一种全隔离式晶闸管强触发装置

本发明涉及大功率电源、大功率开关、强磁脉冲领域，具体为一种全隔离式晶闸管强触发装置。

背景技术：

晶闸管又称可控硅整流器，其作为一种大功率半导体器件，拥有耐压高、通流能力强、寿命长等诸多优点，被广泛地运用在大功率电源、大功率开关以及强磁脉冲等应用领域。晶闸管内部具有三个pn结，是一种三端四层结构的半导体开关器件。普通晶闸管有门极g、阳极a与阴极k共三个电极，当在阳极a与阴极k之间加上正向电压后，只需要在门极g施加合适的驱动电流后，晶闸管就会持续导通，只有在阳极a与阴极k之间加上反向电压或者使流过晶闸管的电流小于擎住电流之后，晶闸管才停止导通。由于晶闸管的门极只能控制其导通而不能控制其关断，所以晶闸管又被称为半控型器件。

当晶闸管运用于普通电力行业或者工业应用中时，由于其所工作的位置电磁环境较为良好，电路中的电流上升率较低，所以常规的门极触发电流波形就可以满足晶闸管的导通要求。但是当晶闸管运用于大功率电源、大功率开关或者强磁脉冲领域时，主电路中的电流上升率会很高，此时采用常规的触发电流已不能得到良好的电路导通特性，如果触发电流过小还会导致晶闸管开通区局部过热，使晶闸管烧毁。同时由于晶闸管触发电路所处电磁环境恶劣，导致电路工作稳定性较差，严重时电路还会产生误触发等问题。

总体来说，现有晶闸管强触发装置存在着高低压电路隔离不彻底、强触发脉冲宽度调节复杂、强触发脉冲重复触发频率不可调、适用对象单一等诸多问题，因此，设计一种适用对象多样化、强触发脉冲宽度调节简单、强触发脉冲重复触发频率可调、抗电磁干扰能力强、高低压电路隔离彻底的晶闸管门极触发电流产生装置就显得非常重要。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种全隔离式晶闸管强触发装置，结构简单、工作稳定、可靠性高，产生的强触发波形重复频率以及脉冲宽度调节简单，适用范围广；在电路结构上，高压主回路与本装置经过光纤隔离、光耦隔离与脉冲变压器隔离三重隔离措施，创新性地解决了强电磁干扰、高低压电路隔离不彻底、晶闸管误触发等问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种全隔离式晶闸管强触发装置，该装置由触发信号产生单元、光发射电路、光接收电路以及强触发波形产生电路4个部分组成。

优选的，所述触发信号产生单元中，触发信号由mcu产生，触发信号可为单次触发或者重复触发，而触发信号的脉宽以及重复触发频率可通过对mcu直接进行编程设置。另外，该装置采用隔离电源模块供电，确保触发信号产生单元中的地电位不受其他电路的影响，保证其可靠工作。

优选的，所述光发射与光接收电路中，光发射电路将触发信号产生单元产生的触发信号经过光发射电路中的光电转换电路形成光信号，并通过光纤进行传输。光接收电路接收到该信号后经过光接收电路中的光电转换电路形成电信号驱动三极管。光发射与光接收电路中选用的光发射器与光接收器型号分别为hfbr-t-1512z与hfbr-r-2512z。光信号通过单模光纤进行传输，可完全避免电磁干扰，在远距离传输过程中也不会产生信号衰减现象，有效避免了晶闸管误触发的产生。

优选的，所述强触发波形产生电路由光耦隔离电路与脉冲变压器驱动电路组成，12v隔离电源模块预先通过充电电阻给储能电容进行充电。当光接收电路中接收到的光信号转换为电信号后使三极管停止导通，三极管停止导通使得高速光耦6n137停止导通，高速光耦6n137停止导通后，5v隔离电源模块驱动型号为irf540n的mosfet导通，mosfet导通后12v隔离电源模块与储能电容向kmg288脉冲变压器一次侧放电，形成强触发电压，使得脉冲变压器二次侧感应出强触发电压波形。脉冲变压器驱动电路包括kmg288脉冲变压器、整流二极管与稳压二极管。整流二极管对强触发电压波形进行整形后加在晶闸管门极g与阴极k之间，形成强触发电流，使晶闸管导通。稳压二极管的作用是保护晶闸管，防止晶闸管门极g与阴极k之间电压过高而损坏晶闸管。由于光耦隔离与脉冲变压器隔离的存在，可将高压主回路与本装置的低压控制电路完全进行隔离，防止主回路中的高电压击穿控制回路元器件。

(三)有益效果

本发明提供了一种全隔离式晶闸管强触发装置。具备以下有益效果：

1、本发明适用于大功率电源、大功率开关、强磁脉冲等领域。该装置由触发信号产生单元、光发射电路、光接收电路以及强触发波形产生电路组成，可产生单次强触发波形或者可重复的强触发波形，强触发波形的脉宽以及重复触发频率可通过编程直接进行设置。

2、本发明结构简单、工作稳定、可靠性高，产生的强触发波形重复频率以及脉冲宽度调节简单，适用范围广；在电路结构上，高压主回路与本装置经过光纤隔离、光耦隔离与脉冲变压器隔离三重隔离措施，创新性地解决了强电磁干扰、高低压电路隔离不彻底、晶闸管误触发等问题。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的光发射与光接收电路；

图3为本发明的强触发波形产生电路；

图4为本发明产生的强触发电流波形图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本发明实施例提供一种全隔离式晶闸管强触发装置，与其他技术方案不同的是，该方法创新性地设计了光隔离电路以及强触发波形产生电路，创新性地解决了强电磁干扰、高低压电路隔离不彻底、晶闸管误触发等问题。同时本发明结构简单、工作稳定、可靠性高，产生的强触发波形重复频率以及脉冲宽度调节简单，适用范围广。

图1示出了本发明实施例提供的平顶脉冲磁场产生方法的结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

该装置由触发信号产生单元、光发射电路、光接收电路以及强触发波形产生电路组成。

触发信号由触发信号产生单元mcu产生，触发脉宽为200μs，重复触发频率为1000hz。

光发射电路将触发信号产生单元产生的触发信号经过光发射电路中的光电转换电路形成光信号，并通过光纤进行传输。

强触发波形产生电路由光耦隔离电路与脉冲变压器驱动电路组成。

如图2，光发射与光接收电路中，电容c1与电容c3分别为5v电源模块e1与5v电源模块e3的滤波电容。当光发射电路开始工作时，5v电源模块e1通过限流电阻r1将发光二极管d1点亮。触发信号产生单元产生的触发信号通过gpio接口接至光发射电路，当gpio接口为高电平时，三极管s1导通，此时光发射器hfbr-t-1512z的2号引脚变为低电平，使该光发射器中的光电转换电路形成光信号，并通过光纤进行传输。当gpio接口为低电平时，三极管s1不导通，此时光发射器hfbr-t-1512z的2号引脚为高电平，该光发射器不会形成光信号。当光接收电路通过光纤接收到光发射电路发出的光信号后，光接收器hfbr-r-2512z通过内部光电转换电路将光信号转换为电信号后使vout接口输出低电平，当光接收电路不接收到光信号时，vout接口输出高电平。上述光发射与光接收电路中，光信号通过单模光纤进行传输，可完全避免电磁干扰，在远距离传输过程中也不会产生信号衰减现象，有效避免了晶闸管误触发的产生。

如图3，强触发波形产生电路中，电容c2为12v电源模块e2的滤波电容，二极管d2与电阻r5为脉冲变压器一次侧续流回路。上述强触发波形产生电路由光耦隔离电路与脉冲变压器驱动电路组成。12v隔离电源模块e2预先通过充电电阻r6给储能电容c1进行充电，而图3中所述的vin接口接至图2中光接收电路的vout接口。当图3中的vin接口为低电平时，三极管s1停止导通，三极管s1停止导通使得高速光耦6n137停止导通，高速光耦6n137停止导通后，发光二极管d1熄灭，同时高速光耦6n137的6号引脚输出5v电压，该5v电压经过限流电阻r4后驱动型号为irf540n的mosfet导通，irf540n导通后，12v隔离电源模块e2与储能电容c1同时向kmg288脉冲变压器一次侧放电，形成强触发电压，脉冲变压器二次侧感应出该强触发电压波形。脉冲变压器驱动电路包括kmg288脉冲变压器、整流二极管d4与稳压二极管d3。整流二极管d4对强触发电压波形进行整形后加在晶闸管门极g与阴极k之间，形成强触发电流，使晶闸管导通。稳压二极管d4的作用是保护晶闸管，防止晶闸管门极g与阴极k之间电压过高而损坏晶闸管。当图3中的vin接口为高电平时，三极管s1导通，三极管s1导通使得高速光耦6n137导通，高速光耦6n137导通后，发光二极管d1被点亮，同时高速光耦6n137的6号引脚输出低电平，irf540n停止导通，强触发电流停止产生，晶闸管触发结束。由于光耦隔离与脉冲变压器隔离的存在，可将高压主回路与本装置的低压控制电路完全进行隔离，防止主回路中的高电压击穿控制回路元器件。

如图4，所示波形为本发明在示波器端获得的强触发电流波形。从图中易知，该强触发电流波形脉宽为200μs，重复触发频率为1000hz。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。