一种适用于真空触发管的脉冲触发器模块制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于真空触发管的脉冲触发器模块，用于产生脉冲信号，包括直流电源单元、脉冲电容单元、MOSFET单元、磁芯单元以及控制MOSFET的FPGA控制电路单元。本发明专利技术通过FPGA控制电路确保被驱动的MOSFET开关的栅极不被击穿，同时确保被驱动的MOSFET开关可靠关断；其中FPGA控制回路采用20秒的周期，即20秒控制MOSFET闭合，产生一个信号作用于后面电路。驱动电路具有良好的频率特性，MOSFET开关工作在最好电压和频率下，其自身损耗较小；MOSFET开关用于高压回路中，驱动电路与整个控制电路在电位上严格隔离，确保控制电路安全工作。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于真空触发管的脉冲触发器模块
本专利技术属于电力设备检测
，具体涉及一种检测装备-基于FPGA控制MOSFET开关驱动电路的一种适用于真空触发管的脉冲触发器模块。。
技术介绍
真空触发开关(TriggeredVacuumSwitch,TVS)又称真空触发间隙(TriggeredVacuumGap,TVG)是真空开关的重要分支。作为电路控制器件，其结构是山密闭在真空室内两个或两组电绝缘的主电极(一般情况下还有触发电极)组成。主电极形成的间隙在常态下依靠高真空保持绝缘，当需要接通电路时，山外加触发能量使两主电极快速导通。早在60年代，美国GE公司就对TVS进行了大量的研究与开发工作。70年代初，印度科学家卡麦克夏(S.Kamakshaiah)等人研究了应用不同触发材料的TVS，加速了其实用化过程。80年代初，荷兰学者和中国学者等对TVS进行了应用研究，取得了大量有实用价值的研究成果。随着脉冲功率技术的发展和广泛的应用，尤其在特种电源的控制方面如大功率激光器电源和电物理研究中的储能系统控制以及电磁发射的能源控制等提出对高性能开发的需求。进入90年代以来，TVS有进一步的飞速的发展，TVS的种类和参数也有不断提高，使TVS扩大使用到电力系统作为控制元件之一，如在直流断路器和高压限流器中的应用等。可以预言，随着电磁工程领域及电力系统中高技术的应用不断深入和发展，TVS将担负越来越重要的角色。TVS的飞速发展是由于真空介质具有极高的绝缘水平和弧后等离子体的快速扩散，使它具有在较高频率下重复导通与关断高电压大电流的能力。由于导电通道密闭在真空环境中而不受外界干扰，从而大大提高了TVS的可靠性指标。由于真空电弧的电弧电压很低，使电弧引入的能量相对大气电弧低得多，这就使TVS的电极烧蚀率极低，可以承载几十甚至数百千安的峰值电流，一次通载电荷量可达数百乃至上千库仑，而主电极寿命一般不受限制。在需要快速接通电路及精确控制接通时刻的场合，通过辅助触发材料的选择，TVS可达到数十纳秒级的导通时间。与正在发展的电力电子器件相比，结构简单和成本低是TVS的最大特点，如就导通和关断功能而言，目前采用电力电子器件由串并联达到TVS的功率水平，其成本要比TVS高几个数量级。总之，TVS是一种高性能参数、高可革性、长寿命和低成本的电真空器件，因此TVS是一种极有前途的新一代电器元件。TVS有很多种类，按照应用场合的不同划分，可分下列3大类：1.接通型TVS此类TVS一般用于把电磁储能系统接通到应用网络，要求有足够的电荷量及电流峰值的承载能力，要求准确的接通时间和小的触发时延，有时要求足够小的电流上升时间以利于脉冲成型，但这种TVS一般对动态绝缘的要求不高，对弧后的恢复能力也几乎没有要求。2.合分型TVS此类TVS工作在交变电流场合，要求在电流过零点时能快速可靠地分断电路，并能立即承受较高的反向电压，即具有快速的介质恢复能力；对于电荷的承载能力虽然没有接通型的要求高，但如TVS处于连续合分载荷的状态，则要求有足够的热功率消散能力，对触发寿命和触发系统的连续工作能力也有较高的要求。3.运动电极型TVS此类TVS的一个电极是可动的，类似真空开关灭弧室的动触头，触发极装在静端。动电极连接一快速操动机构，在需要长期通电时启动操动机构，使两电极长期闭合。一般机械开关的动作时间在毫秒级，而此类TVS实际上是可在微秒级时间内准确控制关合时刻的真空开关。FPGA产生的控制信号经过驱动电路放大后控制MOSFET的通断。脉冲变压器产生的高压脉冲会对负载进行快速放电，因此驱动控制电路与高压回路要一定的电气隔离。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中的问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种适用于真空触发管的脉冲触发器模块，其特征在于:包括直流电源单元、脉冲电容单元、MOSFET单元、变压器和FPGA控制电路单元；所述直流电源单元的一极依次串联充电电阻R、储能电容后，连接在变压器一次侧的a端；所述直流电源单元的另一极和变压器一次侧的b端共地连接；所述MOSFET单元包括一个N沟道耗尽型MOSFET和二极管；所述MOSFET的漏极D连接在所述充电电阻R和储能电容之间；所述MOSFET的源极S与变压器一次侧的b端共地连接；所述MOSFET的源极S连接二极管的正极，所述MOSFET的漏极D连接二极管的负极；所述变压器向负载供电；所述FPGA控制电路单元通过MOSFET的栅极G，向所述MOSFET单元注入脉冲信号。进一步，所述FPGA控制电路单元包括光纤驱动单元、与光纤驱动单元连接的发纤发射单元、接收光纤发射单元光信号的光接收单元、接收光接收单元输出信号的驱动信号产生单元以及控制整个驱动电路通断的开关单元。值得说明的是，光纤能够隔离高压，信号传输o9o速度快，并且抗干扰能力强，同步性好，符合专利设计中对电气隔离的要求，因此采用光纤实现控制信号的传输，将其进行电光转换和光电转换后控制驱动芯片。附图说明图1为适用于真空触发管的脉冲触发器模块电路；图2为本专利技术的原理框图；图3是实施例中触发管的导通波形情况，触发时延大约200ns，导通电压2.5kV。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。一种适用于真空触发管的脉冲触发器模块，包括直流电源单元、脉冲电容单元、MOSFET单元、变压器和FPGA控制电路单元；脉冲电容由金属薄膜绕制，耐压1.2kV，容值1uF。充电电阻1kΩ，耐压1kV，功率2W。MOSFET选用CREE公司的C2M00800120D，驱动芯片为IXYS公司IXDN609PI，光纤头使用AVAGO的HFBR-1414和HFBR-2412，光纤选用常规的62.5/125μm直径玻璃光纤。变压器为绕制的脉冲变压器，升压比1：5。为了保证电路安全可靠，需要将高压侧与低压侧隔离开来，实现浮地驱动。实验采用金升阳公司的DC-DC隔离电源模块H0505-2W和H0515-2W对驱动电源和高压回路进行隔离。控制信号由现场可编程门阵列(FPGA)产生，型号为Altera公司生产的CycloneIV系列中的EP4CE6F17C8。供电的直流电源选用天津东文高压模块DW-P601-120F5D，由24V开关电源供电，最大输出功率可达72W，输出电压为：DC0～+1000V。试验时，负载可以为1000Ω的无感电阻。所述直流电源单元的一极依次串联充电电阻R、储能电容后，连接在变压器一次侧的a端；所述直流电源单元的另一极和变压器一次侧的b端共地连接；所述MOSFET单元包括一个N沟道耗尽型MOSFET和二极管；所述MOSFET的漏极D连接在所述充电电阻R和储能电容之间；所述MOSFET的源极S与变压器一次侧的b端共地连接；所述MOSFET的源极S连接二极管的正极，所述MOSFET的漏极D连接二极管的负极；所述变压器向负载供电；所述FPGA控制电路单元通过MOSFET的栅极G，向所述MOSFET单元注入脉冲信号。进一步，所述FPGA控制电路单元包括光纤驱动单元、与光纤驱动单元连接的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于真空触发管的脉冲触发器模块，其特征在于:包括直流电源单元、脉冲电容单元、MOSFET单元、变压器和FPGA控制电路单元；所述直流电源单元的一极依次串联充电电阻R、储能电容后，连接在变压器一次侧的a端；所述直流电源单元的另一极和变压器一次侧的b端共地连接；所述MOSFET单元包括一个所述MOSFET和二极管；所述MOSFET的漏极D连接在所述充电电阻R和储能电容之间；所述MOSFET的源极S与变压器一次侧的b端共地连接；所述MOSFET的源极S连接二极管的正极，所述MOSFET的漏极D连接二极管的负极；所述变压器向负载供电；所述负载为真空触发开关管；所述FPGA控制电路单元通过MOSFET的栅极G，向所述MOSFET单元注入脉冲信号。

【技术特征摘要】
1.一种适用于真空触发管的脉冲触发器模块，其特征在于:包括直流电源单元、脉冲电容单元、MOSFET单元、变压器和FPGA控制电路单元；所述直流电源单元的一极依次串联充电电阻R、储能电容后，连接在变压器一次侧的a端；所述直流电源单元的另一极和变压器一次侧的b端共地连接；所述MOSFET单元包括一个所述MOSFET和二极管；所述MOSFET的漏极D连接在所述充电电阻R和储能电容之间；所述MOSFET的源极S与变压器一次侧的b端共地连接；所述MOSFET的源极S连接二极管的正极，所述MOSFET的漏极D连接二极管的负极；...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽宏，周茂，黄昊，姚陈果，谭坚文，胡园一，周言，周纹霆，王晓雨，
申请(专利权)人：重庆市送变电工程有限公司，国网重庆市电力公司，重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50