一種脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置；包括光觸發(fā)信號接收電路、耦合取電電路、脈沖控制電路和脈沖輸出電路；光觸發(fā)信號接收電路的電源端與耦合取電電路的輸出端連接；耦合取電電路的第一輸入端用于連接脈沖晶閘管的陽極，耦合取電電路的第二輸入端用于連接脈沖晶閘管的陰極；脈沖控制電路的輸入端與光觸發(fā)信號接收電路的輸出端連接，脈沖控制電路的電源端與耦合取電電路的輸出端連接；脈沖輸出電路的輸入端連接至脈沖控制電路的輸出端，脈沖輸出電路的輸出端用于連接至脈沖晶閘管的門極。本發(fā)明提供的觸發(fā)裝置既不需要供電電源又不需要使用隔離變壓器，使得觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)得到輕小化設(shè)計；使得晶閘管觸發(fā)裝置的安裝變得十分簡單且可靠性高。
【專利說明】—種脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高電壓技術(shù)與脈沖功率【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種脈沖大功率晶閘管的觸發(fā)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖功率技術(shù)是一個研究在相對較長的時間里把能量儲存起來，然后經(jīng)過快速壓縮、轉(zhuǎn)換，最后釋放給負載的新興科技領(lǐng)域，具有高功率、高電壓、大電流、電流上升速率大、脈沖持續(xù)時間短等特點。
[0003]脈沖功率電源是脈沖功率技術(shù)應(yīng)用的典型代表，而開關(guān)更是脈沖功率電源的關(guān)鍵器件。脈沖功率電源中常用的開關(guān)有真空觸發(fā)開關(guān)(TVS)、半導(dǎo)體開關(guān)(晶閘管等)和火花開關(guān)等?，F(xiàn)在脈沖功率電源中常用的開關(guān)主要是半導(dǎo)體開關(guān)中的大功率晶閘管。晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，具有三個極:陽極、陰極和門極，其開通需要專門的觸發(fā)裝置給出觸發(fā)信號。
[0004]晶閘管的觸發(fā)方式可以分為三種。(a)電磁觸發(fā)方式。電磁觸發(fā)方式是將觸發(fā)信號經(jīng)脈沖隔離變壓器隔離后送到處于高電位的晶閘管門極。絕緣和電磁兼容是此種觸發(fā)方式所面對的主要問題；另外脈沖變壓器一般體積較大，增加了觸發(fā)裝置的體積。(b)直接光觸發(fā)方式。直接光觸發(fā)方式就是將觸發(fā)脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣饷}沖，直接觸發(fā)光控晶閘管。由于光控晶閘管國內(nèi)基本無定型產(chǎn)品，而國外產(chǎn)品價格非常昂貴，所以此種觸發(fā)方式應(yīng)用受限。(c)間接光觸發(fā)方式。此種觸發(fā)方式分為前后兩級觸發(fā)源，而前后之間采用光纖傳遞觸發(fā)信號。一般的間接光觸發(fā)回路比較復(fù)雜，特別是回路中需要使用隔離供電電源，增加了觸發(fā)裝置的體積、降低了觸發(fā)裝置的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明的目的在于提供了一種結(jié)構(gòu)簡單且可靠性高的脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置；由此解決現(xiàn)有技術(shù)中需要使用隔離供電電源導(dǎo)致觸發(fā)裝置的體積大、可靠性低的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明提供了一種脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置，包括光觸發(fā)信號接收電路、耦合取電電路、脈沖控制電路和脈沖輸出電路；所述光觸發(fā)信號接收電路的電源端與所述耦合取電電路的輸出端連接，所述光觸發(fā)信號接收電路的地端接地；所述耦合取電電路的第一輸入端用于連接脈沖晶閘管SCR的陽極A，所述耦合取電電路的第二輸入端用于連接脈沖晶閘管SCR的陰極K ;所述脈沖控制電路的輸入端與所述光觸發(fā)信號接收電路的輸出端連接，所述脈沖控制電路的電源端與所述耦合取電電路的輸出端連接；所述脈沖控制電路的地端接地；所述脈沖輸出電路的輸入端連接至所述脈沖控制電路的輸出端，所述脈沖輸出電路的輸出端用于連接至所述脈沖晶閘管的門極G ;工作時，光觸發(fā)信號接收電路接收前級光纖傳遞的光觸發(fā)信號，并將所述光觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號后輸出；脈沖控制回路接收光觸發(fā)信號接收電路輸出的電脈沖信號，所述電脈沖信號為脈沖控制回路的啟動信號，所述脈沖控制回路導(dǎo)通后，脈沖輸出電路形成晶閘管觸發(fā)信號，且觸發(fā)信號的幅值可調(diào)；耦合取電電路通過與主回路的耦合將能量儲存在電容中，為光觸發(fā)信號接收電路、脈沖控制回路以及脈沖輸出電路提供穩(wěn)定的供電電源和能量。
[0007]更進一步優(yōu)選地，所述耦合取電電路包括并聯(lián)連接在脈沖晶閘管的陰、陽極之間的耦合取電單元；每一個耦合取電單元包括:穩(wěn)壓管D1、電阻Rl和電容Cl ;所述穩(wěn)壓管Dl的陰極通過所述電阻Rl連接至所述脈沖晶閘管的陽極，所述穩(wěn)壓管Dl的陽極連接至所述脈沖晶閘管的陰極；所述電容Cl并聯(lián)連接在所述穩(wěn)壓管Dl的兩端。
[0008]更進一步優(yōu)選地，耦合取電單元還包括二極管D2 ;所述二極管D2的陽極連接在所述電阻Rl和所述穩(wěn)壓管Dl的連接端，所述二極管D2的陰極與所述電容Cl的一端相連并作為耦合取電單元的輸出端，所述電容Cl的另一端作為供電地。
[0009]更進一步優(yōu)選地，所述穩(wěn)壓管Dl的穩(wěn)定電壓U大于所述晶閘管需要的觸發(fā)脈沖的幅值。
[0010]更進一步優(yōu)選地，所述儲能電容Cl的額定電壓大于等于穩(wěn)壓管Dl穩(wěn)定電壓的1.5倍。
[0011]更進一步優(yōu)選地，所述光觸發(fā)信號接收電路100包括:電容C2、二極管D9、電阻R7、電阻R8、電阻R10、光敏二極管D8、二極管D3和三極管Kl ;二極管D9的陽極作為光觸發(fā)信號接收電路的電源端，二極管D9的陰極作為光觸發(fā)信號接收電路的輸出端；電容C2的一端與二極管D9的陰極連接；電阻R7的一端與二極管D9的陰極連接，電阻R7的另一端連接至光敏二極管D8的陽極；電阻R8的一端連接至電阻R7和光敏二極管D8的連接端，電阻R8的另一端連接至三極管Kl的基極；二極管D3的陰極連接至二極管D9的陰極，二極管D3的陽極連接至電阻R8和三極管Kl的連接端；三極管Kl的發(fā)射極連接至二極管D9的陰極，三極管Kl的集電極與電阻RlO的一端連接；電容C2的另一端、光敏二極管D8的陰極和電阻RlO的另一端均接地。
[0012]更進一步優(yōu)選地，脈沖控制電路包括:電阻R9、電阻R2、電阻R3、電阻R4、場效應(yīng)管K2、場效應(yīng)管K3、穩(wěn)壓管D4和穩(wěn)壓管D5 ;場效應(yīng)管K2的柵極通過電阻R3連接至三極管Kl的集電極，場效應(yīng)管K2的漏極通過電阻R9連接至光觸發(fā)信號接收電路的輸出端；場效應(yīng)管K3的柵極通過電阻R2連接至光觸發(fā)信號接收電路的電源端，場效應(yīng)管K3的源極連接至光觸發(fā)信號接收電路的第一端；二極管D4的陰極連接至光觸發(fā)信號接收電路的第一端，穩(wěn)壓管D4的陽極連接至場效應(yīng)管K2的漏極；電阻R4的一端連接至場效應(yīng)管K2的柵極，電阻R4的另一端和場效應(yīng)管K2的源極連接后與脈沖晶閘管的陰極K連接；所述穩(wěn)壓管D5的陰極連接至場效應(yīng)管K2的柵極，所述穩(wěn)壓管D5的陽極連接至陰極K。
[0013]更進一步優(yōu)選地，所述場效應(yīng)管K2為N溝道增強型MOSFET ;場效應(yīng)管K3為P溝道增強型MOSFET。
[0014]更進一步優(yōu)選地，脈沖輸出電路包括:二極管D6、二極管D7電阻R5、電阻R6和電容C3 ;二極管D6的陽極連接至場效應(yīng)管K3的漏極，二極管D6的陰極通過電阻R5連接至脈沖晶閘管的門極G ;二極管D7的陰極連接至二極管D6與電阻R5的連接端，二極管D7的陽極連接至K ;電容C3與電阻R5并聯(lián)連接；電阻R6并聯(lián)連接在脈沖晶閘管門極G和陰極K之間。
[0015]更進一步優(yōu)選地，所述觸發(fā)裝置采用金屬鋁屏蔽盒封裝。[0016]本發(fā)明提供的觸發(fā)裝置既不需要供電電源又不需要使用隔離變壓器，使得觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)得到輕小化設(shè)計；使得晶閘管觸發(fā)裝置的安裝變得十分簡單(不需要外部的獨立電源)，同時采用了金屬鋁屏蔽盒將觸發(fā)裝置整體封裝，進一步提高了觸發(fā)裝置的抗干擾性，提高了觸發(fā)裝置的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例提供的脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置的原理框圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實施例提供的脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置的耦合取電電路的原理示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明實施例提供的脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置的具體電路圖；
[0020]圖4為本發(fā)明實施例提供的脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置的輸出波形示意圖；(a)三套觸發(fā)裝置同時觸發(fā)時的觸發(fā)脈沖(b)三套觸發(fā)裝置同時觸發(fā)時的時延。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0022]脈沖晶閘管一般應(yīng)用于高電壓大電流領(lǐng)域，因此脈沖晶閘管的觸發(fā)通常是一種高電位觸發(fā)，即在晶閘管觸發(fā)之前(多片晶閘管串聯(lián)使用)或晶閘管觸發(fā)之后(單片晶閘管)，晶閘管的陰極會處于高電位；由于晶閘管陰極與觸發(fā)裝置直接相連，因此觸發(fā)裝置的輸出端與觸發(fā)裝置本身的隔離是一個很重要的問題。
[0023]本發(fā)明所提供的耦合取電式的觸發(fā)裝置，巧妙的解決了晶閘管觸發(fā)時高電位的隔離問題。該觸發(fā)裝置的地端子與晶閘管陰極相連，因此觸發(fā)裝置工作時，整套裝置整體位于高電位；在耦合取電電路中使用了穩(wěn)壓管，整套觸發(fā)裝置中器件的相對電位不會超過穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓，因此觸發(fā)裝置中各個器件雖位于高電位卻可以穩(wěn)定的工作。采用這樣的連接方式，觸發(fā)裝置的地端子、觸發(fā)裝置的輸出端子和晶閘管的陰極連接在了一起，因此即使晶閘管陰極位于高電位，觸發(fā)裝置仍可以輸出相對此高電位的觸發(fā)信號，同時觸發(fā)裝置不在需要隔離電源。相比于以前的觸發(fā)裝置，上述三點(觸發(fā)裝置的地端子、觸發(fā)裝置的輸出端子和晶閘管的陰極)連接在一起的結(jié)構(gòu)很大程度上簡化了觸發(fā)裝置的設(shè)計，縮小了觸發(fā)裝置的體積。
[0024]目前存在的觸發(fā)裝置通常選用隔離變壓器，作為觸發(fā)裝置與晶閘管之間的隔離器件；應(yīng)用于隔離高電壓的隔離變壓器一般體積大、造價高，當晶閘管多片串聯(lián)使用時，需要使用多個隔離變壓器，大大增加了觸發(fā)裝置的體積；并且在安裝時，需要從外界引入獨立供電電源增加了安裝的復(fù)雜性。本發(fā)明所提供的觸發(fā)裝置既不需要供電電源又不需要使用隔離變壓器，使得觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)得到輕小化設(shè)計。這樣的設(shè)計，使得晶閘管觸發(fā)裝置的安裝變得十分簡單(不需要外部的獨立電源)，同時采用了金屬鋁屏蔽盒將觸發(fā)裝置整體封裝，進一步提高了觸發(fā)裝置的抗干擾性，提高了觸發(fā)裝置的可靠性。
[0025]本發(fā)明屬于高電壓技術(shù)與脈沖功率【技術(shù)領(lǐng)域】，具體適用于脈沖電源中半導(dǎo)體開關(guān)脈沖晶閘管的開通觸發(fā)。本發(fā)明針對脈沖功率電源(PPS)中晶閘管的觸發(fā)，提出了一種耦合取電的間接光觸發(fā)方式的觸發(fā)裝置，解決了間接光觸發(fā)方式需要單獨供電的問題，適用于電壓高、結(jié)構(gòu)緊湊情況下脈沖電源用晶閘管的觸發(fā)，也適用于一般情況下晶閘管的觸發(fā)。本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)裝置是一種間接式光觸發(fā)，光纖傳遞觸發(fā)信號，隔離了高壓與低壓回路；采用光信號抗干擾性強，能夠保證觸發(fā)波形的一致性。
[0026]本發(fā)明所提供的一種脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置包括四個部分，光觸發(fā)信號接收電路100、耦合取電電路200、脈沖控制電路300和脈沖輸出電路400 ;光觸發(fā)信號接收電路100的電源端與耦合取電電路200的輸出端連接，光觸發(fā)信號接收電路100的輸出端與脈沖控制電路300的輸入端連接，光觸發(fā)信號接收電路100的地端接地；耦合取電電路200的第一輸入端用于連接脈沖晶閘管SCR的陽極，耦合取電電路200的第二輸入端用于連接脈沖晶閘管SCR的陰極；脈沖控制電路300的電源端與耦合取電電路200的輸出端連接；脈沖控制電路300的地端接地；脈沖輸出電路400的輸入端連接至脈沖控制電路300的輸出端；脈沖輸出電路400的輸出端用于連接至所述脈沖晶閘管的門極G。光觸發(fā)信號接收電路100用于接收前級光纖傳遞來的光觸發(fā)信號，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；耦合取電電路200通過與主回路的耦合將能量儲存在電容中，借此作為整套觸發(fā)裝置的供電電源；脈沖控制電路300采用開關(guān)管控制觸發(fā)脈沖的形成；脈沖輸出電路400作為觸發(fā)裝置的輸出端，可以調(diào)節(jié)輸出觸發(fā)脈沖的幅值。
[0027]在本發(fā)明實施例中，光觸發(fā)信號接收電路100用于接收前級光纖傳遞來的光觸發(fā)信號，其將光信號轉(zhuǎn)換為電信號并輸出一個電脈沖信號；脈沖控制回路300接收光觸發(fā)信號接收電路100的輸出信號，該信號為脈沖控制回路300開關(guān)管的啟動信號，控制開關(guān)管的通斷；開關(guān)管導(dǎo)通后，脈沖輸出電路400將會形成最終的晶閘管觸發(fā)信號，并且觸發(fā)信號的幅值可調(diào)。耦合取電電路200通過與主回路的耦合將能量儲存在電容中，為光觸發(fā)信號接收電路100、脈沖控制回路300以及脈沖輸出電路400提供穩(wěn)定的供電電源和能量。
[0028]耦合取電電路的獨特設(shè)計:將SCR (晶閘管，thyristor)的靜態(tài)均壓電阻和穩(wěn)壓管串聯(lián)，并在穩(wěn)壓管兩端并聯(lián)儲能電容；晶閘管在耐壓過程中存儲在儲能電容中的電能作為整套觸發(fā)裝置的供電能量。在圖1觸發(fā)裝置原理框圖中，引線LI連接在晶閘管陽極A，引線L2連接在晶閘管陰極K，引線LI和引線L2作為耦合取電電路的進線；引線L4和引線L5作為耦合取電電路的輸出線，L4為電源正，L5為電源地。引線L2與引線L5均與晶閘管陰極相連。
[0029]在本發(fā)明實施例中，每片晶閘管均需要一套觸發(fā)裝置，當多片晶閘管串聯(lián)使用時，每片晶閘管的觸發(fā)裝置均有并聯(lián)連接在脈沖晶閘管的陰、陽極之間的耦合取電單元，如201，202和203。耦合取電單元201包括:穩(wěn)壓管D1、電阻Rl和電容Cl ;穩(wěn)壓管Dl的陰極通過電阻Rl連接至脈沖晶閘管的陽極，穩(wěn)壓管Dl的陽極連接至脈沖晶閘管的陰極；電容Cl并聯(lián)連接在穩(wěn)壓管Dl的兩端。
[0030]作為本發(fā)明的一個實施例，耦合取電單元201還包括二極管D2 ;二極管D2的陽極連接在電阻Rl和穩(wěn)壓管Dl的連接端，二極管D2的陰極與電容Cl的一端相連，作為耦合取電單元的輸出端，Cl的另一端作為供電地。
[0031]作為本發(fā)明的一個實施例，穩(wěn)壓管Dl的穩(wěn)定電壓U需要大于晶閘管需要的觸發(fā)脈沖的幅值。電容Cl的額定電壓按至少1.5倍的穩(wěn)壓管Dl穩(wěn)定電壓選取。[0032]在本發(fā)明實施例中，光觸發(fā)信號接收電路100包括:電容C2、二極管D9、電阻R7、電阻R8、電阻R10、光敏二極管D8、二極管D3和三極管Kl ;二極管D9的陽極作為光觸發(fā)信號接收電路100的電源端，二極管D9的陰極作為光觸發(fā)信號接收電路100的輸出端；電容C2的一端與二極管D9的陰極連接；電阻R7的一端與二極管D9的陰極連接，電阻R7的另一端連接至D8的陽極；電阻R8的一端連接至電阻R7和D8的連接端，電阻R8的另一端連接至三極管Kl的基極；二極管D3的陰極連接至二極管D9的陰極，二極管D3的陽極連接至電阻R8和三極管Kl的連接端；三極管Kl的發(fā)射極連接至二極管D9的陰極，三極管Kl的集電極與電阻RlO的一端連接；電容C2的另一端、D8的陰極和電阻RlO的另一端均接地。
[0033]在本發(fā)明實施例中，脈沖控制電路300包括:電阻R9、電阻R2、電阻R3、電阻R4、場效應(yīng)管K2、場效應(yīng)管K3、穩(wěn)壓管D4和穩(wěn)壓管D5 ;場效應(yīng)管K2的柵極通過電阻R3連接至三極管Kl的集電極，場效應(yīng)管K2的漏極通過電阻R9連接至光觸發(fā)信號接收電路100的輸出端；場效應(yīng)管K3的柵極通過電阻R2連接至光觸發(fā)信號接收電路100的電源端，場效應(yīng)管K3的源極連接至光觸發(fā)信號接收電路100的第一端；二極管D4的陰極連接至光觸發(fā)信號接收電路100的第一端，穩(wěn)壓管D4的陽極連接至場效應(yīng)管K2的漏極；電阻R4的一端連接至場效應(yīng)管K2的柵極，電阻R4的另一端和場效應(yīng)管K2的源極連接后與脈沖晶閘管的陰極K連接；穩(wěn)壓管D5的陰極連接至場效應(yīng)管K2的柵極，穩(wěn)壓管D5的陽極連接至脈沖晶閘管的陰極K。
[0034]在本發(fā)明實施例中，場效應(yīng)管K2可以為N溝道增強型MOSFET ;場效應(yīng)管K3可以為P溝道增強型MOSFET。
[0035]在本發(fā)明實施例中，脈沖輸出電路400包括:二極管D6、二極管D7電阻R5、電阻R6和電容C3 ;二極管D6的陽極連接至場效應(yīng)管K3的漏極，二極管D6的陰極通過電阻R5連接至脈沖晶閘管的門極G ;二極管D7的陰極連接至二極管D6與電阻R5的連接端，二極管D7的陽極連接至K ;電容C3與電阻R5并聯(lián)連接；電阻R6并聯(lián)連接在脈沖晶閘管門極G和陰極K之間。
[0036]圖3光觸發(fā)信號接收電路100中光敏二極管D8在感應(yīng)到前級的光觸發(fā)信號時，由截止狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)；同時將三極管Kl的基極電位拉低，則三極管Kl由截止狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。三極管導(dǎo)通后，脈沖控制電路300中電阻R4上產(chǎn)生一個電壓脈沖，依次導(dǎo)致開關(guān)管K2、K3的導(dǎo)通。在開關(guān)管Κ2、Κ3導(dǎo)通后，電容Cl中的能量通過Κ3傳遞到脈沖輸出回路400中。在脈沖輸出回路400中，R5與R6分壓，在R6上形成觸發(fā)脈沖，R6并聯(lián)在晶閘管的觸發(fā)極與陰極之間，因此該脈沖即可觸發(fā)晶閘管。
[0037]在本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)裝置中，光觸發(fā)信號接收電路100可以采用激光接收器接收光控制信號，如圖3中的光敏二極管D8。脈沖控制電路可以采用三極管與MOSFET管的配合，既可以控制觸發(fā)脈沖的形成，又起到功率放大的作用。
[0038]在本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)裝置中，脈沖輸出電路400可以通過調(diào)節(jié)電阻阻值的大小來控制其輸出觸發(fā)脈沖的幅值。引線L3連接到晶閘管的觸發(fā)極(G)，引線L3和引線L5之間的信號作為觸發(fā)信號。
[0039]在本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)裝置中，整套觸發(fā)裝置采用鋁材屏蔽盒封閉，抗電磁干擾性能強，無誤觸發(fā)的風(fēng)險，工作穩(wěn)定性高。
[0040]該發(fā)明的觸發(fā)裝置的供電地與晶閘管陰極相連，即使晶閘管陰極位于高電位，觸發(fā)裝置也能正常工作；同時由于此處的獨特設(shè)計，觸發(fā)裝置的輸出不在需要隔離措施，而且整套觸發(fā)裝置不需要額外的供電電源。
[0041]該發(fā)明中的觸發(fā)裝置可以多套共同使用，觸發(fā)裝置之間輸出的波形一致性好，不同觸發(fā)裝置之間的觸發(fā)時延在0.5us以內(nèi)。容易實現(xiàn)對大功率晶閘管穩(wěn)定可靠的觸發(fā)。
[0042]如圖2所示，脈沖功率電源中使用的晶閘管，通常需要幾個晶閘管閥片串聯(lián)以提高耐壓能力。晶閘管采用串聯(lián)的方式，因此每個晶閘管兩端都并聯(lián)有靜態(tài)均壓電阻(R1)。穩(wěn)壓管(Dl)串聯(lián)在靜態(tài)均壓電路中，儲能電容(Cl)并聯(lián)在穩(wěn)壓管兩端，其充滿電后作為觸發(fā)裝置的電源供電。
[0043]如圖3所示，進線端子A和K分別與晶閘管的陽極和陰極相連。穩(wěn)壓管Dl與均壓電阻Rl串聯(lián)，并聯(lián)在晶閘管的陽極和陰極之間，電容Cl和C2為儲能電容。D8為激光信號接收器(光敏二極管)，當前級光觸發(fā)信號來臨時，三極管Kl由截止狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，場效應(yīng)管K2 (為N溝道增強型MOSFET)和場效應(yīng)管K3 (為P溝道增強型MOSFET)依次導(dǎo)通。儲能電容通過場效應(yīng)管K3，經(jīng)過二極管D5放電，由于電容的電壓不能突變，放電開始時刻電容C3相當于短路，較大的電流流過電阻R6，電阻6上形成較大的電壓降，產(chǎn)生一個電壓尖峰；之后由于電容C3充電，電阻R6上的電壓比原先有所下降；由于儲能電容的電容量較大，儲存了較多的能量，場效應(yīng)管K3開通使脈沖持續(xù)一段時間，由此電阻R6便輸出了一個帶有尖峰、幅值可調(diào)(改變電阻R6的阻值)及一定脈寬的脈沖電壓波形這個脈沖波形可以觸發(fā)晶閘管。觸發(fā)裝置的輸出端子K引腳與晶閘管陰極相連，G引腳與晶閘管觸發(fā)極相連。
[0044]二極管D2串在電容Cl之前，可以防止電容能量的反向泄放；類似的，二極管D9可以防止電容C2能量的反向泄放。穩(wěn)壓管D4與D5用于保護開關(guān)管K3與K2，防止出現(xiàn)在開關(guān)管觸發(fā)極的高脈沖將開關(guān)管擊穿。二極管D6與D7可以防止外部的干擾脈沖進入觸發(fā)裝置，且當觸發(fā)信號異常時，D7被擊穿不會輸出觸發(fā)信號。電阻R2、R7、R9以及RlO分別起到限流作用，保護開關(guān)管。
[0045]下面給出本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)裝置中關(guān)鍵器件參數(shù)選取的理論依據(jù):(I)穩(wěn)壓管Dl:穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值決定了整套觸發(fā)裝置輸出觸發(fā)脈沖信號的幅值，因此穩(wěn)壓管Dl的穩(wěn)定電壓U需要大于晶閘管需要的觸發(fā)脈沖的幅值。作為本發(fā)明的一個實施例中，觸發(fā)裝置中的穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓可以為20V。(2)儲能電容Cl:儲能電容作為該觸發(fā)裝置的電源，需要供電穩(wěn)定，因此要考慮其容量和額定電壓參數(shù)的選取。儲能電容Cl的額定電壓按至少1.5倍的穩(wěn)壓管Dl穩(wěn)定電壓選取，足以安全工作。儲能電容Cl的電容量需要按以下兩點核算:電容充滿電后，其能量(W=1/2CU2)需滿足觸發(fā)裝置每次觸發(fā)所需要的功耗要求。儲能電容Cl的電容量在滿足上述要求時，需要考慮其充電時間的大小。充電時間一般取(3?5) RC。此項校驗和晶閘管靜態(tài)均壓電阻阻值一起選擇。
[0046]本發(fā)明采用穩(wěn)壓管、儲能電容從晶閘管靜態(tài)均壓支路中耦合取電做供電電源。觸發(fā)裝置的供電地(引線L5)與晶閘管陰極相連，即使晶閘管陰極位于高電位，觸發(fā)裝置也能正常工作；由于同電位，觸發(fā)裝置的輸出不在需要隔離措施，而且整套觸發(fā)裝置不需要額外的供電電源。在觸發(fā)裝置中采用MOSFET管，作為開關(guān)管控制觸發(fā)裝置的動作；可以通過改變輸出端的限流電阻阻值來改變觸發(fā)脈沖的幅值。本發(fā)明的觸發(fā)裝置對不同類型的晶閘管均具有適用性，該觸發(fā)裝置通過耦合取電方式解決了現(xiàn)有的觸發(fā)方式需要獨立電源供電的問題，對于晶閘管觸發(fā)脈沖間的隔離要求處理巧妙，并且整套觸發(fā)裝置使用鋁材屏蔽盒封裝，其具有電磁兼容防護性能。
[0047]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖晶閘管的觸發(fā)裝置，其特征在于，包括光觸發(fā)信號接收電路(100)、耦合取電電路(200 )、脈沖控制電路(300 )和脈沖輸出電路(400 ); 所述光觸發(fā)信號接收電路(100)的電源端與所述耦合取電電路(200)的輸出端連接，所述光觸發(fā)信號接收電路(100)的地端接地； 所述耦合取電電路(200)的第一輸入端用于連接脈沖晶閘管SCR的陽極A，所述耦合取電電路(200)的第二輸入端用于連接脈沖晶閘管SCR的陰極K ; 所述脈沖控制電路(300)的輸入端與所述光觸發(fā)信號接收電路(100)的輸出端連接，所述脈沖控制電路(300)的電源端與所述耦合取電電路(200)的輸出端連接；所述脈沖控制電路(300)的地端接地； 所述脈沖輸出電路(400)的輸入端連接至所述脈沖控制電路(300)的輸出端，所述脈沖輸出電路(400)的輸出端用于連接至所述脈沖晶閘管的門極G ; 工作時，光觸發(fā)信號接收電路(100)接收前級光纖傳遞的光觸發(fā)信號，并將所述光觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號后輸出；脈沖控制回路(300)接收光觸發(fā)信號接收電路(100)輸出的電脈沖信號，所述電脈沖信號為脈沖控制回路(300)的啟動信號，所述脈沖控制回路(300)導(dǎo)通后，脈沖輸出電路(400)形成晶閘管觸發(fā)信號，且觸發(fā)信號的幅值可調(diào)；耦合取電電路(200)通過與主回路的耦合將能量儲存在電容中，為光觸發(fā)信號接收電路(100)、脈沖控制回路(3 00)以及脈沖輸出電路(400)提供穩(wěn)定的供電電源和能量。
2.如權(quán)利要求1所述的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述耦合取電電路(200)包括并聯(lián)連接在脈沖晶閘管的陰、陽極之間的耦合取電單元(201);每一個耦合取電單元(201)包括:穩(wěn)壓管D1、電阻Rl和電容Cl ;所述穩(wěn)壓管Dl的陰極通過所述電阻Rl連接至所述脈沖晶閘管的陽極，所述穩(wěn)壓管Dl的陽極連接至所述脈沖晶閘管的陰極；所述電容Cl并聯(lián)連接在所述穩(wěn)壓管Dl的兩端。
3.如權(quán)利要求2所述的觸發(fā)裝置，其特征在于，耦合取電單元(201)還包括二極管D2；所述二極管D2的陽極連接在所述電阻Rl和所述穩(wěn)壓管Dl的連接端，所述二極管D2的陰極與所述電容Cl的一端相連并作為所述耦合取電單元的輸出端，所述電容Cl的另一端作為供電地。
4.如權(quán)利要求2所述的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述穩(wěn)壓管Dl的穩(wěn)定電壓U大于所述晶閘管需要的觸發(fā)脈沖的幅值。
5.如權(quán)利要求2所述的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述儲能電容Cl的額定電壓大于等于所述穩(wěn)壓管Dl穩(wěn)定電壓的1.5倍。
6.如權(quán)利要求1所述的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述光觸發(fā)信號接收電路(100)包括:電容C2、二極管D9、電阻R7、電阻R8、電阻R10、光敏二極管D8、二極管D3和三極管Kl ； 所述二極管D9的陽極作為所述光觸發(fā)信號接收電路(100)的電源端，所述二極管D9的陰極作為所述光觸發(fā)信號接收電路(100)的輸出端；所述電容C2的一端與所述二極管D9的陰極連接；所述電阻R7的一端與所述二極管D9的陰極連接，所述電阻R7的另一端連接至所述光敏二極管D8的陽極；所述電阻R8的一端連接至所述電阻R7和所述光敏二極管D8的連接端，所述電阻R8的另一端連接至所述三極管Kl的基極；所述二極管D3的陰極連接至所述二極管D9的陰極，所述二極管D3的陽極連接至所述電阻R8和所述三極管Kl的連接端；所述三極管Kl的發(fā)射極連接至所述二極管D9的陰極，所述三極管Kl的集電極與所述電阻RlO的一端連接；所述電容C2的另一端、所述光敏二極管D8的陰極和所述電阻RlO的另一端均接地。
7.如權(quán)利要求6所述的觸發(fā)裝置，其特征在于，脈沖控制電路(300)包括:電阻R9、電阻R2、電阻R3、電阻R4、場效應(yīng)管K2、場效應(yīng)管K3、穩(wěn)壓管D4和穩(wěn)壓管D5 ； 所述場效應(yīng)管K2的柵極通過所述電阻R3連接至所述三極管Kl的集電極，所述場效應(yīng)管K2的漏極通過所述電阻R9連接至所述光觸發(fā)信號接收電路(100)的輸出端；所述場效應(yīng)管K3的柵極通過所述電阻R2連接至所述光觸發(fā)信號接收電路(100)的電源端，所述場效應(yīng)管K3的源極連接至所述光觸發(fā)信號接收電路(100)的第一端；所述二極管D4的陰極連接至所述光觸發(fā)信號接收電路(100 )的第一端，所述穩(wěn)壓管D4的陽極連接至所述場效應(yīng)管K2的漏極；所述電阻R4的一端連接至所述場效應(yīng)管K2的柵極，所述電阻R4的另一端和所述場效應(yīng)管K2的源極連接后與所述脈沖晶閘管的陰極K連接；所述穩(wěn)壓管D5的陰極連接至所述場效應(yīng)管K2的柵極，所述穩(wěn)壓管D5的陽極連接至所述脈沖晶閘管的陰極K。
8.如權(quán)利要求7所述的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述場效應(yīng)管K2為N溝道增強型MOSFET ;所述場效應(yīng)管K3為P溝道增強型MOSFET。
9.如權(quán)利要求7所述的觸發(fā)裝置，其特征在于，脈沖輸出電路(400)包括二極管D6、二極管D7、電阻R5、電阻R6和電容C3 ； 所述二極管D6的陽極連接至場效應(yīng)管K3的漏極，所述二極管D6的陰極通過電阻R5連接至脈沖晶閘管的門極G ;所述二極管D7的陰極連接至所述二極管D6與所述電阻R5的連接端，所述二極管D7的陽極連接至脈沖晶閘管的陰極K ;所述電容C3與所述電阻R5并聯(lián)連接；所述電阻R6并聯(lián)連接在所述脈沖晶閘管的門極G與陰極K之間。
10.如權(quán)利要求1-9任一項所述的觸發(fā)裝置，其特征在于，所述觸發(fā)裝置采用金屬鋁屏蔽盒封裝。
【文檔編號】H02M1/06GK103516177SQ201310418960
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】戴玲, 趙廷志, 張欽, 黃慶華, 林福昌 申請人:華中科技大學(xué)