单板多路高压功率可控硅触发电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主要用于高能激光电源脉冲功率开关的高压功率可控硅触发电路。更具体地说，本发明是可用于复杂电磁环境下的高可靠性单板多路高压功率可控硅触发电路。
技术背景
[0002]高能固体激光器的泵浦一般都需要脉冲功率开关加以控制或切换。组成脉冲功率开关的主要开关元件是多个高压功率可控硅，其中有些可控硅需要同步触发，并联使用，以增加通过电流；有些可控硅又独立使用，需要相互隔离触发。通常高能激光电源中脉冲功率开关承受的电压大于5kV，通过电流达20kA，触发电路所处的电磁环境非常复杂，存在30kV以上的高压点火脉冲和5kV/20kA的放电脉冲的强干扰源。上述诸多因素都对触发电路和输出的触发脉冲提出了很高的要求。而一般的可控硅触发电路隔离度较低(3.5kV)、可靠性一般、在复杂电磁环境下容易误触发，难以满足高能激光电源中脉冲功率开关及其复杂电磁环境的要求。因此，有必要设计一种高可靠性单板多路高压功率可控硅触发电路，使其具有触发电流大、并联触发同步性好、隔离度高、抗干扰性能强和单板集成等特点，解决高能激光电源中脉冲功率开关的特殊触发需求。
[0003]本发明是对可控硅触发技术的进一步发展和改进。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，在一般的可控硅触发电路的基础上，提供一种高可靠性单板多路高压功率可控硅触发电路，使其具有触发电流大、并联触发同步性好、隔离度高、抗干扰性能强和单板集成等特点，以解决高能激光电源中脉冲功率开关及其复杂电磁环境的特殊触发需求。
[0005]本发明的目的可以通过以下措施来达到:一种单板多路高压功率可控硅触发电路，包括光耦电路、电流驱动电路、继电器驱动电路、继电器保护电路和高隔离双路DC/DC电源模块及其输入滤波电路，其特征在于:2组1kV光耦电路对应电连接3组电流驱动电路组成三路触发脉冲同步的触发电路，三路触发电路中的触发信号I和触发信号2由同一个开通信号，通过同一组光耦电路驱动两路电路形式和电路参数完全相同的电流驱动电路广生，另一路触发电路关断彳目号通过一组1kV光稱电路顺序串联电流驱动电路广生触发信号3 ;另外两组1kV光耦电路分别串联继电器驱动电路1、2，采用选通信号控制和触发信号输出端继电器短路保护提高触发电路的抗干扰性；上述4组1kV光耦电路采用1kV高隔离光耦提高输入信号与触发信号之间的隔离度，并通过双路高隔离DC/DC电源摸块供电。
[0006]本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
本发明采用高隔离光耦和双路高隔离DC/DC电源摸块提高了触发电路的各向隔离度，使得本电路可应用于最高电压为7.5kV的高压环境中，再加选通信号控制和继电器短路保护，使得本电路具有很强的抗干扰性和良好的电磁兼容性能，可以适应复杂的电磁环境。
[0007]本发明采用1kV高隔离光耦提高输入信号与触发信号之间的隔离度，采用双路高隔离DC/DC电源摸块，提高供电输入与触发信号之间的隔离度以及两组触发信号之间的隔离度，以上措施可使整个触发电路的隔离度达到1kV ;采用电容储能和功率三极管推动的方式提供大于5A的脉冲触发电流；采用同一信号源及相同的储能推动电路提高并联触发同步性；采用选通信号控制和触发信号输出端继电器短路保护等措施提高触发电路的抗干扰性；采用模块化结构将三路触发电路进行单板集成，集成度高，电路板尺寸小，环境适应性强，可满足各种使用环境。
[0008]由于触发信号I和触发信号2是由同I个开通信号通过同一组光耦电路驱动两路电路形式和电路参数完全相同的电流驱动电路产生的，所以两者完全同步，可以触发脉冲功率开关中两只并联的功率可控硅Tl和T2。又由于触发信号I和触发信号2与触发信号3之间具有1kV的电气隔离度,触发信号3可以触发脉冲功率开关中单独的功率可控硅T3。
[0009]可控硅的开通过程受其门极触发脉冲影响很大，强触发脉冲可以减小器件开通时间，促使串联器件同时开通；同时强触发脉冲还具有减小器件开通损耗，增强器件di/dt承受能力的作用。因此给并联器件施加同步的、前沿极陡的、强度足够的触发脉冲是十分必要的。对触发脉冲要求为:触发电流幅值:IGM = 4-10IGT ;触发电流上升时间低于I μ S。
[0010]本发明的触发电路可输出两路完全同步的触发脉冲，其上升时问小于I μ S，电流接近5Α(在I Ω的摸拟负载上测试)，可应用于几十千安的功率可控硅的并联触发，输出的另外一路触发脉冲的触发电流和上升时间也一样，可以触发一只大功率可控娃。
[0011]本发明采用同一个开通信号，通过同一组光耦电路驱动两路电路形式和电路参数完全相同的电流驱动电路产生触发信号I和触发信号2和另一路触发电路关断信号1kV光耦电路顺序串联电流驱动电路产生触发信号3，解决了两个高压功率可控硅(可扩展多个)的并联驱动和一个独立高压功率可控硅(可扩展多个)的隔离触发问题，具有触发电流大、并联触发同步性好、隔离度高、抗干扰性能强和单板集成的特点。
[0012]本发明在每组电流驱动电路中设置了一个470 μ F/50V的储能电容，它可使大于3Α的触发电流维持20 μ s以上时间，而上升沿小于I μ S，可使其触发的功率可控硅快速可靠开通。
[0013]本发明的触发电路集成度高，电路板外形尺寸为150mmX 130mmX30mm,采用锁紧条安装方式，维修方便。本电路采用模块化设计，可靠性高。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的功率可控硅触发电路工作原理示意图。
[0015]图2、图3是本发明功率可控硅触发电路实测触发脉冲波形图。
【具体实施方式】
[0016]在图1中，单板多路高压功率可控硅触发电路，主要由4组1kV光耦电路、3组电流驱动电路(含储能电容)、2路继电器驱动电路、3路继电器保护电路和高隔离双路DC/DC电源模块及其输入滤波电路组成。电流驱动电路由TIP107功率三极管提供触发电流。2组1kV光耦电路对应电连接3组电流驱动电路组成三路触发脉冲同步的触发电路，三路触发电路中的触发信号I和触发信号2由同一个开通信号，通过同一组光耦电路驱动两路电路形式和电路参数完全相同的电流驱动电路产生，另一路触发电路关断信号1kV光耦电路顺序串联电流驱动电路产生触发信号3 ;另外两组1kV光耦电路分别串联继电器驱动电路
1、2，采用选通信号控制和触发信号输出端继电器短路保护提高触发电路的抗干扰性；上述4组1kV光耦电路采用1kV高隔离光耦提高输入信号与触发信号之间的隔离度，并通过双路高隔离DC/DC电源摸块供电。每路可供4组电流驱动电路用电，使本触发电路在可控硅的触发数量上具有较大的扩展能力。在每组电流驱动电路中设置有一个使大于3A的触发电流维持20 μ s以上时间，上升沿小于I μ s，470 μ F/50V的储能电容。触发信号I和触发信号2通过同一组电路参数相同电流驱动电路驱动，同步触发脉冲功率开关中两只并联的功率可控硅Tl和Τ2。触发信号I和触发信号2与触发信号3之间具有1kV的电气隔离度，触发信号3可以触发脉冲功率开关中的单独的功率可控硅Τ3。