[实用新型]中高压功率半导体变流设备的门极驱动电路

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种中高压功率半导体变流设备控制技术，尤其涉及一种中高压功率半导体变流设备的门极驱动电路。

背景技术

    中高压功率半导体（例如晶闸管、双向晶闸管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管）变流设备，例如中高压晶闸管交流调压设备、中高压晶闸管软起动器或者中高压晶闸管整流逆变设备等，由于其自动化控制系统都是以微处理器为核心的低电压系统，而晶闸管都处在中高电压电路中，所以它的移相触发脉冲，通常都是由微机控制系统产生移相控制触发脉冲经过光纤传输，再经过光电转换变成电信号，通过半导体功率放大电路加到晶闸管的门极和阴极间，使晶闸管触发导通。这个把光信号变成可以控制晶闸管触发导通的电路（门极驱动电路）电压虽然不高，不过十几伏到三、四十伏间，但是它处在高电压环境中，它的控制信号来自于光纤，能满足高压强电回路和低压弱电控制回路的隔离要求。另一个要解决的高压强电回路和低压弱电控制回路的隔离问题是它的供电电源，也即触发电路电源（触发电源）也要满足高、低电压的隔离要求。

现有的解决方法有以下三种：

1、所谓的“自供电的晶闸管门极驱动电路”。参见图1，图1是一个6KV晶闸管固态软起动器中的一相，通过在6KV强电回路中的晶闸管旁并联的电阻分压器上取出电压给晶闸管门极驱动电路供电，而它的移相脉冲控制信号是通过光纤送来，所以这里的晶闸管门极驱动电路与弱电控制系统是隔离的。但是这种方法存在致命的缺点是：1）耗能大。简单算一算，如果晶闸管门极驱动电路需要20V 10W功率，对于三个晶闸管串联的6KV电路来说，每个分压电阻就要增加2KW的功耗。2）检查很不方便。晶闸管门极驱动电路因为处在高压强电环境下，并且如果高压电源电压降低后，该电路就不能工作，所以不能简单的用低压380V电源代替高压来工作，所以在该电路板上都另外设有供检查试验的电源插头。3）由于晶闸管二端的电压下降后该门极驱动电路就不能正常工作，所以在一些工作状态下还需提供另外的独立供电电源。例如采用这种门极驱动电路的中高压晶闸管固态软起动器使用说明书上会特地注明：“注意：如果使用泵控制或停止控制，门极驱动板使用独立电源供电板连续供电”。

所以新设计的产品一般不采用第1种方法，目前有下面二种改进的电路结构。

2、采用工频电流互感器供电的晶闸管门极驱动电路。在一个高压晶闸管装置中，例如一个6KV晶闸管软起动器，每个晶闸管门极驱动电路都由一个独立的电流互感器的次级绕组供电，而互感器的次级电流则来自于穿过它们的一根高压电缆，高压电缆二端接到一个低压大电流变压器上。如此，这根高压电缆就担负起把低压大电流变压器与处在不同高电压水平下的门极驱动电路中的电流互感器绕组的隔离作用；同时各个电流互感器有适当的距离，它们之间也是互相隔离的，从而保证各个处在不同电压水平的门极驱动电路能相互隔离。该方式的缺点是互感器的初级激励电流比较大，控制功率比较大，穿过各互感器的高压电缆芯也比较粗，各个电流互感器体积较大。

3、采用高压脉冲电源变压器供电的半导体功率器件门极驱动电路。在一个中高压功率半导体（例如晶闸管）变流设备中，例如一个10KV晶闸管软起动器，各个晶闸管门极驱动电路由几个高压脉冲电源变压器的各个副绕组供电，一个高压脉冲电源变压器对四个晶闸管门极驱动电路供电。由于晶闸管门极驱动电路处在10KV的高电压环境下，并且各个晶闸管间也有很高的电压，所以对高压脉冲电源变压器的绝缘要求很高，各个绕组都要按10KV工作电压来考核其绝缘，并且它们的输出导线也用硅橡胶绝缘的高压电线。每个这样的高压脉冲电源变压器如果带太多的晶闸管，体积就会很庞大。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种中高压功率半导体变流设备的门极驱动电路，该门极驱动电路能对变流设备中处于各个不同高电压水平下的功率半导体器件（例如晶闸管、双向晶闸管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管）门极进行触发控制。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种中高压功率半导体变流设备的门极驱动电路，包括低压中频电源、中频降压变压器、高压电缆、中频电流互感器、整流滤波电路、门极驱动信号光纤输入电路、脉冲功率放大电路；