[實用新型]一種光纖觸發的高壓固態開關

有效

• 申請號: 201520039245.5
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN204349950U
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 鐘平;劉云鵬;裴少通;王資博;王暢;劉翊希
• 申請（專利權）人: 華北電力大學(保定)
• 主分類號: H03K17/78
• 分類號: H03K17/78
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及固態開關領域，具體是一種光纖觸發的高壓固態開關。

背景技術

耐高壓、耐大電流的固態開關，不僅在高壓而且在食品非熱、醫療器械、軍事雷達、材料處理等領域都有極大的應用空間。半導體電力開關器件IGBT是一種復合全控型功率半導體器件，它的輸入控制極為MOSFET，輸出極為GTR，因而既有MOSFET開關速度快，驅動方式簡單的特點同時又有GTR耐壓高、載流能力強的優點。但是在大功率高電壓的場合下，單個IGBT作為高壓固態開關仍難以達到要求。為了應用于高電壓的領域，將耐壓等級低的若干個IGBT進行串聯以達到較高耐壓等級是一種有效的解決方案，且成本較低，受到了廣泛的關注。

在IGBT串聯過程中，由于IGBT芯片內部結構的細微差異以及觸發裝置發出觸發信號延時的誤差，實際應用中會產生串聯IGBT之間電壓分布不均的問題，這將大大影響器件的使用壽命和電路的工作效率，嚴重時會造成設備的損壞。因此，如何使串聯的IGBT實現同時通斷，是實現IGBT串聯的關鍵技術。

對此現有技術有多種解決方法：一類是針對IGBT柵極驅動信號同步性的柵極驅動控制；一類是針對IGBT功率端電壓平衡的動態均壓。前者主要通過一個具有納秒級響應速度的監控電路來實現對每只IGBT驅動信號的閉環控制，控制精度高，電路結構復雜。后者主要通過在IGBT功率端并聯一定的緩沖電路來實現IGBT的靜態和動態均壓，結構簡單但可靠性較差。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種光纖觸發的高壓固態開關，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種光纖觸發的高壓固態開關，包括高壓直流電源、FPGA控制系統、光纖驅動信號傳?輸部分、光纖故障信號傳輸部分、IGBT串聯電路、與IGBT相等個數的IGBT驅動模塊和與IGBT相等個數的IGBT均壓電路，所述高壓直流電源用于提供電壓，高壓直流電源的正極與負載的一端相連，負載的另一端與第一個IGBT的集電極相連，第一個IGBT的發射極與第二個IGBT的集電極相連，以此類推，最后一個IGBT的發射極連接高壓直流電源的負極，所述FPGA控制系統連接光纖驅動信號傳輸部分，所述光纖驅動信號傳輸部分包括光纖發射模塊A和光纖接收模塊A，所述光纖接收模塊A輸出連接IGBT驅動模塊，通過IGBT驅動模塊驅動IGBT進行開通或關斷，所述IGBT驅動模塊連接IGBT的基極；所述IGBT驅動模塊連接光纖故障信號傳輸部分，光纖故障信號傳輸部分包括光纖發射模塊B和光纖接收模塊B，IGBT驅動模塊輸出連接光纖發射模塊B，光纖發射模塊B輸出連接光纖接收模塊B，光纖接收模塊B輸出連接FPGA控制系統；通過IGBT驅動模塊檢測過流和短路，IGBT驅動模塊輸出故障信號給光纖發射模塊B，故障信號轉換成光信號在光纖中傳輸到達光纖接收模塊B再次轉換成電信號，FPGA控制系統檢測到故障信號從而進行相應的保護動作，所述均壓電路的兩端分別連接到各自IGBT的集電極和發射極。

作為本實用新型進一步的方案：所述IGBT均壓電路包括靜態均壓電路和RCD緩沖電路，其中所述靜態均壓電路由高壓電阻R1組成；所述RCD緩沖電路由高壓電阻R2、二極管D1和電容C組成。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型在于使用光纖進行控制信號的輸入及故障信號的輸出，實現了控制端與被控制的高電壓、強電流電路之間的電氣隔離，采用FPGA，其驅動信號的產生及故障信號的檢測能夠保持并行執行，延時為納秒級的，可以為IGBT提供實時有效的保護，同時本實用新型集成度高，電路板體積小，成本低，提供有效的電氣隔離，具有過流和短路保護功能，使用靈活方便。

附圖說明

圖1為本實用新型一種光纖觸發的高壓固態開關的結構框圖。

圖2為本實用新型一種光纖觸發的高壓固態開關中均壓電路的電路圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。