專利名稱:電容性負載脈沖發(fā)生電路中開關(guān)器件的保護裝置的制作方法
本發(fā)明涉及借助于一個選通半導(dǎo)體開關(guān)器件在電容性負載兩端產(chǎn)生脈沖的電路。更具體地說，本發(fā)明是針對一種上述類型的脈沖發(fā)生器電路，而這種電路是用來給靜電濾塵器提供能量的，并使用一個可控硅或相似的半導(dǎo)體開關(guān)元件來作為脈沖發(fā)生電路的一部分。
靜電濾塵器是用來從氣體流中除去顆粒狀物體的電氣設(shè)備，這個氣流是射向帶有相反極性電荷的濾塵器電極之間的。濾塵器用于許多工業(yè)設(shè)施中，包括化工廠，尤其是用于發(fā)電廠和其它含有細粒的勢源中。靜電濾塵器近來已比過去更為頻繁地得到了使用。這是因為對從排入大氣中的氣體內(nèi)除去細粒的需求增加了。還應(yīng)該明白，此處首先關(guān)注的靜電濾塵器是高功率器件，典型耗電量為幾十千瓦。因此，不但對于粒子的收集、效率，而且對于濾塵器運行的經(jīng)濟性和可靠性來說，適當?shù)丶顬V塵器是重要的。
在過去，已經(jīng)有了許多種濾塵器的設(shè)計。然而，每一種設(shè)計基本上按照一些已建立起來的、還算好的原則來工作的。濾塵器通常包括一對導(dǎo)電電極。一般，電極中的一個含有工作于地電位的一些平行的平面金屬薄片，相互間有著相當小的、預(yù)先選定的距離間隔。此外，如后所述的一些導(dǎo)線的平板陣列構(gòu)成第二電極，這些導(dǎo)線彼此電連接，并設(shè)置于導(dǎo)電薄片的中間，并和薄片平行。此平板陣列處于高電位。雖然有可能把線狀電極接地，而給片狀電極加高電位，但是為了安全，一般要避免這種工作方式。許多平行平板電極組裝在一個外殼內(nèi)，此外殼在濾塵器電極間的容積內(nèi)限定出若干平行的氣流通道。這些通道也被平板電極的結(jié)構(gòu)和安排所限定，至少是部分地被限定。通常，商品濾塵器使用多個平板和線狀柵極電極對。一個濾塵器典型的區(qū)域面積事實上可直至約30，000平方英尺(平板電極面積)。自然地，這樣一種構(gòu)形在線狀和板狀電極間呈現(xiàn)出一定的電容量。一個典型濾塵器區(qū)域的電容量在0.05至0.15微法之間的量極。雖然這樣的一些濾塵器和工作看來是相對地簡單，但是存在著一些會限制濾塵器粒子收集效率的現(xiàn)象。對于從一給定的濾塵器中除去氣流內(nèi)給定分量和給定類型的粒子來說，不同的激勵濾塵器方法顯著地影響消耗的電能和功率。必須指出，濾塵器通常工作在40，000至80，000伏特之間的峰值電壓，而每一段可以支取約1.5安培電流。由此很易看出，濾塵器的功率通常為80千瓦。
所以，在工廠中以靜電濾塵器來去除粒狀物體，電效率是一重大的經(jīng)濟因素。還有，對于在工廠中的連續(xù)工作，濾塵器和濾塵器的激勵元件的可靠性是十分重要的。在正常工作下，在待處理的氣體中的粒狀物體應(yīng)獲得一個基本上在濾塵器陰極導(dǎo)線附近發(fā)生的感應(yīng)電離效應(yīng)引起的負電荷。隨后，帶電的塵埃粒子被吸引到濾塵器的陽極平板上，在陽極平板上積聚起一層陽極塵埃。由于此塵埃層的積累，在平板(即片狀)電極上形成了一增厚的塵埃層。即使可以借助于振動、卷繞或相反彎曲陽極板來周期性地去除此塵埃層，但是隨著此高電阻層的形成，效率仍然會降低。因此，效率高而又切實可行的激勵濾塵器的方法是十分想要得到的，特別對于那些呈現(xiàn)出高電阻率塵埃粒子的收集更是如此，此高電阻率約為10-11歐姆-厘米或更高。例如，當燃燒用于電力工業(yè)中的低硫煤時，就會產(chǎn)生這樣的塵埃。
已經(jīng)采用了許多種不同的途徑來設(shè)計濾塵器激勵電路并使之工作，以希望得到一種濾塵器工作方式，而這種工作方式是高效、可靠、可控和實現(xiàn)起來不昂貴的。此外，在此技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的專業(yè)人員，對于最佳濾塵器激勵方法尚未取得廣泛的一致意見。最近，各種各樣的脈沖激勵方法已得到了廣泛的應(yīng)用。用脈沖能量去激勵一個大的電容性負載所固有的問題，正如大電容性濾塵器通常所出現(xiàn)的問題，是需要大量的能量去重復(fù)地把負載電容充至高電壓。因為每一所加脈沖只在電容性負載上消耗比較小的能量，所以存儲在負載中的未被例如電暈放電或弧光放電消耗掉的剩余能量的回收，是有著頭等經(jīng)濟價值的。完成上述作用的轉(zhuǎn)換電路一般采用一個被一反饋二極管所分路的可控硅，此二極管反向并聯(lián)在可控硅的兩端。在工作周期的某些時間內(nèi)，需要利用此二極管來把無功能量傳送給電源。這樣一種安排的結(jié)果使得流經(jīng)電容性負載的電流通常具有正弦波形。由觸發(fā)可控硅來開始一個周期，此可控硅在正弦波的第一個半周內(nèi)導(dǎo)通，流經(jīng)可控硅的電流，上升到峰值，然后在負載上的電壓達到峰值時下降到零。在正弦波的第二個半周期間，通過可控硅的電流被切斷，器件實質(zhì)上處于不導(dǎo)通狀態(tài)，此時二極管把可控硅的電流旁路，電流的方向與正弦波第一個半周期間的方向相反。在二極管停止導(dǎo)通后直至加于其控制電極上的下一個觸發(fā)脈沖到達以開始一個新的工作周期為止，此可控硅必須能阻斷加于其上的正向高電壓。
在這些電容性負載，例如靜電濾塵器工作期間，會不時發(fā)生火花放電?；鸹ǚ烹娛侨缦笤谪撦d兩端突然產(chǎn)生的電弧或短路那樣造成的負載變壓器次級瞬間的低阻抗狀態(tài)。在加于濾塵器兩端的電壓脈沖上升或下降期間均可產(chǎn)生這樣的火花放電。如果在電流流過二極管(負載兩端的電壓脈沖下降)期間發(fā)生火花放電，則迅速減小的電流很快導(dǎo)致流過二極管的電流反射，緊接著在可控硅兩端的正向電壓急驟上升。如果這種在可控硅兩端正向電壓的變化發(fā)生在可控硅的正向恢復(fù)或關(guān)斷時間(后文中以tq來標記)內(nèi)，則當可控硅不能阻斷這樣的正向高電壓時，它就會在有可能遭到損傷或破壞的情況下被強迫導(dǎo)通。具體地說，如果門電流不是以在器件內(nèi)部提供一足夠大的導(dǎo)電溝道時可控硅被強迫導(dǎo)通，則造成一弱的接通，也就是說，大電流通過相對窄的導(dǎo)電溝道，將引起器件的過熱和潛在的損傷。
在這種場合下保護靜電濾塵器中的可控硅開關(guān)的一個方法描述在專利第4，503，477號中，此專利建議，利用在火花放電發(fā)生后立即觸發(fā)可控硅的方法，去保護給一電容性負載供電的脈沖發(fā)生器中的可控硅開關(guān)元件，使之在負載中產(chǎn)生火花放電時，免受損傷。按照此現(xiàn)有技術(shù)的說法，如果在脈沖衰減期間，在負載兩端的電壓的斜率超過一預(yù)置的正值，可控硅就被觸發(fā)導(dǎo)通。此專利還描述了另一種用檢測脈沖電流來檢測出火花放電的方法，這種方法由負半周和正半周組成，而當在正常的正半周期間產(chǎn)生向負半周的漂移時，可控硅就被觸發(fā)導(dǎo)通。在上述專利中披露的兩種方法都有著重要的值得注意的地方，即應(yīng)該在火花放電后的15微秒內(nèi)去觸發(fā)可控硅使之進入導(dǎo)通狀態(tài)，這時間最好短于2微秒。
然而，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，即使在短于1微秒的周期內(nèi)去觸發(fā)可控硅使之導(dǎo)通，在脈沖發(fā)生器周期中仍有個別幾次會產(chǎn)生失敗。這主要是因為在上述時間間隔tq內(nèi)器件的不確定特征所引起的。在從可控硅導(dǎo)通和優(yōu)點來說，結(jié)合附圖參閱下面的描述或許是最易明了的。
圖1是脈沖發(fā)生器電路的略圖，此電路用疊加在一個負的直流電壓上的脈沖電壓去激勵一個例如靜電濾塵器的電容性負載;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的陳述，在圖1電路2工作期間的電流和電壓圖;
圖3以方框圖的形式示出了一個電路，此電路體現(xiàn)了本發(fā)明的內(nèi)容，用來控制圖1電路中可控硅開關(guān)的點火;
圖4用來解說根據(jù)本發(fā)明的電路中的各種信號的時間關(guān)系。
在圖1中示出了一個給靜電濾塵器提供脈沖的已知電路。此電路包括類似的第一和第二直流電源VA和VB。直流電源VA包括常用的、耦合到交流電源VI的變壓器-整流器組合，并包括與變壓器TS初級耦合的相位控制開關(guān)可控硅Q2。變壓器TS的次級耦合到含有二極管D4的整流器，整流器通過導(dǎo)線10產(chǎn)生一個相對于導(dǎo)線11來說為負的直流電壓。通過按照一已知的方式去控制加于可控硅Q2門電極上的控制信號，導(dǎo)線10上的直流電壓、從而電容C2上的電荷得到了控制。電源VB以方框的形式示出，但結(jié)構(gòu)與電源VA類似，它在導(dǎo)線15上產(chǎn)生一個負的直流電壓。
此電路還包括電容CC，電容CC把從脈沖變壓器TP次級來的電壓耦合到靜電濾塵器PR，PR內(nèi)部的等效電容和等效電阻分別以虛線所示的CP和RP來標志。在次級電壓正向偏移時電容CC被充電，而在次級電壓負向偏移時加上CC上的電壓。電容CC還用來把直流參考電源電壓VB隔開，使之不進入脈沖變壓器TP。在變壓器TP次級繞組兩端的電壓負向偏移時，濾塵器的電壓在參考電壓VB上增加(在負向)。VB的值通常選擇得低于開始發(fā)生電暈的值，一般低于40千伏。按照這種方式，直流電壓源僅僅供給濾塵器以最小的功率，并且實質(zhì)上能通過控制脈沖的特性來實現(xiàn)對供給濾塵器功率的控制。
還可看出，帶有反向?qū)ǚ答伓O管D1的可控硅變換器Q1是用來激勵脈沖變壓器TP的初級繞組的。利用加脈沖于Q1的門電極12上來對它進行控制。如后文將詳細描述的那樣，二極管D1提供了一條通路，當可控硅處于基本上不導(dǎo)通狀態(tài)時，負載電流在脈沖發(fā)生器周期的一部分期間內(nèi)流過此通路。在工作中，儲能電容C2通過電源VA充至一預(yù)定的直流負電平。儲能電容C2存儲能量，以在加到可控Q1門電極上的控制信號V1-V3(圖2和4)的控制下，產(chǎn)生加到濾塵器PR兩端的信號。
參閱圖2能夠?qū)D1電路的正常工作狀態(tài)有一最好的了解。儲能電容C2第一次從電源VA充至一預(yù)定的負直流電壓值期間，電路開始工作。此后，不論何時要在濾塵器PR兩端產(chǎn)生一個電壓脈沖，只要在可控硅Q1的控制電極上加上一個電壓脈沖使之觸發(fā)導(dǎo)通就可以了。因為可控硅Q1轉(zhuǎn)換成導(dǎo)通的狀態(tài)，當圖2所示的流經(jīng)可控硅的電流ISCR上升時，可控硅兩端的電壓VSCR降落到接近于零。在可控硅導(dǎo)通期間，在濾塵器PR兩端的電壓VP從由直流電源VB建立起來的負直流電位基線上升到一個峰值，這是借助于從儲能電容C2來的放電電流來達到的。通過可控硅的電流ISCR具有負的半個正弦波的形式，伴隨著它在濾塵器兩端有一增長的負電壓VP。當振蕩周期的充電完成時，在半個周期的結(jié)束處通過可控硅的電流最終跌落到零?，F(xiàn)在開始可控硅的關(guān)斷或正向恢復(fù)期tq，在此期間器件恢復(fù)它的電壓阻斷能力并且特別容易損壞。
上述通過可控硅電流的負半周后面是流過二極管D1的半個正弦波電流ID1。因為流過二極管D1的電流與流過可控硅電流的方向相反，它被表示成正向的半周。在濾塵器兩端的電壓VP經(jīng)過其峰值后，由于振蕩周期的一部分向儲能電容C2返回充電，濾塵器兩端的電壓VP跌落或向VB衰減。伴隨著濾塵器兩端的電壓VP向VB的跌落，可控硅被截止，流過分流二極管D1的電流向它的峰值增長，然后在脈沖周期終了時下降到零。
應(yīng)該注意到，在脈沖發(fā)生器周期的末了和可控硅兩端的電壓VSCR返回到高的正向值之前，二極管D1中流過的電流在一般短暫的時間內(nèi)返向。具體地說，在脈沖發(fā)生周期結(jié)束后的約5微秒的短暫時期內(nèi)(依賴于二極管的特性)，在圖2中以ID2標出的流經(jīng)二極管的電流方向與正常偏置方向相反，此時二極管正在返回到它的反偏電流阻斷狀態(tài)。
應(yīng)該注意到，濾塵器兩端峰值電壓VP大致在從可控硅電流到二極管電流的轉(zhuǎn)換點達到峰值。具體地說，當通過可控硅的電流ISCR衰減到零以及在二極管開始導(dǎo)通前，濾塵器兩端電壓VP達到峰值或最大值。流過可控硅和二極管電流的正弦波性質(zhì)是由串聯(lián)振蕩電路的作用造成的，此振蕩電路由儲能電容C2、脈沖變壓器TP、耦合電容CC和濾塵器電容CP所組成的。二極管D1的存在允許在濾塵器兩端的電壓脈沖的衰減或跌落期間把脈沖能量回送到儲能電容C2中去。這種方案對降低能量的消耗和增加脈沖發(fā)生電路的電效率是十分有效的。
濾塵器兩端的電壓VP向VB衰減以及流過二極管D1的電流ID1同時的減小導(dǎo)致脈沖發(fā)生器工作的正常周期的結(jié)束，在此后二極管兩端的電壓VSCR返回到一個高的正值。
值得給予重視的是如果在脈沖發(fā)生器周期結(jié)束處、在可控硅兩端有一正常返回的正向高壓的情況發(fā)生在可控硅的正向恢復(fù)期間并因而尚未完全重新獲得它的正向電壓阻斷能力，那么必須意識到上述正向高壓的返回是一個潛在的問題。這一問題，正如前文所提到的，因火花檢測電路產(chǎn)生的虛假的再觸發(fā)脈沖，而特別需要予以關(guān)注，而且也是系列號為(RD-16，561)、題為“電容性負載脈沖發(fā)生器電路中開關(guān)器件的虛假觸發(fā)保護(False Triggering Protection for Switching Device of a Capacitive Load Pulser Circuit)”的專利申請的主題，這一專利申請是以本文中發(fā)明者的名字同時提交和共同轉(zhuǎn)讓的。
雖然圖1示出了由可控硅Q1和二極管D1組成的單個開關(guān)元件，但是為了有利于提高開關(guān)電壓，此開關(guān)元件通常含有幾個全部串聯(lián)起來的單獨的可控硅。在這種方案中，分流二極管反向連接在每一可控硅的兩端。還有，在這樣的一種方案中，每一可控硅必須耦合到一個點火系統(tǒng)，以把它們中的每一個在適當時間觸發(fā)導(dǎo)通。完成大量這樣串聯(lián)的開關(guān)元件的選通觸發(fā)方案在技術(shù)上是眾所周知的，而一個串聯(lián)連接可控硅的適當?shù)狞c火電路在題為“同時觸發(fā)串聯(lián)可控硅的裝置和方法(Means and Method for Simultaneously Triggering Series SCR′S”的，共同轉(zhuǎn)讓和共同未決的專利申請中已經(jīng)披露了，此專利申請是在1983年9月6日提交的，系列號為529，307。
此外，雖然共同組成圖1中變換器的開關(guān)元件的可控硅和分流二極管是以獨立器件來示出的，但是一種等效的、單一封裝的、稱之為反向?qū)煽毓杌騌CT的商品器件可以從布朗-博弗立公司(Brown Boveri and Company)買到，并可用來替代圖1中相應(yīng)的元件。
圖3示出了一個根據(jù)本發(fā)明的陳述以方框圖形式表示的電路圖，用來產(chǎn)生低電平的控制信號，以控制包括圖1所示開關(guān)元件的可控硅(或可控硅組)的點火。用一個每秒鐘可在0至300個脈沖之間變化的脈沖發(fā)生器30來為每一脈沖發(fā)生周期的起始提供基本的計時。從脈沖發(fā)生器30來的脈沖被送至或門35，它的輸出耦合到控制信號發(fā)生器37，控制信號發(fā)生器產(chǎn)生控制信號V1，以驅(qū)動可控硅Q1或圖1電路中的那些可控硅的控制門。因為來自脈沖發(fā)生器30的每一個脈沖通過或門35，這個通路標志著一個用于濾塵器負載的新的脈沖發(fā)生周期的開始。
脈沖發(fā)生器30的輸出還啟動第一計時器60，第一計時器60提供一個先于從可控硅導(dǎo)通到二極管導(dǎo)通的過渡或交叉時期一個小的時間間隔(通常約5微秒)。如前文所闡明的那樣，參閱圖2，這相當于在濾塵器兩端的電壓達到峰值前的約5微秒時間。響應(yīng)于來自計時器60的輸出，零脈沖計時器62提供一短的控制脈沖，此控制脈沖通過或門75和35去控制圖2中過渡門觸發(fā)脈沖V2的產(chǎn)生。計時器62的輸出還饋送至與門71的反相輸入端，以阻止在過渡門觸發(fā)脈沖正在產(chǎn)生時火花放電再觸發(fā)脈沖的通路，這將在下面作更詳細的闡述。
從第一計時器60來的輸出的下降沿(圖4)啟動第二計時器41，第二計時器41在正常脈沖周期結(jié)束或終止前提供一個高輸出以結(jié)束一個短的時間間隔(最好約為5微秒)，這是為了阻止在二極管D1反向恢復(fù)期間引起的斜率正向急劇變化所造成的再觸發(fā)電路的著火。第二計時器41的輸出被饋入與門43，以使得在第二計時器輸出端是高值的時間內(nèi)，從火花放電檢測器50來的火花放電起始再觸發(fā)脈沖能夠通過。由此，允許從火花放電檢測器50來的再觸發(fā)脈沖在第二計時器的輸出為高電平的期間內(nèi)通過與門43，這個期間也就是在脈沖發(fā)生器周期結(jié)束前從零過渡脈沖產(chǎn)生直到一個短暫的時間間隔為止。
如前面所指出的那樣，火花放電檢測器50驅(qū)動與門43的其它輸入端，而且它包括一個電流互感器51，電流互感器51的初級與圖1中脈沖變壓器TP按通常的方式串聯(lián)。電流互感器51的次級耦合到第一斜率檢測器52，它監(jiān)視通過脈沖變壓器電流變化的速率(事實上是通過可控硅Q1和二極管D1組合的電流的變化速率)。由斜率檢測器52的輸出驅(qū)動第二變化速率檢測器53，檢測器52和53的綜合效果是從檢測器53輸出一個正比于通過脈沖變壓器TP電流的二階導(dǎo)數(shù)。此信號在54中放大，然后送至閾值檢測器55。一個指示通過電流互感器51的電流已達到足夠高變化速率的信號使得從閾值檢測器產(chǎn)生出一個饋至與門43的高輸出信號。如果這一信號產(chǎn)生于第二計時器輸出為高電平時，則與門43的輸出設(shè)置計時器70。在脈沖發(fā)生器工作于無火花放電期間，對于在時間間隔至少等于二極管導(dǎo)通的時間，此二極管導(dǎo)通計時器70輸出高電平。理論上說，這是一個比二極管導(dǎo)通時間長的短時間間隔。
當計時器70輸出高電平而計時器62輸出低電平時(沒有產(chǎn)生過渡脈沖時)，與門71提供一個高電平輸出去促使猝發(fā)脈沖發(fā)生器72產(chǎn)生脈沖，這些脈沖通過或門75和35，以產(chǎn)生圖2中所示的火花放電再觸發(fā)脈沖控制序列V3。只要二極管導(dǎo)通計時器70保持高電平輸出，從猝發(fā)脈沖發(fā)生器72來的脈沖就不斷地通向控制信號發(fā)生器37。由此，響應(yīng)于用火花放電檢測器50檢測出每一次火花放電事件，一連串延續(xù)到由二極管導(dǎo)通計時器70決定的時間長度的脈沖被送向控制信號發(fā)生器37。上述安排對可控硅提供了保護，使之免受損傷，這種損傷正如后文詳細描述的是由虛假的觸發(fā)脈沖造成的，而且也是前述系列號為(RD-16，561)，同時提交和共同轉(zhuǎn)讓的專利申請的主題。
在工作過程中，特別參考圖2和圖4的波形，圖3的電路提供一系列脈沖，這些脈沖控制送到圖1的可控硅開關(guān)的門控制信號的產(chǎn)生。啟動濾塵器脈沖周期的基本頻率受脈沖發(fā)生器30頻率的控制。從脈沖發(fā)生器30來的每一個脈沖使得從控制信號發(fā)生器37產(chǎn)生一個接通脈沖V1，此接通脈沖V1被引向可控硅Q1(或一個等效的可控硅鏈)的門電極。
如上面詳述的那樣，借助于計時器60和62、門75和35、控制信號發(fā)生器37，從信號發(fā)生器30來的每一個脈沖也開始產(chǎn)生過渡脈沖V2。
火花放電檢測器電路50連續(xù)地監(jiān)測流過位于適當?shù)攸c的電流互感器51的負載電流，并且對超過一個預(yù)先選定閾值的預(yù)定的正向脈沖作出響應(yīng)，提供一個信號以開始產(chǎn)生如圖2和圖4中火花放電再觸發(fā)脈沖序列V3。只有當?shù)谝挥嫊r器60的輸出為高電平時，即從脈沖周期起始到零過渡脈沖D2產(chǎn)生為止，此再觸發(fā)脈沖序列是被禁止的。圖2和圖4的再觸發(fā)脈沖序列V3和第4，503，477號專利中所提出的短持續(xù)期的火花放電觸發(fā)脈沖相對比，它具有從火花放電被檢測到時開始延伸到超過脈沖發(fā)生器周期末了的一系列脈沖的形式。利用延伸到超過正常(無火花放電)周期終了處的方法，防止了虛假觸發(fā)對開關(guān)元件造成的損害。例如，參照圖2，假如響應(yīng)一個感測的(但是虛假的)火花放電，只產(chǎn)生一短的再觸發(fā)脈沖，那末此再觸發(fā)脈沖不會伴隨有可控硅兩端電壓VSCR向高的正值的變化，因而可控硅不會被立即再觸發(fā)。然而，因為可控硅本來供給有一個高的門電流，在可控硅重新獲得它的電壓阻斷能力前必須要經(jīng)過一個時間間隔tq。如果在tq間隔期間，脈沖周期終了，由此允許VSCR升至一正高值(如正常工作期間發(fā)生的那樣)，可控硅會面臨弱接通和潛在損傷。
相反，假定再觸發(fā)脈沖控制信號具有延伸到超過脈沖發(fā)生器周期終了的一系列脈沖V3的形式，則可控硅甚至在虛假地產(chǎn)生再觸發(fā)脈沖場合下也將被安全地接通，而可控硅將避免受到損傷。
當然，為了在最短的可能時間內(nèi)保證有一強的接通，門觸發(fā)控制信號應(yīng)該有快速的上升時間。為此，這些控制信號的實際值會依賴于開關(guān)元件的特性。然而，對于一些通常用于這些方面的器件，至少8安培的最小峰值門電流和至少2-3安培/微秒的上升速率會是合適的。在需要使大量串聯(lián)連接的可控硅同時接通的場合，這樣快的上升時間是特別重要的。
門控制信號V2先于零電流交叉時間開始，以保證在零交叉時它已處于足夠高的電平。至少對于通過零交叉的一段時間來說，V2應(yīng)該保持大于安全接通值(約1.5安培)，以保證當在零交叉附近發(fā)生任何火花放電時，可控硅能嚴格地接通。直到在零交叉后產(chǎn)生了再觸發(fā)脈沖序列V3有足夠時間去保護開關(guān)器件為止，V2不應(yīng)該終止。在一個脈沖電壓VP的周期為70微秒的系統(tǒng)中，假定切斷時間tq約為25微秒，則V2的時間約為15微秒。另一方面，在脈沖周期終了處控制信號V2不應(yīng)維持一相當長的時間，以至允許在可控硅兩端恢復(fù)到正向電壓時產(chǎn)生一弱接通。具體地說，在最壞情況下，V2不應(yīng)超過二極管導(dǎo)通時間間隔減去切斷的時間間隔或正向恢復(fù)時間間隔tq，V2應(yīng)突然終止。因為在應(yīng)用控制脈沖V1期間開關(guān)器件不會受到火花放電的損傷，所以對V1沒有嚴格的要求。但是，為了易于實現(xiàn)，可以用產(chǎn)生V2同樣的電路來產(chǎn)生V1，而V1與V2有著同樣的特性。
火花放電再觸發(fā)脈沖序列V3是用連續(xù)和快速地再觸發(fā)控制信號發(fā)生器37來產(chǎn)生的，控制信號發(fā)生器37根據(jù)上述規(guī)格產(chǎn)生出脈沖V1和V2。因而在最佳實施例方案中，V3是由頂部形狀和脈沖V1和V2的相同的脈沖所組成。用來再觸發(fā)控制信號發(fā)生器的猝發(fā)脈沖發(fā)生器72在上述類型的系統(tǒng)中，被選成具有約15微秒的脈沖周期，但依賴于脈沖V1、V2和控制信號發(fā)生器37的具體特性，可能稍有變動。
使用長持續(xù)期的火花放電再觸發(fā)脈沖序列可以消除由虛假火花放電觸發(fā)脈沖所造成的潛在損傷。此猝發(fā)脈沖群的持續(xù)時間應(yīng)稍長于二極管導(dǎo)通的半周時間，而在此時間內(nèi)猝發(fā)脈沖群中的每一個脈沖理論上應(yīng)在最大8安培到最小1.5安培之間變化。
雖然再觸發(fā)脈沖序列V3是以一連串脈沖的形式來示出，但也可能代之以一單個長持續(xù)期的脈沖。但是，這樣一種方案會給控制信號發(fā)生器的功率容量方面帶來沉重的負擔，因為在所需時間間隔內(nèi)、通過高頻脈沖變壓器、在高壓下要提供如此相對大的電流。
雖然已在此處詳細描述的本發(fā)明與某些最佳實施方案一致，但在所屬技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的專業(yè)人員可以對其作出許多改型和更動。因此，當所有這些改型和更動在本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍內(nèi)時，打算在所附的權(quán)利要求
書中把它們包括入內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在負載兩端產(chǎn)生一個電壓脈沖的電路中，此負載電壓脈沖的特征是在一上升電壓時期后跟著有一下降電壓時期，所述兩時期由一過渡時期分隔開，所述電路包括一開關(guān)元件，所述開關(guān)元件具有一控制電極，所述控制電極響應(yīng)于一控制脈沖促使在此元件中流過一大電流，在所述過渡期間所述電流下降到零，此后在所述負載電壓下降期間電流繞過所述元件而被分流，一種保護所述元件使之免遭由于在所述負載上產(chǎn)生火花放電所造成的損傷的改進裝置的特征在于包括加第一控制脈沖于所述控制電極以觸發(fā)起所述負載電壓脈沖的裝置和在每一所述過渡時期出現(xiàn)時加第二控制脈沖于所述控制電極，以使得在所述過渡時期內(nèi)所述元件實質(zhì)上導(dǎo)通的裝置。
2.在權(quán)利要求
1中所述的組合，其特征還在于包括耦合到所述元件和計時器裝置的一個振蕩電路，用以在基于所述振蕩電路特性的所述第一脈沖發(fā)生后的一個預(yù)先選擇時間產(chǎn)生所述第二脈沖。
3.在權(quán)利要求
2中所述的組合，其特征在于其中所述元件包括一個被二極管所分流的可控硅開關(guān)，在所述負載電壓脈沖下降期間所述二極管工作，以分流繞經(jīng)過所述可控硅的電流。
4.在權(quán)利要求
1中所述的組合，其特征在于其中第二控制脈沖的產(chǎn)生不依賴于是否發(fā)生火花放電。
5.權(quán)利要求
4中所述的組合，其特征在于其中所述第二脈沖的產(chǎn)生不依賴于對所述過渡時期的檢測。
6.權(quán)利要求
1中所述的組合，其特征在于其中所述負載是一靜電濾塵器。
7.權(quán)利要求
6中所述的組合，其特征在于其中所述開關(guān)元件是一可控硅，而所述控制脈沖加于所述可控硅的門電極。
8.借助于由一振蕩電路產(chǎn)生的電流、在一選通開關(guān)元件的控制下、在電抗性負載兩端產(chǎn)生電壓脈沖的方法中，所述電壓脈沖的特征在于有第一時期和第二時期，在第一時期期間、所述負載兩端的電壓上升，在第二時期期間、所述負載兩端的電壓下降，所述電流的特征還在于有第一半周期和第二半周期，與所述第一時期一致，在第一半周期期間，所述電流沿第一方向流過所述開關(guān)元件;與所述第二時期一致，在第二半周期期間、所述電流沿相反方向流過所述開關(guān)元件，并且通過把第一控制脈沖加到所述開關(guān)元件、使之實質(zhì)上導(dǎo)通、來觸發(fā)產(chǎn)生其中的所述電壓脈沖，在所述方法中、用來消除因所述負載中發(fā)生火花放電造成所述開關(guān)元件損傷的改進措施的特征在于包括與所述第一和第二半周期之間的每個過渡時期一致把第二控制脈沖加到所述開關(guān)元件、以使所述元件實質(zhì)上導(dǎo)通。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的方法，其特征在于其中與所述渡越時期一致、把所述第二控制脈沖加到所述開關(guān)元件的措施的完成不依賴于對所述火花放電的檢測。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8的方法，其特征在于其中把所述第二控制脈沖加到所述開關(guān)元件的措施的完成不依賴于對所述過渡時期的實際檢測。
11.根據(jù)權(quán)利要求
8的方法，其特征在于其中加所述第二控制脈沖的措施是通過在所述第一控制脈沖發(fā)生后的一個預(yù)定時間產(chǎn)生所述第二控制脈沖來完成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8的方法，其特征在于其中加所述第一和第二控制脈沖的上述措施包括把所述控制脈沖加到可控硅開關(guān)元件的門電極。
專利摘要
描述了一種保護開關(guān)元件，特點是用來給電容性負載供給脈沖的可控硅開關(guān)元件，使之免遭因在上述負載中發(fā)生火花放電所引起的損傷的方法和裝置。負載電壓脈沖的特征在于在電壓上升時期后跟隨有一電壓下降時期，這兩時期被一個過渡時期所分隔開，在此過渡時期內(nèi)開關(guān)元件遭到火花放電所造成的傷害的可能性最大。具體地說，在此開關(guān)元件最易遭到損傷的期間，不論是否發(fā)生不正常的火花放電，都有一門觸發(fā)脈沖加于此元件，使之恢復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)。
文檔編號H02H7/00GK86107818SQ86107818
公開日1988年5月25日 申請日期1986年11月14日
發(fā)明者阿布達拉·馬爾莫德·伊塔尼, 杰拉爾德·約瑟夫·卡爾森, 彼得·威廉·迪茨 申請人:通用電氣環(huán)境服務(wù)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan