脉冲发生器中晶闸管的保护性触发

摘要

对控制由脉冲操作的静电吸尘器的脉冲发生器电路中的晶闸管开关元件进行保护的保护性触发系统。其中在每个脉冲的脉冲电流过零前后的区域中产生保护性触发。其目的是作为跳火启动再触发系统的补充，以便确保在电流过零后立即发生的跳火不致使晶闸管在没有触发信号的情况下重新流过电流。

说明书

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本发明系涉及对由脉冲操作的静电吸尘器的晶闸管进行保护的一种方法与一种装置（电路）。

在由脉冲操作的静电吸尘器中，电压脉冲是由触发开关元件产生的，该元件通常是一个晶闸管或者是由相互串联和/或并联的晶闸管所组成的一个电路。当脉冲达到其峰值后，晶闸管中的电流就中断，因为在脉冲下降期间电流流径与晶闸管并联的回流二极管，当晶闸管中的电流中断了一段时间-即恢复时间-后，它们变成正向关断状态，直到再次被触发而发出一个新脉冲为止。

如果在晶闸管中的电流已经中断以后，但是在恢复时间经过以前，在静电吸尘器中发生跳火的话，晶闸管将变为正偏，电流将流过只是部分地导通的晶闸管，亦即电流集中在晶闸管半导体芯片上分离的，仍然是部分导通的区域中，最终导致这些芯片过载并可能受到损伤或毁坏。

EP66950（“脉冲发生器的晶闸管保护”）以及欧洲专利申请№84307466.7（“快速动作跳火检测器”）描述了一些当检测到静电吸尘器电路中的跳火时用来再次触发脉冲发生器的晶闸管的方法。这种再触发意味着，如果在电流从回流二极管转移到晶闸管的瞬间就已及时形成了再触发信号的话，晶闸管就能重新接受电流而无过载危险。

在自电流已经从晶闸管转移到回流二极管的瞬时开始的一个几毫秒的窄的时间间隔内，由于再触发系统中存在不可避免的反应时间，要在因吸尘器的跳火而使电流转移回到晶闸管的瞬间及时形成再触发信号的条件是难以完成的。

在静电吸尘器中同时使用一个低电压脉冲幅度和一个直流高电压的极端运行场合中，便尤其是这种情况。在这些条件下，从产生跳火开始到电流将要流经晶闸管的时间是零点几毫秒。

因为检测跳火和产生再触发信号所需的时间一般为1或2毫秒，因而再触发信号就太迟了。

本发明的目的是提供一个电路，其特征是：通过检测脉冲电路中的电流，能够确定在电流从晶闸管转移到回流二极管之前的某个瞬时，并根据这个瞬时产生一个保护性触发信号，在每个脉冲期间、在某个时间段中将该信号加给晶闸管，而在这个时间段中通常的再触发信号就可能发出太迟了，由此保证该保护性触发信号覆盖整个临界区域。

在这个时间间隔中发生的每一次跳火所产生的结果是晶闸管毫无问题地接受电流，因为已经建立了保护性触发信号。如果在保护性触发结束后的某个时刻发生跳火，回流二极管中的电流则已达到这样大的值，而使从跳火到电流要从回流二极管转移到晶闸管的时间足够长以形成正常的再触发信号。

如果在脉冲周期中没有发生跳火，保护性触发信号不会产生有害的作用，只要脉冲持续时间已经选择的使从保持性触发信号结束瞬时开始到脉冲结束为止的时间长于晶闸管的恢复时间即可。

下面参照附图对本发明作更详细的说明，其中图1以框图的形式表示了根据本发明的一个保护性触发系统，图2是在一个正常脉冲期间在框图中的信号变化过程，而图3是跳火期间框图中的信号变化过程。

图1中，高频电流互感器2的初级绕组1是接入到一个没有被表示出来的脉冲发生器的脉冲电路中的，因此晶闸管电流与回流二极管的电流都是从中流过的。因此，以电阻4作为负载的次级绕组3上就产生一个电压，该电压是与脉冲电路中流过的电流成比例的。根据与某个固定基准值的关系计算而确定的该电压信号用a表示。因此信号a的极性是这样的：与晶闸管电流相应的是正值，与回流二极管电流相应的是负值。

电压信号a输入给峰值检测器5，其输出信号b恒等于信号a的最高的正值。在每个新脉冲之前必须确保峰值检测器的信号b已被复位为零。通过使峰值检测器的记忆元件放电非常容易实现这一点，这个元件通常是由一个电容组成的，具有适当的时间常数。

信号b输给一个分压器6，它使信号c是信号b的一个适当的部分。信号c通常可以选成信号b的五分之一。信号c输入到电压比较器的一个输入端，而信号a输入到它的另一输入端。

只要c是大于或等于信号a，电压比较器就输出一个信号d。

信号d输入给一个定时器电路8，它用来在信号d作正向变动后发出一个持续一定时间的信号e。

信号e输入给一个放大器电路9，在其输出端连接一个缆式触发系统10，该系统触发组成脉冲发生器开关元件的串联的和/或并联的晶闸管。

该缆式触发系统除了与所述的保护性触发系统相联外，还与发出脉冲的正常触发系统和由跳火检测启动的再触发系统相联。

图2表示了在一个正常脉冲期间信号a-e的变化过程。图中还有吸尘器电压U的曲线，它同时表示了直流电压电平与所叠加的脉冲电压。

信号a是一个表示脉冲电路中电流的电压信号。信号b表示由信号a达到的最高的正峰值。当在t₂达到该峰值后，该值以某个速度模糊地下降，该速度要足够高到确保在发出下一个脉冲前b值已接近零，但是又不是高到使该值在脉冲周期中（t₁到t₆）非常偏离理想的峰值。

信号c与信号b成比例，例如其值是b的五分之一。信号d是一个逻辑信号，只要信号c大于或等于信号a，它便为高。紧接着，信号c在t₁时刻变为小于信号a之后，信号d就为低。

在t₃信号a变为低于信号c，例如在该时刻信号c是a在t₂所达峰值的五分之一大小。

因为信号a基本上是一条正弦曲线，t₃便是在五分之一的反正弦处，相当于在过零的t₄处之前的11.54°处。

当信号a在t₃处变为低于信号c时，信号d立即变为高电平，这就使信号e也增加并且在t₃至t₅期间一直保持为高电平。因为保护性触发信号是由信号e控制的，可以看出保护性触发信号是在t₄时刻电流从晶闸管转移到回流二极管时及时形成的。因此确保对整个临界区域进行了完全的保护。

在t₅至t₆的区间中，晶闸管截止并恢复了阻断能力，在t₆脉冲周期结束。

图3表示了在其内产生跳火的脉冲期间的信号变化过程。在t₁₁脉冲开始，信号a在t₁₂达到其峰值，该值被保持在信号b中。在t₁₃信号a与c相交，并产生信号d，它又导致产生信号e，后者是时间测量信号。在t₁₄曲线a穿过零线，表示电流从晶闸管转移到回流二极管。

在t₁₅发生吸尘器跳火，这反映在曲线U中，U以高速趋向零线。

同时信号a改变了变化过程，曲线重新开始返回零线，并于t₁₆达到该线。在该时刻电流从回流二极管转移回到晶闸管，可以看到表示保护性触发信号形成的信号e已经在转移的时刻形成了，从而晶闸管就能毫无问题地承受电流。在t₁₇信号a的数值超过信号c的值，这就使信号d变低。在t₁₈时间测量信号e中止，在t₁₉信号a超过在t₁₂所达到的峰值，这就使信号b与c进一步增加。

在t₂₀信号a达到其峰值，在t₂₁信号a与c相交，于是形成信号d，它又导致产生信号e。因此信号e出现在间隔t₂₁至t₂₂中，从而在这段间隔中形成保护性触发。

然而，在这段间隔中当不再次产生电流转移时保护性触发是不必要的，但是因为它也并无害处，因而为了去除保护性触发而增加电子线路的复杂性是不合适的。

在间隔t₂₂至t₂₃中晶闸管截止并恢复了其阻断能力，在t₂₃跳火期间结束。