單板多路高壓功率可控硅觸發(fā)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主要用于高能激光電源脈沖功率開(kāi)關(guān)的高壓功率可控硅觸發(fā)電路。更具體地說(shuō)，本發(fā)明是可用于復(fù)雜電磁環(huán)境下的高可靠性單板多路高壓功率可控硅觸發(fā)電路。
技術(shù)背景
[0002]高能固體激光器的泵浦一般都需要脈沖功率開(kāi)關(guān)加以控制或切換。組成脈沖功率開(kāi)關(guān)的主要開(kāi)關(guān)元件是多個(gè)高壓功率可控硅，其中有些可控硅需要同步觸發(fā)，并聯(lián)使用，以增加通過(guò)電流；有些可控硅又獨(dú)立使用，需要相互隔離觸發(fā)。通常高能激光電源中脈沖功率開(kāi)關(guān)承受的電壓大于5kV，通過(guò)電流達(dá)20kA，觸發(fā)電路所處的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，存在30kV以上的高壓點(diǎn)火脈沖和5kV/20kA的放電脈沖的強(qiáng)干擾源。上述諸多因素都對(duì)觸發(fā)電路和輸出的觸發(fā)脈沖提出了很高的要求。而一般的可控硅觸發(fā)電路隔離度較低(3.5kV)、可靠性一般、在復(fù)雜電磁環(huán)境下容易誤觸發(fā)，難以滿(mǎn)足高能激光電源中脈沖功率開(kāi)關(guān)及其復(fù)雜電磁環(huán)境的要求。因此，有必要設(shè)計(jì)一種高可靠性單板多路高壓功率可控硅觸發(fā)電路，使其具有觸發(fā)電流大、并聯(lián)觸發(fā)同步性好、隔離度高、抗干擾性能強(qiáng)和單板集成等特點(diǎn)，解決高能激光電源中脈沖功率開(kāi)關(guān)的特殊觸發(fā)需求。
[0003]本發(fā)明是對(duì)可控硅觸發(fā)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，在一般的可控硅觸發(fā)電路的基礎(chǔ)上，提供一種高可靠性單板多路高壓功率可控硅觸發(fā)電路，使其具有觸發(fā)電流大、并聯(lián)觸發(fā)同步性好、隔離度高、抗干擾性能強(qiáng)和單板集成等特點(diǎn)，以解決高能激光電源中脈沖功率開(kāi)關(guān)及其復(fù)雜電磁環(huán)境的特殊觸發(fā)需求。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到:一種單板多路高壓功率可控硅觸發(fā)電路，包括光耦電路、電流驅(qū)動(dòng)電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、繼電器保護(hù)電路和高隔離雙路DC/DC電源模塊及其輸入濾波電路，其特征在于:2組1kV光耦電路對(duì)應(yīng)電連接3組電流驅(qū)動(dòng)電路組成三路觸發(fā)脈沖同步的觸發(fā)電路，三路觸發(fā)電路中的觸發(fā)信號(hào)I和觸發(fā)信號(hào)2由同一個(gè)開(kāi)通信號(hào)，通過(guò)同一組光耦電路驅(qū)動(dòng)兩路電路形式和電路參數(shù)完全相同的電流驅(qū)動(dòng)電路廣生，另一路觸發(fā)電路關(guān)斷彳目號(hào)通過(guò)一組1kV光稱(chēng)電路順序串聯(lián)電流驅(qū)動(dòng)電路廣生觸發(fā)信號(hào)3 ;另外兩組1kV光耦電路分別串聯(lián)繼電器驅(qū)動(dòng)電路1、2，采用選通信號(hào)控制和觸發(fā)信號(hào)輸出端繼電器短路保護(hù)提高觸發(fā)電路的抗干擾性；上述4組1kV光耦電路采用1kV高隔離光耦提高輸入信號(hào)與觸發(fā)信號(hào)之間的隔離度，并通過(guò)雙路高隔離DC/DC電源摸塊供電。
[0006]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
本發(fā)明采用高隔離光耦和雙路高隔離DC/DC電源摸塊提高了觸發(fā)電路的各向隔離度，使得本電路可應(yīng)用于最高電壓為7.5kV的高壓環(huán)境中，再加選通信號(hào)控制和繼電器短路保護(hù)，使得本電路具有很強(qiáng)的抗干擾性和良好的電磁兼容性能，可以適應(yīng)復(fù)雜的電磁環(huán)境。
[0007]本發(fā)明采用1kV高隔離光耦提高輸入信號(hào)與觸發(fā)信號(hào)之間的隔離度，采用雙路高隔離DC/DC電源摸塊，提高供電輸入與觸發(fā)信號(hào)之間的隔離度以及兩組觸發(fā)信號(hào)之間的隔離度，以上措施可使整個(gè)觸發(fā)電路的隔離度達(dá)到1kV ;采用電容儲(chǔ)能和功率三極管推動(dòng)的方式提供大于5A的脈沖觸發(fā)電流；采用同一信號(hào)源及相同的儲(chǔ)能推動(dòng)電路提高并聯(lián)觸發(fā)同步性；采用選通信號(hào)控制和觸發(fā)信號(hào)輸出端繼電器短路保護(hù)等措施提高觸發(fā)電路的抗干擾性；采用模塊化結(jié)構(gòu)將三路觸發(fā)電路進(jìn)行單板集成，集成度高，電路板尺寸小，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可滿(mǎn)足各種使用環(huán)境。
[0008]由于觸發(fā)信號(hào)I和觸發(fā)信號(hào)2是由同I個(gè)開(kāi)通信號(hào)通過(guò)同一組光耦電路驅(qū)動(dòng)兩路電路形式和電路參數(shù)完全相同的電流驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的，所以?xún)烧咄耆?，可以觸發(fā)脈沖功率開(kāi)關(guān)中兩只并聯(lián)的功率可控硅Tl和T2。又由于觸發(fā)信號(hào)I和觸發(fā)信號(hào)2與觸發(fā)信號(hào)3之間具有1kV的電氣隔離度,觸發(fā)信號(hào)3可以觸發(fā)脈沖功率開(kāi)關(guān)中單獨(dú)的功率可控硅T3。
[0009]可控硅的開(kāi)通過(guò)程受其門(mén)極觸發(fā)脈沖影響很大，強(qiáng)觸發(fā)脈沖可以減小器件開(kāi)通時(shí)間，促使串聯(lián)器件同時(shí)開(kāi)通；同時(shí)強(qiáng)觸發(fā)脈沖還具有減小器件開(kāi)通損耗，增強(qiáng)器件di/dt承受能力的作用。因此給并聯(lián)器件施加同步的、前沿極陡的、強(qiáng)度足夠的觸發(fā)脈沖是十分必要的。對(duì)觸發(fā)脈沖要求為:觸發(fā)電流幅值:IGM = 4-10IGT ;觸發(fā)電流上升時(shí)間低于I μ S。
[0010]本發(fā)明的觸發(fā)電路可輸出兩路完全同步的觸發(fā)脈沖，其上升時(shí)問(wèn)小于I μ S，電流接近5Α(在I Ω的摸擬負(fù)載上測(cè)試)，可應(yīng)用于幾十千安的功率可控硅的并聯(lián)觸發(fā)，輸出的另外一路觸發(fā)脈沖的觸發(fā)電流和上升時(shí)間也一樣，可以觸發(fā)一只大功率可控娃。
[0011]本發(fā)明采用同一個(gè)開(kāi)通信號(hào)，通過(guò)同一組光耦電路驅(qū)動(dòng)兩路電路形式和電路參數(shù)完全相同的電流驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)I和觸發(fā)信號(hào)2和另一路觸發(fā)電路關(guān)斷信號(hào)1kV光耦電路順序串聯(lián)電流驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)3，解決了兩個(gè)高壓功率可控硅(可擴(kuò)展多個(gè))的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)和一個(gè)獨(dú)立高壓功率可控硅(可擴(kuò)展多個(gè))的隔離觸發(fā)問(wèn)題，具有觸發(fā)電流大、并聯(lián)觸發(fā)同步性好、隔離度高、抗干擾性能強(qiáng)和單板集成的特點(diǎn)。
[0012]本發(fā)明在每組電流驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置了一個(gè)470 μ F/50V的儲(chǔ)能電容，它可使大于3Α的觸發(fā)電流維持20 μ s以上時(shí)間，而上升沿小于I μ S，可使其觸發(fā)的功率可控硅快速可靠開(kāi)通。
[0013]本發(fā)明的觸發(fā)電路集成度高，電路板外形尺寸為150mmX 130mmX30mm,采用鎖緊條安裝方式，維修方便。本電路采用模塊化設(shè)計(jì)，可靠性高。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的功率可控硅觸發(fā)電路工作原理示意圖。
[0015]圖2、圖3是本發(fā)明功率可控硅觸發(fā)電路實(shí)測(cè)觸發(fā)脈沖波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在圖1中，單板多路高壓功率可控硅觸發(fā)電路，主要由4組1kV光耦電路、3組電流驅(qū)動(dòng)電路(含儲(chǔ)能電容)、2路繼電器驅(qū)動(dòng)電路、3路繼電器保護(hù)電路和高隔離雙路DC/DC電源模塊及其輸入濾波電路組成。電流驅(qū)動(dòng)電路由TIP107功率三極管提供觸發(fā)電流。2組1kV光耦電路對(duì)應(yīng)電連接3組電流驅(qū)動(dòng)電路組成三路觸發(fā)脈沖同步的觸發(fā)電路，三路觸發(fā)電路中的觸發(fā)信號(hào)I和觸發(fā)信號(hào)2由同一個(gè)開(kāi)通信號(hào)，通過(guò)同一組光耦電路驅(qū)動(dòng)兩路電路形式和電路參數(shù)完全相同的電流驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生，另一路觸發(fā)電路關(guān)斷信號(hào)1kV光耦電路順序串聯(lián)電流驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)3 ;另外兩組1kV光耦電路分別串聯(lián)繼電器驅(qū)動(dòng)電路
1、2，采用選通信號(hào)控制和觸發(fā)信號(hào)輸出端繼電器短路保護(hù)提高觸發(fā)電路的抗干擾性；上述4組1kV光耦電路采用1kV高隔離光耦提高輸入信號(hào)與觸發(fā)信號(hào)之間的隔離度，并通過(guò)雙路高隔離DC/DC電源摸塊供電。每路可供4組電流驅(qū)動(dòng)電路用電，使本觸發(fā)電路在可控硅的觸發(fā)數(shù)量上具有較大的擴(kuò)展能力。在每組電流驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置有一個(gè)使大于3A的觸發(fā)電流維持20 μ s以上時(shí)間，上升沿小于I μ s，470 μ F/50V的儲(chǔ)能電容。觸發(fā)信號(hào)I和觸發(fā)信號(hào)2通過(guò)同一組電路參數(shù)相同電流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，同步觸發(fā)脈沖功率開(kāi)關(guān)中兩只并聯(lián)的功率可控硅Tl和Τ2。觸發(fā)信號(hào)I和觸發(fā)信號(hào)2與觸發(fā)信號(hào)3之間具有1kV的電氣隔離度，觸發(fā)信號(hào)3可以觸發(fā)脈沖功率開(kāi)關(guān)中的單獨(dú)的功率可控硅Τ3。