[发明专利]一种触发晶闸管阀型过电压保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的保护电路，尤其是涉及一种应用于电力系统中的触发晶闸管阀型过电压保护装置。

背景技术

击穿二极管（BOD）：是一种具有四层结构的二极管，一般称作击穿二极管。当二极管上所加的正向电压达到某一特定值时，BOD瞬间击穿导通，而当流过BOD的电流低于维持电流后，BOD恢复关断。BOD动作电压（VBO）：也称转折电压，指的是BOD器件在达到该特定的正向电压等级时，BOD迅速击穿导通。如今，由于半导体器件技术的限制，对于发展迅速的变流系统在高压、大功率、大容量等领域中设计时，常常需要采用多个高压半导体器件并联的应用方式来实现。传统上对于电力系统中的过电压保护方法主要有空气间隙过电压保护法、采用氧化锌避雷器、压敏电阻保护法。传统的保护方法均存在受环境条件影响大、维护困难、结构尺寸较大等缺点。

在现有技术中，由中国电力科学研究院于2006年3月17日申请，并于2006年9月20日公开，公开号为CN1835321A的中国发明专利申请《击穿二极管触发晶闸管阀型过电压保护装置》公开了一种击穿二极管触发晶闸管型过电压保护装置由一个或多个串联的晶闸管及其附件构成，晶闸管阀门极和阳极之间接BOD，当晶闸管两端的正向电压超过某一特定值时BOD转换到通态，靠一种急剧的短路作用触发晶闸管。晶闸管两端还并联电阻和电容组成的阻尼吸收回路，BOD触发串联晶闸管单元通过保护阻尼电阻接地。这种由单个击穿二极管（BOD）触发单个晶闸管阀的过电压保护装置，是由一个或多个串联的晶闸管及其附件构成，晶闸管阀门极和阳极之间接击穿二极管，当晶闸管两端的正向电压超过某一特定值时击穿二极管转换到通态，靠一种急剧的短路作用触发晶闸管。击穿二极管的动作电压决定了过电压的保护水平。

现有技术中的这种击穿二极管触发晶闸管阀型过电压保护装置存在以下几个技术缺点：

1、过电压保护装置的正向保护电压水平不高。在该类型的保护装置中仅有一个击穿二极管保护晶闸管，击穿二极管的动作电压决定了过电压的保护水平，且过电压的保护水平不可调。近几年的半导体器件的额定电压等级已经发展到6500V，甚至是8500V，而市面上击穿二极管的最高动作电压等级为4200V，单个击穿二极管的动作电压等级已经满足不了半导体器件的过电压保护需求；

2、过电压保护装置的反向电压承受能力比较低。该类型保护装置是由限流电阻、击穿二极管以及RC回路串联后再与晶闸管并联，在晶闸管承受反向电压时，反向电压均加在击穿二极管上。但由于击穿二极管的最高反向阻断电压比较低，因此保护装置所能保护晶闸管电压的等级比较低；

3、过电压保护装置对于多个晶闸管并联后再反并联的系统不适应。在大容量变流系统中，单只晶闸管已满足不了桥臂电流的要求，而采用需多个晶闸管支路并联。若正向（反向）多个晶闸管并联桥臂中仅触发了一条晶闸管支路，过电压能量将集中通过这个被触发的晶闸管释放，可能导致该晶闸管烧坏并出现短路，从而引起系统故障；

4、过电压保护装置没有反馈动作信号给控制系统。过电压保护装置应是一种不常动作的保护系统。当晶闸管端电压过高时，保护装置动作，即表明系统中某一部分出现了问题，如网压异常、元件触发系统故障或元件故障，若问题不及时排除，则有可能导致更大的系统故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种触发晶闸管阀型过电压保护装置，该装置通过多个击穿二极管串联触发多个并联晶闸管进行过电压保护，同时能将击穿二极管的动作信号实时反馈给控制系统。

本发明具体提供了一种触发晶闸管阀型过电压保护装置的技术实现方案，一种触发晶闸管阀型过电压保护装置，包括：由击穿二极管串联组合支路、均压电阻电路和高压二极管桥接电路组成的桥接击穿二极管组合支路、限流电阻、两组RC吸收回路、稳压二极管，以及两组相互反并联的并联晶闸管支路，击穿二极管串联组合支路包括不少于两个相互串联的击穿二极管，每个击穿二极管上均并联有均压电阻，由四个高压二极管组成桥式电路，击穿二极管串联组合支路与高压二极管桥接电路并联，两组高压二极管桥接电路中至少其中一组的两个高压二极管之间连接限流电阻后，与RC吸收回路串联，再与并联晶闸管支路相并联，并联晶闸管支路包括不少于两个相互并联的晶闸管，每个晶闸管的门极均通过稳压二极管连接到限流电阻或高压二极管桥接电路。

作为本发明一种触发晶闸管阀型过电压保护装置技术方案的进一步改进，当并联晶闸管支路两端的正向电压超过所有串联击穿二极管的动作电压之和时，所有击穿二极管导通，在每个晶闸管的门极形成瞬间电流脉冲触发晶闸管，并释放晶闸管上的过电压能量。