高压晶闸管触发器

1引言

随着科技的发展和社会的需要，晶闸管的发展趋势是大电流、高电压。随之而来问题是普通晶闸管触发器已适应不了新元件的要求，特别是高电压晶闸管对触发器的绝缘、脉冲上升沿、输出功率等要求越来越高。
本文介绍了一种用于高压脉冲晶闸管串的触发器，该脉冲串晶闸管由8只ABB公司制造的2500A/8000V晶闸管组成，对触发器的要求是：

⑴绝缘电压：大于30kV；

⑵触发脉冲前沿dv/dt：100V/μS；

⑶触发脉冲前沿di/dt：4.5A/μS；

⑷触发脉冲空载峰值电压：40V，带载峰值电压：16V，带载平台电压8V；

⑸触发脉冲峰值电流：大于7A，平台电流4A；

⑹触发脉冲宽度：100μS—120μS；

⑺触发器电源电压：AC220V。

2工作原理

触发器原理框图见图1，由脉冲形成、驱动放大、脉冲变压器及工作电源4部分构成。

图1触发器原理框图

2.1工作电源

电源的输入电压为交流220V，输出两路直流电压，分别为+15V和+80V，其中+15V为触发器脉冲形成部分供电，+80V为驱动放大及脉冲变压器供电。

电源的输入电压为交流220V，输出两路直流电压，分别为+15V和+80V，其中+15V为触发器脉冲形成部分供电，+80V为驱动放大及脉冲变压器供电。

图2工作电源原理电路

2.2脉冲形成

脉冲形成电路由1只施密特触发器4093及外围元件构成，见图3（a）。初始状态下+15V通过R801对地短路，4093的3脚为持续高电位，由于C802的隔直作用，4093的8脚、9脚亦为持续高电位，因此4093的10脚为低电平，末级功放管V801截止，没有脉冲输出。当按钮KS2断开瞬间+15V通过R801对C801充电，当充电电压达到4093的门槛电压时，4093的3脚为低电平，此低电平经C802耦合、整型后加至4093的8脚、9脚，10脚输出高电平，末级功放管V801导通，输出触发脉冲。因此，每按动一下按钮KS2就输出一个触发脉冲。此按钮与外接计数器连锁，就可以记录下触发脉冲的个数。图中R803、C802决定输出脉冲的宽度。

输出脉冲波形如图4(b)所示。

（a）

(b)

试验电压为30kV。由图可5(b)可见，8只晶闸管串的开通时间只有1.2μS，优于客户的标准规定（客户标准为1.5μS）。

(a)

(b)

图5联机试验：(a)放电回路原理图;(b)负载端电流电压波形

该放电装置组件与整套系统联机后进行了联机试验，试验中未出现异常情况。随后投入了使用运行，经一年多的使用至今没发现问题，使用效果非常理想。

4结论

高压大功率晶闸管的触发技术一直是困扰电力电子装置发展的重大难题，国内外众多专家、学者都在努力攻关。本文由理论到实践，从分析高压晶闸管触发器的原理、制作工艺和测试，然后进行了模拟试验，所形成产品到客户使用运行，效果良好，得到了客户的认可。

图4（a）驱动放大器电路；(b)输出脉冲波形

2.4脉冲变压器

脉冲变压器的初级、次级变比为2:1，铁芯采用Φ40XΦ20X10铁氧体磁环，初级绕制导线采用双Q直径0.75漆包线，绕30匝，次级绕制导线采用双Q直径1.0漆包线，绕15匝。变压器与印制板焊接完毕后装于由工程塑料浇注的壳体中，壳体内面放置1.0mm厚聚四氟乙烯板，以便将变压器、印制板与壳体隔离，然后浇注高绝缘硅胶406。初级、次级的引出端子采用高压磁柱，两引出端子距离为60mm。此触发器制作完毕后进行了测试，其结果为如下：

(1)绝缘电压：初级、次级间加30kV电压，一分钟无击穿；

(2)触发脉冲电压前沿dv/dt：100V/μS；

(3)触发脉冲电流前沿di/dt：4.5A/μS（触发器同时带8只脉冲变压器，触发8只晶闸管）；

(4)触发脉冲空载峰值电压：40V，带载峰值电压：16V，带载平台电压8V；

(5)触发脉冲峰值电流：7A，平台电流4A（触发器同时带8只脉冲变压器，触发8只晶闸管）；

(6)触发脉冲宽度：110μS。

3联机试验

本触发器与8只晶闸管串组成一高压放电装置，用于快速泄放电容上的电压，为负载提供较大的电流，而且要求有高的电流上升率。我们设计的放电装置电流幅值为50KA。放电回路原理图见图5(a)。输出波形见图5(b)。

输出脉冲波形如图3(b)所示。

(a)

(b)

图3（a）脉冲形成电路；(b)输出脉冲波形

2.3驱动放大

末级功放管V801采用大功率MOS管IRFP250（33A，200V），由于是电压触发器件，因此可获得较高的电压、电流上升率。V802为续流二极管，R805决定触发脉冲平台电流，C803决定触发脉冲峰值电压、电流的宽度。