中心議題：

• 小電流可控矽固體開關的研製

解決方案：

• 串聯開關的驅動(控製)電路
• 變壓器設計

固體開關構成的固體繼電器(SolidStateRe-lav，SSR)是利用現代微電子技術與電力電子技術相結合發展起來的一種新型無觸點電子開關器件。與傳統的電磁繼電器相比

，它具有高穩定、高可靠、無觸點、長壽命等優點。
　　
由於固體開關在加速器、雷達發射機
、高功率微波
、汙染控製、醫用等軍民用領域具有較明顯的潛在優勢，美、英、日(ri)等(deng)國(guo)均(jun)對(dui)固(gu)體(ti)開(kai)關(guan)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)了(le)大(da)量(liang)研(yan)究(jiu)。根(gen)據(ju)應(ying)用(yong)要(yao)求(qiu)的(de)不(bu)同(tong)，固(gu)體(ti)開(kai)關(guan)中(zhong)單(dan)元(yuan)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)也(ye)不(bu)盡(jin)相(xiang)同(tong)。若(ruo)要(yao)求(qiu)固(gu)體(ti)開(kai)關(guan)具(ju)有(you)很(hen)快(kuai)的(de)開(kai)關(guan)速(su)度(du)和(he)高(gao)重(zhong)複(fu)頻(pin)率(lv)，單(dan)元(yuan)器(qi)件(jian)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)功(gong)率(lv)場(chang)效(xiao)應(ying)管(guan)(PowerM0SFET)或絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。對單個脈衝放電或低頻充放電時所用的開關，用可控矽串聯即可實現。
　　
可控矽是以“小控製大”的功率開關器件，用一個小的控製電流控製門極完成電路中電流控製作用，具有體積小、重量輕
、低功耗、長壽命等優點。為了降低串聯的可控矽數量
，應盡可能地選取耐壓較高的可控矽，同時綜合考慮價格因素。我們選取了意法半導體(ST)的可控矽TYNl225，單管耐壓可達l200V
，且價格便宜。
　　
本文通過脈衝變壓器隔離控製28個串聯可控矽（TYNl225）
，得到了20kV小電流開關，對固體開關的串聯技術進行了試驗研究，並討論了串聯電路所涉及到的觸發信號的高壓隔離技術、驅動信號同步技術以及功率器件的動態靜態均壓技術。實驗電路如圖1所示。


　　
1串聯開關的驅動(控製)電路
　　
為保證同步觸發

，係統中所有開關的觸發信號必須來自同一個信號源。手冊給出使TYNl225導通的門極閾值電壓Vgt低於1.5V
，閾值電流Igt低於40mA。它(ta)可(ke)直(zhi)接(jie)用(yong)變(bian)壓(ya)器(qi)觸(chu)發(fa)
，不(bu)需(xu)額(e)外(wai)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)。當(dang)撤(che)掉(diao)晶(jing)閘(zha)管(guan)門(men)極(ji)觸(chu)發(fa)信(xin)號(hao)後(hou)，要(yao)使(shi)它(ta)保(bao)持(chi)導(dao)通(tong)，流(liu)經(jing)它(ta)的(de)電(dian)流(liu)必(bi)須(xu)大(da)於(yu)某(mou)個(ge)值(zhi)
，這(zhe)個(ge)值(zhi)就(jiu)是(shi)它(ta)的(de)維(wei)持(chi)電(dian)流(liu)。在(zai)本(ben)實(shi)驗(yan)中(zhong)晶(jing)閘(zha)管(guan)導(dao)通(tong)時(shi)，電(dian)流(liu)最(zui)高(gao)僅(jin)為(wei)1mA，低於TYN1225的維持電流(幾十個mA)，因此采取的方式是觸發信號到來之後始終加一直流電壓在它的門極來驅動保持其導通。
　　[page]
本實驗的控製信號由信號發生器提供，信號發生器輸出50kHz的方波
，經過功率MOSFET/IGBT驅動芯片IXDN414得到同頻率的驅動信號來驅動MOSFETAPT10026，隨著APTl0026detongduan
，bianyaqidechujishangchanshengjinsifangbodexinhao，youyubianyaqigegecijiraozuwanquanyizhi
，suoyi，zaicijidedaoyizhideduogexinhaolaikongzhichuanliandekekongguitongbudaotong。
　　
IXDN414是lXYS公司出品的高速MOSFET/IGBT門極驅動器

，它的輸入兼容TTL與CMOS信號。本設計中通過凋節信號發生器的輸出方波的幅度來控製IXDN414的輸出。當信號發生器輸出的方波幅值存IXDN414輸入端的低電平範圍內時
，IXDN414的輸出始終為低電平
；調節信號發生器，使輸出幅值進入IXDN414輸入端的高電平範圍，IXDN414便輸出50kHz的方波信號，此信號驅動APT10026
，變壓器的初級上便有了圖2所示的驅動信號。


2變壓器設計
　　
在脈衝變壓器隔離控製的可控矽固體開關中，變壓器的設計非常重要，要求次級信號嚴格一致。當變壓器初級有了圖2所示的方波信號時
，由於變壓器的漏感漏電容的存在，次級繞組的電壓波形如圖3所示，它與圖2有稍許差異。當它經橋堆整流時，在每個橋臂上均會產生一定壓降，經過晶閘管門極限流電阻後，可控矽門極的電壓不到1V(對陰極)
，實驗證明這個電壓能很好地促使可控矽保持導通。


為了保證驅動信號的一致性，應盡量減少各種分布參數的影響。選取合適的磁芯
，減少變壓器繞組匝數是一種方法。選取μr較大的磁芯，這樣單匝線圈的電感量比較大，就可以減少繞組匝數。我們設汁的變壓器處
、次級匝數比為4：1，初級有4匝，因而次級隻用了lza。shiyanzhengmingzheyangfeichanghaodibaozhenglecijiraozudeyizhixing，tongshiyouyuxianquandejianshaoyeyouxiaodikongzhilebianyaqidetiji。bianyaqidechujidianganliangbixuzugouda，ruguogankangtaixiao

，yuandiyufuzaidengxiaozukang，keyikanzuojinsiduanlu
，jianghuishaohuiqianmiandeAPT10026。實際製作的變壓器初級電感Lp在50kHz時大約為600μH。不考慮漏感等影響因素
，感抗ωLp=2π50k600μH=60πΩ。
　　
當可控矽導通不一致時
，會出現一種情況：高壓源直接加於變壓器的兩組次級繞組上。這就要求變壓器初級和次級間、各次級相互之間均能夠承受足夠高的電壓。本文將變壓器任意兩個次級繞組間耐壓設汁為21kV
，可以承受電源最大電壓


，這就保證了變壓器不會被擊穿。