源为额定电压为10kV的脉冲电容器，其容值为320uF；脉冲放电开关由6只额定电压为6500V的晶闸管串联组成；负载为60uH电感，放电回路杂散电阻以及电感电阻合计3mΩ。实验结果为本实用新型的串联晶闸管驱动正常工作，产生的脉冲电流上升率为420A/us，脉冲峰值58kA，脉冲宽度440us。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器，其特征在于，包括高压电缆、脉冲模块和驱动模块；其中：
所述驱动模块包括多个高磁导率环形磁芯，磁芯数量和外部串联晶闸管数量相同；
所述高压电缆为单芯电缆，其一端接所述脉冲模块的一个输出端，穿过各个磁芯圆孔后，接所述脉冲模块的另一个输出端，构成回路；
所述各个磁芯均绕有主驱动绕组，用于和外部晶闸管相连，为其门极提供高上升率的脉冲驱动电流；所述脉冲模块，用于产生高上升率的脉冲电流；
工作时，将串联晶闸管中各晶闸管的门极和阴极分别接所述各主驱动绕组两端；脉冲模块产生高上升率的脉冲电流，通过高压电缆，在主驱动绕组上感应出高上升率的脉冲驱动电流，使与其相连的晶闸管迅速导通。
2.根据权利要求1所述的串联晶闸管驱动器，其特征在于，所有的磁芯结构、尺寸和参数相同，以实现串联晶闸管驱动电流的均匀分配。
3.根据权利要求1或2所述的串联晶闸管驱动器，其特征在于，所述高压电缆长度尽可能短，以减小脉冲输出回路长度，提高驱动电流上升率和抗干扰能力。
4.根据权利要求1所述的串联晶闸管驱动器，其特征在于，所述驱动模块还包括辅助绕组和开关管电路，所述辅助绕组绕设在磁芯上，辅助线圈一端接开关管电路中开关管的控制极，另一端外接晶闸管阴极，用于驱动开关管的导通；开关电路用于向晶闸管提供辅助驱动电流，加速晶闸管的导通。
5.根据权利要求4所述的串联晶闸管驱动器，其特征在于，所述开关管电路包括开关管T1、储能电容C1和限流电阻R2；所述开关管集电极通过限流电阻接储能电容C1；开关管发射极用于外接晶闸管门极；所述储能电容C1另一端用于外接晶闸管阴极；
使用时，开关管电路的储能电容C1通过外部阻尼电容CS、阻尼电阻RS后接外部晶闸管阳极，开关管限流电阻R2与储能电容C1连接点外接储能电容Cs，并通过储能电容C1接晶闸管阴极；所述储能电容C1、电阻R2、开关管T1、二极管D2、晶闸管门极和阴极构成开关管电路；所述阻尼电阻RS、阻尼电容CS和储能电容C1构成高位取能电路；高位取能电路用于从外部晶闸管阻尼回路中获得能量。
6.根据权利要求5所述的串联晶闸管驱动器，其特征在于，所述开关管电路的开关管发射极与外接晶闸管门极之间设有二极管D2、主驱动绕组和外接晶闸管门极之间设有二极管D1，二极管D1、D2的阴极端均接晶闸管门极，用于阻断主驱动绕组回路产生的反向电流。
7.根据权利要求4所述的串联晶闸管驱动器，其特征在于，所述主驱动绕组用于传输驱动能量，匝数较少、线径较粗；所述辅助绕组用于传输驱动信号，匝数较多，线径较细。
8.根据权利要求1或2所述的串联晶闸管驱动器，其特征在于，所述脉冲模块通过光或者电方式，获得外部串联晶闸管驱动信号，实现同步触发驱动；所述磁芯设在电路板上，所述电路板还设有不带磁芯的通孔，便于电缆穿过和固定。
9.根据权利要求1、2、5或6所述的串联晶闸管驱动器，其特征在于，高上升电流脉冲指脉冲电流上升速率di/dt大于200A/us。
10.根据权利要求1、2、5或6所述的串联晶闸管驱动器，其特征在于，圆环形磁芯替换为椭圆环形或矩形；所述高压电缆为硅胶电缆，便于实现磁芯穿芯和各个驱动模块的走线连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721565498.1U CN207543082U (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721565498.1U CN207543082U (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207543082U true CN207543082U (zh) | 2018-06-26 |
Family
ID=62614303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201721565498.1U Withdrawn - After Issue CN207543082U (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207543082U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107835007A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-03-23 | 华中科技大学 | 一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器 |
-
2017
- 2017-11-17 CN CN201721565498.1U patent/CN207543082U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107835007A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-03-23 | 华中科技大学 | 一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器 |
| CN107835007B (zh) * | 2017-11-17 | 2024-02-02 | 华中科技大学 | 一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | A gate drive with power over fiber-based isolated power supply and comprehensive protection functions for 15-kV SiC MOSFET | |
| CN103323752B (zh) | 一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的检测系统 | |
| CN105099205B (zh) | 开关电源、反激式变换器及变压器 | |
| CN104079173B (zh) | 直流电源装置 | |
| Zhang et al. | Impact of planar transformer winding capacitance on Si-based and GaN-based LLC resonant converter | |
| CN207543082U (zh) | 一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器 | |
| Shin et al. | Analysis of LLC resonant converter with current-doubler rectification circuit | |
| Cha et al. | Design and development of high-power DC–DC converter for metro vehicle system | |
| CN104935306A (zh) | 一种高功率脉冲气体开关触发器 | |
| CN107835007A (zh) | 一种适用高电压大功率脉冲放电的串联晶闸管驱动器 | |
| CN102820782A (zh) | 带有功率开关元件保护电路的直流升压变换器 | |
| CN204858973U (zh) | 一种llc谐振变换器的隔离反馈供电电路 | |
| CN203405542U (zh) | 一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的检测系统 | |
| US20180019676A1 (en) | Soft Switching Auxiliary Circuit, Three-Level Three-Phase Zero-Voltage Conversion Circuit | |
| CN103391084A (zh) | 用于高压固体开关的驱动电路 | |
| Cazakevicius et al. | High insulation voltage gate-driver applied to a solid state transformer | |
| CN207677702U (zh) | 一种适用于脉冲串联晶闸管的触发装置 | |
| CN106160427A (zh) | 基于脉冲发生器的隔离驱动器 | |
| CN209283117U (zh) | 一种开关电源 | |
| RU107003U1 (ru) | Драйвер тиристора | |
| CN101902147A (zh) | 一种使用磁开关的冲击电压发生器 | |
| Wang et al. | All solid-state pulsed power generator with semiconductor and magnetic compression switches | |
| CN105210279B (zh) | 开关变换器 | |
| CN204906341U (zh) | 一种高功率脉冲气体开关触发器 | |
| KR102453928B1 (ko) | 균형 공진 탱크를 갖는 낮은 공통모드 노이즈 풀-브리지 llc 공진 컨버터 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20180626 Effective date of abandoning: 20240202 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20180626 Effective date of abandoning: 20240202 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |