一种高压电子开关的制作方法

本实用新型涉及一种电子开关，尤其涉及一种高压大功率、大电流电子开关，属于大容量电力电子器件领域。

背景技术：

目前所应用的高压大功率大电流开关一般为传统的高压机械开关，传统的高压机械开关存在体积大、重量重、响应慢、动作噪音大、电场发射高、安装调试不方便等，具有很大局限性；另一方面，传统高压机械开关不能对光纤信号进行计算发现早期性能参数的蜕变。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型提供一种高压电子开关，所采取的技术方案是：

包括顺序电连接的驱动单元、光隔离驱动单元和晶闸管电路单元；所述晶闸管电路单元由多组相同型号的晶闸管-二极管组串联组成，每一组晶闸管-二极管组由一个晶闸管与一个二极管并联组成，所述晶闸管的阳极与所述二极管的阴极并联，所述晶闸管的阴极与所述二极管的阳极并联。

所述驱动单元包括综合控制单元，用于控制晶闸管电路单元的导通与关断。

所述光隔离驱动单元由多组触发单元组成，所述触发单元组数与晶闸管-二极管组数一致。

所述触发单元采用隔离变压器，所述隔离变压器采用具有环形磁芯的单闸电流环，所有隔离变压器原边为同一根高压电缆，所述高压电缆连续穿过所有隔离变压器的单闸电流环的环形磁芯的内圈。

优选的，所述驱动单元还包括晶闸管动态安全监测与保护单元，用于监测和保护晶闸管电路单元。

所述所述晶闸管动态安全监测与保护单元包括触发模块、动态监测电路、主控制器、保护模块、执行模块；

所述动态监测电路的输入端与所述触发模块的输出端连接，用于接收所述触发模块采集的电压，并进行处理；

所述主控制器的输入端与所述动态监测电路的输出端连接，用于接收所述动态监测电路发出的指令；

所述保护模块的输入端与电源连接，所述保护模块的输出端与所述主控制器连接，所述保护模块用于检测所述晶闸管电路单元的电流、电压以及相序，并将检测结果传输至所述主控制器；

所述执行模块的输出端与电源连接，所述执行模块用于接收主控制器发出的指令并执行。所述动态监测电路包括：第一光纤输入器、现场可编程门阵列逻辑门构建器、微秒分时器、不平衡度计算器、比较器、第一光纤输出器；

所述微秒分时器的输入端与所述第一光纤输入器连接，用于通过第一光纤输入器接收所述触发模块采集到的电压信号并进行切割；

所述现场可编程门阵列逻辑门构建器的输入端与所述微秒分时器的输出端连接，用于进行多只晶闸管角系数的计算；

所述比较器的输入端与所述现场可编程门阵列逻辑门构建器的输出端连接，用于进行多只晶闸管角系数的比较，得到比较结果；

所述不平衡度计算器的输入端与所述比较器的输出端连接，用于对所述比较结果进行不平衡度判定。

本实用新型由于采用以上技术方案，其达到的技术效果为：1.由于本实用新型采用晶闸管开关代替高压机械开关，从而使设备成本降低，解决机械缺陷。2.由于本实用新型采用晶闸管串、并联的方法提高器件电压、电流容量，所有隔离变压器共用一根高压导线实现高压隔离，从而使所有串并联的晶闸管实现同时开通，提高了使用电子器件的电压与电流容量。3. 由于采用晶闸管动态安全监测与保护单元接收光隔离驱动单元反馈的光纤信号，利用可编程电路门进行多组不平衡度的计算判定，进而可以发现系统早期性能参数的蜕变。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型高压电子开关的整体结构示意图；

图2是本实用新型晶闸管电路单元示意图；

图3是本实用新型光隔离驱动单元示意图；

图4是本实用新型晶闸管动态监测与保护单元示意图。

具体实施方式

以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本发明提供的高压大电流电子开关包括三部分：晶闸管电路单元、光隔离驱动单元、驱动单元。

图1为本实用新型高压电子开关的整体结构示意图，所述高压电子开关，包括顺序电连接的驱动单元1、光隔离驱动单元2和晶闸管电路单元3，其中晶闸管电路单元3由多组相同型号的晶闸管-二极管组串联组成，每一组晶闸管-二极管组由一个晶闸管6与一个二极管7并联组成，所述晶闸管6的阳极与所述二极管7的阴极并联，所述晶闸管6的阴极与所述二极管7的阳极并联。

所述驱动单元1包括综合控制单元4和晶闸管动态监测与保护单元5。其中：

综合控制单元4用于控制晶闸管电路单元的导通与关断；综合控制单元将输入的脉冲宽度不等的脉冲信号整形为宽度统一的脉冲信号，用来控制晶闸管的导通与关断。当高压电子开关需要开通或关断时，驱动单元接收综合控制单元的导通或关断信号产生低压脉冲，利用光隔离驱动电路单元2产生多路同步升压信号，多路同步触发晶闸管，使多组晶闸管同时导通或关断。

所述驱动单元1包括综合控制单元4和晶闸管动态监测与保护单元5。其中：

综合控制单元将输入的脉冲宽度不等的脉冲信号整形为宽度统一的脉冲信号，用来控制晶闸管的导通与关断。并通过动态监测晶闸管触发单元反馈来的光纤信号，利用现场可编程逻辑门进行多组不平衡度的计算判定，从而判定晶闸管性能的蜕变或者是判定其外围动态或者是静态均压电阻的蜕变，可以发现系统早期性能参数的蜕变。

图2为本实用新型晶闸管电路单元示意图，晶闸管电路单元由多组相同型号的晶闸管-二极管组串联组成，每一组晶闸管-二极管组由一个晶闸管6与一个二极管7并联组成，晶闸管6的阳极与二极管7的阴极并联，晶闸管6的阴极与二极管7的阳极并联。晶闸管电路单元由晶闸管6与二极管7并联后与相同n组组件串联而成，组件中所用的晶闸管6采用同型号的晶闸管，单个晶闸管6所承受的电压和电流比较小，采用单组并联多组串联的方式，使器件最大承受电压达到15KV，瞬间电流达到600A（电压容量为15KV、电流容量为600A时串联的组件数共为12组）。若要承受更大的电压和电流只需增加串联组件个数即可。电源能量耦合仅需要一根承载高频恒流高压电缆依次传过各个触发单元耦合互感器，彻底解决了高压主回路和低压控制回路的抗电隔离问题。

图3为本实用新型光隔离驱动单元示意图，光隔离驱动单元2由多组触发单元8组成，每组晶闸管-二极管对应一组触发单元8，触发单元8采用隔离变压器9，隔离变压器9采用的单闸电流环10为环形磁芯，所有隔离变压器9原边为同一根高压电缆11，高压电缆承载高频恒流源12，高压电缆11连续穿过所有隔离变压器9的单闸电流环10。隔离变压器9副边为一般的导线，多根导线同时绕环形磁芯设计，可以使每根副边驱动一个晶闸管6。由于串联的隔离变压器9所有的原边为同根导线，副边导线绕制在同个磁芯作为并联的晶闸管驱动，因此可以使串并联的晶闸管同时触发，满足大容量开关的需要。

当高压电子开关需要开通或关断时，驱动单元1接收综合控制单元4的导通或关断信号产生低压脉冲，利用多个隔离变压器9同步产生多路触发信号，用来同步触发晶闸6的导通与关断，使多组晶闸管6同时导通或关断。

图4为晶闸管动态监测与保护单元示意图， 所述晶闸管动态安全监测与保护单元5包括触发模块501、动态监测电路503、主控制器505、保护模块504、执行模块506；

所述动态监测电路503的输入端与所述触发模块的输出端连接，用于接收所述触发模块501采集的电压，并进行处理；

所述主控制器505的输入端与所述动态监测电路503的输出端连接，用于接收所述动态监测电路503发出的指令；

所述保护模块504的输入端与电源连接，所述保护模块504的输出端与所述主控制器505连接，所述保护模块504用于检测所述晶闸管电路单元3的电流、电压以及相序，并将检测结果传输至所述主控制器505；

所述执行模块506的输出端与电源连接，所述执行模块506用于接收主控制器505发出的指令并执行。

当保护模块504监测到所述晶闸管模块13中的晶闸管电路单元3的电流、电压以及相序出现异常时，此时，将异常信号发送至主控制器505，主控制器505接收到异常信号后，向执行模块506发出指令，断开所述执行模块506中的主接触器。

可选的，晶闸管动态监测与保护单元还包括触发器502，触发器502的输入端与所述主控制器505连接，触发器502的输出端与所述晶闸管模块13连接，所述触发器502用于接收所述主控制发出的触发指令触发所述晶闸管模块13中的晶闸管电路单元3导通。

所述动态监测电路503包括：第一光纤输入器、现场可编程门阵列逻辑门构建器、微秒分时器、不平衡度计算器、比较器、第一光纤输出器；

所述微秒分时器的输入端与所述第一光纤输入器连接，用于通过第一光纤输入器接收所述触发模块采集到的电压信号并进行切割；

所述现场可编程门阵列逻辑门构建器的输入端与所述微秒分时器的输出端连接，用于进行多只晶闸管角系数的计算；

所述比较器的输入端与所述现场可编程门阵列逻辑门构建器的输出端连接，用于进行多只晶闸管角系数的比较，得到比较结果；

所述不平衡度计算器的输入端与所述比较器的输出端连接，用于对所述比较结果进行不平衡度判定。

本实用新型由于采用以上技术方案，其达到的技术效果为：1.由于本实用新型晶闸管开关代替高压机械开关，从而使设备成本降低，解决机械缺陷。2.由于本实用新型采用晶闸管串、并联的方法提高器件电压、电流容量，所有隔离变压器共用一根高压导线实现高压隔离，从而使所有串并联的晶闸管实现同时开通，提高了使用电子器件的电压与电流容量。3. 由于采用晶闸管动态安全监测与保护单元接收光隔离驱动单元反馈的光纤信号，利用可编程电路门进行多组不平衡度的计算判定，进而可以发现系统早期性能参数的蜕变。