CN102340236B - 一种保护晶闸管在低电压下连续触发电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种保护晶闸管在低电压下连续触发电路，该连续触发电路包括上电复位及低压闭锁电路、光电转换芯片、逻辑处理芯片、电光转换芯片、隔离脉冲变压器以及电源滤波及隔离芯片；所述上电复位及低压闭锁电路与逻辑处理芯片连接；所述光电转换芯片、逻辑处理芯片和隔离脉冲变压器依次连接；所述电光转换芯片与逻辑处理芯片连接；所述电源滤波及隔离芯片分别与上电复位及低压闭锁电路、光电转换芯片、逻辑处理芯片、电光转换芯片和隔离脉冲变压器连接。本发明提供的电路在保护晶闸管承受较低的阳极电压下可连续触发导通晶闸管，本电路需要接收上级发送的3脉冲光信号才能触发保护晶闸管；响应及时；有高的电气隔离；抗电磁干扰水平较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路，具体讲涉及一种保护晶闸管在低电压下连续触发电路。
背景技术
在合成试验装置中，晶闸管的触发方式有3脉冲光信号连续触发，但是其连续触发的时长有限，受到其供电电源的自身能量不足的限制。且在合成试验装置中的晶闸管与触发电路没有电气隔离的要求。
保护晶闸管的作用是保护IGBT续流二极管，当变流器直流侧发生短路故障或输电线路中发生短路故障时，在IGBT关断之后，短路电流会流经续流二极管。由于续流二极管长时间通过较大电流可能会对其造成损坏。所以在这种情况下使用保护晶闸管进行分流，起到保护续流二极管不发生过热损坏的作用。因此在设计中要求保护晶闸管的通态压降尽量接近或小于续流二极管的通态压降，并且通流能力较强。
当电流流经续流二极管时，续流二极管的通态压降很小，此时要及时触发保护晶闸管，让保护晶闸管分流，要求触发电路要在保护晶闸管承受较低的阳极电压下可靠的触发保护晶闸管。要求该电路可提供较高的门极电流，可达2A，且可连续输出。确保晶闸管在承受较低的阳极电压时可靠导通。
发明内容
本发明的目的是提供一种保护晶闸管在低电压下连续触发电路，本发明提供的电路通过一个隔离脉冲变压器来实现触发电流达到2A的目的，设计原、副边变比，且原边可提供足够的能量。
本发明采用下述技术方案予以实施：
一种保护晶闸管在低电压下连续触发电路，其改进之处在于，所述连续触发电路包括上电复位及低压闭锁电路、光电转换芯片、逻辑处理芯片、电光转换芯片、隔离脉冲变压器以及电源滤波及隔离芯片；所述上电复位及低压闭锁电路与逻辑处理芯片连接；所述光电转换芯片、逻辑处理芯片和隔离脉冲变压器依次连接；所述电光转换芯片与逻辑处理芯片连接；所述电源滤波及隔离芯片分别与上电复位及低压闭锁电路、光电转换芯片、逻辑处理芯片、电光转换芯片和隔离脉冲变压器连接。
本发明提供的一种优选的技术方案是：所述上电复位及低压闭锁电路包括上电复位、低压闭锁芯片LM393以及外围电路；所述外围电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9、电容C1、二极管D、工作电源指示灯L1以及上电复位指示灯L2；所述R1两端分别连接二极管D和地；所述R2和R3依次连接在R1和D之间的连接线上；所述电容C1连接在R2和R3之间与R1并联；所述R4一端连接在R3和芯片LM393之间，另一端与R5连接；所述R5和R6并联；所述R6的和芯片LM393的负极与R7的一端连接，组成R6-R7支路；所述R7的另一端接地；所述R8和工作电源指示灯L1串联，组成R8-L1支路；所述R9和上电复位指示灯L2串联，组成R9-L2支路；所述R6-R7支路、R8-L1支路和R9-L2支路并联。
本发明提供的第二优选的技术方案是：所述光电转换芯片为HFBR2532Z；所述逻辑处理芯片包括HEF40106B、HEF4538BT、HEF4073B和2N6042；所述电光转换芯片为HFBR1532Z；所述电源滤波及隔离芯片为REC5-1215SRW/H6/A。
本发明提供的第三优选的技术方案是：所述逻辑处理芯片HEF40106B称作施密特触发器；所述逻辑处理芯片HEF4538BT称作单稳态触发器；所述逻辑处理芯片HEF4073B称作与门电路；所述逻辑处理芯片2N6042称作三极管。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的电路在保护晶闸管承受较低的阳极电压下可触发导通晶闸管；
2、本发明提供的电路可连续触发保护晶闸管；
3、本发明提供的电路需要接收上级发出的3脉冲光信号才能触发保护晶闸管；
4、本发明提供的电路响应及时，在50us内；
5、本发明提供的电路通过隔离脉冲变压器来实现较高的电气隔离为5kVAC；
6、本发明提供的电路在电源的输入端加入了安规电容、共模电感、压敏电阻、瞬态抑制二极管(Transient voltage suppressor，TVS)和隔离电源模块；因此电路的抗电磁干扰水平较高；
7、本发明提供的电路可对输入光信号检测回报，即对上级发出的光信号有反馈功能。
附图说明
图1是本发明保护晶闸管在低电压下连续触发电路原理图；
图2是本发明的上电复位及低压闭锁电路原理图；
图3是本发明保护晶闸管在低电压下连续触发电路的触发波形图；
图4是本发明保护晶闸管在低电压下连续触发电路的连续触发波形图；
图5是本发明输出光信号对输入光信号的检测回报波形图；
图6是本发明输出光信号对输入光信号的连续检测回报波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图1所示，图1是本发明保护晶闸管在低电压下连续触发电路原理图，连续触发电路包括上电复位及低压闭锁电路、光电转换芯片、逻辑处理芯片、电光转换芯片、隔离脉冲变压器以及电源滤波及隔离芯片；上电复位及低压闭锁电路与逻辑处理芯片连接；光电转换芯片、逻辑处理芯片和隔离脉冲变压器依次连接；电光转换芯片与逻辑处理芯片连接；电源滤波及隔离芯片分别与上电复位及低压闭锁电路、光电转换芯片、逻辑处理芯片、电光转换芯片和隔离脉冲变压器连接。
输入光信号为2路双冗余方式，提高了可靠性。经过光电转换芯片HFBR2532Z，将光信号转换为电信号，电信号再经过逻辑处理芯片HEF40106B、HEF4538BT、HEF4073B和2N6042处理后给隔离脉冲变压器及电光转换芯片HFBR1532Z，隔离脉冲变压器为定制产品，将隔离脉冲变压器前级的能量变换到晶闸管门级电压、电流的可接受的范围，电光转换芯片输出光信号，反应对光输入信号的检测回报。供电电源经过滤波后给电源滤波及隔离芯片REC5-1215SRW/H6/A，其隔离电压为6kVDC；电源滤波、隔离芯片REC5-1215SRW/H6/A的输出供给整个电路板供电。
如图2所示，图2是本发明上电复位及低压闭锁电路原理图；上电复位及低压闭锁电路包括上电复位及低压闭锁芯片LM393以及外围电路；外围电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9、电容C1、二极管D、工作电源指示灯L1以及上电复位指示灯L2；R1两端分别连接二极管D和地；R2和R3依次连接在R1和D之间的连接线上；电容C1连接在R2和R3之间与R1并联；R4一端连接在R3和芯片LM393之间，另一端与R5连接；R5和R6并联；R6的和芯片LM393的负极与R7的一端连接，组成R6-R7支路；R7的另一端接地；R8和工作电源指示灯L1串联，组成R8-L1支路；R9和上电复位指示灯L2串联，组成R9-L2支路；R6-R7支路、R8-L1支路和R9-L2支路并联。上电复位、低压闭锁电路用的芯片是LM393，当电源电压低于8.6V时，此时认为电源有故障，复位信号变为低电平；复位信号正常情况时为高电平，将逻辑处理芯片HEF4538BT复位，且闭锁输出电信号。
本发明电路在接收上级发送的3脉冲且只有3脉冲时光信号后触发保护晶闸管并发出光信号，该光信号为输入光信号检测回报信号，反馈给上级控制。因为该电路工作在较为恶劣的电磁环境中，为了避免误触发，需要上级发送较为严格的3脉冲光信号，3脉冲光信号宽度为10us。对于上级控制发送的3脉冲光信号，首先通过光电转换芯片HFBR2532Z将光信号转换为电信号，电信号再经过施密特触发器HEF40106B来滤除干扰信号，然后通过单稳态触发器HEF4538BT和与门电路HEF4073B的配合去触发三极管2N6042的基级，通过三极管2N6042的放大后触发隔离脉冲变压器的前级，再经过隔离脉冲变压器的隔离变压后去触发保护晶闸管。输出光信号通过单稳态触发器HEF4538BT驱动电光转换芯片HFBR1532Z来实现。
在上级控制发送的3脉冲光信号的第3个脉冲的下降沿将会触发保护晶闸管，也就保证了本发明电路在接收到上级的3脉冲光信号后的50us内触发保护晶闸管，从而达到了响应的及时性，否则在续流二极管上长时间流过大电流，造成发热损坏续流二极管。如图3所示，图3是本发明保护晶闸管在低电压下连续触发电路的触发波形图，上面的波形为上级发送的3脉冲光信号，宽度10us。下面的波形为触发脉冲波形，宽度约为23us，且在上级发送的第3个光脉冲下降沿开始。图4是本发明保护晶闸管在低电压下连续触发电路的连续触发波形图，上面的波形为上级发送的3脉冲光信号，宽度10us，时间间隔为200us。下面的波形为触发脉冲波形，宽度约为23us，且在上级发送的第3个光脉冲下降沿开始，时间间隔为200us。此波形为连续触发波形。
本发明电路要有上电复位及低压闭锁触发脉冲功能，上电复位功能即上电时复位本电路上所有寄存器且闭锁触发信号，低压闭锁即供电电源电压低于8.6VDC(正常供电电压15VDC)时闭锁触发信号。
本发明电路要有对输入光信号的检测回报功能，当本电路收到3脉冲且只有3脉冲时光信号时，将有光信号反馈给上级，回报的有光时长约23us，该信号回报功能确保上级能控制能确认输出光信号是否发出，从而决定是否采取下一步措施。如图5所示，图5是本发明输出光信号对输入光信号的检测回报波形图；上面的波形为上级发送的3脉冲光信号，有光时长为10us。下面的波形为检测信号回报波形，宽度约为23us，且在上级发送的第3个光脉冲下降沿开始。图6是本发明输出光信号对输入光信号的连续检测回报波形图，上面的波形为上级发送的3脉冲光信号，有光时长为10us，连续时间间隔200us。下面的波形为连续检测信号回报波形，有光时长约为23us，且在上级发送的第3个光脉冲下降沿开始，时间间隔200us。
保护晶闸管阴极与本发明电路要求电气隔离，因为保护晶闸管的阴极正常运行时处于高电位，约1.3kV，所以本发明电路要满足电气隔离的要求，满足5kVAC，通过隔离脉冲变压器来实现，对隔离脉冲变压器原、副边绕法及中间绝缘层有严格要求，并灌封，以达到防潮和绝缘。
本发明电路不采用复杂的逻辑处理芯片，不用晶振和晶体，只用简单的逻辑器件及阻容器件，提高了电路的抗电磁干扰水平。
本发明电路为15VDC供电，供电范围为12VDC～18VDC；本发明电路正常工作时功耗小于1W，连续触发时小于3W。
本发明电路带有工作电源指示灯及上电复位指示灯，用于指示工作电源情况及复位情况。工作电源指示灯为图2中的L1，电源正常时常亮。上电复位指示灯为图2中的L2，当上电复位时会闪烁。
本发明电路需要通过如下试验：
1、浪涌抗扰度试验：检验电路对于供电网中的切换现象、电网中的故障和直接或间接雷击引起的单向瞬态电压的抗扰度，试验等级差模3A级，最高为3A级。
2、射频电磁场辐射抗扰度试验：检验电路对由无线电发射机或任何其他发射连续波形式辐射电磁能的装置所产生电磁场的抗扰度，试验等级3级，最高为3级。
3、电快速脉冲群抗扰度试验：检验电路对极短瞬态脉冲群的抗扰度，其产生原因主要是传导干扰并带有一定的辐射干扰，试验等级4级，最高为4级。
4、射频场感应的传导骚扰抗扰度试验：检验电路对骚扰源作用下形成的电场和磁场的一种抗扰度，试验等级3级，最高为3级。
5、工频磁场抗扰度试验：检验设备或系统对有附近导体中的工频电流或较为少见的由其他器件产生的磁场的抗扰度，试验等级3级，最高为5级。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。
Claims (3)
1.一种保护晶闸管在低电压下连续触发电路，其特征在于，所述连续触发电路包括上电复位及低压闭锁电路、光电转换芯片、逻辑处理芯片、电光转换芯片、隔离脉冲变压器以及电源滤波及隔离芯片；所述上电复位及低压闭锁电路与逻辑处理芯片连接；所述光电转换芯片、逻辑处理芯片和隔离脉冲变压器依次连接；所述电光转换芯片与逻辑处理芯片连接；所述电源滤波及隔离芯片分别与上电复位及低压闭锁电路、光电转换芯片、逻辑处理芯片、电光转换芯片和隔离脉冲变压器连接；
所述上电复位、低压闭锁电路包括上电复位及低压闭锁芯片LM393以及外围电路；所述外围电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9、电容C1、二极管D、电源VCC、工作电源指示灯L1以及上电复位指示灯L2；所述R1两端分别连接二极管D的正极和地；所述电阻R2的一端分别与电阻R1的一端以及二极管D的正极连接，电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电阻R4的一端和芯片LM393的正向输入端连接；二极管D的负极与电源VCC连接；电阻R1的另一端与地连接；电容C1 的一端连接在电阻R2和R3的公共连接线上，电容C1的另一端与地连接；电阻R4的另一端与芯片LM393的输出端连接；电阻R5的一端与芯片LM393的输出端连接，电阻R5的另一端与电源VCC连接；电阻R6的一端与电阻R7的一端连接，电阻R6的另一端与电源VCC连接；电阻R7的另一端与地连接；电阻R8的一端与工作电源指示灯L1的一端连接，电阻R8的另一端与电源VCC连接；工作电源指示灯L1的另一端与地连接；电阻R9的一端与电源VCC连接，电阻R9的另一端与上电复位指示灯L2的一端连接；上电复位指示灯L2的另一端与芯片LM393的输出端连接；芯片LM393的反向输入端与电阻R7的一端连接。
2.如权利要求1所述的保护晶闸管在低电压下连续触发电路，其特征在于，所述光电转换芯片为HFBR2532Z；所述逻辑处理芯片包括HEF40106B、HEF4538BT、HEF4073B和2N6042；所述电光转换芯片为HFBR1532Z；所述电源滤波及隔离芯片为REC5-1215SRW/H6/A。
3.如权利要求2所述的保护晶闸管在低电压下连续触发电路，其特征在于，所述逻辑处理芯片HEF40106B称作施密特触发器；所述逻辑处理芯片HEF4538BT称作单稳态触发器；所述逻辑处理芯片HEF4073B称作与门电路；所述逻辑处理芯片2N6042称作三极管。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP. Effective date: 20130517 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130517 Address after: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 Applicant after: China Electric Power Research Institute Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 Applicant before: China Electric Power Research Institute |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |