[发明专利]安控晶闸管及其在地面供电安全上的应用和制作方法

说明书

本发明提出了安控晶闸管这个概念，安控晶闸管是通过阴极触发导通的晶闸管，包括阳极A、阴极K、和负极N，没有门级G，也不需要控制电路，而是通过从阴极施加工作电压来触发晶闸管导通，这种晶闸管只需单个元件就可完成接触轨的分段安全供电，主要用于供电安全控制，因此取名为安控晶闸管。安控晶闸管充分利用了电力机车、电动汽车等受电负载的负载特征，通过受电负载施加到阴极的工作电压让这种安控晶闸管导通，不需要控制电路，安装和维护更方便。安控晶闸管的应用有利于地面供电的接触轨或是公路安全供电轨道的普及。本发明还提供了安控晶闸管的制作方法。

技术领域

本发明涉及一种半导体晶闸管器件，用于轨道交通配电等地面供电安全技术领域，具体为安控晶闸管及其在接触轨和公路安全供电轨道上的应用，以及安控晶闸管的制作方法。

背景技术

晶闸管是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器SCR (Silicon ControlledRectifier)，晶闸管是PNPN 四层半导体结构，通常有三个连接端子：阳极A、阴极K和门极G，通过门极G注入驱动电流，晶闸管处于导通状态，此时撤掉门极G电流，晶闸管内部已经形成强烈的正反馈，晶闸管仍然会维持导通状态；当流过晶闸管的电流低于维持电流时，晶闸管才能断开。光控晶闸管LTT（Light Triggered Thyristor）的控制信号来自光的照射，没有引出控制极，所以，只有两个电极(阳极A和阴极K)。

在一些大批量的应用中，简化现场控制电路会给安装和维护带来很大的好处，比如在轨道交通的地面供电方式接触轨（也称作第三轨）系统中，为了安全，一般采用分区供电，用电磁或光传感器检测列车，让电网随列车运行按分区进行供电可以一定程度缓解安全压力，但是其切换电路结构比较复杂，安装维护也不方便，受成本限制不可能将分区分得太细太短，为了地面供电安全需要安装防护罩等附属设备，这就增加了供电系统的复杂性。

如中国专利（公告号 CN 103010032 B公告日为 2015.01.28）一种分段供电的安全三轨，采用了磁性元件吸合的方式，不仅结构复杂，大电流频繁机械切换也容易腐蚀触点，给维护运行带来隐患；又如中国专利（公告号CN1302744A公告日为2001-07-11）用来经大地给电动车辆供电的静止系统和电动车辆，用传感驱动控制电路来实现分段供电，当这种分段特别密集时，建设成本就会大幅增加，故障维护也将非常繁重，特别需要一种简便易行的措施来保障地面供电安全。

现有的汽车行驶中供电方案有接触网和地面接触轨供电及无线充电几种方式，但是无线充电成本高、效率低；接触网的大规模建设不仅维修维护成本高，对周边环境影响也比较大；现有的公路地面接触轨供电方案从安全性和可操作性考虑，也只能工作在安全电压以下低电压低速行驶，难以满足电动汽车的功率需求。本发明提供的地面供电安全的解决方案必将促进公路汽车行驶中供电的应用。

本发明就是通过设计一种安装和维护简便易行，成本低廉的元件，实现根据安全需要密集分区分段供电、按需供电，来保障人畜安全。

发明内容

针对现有系统的不足，本发明提出了安控晶闸管这个概念，安控晶闸管是通过阴极来触发导通的晶闸管，安控晶闸管有阳极A、阴极K和负极N，没有引出门极G，也就不需外部的传感及控制电路，而是通过从阴极A来施加工作电压触发晶闸管导通，这种晶闸管只需单个元件就可完成接触轨的分段安全供电，主要用于供电安全控制，为了叙述方便，本申请将这种通过阴极触发的晶闸管称为安控晶闸管；安控晶闸管采用平板封装结构，通过在阴极施加工作电压来触发安控晶闸管导通，这样，将安控晶闸管放置于接触轨的各个分段中部，阳极A接触供电阳极，阴极K连接各分段的正极接触面E，当受电负载L接触到各正极接触面E时，利用受电负载L给阴极K的触发电压信号触发安控晶闸管导通，供电阳极与本段正极接触面E接通供电；受电负载L驶离后，安控晶闸管自动关闭，接触轨表面不带电；人畜触碰接触轨表面安全无害；这样在原有电网分区供电的基础上，采用单个元件就可以实现更密集的接触轨表面分段供电，可以让供电更安全，安装维护更简便。