专利名称：一种脉冲功率开关装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到大功率半导体器件脉冲开关设备领域，特指一种脉冲功率开关
>J-U ρ α装直。
背景技术：
当前，脉冲功率技术在国防科研、高新技术研究和民用工业等领域都有很广泛的应用，如核物理技术、高功率激光武器、大功率微波、注入金属离子技术等。在脉冲功率组件
中，脉冲开关决定了电路的导通和关断，起着连接储能器件与负载的作用。而半导体器件开关具有耐高压，大电流，无触点，快速的特点，目前正在被广泛研究。脉冲功率技术中，现有传统开关元件有火花隙(Spark gap)、引燃管(Ignition)、闸流管(Thyratron)、真空管和爆炸式开关等。但经过实际应用情况来看,这些传统的脉冲开关具有如下特点
1)火花隙应用在许多脉冲功率领域，但寿命较短，且受限于较低重复频率场合，；
2)引燃管具有耐高压、功率大、电流上升快特点，由于是多只器件压装，但寿命和火花隙一样很短；
3)闸流管同步控制比较困难，同时价格昂贵，易击穿；
4)而且传统的一些脉冲开关一般都应用在能量不是很高的电容储能放电应用中。且在脉冲应用工况中，电流在瞬间会产生很大的电流，在芯片周围会产生非常大的热量，一般的脉冲开关会因为功率不够而损坏，急需有一种能耐高压和大电流的脉冲开关。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种压装结构简单紧凑、便于装配和维护、通流能力强、可调性好、适用范围广的脉冲功率开
关装置。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案
一种脉冲功率开关装置，包括支架以及安装于支架上的整流管单元、晶闸管单元、触发保护单元，所述支架包括上压板、下压板以及连接于上压板和下压板之间的若干根螺栓，所述下压板上设有两个安装组件，其中一个安装组件上由下至上依次堆叠两个以上的晶闸管形成晶闸管单元，另外一个安装组件上设有一个以上的整流管形成整流管单元。作为本发明的进一步改进
所述触发保护单元包括支撑板、一个以上的触发支架、一个以上的触发保护板以及触发板电源，每个所述触发保护板对应并连接于一个触发支架上，所有所述触发支架以及触发板电源均连接于支撑板上，所述支撑板连接于支架上。每个所述安装组件均包括依次相连的碟簧、导柱和碗状绝缘垫，所述安装组件的上方安装第一主电路铜排。
所述整流管单元和晶闸管单元的顶部放置第二主电路铜排，所述第二主电路铜排上方与整流管单元和晶闸管单元对应的位置处均依次设置绝缘块和钢珠垫块，所述上压板压紧于第二主电路铜排的上方。相邻所述晶闸管之间设置小铜排，所述小铜排与触发保护单元相连。与现有技术相比，本发明的优点在于
I.本发明的脉冲功率开关装置，采用脉冲晶闸管作为固态开关组件，能通过不同的电流，通流能力更高；且可以根据不同的脉冲功率要求压装不同数量和类型的脉冲晶闸管以及整流管，进而扩大了其适用范围，为一种能耐高压和大电流的脉冲开关装置。2.本发明的脉冲功率开关装置，触发保护单元与整流管单元、晶闸管单元的压装结构进行了集成，缩小了体积，提高了效率，绝缘效果好，外形简洁，具有便于压装和维护的 特点。
图I是本发明的结构示意图。图2是基于晶闸管的开关原理不意图。图3是本发明中下压板的结构示意图。图4是依序在下压板上加上碟簧后的结构示意图。图5是依序安装完导柱和螺栓后的结构示意图。图6是依序安装完绝缘垫后的结构示意图。图7是依序安装完第一主电路铜排后的结构示意图。图8是依序安装完一个晶闸管后的结构示意图。图9是依序安装完小铜排后的结构示意图。图10是依序安装完所有晶闸管后的结构示意图。图11是依序安装完主电路铜排的结构示意图。图12是依序安装完绝缘块后的结构示意图。图13是依序安装完钢珠垫块后的结构示意图。图14是依序安装完上压板后的结构示意图。图15是触发保护单元中支撑板与触发支架相连的结构示意图。图16是安装完单个触发单元后的结构示意图。图17是依序安装所有触发单元时的结构示意图。图18是所有触发单元安装固定后的结构示意图。图19是依序安装完触发板电源后的结构示意图。图例说明
I、整流管单元；2、晶闸管单元；3、触发保护单元；4、下压板；5、碟簧；6、螺栓；7、导柱；8、绝缘垫；9、第一主电路铜排；10、晶闸管；11、小铜排；12、第二主电路铜排；13、整流管；14、绝缘块；15、钢珠垫块；16、上压板；17、触发支架；18、支撑板；19、触发保护板；20、触发板电源；21、支架。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本发明的脉冲功率开关装置主要应用于脉冲功率系统，该脉冲功率系统一般由高压电源单元、能量储存单元、主开关和负载几部分。脉冲功率开关装置在工作时，首先由高压电源单元对作为能量储存单元的电容进行充电，此时脉冲功率开关装置断开；当电容储能达到要求后，脉冲功率开关装置开通，该脉冲功率系统的电路输出能量。如图I所示，本发明的脉冲功率开关装置，包括支架21以及安装于支架21上的整流管单元I、晶闸管单元2、触发保护单元3。本发明中，晶闸管单元2采用脉冲晶闸管作为固态开关组件，利用晶闸管10可以自动开关 的特点，在电路中起到开关作用。晶闸管单元2能通过不同的电流，通流能力更高；其利用晶闸管10设计的脉冲开关是利用半导体的导通、截止性能，用一个小的控制电流来控制门极完成电路中的电流控制作用，通过一个外加信号，使得电路或通或断，起到开关的作用。因此，基于晶闸管10的开关可在高电压、大电流、需要快速导通和关断的场合使用，其基本原理如图2所示。其中储能单元由多个电容相并联，负载由多个电感及电阻联接而成。高压电源单元首先对储能单元进行充电，此时脉冲开关利用晶闸管10的电压阻断性能，将能量储存在电容器中，直至充电能量达到所要求的值。切断外部电源，然后触发晶闸管10，使晶闸管10导通，电路闭合，电容器就将储存的电能瞬间释放到负载，并得到所需的脉冲电流及持续导通时间。本发明的脉冲功率开关装置，可以根据不同的脉冲功率要求压装不同数量和类型的脉冲晶闸管以及整流管，进而扩大了其适用范围，为一种能耐高压和大电流的脉冲开关
>J-U ρ α装直。本实施例中，支架21包括上压板16、下压板4以及连接于上压板16和下压板4之间的若干根螺栓6，整流管单元I和晶闸管单元2则压装于上压板16、下压板4之间。参见图3、图4、图5和图6，先在下压板4上设置两个安装组件，每个安装组件均包括由下至上依次相连的碟簧5 (碟形弹簧)、导柱7、和碗状绝缘垫8，碟簧5起到安装预紧力的作用，导柱7起到对中和固定蝶形弹簧的作用。绝缘垫8为碗状是为了增加爬电距离，组件耐压更高。参见图7，在安装组件的下方安装第一主电路铜排9，主电路铜排9的作用是与电路进行联接。参见图8、图9、图10，根据实际需要，逐一将晶闸管10由下至上依次堆叠安装于其中一个安装组件上形成晶闸管单元2，相邻晶闸管10之间设置小铜排11，小铜排11的作用是与触发保护单元3的电路相连。晶闸管10在安装时，使用定位销的方式进行定位，从而能够保证所有的晶闸管10中心对准。参见图11，将一只以上的整流管13安装于另一个安装组件上形成整流管单元1，然后在整流管单元I和晶闸管单元2的顶部放置第二主电路铜排12。参见图12，在第二主电路铜排12上方与整流管单元I和晶闸管单元2对应的位置处均依次设置绝缘块14和钢珠垫块15。绝缘块14的作用是使组件带电部分与紧固件绝缘，钢珠垫块15的作用是使通过钢珠传递过来的力能均匀传递到器件表面。参见图13和图14，将上压板16压紧于第二主电路铜排12的上方。上压板16的作用是起到紧固的作用，第二主电路铜排12的作用是与主电路进行电路联接。本发明采用了多只晶闸管10串联，由于电路中有反向电压存在，加入了多只串联的整流管13并与前述的晶闸管支路进行反并联，这样反向电流可以直接从整流管13支路流过，从而对晶闸管支路起到保护。
本发明采用晶闸管10多只串联压装方式，同时加入了多只串联的整流管13并与晶闸管10支路进行反并联，这样晶闸管10在电路中工作时，如果有反向电流，可以直接从整流管13流过，可以对晶闸管10起到保护作用。在实际应用中，一个晶闸管10需要一个触发板和一套保护装置，在以往的开关组件中，晶闸管10的触发和保护设计往往是单独设计的，这样体积就会比较大，同时不利于线路联接，本组件中晶闸管10的触发板与保护板集成在一块PCB板上面，多只串联的PCB板又集成在一个抽屉式的绝缘框架结构当中，同时与整流管单元I和晶闸管单元2集成为一个整体。缩小了体积，减少了线路联接步骤，可以提高实际应用中的效率。本发明的整流管单元I和晶闸管单元2通过电流能力和耐电压能力更高，本组件中，电流可达300kA，耐压根据器件串联的数量可达25kV及以上。如图15 图19所示，触发保护单元3包括支撑板18、一个以上的触发支架17、一个以上的触发保护板19以及触发板电源20，每个触发保护板19对应并连接于一个触发支架17上，所有触发支架17以及触发板电源20连接于支撑板18上，该支撑板18连接于支架21上，与晶闸管10和整流管13的布置方向相同，即位于支架21的侧面(上压板16和下压板4的端部)。由此可见，触发保护单元3与整流管单元I、晶闸管单元2的压装结构进行 了集成，缩小了体积，提高了效率。触发保护板19集中了触发单元和保护单元，触发单元是给晶闸管10提供信号，使晶闸管10触发，从而使晶闸管10在电路中起到开关的作用。保护单元是由静态均压和动态吸收组成，作用是使每只器件的电压均匀一致，同时在电路中有过电压时对器件形成保护，避免损伤器件。以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种脉冲功率开关装置，其特征在干包括支架(21)以及安装干支架(21)上的整流管単元(I)、晶闸管単元(2)、触发保护単元(3)，所述支架(21)包括上压板(16)、下压板(4)以及连接于上压板(16)和下压板(4)之间的若干根螺栓(6)，所述下压板(4)上设有两个安装组件，其中一个安装组件上由下至上依次堆叠两个以上的晶闸管(10)形成晶闸管单元(2)，另外ー个安装组件上设有ー个以上的整流管(13)形成整流管単元(I )。
2.根据权利要求I所述的脉冲功率开关装置，其特征在于所述触发保护单元(3)包括支撑板(18)、ー个以上的触发支架(17)、ー个以上的触发保护板(19)以及触发板电源(20)，每个所述触发保护板(19)对应并连接于一个触发支架(17)上，所有所述触发支架(17)以及触发板电源(20)均连接于支撑板(18)上，所述支撑板(18)连接于支架(21)上。
3.根据权利要求I或2所述的脉冲功率开关装置，其特征在于每个所述安装组件均包括依次相连的碟簧(5)、导柱(7)和碗状绝缘垫(8)，所述安装组件的上方安装第一主电路铜排(9)。
4.根据权利要求3所述的脉冲功率开关装置，其特征在于所述整流管単元(I)和晶闸管単元(2 )的顶部放置第二主电路铜排(12 )，所述第二主电路铜排(12 )上方与整流管単元(I)和晶闸管単元(2)对应的位置处均依次设置绝缘块(14)和钢珠垫块(15)，所述上压板(16)压紧于第二主电路铜排(12)的上方。
5.根据权利要求I或2所述的脉冲功率开关装置，其特征在于相邻所述晶闸管(10)之间设置小铜排(11 )，所述小铜排(11)与触发保护単元(3)相连。
全文摘要
本发明公开了一种脉冲功率开关装置，包括支架以及安装于支架上的整流管单元、晶闸管单元、触发保护单元，所述支架包括上压板、下压板以及连接于上压板和下压板之间的若干根螺栓，所述下压板上设有两个安装组件，其中一个安装组件上由下至上依次堆叠两个以上的晶闸管形成晶闸管单元，另外一个安装组件上设有整流管形成整流管单元。本发明具有压装结构简单紧凑、便于装配和维护、通流能力强、可调性好、适用范围广等优点。
文档编号H01L25/07GK102760729SQ201210232690
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者任亚东, 孙文伟, 熊辉, 田媛, 郭金童, 颜骥 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司