变流装置晶闸管触发故障脉冲检测法

郑伟伟，张盼华

（1．九江赛晶科技股份有限公司新产品策划处，江西九江，332100；2.同方电子科技有限公司高端通信研究所，江西九江，332100）

0 引言

晶闸管是在晶体管基础上，发展的一种大功率半导体。其具有单向导电性，目前被广泛应用在整流、逆变、调压等变流装置和电力电子行业。晶闸管属于一种强电输出的电力半导体，通过控制晶闸管门极触发脉冲完成其工作输出和截至。触发脉冲丢失、或失触发等故障出现，将导致变流装置的性能下降、缩短使用寿命。

晶闸管的出现引起广大科研人员兴趣，科研机构、高校、生产厂家等对其也开展深入研究和推广应用。文献[1]对晶闸管的简易检测方法和保护措施进行了介绍。文献[2]对串联晶闸管的同步技术进行了研究；文献[3]对高压电源功率对晶闸管关断时间测试的影响进行了介绍。文献[4]对PWM脉冲控制的晶闸管触发装置进行了介绍。保证门极触发脉冲的可靠、稳定的传输，触发脉冲又是由弱电进行控制。晶闸管脉冲出现丢失、断线及失强触发电源等异常故障，而影响整个变流装置。因此，有效实现变流装置晶闸管触发故障检测非常重要。

1 晶闸管

晶闸管的结构主要包括以下几种，如表1所示。晶闸管由PNPN四层半导体材料构成，属于三端半导体器件。主要包括：阳极、阴极和门极。通过门极可以控制晶闸管的导通，只需在门极和阴极间加正向触发电压。

表1 晶闸管结构与应用场合

2 电路设计

首先对晶闸管的触发脉冲进行采样得到JS信号；由于采样的信号不规整性，通过放大、整形、检测比较电路得到JC信号；通过光电隔离芯片得到GZ信号；最后将GZ信号送给CPU进行分析，根据检测最终结果，判断输出是否报警。其流程图如图1所示。各模块间的电路设计，如图2~5所示。

采用电路通过电流互感器，得到其触发情况。当有触发脉冲信号，R3两端有电流通过，将电流互感器并联其两端得到信号JS。其中Q1为脉冲功放IGBT、R3为取样电阻。

当晶闸管触发脉冲丢失时，取样电路检测的放大整性后脉冲信号幅值低于正常脉冲阈值，则输出JC信号为低电平信号；反之，取样电路检测的放大整形后脉冲信号幅值高于正常脉冲值，则输出JC信号为高电平信号。其中，UIB为比较器，R11、R12和C2完成RC整形得到锯齿波信号。

为了检测信号不受干扰，产生误报警，采用光电隔离芯片完成光电转换，实现隔离变换输出，得到GZ信号。其中，N11为光电隔离器。

图1 故障检测处理流程图

图2 触发脉冲信号采样电路

图4 隔离变换电路

3 结束语

图3 脉冲信号放大、整形、检测比较电路

图5 CPU检测电路

将隔离转后信号传给CPU，由其做出判断，完成指示正常或启动告警和保护。

该方法检测与告警迅速，具有较高的检测成功率。能够准确、及时检测出晶闸管变流装置触发脉冲丢失断线等故障。提高了晶闸管变流装置系统的可靠性和可维护性。其具有结构简单、成本低、性能可靠和方便维护等特点。