快速晶闸管在加速器电源系统中的应用

　　1 引言

　　脉冲功率技术是一种能量密度“压缩”技术,它通过开关的瞬时导通把较长时间内储存的能量在很短的时间(μs或ns量级)内释放出来,形成幅度达数十kA甚至数百kA的强电流脉冲。脉冲功率技术对放电开关的要求是开关的动作速度必须很快，额定电流大，导通时开关的导通电阻要小。早期采用汞引燃管，火花隙等作放电开关。随着电力电子技术的发展，先是出现了普通晶闸管，但普通晶闸管的开通时间和关断时间都很长，特别是当负载为感性时,普通晶闸管的开通时间甚至需要几百μs，关断时间也需要几百μs。这在要求重复频率达200Hz的加速器电源上是无法使用的。随着导通时间和关断时间都在10μs以下的快速晶闸管的出现，特别是大电流快速晶闸管的成功研制，使得这种电力电子器件能够进入大电流快速放电开关的领域，并逐渐显示其优越性。本文介绍快速晶闸管KK400和KK1000在某加速器电源系统中的应用。

　　2 系统基本原理

　　整个电源系统输出电流脉冲的重复频率为200Hz，在系统开始工作前，先要通过普通变压器T1为脉冲电容器C2预充电到400V，以后便可断开普通变压器T1进行重复频率运行。图1是系统原理图，电路工作原理如下。

图1 系统工作原理

　　1)预充电过程三相交流电经半波整流对电解电容C1经限流电阻R1预充电到250V，然后改由快速晶闸管KK0对电解电容C1直接充电到310V。在电解电容C1充电时，A相电压经变压器升压全桥整流后经限流电阻R2对脉冲电容C2充电到400V。预充电结束后变压器通过继电器与脉冲电容器隔离。

　　2)重复频率工作过程C2对变压器T2放电，快速晶闸管KK3过零关断，电容C2上的剩余电压反向。利用KK2导通，C2、L谐振实现电容C2上电压再次反向，电压极性恢复到初始状态，但幅度已减小。再导通KK1通过L、C2的谐振使C2上电压幅度也恢复到初始状态，电源工作的一个周期完成。又可开始下一个周期的工作。

　　3 系统中快速晶闸管的选用

　　KK0选择通态电流为400A的快速晶闸管(KK400)三只，分别用作A、B、C三相电路的整流管，KK1和KK2都是六只通态电流为1000A的快速晶闸管(KK1000)并联使用，KK3是十只通态电流为1000A的快速晶闸管(KK1000)并联使用。

　　从图1可见，除KK0外，KK1、KK2、KK3的负载都是感性负载。在本系统中晶闸管KK0的触发信号由对应相经半波整流提供，当某相电压高于电容C1上电压时，则那一相晶闸管就导通，直接对电容C1充电。快速晶闸管KK1、KK2、KK3的触发信号由计算机内控制板卡定时给出。根据图1分析知，必须保证三组晶闸管的可靠转换，即KK3导通截止后，再导通KK2，KK2截止后再导通KK1，KK1截止后再导通KK3。如此电源作重复频率运行，当电源运行在重复频率达200Hz时，这样一个工作周期仅5ms，KK1、KK2、KK3的换相都是采用负载换相，即当快速晶闸管中电流下降为零时，晶闸管承受反向电压自然关断。因此晶闸管的开通时间和关断时间都必须很小，普通晶闸管是满足不了要求的。