20kV小电流可控硅固体开关的研制

，就可以周期地对C1充放电。R1远小于Rl，起分压作用，便于测量波形。SW1和SW2导通时，R1上的电压波形特征即反映了开关导通特性。

要得到耐压20kV的开关，其电流约l mA。TYNl225的通态平均电流可达16A，完全满足开关对电流的要求，我们要做的是将多个TYNl225串联起来提高耐压。考虑到降额使用，每个管子的工作电压取其标称值的60～70%，再加上串联系统中的冗余设计，串联管子的数量应适当增加。

实验时，没有没置原理图中的SW0、R0和C1等组件，用高压直流电源直接加于串联的可控硅及负载电阻的两端，略去了R1，直接用高压探头测量RL上电压波形。测量了串联开关单次导通时负载电阻RL上的电压波形。

图1中Rp为静态均压电阻，Ds、Rs、Cs构成动态均压网络。由于阻断状态下各可控硅的阻断电阻存在较大差异，Rp的作用就是在正向阻断状态下，完成各可控硅的直流均压，要求其阻值远小于开关管的泄漏电阻，同时兼顾其功耗。实际使用中，也并非所有管子的Rp都完全同样大小，必要时应该在实验中根据每只管子的性能差异进行合理地调整。同时，又因为可控硅工作在开关状态，增加了出现电压不均现象的可能性，特别是开通和关断的时间不一致，最后开通或关断的管子将独自承受高压。动态均压网络可以用来解决电压不均问题，实质上就是利用电容Cs两端电压不能突变的特性使得每只管子所承受的瞬态电压分配均匀。因此要求Cs的值比可控硅阳极和阴极间的结电容大得多。

如图1所示，变压器次级接全桥整流电路，每个桥臂均采用超快恢复二极管UF4007，整流桥后接电容C2-1到C2-28滤波。电容C2-1到C2-28需要取一个合适的值。当取值太小时，在可控硅的门极得不到足够大的驱动电压使其导通;取值太大时，由于电容本身固有的误差较大，很难保证其值大小完全相同，会导致可控硅门极电压上升时间不一致，也就使可控硅不能一致导通。

实验中，先在低压电源下测试串联可控硅的导通一致性。首先运用少量可控硅串联进行实验，以获取导通时的负载波形。8个管子串联，滤波电容C2取10μF，触发信号到来之后，图5(a)为负载电阻上的电压波形，可以明显地看出可控硅的导通严重不一致，从开始导通到完全导通用时超过了7μs;电容取O.1μF后，管子能很好地一致导通，如图5(b)所示。

将28个可控硅串联起来，逐步抬高电源电压值进行测试。串联的可控硅均能很好地导通，随着电源电压的抬高，其上升时间也会逐渐降低。当HV=20kV时，触发信号使能后，负载电阻RL上的电压波形如图6所示，示波器记录上升时间Tr=164.8 ns，低压375V系未导通时电源电压HV在负载RL的分压，静态时的漏电流很小，I漏=375/20MΩ=18.75μA。

　　4 结语

本文成功地进行了多个可控硅串联作20 kV开关的实验。实验结果表明，用多个普通可控硅串联起来作低成本、低频率的高压开关是可以实现的。今后将在开关的可靠性方面做更大的努力，并研究通过光隔离控制多个串联的功率开关，设计出更高电压的大功率同体开关，并用单片机或PC机取代实验中所用的信号发生器来实现程控开关功能。