一种变压器的绕制方法及高电流上升率可控硅的驱动电路与流程

1.本发明涉及可控硅触发驱动应用电路技术领域，具体涉及一种高电流上升率可控硅的驱动电路。


背景技术：

2.可控硅整流元件，是一种具有三个pn结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。
3.在高功率脉冲应用领域，利用可控硅开关对电容器放电，可实现高峰值电流和高电流上升率，以满足各种科学工程的应用。一般的可控硅的最大电流上升率为1ka/μs，特殊的脉冲型可控硅电流上升率可达10ka/μs以上。针对高电流上升率脉冲型可控硅需在导通及电流上升阶段由驱动电路提高一定数值的驱动电流i
gm
，一般为正常驱动电流ig的10倍以上，如图1所示，有些可控硅要求驱动峰值电流i
gm
达50a以上，驱动电流的上升率di/dt达100a/μs以上。
4.单个可控硅的电压一般为2～5kv，在一些高电压的应用场合就需要进行串联应用，有时可控硅需浮动在高电位上，这样就需要驱动电路具有多路输出且具有浮动高压的功能。


技术实现要素：

5.本发明提出的变压器的绕制方法及高电流上升率可控硅的驱动电路，可解决背景技术中的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
7.一种变压器的绕制方法，包括变压器铁芯，选用硅钢、非晶或铁氧体磁芯；
8.在磁芯的一边磁柱上套装初级环氧桶骨架，初级骨架两头离变压器铁芯端头有一定缝隙；
9.骨架外层用宽紫铜皮绕制初级绕组n1，为1匝或2匝，根据下面公式计算匝数：
[0010][0011]
其中vi为变压器t1的输入电压，即前极电源u1的输出电压；t为mos管v1的导通时间，即为被驱动可控硅需要的触发脉冲宽度，b为变压器铁芯的磁感应强度，ae为变压器的铁芯截面积；
[0012]
初级宽紫铜皮绕组n1的起头和末头两端分别用两根1.0mm2导线引出，引出后就近双绞，减小初级回路电感；
[0013]
在初级绕组n1之外，利用聚酰亚胺和杜邦纸复合材料叠加绕制主绝缘层，根据次级隔离电压大于10kv要求绝缘层绕制大于5层，每层耐压大于2kv；
[0014]
在主绝缘层外，再用1.0mm2导线间隔绕制次级绕组n2、n3、n4，次级绕组n2、n3、n4
之间及两端对外分别放置绝缘隔板，次级绕组匝数同初级绕组匝数，实现变压器的变比为1:1:1:1；
[0015]
次级绕组n2、n3、n4各自双绞引出，全部绕制安装完成后，变压器整体进行环氧树脂灌封。
[0016]
进一步的，变压器铁芯选用uy20铁氧体磁芯。
[0017]
一种高电流上升率可控硅的驱动电路，包括前级电源u1的正端接电阻r1一端，电阻r1另外一端接mos管v1的d和电容c1的一端，电容c1的另外一端连接二极管v2的阳极和变压器t1初级n1一端，二极管v2阴极连接电阻r2一端，电阻r2另外一端同时与变压器t1初级n1另一端、mos管v1的s、电源u1的负端相连；
[0018]
变压器t1的次级n2一端连接二极管v3的阴极和电阻r3的一端，变压器t1的次级n2另外一端连接二极管v3的阳极和输出端子xs1的2脚，r3的另外一端连接输出端子xs1的1脚，xs1的1脚和2脚输出，连接被驱动可控硅的栅极和阴极；
[0019]
变压器t1的次级n3一端连接二极管v4的阴极和电阻r4的一端，变压器t1的次级n3另外一端连接二极管v4的阳极和输出端子xs2的2脚，r4的另外一端连接输出端子xs2的1脚；变压器t1的次级n4一端连接二极管v5的阴极和电阻r5的一端，变压器t1的次级n5另外一端连接二极管v5的阳极和输出端子xs3的2脚，r5的另外一端连接输出端子xs3的1脚。
[0020]
由上述技术方案可知，本发明的高电流上升率可控硅的驱动电路，本发明电路的工作流程为：电源u1输出通过电阻r1和变压器t1的初级n1为电容c1充电，充电结束后，mos管v1接收外送同步触发信号时导通，电容c1经过mos管v1对变压器t1的初级n1放电，二极管v2和电阻r2串联，作为变压器t1的励磁电流泄放通路；变压器t1的次级n2、n3、n4在初级n1激励时，分别输出上正下负的脉冲电压，分别经过各自的限流电阻r3、r4、r5输出到后级被驱动可控硅的栅极和阴极，二极管v3、v4、v5直接并联在变压器t1的次级n2、n3、n4的两端，嵌位各自输出可能出现的反向电压。
[0021]
本发明利用脉冲变压器的基本原理，在铁氧体磁芯上利用宽铜皮绕制初级绕组，再利用绝缘导线分段绕制次级绕组，初、次级及各次级之间根据耐压需要设计绝缘层。该原理使初级和次级耦合紧密，减小变压器漏感，同时次级分段绕制，减少变压器的分布电容，从而实现与驱动电路联合输出后的高电流上升率和大的峰值电流能力，以满足多只高功率可控硅串或并联应用的驱动要求。总体绕制工艺可控、方便批量流水线生产，同时减小了生产成本。
[0022]
本发明提出一种高输出脉冲电流、高电流上升率及同时多路输出的全固态触发电路，能够满足高电流上升率可控硅的驱动应用，并且各输出级具有浮动电压功能。
[0023]
具体的说，本发明的优点为：
[0024]
1、电路简单可靠，可以同时实现多路输出，输出电流峰值大于250a；
[0025]
2、各路之间具有3kv电位隔离，与初级和铁芯隔离电压大于10kv，并且隔离电压方便增加到更高；
[0026]
3、各路一致性高，延时差别和抖动小于1ns。
附图说明
[0027]
图1是脉冲可控硅触发电流波形要求；
[0028]
图2本发明的驱动电路原理图；
[0029]
图3本发明的驱动变压器绕制方法。
具体实施方式
[0030]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0031]
如图2所示，本实施例所述的高电流上升率可控硅的驱动电路，包括前级电源u1的正端接电阻r1一端，电阻r1另外一端接mos管v1的d和电容c1的一端，电容c1的另外一端连接二极管v2的阳极和变压器t1初级n1一端，二极管v2阴极连接电阻r2一端，电阻r2另外一端同时与变压器t1初级n1另一端、mos管v1的s、电源u1的负端相连。
[0032]
变压器t1的次级n2一端连接二极管v3的阴极和电阻r3的一端，变压器t1的次级n2另外一端连接二极管v3的阳极和输出端子xs1的2脚，r3的另外一端连接输出端子xs1的1脚，xs1的1脚和2脚输出，连接被驱动可控硅的栅极和阴极；同理，变压器t1的次级n3一端连接二极管v4的阴极和电阻r4的一端，变压器t1的次级n3另外一端连接二极管v4的阳极和输出端子xs2的2脚，r4的另外一端连接输出端子xs2的1脚；变压器t1的次级n4一端连接二极管v5的阴极和电阻r5的一端，变压器t1的次级n5另外一端连接二极管v5的阳极和输出端子xs3的2脚，r5的另外一端连接输出端子xs3的1脚。
[0033]
本发明电路的工作流程为：
[0034]
电源u1输出通过电阻r1和变压器t1的初级n1为电容c1充电，充电结束后，mos管v1接收外送同步触发信号时导通，电容c1经过mos管v1对变压器t1的初级n1放电，二极管v2和电阻r2串联，作为变压器t1的励磁电流泄放通路；变压器t1的次级n2、n3、n4在初级n1激励时，分别输出上正下负的脉冲电压，分别经过各自的限流电阻r3、r4、r5输出到后级被驱动可控硅的栅极和阴极，二极管v3、v4、v5直接并联在变压器t1的次级n2、n3、n4的两端，嵌位各自输出可能出现的反向电压。
[0035]
本发明变压器的绕制方法见图3所示。1为变压器铁芯，可以选用市场上常规的硅钢、非晶或铁氧体磁芯，为了提高次级隔离电压，本案例选用窗口较大的uy20铁氧体磁芯。在磁芯的一边磁柱上套装初级环氧桶骨架8，初级骨架8两头离uy20铁芯端头有一定缝隙。骨架外层用宽紫铜皮绕制初级绕组n1，一般为1匝或2匝，根据下面公式计算匝数：
[0036][0037]
其中vi为变压器t1的输入电压，即前极电源u1的输出电压；t为mos管v1的导通时间，即为被驱动可控硅需要的触发脉冲宽度，b为变压器铁芯的磁感应强度，ae为变压器的铁芯截面积。
[0038]
初级宽紫铜皮绕组n1的起头和末头两端分别用两根1.0mm2导线引出，引出后就近双绞，减小初级回路电感。在初级绕组n1之外，利用聚酰亚胺和杜邦纸复合材料叠加绕制主绝缘层7，根据次级隔离电压大于10kv要求绝缘层绕制大于5层，每层耐压大于2kv。
[0039]
在主绝缘层外，再用1.0mm2导线间隔绕制次级绕组n2、n3、n4，次级绕组n2、n3、n4之间及两端对外分别放置绝缘隔板6，次级绕组匝数一般同初级绕组匝数，实现变压器的变
比为1:1:1:1。次级绕组n2、n3、n4各自双绞引出，全部绕制安装完成后，变压器整体进行环氧树脂灌封，方便安装和提高环境适应性。
[0040]
按以上原理，本发明可以类推到输出3个以上的输出端口，单个端口输出空载电压达到50v以上，带上可控硅栅极负载后，峰值电流最大为250a，电流上升率di/dt达200a/μs，完全满足常用高电流上升率可控硅的驱动需求。
[0041]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。