高壓晶閘管觸發(fā)器
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
1引言
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/231449.htm 隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的需要，晶閘管的發(fā)展趨勢(shì)是大電流、高電壓。隨之而來(lái)問(wèn)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(duì)觸發(fā)器的絕緣、脈沖上升沿、輸出功率等要求越來(lái)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(duì)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(tái)電壓8V；
⑸觸發(fā)脈沖峰值電流：大于7A，平臺(tái)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(dòng)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(dòng)放大及脈沖變壓器供電。
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(dòng)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(guò)R801對(duì)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(jí)功放管V801截止，沒(méi)有脈沖輸出。當(dāng)按鈕KS2斷開瞬間+15V通過(guò)R801對(duì)C801充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到4093的門檻電壓時(shí)，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(jí)功放管V801導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。因此，每按動(dòng)一下按鈕KS2就輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖。此按鈕與外接計(jì)數(shù)器連鎖，就可以記錄下觸發(fā)脈沖的個(gè)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(yàn)電壓為30kV。由圖可5(b)可見，8只晶閘管串的開通時(shí)間只有1.2μS，優(yōu)于客戶的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（客戶標(biāo)準(zhǔn)為1.5μS）。
(a)
(b)
圖5聯(lián)機(jī)試驗(yàn)：(a)放電回路原理圖;(b)負(fù)載端電流電壓波形
該放電裝置組件與整套系統(tǒng)聯(lián)機(jī)后進(jìn)行了聯(lián)機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)中未出現(xiàn)異常情況。隨后投入了使用運(yùn)行，經(jīng)一年多的使用至今沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(guó)內(nèi)外眾多專家、學(xué)者都在努力攻關(guān)。本文由理論到實(shí)踐，從分析高壓晶閘管觸發(fā)器的原理、制作工藝和測(cè)試，然后進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，所形成產(chǎn)品到客戶使用運(yùn)行，效果良好，得到了客戶的認(rèn)可。
圖4（a）驅(qū)動(dòng)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(jí)、次級(jí)變比為2:1，鐵芯采用Φ40XΦ20X10鐵氧體磁環(huán)，初級(jí)繞制導(dǎo)線采用雙Q直徑0.75漆包線，繞30匝，次級(jí)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(jí)、次級(jí)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(jìn)行了測(cè)試，其結(jié)果為如下：
(1)絕緣電壓：初級(jí)、次級(jí)間加30kV電壓，一分鐘無(wú)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(shí)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(tái)電壓8V；
(5)觸發(fā)脈沖峰值電流：7A，平臺(tái)電流4A（觸發(fā)器同時(shí)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(jī)試驗(yàn)
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(fù)載提供較大的電流，而且要求有高的電流上升率。我們?cè)O(shè)計(jì)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。
(a)
(b)
圖3（a）脈沖形成電路；(b)輸出脈沖波形
2.3驅(qū)動(dòng)放大
末級(jí)功放管V801采用大功率MOS管IRFP250（33A，200V），由于是電壓觸發(fā)器件，因此可獲得較高的電壓、電流上升率。V802為續(xù)流二極管，R805決定觸發(fā)脈沖平臺(tái)電流，C803決定觸發(fā)脈沖峰值電壓、電流的寬度。
評(píng)論