专利名称：一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及大功率半导体电力电子技术，尤其涉及一种应用于机车车辆领域大功率整流装置的可移相大功率晶间管整流装置的脉冲触发电路。
背景技术：
在对机车大功率整流装置(硅机组)进行型式试验和例行试验(出厂试验)时需 要外部对整流装置的大功率晶间管提供与整流装置(硅机组)输入电压同步的触发脉冲信 号，并通过触发信号的相位移动来实现整流装置输出功率大小的可控。目前行业中很多大 功率晶间管触发脉冲信号都是采用软硬件相结合的数字电路产生，或者是通过普通信号发 生器加功率放大器相结合的方式产生。通过普通信号发生器加功率放大器相结合的方式产 生触发脉冲的显著缺陷为成本高、操作复杂、同步性不稳定，且一旦故障，维修成本高。目前行业中通用的采用软硬件相结合的数字电路产生触发脉冲的数字晶闸管触 发脉冲信号发生器主要存在以下缺陷1、输出功率小，因为晶闸管属电流触发导通器件，触发功率不足就会导致整流装 置(硅机组)的个别晶间管不能有效触发导通，致使整流装置(硅机组)的工作不稳定，输 出功率也不受控，特别是进行型式试验的大功率考核时表现尤为严重。2、易受外界信号干扰而导致输出信号稳定性不足，由于控制对象为大功率晶闸 管，也就对控制设备的抗干扰能力提出了更高的要求，如果信号不稳定，将直接导致各整流 桥臂的并联晶闸管触发不平衡，势必对整流装置(硅机组)的均流系数测量产生直接影响 (型式试验和例行试验重点考核项目，桥臂电流高达8000A)，导致得不到准确的试验数据； 同时，不稳定的触发信号也会导致做高压轻载试验考核时，输出电压不稳定(纹波很大)， 而给产品质量带来严重隐患。3、检修复杂和故障维修成本高，由于数字晶闸管触发脉冲信号发生装置采用的是 集成电路、软硬件相结合的控制方式，同时也就对其检修和故障维修成本提出了更高的要 求，甚至其维修成本得不偿失。
发明内容
本发明提供一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置，该发明可以很好的克服输出 功率不足、易受外界信号干扰而导致输出信号稳定性不足等技术难题。同时，由于电路设计 简单，可以很好的简化检修步骤和降低故障维修成本，可修复性价比高，确保了实际应用过 程中的稳定性。本发明提供一种可移相大功率晶间管脉冲触发装置，包括电源模块、脉冲形成模 块、脉冲放大模块和外部信号采集模块，电源模块将输入的直流电源转变为三路稳定的直 流电源输出，为脉冲形成模块、脉冲放大模块和外部信号采集模块提供工作电源；外部信号 采集模块为脉冲形成模块提供可调移相控制电压信号，同时为脉冲形成模块提供脉冲形成 的同步信号；脉冲形成模块将可调移相直流电压信号和脉冲形成的同步信号进行合成处理得到可移相触发脉冲信号列，并送往脉冲放大模块将信号进行功率放大；脉冲放大模块将脉冲形成模块产生的触发脉冲列信号放大，并送往整流装置相应整流桥臂的脉冲变压器对 晶闸管进行可靠触发导通。作为本发明进一步的实施方式，电源模块进一步将输入的DCllOV电源转变为5V、 士 15V、士 24V三路稳定直流电源输出，其中5V、士 15V为脉冲形成模块提供工作电源，5V、 士24V为脉冲放大模块提供工作电源；同时，+15V电压还为外部信号采集模块中的移相控 制电位器提供工作电压。作为本发明进一步的实施方式，外部信号采集模块进一步包括四个相互独立的电 位器，外部信号采集模块通过调整四个相互独立的移相控制电位器产生四路独立的可调移 相控制电压信号提供给脉冲形成模块，并分别独立控制四组触发脉冲信号中一组信号触发 相位角的大小。作为本发明进一步的实施方式，外部信号采集模块进一步通过工频变压器将采集 的AC220V变换为AC6V的正弦交流信号直接提供给脉冲形成模块，作为脉冲形成的同步信号。作为本发明进一步的实施方式，脉冲形成模块进一步包括脉冲移相顺序控制模 块、脉冲形成电路、比较器模块和逻辑组合模块，所述脉冲移相顺序控制模块将来自移相控 制电位器产生的移相控制电压经过函数变换后输出至比较器模块与同步信号进行比较后 得到对应的移相触发电平信号，再与脉冲形成模块的内部信号经逻辑组合模块进行逻辑组 合后产生触发脉冲输出至脉冲形成电路，得到对应的移相触发电平信号，并保证各整流桥 臂的触发脉冲移相按要求的顺序均勻调节。作为本发明进一步的实施方式，脉冲形成模块通过脉冲移相顺序控制模块、比较 器模块、逻辑组合模块和脉冲形成电路将可调移相直流电压信号和外部信号采集模块工频 变压器采集的AC6V同步信号进行合成处理后得到四组八路独立的可移相5V触发脉冲信号 列，并送往脉冲放大模块将信号进行功率放大。作为本发明进一步的实施方式，脉冲形成模块进一步包括脉冲分配电路，由脉冲 形成电路产生的脉冲列经脉冲分配电路中的输出门电路进行脉冲分配后送往脉冲放大模 块。作为本发明进一步的实施方式，脉冲放大模块进一步将脉冲形成模块送来的四组 独立可移相5V触发脉冲列进行功率放大为士24V的触发脉冲列信号。作为本发明进一步的实施方式，脉冲放大模块进一步包括9组18路放大通道，每 个通道的输入来自脉冲形成模块，输出直接送至脉冲变压器可靠触发相应整流桥臂的晶闸管。作为本发明进一步的实施方式，脉冲放大模块进一步包括脉冲封锁电路，所述脉 冲封锁电路产生脉冲封锁信号，所述脉冲封锁信号包括共同脉冲封锁信号和延时脉冲封锁 信号，对每组两个通道产生共同的脉冲封锁信号，对所有通道产生延时脉冲封锁信号。通过应用本发明实施方式所描述的装置，实现了工作信号与形成信号的隔离，提 高了工作脉冲信号的抗干扰性能，确保了装置可以大功率输出。同时电路设计简单，可以很 好的简化检修步骤和降低故障维修成本，可修复性价比高，确保了实际应用过程中的稳定 性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置的外部结构示意图一；图2为本发明一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置的外部结构示意图二 ；图3为本发明一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置的系统功能结构框图；图4为本发明一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置的电源模块结构示意图；图5为本发明一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置的脉冲形成模块输出脉冲 波形示意图；图6为本发明一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置脉冲形成模块的功能结构 框图；图7为本发明一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置的脉冲放大模块输出触发 脉冲波形示意图；图8为本发明一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置的脉冲放大模块功能结构 框图；图9为本发明一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置的脉冲放大模块部分电路 原理图。其中1-电源板、2-脉冲形成版、3-脉冲放大板、4-散热风扇层、5-四路移相信号 控制旋钮、6-四组8路信号输出点、7-DC110V电源及AC220V同步信号输入端口、8-电源模 块、9-脉冲形成模块、10-脉冲放大模块、11-外部信号采集模块、12-整流装置、13-脉冲移 相顺序控制模块、14-脉冲形成电路、15-脉冲分配电路、16-比较器模块、17-逻辑组合模 块。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明的具体实施方式
以四组八路信号控制方 式为例进行描述，不应构成对本发明保护范围的限制。如图1和图2可移相大功率晶闸管脉冲触发装置的外部结构示意图所示，整个可 移相大功率晶间管脉冲触发装置的外部结构包括电源板1、脉冲形成板2、脉冲放大板3、 散热风扇层4、四路移相信号控制旋钮5、四组8路信号输出点6、DCllOV电源及AC220V同 步信号输入端口 7。如图3的系统功能结构框图所示，可移相大功率晶闸管脉冲触发装置功能结构主 要由电源模块8、外部信号采集模块11、脉冲形成模块9、脉冲放大模块10四大部分组成。电源模块如图4电源模块结构示意图所示，电源模块8将输入的DCllOV电源转变为5V、士 15V、士24V三路稳定直流电源输出，其中5V、士 15V为脉冲形成板提供工作电源， 5V、士24V为脉冲放大板提供工作电源；同时，+15V电压还要给外部信号采集模块中的移相 控制电位器提供工作电压。在电源面板上有钮子开关、输出电压检测孔和电源运行状况指 示灯。检测孔可以分别检测各路电源的输出电压，指示灯有绿、红两种状态，绿灯表示正常， 红灯表示电源中断(或故障)。电源板的工作电压范围为DC77V 138V，输入电压超过该 范围会直接导致电源保护，电源板工作中断。外部信号采集模块通过调整4个相互独立的移相控制电位器产生4路独立的可 调移相控制电压信号UE1、UE2、UE3、UE4(DC0 15V手动连续可调)提供给脉冲形成板，并 分别独立控制4组触发脉冲信号中一组信号触发相位角的大小；通过工频变压器将采集的 AC220V变换为AC6V的正弦交流信号直接提供给脉冲形成板，作为脉冲形成的同步信号Ud0脉冲形成模块通过信号形成、脉冲移相顺序控制和脉冲形成三部分电路将可调 移相直流电压信号UEl、UE2、UE3、UE4和工频变压器采集的AC6V(AC4. 2V AC7. 2V)同步 信号Ud进行若干合成处理后得到4组8路独立的可移相5V触发脉冲信号列，并送往脉冲 放大板将信号进行功率放大。脉冲放大模块将脉冲形成板产生的5V触发脉冲列信号放大为士 24V的触发脉冲 列信号，并送往整流装置(硅机组)相应整流桥臂的脉冲变压器对晶间管进行可靠触发导通。脉冲形成板脉冲形成插件由信号形成、脉冲移相顺序控制和脉冲形成三部分电 路组成；作用是产生对各整流桥臂晶闸管的触发脉冲，该板的具体电路功能结构如图6所 示。其中信号形成电路通过对同步变压器次边采集的AC6V同步信号Ud进行若干处理，并 获得以下电路所需的各种信号如图6的脉冲形成模块的功能结构框图所示，脉冲形成模块9进一步包括脉冲移 相顺序控制模块13、脉冲形成电路14、比较器模块16和逻辑组合模块17。其中，脉冲移相顺 序控制模块13的作用是将来自移相控制电位器产生的移相控制电压UE1、UE2、UE3、UE4经 过函数变换，并且与同步信号Ud比较后得到对应的移相触发电平信号dal、da2、da3、da4。 函数变换的作用是保证各整流桥臂的触发脉冲移相按要求的顺序均勻调节。脉冲形成电路14将移相触发电平信号dal、da2、da3、da4与脉冲形成模块9的插 件内部信号do' cU ‘ dWR、Freigl、Freig2进行逻辑组合，产生触发脉冲列电路的脉冲，该 脉冲由触发总线送至脉冲形成电路。由脉冲形成电路产生的脉冲列经输出门电路进行脉冲 分配后送往脉冲放大板，其中脉冲形成模块9输出波形如图5脉冲形成模块输出脉冲波形 示意图所示。同时，脉冲形成板还具有脉冲封锁保护功能，各工作信号检测孔，以及各工作信号 状态指示灯，如图6的脉冲形成模块的功能结构框图所示，为触发装置的检修，故障维修、 工作状态监控、异常保护等提供方便和保障。脉冲放大模块10的作用是将脉冲形成插件送来的4组独立可移相5V触发脉冲列 进行功率放大为士24V的触发脉冲列信号，并送至整流装置(硅机组)的脉冲变压器可靠 触发相应整流桥臂的晶闸管，其中脉冲放大模块10的输出波形如图8脉冲放大模块输出触 发脉冲波形示意图所示。脉冲放大模块10的插件上设计了 9组18路放大通道，如图9的脉冲放大模块部分电路原理图所示，使用时可根据要求连接所需的通道，每个通道的输入来自脉冲形成插件， 输出直接送至脉冲变压器可靠触发相应整流桥臂的晶闸管。为了可靠触发晶闸管，电路中 设置了以下必要的脉冲封锁信号包括每组两个通道的共同脉冲封锁信号；对所有通道的 延时脉冲封锁信号。为在持续脉冲或者脉冲列的情况下使电路的功率损耗尽可能的小，放大电路使用了 N沟道MOS功率管作为末端晶体管。本发明实施例具体只采用了其中的4组8路脉冲放大通道，可以很好的冗余备用。 同时，脉冲放大板也具有工作信号监测功能，以及各工作信号检测孔，如图8的脉冲放大模 块功能结构框图所示，为触发装置的检修，故障维修、工作状态监控、异常保护等提供方便 和保障。脉冲放大模块10的插件由18个完全一样的独立通道构成，现以通道一为例说明 其工作原理，如图10的脉冲放大模块电路原理图所示。图中1D6为脉冲输入端，1B6为两个 通道共用的脉冲封锁端。D9A-2引入延时脉冲封锁信号，该信号为18个通道共用。电路中 具有电阻网络组成的输入电路保证了当前电路板没有插到位时，放大电路不会给出脉冲。 当脉冲封锁信号和延时脉冲封锁信号不起作用时(正常工作状态)，在D9A-3的输出端可得 到与1D6输入相同的脉冲，该脉冲使V85导通，R265、R266间分压约-10. 5V。因此V35导 通，V82截至，功放管V89的G极电压为-12V，功放管V89导通，-24V经V89、2D28送至整流 装置(硅机组)的脉冲变压器上。当D9A-3的脉冲结束时，V85关断，V85集电极电压跳变 为-24V，这是因电容C84两端电压不会突变R265间电压约为-37. 5V，V35关断，V82饱和导 通，V89的G极电压为-24V，功放管V89关断，脉冲停止输出。此外，散热风扇层4将装置工作中产生的热量散发，保证触发脉冲信号发生装置 的工作稳定和使用寿命。四路移相信号控制旋钮5产生4路独立的可变移相控制电压信号UE1、UE2、UE3、 UE4 (DC0 15V手动可调)，并分别独立控制4组触发脉冲信号中一组信号的触发相位角大 小。4组8路信号输出点6将脉冲触发装置产生的同步触发脉冲信号送至整流装置 (硅机组)的脉冲变压器，并可靠触发相应整流桥臂晶闸管的连接端口。DCllOV电源及AC220V同步信号输入端口 7的DCllOV电源接口为可移相大功率 晶闸管脉冲触发装置提供DCllOV工作电源输入，同时，还对DCllOV输入进行了限流保护，工作状态指示等功能设计；AC220V同步信号输入接口为可移相大功率晶间管脉冲触发装 置提供AC220V同步信号输入，并将采集的AC220V同步信号送工频同步变压器，将AC220V 变换为AC6V的同步信号Ud提供给脉冲形成板，并与可变移相控制电压信号UE1、UE2、UE3、 UE4合成产生稳定的5V同步触发脉冲信号列。其中，输入同步电压信号在AC165V 262V 范围内装置都可以正常工作。本发明实施方式通过脉冲放大板将5V触发脉冲列信号放大为士24V的触发脉冲 列信号，实现了工作信号与形成信号的隔离，提高了工作脉冲信号的抗干扰性能，确保了装 置可以大功率输出，能够做到电源板的功率有多大，装置的触发脉冲输出功率就可以有多 大；脉冲触发信号的首个脉冲占空比较宽，确保了晶闸管在接收首个脉冲时能够可靠触发， 保证了可移相大功率晶间管脉冲触发装置可以经受试验和现场实际应用的各项考核；接下 来的窄脉冲串可以确保晶闸管触发的可靠稳定；同时通过工频变压器将AC220V变为AC6V的同步信号提供给脉冲形成板，可以确保同步信号的同步误差小(基本为“零”误差)，同步稳定性高；简单的电路设计(纯模电组成)，可以很好的简化检修步骤和降低故障维修成 本，可修复性价比高，确保了实际应用过程中的稳定性。简单、直观、方便的检修和故障查找 设计；直观的工作状态指示设计。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置，其特征在于包括电源模块(8)、脉冲形成模块(9)、脉冲放大模块(10)和外部信号采集模块(11)，电源模块(8)将输入的直流电源转变为三路稳定的直流电源输出，为脉冲形成模块(9)、脉冲放大模块(10)和外部信号采集模块(11)提供工作电源；外部信号采集模块(11)为脉冲形成模块(9)提供可调移相控制电压信号，同时为脉冲形成模块(9)提供脉冲形成的同步信号；脉冲形成模块(9)将可调移相直流电压信号和脉冲形成的同步信号进行合成处理得到可移相触发脉冲信号列，并送往脉冲放大模块(10)将信号进行功率放大；脉冲放大模块(10)将脉冲形成模块(9)产生的触发脉冲列信号放大，并送往整流装置(12)相应整流桥臂的脉冲变压器对晶闸管进行可靠触发导通。
2.根据权利要求1所述的一种可移相大功率晶间管脉冲触发装置，其特征在于所述 电源模块(8)将输入的DCllOV电源转变为5V、士 15V、士24V三路稳定直流电源输出，其中 5V、士 15V为脉冲形成模块(9)提供工作电源，5V、士24V为脉冲放大模块(10)提供工作电 源；同时，+15V电压还为外部信号采集模块(11)中的移相控制电位器提供工作电压。
3.根据权利要求1或2所述的一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置，其特征在于 所述外部信号采集模块(11)通过调整四个相互独立的移相控制电位器产生四路独立的可 调移相控制电压信号提供给脉冲形成模块(9)，并分别独立控制四组触发脉冲信号中一组 信号触发相位角的大小。
4.根据权利要求3所述的一种可移相大功率晶间管脉冲触发装置，其特征在于所述 外部信号采集模块(11)通过工频变压器将采集的AC220V变换为AC6V的正弦交流信号直 接提供给脉冲形成模块(9)，作为脉冲形成的同步信号。
5.根据权利要求1或2或4所述的一种可移相大功率晶间管脉冲触发装置，其特征在 于所述脉冲形成模块(9)包括脉冲移相顺序控制模块(13)、脉冲形成电路(14)、比较器模 块(16)和逻辑组合模块(17)，所述脉冲移相顺序控制模块(13)将来自移相控制电位器产 生的移相控制电压经过函数变换后输出至比较器模块(16)与同步信号进行比较后得到对 应的移相触发电平信号，再与脉冲形成模块(9)的内部信号经逻辑组合模块(17)进行逻辑 组合后产生触发脉冲输出至脉冲形成电路(14)，得到对应的移相触发电平信号，并保证各 整流桥臂的触发脉冲移相按要求的顺序均勻调节。
6.根据权利要求5所述的一种可移相大功率晶间管脉冲触发装置，其特征在于所述 脉冲形成模块(9)通过脉冲移相顺序控制模块(13)、比较器模块(16)、逻辑组合模块(17) 和脉冲形成电路(14)将可调移相直流电压信号和外部信号采集模块(11)工频变压器采集 的AC6V同步信号进行合成处理后得到四组八路独立的可移相5V触发脉冲信号列，并送往 脉冲放大模块(10)将信号进行功率放大。
7.根据权利要求6所述的一种可移相大功率晶间管脉冲触发装置，其特征在于所述 脉冲形成模块(9)包括脉冲分配电路(15)，由脉冲形成电路(14)产生的脉冲列经脉冲分配 电路(15)中的输出门电路进行脉冲分配后送往脉冲放大模块(10)。
8.根据权利要求1、2、4、6、7中任一权利要求所述的一种可移相大功率晶闸管脉冲触 发装置，其特征在于所述脉冲放大模块(10)将脉冲形成模块(9)送来的四组独立可移相 5V触发脉冲列进行功率放大为士24V的触发脉冲列信号。
9.根据权利要求8所述的一种可移相大功率晶间管脉冲触发装置，其特征在于所述脉冲放大模块(10)包括9组18路放大通道，每个通道的输入来自脉冲形成模块(9)，输出直接送至脉冲变压器可靠触发相应整流桥臂的晶闸管。
10.根据权利要求9所述的一种可移相大功率晶间管脉冲触发装置，其特征在于所述脉冲放大模块(10)包括脉冲封锁电路，所述脉冲封锁电路产生脉冲封锁信号，所述脉冲封 锁信号包括共同脉冲封锁信号和延时脉冲封锁信号，对每组两个通道产生共同的脉冲封锁 信号，对所有通道产生延时脉冲封锁信号。
全文摘要
一种可移相大功率晶闸管脉冲触发装置，包括电源模块、脉冲形成模块、脉冲放大模块和外部信号采集模块，电源模块为脉冲形成模块、脉冲放大模块和外部信号采集模块提供直流工作电源；外部信号采集模块为脉冲形成模块提供可调移相控制电压信号，为脉冲形成模块提供脉冲形成的同步信号；脉冲形成模块将可调移相直流电压信号和脉冲形成的同步信号进行合成处理得到可移相触发脉冲信号列，送往脉冲放大模块将信号进行功率放大；脉冲放大模块将脉冲形成模块产生的触发脉冲列信号放大，送往整流装置对相应的晶闸管进行可靠触发导通。该发明可以很好的克服输出功率不足、易受外界信号干扰而导致输出信号稳定性不足等技术难题。
文档编号H02M7/155GK101800482SQ20101011056
公开日2010年8月11日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者余志涛 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司