晶闸管模块的应用

晶闸管智能模块发展史及后来的应用

摘要：富安时介绍晶闸管thyristor可控硅模块的接图，晶闸管功率控制器主要技术参数及其应用范围。电焊设备、激光电源、励磁电源、电镀电解电源、调功、调光、工业炉温控、固态动力开关、牵引、直流拖动、大吊车驱动、搅拌电源、电机软起动列出这种模块的控制方法及其电连接图。晶闸管调整器体积小，功能齐全，联线简单，控制方便，性能稳定可靠是这种模块的特点，而增大容量，扩大功能，降低成本，系列化晶闸管功率控制器模块今后发展趋势。

1概况

目前，富安时晶闸管的制造工艺和设计应用技术已相当成熟，正沿着大功率化和模块化二个方向前进：一是为高压真流输电（HVDC），静止无功补偿（SVC），超大功率高压变频调速以及几十万安培的直流电源领域用的125mm，8000V以上晶闸管的稳定生产而开

展研发工作；二是向着体积更小，重量更轻，结构更紧凑，可靠性更高，使用更方便，内部接线电路各异和功能不同的模块化开展技术改进工作。

晶闸管功率控制器模块和整流二极管模块自20世纪70年代初问世以来获得了蓬勃发展，目前已能大批量生产各种类型的电力半导体模块，并广泛应用于国民经济各部门，为工业发展，技术进步，节能、节电、节材发挥了极大作用。但是由于晶闸管是电流控制的电力半导体器件，所以需要较大的脉冲触发功率才能驱动晶闸管，而且它的触发系统电路复杂，体积大，安装调试较难，抗干扰和可靠性较差，制造成本也高，又因其触发系统易产生电磁干扰，难与微机接口，不易实现微机控制。多年来，世界各国围绕如何更加方便、可靠、高效地使用晶闸管取得二方面的进展：一是把分立器件芯片按一定电路联成后封装成一般模块，给用户带来一定的使用方便；二是将门极触发系统的部分分立元器件制成专用集成触发电路，简化了触发系统。但是所有这些并未摆脱将晶闸管主电路与门极触发系统分立制作的传统方式，也没有出现过把复杂庞大的触发系统、检测保护系统和大功率晶闸管主电路集成为一体，做成一个体积小，功能完整，并通过一个端口便能实现对三相电力进行调控的晶闸管智能模块（FUANSHI）。

究其原因，无非是解决不了庞大同步信号输入系统和数字化门极触发系统的微型化，使之符合集成化的要求，以及高低压隔离技术和高性能材料的使用问题。北京富安时科技有限公司，经多年的开发研究，在解决了同步元件微型化问题之后，继而解决了提高信号幅度，搞干扰，高低压隔离等问题，并试制出高密度的功率脉冲变压器，多路高速大电流数字化集成电路以及适合集成模块用的专用数字集成电路，采用了绝缘，导热性能良好的DBC板，焊接性能极好的钼铜板以及具有良好热传导作用和绝缘保护性能的弹性硅凝胶等特殊材料，开发出一套适合制造晶闸管智能模块的半自动惰性气体保护的二次焊接工艺，从而试制出四个系列32种型号，各种功能的通用ITPM和多种专用ITPM，如恒压控制模块，恒流控制模块，移相式恒压、恒流控制模块，双闭环直流电机调速模块，智能电机控制模块等等。该公司经

近三年的生产和1千多家用户在电焊设备、激光电源、励磁电源、电镀电解电源、调功、调光、工业炉温控、固态动力开关、牵引、直流拖动、大吊车驱动、搅拌电源、电机软起动以及自动控制等领域的使用，性能良好，使用、控制、调试简单方便，体积小，结构紧凑，可靠性高，便于安装和维修，有“傻瓜”晶闸管控制器模块之称。

2模块内部电联接图及其技术参数

2.1通用ITPM的内部电联接图及其技术参数

图中数字移相触发器由同步、整形、计数器、A/D、振荡器、脉冲分配器以及驱动等电路组成，它有5根引出脚：1脚内设10.5V/5mA稳压电源，为电位器手动调节方式提供直流电压；2脚为控制引脚，用来输入0-10V的控制信号，输入阻抗≥1MΩ；3、4脚为系统接地点；5脚为控制系统12V电源的正极，其工作电流在0.8A左右，它们为ITPM的控制提供了方便。图2示出了ITPM的各种控制方法。

图1富安时三相晶闸管交流控制器模块原理框图

富安时通用ITPM是由单相、三相晶闸管桥式整流电路或单相、三相晶闸管交流开关电路分别与移相触发系统和保护电路混合集成封装于同一PBT外壳内组成。图1示出了三相通用晶闸管智交流控制模块的内部电联接图。

这种通用ITPM，在工艺、性能、结构和材料使用上都有独特之处，由于采用了玻璃钝化硅芯片，弹性硅凝胶保护、钼铜板过渡、DBS基板使用，环氧树脂密封以及独特的焊接工艺，使模块热阻大大减小，性能稳定，工作安全；由于采用了数字控制电路，SMD和厚膜技术，使模块体积小，智能化程度高；又因模块具有过流，过热和缺相保护，使模块使用更安全，可靠性更高。

北京富安时生产的通用ITPM的交流输入电压为180V-450V；工作频率50或60Hz，三相交流输出电压不对称度<6%；输出电压温度系数<600PPM/˚C，三相桥式整流电路的最大输出直流为2000A，三相交流开关电路的每相最大输出电流（RMS）为1600A。

2.2专用ITPM的内部电联接图

专用ITPM是由电力晶闸管主电路、全数字移相触发器，单片机以及电流、电压、温度传感器混合集成后共同封装在同一PBT外壳内组成，通过模块上的接插件可将各种控制线引到操作键盘，进行各种功能和电气参数设定，并有LED或LCD显示。由此可见，ITPM 已不是一般传统晶闸管装置所能比拟的，它具有相当高的适应性，例如，在交、直流电机调速方面，利用一块ITPM可以成为一台不可逆的双闭环直流调速器，二块ITPM可以组成可逆四象限运行的调速器，而利用六块ITPM可非常方便地组成交——交变频系统，由此将使控制的质量和性能大大改善，控制系统的体积大为减少，节能、节材，可用计算机集中控制，实现信息化管理，从而降低运行费用。图3示出了双闭环直流调速模块的内部电联接图。

可知，双闭环直流调速模块内含有晶闸管桥式整流电路，数字移相调控器，电流传感器和温度传感器，转速和电流双闭环调速电路，积分电路、电流反馈电路以及缺相和过流保护电路。模块采用转速，电流双闭环调节能获得很好的动态特性。其速度超调量<5%，电流超调量<5%，调整时间<0.55秒，振蓝次数≤2，转速稳定误差≤0.02，转速稳定度<0.5。目前，该公司生产的双闭环直流调速三相模块的最大输出直流2000A，最高输入电压450V。

此外，该公司还生产有各种专用智能模块如：

(a)智能电机控制模块，它由三相电力晶闸管交流开关电路，数字移相调控器，同步检测电路，电流、电压反馈电路以及单片机等混合集成在同一PBT外壳内组成，它通过一条15芯的并行线与由显示和按键组成的控制板相连，利用按键设置各种参数，模块即能完成全压起动，电压斜坡起动，电压阶跃起动，限流起动，软停车，自由停车，节能运行和过流、过热、缺相保护等功能。目前，该公司生产的智能电机控制模块的额定工作电压最高为600V，而工作最大线电流为1600A（RMS），且模块采用数码管显示，按键控制，整个起动过程全部由单片机控制自动完成，所以操作起来极其方便，图4为其结构图及外形照