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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202021835129.1 (22)申请日 2020.08.27 (73)专利权人 株洲中车时代半导体有限公司 地址 412001 湖南省株洲市石峰区田心高 科园半导体三线办公大楼三楼309室 (72)发明人 孙文伟唐柳生曾文彬操国宏 任亚东石铿陈本龙董超 唐豹刘应郭金童王飞 (74)专利代理机构 北京风雅颂专利代理有限公 司 11403 代理人 曾志鹏 (51)Int.Cl. H02M 1/06(2006.01) H02M 1/08(2006.01) H03K 17/72(2。
2、006.01) H05K 5/06(2006.01) H05K 5/02(2006.01) H05K 5/03(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种应用于晶闸管的功能模块 (57)摘要 本申请实施例公开了一种应用于晶闸管的 功能模块， 功能模块包括绝缘盒和电路板， 电路 板集成有均压电路、 驱动电路和反馈电路； 均压 电路包括与阳极连接的第一均压端， 以及与阴极 连接的第二均压端； 驱动电路包括与门极连接的 驱动端； 反馈电路包括与上位机连接以在晶闸管 出现故障时发送报警信息的反馈端； 绝缘盒包围 限制出安装腔， 电路板安装于安装腔中， 绝缘。
3、盒 开设有允许第一均压端、 第二均压端、 驱动端以 及反馈端自安装腔露出的开口； 绝缘盒在电路板 安装于安装腔后填充有灌封胶。 如此设计， 将驱 动功能、 均压功能和状态反馈功能集中整合在一 个模块中， 功能丰富， 且具有较好的通用性； 另外 还具有耐候性广、 抗冲击振动能力强以及耐压绝 缘性好等优势。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 212278110 U 2021.01.01 CN 212278110 U 1.一种应用于晶闸管的功能模块， 所述晶闸管包括阳极、 阴极和门极； 其特征在于： 包 括绝缘盒和电路板， 所述电路板集成有均压电路、 驱动电路和反馈电路； 所述均压电路包括。
4、 与所述阳极连接的第一均压端， 以及与所述阴极连接的第二均压端； 所述驱动电路包括与 所述门极连接的驱动端； 所述反馈电路包括与上位机连接以在所述晶闸管出现故障时发送 报警信息的反馈端； 所述绝缘盒包围限制出安装腔， 所述电路板安装于所述安装腔中， 所述绝缘盒开设有 允许所述第一均压端、 所述第二均压端、 所述驱动端以及所述反馈端自所述安装腔露出的 开口； 所述绝缘盒在所述电路板安装于所述安装腔后填充有灌封胶。 2.根据权利要求1所述的功能模块， 其特征在于： 所述驱动电路包括与所述驱动端电性 连接的磁环， 所述磁环通过电磁感应取能。 3.根据权利要求2所述的功能模块， 其特征在于： 所述绝缘。
5、盒包括穿过所述安装腔的贯 通柱， 所述贯通柱包围有贯穿所述安装腔的贯通腔， 所述贯通腔和所述安装腔通过所述贯 通柱隔离； 位于所述安装腔中的所述磁环套设于所述贯通柱。 4.根据权利要求2所述的功能模块， 其特征在于： 所述驱动端为可快速插拔连接的2P快 接端子。 5.根据权利要求1所述的功能模块， 其特征在于： 所述均压电路包括连接于所述第一均 压端和第二均压端之间的第一电阻， 以及， 连接于所述第一均压端和第二均压端之间串联 的第二电阻和电容。 6.根据权利要求5所述的功能模块， 其特征在于： 所述反馈电路串联于所述第一电阻和 所述晶闸管之间， 所述反馈端为通过光纤与上位机通信的光纤接口。 。
6、7.根据权利要求1或5所述的功能模块， 其特征在于： 所述第一均压端和所述第二均压 端均采用快接插头。 8.根据权利要求1所述的功能模块， 其特征在于： 所述绝缘盒包括扣合形成长方体箱体 的盒体和盒盖， 所述盒体外侧设置有U型口的安装脚。 9.根据权利要求8所述的功能模块， 其特征在于： 所述绝缘盒采用混合玻纤加强的聚苯 醚， 聚碳酸酯或聚亚苯基砜树脂制成。 10.根据权利要求1所述的功能模块， 其特征在于： 所述灌封胶为硅胶或者环氧胶。 权利要求书 1/1 页 2 CN 212278110 U 2 一种应用于晶闸管的功能模块 技术领域 0001 本申请实施例涉及半导体器件技术领域， 尤其涉及。
7、一种应用于晶闸管的功能模 块。 背景技术 0002 晶闸管， 又被称作可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier， 简称SCR)， 是 一种具有三个PN结的功率型半导体器件。 晶闸管包括三个外电极， 分别为阳极、 阴极和门 极。 在阳极、 阴极之间施加正电压后， 晶体管并不导通， 当门极接入触发电流后晶体管导通。 晶闸管具有以小电流(电压)控制大电流(电压)作用， 并且具有体积小、 轻、 功耗低、 效率高、 开关迅速等优点， 被广泛应用于可控整流、 交流调压、 无触点电子开关、 逆变及变频等电子 电路中。 0003 在晶闸管的应用过程中， 需要配置相应的外围电路对其。
8、进行驱动控制以及串联均 压， 在一些情况下还需要对晶闸管的运行状态进行实时监控并反馈晶闸管的运行状态， 用 于提高整个晶闸管在工作过程中的可靠性。 现有技术中的外围电路均采用独立式的电路结 构， 即包括独立化的驱动电路、 保护电路以及反馈电路。 0004 外围电路独立式的电路结构使得与晶闸管对应的驱动电路、 保护电路以及反馈电 路均独立为单独的模块， 从而导致与晶闸管配套的模块较多， 占用体积较大， 且独立式的电 路结构定制性强， 难以互换通用。 实用新型内容 0005 有鉴于此， 本申请实施例提供了一种应用于晶闸管的功能模块， 用于改善现有技 术中与晶闸管配套的模块较多， 占用体积较大， 且。
9、独立式的电路结构定制性强， 难以互换通 用等缺陷。 0006 本申请实施例提供的一种应用于晶闸管的功能模块， 所述晶闸管包括阳极、 阴极 和门极； 0007 所述功能模块包括绝缘盒和电路板， 所述电路板集成有均压电路、 驱动电路和反 馈电路； 所述均压电路包括与所述阳极连接的第一均压端， 以及与所述阴极连接的第二均 压端； 所述驱动电路包括与所述门极连接的驱动端； 所述反馈电路包括与上位机连接以在 所述晶闸管出现故障时发送报警信息的反馈端； 0008 所述绝缘盒包围限制出安装腔， 所述电路板安装于所述安装腔中， 所述绝缘盒开 设有允许所述第一均压端、 所述第二均压端、 所述驱动端以及所述反馈端。
10、自所述安装腔露 出的开口； 所述绝缘盒在所述电路板安装于所述安装腔后填充有灌封胶。 0009 具有上述结构的功能模块， 将对晶闸管的驱动功能、 均压功能和状态反馈功能集 中整合在一个模块中， 模块功能丰富， 可以满足不同的应用需求， 而且结构紧凑， 占用体积 小； 通过第一均压端、 第二均压端、 驱动端以及反馈端使得功能模块设计标准化， 具有较好 的通用性； 另外， 采用绝缘盒和填充灌封胶的设计， 使得功能模块具有耐候性广、 抗干扰性 说明书 1/6 页 3 CN 212278110 U 3 强、 抗冲击振动能力强以及耐压绝缘性好等优势。 0010 在一种可能的实施方式中， 所述驱动电路包括与。
11、所述驱动端电性连接的磁环， 所 述磁环通过电磁感应取能。 0011 在一种可能的实施方式中， 所述绝缘盒包括穿过所述安装腔的贯通柱， 所述贯通 柱包围有贯穿所述安装腔的贯通腔， 所述贯通腔和所述安装腔通过所述贯通柱隔离； 位于 所述安装腔中的所述磁环套设于所述贯通柱。 0012 在一种可能的实施方式中， 所述驱动端为可快速插拔连接的2P快接端子。 0013 在一种可能的实施方式中， 所述均压电路包括连接于所述第一均压端和第二均压 端之间的第一电阻， 以及， 连接于所述第一均压端和第二均压端之间串联的第二电阻和电 容。 0014 在一种可能的实施方式中， 所述反馈电路串联于所述第一电阻和所述晶闸。
12、管之 间， 所述反馈端为通过光纤与上位机通信的光纤接口。 0015 在一种可能的实施方式中， 所述第一均压端和所述第二均压端均采用快接插头。 0016 在一种可能的实施方式中， 所述绝缘盒包括扣合形成长方体箱体的盒体和盒盖， 所述盒体外侧设置有U型口的安装脚。 0017 在一种可能的实施方式中， 所述绝缘盒采用混合玻纤加强的聚苯醚， 聚碳酸酯或 聚亚苯基砜树脂制成。 0018 在一种可能的实施方式中， 所述灌封胶为硅胶或者环氧胶。 附图说明 0019 为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案， 下面将 对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 。
13、下面描述中的 附图仅仅是本说明书一个或多个实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性 劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 0020 图1为本申请实施例提供的一种功能模块中电路板的结构示意图； 0021 图2为本申请实施例提供的一种功能模块中功能电路的电路原理图； 0022 图3为本申请实施例提供的一种功能模块中绝缘盒的结构示意图； 0023 图4为图3中盒体的结构示意图； 0024 图5为图3中盒盖的结构示意图； 0025 图6为本申请实施例提供的一种功能模块中盒体与电路板的结构示意图； 0026 图7为本申请实施例提供的多个晶闸管串联时的电路原理图。 0027 附。
14、图标记说明： 0028 1-电路板、 2-磁环、 3-驱动电路、 4-均压电路、 5-反馈电路、 6-绝缘盒、 7-贯通腔、 8- 盒盖、 9-第二开口、 10-第一开口、 11-盒体、 12-第四开口、 13-安装脚、 14-侧板、 15-底板、 16- 第一连接腔、 17-第三开口、 18-第一连接柱、 19-第二连接柱、 20-第二连接腔； 0029 A-第一均压端、 B-第二均压端、 C-反馈端、 D-驱动端、 C1-电容、 R1-第一电阻、 R2-第 二电阻、 S1-第一晶闸管、 S2-第二晶闸管、 S3-第三晶闸管。 说明书 2/6 页 4 CN 212278110 U 4 具体实。
15、施方式 0030 为使本申请实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本申请实施例 中的附图， 对本申请实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是 本实用新型一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本实用新型中的实施例， 本领域普通 技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本实用新型保护 的范围。 0031 本申请实施例提供了一种应用于晶闸管的功能模块， 需要提前说明的是， 晶闸管 包括三个外电极， 分别为阳极、 阴极和门极。 在阳极、 阴极之间施加正电压后， 晶体管并不导 通， 当门极接入触发电流后晶体管导通。 晶闸管具有以小电。
16、流(电压)控制大电流(电压)作 用， 并且具有体积小、 轻， 功耗低， 效率高， 开关迅速等优点， 被广泛应用于可控整流、 交流调 压、 无触点电子开关、 逆变及变频等电子电路中。 0032 该功能模块包括电路板和绝缘盒， 其中， 电路板集成有功能电路， 图1为本申请实 施例提供的一种功能模块中电路板的结构示意图， 图2为本申请实施例提供的一种功能模 块中功能电路的电路原理图， 如图1和图2所示， 功能电路通常包括驱动电路3、 均压电路4和 反馈电路5， 驱动电路3用于驱动晶闸管SCR工作， 包括磁环2以及驱动端D， 驱动端D与磁环2 电性连接， 磁环2通过电磁感应取能， 驱动端D用于与晶闸管。
17、SCR的门极连接。 在本实施例中， 为了实现驱动端D与门极线的快速插拔连接， 驱动端D采用2P快接端子。 可以理解的， 驱动端 D还可采用其它能够实现快速插拔连接的连接端子。 0033 与前端电源相连的供电线靠近磁环2延伸， 当前端电源通过供电线发出脉冲时， 磁 环2通过与供电线的电磁感应能够产生脉冲电流， 该脉冲电流通过驱动端D输出至晶闸管 SCR的门极， 从而实现驱动晶体管开通。 本实施中采用电磁感应的方式实现前端电源与驱动 电路3之间的隔离供电， 从而能够与外部的低压供电实现高低压隔离作用。 0034 功能电路中的均压电路4包括第一均压端A和第二均压端B， 第一均压端A用于与晶 体管SC。
18、R的阳极连接， 第二均压端B用于与晶体管SCR的阴极连接。 第一均压端A和第二均压 端B之间连接有第一电阻R1， 还连接有串联的电容C1和第二电阻R2。 第一均压端A和第二均 压端B可以为两个独立的连接端子， 也可以采用同一连接端子， 通过同一连接端子同时实现 两处连接。 例如在本实施例中， 第一均压端A和第二均压端B为两个独立的连接端子， 均采用 快速接头以实现与晶闸管快速连接。 0035 在第一均压端A和第二均压端B与晶闸管SCR连接后， 第一电阻R1并联于晶闸管SCR 的阳极和阴极之间， 起到静态均压效果， 第一电阻R1通常选用高值电阻； 电容C1和第二电阻 R2也并联于晶闸管SCR的阳。
19、极和阴极之间， 起到动态均压效果， 在晶闸管两端有电压变化 时， 用以均衡串联晶闸管SCR的电压分配。 第一电阻R1、 第二电阻R2和电容C1的参数选配可 以根据具体的应用工况确定。 0036 功能电路中的反馈电路5串联于第一电阻R1和晶闸管之间， 反馈电路5包括反馈端 C， 反馈端C通过光纤与上位机通信， 相应的， 反馈端C为与光纤连接的光纤接口。 当晶闸管 SCR发生失效时， 晶闸管SCR阻抗变得极小接近0， 此时均压回路两端的电压差值大致为 0V， 反馈电路5上端电源接收不到反馈信息即判定为晶闸管SCR失效， 此时通过反馈端C向上 位机发送报警信号， 以提醒晶闸管SCR失效。 而且可以看。
20、出， 功能模块的电压检测使用的是 无源检测电路， 反馈的信号抗干扰性强； 并且与均压电路4复合使用、 能耗低， 电路结构简 说明书 3/6 页 5 CN 212278110 U 5 单， 可靠性高。 另外， 本实施例中反馈电路5采用光信号通信而非电信号通信， 能够实现高压 电路与低压电路之间的隔离。 0037 图3为本申请实施例提供的一种功能模块中绝缘盒的结构示意图， 图4为图3中盒 体的结构示意图， 图5为图3中盒盖的结构示意图， 图6为本申请实施例提供的一种功能模块 中盒体与电路板的结构示意图； 如图3至图6所示， 该绝缘盒6整体为长方体箱体结构， 包括 扣合为一体的盒体11和盒盖8。 其。
21、中， 盒体11为侧边开口的长方体箱体， 盒体11包括底板15 和四个侧板14， 底板15为矩形板， 四个侧板14立设于底板15的同一侧， 且对应设置于底板15 四个侧边的位置。 四个侧板14在底板15上依次连接形成封闭的环绕结构。 四个侧板14靠近 底板15的一端与底板15接触连接， 四个侧板14远离底板15的另一端包围形成与底板15相对 的盒口。 四个侧板14与底板15限制出通过盒口与外界贯通的空腔。 0038 盒盖8与盒体11连接时与四个侧板14连接并覆盖盒口， 盒盖8与盒体11限制出封闭 的安装腔。 盒体11和盒盖8可以采用螺纹连接件实现连接， 还可以采用卡扣结构实现连接。 0039 盒。
22、体11和盒盖8可根据应用场合选择合适的工程绝缘材料， 材料应至少具有介电 性高、 机械强度高和耐老化等特性。 例如， 在一些可能的实施方式中， 绝缘盒6采用混合玻纤 加强的聚苯醚PPO、 聚碳酸酯PC或聚亚苯基砜树脂PPS等绝缘高分子材料制成。 0040 电路板1安装于绝缘盒6的安装腔中， 安装腔内设置有用于安装电路板1的安装柱， 安装柱设置有用于与螺纹连接件配合的螺纹孔， 电路板1通过穿设于电路板1和安装柱螺纹 孔的螺纹连接件实现固定安装。 0041 在本实施例中， 盒体11内部在底板15的四个拐角位置设置有四个安装柱， 位于对 角位置的两个安装柱为一对安装柱， 四个安装柱分为两对安装柱， 。
23、两对安装柱具有不同的 高度。 每对安装柱用于安装一个电路板1， 从而可以在不同的高度安装电路板1， 如此能够利 用安装腔内的安装空间布置不止一层的电路板1， 实现对安装腔空间的合理利用， 例如， 可 以将功能电路集成在两个电路板1上， 分上、 下不同高度安装在安装腔中。 而且电路板1分开 设计也便于实现高低压隔离。 0042 绝缘盒6上设置有贯通柱， 贯通柱包围形成贯穿安装腔的贯通腔7， 贯通腔7和安装 腔通过贯通柱隔离。 磁环2在安装腔中且套设于贯通柱的外周， 当供电线从贯通腔7中穿过 时能够通过电磁感应实现对磁环2的信号传递， 并且可以实现高压和低压隔离。 0043 贯通柱可以由盒体11单。
24、独形成， 也可以由盒盖8单独形成， 还可以通过通过盒体11 和盒盖8组合形成。 例如在本实施例中， 贯通柱包括设置于盒体11的第一连接柱18以及设置 于盒盖8的第二连接柱19； 第一连接柱18立设于盒体11的底板15并朝向安装腔内部延伸， 包 围限制出沿长度方向贯穿的第一连接腔16， 第一连接腔16两端开口分别位于底板15外侧面 和第二连接柱19位于安装腔的端部。 第二连接柱19立设于盒盖8并朝向安装腔内部延伸， 包 围限制出沿长度方向贯穿的第二连接腔20， 第二连接腔20两端开口分别位于盒盖8外侧和 第二连接柱19位于安装腔的端部。 在盒体11和盒盖8安装时， 第一连接柱18和第二连接柱19。
25、 位于安装腔内的端部对齐， 形成贯通柱， 第一连接腔16和第二连接腔20组合形成贯通腔7。 0044 绝缘盒6上设置有第一开口10、 第二开口9、 第三开口17和第四开口12， 第一开口10 允许第一均压端A露出， 第二开口9允许第二均压端B露出， 第三开口17以允许驱动端D露出， 第四开口12允许反馈端C露出。 第一开口10、 第二开口9、 第三开口17和第四开口12可以由盒 体11单独形成， 也可以由盒盖8单独形成， 还可以通过通过盒体11和盒盖8组合形成。 例如， 说明书 4/6 页 6 CN 212278110 U 6 本实施例中， 盒体11和盒盖8分别成型有部分结构， 在盒盖8扣合于。
26、盒体11后， 形成完整的开 口结构。 0045 盒体11外侧还设置有与外界固定以实现功能模块安装的安装脚13， 本实施例中安 装脚13为U型结构， 功能模块可以通过穿设于U型结构中U型口的螺纹连接件实现安装连接。 0046 本申请实施例中的绝缘盒6采用绝缘材料制成， 包括盒体11和盒盖8两部分， 盒体 11和盒盖8扣合后形成封闭的安装腔， 将电路板1绝缘保护在安装腔中， 只留有允许连接端 子(第一均压端A、 第二均压端B、 驱动端D和反馈端C)露出的开口， 有利于在高压场合的应用 需求。 0047 在电路板1安装完成后， 对安装腔内部进行灌封胶处理， 灌封胶可以为硅胶或者环 氧胶。 灌封胶填充。
27、满功能模块内部所有的空隙， 使得功能模块可承强冲击、 强振动， 耐受强 酸碱， 高湿度环境， 应用范围广泛， 满足室内、 室外、 车载、 海上等各类应用场合。 0048 晶闸管SCR在实际工况中经常需要采取串联应用， 图7为本申请实施例提供的多个 晶闸管串联时的电路原理图， 如图7所示， 本实施例中以三只晶闸管串联为例进行描述示意 功能模块与晶闸管的连接方式， 相应地， 设置有三个功能模块： 三只晶闸管依次为第一晶闸 管S1、 第二晶闸管S2和第三晶闸管S3， 与三个晶闸管一一对应的， 三个功能模块分别为第一 功能模块、 第二功能模块和第三功能模块。 0049 第一晶闸管S1、 第二晶闸管S2。
28、和第三晶闸管S3通过各自的阳极和阴极依次串联。 第一功能模块的第一均压端A、 第二均压端B和驱动端D与第一晶闸管S1相连。 第二功能模块 的第一均压端A与第一功能模块的第二均压端B连接， 第二功能模块的第二均压端B和驱动 端D与第二晶闸管S2相连。 第三功能模块的第一均压端A与第二功能模块的第二均压端B连 接， 第三功能模块的第二均压端B和驱动端D与第三晶闸管S3相连。 0050 由此可以看出， 在多个晶闸管串联应用时， 第一个晶闸管仍需要与功能模块连接 三根线， 但是后面串联的晶闸管只需要连接两根线， 即可实现驱动和保护的功能， 方便了在 实际应用中的系统布线设计。 并且， 绝缘盒6中的贯通。
29、柱结构方便多个晶闸管的串联应用， 同一根供电线可同时穿过多个功能模块的贯通腔7即可对多个功能模块实现隔离供电触 发， 简单方便。 0051 根据上述描述可知， 本申请实施例提供的功能模块具有驱动功能、 均压功能和状 态检测三个功能， 模块功能丰富， 并且具有非常强的互换性； 另外， 功能模块结构紧凑， 体积 较小， 相对独立式的电路结构体积优势明显； 而且， 绝缘盒6以及灌胶的设计， 使得功能模块 有利于在高压场合的应用需求， 可承强冲击、 强振动， 耐受强酸碱， 高湿度环境， 应用范围广 泛， 满足室内、 室外、 车载、 海上等各类应用场合。 0052 在本实用新型的描述中， 需要说明的是，。
30、 术语 “中心” 、“上” 、“下” 、“左” 、“右” 、“竖 直” 、“水平” 、“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是 为了便于描述本实用新型和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定 的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本实用新型的限制。 此外， 术语 “第 一” 、“第二” 、“第三” 仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。 0053 在本实用新型的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “安 装” 、“相连” 、“连接” 应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸。
31、连接， 或一体地 连接； 可以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 说明书 5/6 页 7 CN 212278110 U 7 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以具体情况理解上述术 语在本实用新型中的具体含义。 0054 此外， 上文所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间 未构成冲突就可以相互结合。 0055 至此， 已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案， 但是， 本 领域技术人员容易理解的是， 本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。 在 不偏离本实用新型的原理的前提下， 本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改 或替换， 这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。 说明书 6/6 页 8 CN 212278110 U 8 图1 图2 说明书附图 1/4 页 9 CN 212278110 U 9 图3 图4 说明书附图 2/4 页 10 CN 212278110 U 10 图5 图6 说明书附图 3/4 页 11 CN 212278110 U 11 图7 说明书附图 4/4 页 12 CN 212278110 U 12 。