CN88203384U - 晶闸管强脉冲触发装置 - Google Patents

Abstract

晶闸管强脉冲触发装置涉及电力电子学及电子开关技术。现有的晶闸管强触发装置存在着结构复杂、可靠性低，且体积大、成本高。本实用新型由电阻分压器对电容器充电而构成触发电源，采用光电耦合来控制信号输入，并使用光纤隔离电位从而特别适用于高电压晶闸管串联电路与大电流晶闸管并联电路中的晶闸管的强脉冲触发。

Description

本实用新型涉及电力电子学及电子开关技术，适用于晶闸管的强脉冲触发，特别是高电压晶闸管串联电路与大电流晶闸管并联电路中的晶闸管的强脉冲触发。

在《可控硅稳压电源》（王其英编著，人民邮电出版社1984年6月第一版，134页）一书中公开了一种晶闸管强触发电路，它使用直流电源作为强触发电路的电源，并在强触发回路中串接晶体三极管及隔离变压器，通过将一定脉宽的控制信号加至晶体三极管的基极上来获得晶闸管强触发所需的门极脉冲波形。但是这种强触发电路需外接直流电源，并且需使用隔离变压器隔离电位而使得结构复杂、体积大、成本高；且易产生电磁干扰，从而可靠性低。特别是将其用于串联链中的晶闸管的强触发时，虽可采用隔离变压器（见同一书中172页）将触发脉冲同时送给串联链中的各晶闸管，但更易引进电磁干扰，引起误触发，使可靠性下降，并且体积更大，成本也更高。而且若将其用于较高电压等级的线路时，就越发显得既不经济，也不可能。

本实用新型的目的在于给出一种结构简单、体积小、成本低，且工作可靠、使用安全的晶闸管强脉冲触发装置。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：由跨接于晶闸管阳、阴两极间的电阻分压器对一端与晶闸管阴极相连接的电容器充电而构成触发电源，该电源与晶闸管门极间串接有起开关作用的半导体光敏器件，光敏器件通过光纤与发光器件相耦合而将控制信号输入。

本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到：由两只电容器与两组不同分压比的电阻分压器组成具有不同电压的两级触发电源，其中第一级触发电源用以建立门极强触发所需要的尖脉冲的前沿陡度与幅值，第二级触发电源用以提供门极强触发脉冲的持续部分所需要的宽脉冲的幅值与宽度。两级触发电源间由二极管连接，用于当第一级触发电源电压经放电后低于第二级触发电源电压的差值大于二极管的管压降时，使得第二级触发电源与第一级触发电源一起向晶闸管的门、阴两极放电，以共同形成尖脉冲后所需要的宽脉冲的幅值与宽度。为限制第一与第二级触发电源的充电电压在晶闸管强脉冲触发所要求的触发电压之下，均在其中的电容器两端并联连接相应的稳压管，以确保当晶闸管阳、阴两极的电压过高时，触发电源的电压不超过上述所要求的触发电压，同时也不超过晶闸管门极的极限触发电压。半导体光敏器件采用光电三极管，将其与开关三极管组成复合管后串接于触发电源与晶闸管的门极之间。发光器件使用发光二极管。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：

1.既不需外接触发电源也不需使用隔离变压器而使得结构简单、体积小、成本低。

2.由于采用两级触发电源，使得强触发时触发电流波形完全符合门极强触发对电流波形的要求；而采用光纤隔离电位，则完全地隔离了晶闸管主电路与控制电路的电位；同时在将发光器件串接或并接后，又可解决高电压晶闸管串联电路与大电流晶闸管并联电路中各晶闸管强触发的同步问题，因而抗电磁干扰能力强、工作可靠、使用安全。

3.即使晶闸管电路的电压波动较大，也不会影响强触发电路的稳定性。

4.控制信号所需功率小，故易与任何电路相配接，特别是可直接与电子计算机配接。

5.触发电源对晶闸管还起静态均压作用和一定的动态均压作用。

6.便于单元化、组件化。

7.维修更换方便。

下面结合附图详细说明本实用新型的具体结构及工作情况。

图1是本实用新型的电气原理图。

参照图1，由两只不同电容量的电容器与两组不同分压比的电阻分压器组成具有不同电压的两级触发电源，其中第一级触发电源用以建立门极G强触发所需要的尖脉冲的前沿陡度与幅值，它由电阻R₁、电容C₁、稳压二极管DW₁并联连接后与电阻R₃相串联，并跨接于晶闸管2的阴极K与阳极A之间所组成；第二级触发电源用以提供门极G强触发脉冲的持续部分所需要的宽脉冲的幅值与宽度，它是由电阻R₂、电容C₂、稳压二极管DW₂并联连接后与电阻R₄相串联，并跨接于晶闸管2的阴极K与阳极A之间所组成。为确保第一与第二级触发电源的电压在强脉冲触发所要求的电压值下，均在其中的电容器C₁、C₂两端并联稳压二极管DW₁、DW₂，以确保当晶闸管2阳A、阴K两极的电压过高时稳定触发电源的电压。第一级触发电源中的X点与第二级触发电源中的Y点之间由二极管D₂连接，用于当第一级触发电源电压高于第二级触发电源电压时，起隔离阻断作用；当第一级触发电源电压低于第二级触发电源电压的差值大于二极管D₂的管压降V_D2时，二极管D₂导通，使得第二级触发电源与第一级触发电源一起向晶闸管2的门G、阴K两极放电，以共同形成强触发所需要的宽脉冲的幅值与宽度。根据晶闸管强触发时所需要的门极G强触发电流理想波形确定第一级触发电源电压U_C1等于2至3倍的第二级触发电源电压U_C2，并且等于3至5倍的晶闸管门极G触发电压V_GT，U_C2为1.5至1.7倍的V_GT。由此而得电容器C₁、C₂的容量计算公式：

$C_1\mathrm{\ge \; k}\frac{{\mathrm{-\; t}}_1}{{\mathrm{(\; R}}_1{\mathrm{//\; R}}_S\mathrm{)\; l\; n}\frac{U_{\mathrm{C\; 2}}}{U_{\mathrm{C\; 1}}}}\mathrm{(\; \mu \; f\; )}$

$C_2\mathrm{\ge \; k}\frac{{\mathrm{-\; t}}_2}{{\mathrm{(\; R}}_1{\mathrm{//\; R}}_2{\mathrm{//\; R}}_S\mathrm{)\; l\; n}\frac{U_{\mathrm{G\; T}}}{U_{\mathrm{C\; 2}}}}\mathrm{(\; \mu \; f\; )}$

，其中k为裕度系数，取值为1.5至3，t₁为要求第一级触发电源提供的尖脉冲宽度，一般取5至20（μs），t₂为要求第二级触发电源提供的宽脉冲宽度，取值为500至3000（μs），Rs为晶闸管门极回路的平均电阻，包括晶闸管门极的平均电阻Rg及限流电阻R₅，Rg一般取值为10至50（Ω），R₅取值2至5（Ω）；考虑到一般情况下R₁、R₂》Rs，故电容器C₁、C₂的电容量取值可简化为：

$C_1\mathrm{\ge \; k}\frac{{\mathrm{-\; t}}_1}{R_S\mathrm{l\; n}\frac{U_{\mathrm{C\; 2}}}{U_{\mathrm{C\; 1}}}}\mathrm{(\; \mu \; f\; )}$

$C_2\mathrm{\ge \; k}\frac{{\mathrm{-\; t}}_2}{R_S\mathrm{l\; n}\frac{U_{\mathrm{G\; T}}}{U_{\mathrm{C\; 2}}}}\mathrm{(\; \mu \; f\; )\; 。}$

电阻R₁、R₃和R₂、R₄的阻值须根据晶闸管2阳A、阴K两端最低工作电压值与U_C1、U_C2、V_GT的值以及晶闸管工作频率f（Hz）来选定，且电阻R₁、R₂的阻值须满足：R₁≤（0.25～0.3） 1/(fc1) （Ω）、R₂≤（0.25～0.3） 1/(fc₂) （Ω）。稳压二极管DW₁、DW₂的稳压值分别取为U_C1、U_C2的值，其功率根据晶闸管2阳A、阴K两端承受最大工作电压时稳压二极管所应承受的功率来选择。在触发电源的X点与晶闸管2门极G间串接有光电三极管T₁与开关三极管T₂所组成的复合管和限流电阻R₅。光电三极管T₁经光纤1与发光二极管D₁呈光电耦合。

当控制信号加至发光二极管D₁时，发光二极管D₁即发光，光经光纤1传输至光电三极管T₁的基级使T₁导通。第一级触发电源的电压通过T₁加至开关三极管T₂的基极与发射极之间，使得T₂饱和导通，第一级触发电源通过限流电阻R₅向晶闸管2门G、阴K两极放电，形成前沿约0.5至2微秒、宽度约5至20微秒的尖脉冲。当第一级触发电源电压U_C1下降至U_C1＝U_C2－V_D2时，二极管D₂导通，第一级触发电源和第二级触发电源一起向晶闸管2门G、阴K两极放电，共同形成宽度约500至3000微秒的宽脉冲。当控制信号消失时，T₁、T₂截止。这样，就在晶闸管2门G、阴K两极间形成了一较理想的强触发电流波形。

本实用新型的一个典型实施例，是使用型号为KK200A－2000V的晶闸管2，其门极G触发电压V_GT＝4V，则取U_C1＝4V_GT＝16V，U_C2＝1.5V_GT＝6V。晶闸管2阳A、阴K两端的最低工作电压为1000V，其工作频率f＝50Hz，现取电阻Rs＝25Ω，其中R₅＝3Ω，则选电容C₁＝0.8μf、C₂＝80μf，R₁＝200Ω，R₂＝75Ω，R₃＝R₄＝12.5KΩ。在这种情况下，该装置在控制信号作用下可输出触发电流波形前沿约1μS、宽度约10μS的尖脉冲及总宽度约510μS的宽脉冲的晶闸管强触发电流波形。

Claims (7)

1、一种晶闸管强脉冲触发装置，本实用新型的特征是：

a。建立门极G强触发所需要的尖脉冲的前沿陡度与幅值的第一级触发电源(R₁、C₁、DW₁、R₃)，

b。建立用以提供门极G强触发脉冲的持续部分所需要的宽脉冲的幅值与宽度的第二级触发电源(R₂、C₂、DW₂、R₄)，

c。二极管D₂跨接于第二级触发电源(R₂、C₂、DW₂、R₄)与第一级触发电源(R₁、C₁、DW₁、R₃)之间，当第一级触发电源电压高于第二级触发电源电压时，二极管D₂起隔离作用，当第一级触发电源电压低于第二级触发电源电压的差值大于二极管D₂的管压降时，二极管D₂导通，使得第二级触发电源与第一级触发电源一起向晶闸管2的门极G与阴极K两端放电，以共同形成强触发所需要的脉冲幅值与脉冲宽度，

d。控制两级触发电源向晶闸管2的门极G与阴极K两端放电的光电控制开关(D₁、I、T₁、T₂)。

2、根据权利要求1所述的触发装置，其特征是第一级触发电源是由电阻R₁、电容C₁、稳压管DW₁并联连接后与电阻R₃相串联，并且跨接于晶闸管2的阴极K与阳极A之间所组成。

3、根据权利要求1所述的触发装置，其特征是第二级触发电源是由电阻R₂、电容C₂、稳压管DW₂并联连接后与电阻R₄相串联，并且跨接于晶闸管2的阴极K与阳极A之间所组成。

4、根据权利要求1所述的触发装置，其特征是二极管D₂跨接于第二级触发电源中的Y点与第一级触发电源中的X点之间。

5、根据权利要求1所述的触发装置，其特征是光电控制开关包括三极管T₁、T₂的集电极均与第一级触发电源中的X点相连接，T₁的发射极与T₂的基极相连接，T₂的发射极与晶闸管2的门极G通过限流电阻R₅相连接，T₁为光电三极管，其输入端经光纤1与发光二极管D₁相耦合。

6、根据权利要求1所述的触发装置，其特征是第一级触发电源电压U_C1等于2至3倍的第二级触发电源电压U_C2，并且等于3至5倍的晶闸管2门极G触发电压V_GT，U_C2等于1.5至1.7倍的V_GT。

7、根据权利要求1所述的触发装置，其特征是电容器C₁、C₂的电容量取值为：

$C_1\mathrm{\ge \; k}\frac{{\mathrm{-\; t}}_1}{\mathrm{R\; s\; l\; n}\frac{U_{\mathrm{C\; 2}}}{U_{\mathrm{C\; 1}}}}\mathrm{(\; \mu \; f\; )}$

$C_2\mathrm{\ge \; k}\frac{{\mathrm{-\; t}}_2}{\mathrm{R\; s\; l\; n}\frac{U_{\mathrm{G\; T}}}{U_{\mathrm{C\; 2}}}}\mathrm{(\; \mu \; f\; )}$

，其中k为裕度系数，取值为1.5至3，t₁为要求第一级触发电源提供的脉冲宽度值，取值为5至20，t₂为要求第二级触发电源提供的脉冲宽度值，取值为500至3000，R₅为晶闸管2门极回路的平均电阻值，取值为12至55。