專利名稱：一種脈沖功率開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到大功率半導(dǎo)體器件脈沖開關(guān)設(shè)備領(lǐng)域，特指一種脈沖功率開關(guān)
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，脈沖功率技術(shù)在國防科研、高新技術(shù)研究和民用工業(yè)等領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng)用，如核物理技術(shù)、高功率激光武器、大功率微波、注入金屬離子技術(shù)等。在脈沖功率組件
中，脈沖開關(guān)決定了電路的導(dǎo)通和關(guān)斷，起著連接儲能器件與負(fù)載的作用。而半導(dǎo)體器件開關(guān)具有耐高壓，大電流，無觸點(diǎn)，快速的特點(diǎn)，目前正在被廣泛研究。脈沖功率技術(shù)中，現(xiàn)有傳統(tǒng)開關(guān)元件有火花隙(Spark gap)、引燃管(Ignition)、閘流管(Thyratron)、真空管和爆炸式開關(guān)等。但經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用情況來看,這些傳統(tǒng)的脈沖開關(guān)具有如下特點(diǎn)
1)火花隙應(yīng)用在許多脈沖功率領(lǐng)域，但壽命較短，且受限于較低重復(fù)頻率場合，；
2)引燃管具有耐高壓、功率大、電流上升快特點(diǎn)，由于是多只器件壓裝，但壽命和火花隙一樣很短；
3)閘流管同步控制比較困難，同時(shí)價(jià)格昂貴，易擊穿；
4)而且傳統(tǒng)的一些脈沖開關(guān)一般都應(yīng)用在能量不是很高的電容儲能放電應(yīng)用中。且在脈沖應(yīng)用工況中，電流在瞬間會產(chǎn)生很大的電流，在芯片周圍會產(chǎn)生非常大的熱量，一般的脈沖開關(guān)會因?yàn)楣β什粔蚨鴵p壞，急需有一種能耐高壓和大電流的脈沖開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種壓裝結(jié)構(gòu)簡單緊湊、便于裝配和維護(hù)、通流能力強(qiáng)、可調(diào)性好、適用范圍廣的脈沖功率開
關(guān)裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種脈沖功率開關(guān)裝置，包括支架以及安裝于支架上的整流管單元、晶閘管單元、觸發(fā)保護(hù)單元，所述支架包括上壓板、下壓板以及連接于上壓板和下壓板之間的若干根螺栓，所述下壓板上設(shè)有兩個安裝組件，其中一個安裝組件上由下至上依次堆疊兩個以上的晶閘管形成晶閘管單元，另外一個安裝組件上設(shè)有一個以上的整流管形成整流管單元。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)
所述觸發(fā)保護(hù)單元包括支撐板、一個以上的觸發(fā)支架、一個以上的觸發(fā)保護(hù)板以及觸發(fā)板電源，每個所述觸發(fā)保護(hù)板對應(yīng)并連接于一個觸發(fā)支架上，所有所述觸發(fā)支架以及觸發(fā)板電源均連接于支撐板上，所述支撐板連接于支架上。每個所述安裝組件均包括依次相連的碟簧、導(dǎo)柱和碗狀絕緣墊，所述安裝組件的上方安裝第一主電路銅排。
所述整流管單元和晶閘管單元的頂部放置第二主電路銅排，所述第二主電路銅排上方與整流管單元和晶閘管單元對應(yīng)的位置處均依次設(shè)置絕緣塊和鋼珠墊塊，所述上壓板壓緊于第二主電路銅排的上方。相鄰所述晶閘管之間設(shè)置小銅排，所述小銅排與觸發(fā)保護(hù)單元相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
I.本發(fā)明的脈沖功率開關(guān)裝置，采用脈沖晶閘管作為固態(tài)開關(guān)組件，能通過不同的電流，通流能力更高；且可以根據(jù)不同的脈沖功率要求壓裝不同數(shù)量和類型的脈沖晶閘管以及整流管，進(jìn)而擴(kuò)大了其適用范圍，為一種能耐高壓和大電流的脈沖開關(guān)裝置。2.本發(fā)明的脈沖功率開關(guān)裝置，觸發(fā)保護(hù)單元與整流管單元、晶閘管單元的壓裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了集成，縮小了體積，提高了效率，絕緣效果好，外形簡潔，具有便于壓裝和維護(hù)的 特點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是基于晶閘管的開關(guān)原理不意圖。圖3是本發(fā)明中下壓板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是依序在下壓板上加上碟簧后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是依序安裝完導(dǎo)柱和螺栓后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是依序安裝完絕緣墊后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是依序安裝完第一主電路銅排后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是依序安裝完一個晶閘管后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是依序安裝完小銅排后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是依序安裝完所有晶閘管后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是依序安裝完主電路銅排的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12是依序安裝完絕緣塊后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13是依序安裝完鋼珠墊塊后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖14是依序安裝完上壓板后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖15是觸發(fā)保護(hù)單元中支撐板與觸發(fā)支架相連的結(jié)構(gòu)示意圖。圖16是安裝完單個觸發(fā)單元后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖17是依序安裝所有觸發(fā)單元時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖18是所有觸發(fā)單元安裝固定后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖19是依序安裝完觸發(fā)板電源后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖例說明
I、整流管單元；2、晶閘管單元；3、觸發(fā)保護(hù)單元；4、下壓板；5、碟簧；6、螺栓；7、導(dǎo)柱；8、絕緣墊；9、第一主電路銅排；10、晶閘管；11、小銅排；12、第二主電路銅排；13、整流管；14、絕緣塊；15、鋼珠墊塊；16、上壓板；17、觸發(fā)支架；18、支撐板；19、觸發(fā)保護(hù)板；20、觸發(fā)板電源；21、支架。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的脈沖功率開關(guān)裝置主要應(yīng)用于脈沖功率系統(tǒng)，該脈沖功率系統(tǒng)一般由高壓電源單元、能量儲存單元、主開關(guān)和負(fù)載幾部分。脈沖功率開關(guān)裝置在工作時(shí)，首先由高壓電源單元對作為能量儲存單元的電容進(jìn)行充電，此時(shí)脈沖功率開關(guān)裝置斷開；當(dāng)電容儲能達(dá)到要求后，脈沖功率開關(guān)裝置開通，該脈沖功率系統(tǒng)的電路輸出能量。如圖I所示，本發(fā)明的脈沖功率開關(guān)裝置，包括支架21以及安裝于支架21上的整流管單元I、晶閘管單元2、觸發(fā)保護(hù)單元3。本發(fā)明中，晶閘管單元2采用脈沖晶閘管作為固態(tài)開關(guān)組件，利用晶閘管10可以自動開關(guān) 的特點(diǎn)，在電路中起到開關(guān)作用。晶閘管單元2能通過不同的電流，通流能力更高；其利用晶閘管10設(shè)計(jì)的脈沖開關(guān)是利用半導(dǎo)體的導(dǎo)通、截止性能，用一個小的控制電流來控制門極完成電路中的電流控制作用，通過一個外加信號，使得電路或通或斷，起到開關(guān)的作用。因此，基于晶閘管10的開關(guān)可在高電壓、大電流、需要快速導(dǎo)通和關(guān)斷的場合使用，其基本原理如圖2所示。其中儲能單元由多個電容相并聯(lián)，負(fù)載由多個電感及電阻聯(lián)接而成。高壓電源單元首先對儲能單元進(jìn)行充電，此時(shí)脈沖開關(guān)利用晶閘管10的電壓阻斷性能，將能量儲存在電容器中，直至充電能量達(dá)到所要求的值。切斷外部電源，然后觸發(fā)晶閘管10，使晶閘管10導(dǎo)通，電路閉合，電容器就將儲存的電能瞬間釋放到負(fù)載，并得到所需的脈沖電流及持續(xù)導(dǎo)通時(shí)間。本發(fā)明的脈沖功率開關(guān)裝置，可以根據(jù)不同的脈沖功率要求壓裝不同數(shù)量和類型的脈沖晶閘管以及整流管，進(jìn)而擴(kuò)大了其適用范圍，為一種能耐高壓和大電流的脈沖開關(guān)
>J-U ρ α裝直。本實(shí)施例中，支架21包括上壓板16、下壓板4以及連接于上壓板16和下壓板4之間的若干根螺栓6，整流管單元I和晶閘管單元2則壓裝于上壓板16、下壓板4之間。參見圖3、圖4、圖5和圖6，先在下壓板4上設(shè)置兩個安裝組件，每個安裝組件均包括由下至上依次相連的碟簧5 (碟形彈簧)、導(dǎo)柱7、和碗狀絕緣墊8，碟簧5起到安裝預(yù)緊力的作用，導(dǎo)柱7起到對中和固定蝶形彈簧的作用。絕緣墊8為碗狀是為了增加爬電距離，組件耐壓更高。參見圖7，在安裝組件的下方安裝第一主電路銅排9，主電路銅排9的作用是與電路進(jìn)行聯(lián)接。參見圖8、圖9、圖10，根據(jù)實(shí)際需要，逐一將晶閘管10由下至上依次堆疊安裝于其中一個安裝組件上形成晶閘管單元2，相鄰晶閘管10之間設(shè)置小銅排11，小銅排11的作用是與觸發(fā)保護(hù)單元3的電路相連。晶閘管10在安裝時(shí)，使用定位銷的方式進(jìn)行定位，從而能夠保證所有的晶閘管10中心對準(zhǔn)。參見圖11，將一只以上的整流管13安裝于另一個安裝組件上形成整流管單元1，然后在整流管單元I和晶閘管單元2的頂部放置第二主電路銅排12。參見圖12，在第二主電路銅排12上方與整流管單元I和晶閘管單元2對應(yīng)的位置處均依次設(shè)置絕緣塊14和鋼珠墊塊15。絕緣塊14的作用是使組件帶電部分與緊固件絕緣，鋼珠墊塊15的作用是使通過鋼珠傳遞過來的力能均勻傳遞到器件表面。參見圖13和圖14，將上壓板16壓緊于第二主電路銅排12的上方。上壓板16的作用是起到緊固的作用，第二主電路銅排12的作用是與主電路進(jìn)行電路聯(lián)接。本發(fā)明采用了多只晶閘管10串聯(lián)，由于電路中有反向電壓存在，加入了多只串聯(lián)的整流管13并與前述的晶閘管支路進(jìn)行反并聯(lián)，這樣反向電流可以直接從整流管13支路流過，從而對晶閘管支路起到保護(hù)。
本發(fā)明采用晶閘管10多只串聯(lián)壓裝方式，同時(shí)加入了多只串聯(lián)的整流管13并與晶閘管10支路進(jìn)行反并聯(lián)，這樣晶閘管10在電路中工作時(shí)，如果有反向電流，可以直接從整流管13流過，可以對晶閘管10起到保護(hù)作用。在實(shí)際應(yīng)用中，一個晶閘管10需要一個觸發(fā)板和一套保護(hù)裝置，在以往的開關(guān)組件中，晶閘管10的觸發(fā)和保護(hù)設(shè)計(jì)往往是單獨(dú)設(shè)計(jì)的，這樣體積就會比較大，同時(shí)不利于線路聯(lián)接，本組件中晶閘管10的觸發(fā)板與保護(hù)板集成在一塊PCB板上面，多只串聯(lián)的PCB板又集成在一個抽屜式的絕緣框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，同時(shí)與整流管單元I和晶閘管單元2集成為一個整體?？s小了體積，減少了線路聯(lián)接步驟，可以提高實(shí)際應(yīng)用中的效率。本發(fā)明的整流管單元I和晶閘管單元2通過電流能力和耐電壓能力更高，本組件中，電流可達(dá)300kA，耐壓根據(jù)器件串聯(lián)的數(shù)量可達(dá)25kV及以上。如圖15 圖19所示，觸發(fā)保護(hù)單元3包括支撐板18、一個以上的觸發(fā)支架17、一個以上的觸發(fā)保護(hù)板19以及觸發(fā)板電源20，每個觸發(fā)保護(hù)板19對應(yīng)并連接于一個觸發(fā)支架17上，所有觸發(fā)支架17以及觸發(fā)板電源20連接于支撐板18上，該支撐板18連接于支架21上，與晶閘管10和整流管13的布置方向相同，即位于支架21的側(cè)面(上壓板16和下壓板4的端部)。由此可見，觸發(fā)保護(hù)單元3與整流管單元I、晶閘管單元2的壓裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行 了集成，縮小了體積，提高了效率。觸發(fā)保護(hù)板19集中了觸發(fā)單元和保護(hù)單元，觸發(fā)單元是給晶閘管10提供信號，使晶閘管10觸發(fā)，從而使晶閘管10在電路中起到開關(guān)的作用。保護(hù)單元是由靜態(tài)均壓和動態(tài)吸收組成，作用是使每只器件的電壓均勻一致，同時(shí)在電路中有過電壓時(shí)對器件形成保護(hù)，避免損傷器件。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種脈沖功率開關(guān)裝置，其特征在干包括支架(21)以及安裝干支架(21)上的整流管単元(I)、晶閘管単元(2)、觸發(fā)保護(hù)単元(3)，所述支架(21)包括上壓板(16)、下壓板(4)以及連接于上壓板(16)和下壓板(4)之間的若干根螺栓(6)，所述下壓板(4)上設(shè)有兩個安裝組件，其中一個安裝組件上由下至上依次堆疊兩個以上的晶閘管(10)形成晶閘管單元(2)，另外ー個安裝組件上設(shè)有ー個以上的整流管(13)形成整流管単元(I )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖功率開關(guān)裝置，其特征在于所述觸發(fā)保護(hù)單元(3)包括支撐板(18)、ー個以上的觸發(fā)支架(17)、ー個以上的觸發(fā)保護(hù)板(19)以及觸發(fā)板電源(20)，每個所述觸發(fā)保護(hù)板(19)對應(yīng)并連接于一個觸發(fā)支架(17)上，所有所述觸發(fā)支架(17)以及觸發(fā)板電源(20)均連接于支撐板(18)上，所述支撐板(18)連接于支架(21)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的脈沖功率開關(guān)裝置，其特征在于每個所述安裝組件均包括依次相連的碟簧(5)、導(dǎo)柱(7)和碗狀絕緣墊(8)，所述安裝組件的上方安裝第一主電路銅排(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脈沖功率開關(guān)裝置，其特征在于所述整流管単元(I)和晶閘管単元(2 )的頂部放置第二主電路銅排(12 )，所述第二主電路銅排(12 )上方與整流管単元(I)和晶閘管単元(2)對應(yīng)的位置處均依次設(shè)置絕緣塊(14)和鋼珠墊塊(15)，所述上壓板(16)壓緊于第二主電路銅排(12)的上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的脈沖功率開關(guān)裝置，其特征在于相鄰所述晶閘管(10)之間設(shè)置小銅排(11 )，所述小銅排(11)與觸發(fā)保護(hù)単元(3)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖功率開關(guān)裝置，包括支架以及安裝于支架上的整流管單元、晶閘管單元、觸發(fā)保護(hù)單元，所述支架包括上壓板、下壓板以及連接于上壓板和下壓板之間的若干根螺栓，所述下壓板上設(shè)有兩個安裝組件，其中一個安裝組件上由下至上依次堆疊兩個以上的晶閘管形成晶閘管單元，另外一個安裝組件上設(shè)有整流管形成整流管單元。本發(fā)明具有壓裝結(jié)構(gòu)簡單緊湊、便于裝配和維護(hù)、通流能力強(qiáng)、可調(diào)性好、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01L25/07GK102760729SQ201210232690
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者任亞東, 孫文偉, 熊輝, 田媛, 郭金童, 顏驥 申請人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司