一种高压串联开关管的均压保护电路的制作方法

1.本实用新型属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种均压保护技术。


背景技术：

2.大功率线性调制器是真空管微波放大器的核心高压脉冲电源设备，主要应用于微波雷达、工业辐照、医学放疗以及离子加速器科学研究等方面。
3.线性调制器目前主要使用大功率可控硅器件作为主功率开关，工作电压从几kv到几十kv，工作电流从几十安培到几千安培不等。如此大的工作范围，一般都采用多个开关管串联的工作模式，以达到安全稳定的工作状态。
4.串联开关管的故障定位和保护预警，是线性调制器设备日常工作和维护保养的关键问题。目前排查故障都是调制器故障报警后，断开高压电路确保安全后，再人工使用高压绝缘表逐个开关进行耐压检测，既费时费力还存在安全隐患。


技术实现要素：

5.本实用新型为了解决现有技术存在的问题，提出了一种高压串联开关管的均压保护电路，为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案。
6.高压串联开关管由多个开关管串联而成，开关管s1阳极连接高压端hv1，阴极连接开关管s2阳极，即高压端hv2，以此类推，开关管sn阴极接地，每个开关管的两端并联一组均压保护电路，第一组均压保护电路包括限流电阻r21、发光二极管v1、保护二极管v11和高压光耦n1，限流电阻r21一端连接高压端hv1，另一端连接发光二极管v1阳极和保护二极管v11阴极，发光二极管v1阴极连接高压光耦n1的二极管阳极，保护二极管v11阳极连接高压光耦n1的二极管阴极和高压端hv2，以此类推，高压光耦n1的三极管集电极连接vcc，发射极连接高压光耦n2的三极管集电极，第n组均压保护电路的高压光耦nn的三极管发射极连接报警电路。
7.进一步的，第n组均压保护电路包括电阻r和电容c，报警电路包括fault 和fault-，高压光耦nn的三极管发射极连接报警电路的fault ，电阻r和电容c并联，连接fault 和fault-之间，vcc连接24v ，fault-连接24v-。
8.进一步的，第一组均压保护电路包括电阻r31、电容c11、信号地和fault1，高压光耦n1的三极管发射极接信号地，不连接第二组均压保护电路的高压光耦n2的三极管集电极，电阻r31和电容c11串联，连接vcc和信号地，中间抽头连接fault1，以此类推，第n组均压保护电路的高压光耦nn的三极管发射极接信号地，集电极连接vcc，电阻r3n和电容c1n的中间抽头连接faultn。
9.第一组均压保护电路还包括发光二极管v21和稳压二极管v31，发光二极管v21阴极接信号地，阳极连接稳压二极管v31阳极，fault1连接稳压二极管v31阴极，以此类推，第n组均压保护电路的发光二极管v2n阴极接信号地，阳极连接稳压二极管v3n阳极，faultn连接稳压二极管v3n阴极。
r11rj17-101 r21rj17-51k42并2串v1bt3021绿色v111n41481 n1opi1201隔离20kvv21bt2021红色v311n47281 r31rj14-10k1 c11cd11-25v-470uf1
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23.其中n1在隔离20kv时，使用opi120，隔离50kv，使用opi150。
24.均压保护电路中，静态均压电阻r1-rn动态均压网络和瞬态抑制二极管z1-zn保证串联开关管的正常工作，限流电阻r21-r2n保证流过发光二极管v1-vn和高压光耦n1-nn输入端的电流小于10ma。
25.调制器工作时，始终处于脉冲工作状态，处于放电，充电，等待，放电的循环工作状态，数个串联开关管处于导通、截止、导通的循环工作状态，如图3上所示，等待时间200us，放电时间10us，时间太短，5kv至0v呈现垂直竖线。
26.调制器处于放电状态时，开关管导通，均压保护电路两端电压为低电平，电压在0-2v以内，绿色发光二极管v1-vn和高压光耦n1-nn不工作，光耦次级由于并联电解电容c11-c1n的原因，电压处于低位。
27.调制器处于等待状态时，开关管截止，均压保护电路两端电压为高电压，电压在500v，发光二极管v1-vn和高压光耦n1-nn工作，发光二极管指示发光。
28.调制器工作时，发光二极管每个周期重复发光工作，由于人眼的视觉延迟效应，观察发光二极管是连续发光的。
29.当某一个或几个开关管损坏不工作时，开关管连续导通，均压保护电路两端电压为低电平，发光二极管v1-vn和高压光耦n1-nn不工作，光耦次级电容c11-c1n充电后处于高电平，红色发光二极管v21-v2n工作发光，fault故障端输出高电平，从而区分出某几个串联开关管的好与坏。
30.上述作为本实用新型的实施例，并不限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种高压串联开关管的均压保护电路，高压串联开关管由多个开关管串联而成，开关管s1阳极连接高压端hv1，阴极连接开关管s2阳极，即高压端hv2，以此类推，开关管sn阴极接地，其特征在于，包括：每个开关管的两端并联一组均压保护电路，第一组均压保护电路包括限流电阻r21、发光二极管v1、保护二极管v11和高压光耦n1，限流电阻r21一端连接高压端hv1，另一端连接发光二极管v1阳极和保护二极管v11阴极，发光二极管v1阴极连接高压光耦n1的二极管阳极，保护二极管v11阳极连接高压光耦n1的二极管阴极和高压端hv2，以此类推，高压光耦n1的三极管集电极连接vcc，发射极连接高压光耦n2的三极管集电极，第n组均压保护电路的高压光耦nn的三极管发射极连接报警电路。2.根据权利要求1所述的高压串联开关管的均压保护电路，其特征在于，所述第n组均压保护电路包括电阻r和电容c，所述报警电路包括fault 和fault-，高压光耦nn的三极管发射极连接报警电路的fault ，电阻r和电容c并联，连接fault 和fault-之间，vcc连接24v ，fault-连接24v-。3.根据权利要求1所述的高压串联开关管的均压保护电路，其特征在于，所述第一组均压保护电路包括电阻r31、电容c11、信号地和fault1，高压光耦n1的三极管发射极接信号地，不连接第二组均压保护电路的高压光耦n2的三极管集电极，电阻r31和电容c11串联，连接vcc和信号地，中间抽头连接fault1，以此类推，第n组均压保护电路的高压光耦nn的三极管发射极接信号地，集电极连接vcc，电阻r3n和电容c1n的中间抽头连接faultn。4.根据权利要求3所述的高压串联开关管的均压保护电路，其特征在于，所述第一组均压保护电路还包括发光二极管v21和稳压二极管v31，发光二极管v21阴极接信号地，阳极连接稳压二极管v31阳极，fault1连接稳压二极管v31阴极，以此类推，第n组均压保护电路的发光二极管v2n阴极接信号地，阳极连接稳压二极管v3n阳极，faultn连接稳压二极管v3n阴极。5.根据权利要求3所述的高压串联开关管的均压保护电路，其特征在于，所述第一组均压保护电路还包括瞬态抑制二极管z1，并联在开关管s1两端，以此类推，第n组均压保护电路的瞬态抑制二极管zn，并联在开关管sn两端。6.根据权利要求3所述的高压串联开关管的均压保护电路，其特征在于，所述第一组均压保护电路还包括静态均压电阻r1，并联在开关管s1两端，以此类推，第n组均压保护电路的静态均压电阻rn，并联在开关管sn两端。7.根据权利要求3所述的高压串联开关管的均压保护电路，其特征在于，所述第一组均压保护电路还包括电容c1和动态均压电阻r11，电容c1一端连接高压端hv1，另一端经动态均压电阻r11连接高压端hv2，以此类推，第n组均压保护电路还包括电容cn和动态均压电阻r1n，电容cn一端连接高压端hvn，另一端经动态均压电阻r1n接地。

技术总结
本实用新型公开了一种高压串联开关管的均压保护电路，高压串联开关管由多个开关管串联而成，开关管S1阳极连接高压端HV1，阴极连接开关管S2阳极，即高压端HV2，以此类推，开关管SN阴极接地，每个开关管的两端并联一组均压保护电路，第一组均压保护电路包括限流电阻R21、发光二极管V1、保护二极管V11和高压光耦N1，限流电阻R21一端连接高压端HV1，另一端连接发光二极管V1阳极和保护二极管V11阴极，发光二极管V1阴极连接高压光耦N1的二极管阳极，保护二极管V11阳极连接高压光耦N1的二极管阴极和高压端HV2，以此类推，高压光耦N1的三极管集电极连接VCC，发射极连接高压光耦N2的三极管集电极，第N组均压保护电路的高压光耦NN的三极管发射极连接报警电路。发射极连接报警电路。发射极连接报警电路。


技术研发人员：韩博
受保护的技术使用者：南京国睿防务系统有限公司
技术研发日：2022.09.22
技术公布日：2023/2/13