CN102820874B - 一种用于光控晶闸管的触发电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于光控晶闸管的触发电路，所述触发电路包括电源处理回路、光接收回路、检测回路、光发射回路、驱动回路、逻辑回路和激光管串；本发明满足不同种类光控晶闸管的触发要求，采用可编程逻辑器件，实现多种检测和触发逻辑，功能设计灵活，同时电路具备相当高的可靠性和抗干扰性能，电路功耗极低，大大减少了电路的元器件及焊点的数量，提高了产品的可靠性；该触发电路可与ETT阀控系统很好的兼容，减少了研发的周期及费用。
Description
技术领域
本发明涉及触发电路，具体涉及一种用于光控晶闸管的触发电路。
背景技术
光控晶闸管LTT(LightTriggeredThyristor)是在普通的电触发晶闸管ETT(ElectronicTriggeredThyristor)的基础上发展起来的元器件，其电气性能与ETT完全一致。与普通的ETT一样，LTT技术可应用于高压直流输电系统HVDC(High-voltageDirectCurrent)和柔性交流输电系统FACTS（FlexibleACTransmissionSystems）等的晶闸管阀体之中。
目前应用的电触发晶闸管阀体的触发电路位于高电位，存在取能、抗干扰、实时检测、与控制系统的通讯等技术难点，是晶闸管阀体的最薄弱环节。由于LTT内部集成了光触发和BOD(BreakoverDiodes)保护功能，由于使用了更加先进的技术，使用此类晶闸管构成的阀体的用户在操作维护方面将更加简便，运行成本更加低廉。光控晶闸管阀体的触发电路则是使用光控晶闸管的核心技术。
如图1，光控晶闸管触发电路是连接控制系统及光控晶闸管阀体的中间环节，需要接收控制系统发出的触发指令触发光控晶闸管，并向控制系统回报信息，对光控晶闸管阀体的可靠运行至关重要。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于光控晶闸管的触发电路，满足不同种类光控晶闸管的触发要求，采用可编程逻辑器件，实现多种检测和触发逻辑，功能设计灵活，同时电路具备相当高的可靠性和抗干扰性能，电路功耗极低，大大减少了电路的元器件及焊点的数量，提高了产品的可靠性；该触发电路可与ETT阀控系统很好的兼容，减少了研发的周期及费用。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种用于光控晶闸管的触发电路，所述触发电路包括电源处理回路、光接收回路、检测回路、光发射回路、驱动回路和激光管串；所述检测回路检测电源故障和驱动回路故障，并将故障信息输入逻辑回路，所述光接收回路设有两个光接收器，其中一个接收光控晶闸管状态检测板的光信号，另一个接收控制系统的光信号，两者分别将光信号转换为电信号，再分别将电信号输入到所述逻辑回路；所述逻辑回路将所述触发电路的状态信息通过所述光发射回路回报给所述控制系统，并发出触发信号给所述驱动回路，所述驱动回路接收所述触发信号并产生脉冲电流信号驱动所述激光管串，进而触发所述光控晶闸管，所述电源处理回路为所述触发电路提供工作电压。
所述状态信息包括所述故障信息和晶闸管状态信息，所述故障信息包括所述电源故障信息和驱动回路故障信息。
所述电源处理回路通过电源转换得到所述触发电路中电源处理回路提供的电压。
所述光接收回路包括两个光接收器和反相施密特触发器；来自于控制系统的光信号经光电转换后的电信号和供电电源状态信息经过反相施密特触发器后进行与逻辑，然后输入逻辑回路；来自于光控晶闸管状态检测板的光信号经光电转换后的得到的电信号通过反相施密特触发器输入逻辑回路。
所述检测回路包括电源故障检测回路和驱动回路故障检测回路。
所述电源故障检测回路中，供电电源和电源处理回路提供的电压分别引入电压比较器U4正管脚，与负管脚的基准电压比较，若电源处理回路出现故障，所述电压比较器U4的输出信息输入所述逻辑回路检测所述电源处理回路故障信息。
所述驱动回路故障检测回路检测所述驱动回路中MOSFET栅极及漏极的电压，所述栅极及漏极的电压输入电压比较器U5的负管脚与正管脚的电压比较，若所述栅极及漏极的电压高于正管脚的电压Vref0，则表明驱动回路出现故障，所述电压比较器U5将所述驱动回路故障信息输入逻辑回路。
所述MOSFET为N沟道增强型MOSFET。
所述逻辑回路包括可编程逻辑芯片，通过逻辑回路得到触发电路的闭锁工况、相控触发工况和全导通触发工况。
所述驱动回路包括驱动芯片、限压支路、比较器U7、RC回路和所述MOSFET，所述驱动芯片接收所述触发信号并产生脉冲电流信号，所述脉冲电流信号经放大后驱动所述MOSFET，脉冲电流经所述MOSFET的源极给所述RC回路充电，所述比较器U7的正管脚的电压升高，比较器U7的正管脚的电压高于所述比较器U7负管脚的参考电压Vref1时，所述比较器U7输出正逻辑，使得所述限压支路中的三级管导通，进而所述MOSFET栅极的电压降低。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1）满足不同种类光控晶闸管的触发要求；
2）通过采用可编程逻辑器件实现了多种检测和触发逻辑，功能设计灵活，大大减少了电路的元器件及焊点的数量；
3）同时触发电路具备相当高的可靠性和抗干扰性能，电路功耗极低；
4）驱动回路实现简单，所需的元器件数量少，稳定性高；
5）与控制系统间的信号均采用了光纤传递，抗干扰能力强；
6）该触发电路可与ETT阀控系统很好的兼容，减少了研发的周期及费用。
附图说明
图1是用于光控晶闸管的触发电路与控制系统和晶闸管阀体的连接示意图；
图2是用于光控晶闸管的触发电路结构框图；
图3是用于光控晶闸管的触发电路的光接收回路示意图；
图4是用于光控晶闸管的触发电路的光发射回路示意图；
图5是用于光控晶闸管的触发电路的检测回路示意图；
图6是闭锁工况下的控制系统发送的脉冲编码示意图；
图7是相控触发工况下的控制系统发送的脉冲编码示意图；
图8是全导通触发工况下的控制系统发送的脉冲编码示意图；
图9是用于光控晶闸管的触发电路的驱动回路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图2，一种用于光控晶闸管的触发电路，所述触发电路包括电源处理回路、光接收回路、检测回路、光发射回路、驱动回路和激光管串；所述检测回路检测电源故障和驱动回路故障，并将故障信息输入逻辑回路，所述光接收回路设有两个光接收器U9和U10，U9接收光控晶闸管状态检测板的光信号，U10接收控制系统的光信号，两者分别将光信号转换为电信号，再分别将电信号输入到所述逻辑回路；所述逻辑回路将所述触发电路的状态信息通过所述光发射回路回报给所述控制系统，并发出触发信号给所述驱动回路，所述驱动回路接收所述触发信号并产生脉冲电流信号驱动所述激光管串，进而触发所述光控晶闸管，所述电源处理回路为所述触发电路提供工作电压。所述激光管串由激光管和与其并联的均压电阻串联组成。
所述状态信息包括所述故障信息和晶闸管状态信息，所述故障信息包括所述电源故障信息和驱动回路故障信息。
所述电源处理回路通过电源转换得到所述触发电路中电源处理回路提供的电压，即15V、5V和3.3V电压。
如图3，所述光接收回路包括两个光接收器U9、U10和反相施密特触发器U11；来自于控制系统的光信号经光接收器U10光电转换后的电信号和供电电源VDC状态信息经过反相施密特触发器U11后进行与逻辑，然后输入逻辑回路；来自于光控晶闸管状态检测板的光信号经光接收器U9光电转换后的得到的电信号通过反相施密特触发器U11输入逻辑回路。将供电电源VDC状态信息引入是为了当供电电源出现故障时禁止状态信息或脉冲指令发送到逻辑回路。
如图4，所述逻辑回路将所述触发电路的状态信息经光发射回路的外设驱动芯片U12输入到光发射器U13中，通过光信号回报给控制系统。
如图5，所述检测回路包括电源故障检测回路和驱动回路故障检测回路。
所述电源故障检测回路中，供电电源VDC和电源处理回路提供的电压15V、5V和3.3V电压分别引入电压比较器U4正管脚，与负管脚的基准电压比较，若电源处理回路出现故障，所述电压比较器U4的输出信息输入所述逻辑回路检测所述电源处理回路故障信息。
所述驱动回路故障检测回路检测所述驱动回路中MOSFET栅极及漏极的电压，所述栅极及漏极的电压输入电压比较器U5的负管脚与正管脚的电压比较，若所述栅极及漏极的电压高于正管脚的电压Vref0，则表明驱动回路出现故障，所述电压比较器U5将所述驱动回路故障信息输入逻辑回路。
所述MOSFET为N沟道增强型MOSFET。
所述逻辑回路包括可编程逻辑芯片，通过逻辑回路得到触发电路的闭锁工况、相控触发工况和全导通触发工况。
闭锁工况：图6所示为闭锁时控制系统发送的脉冲编码，逻辑回路通过光接收回路收到控制系统发送的周期为20ms的宽度为10us单脉冲，如果检测回路无故障输入到逻辑回路，逻辑回路在收到10us的单脉冲后0.5ms内回送一个5us的单脉冲给控制系统，用于指示光控晶闸管触发电路正常。
相控触发工况：相控触发工况主要指的是晶闸管阀需要在特定的角度触发导通时的工况。图7所示为触发时的控制系统发送的脉冲编码，逻辑回路收到触发时控制系统发送的脉冲编码信号，收到首个10us宽度的双脉冲后，并在检测回路无故障输入逻辑回路的情况下开始发送触发脉冲，同时在50us内给控制系统回送一个5us宽的信号表示触发电路正常。另外逻辑回路具有重触发功能，配合光控晶闸管状态检测板，检测光控晶闸管是否导通，如果没有导通，逻辑回路可在100us内重新发出触发脉冲指令，脉冲群以双脉冲开始，以2个单脉冲结束。
全导通触发工况：当如可控串补、可控高抗、晶闸管投切电容器等装置中需要晶闸管阀全导通时，控制系统发送群脉冲信号给光控晶闸管触发电路。逻辑回路接收到的脉冲编码为间隔100us的双脉冲，双脉冲的宽度为10us，间隔10us。如图8所示。全导通的触发时刻及全导通的时间长短由控制系统决定，逻辑回路只负责执行。
如图9，所述驱动回路包括驱动芯片U6、限压支路、比较器U7、RC回路和MOSFETQ3，所述驱动芯片U6接收所述触发信号并产生脉冲电流信号，所述脉冲电流信号经放大后驱动所述Q3，脉冲电流经Q3的源极给R17和C20组成的RC回路充电，所述比较器U7的正管脚的电压升高，比较器U7的正管脚的电压高于所述比较器U7负管脚的参考电压Vref1时，所述比较器U7输出正逻辑，使得所述限压支路中的Q2导通，使得Q2导通，工作在饱和状态，导致流过R14的电流增大，R14的分压增加，从而拉低了Q3栅极的电压；通过调整R17、C20组成的RC回路的参数与Vref1的值进行配合可控制强脉冲的宽度。通过调整R14与R16的值可以控制Q2导通后加到Q3栅极的电压，这样可以使得Q3栅极的电压被限制到所设定的电压，同时限制了流过激光管的电流大小。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种用于光控晶闸管的触发电路，所述触发电路包括电源处理回路、光接收回路、检测回路、光发射回路、驱动回路和激光管串；其特征在于：所述检测回路检测电源故障和驱动回路故障，并将故障信息输入逻辑回路，所述光接收回路设有两个光接收器，其中一个接收光控晶闸管状态检测板的光信号，另一个接收控制系统的光信号，两者分别将光信号转换为电信号，再分别将电信号输入到所述逻辑回路；所述逻辑回路将所述触发电路的状态信息通过所述光发射回路回报给所述控制系统，并发出触发信号给所述驱动回路，所述驱动回路接收所述触发信号并产生脉冲电流信号驱动所述激光管串，进而触发所述光控晶闸管，所述电源处理回路为所述触发电路提供工作电压；
所述光接收回路包括两个光接收器和反相施密特触发器；来自于控制系统的光信号经光电转换后的电信号和供电电源状态信息经过反相施密特触发器后进行与逻辑，然后输入逻辑回路；来自于光控晶闸管状态检测板的光信号经光电转换后的得到的电信号通过反相施密特触发器输入逻辑回路；
所述检测回路包括电源故障检测回路和驱动回路故障检测回路；
所述驱动回路故障检测回路检测所述驱动回路中MOSFET栅极及漏极的电压，所述栅极及漏极的电压输入电压比较器U5的负管脚与正管脚的电压比较，若所述栅极及漏极的电压高于正管脚的电压Vref0，则表明驱动回路出现故障，所述电压比较器U5将所述驱动回路故障信息输入逻辑回路；
所述MOSFET为N沟道增强型MOSFET。
2.根据权利要求1所述的用于光控晶闸管的触发电路，其特征在于：所述状态信息包括所述故障信息和晶闸管状态信息，所述故障信息包括所述电源故障信息和驱动回路故障信息。
3.根据权利要求1所述的用于光控晶闸管的触发电路，其特征在于：所述电源处理回路通过电源转换得到所述触发电路中电源处理回路提供的电压。
4.根据权利要求1所述的用于光控晶闸管的触发电路，其特征在于：所述电源故障检测回路中，供电电源和电源处理回路提供的电压分别引入电压比较器U4正管脚，与负管脚的基准电压比较，若电源处理回路出现故障，所述电压比较器U4的输出信息输入所述逻辑回路检测所述电源处理回路故障信息。
5.根据权利要求1所述的用于光控晶闸管的触发电路，其特征在于：所述逻辑回路包括可编程逻辑芯片，通过逻辑回路得到触发电路的闭锁工况、相控触发工况和全导通触发工况。
6.根据权利要求1所述的用于光控晶闸管的触发电路，其特征在于：所述驱动回路包括驱动芯片、限压支路、比较器U7、RC回路和所述MOSFET，所述驱动芯片接收所述触发信号并产生脉冲电流信号，所述脉冲电流信号经放大后驱动所述MOSFET，脉冲电流经所述MOSFET的源极给所述RC回路充电，所述比较器U7的正管脚的电压升高，比较器U7的正管脚的电压高于所述比较器U7负管脚的参考电压Vref1时，所述比较器U7输出正逻辑，使得所述限压支路中的三级管导通，进而所述MOSFET栅极的电压降低。
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