旋转开关多脉冲高压触发装置制造方法
【专利摘要】旋转开关多脉冲高压触发装置，涉及高压脉冲电源领域，解决了现有采用单个高压脉冲触发旋转开关存在的触发电压脉冲上升时间长、触发不可靠的问题，其是由与供电电源电连接的网电整流滤波电路、脉冲信号源、与脉冲信号源电连接的脉冲控制电路、与脉冲控制电路电连接的半导体开关驱动电路、与半导体开关驱动电路电连接的大功率半导体开关、与大功率半导体开关电连接的半导体开关保护电路、分别与网电整流滤波电路和大功率半导体开关电连接的储能电容、与储能电容电连接的高压脉冲变压器、与高压脉冲变压器电连接的输出检测反馈电路和与输出检测反馈电路电连接的PID调节控制电路组成。本发明的触发装置触发脉冲上升时间小于十微秒，触发可靠稳定。
【专利说明】旋转开关多脉冲高压触发装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压脉冲电源【技术领域】，具体涉及一种旋转开关多脉冲高压触发装置。
【背景技术】
[0002]旋转开关是一种高压火花隙开关，为使其可靠导通，需要采用高压触发脉冲来触发。目前旋转开关的触发脉冲装置多采用单个高压脉冲触发，而且触发脉冲电压上升时间较长，达到百微秒，由于旋转开关内部的气体在高速流出，单个高压触发脉冲产生的电离气体浓度非常容易从旋转开关内部流出，造成不易使旋转开关导通；触发脉冲电压上升时间长，会使旋转开关导通发生严重抖动，导通分散性大，并且严重影响旋转开关的可靠触发和高重频工作，因此，迫切需要研制出一种触发脉冲电压上升时间短、触发安全可靠的高压触发装置。
【发明内容】
[0003]为了解决现有的采用单个高压脉冲触发旋转开关存在的触发电压脉冲上升时间长、触发不可靠而影响旋转开关的可靠触发和高重频工作的问题，本发明提供一种触发脉冲电压上升时间短、触发安全可靠的旋转开关多脉冲高压触发装置。
[0004]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0005]旋转开关多脉冲高压触发装置，包括:
[0006]供电电源，输出三相交流电；
[0007]与供电电源电连接的网电整流滤波电路，将输入的三相交流电转换成直流电；
[0008]与网电整流滤波电路电连接的储能电容，接收网电整流滤波电路输出的直流电并存储能量；
[0009]与储能电容电连接的高压脉冲变压器，所述高压脉冲变压器与旋转开关电极连接，高压脉冲变压器接收储能电容放电产生的脉冲信号并将其转换成高压脉冲信号传递给旋转开关；
[0010]与高压脉冲变压器电连接的输出检测反馈电路，检测高压脉冲变压器的输出信号并将其转换成反馈电压信号；
[0011]与输出检测反馈电路电连接的PID调节控制电路，接收输出检测反馈电路输出的反馈电压信号并对其进行PID电路调节；
[0012]与PID调节控制电路电连接的脉冲控制电路，接收经过PID调节控制电路调节的反馈电压信号并输出脉冲宽度及脉冲个数可调的脉冲信号；
[0013]与脉冲控制电路电连接的脉冲信号源和半导体开关驱动电路，脉冲信号源控制整个高压触发装置的工作频率，半导体开关驱动电路接收脉冲控制电路输出的脉冲信号，并将其转换成适合驱动大功率半导体开关的驱动信号，控制大功率半导体开关的开通及关断；[0014]与半导体开关驱动电路电连接的大功率半导体开关，所述大功率半导体开关分别与网电整流滤波电路和储能电容电连接，通过大功率半导体开关的开通与关断控制储能电容的放电和充电，当大功率半导体开关开通时，储能电容放电产生脉冲信号；
[0015]与大功率半导体开关电连接的半导体开关保护电路。
[0016]所述网电整流滤波电路由滤波器、整流器和滤波电容Cl组成。
[0017]所述半导体开关驱动电路采用EXB841高速IGBT驱动板。
[0018]所述半导体开关保护电路由二极管D1、电容C2和电阻Rl组成。
[0019]所述输出检测反馈电路由线性光耦HCNR200、两个高速运算放大器CA3130和电阻R4?R6组成。
[0020]所述脉冲控制电路由电压调节芯片SG3525芯片、电容C7和C8、电阻R16?R18组成。
[0021]所述PID调节控制电路由运算放大器LM358、电阻R8?R15、电容C5和C6组成。
[0022]所述脉冲信号源采用TexasInstruments公司的MSP430单片机。
[0023]所述大功率半导体开关采用西门康公司的大功率半导体器件SKM200GAL120D。
[0024]所述高压脉冲变压器的磁芯采用环形铁基纳米晶磁芯，分成四段绕制。
[0025]本发明的有益效果是:本发明的旋转开关多脉冲高压触发装置可应用于触发所有的旋转开关，具有体积小、重量轻的特点，在很大程度上提高触发旋转开关的可靠性及稳定性；本发明在系统单个工作周期内能产生多个高压脉冲连续不断地在旋转开关内部产生脉冲放电，即使旋转开关内部气体在高速流出，也使旋转开关内部的电离气体在一定时间内保持较高浓度，使旋转开关能够迅速导通；同时本发明采用环形脉冲变压器结构，分段绕组结构，使得高压触发脉冲上升时间很短，小于十微秒，使旋转开关可靠导通，并能高重频工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的旋转开关多脉冲高压触发装置的结构框图；
[0027]图2为供电电源、网电整流滤波电路、半导体开关驱动电路、大功率半导体开关、半导体开关保护电路、储能电容、高压脉冲变压器、输出检测反馈电路以及旋转开关之间的连接关系不意图；
[0028]图3为脉冲控制电路与PID调节控制电路连接的关系示意图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0030]如图1所示，本发明的旋转开关多脉冲高压触发装置，由输出三相交流电的供电电源、与供电电源电连接的网电整流滤波电路、脉冲信号源、与脉冲信号源电连接的脉冲控制电路、与脉冲控制电路电连接的半导体开关驱动电路、与半导体开关驱动电路电连接的大功率半导体开关、与大功率半导体开关电连接的半导体开关保护电路、分别与网电整流滤波电路和大功率半导体开关电连接的储能电容、与储能电容电连接的高压脉冲变压器、与高压脉冲变压器电连接的输出检测反馈电路和与输出检测反馈电路电连接的PID调节控制电路组成，高压脉冲变压器与旋转开关通过电极连接。[0031]网电整流滤波电路分别与供电电源和储能电容电连接，网电整流滤波电路将输入的三相交流电转换成直流电给储能电容充电；
[0032]脉冲信号源与脉冲控制电路电连接，脉冲信号源控制整个高压触发装置的工作频率；
[0033]脉冲控制电路与半导体开关驱动电路电连接，脉冲控制电路输出脉冲宽度及脉冲个数可调的脉冲信号；
[0034]半导体开关驱动电路与大功率半导体开关电连接，半导体开关驱动电路接收脉冲控制电路输出的脉冲信号，将其转换成适合驱动大功率半导体开关的驱动信号，控制大功率半导体开关的开通及关断；
[0035]大功率半导体开关分别与网电整流滤波电路和储能电容电连接，通过大功率半导体开关的开通与关断控制储能电容的放电和充电；
[0036]半导体开关保护电路与大功率半导体开关电连接，用于保护大功率半导体开关可
靠工作；
[0037]储能电容与高压脉冲变压器电连接，储能电容存储能量，当大功率半导体开关开通时，储能电容将其能量经高压脉冲变压器转换后传递给旋转开关；
[0038]高压脉冲变压器与输出检测反馈电路电连接，高压脉冲变压器接收储能电容放电产生的脉冲信号，将其转换成高压脉冲信号后传递给旋转开关，以此触发旋转开关；
[0039]输出检测反馈电路与PID调节控制电路电连接，输出检测反馈电路检测高压脉冲变压器的输出信号并将反馈电压信号传递给PID调节控制电路；
[0040]PID调节控制电路与脉冲控制电路电连接，PID调节控制电路将接收到的反馈电压信号进行PID电路调节后传递给脉冲控制电路，通过脉冲控制电路输出适合的脉冲信号。
[0041]如图2所示，网电整流滤波电路由滤波器、整流器和滤波电容Cl组成，供电电源的三相交流电经过滤波器滤波、整流器整流后转换成直流电。
[0042]如图2所示，半导体开关驱动电路采用EXB841高速IGBT驱动板，通过电阻R7与大功率半导体开关电连接。
[0043]如图2所示，半导体开关保护电路由二极管D1、电容C2和电阻Rl组成。
[0044]如图2所示，输出检测反馈电路由线性光耦HCNR200、两个高速运算放大器CA3130、电阻R4、电阻R5和电阻R6组成。
[0045]如图3所示，脉冲控制电路由电压调节芯片SG3525芯片、电容C7、电容C8、电阻R16?R18组成。
[0046]如图3所示，PID调节控制电路由运算放大器LM358、电阻R8?R15、电容C5和电容C6组成。
[0047]本实施方式中，脉冲信号源采用TexasInstruments公司的MSP430单片机。
[0048]本实施方式中，大功率半导体开关采用西门康公司的大功率半导体器件SKM200GAL120D。
[0049]本实施方式中，储能电容选用高压无感电容。
[0050]本实施方式中，高压脉冲变压器的磁芯采用环形铁基纳米晶磁芯，分成四段绕制。
[0051]本发明的旋转开关多脉冲高压触发装置的工作过程如下:[0052]大功率半导体开关关断期间，输入的三相交流电经过网电整流滤波电路的整流滤波后转换成直流电对储能电容进行充电，充电完毕一段时间后大功率半导体开关导通，储能电容经大功率开关放电并产生脉冲电压，此脉冲电压经高压脉冲变压器升压后获得需要的高压脉冲，高压脉冲经整形后触发旋转火花开关；
[0053]大功率半导体开关导通期间，由于杂散电感和高压脉冲变压器漏感的存在，高压脉冲变压器原边会产生一定的反峰，当反峰值高于IGBT的耐压值时，可能损坏此器件，用R1、C2、D1组成半导体开关保护电路保护IGBT可靠工作。用电阻分压法采样高压脉冲变压器输出，将此采样信号经过由高速运算放大器CA3130、线性光耦HCNR200以及电容、电阻构成的反馈回路反馈到PID调节控制电路；
[0054]PID调节控制电路分两路分别控制SG3525芯片的2脚和10脚，控制2脚的PID电路调节输出的脉冲宽度，控制10脚的PID电路调节输出的脉冲个数；当输出电压反馈信号 Vf〈Rll/(R10+Rll)时，SG3525 芯片输出脉冲宽度不变，当 Vf>Rll/(R10+R11)时，SG3525芯片输出脉冲宽度变小或者不输出；当输出电压反馈信号Vf〈R15/(R14+R15)时，SG3525芯片的10脚为低电平，SG3525芯片的11脚输出脉冲信号；当输出电压反馈信号Vf>R15/(R14+R15)时，SG3525芯片的10脚为高电平，SG3525芯片暂停输出直到旋转开关放电。
[0055]本发明可以用于触发高气压下的旋转开关，能在很大程度上提高触发此类旋转开关的可靠性和稳定性，保证了系统的高重频工作。
【权利要求】
1.旋转开关多脉冲高压触发装置，其特征在于，包括: 供电电源，输出三相交流电； 与供电电源电连接的网电整流滤波电路，将输入的三相交流电转换成直流电； 与网电整流滤波电路电连接的储能电容，接收网电整流滤波电路输出的直流电并存储倉; 与储能电容电连接的高压脉冲变压器，所述高压脉冲变压器与旋转开关电极连接，高压脉冲变压器接收储能电容放电产生的脉冲信号并将其转换成高压脉冲信号传递给旋转开关; 与高压脉冲变压器电连接的输出检测反馈电路，检测高压脉冲变压器的输出信号并将其转换成反馈电压信号； 与输出检测反馈电路电连接的PID调节控制电路，接收输出检测反馈电路输出的反馈电压信号并对其进行PID电路调节； 与PID调节控制电路电连接的脉冲控制电路，接收经过PID调节控制电路调节的反馈电压信号并输出脉冲宽度及脉冲个数可调的脉冲信号； 与脉冲控制电路电连接的脉冲信号源和半导体开关驱动电路，脉冲信号源控制整个高压触发装置的工作频率，半导体开关驱动电路接收脉冲控制电路输出的脉冲信号，并将其转换成适合驱动大功率半导体开关的驱动信号，控制大功率半导体开关的开通及关断； 与半导体开关驱动电路电连接的大功率半导体开关，所述大功率半导体开关分别与网电整流滤波电路和储能电容电连接，通过大功率半导体开关的开通与关断控制储能电容的放电和充电，当大功率半导体开关开通时，储能电容放电产生脉冲信号； 与大功率半导体开关电连接的半导体开关保护电路。
2.根据权利要求1所述的旋转开关多脉冲高压触发装置，其特征在于，所述网电整流滤波电路由滤波器、整流器和滤波电容Cl组成。
3.根据权利要求1所述的旋转开关多脉冲高压触发装置，其特征在于，所述半导体开关驱动电路采用EXB841高速IGBT驱动板。
4.根据权利要求1所述的旋转开关多脉冲高压触发装置，其特征在于，所述半导体开关保护电路由二极管D1、电容C2和电阻Rl组成。
5.根据权利要求1所述的旋转开关多脉冲高压触发装置，其特征在于，所述输出检测反馈电路由线性光耦HCNR200、两个高速运算放大器CA3130和电阻R4?R6组成。
6.根据权利要求1所述的旋转开关多脉冲高压触发装置，其特征在于，所述脉冲控制电路由电压调节芯片SG3525芯片、电容C7和C8、电阻R16?R18组成。
7.根据权利要求1所述的旋转开关多脉冲高压触发装置，其特征在于，所述PID调节控制电路由运算放大器LM358、电阻R8?Rl5、电容C5和C6组成。
8.根据权利要求1所述的旋转开关多脉冲高压触发装置，其特征在于，所述脉冲信号源采用TexasInstruments公司的MSP430单片机。
9.根据权利要求1所述的旋转开关多脉冲高压触发装置，其特征在于，所述大功率半导体开关采用西门康公司的大功率半导体器件SKM200GAL120D。
10.根据权利要求1所述的旋转开关多脉冲高压触发装置，其特征在于，所述高压脉冲变压器的磁芯采用环形铁基纳米晶磁芯，分成四段绕制。
【文档编号】H02M9/06GK103595289SQ201310498438
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】郭立红, 张兴亮, 孟范江 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所