CN102253331A

CN102253331A - 一种基于并联晶闸管的光电触发检测方法及检测板

Info

Publication number: CN102253331A
Application number: CN2011100978307A
Authority: CN
Inventors: 张敏; 赵道德; 陈洁莲; 陶洪亮; 刘凯
Original assignee: Zhuzhou National Engineering Research Center of Converters Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou National Engineering Research Center of Converters Co Ltd
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-04-19
Also published as: CN102253331B

Abstract

一种基于并联晶闸管的光电触发检测方法及检测板，通过一个光电触发检测板，由光电触发检测板通过一定的逻辑判断晶闸管和快熔的工作状态，并且上传回报信号，供上层控制器采集，并对系统故障点能够精确定位。所述的逻辑判断晶闸管和快熔的工作状态是采集晶闸管的电流信号作为主要的判断条件，采集晶闸管两端的电压信号作为辅助判断，并采集快熔的节点信号作为判断快熔是否工作正常的依据，将所采集的电源监测信号、快熔状态信号、晶闸管电流信号、晶闸管电压信号以及脉冲信号均送到逻辑处理单元CPLD进行判断从而产生回报信号，输出回报信号并通过光发送回路送出，将回报信号通过光纤送至控制系统进行解析和处理，实现对并联晶闸管的光电触发检测。

Description

一种基于并联晶闸管的光电触发检测方法及检测板

技术领域

本发明涉及一种电气部件的检测方法及装置，具体说是一种基于并联晶闸管的光电触发检测方法及检测板，主要用于大功率整流电源的晶闸管中。

背景技术

在大功率变流器中，常用多个晶闸管器件并联来承担较大的电流。当晶闸管并联时就会因静态和动态特性参数的差异而存在电流分配不均匀的问题。均流不佳，有的器件电流不足，有的过载，有碍提高整个装置的输出，甚至造成器件和装置的损坏。由于器件开通时间和关断时间的差异引起的电流分配不均匀属于动态均流问题，因此，要求并联的每个晶闸管均能快速可靠开通，并且具有良好的开通和关断一致性。这就需要具有良好可靠的触发电路，能产生门极强脉冲，来驱动并联的各个晶闸管快速可靠开通。另外，越来越多的工业应用场合，对于变流器电源的工作电压也逐渐提升，系统的耐压水平也不断提高，故此，需采用光纤作为控制部分和整流装置晶闸管触发回路之间的连接煤质。并且，作为保护的重要依据，对于晶闸管器件和与晶闸管串联的快熔元件的工作状态的实时检测和信息传递成为大功率变流器控制系统控制和保护所需的重要数据。

目前针对晶闸管的触发装置很多，经对现有技术的文献进行检索发现，专利号为CN200910250647.9的“一种晶闸管阀高电位电子板”和专利号为CN200820204692.1的“用于静止型无功补偿装置的晶闸管阀光电触发板”都公开了晶闸管触发装置，其中“一种晶闸管阀高电位电子板” 公开的高电位电子板，其特征在于包括电源转换模块、电源状态检测模块、阀电压检测模块、功率放大模块、光接收模块、信号回报与光发射模块和逻辑模块，取能方式为外部电流互感器取能，能够触发晶闸管串联阀上两只共阴极晶闸管并进行电源状态检测和阀电压检测，能够减小阀体体积。其缺点在于在电源转换回路用到DC\DC模块，由于DC\DC模块内部的高频逆变器不能接满负荷的感性负载，并且过载能力差，不能满足感性负载的大功率整流电源装置的需求；“用于静止型无功补偿装置的晶闸管阀光电触发板”公开的光电触发板用于触发晶闸管串联阀上反并联的两只晶闸管，一只直接触发，另一只经脉冲变压器隔离触发，包括高位取能回路、电源转换回路、电压监测回路、逻辑回路、光收发回路以及BOD保护及动作信号检测回路等等，取能方式为高位取能，虽然提高了稳定性，但是其结构复杂，而且，没有办法对晶闸管和快熔的工作状态进行同时检测。

现有技术中存在诸多不足之处，因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

针对现有技术中的存在的不足，在现有技术的基础上，本发明提供一种结构简单合理、具有足够的抗干扰能力，能够触发大功率整流电源装置的并联晶闸管，以及对晶闸管和快熔元件的工作状态进行判断并产生回报信号的基于并联晶闸管的光电触发检测方法及检测板。

本发明采用的技术方案为：一种基于并联晶闸管的光电触发检测方法，通过一个光电触发检测板，由光电触发检测板通过一定的逻辑判断晶闸管和快熔的工作状态，并且上传回报信号，供上层控制器采集，并对系统故障点能够精确定位。所述的逻辑判断晶闸管和快熔的工作状态是采集晶闸管的电流信号作为主要的判断条件，采集晶闸管两端的电压信号作为辅助判断，并采集快熔的节点信号作为判断快熔是否工作正常的依据，将所采集的电源监测信号、快熔状态信号、晶闸管电流信号、晶闸管电压信号以及脉冲信号均送到逻辑处理单元CPLD进行判断从而产生回报信号，输出回报信号并通过光发送回路送出，将回报信号通过光纤送至控制系统进行解析和处理，实现对并联晶闸管的光电触发检测。

所述光电触发板是通过外部取能以及内部电源转换的方式为外部霍尔电流传感器的电源和电压检测回路的电源，以及快熔的状态信号输入电源。所述的外部取能是由单相高隔离供电变压器二次侧提供能量，变比为AC220V/AC18V，一次侧与二次侧间绝缘电压35 kV。AC18V电源经过由整流二极管组成的感容滤波整流电路，通过MC7815输出+15V1，作为外部霍尔电流传感器的电源和电压检测回路的电源，以及快熔的状态信号输入电源。另外，为了隔离高低压回路，在光电触发检测板的内部还有隔离变压器T1，变比为AC18V/AC16V，此变压器二次侧接由整流二极管组成的感容滤波整流电路，通过MC7812和MC7805分别产生+12V和+5V电源，给逻辑回路供电。另外，5V电源监测回路会监测整个逻辑回路的电源，输出检测信号送CPLD，也作为产生回报信号的依据。

所述脉冲信号由脉冲功放回路提供，脉冲功放回路接收控制器通过光纤发来的脉冲信号，经过光电转换后通过光耦隔离，驱动MOSFET的开通与关断，通过电容进行充放电，产生陡上升沿的尖峰电流，电流峰值可达3.5A，上升时间600ns。以保证可靠触发晶闸管。

所述的光收发回路包括光接收和光发送回路。光接收回路将控制回路发出的光信号转换成电信号直接送入脉冲功放回路；光发送回路将逻辑处理单元产生的电信号转换成光信号发送给上级的控制设备。

根据上述方法所提出的一种基于并联晶闸管的光电触发板，它包括电源输入回路，电源处理与转化回路，光接收回路，脉冲功放回路，电压检测回路，电流检测回路，逻辑处理回路和光发射回路，其特征是触发板的电源输入取能方式为变压器二次侧取能，还增加了快熔断检测回路。

所述电源输入回路为高隔离变压器的二次侧回路。

所述电源处理与转化回路包括整流电路、滤波电路和稳压器，其功能为可靠取能并产生稳定的不同电压等级的电平，供相应电压等级的电路正常工作。

所述光接收回路的功能为将接收的光脉冲信号转换为电信号，并为逻辑处理回路提供输入信号。

所述脉冲功放回路是由MOSFET和电容完成其放大功能，通过驱动MOSFET的开通与关断，控制电容的充放电，产生陡上升沿的尖峰电流，以确保对晶闸管的可靠触发。

所述逻辑处理回路采用复杂可编程逻辑器件CPLD，电流检测回路、电压检测回路、快熔断检测回路以及光接收回路均接入逻辑处理回路CPLD，为CPLD提供输入信号，CPLD对输入信号进行处理后输出回报信号TX并通过光发射回路送出。

所述光发射回路的功能为将产生的回报信号转换为光脉冲信号。

对晶闸管电流、电压信号的采集检测是为了判断晶闸管的工作状态，在并联模式下，单只晶闸管的导通会导致并联的其它晶闸管上的电压都发生变化，所以需要采集晶闸管的电流信号来作为主要的判断条件，采集晶闸管两端的电压信号作为辅助判断。另外，采集快熔的节点信号作为判断快熔是否工作正常的依据。这些信号都会送到CPLD里面进行判断从而产生回报信号，将回报信号通过光纤送至控制系统进行解析和处理。

本发明具有以下优点：1、采用从高隔离变压器二次侧取电的取能方式，比现有技术中的取能方式更具稳定性；2、脉冲功放电路的设计能够保证产生陡上升沿的尖峰电流，能够保证并联晶闸管的同时触发，确保其安全可靠运行；3、本光电触发检测板能够通过一定的逻辑判断晶闸管和快熔的工作状态，并且上传回报信号，供上层控制器采集，并对系统故障点能够精确定位。

附图说明

图1为本发明一实施例的电路框图。

图2为图1中电压输入回路和电源处理与转化回路的电路原理图。

图3为图1中电流检测回路的电路原理图。

图4为图1中电压检测回路的电路原理图。

图5为图1中快熔断检测回路的电路原理图。

图6为图1中光接收回路和脉冲功放回路的电路原理图。

图7为图1中逻辑处理回路原理图。

图8为图1中光发射回路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述。

通过附图可以看出，本发明涉及一种基于并联晶闸管的光电触发检测方法，通过一个光电触发检测板，由光电触发检测板通过一定的逻辑判断晶闸管和快熔的工作状态，并且上传回报信号，供上层控制器采集，并对系统故障点能够精确定位。所述的逻辑判断晶闸管和快熔的工作状态是采集晶闸管的电流信号作为主要的判断条件，采集晶闸管两端的电压信号作为辅助判断，并采集快熔的节点信号作为判断快熔是否工作正常的依据，将所采集的电源监测信号、快熔状态信号、晶闸管电流信号、晶闸管电压信号以及脉冲信号均送到逻辑处理单元CPLD进行判断从而产生回报信号，输出回报信号并通过光发送回路送出，将回报信号通过光纤送至控制系统进行解析和处理，实现对并联晶闸管的光电触发检测。

实施例一

如图1所示，一种基于并联晶闸管的光电触发板，它包括电源输入回路，电源处理与转化回路，光接收回路，脉冲功放回路，电压检测回路，电流检测回路，快熔断检测回路，逻辑处理回路和光发射回路。其中，电源输入回路的输入端接高隔离变压器的二次侧，输出端接电源处理与转化电路；电源处理与转化回路接逻辑处理电路，为逻辑回路电路供电，并为传感器和快熔断状态信号检测电路供电；光接收回路的输入端接光纤分路器，输出端接脉冲功放回路，并为逻辑处理电路提供输入脉冲信号，作为回报信号判断基准；脉冲功放回路接外部晶闸管，用于驱动晶闸管；电流检测回路和电压检测回路分别用于晶闸管的电流检测和电压检测，快熔断检测回路用于快熔断状态信号的检测；光发射回路的输入端接逻辑处理电路，输出端接外部保护控制器。

如图2 所示，所述电源输入回路从单相高隔离变压器T1的二次侧取电，变比为AC220V/AC18V，一次侧与二次侧间绝缘电压35kV。所述电源处理与转化电路的原理为：AC18V电源经过由二极管V1~V4组成的整流电路和由电容C1、电感LD1、电容C2组成的感容滤波电路，通过三端稳压器MC7815输出+15V电压，作为电压检测回路的电源，以及快熔的状态信号输入电源；另外，为了隔离高低压回路，在光电触发检测板的内部还有隔离变压器T2，变比为AC18V/AC16V，此变压器二次侧接由二极管V5~V8组成的整流电路和由电容C5、电感LD2、电容C6组成的感容滤波电路，通过三端稳压器MC7812和MC7805分别产生+12V和+5V电源，作为外部霍尔电流传感器的电源以及给逻辑回路供电。

所述电流检测回路如图3所示，由外部电流互感器采集的晶闸管两端的电流信号IF约为0~20mA，通过第十六电阻R16转换成电压信号0~5V，经过电压跟随器OPA234后，送到电压比较器LM139的“+”端，其“-”端阀值范围为0.16V~0.58V。当“+”端输入的电压信号大于“-”端所设定的阀值电压，电压比较器输出高电平信号；否则输出低电平信号。

所述电压检测回路如图4所示，采集的晶闸管两端的电压信号，当晶闸管未导通时，通过与外部的均压电阻串联，得到12V左右的采样电压，经过第十光耦HCPL-0600的隔离，通过第七“反”逻辑芯片MM74HC14输出高电平信号。如果晶闸管已导通，则输出低电平。

所述快熔断检测回路如图5所示，采集快熔两端的节点信号，当快熔损坏，即有节点信号输入，经过第九光耦HCPL-0600的隔离，经过第七“反”逻辑芯片MM74HC14输出高电平信号，说明快熔此时工作在非正常状态。

所述光接收回路和脉冲功放回路如图6所示，由光纤发来的光脉冲信号，经光纤接收器HFBR2412T进行光电转换，所得的电信号通过第十一光耦TLP250隔离，驱动MOSFET IRF840的开通与关断，通过第七十电容C70进行充放电，产生陡上升沿的尖峰电流，电流峰值可达3.5A，上升时间600ns，以保证可靠触发晶闸管；同时，光接收回路接收的脉冲信号还作为逻辑处理回路的输入。

所述逻辑处理回路CPLD的逻辑产生如图7所示，电流检测回路产生的晶闸管电流信号IFF、电压检测回路产生的晶闸管电压信号UIN、快熔断检测回路产生的快熔状态信号EIN以及光接收回路产生的光脉冲信号PLS均送入逻辑处理回路CPLD进行判断，输出回报信号TX并通过光发射回路送出。

所述光发射回路如图8所示，由CPLD产生的TX信号通过光纤发送器HFBR1412T转换成光信号发送给上级的保护控制器。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，本发明的保护范围视各项权利要求限定。

Claims

1.一种基于并联晶闸管的光电触发检测方法，其特征在于：通过一个光电触发检测板，由光电触发检测板通过一定的逻辑判断晶闸管和快熔的工作状态，并且上传回报信号，供上层控制器采集，并对系统故障点能够精确定位；所述的逻辑判断晶闸管和快熔的工作状态是采集晶闸管的电流信号作为主要的判断条件，采集晶闸管两端的电压信号作为辅助判断，并采集快熔的节点信号作为判断快熔是否工作正常的依据，将所采集的电源监测信号、快熔状态信号、晶闸管电流信号、晶闸管电压信号以及脉冲信号均送到逻辑处理单元CPLD进行判断从而产生回报信号，输出回报信号并通过光发送回路送出，将回报信号通过光纤送至控制系统进行解析和处理，实现对并联晶闸管的光电触发检测。

2.根据权利要求1所述的基于并联晶闸管的光电触发检测方法，其特征在于：所述光电触发板是通过外部取能以及内部电源转换的方式为外部霍尔电流传感器的电源和电压检测回路的电源，以及快熔的状态信号输入电源；所述的外部取能是由单相高隔离供电变压器二次侧提供能量，变比为AC220V/AC18V，一次侧与二次侧间绝缘电压35 kV；AC18V电源经过由整流二极管组成的感容滤波整流电路，通过MC7815输出+15V1，作为外部霍尔电流传感器的电源和电压检测回路的电源，以及快熔的状态信号输入电源；另外，为了隔离高低压回路，在光电触发检测板的内部还有隔离变压器T1，变比为AC18V/AC16V，此变压器二次侧接由整流二极管组成的感容滤波整流电路，通过MC7812和MC7805分别产生+12V和+5V电源，给逻辑回路供电。

3.根据权利要求2所述的基于并联晶闸管的光电触发检测方法，其特征在于：5V电源监测回路会监测整个逻辑回路的电源，输出检测信号送CPLD，也作为产生回报信号的依据。

4.根据权利要求2所述的基于并联晶闸管的光电触发检测方法，其特征在于：所述脉冲信号由脉冲功放回路提供，脉冲功放回路接收控制器通过光纤发来的脉冲信号，经过光电转换后通过光耦隔离，驱动MOSFET的开通与关断，通过电容进行充放电，产生陡上升沿的尖峰电流，电流峰值可达3.5A，上升时间600ns；以保证可靠触发晶闸管。

5.根据权利要求2所述的基于并联晶闸管的光电触发检测方法，其特征在于：所述的光收发回路包括光接收和光发送回路；光接收回路将控制回路发出的光信号转换成电信号直接送入脉冲功放回路；光发送回路将逻辑处理单元产生的电信号转换成光信号发送给上级的控制设备。

6.一种基于并联晶闸管的光电触发板，它包括电源输入回路，电源处理与转化回路，光接收回路，脉冲功放回路，电压检测回路，电流检测回路，逻辑处理回路和光发射回路，其特征在于：触发板的电源输入取能方式为变压器二次侧取能，还增加了快熔断检测回路。

7.根据权利要求6所述的一种并联晶闸管光电触发板，其特征在于：所述电源输入回路为高隔离变压器的二次侧回路。

8.根据权利要求6或7所述的一种并联晶闸管光电触发板，其特征在于：所述电源处理与转化回路包括整流电路、滤波电路和稳压器，其功能为可靠取能并产生稳定的不同电压等级的电平，供相应电压等级的电路正常工作。

9.根据权利要求8所述的一种并联晶闸管光电触发板，其特征在于：所述脉冲功放回路是由MOSFET和电容完成其放大功能，通过驱动MOSFET的开通与关断，控制电容的充放电，产生陡上升沿的尖峰电流，以确保对晶闸管的可靠触发。

10.根据权利要求9所述的一种并联晶闸管光电触发板，其特征在于：所述逻辑处理回路采用复杂可编程逻辑器件CPLD，电流检测回路、电压检测回路、快熔断检测回路以及光接收回路均接入逻辑处理回路CPLD，为CPLD提供输入信号，CPLD对输入信号进行处理后输出回报信号TX并通过光发射回路送出。