高壓晶閘管觸發(fā)器

作者：時間：2011-12-18 來源：網(wǎng)絡(luò)

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1引言

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/231449.htm

隨著科技的發(fā)展和社會的需要，晶閘管的發(fā)展趨勢是大電流、高電壓。隨之而來問題是普通晶閘管觸發(fā)器已適應(yīng)不了新元件的要求，特別是高電壓晶閘管對觸發(fā)器的絕緣、脈沖上升沿、輸出功率等要求越來越高。
本文介紹了一種用于高壓脈沖晶閘管串的觸發(fā)器，該脈沖串晶閘管由8只ABB公司制造的2500A/8000V晶閘管組成，對觸發(fā)器的要求是：

⑴絕緣電壓：大于30kV；

⑵觸發(fā)脈沖前沿dv/dt：100V/μS；

⑶觸發(fā)脈沖前沿di/dt：4.5A/μS；

⑷觸發(fā)脈沖空載峰值電壓：40V，帶載峰值電壓：16V，帶載平臺電壓8V；

⑸觸發(fā)脈沖峰值電流：大于7A，平臺電流4A；

⑹觸發(fā)脈沖寬度：100μS—120μS；

⑺觸發(fā)器電源電壓：AC220V。

2工作原理

觸發(fā)器原理框圖見圖1，由脈沖形成、驅(qū)動放大、脈沖變壓器及工作電源4部分構(gòu)成。

圖1觸發(fā)器原理框圖

2.1工作電源

電源的輸入電壓為交流220V，輸出兩路直流電壓，分別為+15V和+80V，其中+15V為觸發(fā)器脈沖形成部分供電，+80V為驅(qū)動放大及脈沖變壓器供電。

圖2工作電源原理電路

2.2脈沖形成

脈沖形成電路由1只施密特觸發(fā)器4093及外圍元件構(gòu)成，見圖3（a）。初始狀態(tài)下+15V通過R801對地短路，4093的3腳為持續(xù)高電位，由于C802的隔直作用，4093的8腳、9腳亦為持續(xù)高電位，因此4093的10腳為低電平，末級功放管V801截止，沒有脈沖輸出。當(dāng)按鈕KS2斷開瞬間+15V通過R801對C801充電，當(dāng)充電電壓達到4093的門檻電壓時，4093的3腳為低電平，此低電平經(jīng)C802耦合、整型后加至4093的8腳、9腳，10腳輸出高電平，末級功放管V801導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。因此，每按動一下按鈕KS2就輸出一個觸發(fā)脈沖。此按鈕與外接計數(shù)器連鎖，就可以記錄下觸發(fā)脈沖的個數(shù)。圖中R803、C802決定輸出脈沖的寬度。

輸出脈沖波形如圖4(b)所示。

（a）

(b)

試驗電壓為30kV。由圖可5(b)可見，8只晶閘管串的開通時間只有1.2μS，優(yōu)于客戶的標準規(guī)定（客戶標準為1.5μS）。

(a)

(b)

圖5聯(lián)機試驗：(a)放電回路原理圖;(b)負載端電流電壓波形

該放電裝置組件與整套系統(tǒng)聯(lián)機后進行了聯(lián)機試驗，試驗中未出現(xiàn)異常情況。隨后投入了使用運行，經(jīng)一年多的使用至今沒發(fā)現(xiàn)問題，使用效果非常理想。

4結(jié)論

高壓大功率晶閘管的觸發(fā)技術(shù)一直是困擾電力電子裝置發(fā)展的重大難題，國內(nèi)外眾多專家、學(xué)者都在努力攻關(guān)。本文由理論到實踐，從分析高壓晶閘管觸發(fā)器的原理、制作工藝和測試，然后進行了模擬試驗，所形成產(chǎn)品到客戶使用運行，效果良好，得到了客戶的認可。

圖4（a）驅(qū)動放大器電路；(b)輸出脈沖波形

2.4脈沖變壓器

脈沖變壓器的初級、次級變比為2:1，鐵芯采用Φ40XΦ20X10鐵氧體磁環(huán)，初級繞制導(dǎo)線采用雙Q直徑0.75漆包線，繞30匝，次級繞制導(dǎo)線采用雙Q直徑1.0漆包線，繞15匝。變壓器與印制板焊接完畢后裝于由工程塑料澆注的殼體中，殼體內(nèi)面放置1.0mm厚聚四氟乙烯板，以便將變壓器、印制板與殼體隔離，然后澆注高絕緣硅膠406。初級、次級的引出端子采用高壓磁柱，兩引出端子距離為60mm。此觸發(fā)器制作完畢后進行了測試，其結(jié)果為如下：

(1)絕緣電壓：初級、次級間加30kV電壓，一分鐘無擊穿；

(2)觸發(fā)脈沖電壓前沿dv/dt：100V/μS；

(3)觸發(fā)脈沖電流前沿di/dt：4.5A/μS（觸發(fā)器同時帶8只脈沖變壓器，觸發(fā)8只晶閘管）；

(4)觸發(fā)脈沖空載峰值電壓：40V，帶載峰值電壓：16V，帶載平臺電壓8V；

(5)觸發(fā)脈沖峰值電流：7A，平臺電流4A（觸發(fā)器同時帶8只脈沖變壓器，觸發(fā)8只晶閘管）；

(6)觸發(fā)脈沖寬度：110μS。

3聯(lián)機試驗

本觸發(fā)器與8只晶閘管串組成一高壓放電裝置，用于快速泄放電容上的電壓，為負載提供較大的電流，而且要求有高的電流上升率。我們設(shè)計的放電裝置電流幅值為50KA。放電回路原理圖見圖5(a)。輸出波形見圖5(b)。

輸出脈沖波形如圖3(b)所示。