一种全固态脉冲调制高压开关的制作方法

本发明涉及电力电子，具体涉及一种全固态脉冲调制高压开关。

背景技术：

1、随着中国环流器二号m(hl-2m)托卡马克装置的投入运行，其内部的辅助加热系统对高压电源提出了更高的需求。新装置辅助加热系统的输出功率更大，等离子体运行参数更高，作为辅助加热系统中的重要子系统之一，高压电源需要在长脉冲额定功率输出的基础上，进一步具备对自身参数性能的自检功能，并且能够在故障发生后进行自行复位。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：现有的高压电源应用于托卡马克装置的辅助加热系统中存在操作和运行上的不便；本发明目的在于提供一种全固态脉冲调制高压开关，基于干式全固态调制开关进行结构上的改进，在使用过程中可方便的观察每组全固态开关器件的运行状态，当过压调制高压开关中部分全固态开关器件损坏，不在需要通过断开全固态的开关的连接，每个进行测量；并在全固态调制开关中加入自检功能，能有效的在每次实验之前判断调制开关是否能达到工作状态。提高了使用效率和检测、维修等的便捷性。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本方案提供一种全固态脉冲调制高压开关，包括驱动调制电源，以及连接在驱动调制电源上的软启动延时模块、综合故障检测模块和故障自检模块；

4、所述软启动延时模块用于在驱动调制电源接入电网时，对驱动调制电源进行延时启动；

5、所述综合故障检测模块用于在检测驱动调制电源启动后进行过压故障检测、过流故障检测和欠压故障检测，并在故障解除后进行保护复位；

6、所述故障自检模块用于在检测驱动调制电源启动后进行过流故障自检。

7、本方案工作原理：现有的高压电源应用于托卡马克装置的辅助加热系统中存在操作和运行上的不便；本发明目的在于提供一种全固态脉冲调制高压开关，基于干式全固态调制开关进行结构上的改进，在使用过程中可方便的观察每组全固态开关器件的运行状态，当过压调制高压开关中部分全固态开关器件损坏，不在需要通过断开全固态的开关的连接，每个进行测量；并在全固态调制开关中加入自检功能，能有效的在每次实验之前判断调制开关是否能达到工作状态。提高了使用效率和检测、维修等的便捷性。

8、本套调制器高压开关的额定参数为20kv/50a，最高输出调制频率5khz，最大工作脉宽10s，间隔300s。电源通过光纤触发驱动调制电源，开通和关断固态开关中igbt，控制输出电压导通与关断，其开通时间延迟以及关断时间延迟均为微秒级；具备自检过流故障记忆、输出过流保护故障记忆、输出打火故障记忆以及故障清零功能等功能；具备igbt过流与短路保护功能，通过断路器分闸进行保护；具备自检过流保护功能，固态高压开关不工作时进行自检，当自检电流高于正常值时，电源保护并锁存故障使电源不再输出触发脉冲信号，自检过流后电源不再给出触发脉冲信号。

9、进一步优化方案为，所述驱动调制电源包括：

10、高压输入接线端连接桥式整流器q1的两个输入端，电容c1并联在桥式整流器q1的两个输出端，电阻r1与发光二级管d1的正极连接构成的串联支路并联在电容c1的两端；场效应管w1的基极连接电阻r3，场效应管w1的集电极连接电阻r1，场效应管w1的发射极连接发光二级管d1的负极；

11、开关驱动线接线端连接桥式整流器q2的两个输入端，电容c2并联在桥式整流器q2的两个输出端，电阻r2和发光二级管d2的正极连接构成的串联支路并联在电容c2的两端；场效应管w2的基极连接电阻r4，场效应管w1的集电极连接电阻r2，场效应管w2的发射极串联电阻r5后连接发光二级管d2的负极；场效应管w2的发射极与场效应管w1的集电极连接。

12、对于全固态高压开关的驱动调制电源，它包含一个高压输入接线端和开关驱动线接线端。高压输入接线端具有上下两个接线口，当输入高压为正电压时，从上接线口输入下接线口输出，当输入高压为负电压时，从下接线口输入上接线口输出。全固态高压开关驱动线从聚四氟乙烯管内穿过，上端引出线接驱动调制电源正端，下端引出线接驱动调制电源地。

13、进一步优化方案为，所述软启动延时模块包括：

14、从驱动调制电源输出的正极连接延时电阻r6后接入电压比较器v1的正极输入端，延时电容c3一端连接在电压比较器v1的正极输入端，另一端接地；放电电容c4一端连接在电压比较器v1的正极输入端，另一端接地；

15、从驱动调制电源输出的负极连接电压比较器v1的输出端；电压比较器v1的输出端串联电阻r7后连接三极管s的基极，三极管s的集电极连接继电器k1后输出连接至驱动调制电源，整流二极管d3并联在继电器k1两侧。

16、进一步优化方案为，所述综合故障检测模块包括过压故障单元、过流故障单元和欠压故障单元；过压故障单元、过流故障单元和欠压故障单元分别连接至总故障输出端口；

17、从驱动调制电源输出的正极连接电位器，电位器一端接地一端连接电压比较器v2的正极输入端，电压比较器v2的输出端串联电阻r8和电阻r9后接地；从驱动调制电源输出的负极连接电压比较器v2的负极输入端；电压比较器v2的输出端连接发光二极管d4后连接总故障输出端口；电阻r8和电阻r9之间连接过压故障输出端口(过流故障单元和欠压故障单元与过压故障单元一致，只是电阻r8和电阻r9之间连接过流故障输出端口时构成过流故障单元，电阻r8和电阻r9之间连接欠压故障输出端口时构成欠压故障单元)。

18、进一步优化方案为，所述故障自检模块包括：

19、自检电流采样经过放大电路后连接电压比较器v5的正极输入端，电压比较器v5的负极输入端接地，电位器连接在电压比较器v5的负极，电压比较器v5的输出端串联电阻r10后连接自检过流故障端口；电压比较器v5的输出端串联电阻r11后连接自检过流指示端口。

20、进一步优化方案为，还包括关断脉冲光输入端和开通脉冲光输入端；所述开通脉冲光输入端接入电阻r3，所述关断脉冲光输入端接入电阻r4。

21、进一步优化方案为，所述软启动延时模块的时间常数由延时电阻r6和延时电容c3共同决定。

22、进一步优化方案为，还包括自复位电路，所述自复位电路与总故障输出端口连接。

23、进一步优化方案为，所述自复位电路用于统计时间段t内总故障输出端的故障次数，若时间段t内故障次数为0，则自复位电路启动保护复位，否则自复位电路不启动保护复位。

24、进一步优化方案为，驱动调制电源输出220v交流供电。

25、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

26、本发明提供的一种全固态脉冲调制高压开关；基于干式全固态调制开关进行结构上的改进，在使用过程中可方便的观察每组全固态开关器件的运行状态，当过压调制高压开关中部分全固态开关器件损坏，不在需要通过断开全固态的开关的连接，每个进行测量；并在全固态调制开关中加入自检功能，能有效的在每次实验之前判断调制开关是否能达到工作状态。提高了使用效率和检测、维修等的便捷性。