一種用于多晶硅破碎裝置的光控單脈沖觸發系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光控單脈沖觸發系統，特別涉及一種用于多晶硅破碎裝置中三電極空氣開關的光控單脈沖觸發系統。
【背景技術】
[0002]當前，多晶硅材料是生產太陽能電池的最主要的材料。從還原爐成形完成的多晶硅棒首先要進行破碎，然而國內外現有的多晶硅棒破碎技術多采用人工敲擊和機械破碎，由于多晶硅硬度大，且在破碎的過程中不能被污染，所以機械破碎造成了勞動強度大、噪音大，易造成粉塵和金屬污染。
[0003]基于液電效應的高壓脈沖多晶硅破碎裝置，可以大大降低工作人員勞動量，提高勞動效率，實現多晶娃均勾破碎，減少粉末和金屬污染，噪聲小，提尚多晶娃品質，具有良好的市場應用前景。多晶硅破碎裝置的電路結構如圖1所示，其中充電系統的高壓輸出端通過高壓充電線連接儲能電容的正極，充電系統的低壓輸出端連接儲能電容的負極，儲能電容的正極與空氣開關的正極連接，空氣開關的負極與放電電極的正極連接，放電電極的負極與儲能電容的負極連接。空氣開關是整個破碎裝置的核心器件，它每一次可靠開通才能使多晶硅破碎裝置完成一次破碎工作，因此多晶硅破碎裝置的空氣開關的觸發系統必須安全可靠。目前常用的多晶硅破碎裝置中采用的是三電極空氣開關，其觸發系統電路結構如圖2所示。
[0004]如圖1所示，充電系統的控制電路與空氣開關的觸發電路融合在一套控制系統中。空氣開關觸發系統與充電系統都是通過電信號與控制系統直連，這將會造成充放電系統的相互電磁干擾。在充電系統為儲能單元充電過程中產生的電磁干擾可能造成高壓開關誤觸發，使得儲能電容未達到預定電壓就發生脈沖放電，會造成實驗失敗或者對操作人員的安全構成威脅。單次運行時一般都是手動觸發按鈕開關來得到觸發信號。如圖2所示，市電交流電源通過二極管半波整流后經過充電電阻向電解電容充電，充電速度慢，效率低。觸發可控硅時需手動按下按鈕開關，觸發脈沖延時較長。華中科技大學南敬在其論文“沿面擊穿型高壓開關觸發系統的設計與研宄”中使用此電路設計了高壓氣體開關的觸發系統，另外新特能源股份有限公司的發明專利CN102836765B “一種破碎多晶硅的方法及其裝置”中也是采用此電路。此電路缺點是手動觸發時抖動大，擊穿延時時間較長，觸發脈沖寬度較長，半波整流充電時間慢，容易出現誤觸發，安全性低。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是克服上述現有技術的缺點，為多晶硅破碎裝置提供一種效率高、可靠性高、安全系數高的三電極空氣開關的單脈沖觸發系統。
[0006]本發明為空氣開關的單脈沖觸發系統，包括光脈沖信號發生器和電脈沖觸發信號產生系統。所述的電脈沖觸發信號產生系統包括光電轉換電路、增強驅動電路、全橋整流器、充電電阻、電解電容、可控娃和脈沖變壓器。光脈沖信號發生器和電脈沖觸發信號產生系統通過一根光纖導線連接，此光纖導線的一端接入光脈沖信號發生器的光纖法蘭接口處，另一端接入電脈沖觸發信號產生系統的法蘭接口。光脈沖信號發生器輸出5V、脈沖寬度為30us的單脈沖光信號用來觸發電脈沖觸發信號產生系統中的可控硅的開通，電脈沖觸發信號產生系統產生空氣開關所需的高壓單脈沖觸發信號。
[0007]所述的電脈沖觸發信號產生系統中各器件連接方式如下:市電交流電源的火線、零線輸出端分別連接全橋整流器的兩個輸入端，無方向之分。全橋整流器的高壓輸出端通過充電電阻與電解電容的正極相連接，全橋整流器的負極與電解電容的負極相連。電解電容的正極與可控硅的正極相連接。可控硅的負極與脈沖變壓器原邊的一端相連接，電解電容的負極與脈沖變壓器原邊的另一端相連。光電轉換電路的信號輸出端與增強驅動電路信號輸入端相連接。增強驅動電路信號輸出端正極接入可控硅的門極，輸出端負極接入可控硅的負極。
[0008]本發明的工作過程如下:市電交流電源通過全橋整流器整流后輸出直流電，直流電經過充電電阻向電解電容充電，直至電壓穩定在300V左右。待電解電容電壓穩定后，觸發光脈沖信號發生器后發生器輸出5V、脈沖寬度為30us的單脈沖光信號，該單脈沖光信號通過通信光纖進入電脈沖觸發信號產生系統的光電轉換系統，轉換為幅值5V，脈沖寬度為30us的單脈沖電信號。5V單脈沖電信號通過電信號導線進入信號增強驅動電路后功率放大，信號增強為低電平為-8V，高電平為15V，脈沖寬度為30us的可控硅觸發信號。此信號觸發可控硅后使得脈沖變壓器原邊得到幅值為300V的單脈沖低壓觸發信號。此單脈沖低壓信號經過脈沖變壓器升壓后變為單脈沖高壓觸發信號，用于觸發高壓空氣開關。
[0009]本發明的優點在于采用光纖傳輸觸發信號，將充電系統的控制電路與空氣開關的觸發系統物理隔開。在進行多晶硅破碎實驗時高壓空氣開關不會因受到充電系統的電磁干擾影響而產生誤觸發現象，保證高壓氣體開關的可靠觸發。同時本發明做到了將操作人員與高壓試驗設備完全物理隔離，保證了人身安全。
【附圖說明】
[0010]圖1為傳統多晶硅破碎裝置的電路結構示意圖；
[0011]圖2為傳統多晶硅破碎裝置中單次脈沖觸發電路的原理圖；
[0012]圖3為本發明原理框圖，圖中:1光脈沖信號發生器，2光電轉換電路，3增強驅動電路，4市電交流電源，5全橋整流器，6充電電阻，7電解電容，8可控硅，9脈沖變壓器，10通信光纖，11電信號導線，12同軸電纜線；
[0013]圖4為采用本發明的多晶硅破碎裝置的電路結構示意圖。圖中:14控制系統，15充電系統，16儲能電容，17空氣開關，18放電電極；
[0014]圖5為高壓脈沖觸發信號波形。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發明。
[0016]本發明具體實施例為應用于一種工作電壓為18kV的多晶硅破碎裝置。
[0017]如