[发明专利]一种基于电触发晶闸管的大功率放电开关装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电触发晶闸管的大功率放电开关装置，该装置主要应用于冲击大电流技术等涉及大功率脉冲技术的应用领域。

背景技术

在冲击大电流技术等脉冲功率技术中，放电开关是必不可少的装置。它的作用是将高功率脉冲电源给传输线充电的能量在极短的时间（最短可为纳秒）内以极高的功率密度向负载释放。

传统的气体开关、真空触发开关、固体开关、激光触发开关、磁开关等放电开关装置由于控制响应速度慢、大电流下容易烧损、可靠性和安全性差，严重影响了高脉冲电源的传输效率、脉冲上升时间和工作稳定性，因此很少作为大功率放电开关使用。

本发明是基于普通晶闸管（Electronic Triggered Thyristor，简称ETT）作为开关元件，ETT阀中晶闸管为电触发方式，脉冲首先经光缆传送到与晶闸管等电位的晶闸管电子设备(Thyirstor Electronic，简称TE板)，TE板将脉冲转换成电脉冲并放大其功率，然后再将此强电触发脉冲送到晶闸管门极触发晶闸管。位于高电位的TE板为ETT阀控制保护功能的核心部件，它包括：取能回路、放大器回路、光电转换器件、监视回路和保护回路(实现晶闸管正压超过设计值时的强迫安全导通即BOD保护)。

因此，本发明采用电触发晶闸管作为放电开关元件，涉及半导体器件的压装、传热、固体及流体应力分析、高压绝缘配合等多方面的技术。在技术上不仅满足承受大功率、具有较长寿命、工作稳定可靠的要求，而且具有很小的延迟和抖动时间、重复性好及良好的工作性能的特点，完全保证了脉冲功率技术和脉冲电流试验技术的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构层次化简单、可靠性高、电气性能好、免维护的基于晶闸管元件的大功率放电开关，该装置采用低抖动、高可靠的新型开关技术，是一种具有高效的脉冲大功率传输效率的新型模块化放电开关。

本发明提供一种基于电触发晶闸管的大功率放电开关装置的具体实施方法，一种基于电触发晶闸管的大功率放电开关装置，包括：模块化晶闸管串联单元、RC吸收回路单元、静态均压单元、触发单元和耦合供电单元，模块化晶闸管串联单元由一个以上的晶闸管串联而成，晶闸管的门极与触发单元相连，当需要导通开关时，由控制系统发出触发信号同步触发大功率放电开关装置的晶闸管；静态均压单元包括静态均压电阻，静态均压电阻并联在单个晶闸管的两极，静态均压单元能有效保证各个晶闸管上承受均衡的电压；RC吸收回路单元并联在单个晶闸管的两极，吸收电容与吸收电阻串联构成RC吸收回路单元，抑制电路中因电压瞬变对器件所引起的电流冲击和对电流瞬变时的自感电动势进行钳位；触发单元接收控制系统的触发信号，控制晶闸管的导通，同时判断晶闸管的状态是否正常，并将反馈状态信号送给控制系统；耦合供电单元为触发单元提供电源。

作为本发明进一步的实施方式，静态均压电阻采用弯管母排并联至单个晶闸管的两极，静态均压单元用于减小漏电流特性对分压的影响，同时为触发单元检测晶闸管的状态起分压作用。

作为本发明进一步的实施方式，基于晶闸管的大功率放电开关进一步包括BOD保护单元，BOD保护单元包括BOD二极管，BOD保护单元通过BOD二极管实现过压强触发保护，若触发脉冲信号丢失，则没有被正常触发的晶闸管将承受过高的正向电压，当电压高于BOD的预设值时紧急触发晶闸管，保护晶闸管免于被击穿。

作为本发明进一步的实施方式，基于晶闸管的大功率放电开关进一步包括压装组件单元，压装组件单元包括侧板、压装部件、高压套杯、环氧布管和压板以及双头螺杆，环氧布管套在螺杆的外部，压装组件采用上下两块压板和四根螺杆组成基本骨架并固定在两块侧板之间，在组合模块化晶闸管串联单元和静态均压单元后，经高压套杯和压装部件压装后，保证晶闸管有效的压紧和导通。

作为本发明进一步的实施方式，基于晶闸管的大功率放电开关进一步包括母排单元，母排单元包括进出线母排、紫铜板母排和弯管母排，紫铜板母排连接和定位相邻的两个晶闸管，同时作为散热器，增强晶闸管的自然冷却面积；进出线母排作为电缆进出引线，与外接主电路相连。

作为本发明进一步的实施方式，耦合供电单元包括电流互感器和取能板，大电流电源变压器，限流互感器，大电流电源变压器和限流互感器以耦合隔离供电方式为触发单元提供电源，实现高低压隔离；电流互感器及取能板采集大功率放电开关装置的电流大小，提供控制系统和触发单元的测量和保护。