专利名称：用于大电感负载的晶闸管过压保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于用压敏元件作信号检测，勿需外加电源，对用于大电感负载的晶闸管进行过压保护的技术领域。
晶闸管作为可控的电力电子元件被广泛应用到变流装置中，无论是交、直流电动机的传动装置，还是大功率变流器，都利用了晶闸管的可控性，组成了各种不同的整流器或逆变器，由于晶闸管的广泛应用，相应的晶闸管过电压保护元器件的开发就显得十分重要。
当采用晶闸管构成向大电感负载(如直流电动机或发电机励磁绕组)提供整流时(如
图1)，一旦交流进线开关K断开，或其它原因使主回路突然开路，由于电感L中电流不能突变，就产生一个强大的感应电势E＝L×di／dt，这个电压往往会高出设备的额定电压5～10倍，将晶闸管组KP1击穿，造成晶闸管永久性损坏。
当采用晶闸管构成交－直－交电流型逆变器时(如图2所示)由于交直交回路中的去偶电感L很大，主回路突然开路或系统产生振荡时，(此种情况经常发生)，将会在电感L两端产生很高的感应电势EL＝L×di／dt，击穿晶闸管KP1或KP2。
基于上述情况，现有技术中对晶闸管采取保护的方式有多种多样，常用的是提高晶闸管的耐压等级，但由于上述感应电势非常大，靠提高晶闸管的耐压难以解决击穿问题，且随着耐压等级的提高，成本也随之升高，设备亦更复杂。与本实用新型最相关的现有技术是联邦德国AEG公司设计的晶闸管过压保护器件(如图3A、B所示)，交流电经主开关K由晶闸管KP1整流向电感L供电，过压保护元件由检测脉冲放大电路I和保护用晶闸管KP2组成，KP2并接在电感L两端。检测脉冲放大电路I主要包括采样－滤波－放大－比较－整形－放大－输出至KP2控制极，并且采用外加电源。当主回路突然开路时，检测脉冲放大电路向KP2提供一个脉冲信号，使KP2导通迅速将电感L两端的感应电势EL＝L×di／dt拉至零电位以保护晶闸管KP1不被击穿。此过压保护元件有较好的保护性能，但存在体积大，需外加电源、传输慢，价格昂贵的缺点，而且不适合逆变器使用。
本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，设计一种采用压敏元件作为信号检测，晶体管(晶闸管)作为脉冲功率放大的过压保护装置，以保护用于大电感负载的晶闸管，且不用外加电源。
实现上述目的的主要技术构成是该过压保护装置包括电源、晶闸管KP1和与之并联的电感L以及与电感并联的保护用晶闸管KP2，其特征在于该过压保护装置还包括有由限流电阻RX、压敏器件YM、隔离二极管D3相串联的电压检测回路以及由电阻R1、功率放大器件KP3组成的脉冲放大电路；电压检测回路的输入端A接晶闸管KP2的正极，输出端B接功率放大器件的控制极，功率放大器件KP3的输出端G接晶闸管KP2的控制极。功率放大器件KP3可以选用晶闸管，晶体管及MOS管。
本装置在主回路电源切断时，对电感产生的感应电动势L×di／dt十分敏感，当L×di／dt超过晶闸管KP1要求保护的电压值时，立即发出一触发脉冲驱动晶闸管KP2导通，在极短的时间内将过电压降至零，以达到保护晶闸管KP1的目的。
以下结合附图对本实用新型产品作进一步详细描述。
图1是现有技术中晶闸管向励磁绕组供电的电路图。
图2是现有技术中采用晶闸管构成交－直－交电流型逆变器的电路图。
图3A是西德AEG公司设计的晶闸管过压保护原理图。
图3B是图3A中检测脉冲放大器I的原理框图。
图4是本实用新型的电路原理图。
图5是本实用新型用于超高压时的电路原理图。
本实用新型的具体结构如图4所示，电源经过晶闸管KP1向电感L供电，在电感L旁再并联一个保护用晶闸管KP2以保护晶闸管KP1不被损坏，这部分电路与图3所示现有技术相同；本实用新型不同于现有技术的关键在于电压检测和脉冲放大电路，其具体电连接关系是晶闸管KP2的正极A端接分别由电阻RX、压敏元件YM、二极管DS相串联而成的电压检测回路，电压检测回路的输出端B即二极管DS的负极接放大用晶闸管KP3的控制极G(这里晶闸管KP3也可用晶体三极管、MOS管代替，相应的B端连接三极管或MOS管的基极，同样可起放大作用)，晶闸管KP3的正极通过限流电阻R1接A端，其负极接晶闸管KP2的控制极。
正常工作时，交流电源经过晶闸管KP1整流后向电感L供直流电，在电感L两端产生的感应电动势为下正上负，(且感应电动势的数值在额定范围内，不会击穿晶闸管KP1。当主回路突然开路时，由于电感L中电流不突变，则在电感L两端产生一个强大的感应电势EL，其极性变为下负上正)。由于压敏元件YM与电感直接连接，当感应电势EL达到所需要的电压保护值时，压敏元件YM率先导通，电流经采样电阻RX、压敏元件YM及隔离二极管DS流向晶闸管KP3的控制极，控制KP3导通，KP3一导通便形成一个较强的脉冲信号触发晶闸管KP2导通，KP2导通后，迅速将电感L两端的感应电势E1降至零，亦即将晶闸管KP1两端的电压拉至零，保护KP1不被击穿。
当本实用新型用于超高压情形时，由于单只晶闸管的耐压不可能做的很高，需由几只保护器串联使用。电路结构应作适当调整，如图5所示，即将图4电路中的电压检测回路和脉冲放大电路设置两组以上，并且在每个功率放大器件KP3旁并联一个电阻R，电阻R的作用是起到静态均压作用。
由于并联有电阻R，这样在多组脉冲放大电路中存在一个静态电流，为提高本实用新型的灵敏度，脉冲放大电路与晶闸管KP2之间设置一隔离变压器B’。其工作原理与图4大致相同，不同之处在于脉冲放大电路是通过隔离变压器B′控制晶闸管KP2的导通。二级管D起导向作用。
由于本实用新型采用了当主电路突然开路时，对电感两端形成强大感应电势十分敏感的压敏元件，保护动作快，在1～3us内即可完成检测并发出信号，由于不需提供控制电源，以过压源为能量；因此非常适合在由晶闸管及各类电力电子元件构成的整流器和逆变器对大电感负载供电的系统中做为过压保护器件。
权利要求1.一种用于大电感负载的晶闸管过压保护装置，包括电源、晶闸管KP1和与之并联的电感L，以及与电感L并联的保护用晶闸管KP2，其特征在于该保护装置还包括有由限流电阻Rx，压敏器件YM，隔离二极管D3相串联而成的电压检测回路；以及由电阻RL，功率放大器件KP3组成的脉冲放大电路；电压检测回路的输入端A接晶闸管KP2的正极，输出端B接功率放大器件KP3的控制极，功率放大器件KP3的输出端G接晶闸管KP2的控制极。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于功率放大器件为晶闸管KP3，其控制极接电压检测回路的输出端，正极通过电阻RL接电感L的正极，负极接晶闸管KP2的控制极。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于功率放大器件采用晶闸管、晶体管或MOS管。
4.根据权利要求1、2、3所述的装置，其特征在于电压检测回路由两组以上限流电阻RX，压敏器件YM、隔离二极管D3组成的电压检测回路串联而成；脉冲放大电路由两个以上功率放大器件KP3和限流电阻R2组成，在每个功率放大器件旁并联电阻R；脉冲放大电路与晶闸管KP2之间设置有隔离变压器B′，隔离变压器B′输出端与晶闸管KP2之间设有导向二极管D。
专利摘要本实用新型是一种用于大电感负载的晶闸管过压保护器件，包括电源、晶闸管KP
文档编号H02H7/122GK2080254SQ9120045
公开日1991年7月3日 申请日期1991年1月14日 优先权日1991年1月14日
发明者杨国权 申请人:杨国权