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摘要：中壓場合晶閘管的觸發裝置與低壓情況不同，隔離更加困難，由于晶閘管的陰極電位可能非常高，傳統觸發裝置所必需的直流電源較難實現。晶閘管自供電門極驅動器能很好的解決該問題。它利用耦合取能原理，在晶閘管關斷的時段積蓄并保持能量，在觸發命令下利用存儲的能量獨自打開晶閘管。它自成模塊，省去了獨立的電源板或輔助供電版，節省了空間，降低了成本。實驗證明該驅動器效果理想，有廣闊的發展前景。

1引言

近年來，中壓變頻驅動器和交流電動機軟起動器的應用日益增加，這大大推動了SCR門極觸發裝置的發展。中壓設備中晶閘管控制觸發電路的設計與低壓設備不同，低壓設備中晶閘管控制觸發的設計比較關鍵的部分是設計隔離變壓器，此變壓器不僅起到了控制觸發晶閘管的作用，同時也起到了信號隔離的作用，它能將控制電路信號與主電路信號隔離，防止主電路對控制電路的信號干擾。但此變壓器在中壓軟起動設計中，就很難實現，最主要的原因也就是它的信號隔離作用很不理想，絕緣等級不夠高，電磁干擾也較大。于是人們著手研究中壓晶閘管閥行之有效的觸發隔離方式。從目前的研究水平來看，用光纖觸發晶閘管并起到電氣隔離的作用是一種相當不錯的選擇。很多人已經開始重視光纖的發展前途，并設計了一些應用電路。但還有一個關鍵問題一直解決得不夠完善，即：在光纖的接受端需要一個+5V的直流電源，這個電源的地端與晶閘管的陰極等電位,而晶閘管的陰極電位可能非常高，甚至達到上萬伏。雖然主電路的電壓可以很高，但要得到一個穩定的5V直流電源并不容易，采用高耐壓等級的隔離變壓器,不僅制造困難,而且成本高，很不劃算，此時晶閘管自供電門極驅動（SSGD）技術進入了人們的視線。它基于耦合取能的原理，并使得晶閘管觸發控制的設計中不再需要獨立的電源板或輔助供電板。應用SSGD的最大好處就是SSGD自成模塊，它降低了中壓軟起動設備的制造費用，同時也大量的節省了空間，另外SSGD的應用也解決了中壓設備中信號難于隔離的問題，因而有廣闊的發展前景。

2SSGD技術的原理

2.1一般的耦合取能電路

SSGD技術基于耦合取能原理，一般的耦合取能電路如圖所示。

如圖1所示，V1為主晶閘管,、構成與晶閘管并聯的阻容吸收回路，XF為限幅電路。當晶閘管V1處于正向阻斷時,電流為正向,向電容、充電。當電容的端電壓超過限幅值時,限幅電路動作，V3二極管截止，停止給充電。電容的端電壓保持為限幅值,把電容的儲能可以用作觸發系統的工作電源；觸發晶閘管V1時,電容通過V1的門極放電；晶閘管V1處于反向阻斷時,為負向，V2構成旁通支路,電容被反向充電；當晶閘管V1再次處于正向阻斷時,電容已帶有下正上負的電荷,有助于電容被更快地充電。如此循環往復。由于取能電路的等效阻抗為容性,并且遠小于緩沖電路阻抗，這樣既不影響阻容吸收,又能耦合取能。

2.2改進的耦合取能電路

實際當中如果觸發角很小，晶閘管導通角變大，此時儲能電容上儲存的能量就很少了，如果晶閘管一直處于導通狀態,則晶閘管兩端的電壓只能到2V左右，充到儲能電容上的電壓就更低,這顯然達不到要求。

為此，將一般的耦合取能電路進行改進，得到了下面的改進的耦合取能電路。

與一般的耦合取能電路相比，在主電路中串聯一個電流變壓器。主電路處于截止狀態時，由，進行電壓耦合取能，為觸發電路提供電源。主電路導通之后，晶閘管上的壓降很低，不能再進行電壓取能，在這種狀態下耦合取能的任務由電流變壓器來接替，進行電流耦合取能。當儲能電容器上的電壓達到一定的幅值，則限幅電路動作，三極管VT導通，儲能過程停止，以防止上的電壓過高。晶閘管只有導通和截止兩種工作狀態：在截止時由電容進行電壓耦合取能；導通時由電感進行電流耦合取能，以此保證觸發電路在任何狀態下都能正常工作，完成觸發任務。另外，耦合取能電路得到的電源紋波比較大，電壓值也不能保證，不能直接用來給后續電路供電，需要進行濾波和穩壓。

2.3SSGD作為晶閘管觸發裝置的原理

SSGD自成模塊，典型的晶閘管自供電門極驅動模塊如下圖所示：

首先介紹SSGD應用在單個晶閘管的情況。

SSGD在單個晶閘管中應用的電路拓撲結構如圖4所示,對電路的分析可以根據晶閘管的開關狀態分為以下兩種情況：

2.3.1晶閘管關斷的時候

當正弦電源的正半周波加在晶閘管上時，如圖所示，電流通過緩沖電阻和緩沖電容給儲能電容充電，直到上的電壓大于穩壓二極管的截斷電壓，這時晶閘管被打開，電流從流走，上的電壓保持限幅值。

2.3.2晶閘管開通的時候

當控制信號控制晶閘管開通的時候，SSGD模塊內部控制開關接通，放電，如圖3所示，給晶閘管門極一個觸發信號，使晶閘管開通。實際上，控制信號是由CPU發出的電信號轉換為光信號，這一光信號再控制SSGD模塊中開關接通，這樣控制電路與主電路之間就沒有了電的聯系，從而實現了信號隔離。

下面進一步看一下SSGD在反并聯晶閘管場合的應用。

下面簡單分析一下電路原理。

(1)CQ1上的初始電荷的積累過程(以CQ1為例說明)

當正弦電源電壓正半周波加在晶閘管上且兩個晶閘管都處于關斷狀態時，電流通過RS、CS、Cg1，給儲能電容CQ1充電，這時就積累了儲能電容Cq1上的初始電荷。

(2)當SCR1、SCR2有一個開通時（以SCR2開通為例說明）

當控制信號控制晶閘管SCR2開通，這時SSGD2模塊中的開關閉合，積蓄在儲能電容CQ2上的能量放電，給晶閘管SCR2門極一個觸發信號，SCR2開通。緩沖電容CS通過RS、Cg1放電，給儲能電容Cg1充電，如果儲能電容Cg1上的電壓超過穩壓二極管的截斷電壓，這時就觸發了晶閘管SCRo1，電流通過SCRo1，這也是一種為儲能電容Cg1充電的情況。

(3)當SCR1、SCR2都關斷時

與（1）中類似，電流通過RS、CS、Cg1，給儲能電容Cg1充電，當儲能電容上的電壓超過穩壓二極管的截斷電壓時，觸發晶閘管SCRo1，電流從流過。

3實驗設計及結果

設計晶閘管自供電門極驅動電路板用于觸發反并聯晶閘管，中壓電機軟啟動所用的交流調壓電路拓撲就是反并聯晶閘管，由于是三相電路，總共要觸發6只晶閘管。

選取合適的電路元件參數，吸收回路的參數可按經驗公式算出，再考慮儲能電容的影響，不難算出實際有效的緩沖電容值為：

儲能電容Cg1和Cg2的值要遠大于CS以產生R-C緩沖電路的性能，設計過程必須考慮到儲能電容上的電壓降。

設計的電路原理圖如下：

繪制PCB電路板，作相關實驗，晶閘管觸發角為90°?？紤]了光耦和光纖兩套觸發方案，采用選擇開關可對觸發方式進行選擇，得出以下實驗波形。

每個儲能電容初始電荷的積累是靠晶閘管正向關段期間電源對其充電實現的。若兩管均關斷時，也是靠電源對其充電得到的。若是只有一管關斷，另一管開通，此時主要是靠緩沖電容放電實現儲能。

從實驗波形可以看出，晶閘管門極自控驅動器實際工作效果還是比較理想的，在一定的觸發角條件下電容耦合取能足以有效打開晶閘管。

4結論

晶閘管自供電門極驅動器可以省去獨立的電源板或輔助供電板，它降低了中壓晶閘管觸發設備的制造費用，同時也大量的節省了空間，另外SSGD的最大好處就是它自成模塊，同時解決了中壓設備中信號難于隔離的問題。通過實驗證明了晶閘管門極自控驅動器觸發晶閘管系統的可行性，實驗波形理想，該技術擁有廣闊的發展前景。