摘要：介紹了快速晶閘管在所研制的加速器電源系統(tǒng)中的應用,分析并解決了快速晶閘管的觸發(fā)驅(qū)動、過壓過流保護等問題。

關(guān)鍵詞：快速晶閘管；加速器電源；脈沖功率技術(shù)

1 引言

脈沖功率技術(shù)是一種能量密度“壓縮”技術(shù),它通過開關(guān)的瞬時導通把較長時間內(nèi)儲存的能量在很短的時間(μs或ns量級)內(nèi)釋放出來,形成幅度達數(shù)十kA甚至數(shù)百kA的強電流脈沖。脈沖功率技術(shù)對放電開關(guān)的要求是開關(guān)的動作速度必須很快，額定電流大，導通時開關(guān)的導通電阻要小。早期采用汞引燃管，火花隙等作放電開關(guān)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，先是出現(xiàn)了普通晶閘管，但普通晶閘管的開通時間和關(guān)斷時間都很長，特別是當負載為感性時,普通晶閘管的開通時間甚至需要幾百μs，關(guān)斷時間也需要幾百μs。這在要求重復頻率達200Hz的加速器電源上是無法使用的。隨著導通時間和關(guān)斷時間都在10μs以下的快速晶閘管的出現(xiàn)，特別是大電流快速晶閘管的成功研制，使得這種電力電子器件能夠進入大電流快速放電開關(guān)的領(lǐng)域，并逐漸顯示其優(yōu)越性。本文介紹快速晶閘管KK400和KK1000在某加速器電源系統(tǒng)中的應用。

2 系統(tǒng)基本原理

整個電源系統(tǒng)輸出電流脈沖的重復頻率為200Hz，在系統(tǒng)開始工作前，先要通過普通變壓器T₁為脈沖電容器C₂預充電到400V，以后便可斷開普通變壓器T₁進行重復頻率運行。圖1是系統(tǒng)原理圖，電路工作原理如下。

圖1 系統(tǒng)工作原理

1）預充電過程三相交流電經(jīng)半波整流對電解電容C₁經(jīng)限流電阻R₁預充電到250V，然后改由快速晶閘管KK₀對電解電容C₁直接充電到310V。在電解電容C₁充電時，A相電壓經(jīng)變壓器升壓全橋整流后經(jīng)限流電阻R₂對脈沖電容C₂充電到400V。預充電結(jié)束后變壓器通過繼電器與脈沖電容器隔離。

2）重復頻率工作過程C₂對變壓器T₂放電，快速晶閘管KK₃過零關(guān)斷，電容C₂上的剩余電壓反向。利用KK₂導通，C₂、L諧振實現(xiàn)電容C₂上電壓再次反向，電壓極性恢復到初始狀態(tài)，但幅度已減小。再導通KK₁通過L、C₂的諧振使C₂上電壓幅度也恢復到初始狀態(tài)，電源工作的一個周期完成。又可開始下一個周期的工作。

3 系統(tǒng)中快速晶閘管的選用

KK₀選擇通態(tài)電流為400A的快速晶閘管（KK400）三只，分別用作A、B、C三相電路的整流管，KK₁和KK₂都是六只通態(tài)電流為1000A的快速晶閘管（KK1000）并聯(lián)使用，KK₃是十只通態(tài)電流為1000A的快速晶閘管（KK1000）并聯(lián)使用。

從圖1可見，除KK₀外，KK₁、KK₂、KK₃的負載都是感性負載。在本系統(tǒng)中晶閘管KK₀的觸發(fā)信號由對應相經(jīng)半波整流提供，當某相電壓高于電容C₁上電壓時，則那一相晶閘管就導通，直接對電容C₁充電?？焖倬чl管KK₁、KK₂、KK₃的觸發(fā)信號由計算機內(nèi)控制板卡定時給出。根據(jù)圖1分析知，必須保證三組晶閘管的可靠轉(zhuǎn)換，即KK₃導通截止后，再導通KK₂，KK₂截止后再導通KK₁，KK₁截止后再導通KK₃。如此電源作重復頻率運行，當電源運行在重復頻率達200Hz時，這樣一個工作周期僅5ms，KK₁、KK₂、KK₃的換相都是采用負載換相，即當快速晶閘管中電流下降為零時，晶閘管承受反向電壓自然關(guān)斷。因此晶閘管的開通時間和關(guān)斷時間都必須很小，普通晶閘管是滿足不了要求的。

4 快速晶閘管觸發(fā)電路設計

圖2是快速晶閘管KK₀的觸發(fā)電路。KK₀的觸發(fā)是利用電源電壓經(jīng)二極管D整流實現(xiàn)同步觸發(fā)。這樣當某相電壓高于電容C₁上電壓時，觸發(fā)極與陰極間也承受正向電壓，晶閘管觸發(fā)導通，實現(xiàn)對電容C₁上能量的快速補充。電容充電回路中不加限流電阻一方面保證了電容C₁上電壓的快速恢復到310V左右，另一方面電容C₁上電壓的迅速上升避免了觸發(fā)極與陰極間電壓過高而損壞晶閘管。

圖2 KK₀觸發(fā)電路