CN103152028A

CN103152028A - 一种提高固态开关驱动可靠性的装置

Info

Publication number: CN103152028A
Application number: CN2013100393275A
Authority: CN
Inventors: 杨浩; 王宇; 石巍; 杨兵; 方太勋; 刘为群
Original assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明公开一种提高固态开关驱动可靠性的装置，包括控制器、电转光电路、光纤通道、光转电电路和反逻辑电路，其中，控制器的输出端连接电转光电路的输入端，并向电转光电路输出控制电平信号；所述电转光电路将前述控制电平信号转换为光信号，再通过光纤通道传输至光转电电路；所述光转电电路将接收到的光信号转换为电信号，再送入反逻辑电路，由反逻辑电路变换后，送入固态开关驱动电路；驱动逻辑是有光对应固态开关的关断，无光对应固态开关的导通。此装置可以有效提高由功率半导体器件组成的固态开关驱动可靠性，并且避免光信号由于故障而丢失时造成的固态开关异常分断。

Description

一种提高固态开关驱动可靠性的装置

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种提高固体开关驱动可靠性的装置。

背景技术

固态开关，国际标准命名为：半导体交流电力控制器（Semiconductor ACPower Controller），属于无触点开关，与机械式有触点开关比较有以下优点：（1）寿命长，机械式分断时起弧、触头磨损，固态开关没有磨损；（2）分合速度快，机械式为4～10工频周波，固态开关<5ms。

固态开关的缺点有：（1）发热：需冷却器或短路开关；（2）无明显断点；（3）需要可靠的驱动电路。

固态开关主要由晶闸管、IGBT、GTR、MOSFET、GTO等电力电子器件组成，最显著的特征是具有快速分合的能力，用于代替分断相对缓慢的机械式开关，应用于需要快速分断主电路的场合，如动态电压恢复器、高压直流断路器等设备。其驱动电路是电力电子器件与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能影响很大。固态开关驱动和常规电力电子器件驱动有一定区别，常规电力电子器件驱动电路输出为高频的且有一定占空比的信号，而固态开关长时间处于开通状态，使电路处于导通状态，在接收到分断指令时，迅速切断电路，不允许异常分断。

因此，固态开关对驱动可靠性要求很高，而导致驱动失效的原因有很多，如控制电源丢失、驱动线断开及控制器异常等，提高固态开关的驱动可靠性非常重要。已有专利针对固态开关进行研究，研究其本体设计、应用方式，以及驱动性能，如CN00811568.0“固态开关的高效驱动电路”，侧重于提高固态开关驱动性能。

目前的专利和论文对于固态开关驱动方法的研究，均是建立在理想条件的基础上，即电源正常、无干扰的情况下，没有针对固态开关驱动可靠性问题进行研究。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种提高固态开关驱动可靠性的装置，其可以有效提高由功率半导体器件组成的固态开关驱动可靠性，并且避免光信号由于故障而丢失时造成的固态开关异常分断。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种提高固态开关驱动可靠性的装置，包括控制器、电转光电路、光纤通道、光转电电路和反逻辑电路，其中，控制器的输出端连接电转光电路的输入端，并向电转光电路输出控制电平信号；所述电转光电路将前述控制电平信号转换为光信号，再通过光纤通道传输至光转电电路；所述光转电电路将接收到的光信号转换为电信号，再送入反逻辑电路，由反逻辑电路变换后，送入固态开关驱动电路；驱动逻辑是有光对应固态开关的关断，无光对应固态开关的导通。

上述控制器采用DSP或单片机。

上述电转光电路设置在控制器附近。

上述光转电电路设置在固态开关附近。

采用上述方案后，本发明侧重于提高固态开关驱动的可靠性，采用光纤传输，抗干扰性强。本发明通过对电信号进行反逻辑处理，在由控制器系统异常失电或其他原因导致光信号丢失的情况下，固态开关仍然处于闭合状态，避免造成开关异常分断，极大地提高了固态开关驱动的可靠性。

附图说明

图1是本发明的连接框图；

图2是本发明的驱动逻辑图；

图3是本发明针对晶闸管固态开关的具体应用框图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种提高固态开关驱动可靠性的装置，包括控制器、电转光电路、光纤通道、光转电电路和反逻辑电路，其中，控制器的输出端连接电转光电路的输入端，并向电转光电路输出控制电平信号；所述电转光电路将前述控制电平信号转换为光信号，再通过光纤通道传输至光转电电路；所述光转电电路将接收到的光信号转换为电信号，再送入反逻辑电路，由反逻辑电路变换后，送入固态开关驱动电路。其中，控制器具有基本计算、逻辑处理能力，具有输入输出电气接口，如采用数字信号处理器DSP、单片机等；电转光电路可就近控制器安装，而光转电电路就近固态开关安装；光纤通道可设计得尽量长，以保证电信号传输通道长度尽量短；所述反逻辑电路是指：当输入信号是高电平时，输出信号是低电平，当输入信号是低电平时，输出信号是高电平。

目前采用光驱动方式时，通常是有光对应固态开关的导通，无光对应固态开关的关断。如果由于控制系统异常或装置断电等故障导致光信号丢失，将造成固态开关的异常分断，而固态开关通常用作常闭节点，这种异常分断是不允许的。本发明的改进之处在于，在光电转换电路和驱动电路之间增加一个反逻辑电路，反逻辑电路的作用在于当输入信号是高电平时，输出信号是低电平；当输入信号是低电平时，输出信号是高电平。修改后的驱动逻辑为有光对应固态开关的关断，无光对应固态开关的导通，当前级系统出现问题时，不会导致固态开关的异常分断。逻辑图如图2所示。固态开关作为常闭节点，正常情况下，控制器输出低电平，对应固态开关导通。当图1中的环节出现问题均不会导致固态开关异常分断。需要分开固态开关时，控制器输出高电平即可。本发明可以有效提高由功率半导体器件组成的固态开关驱动可靠性，并且避免光信号由于故障而丢失时造成的固态开关异常分断。

下面以驱动由晶闸管（SCR）组成的固态开关为例，说明本发明的具体实现方式：

由两个反并联晶闸管可组成一个交流固态开关，该开关可作动态电压恢复器的快速切换开关。

如图3所示，控制器采用数字信号处理器（DSP）作为核心控制芯片，由DSP发出的两路控制信号，经过电转光电路，转化为光信号，电转光电路与DSP芯片设计在同一个PCB板卡上，以增加可靠性。板卡输出光信号，经过长距离光纤传输，传至双向晶闸管处。光信号经过光转电电路后，进行反逻辑处理。正常情况下，由光电转换电路得到的信号逻辑为：有光对应高电平电信号，无光对应低电平电信号，经过反逻辑处理后，有光对应低电平，无光对应高电平。处理后的电信号，送入晶闸管驱动电路，当驱动电路接受到高电平信号后，将发出常高电平，保证晶闸管一直处于导通状态，当驱动电路接受到低电平信号后，将发出低电平信号，晶闸管将自然关断。光转电电路、反逻辑电路和晶闸管电路设计在同一个板卡上，以增加可靠性。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种提高固态开关驱动可靠性的装置，其特征在于：包括控制器、电转光电路、光纤通道、光转电电路和反逻辑电路，其中，控制器的输出端连接电转光电路的输入端，并向电转光电路输出控制电平信号；所述电转光电路将前述控制电平信号转换为光信号，再通过光纤通道传输至光转电电路；所述光转电电路将接收到的光信号转换为电信号，再送入反逻辑电路，由反逻辑电路变换后，送入固态开关驱动电路；驱动逻辑是有光对应固态开关的关断，无光对应固态开关的导通。

2.如权利要求1所述的一种提高固态开关驱动可靠性的装置，其特征在于：所述控制器采用DSP或单片机。

3.如权利要求1所述的一种提高固态开关驱动可靠性的装置，其特征在于：所述电转光电路设置在控制器附近。

4.如权利要求1所述的一种提高固态开关驱动可靠性的装置，其特征在于：所述光转电电路设置在固态开关附近。