高壓晶閘管觸發器
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1引言
本文引用地址：http://www.104case.com/article/231449.htm 隨著科技的發展和社會的需要，晶閘管的發展趨勢是大電流、高電壓。隨之而來問題是普通晶閘管觸發器已適應不了新元件的要求，特別是高電壓晶閘管對觸發器的絕緣、脈沖上升沿、輸出功率等要求越來越高。
本文介紹了一種用于高壓脈沖晶閘管串的觸發器，該脈沖串晶閘管由8只ABB公司制造的2500A/8000V晶閘管組成，對觸發器的要求是：
⑴絕緣電壓：大于30kV；
⑵觸發脈沖前沿dv/dt：100V/μS；
⑶觸發脈沖前沿di/dt：4.5A/μS；
⑷觸發脈沖空載峰值電壓：40V，帶載峰值電壓：16V，帶載平臺電壓8V；
⑸觸發脈沖峰值電流：大于7A，平臺電流4A；
⑹觸發脈沖寬度：100μS—120μS；
⑺觸發器電源電壓：AC220V。
2工作原理
觸發器原理框圖見圖1，由脈沖形成、驅動放大、脈沖變壓器及工作電源4部分構成。
圖1觸發器原理框圖
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為觸發器脈沖形成部分供電，+80V為驅動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為觸發器脈沖形成部分供電，+80V為驅動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只施密特觸發器4093及外圍元件構成，見圖3（a）。初始狀態下+15V通過R801對地短路，4093的3腳為持續高電位，由于C802的隔直作用，4093的8腳、9腳亦為持續高電位，因此4093的10腳為低電平，末級功放管V801截止，沒有脈沖輸出。當按鈕KS2斷開瞬間+15V通過R801對C801充電，當充電電壓達到4093的門檻電壓時，4093的3腳為低電平，此低電平經C802耦合、整型后加至4093的8腳、9腳，10腳輸出高電平，末級功放管V801導通，輸出觸發脈沖。因此，每按動一下按鈕KS2就輸出一個觸發脈沖。此按鈕與外接計數器連鎖，就可以記錄下觸發脈沖的個數。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)
試驗電壓為30kV。由圖可5(b)可見，8只晶閘管串的開通時間只有1.2μS，優于客戶的標準規定（客戶標準為1.5μS）。
(a)
(b)
圖5聯機試驗：(a)放電回路原理圖;(b)負載端電流電壓波形
該放電裝置組件與整套系統聯機后進行了聯機試驗，試驗中未出現異常情況。隨后投入了使用運行，經一年多的使用至今沒發現問題，使用效果非常理想。
4結論
高壓大功率晶閘管的觸發技術一直是困擾電力電子裝置發展的重大難題，國內外眾多專家、學者都在努力攻關。本文由理論到實踐，從分析高壓晶閘管觸發器的原理、制作工藝和測試，然后進行了模擬試驗，所形成產品到客戶使用運行，效果良好，得到了客戶的認可。
圖4（a）驅動放大器電路；(b)輸出脈沖波形
2.4脈沖變壓器
脈沖變壓器的初級、次級變比為2:1，鐵芯采用Φ40XΦ20X10鐵氧體磁環，初級繞制導線采用雙Q直徑0.75漆包線，繞30匝，次級繞制導線采用雙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、次級的引出端子采用高壓磁柱，兩引出端子距離為60mm。此觸發器制作完畢后進行了測試，其結果為如下：
(1)絕緣電壓：初級、次級間加30kV電壓，一分鐘無擊穿；
(2)觸發脈沖電壓前沿dv/dt：100V/μS；
(3)觸發脈沖電流前沿di/dt：4.5A/μS（觸發器同時帶8只脈沖變壓器，觸發8只晶閘管）；
(4)觸發脈沖空載峰值電壓：40V，帶載峰值電壓：16V，帶載平臺電壓8V；
(5)觸發脈沖峰值電流：7A，平臺電流4A（觸發器同時帶8只脈沖變壓器，觸發8只晶閘管）；
(6)觸發脈沖寬度：110μS。
3聯機試驗
本觸發器與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，為負載提供較大的電流，而且要求有高的電流上升率。我們設計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驅動放大
末級功放管V801采用大功率MOS管IRFP250（33A，200V），由于是電壓觸發器件，因此可獲得較高的電壓、電流上升率。V802為續流二極管，R805決定觸發脈沖平臺電流，C803決定觸發脈沖峰值電壓、電流的寬度。
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