CN103683861A - 一种新型的可控硅触发电路 - Google Patents

Abstract

一种新型的可控硅触发电路，包括整流电路、上电缓冲电阻、母线电容、可控硅、可控硅正向电压检测电路、驱动电路、驱动变压器；可控硅正向电压检测电路的输入输出端与可控硅的阳极、阴极连接、触发端与驱动电路连接后再接入驱动变压器的初级线圈的一端，初级线圈的另一端接入可控硅正向电压检测电路的输出端，次级线圈的一端接入可控硅的控制极，另一端接入可控硅的阴极；可控硅正向电压检测电路内部设有比较电路，当可控硅的正向电压超过比较电路设置的电压阈值时，可控硅正向电压检测电路的触发端与驱动电路导通、并控制驱动变压器驱动可控硅导通。本发明增加可控硅正向电压检测电路，减少发热量，工作安全可靠。

Description

一种新型的可控硅触发电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种新型的可控硅触发电路。

背景技术

随着变频调速技术的迅猛发展，各种变频产品应运而生。大容量的电解电容是变频产品中不可或缺的器件。众所周知，给大电容充电需要用到上电缓冲电路。即电源先通过缓冲电阻给电容充电，当电容上的电压充到希望的值时，通过开关器件将该电阻短接起来。可控硅即是实现该目的的可选开关器件之一。传统的方法是当电容充满电以后，通过一个控制信号使可控硅导通。如图1所示，交流电通过整流电路，再通过上电缓冲电阻RL对母线电容C进行充电，当驱动电路监测到母线电容的电压达到一定的值时，驱动电路输出一个比较高的电压，这个电压通过驱动电阻R可以使可控硅SCR导通。可控硅SCR一旦导通后，就旁路掉上电缓冲电阻RL，整流电路输出的大电流从可控硅SCR中通过。完成了上电的全过程。

由于可控硅触发需采用强触发模式，即触发脉冲电流要数倍于可控硅所要求的触发电流，为提供较大的电流，触发电压一般都选用比较高，一般8-22V，但可控硅SCR导通后，可控硅触发端的电压（门极电压）就降到很低，一般只有1V左右，然而驱动电路的输出电压仍保持在20V左右，这样输出电路的压降基本都加到驱动电阻R上，造成驱动电阻R的功耗很大，发热很严重，一方面加重了电源供电的负担；另一方面发热带给电路板带来了不良的影响，严重时会烧掉器件和电路板，引起更大的故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有可控硅触发电路存在驱动电阻功耗大、发热严重的问题，提供一种降低功耗、减少发热量的新型的可控硅触发电路。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种新型的可控硅触发电路，包括整流电路（用于将交流电转换为直流电）、上电缓冲电阻RL、母线电容C、可控硅SCR，所述整流电路、上电缓冲电阻RL、母线电容C依次首尾连接，可控硅SCR与上电缓冲电阻RL并联连接，其特征在于：还包括可控硅正向电压检测电路、驱动电路、驱动变压器T1；所述可控硅正向电压检测电路的输入端a、输出端b分别与可控硅SCR的阳极、阴极连接，可控硅正向电压检测电路的触发端c与驱动电路连接后再接入驱动变压器T1的初级线圈的一端，驱动变压器T1的初级线圈的另一端接入可控硅正向电压检测电路的输出端b，驱动变压器T1的次级线圈的一端接入可控硅SCR的控制极，驱动变压器T1的次级线圈的另一端接入可控硅SCR的阴极；所述可控硅正向电压检测电路内部设有比较电路，当可控硅SCR的阳极、阴极之间的正向电压超过比较电路设置的电压阈值时，可控硅正向电压检测电路的触发端c与驱动电路导通、并控制驱动变压器驱动可控硅SCR导通。

按上述方案，所述可控硅正向电压检测电路由第一电阻R1、第二电阻R2、三极管Q1、稳压二极管Z1组成，所述稳压二极管Z1即为可控硅正向电压检测电路内部设置的比较电路；可控硅正向电压检测电路的输入端a接第一电阻R1、第二电阻R2后再与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与稳压二极管Z1的负极连接，稳压二极管Z1的正极即为可控硅正向电压检测电路的输出端b；三极管Q1的集电极即为可控硅正向电压检测电路的触发端c；

所述驱动电路由电源+VD5、第六电阻（R6）、第三电阻（R3）、第四电阻R4、MOS管Q2、第五电阻R5组成；所述三极管Q1的集电极（可控硅正向电压检测电路的触发端c）接第四电阻R4、第三电阻R3后再接入电源+VD5；电源+VD5通过第六电阻R6分压并将分压接入整流电路的输出端及可控硅正向电压检测电路的输入端a；所述MOS管Q2的控制极接入第四电阻R4、第三电阻R3之间，MOS管Q2的源极接入电源+VD5，MOS管Q2的漏极与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接入驱动变压器T1的初级线圈的一端，驱动变压器T1的初级线圈的另一端接入稳压二极管Z1的正极；所述驱动变压器T1的次级线圈的一端连接至可控硅SCR的控制极，驱动变压器T1的次级线圈的另一端接至可控硅SCR的阴极。

按上述方案，所述整流电路由二极管D2构成，整流电路的输出端与上电缓冲电阻RL之间设有二极管D1，二极管D2的阴极同时与二极管D1的阳极、可控硅SCR的阳极连接，二极管D1的阴极接上电缓冲电阻RL的一端（二极管D1保证流经上电缓冲电阻的电流只能正向流过，不能逆向流通），上电缓冲电阻RL的另一端同时与母线电容C的一端、可控硅SCR的阴极连接，母线电容C的另一端接入二极管D2的阳极。

按上述方案，所述MOS管Q2的型号为IRFR9120N。

本发明的工作原理：交流电通过整流电路后转换为直流电；直流电通过二极管和上电缓冲电阻对母线电容进行充电；当可控硅正向电压检测电路检测到可控硅的正向电压时，可控硅的正向电压被送到比较电路，当可控硅的正向电压超过比较电路的电压阀值时，驱动电路导通，且驱动电路送出一个驱动电压值给驱动变压器，驱动变压器触发可控硅，使可控硅导通，完成触发任务；可控硅导通后，其正向导通电压很低；此时可控硅正向电压检测到这一正向导通电压值，将它与比较电路的电压阀值进行比较：如果低于比较电路的电压阀值，则驱动电路关断对驱动变压器的输出，驱动变压器也就没有输出；可控硅的特性是一旦导通，即使没有驱动信号仍可以持续导通，这样就完成了上电的过程。

本发明相比现有技术具有以下有益效果：

1、去掉发热严重的大功率驱动电阻，改为功耗更小的驱动变压器，减少了发热量；

2、在上电缓冲电阻前加二极管，保证流经上电缓冲电阻的电流只能正向流过，不能逆向流通，提高触发电路安全性；

3、增加可控硅正向电压检测电路，通过检测可控硅的正向电压，当该电压达到一定幅值，驱动电路导通、驱动变压器触发可控硅，使可控硅导通；可控硅导通后，将可控硅两端电压钳位在比较电路的电压阀值以下，通过比较电路实现驱动电路不再工作，但是主电路经过可控硅触发后会继续保持导通，不影响正常的使用，直到下一个周期的到来，这样改进以后就不存在现有技术中驱动电阻功耗很大的问题；

4、通过比较电路实现整个电路自动反馈，不需人为干预，只要设定好比较电路的电压阀值，系统就会自动工作，且保证驱动电路不是在所有的时间都导通，而是在需要开通可控硅的瞬间导通，导通后驱动电路就不再工作，进一步降低了发热量，工作安全可靠，各段电路之间合理搭配。

附图说明

图1是现有可控硅触发电路的结构示意图；

图2是本发明新的可控硅触发电路的结构示意图；

图3是本发明实施例的可控硅触发电路的结构示意图。

具体实施方式

参照图2～图3所示，本发明所述的新型的可控硅触发电路，包括整流电路（用于将交流电转换为直流电）、二极管D1、上电缓冲电阻RL、母线电容C、可控硅SCR，所述整流电路、二极管D1、上电缓冲电阻RL、母线电容C依次首尾连接，二极管D1的阳极接整流电路的输出端，二极管D1的阴极接上电缓冲电阻RL的一端，可控硅SCR与串联后的二极管D1与上电缓冲电阻RL并联连接，还包括可控硅正向电压检测电路、驱动电路、驱动变压器T1；所述可控硅正向电压检测电路的输入端a、输出端b分别与可控硅SCR的阳极、阴极连接，可控硅正向电压检测电路的触发端c与驱动电路连接后再接入驱动变压器T1的初级线圈的一端，驱动变压器T1的初级线圈的另一端接入可控硅正向电压检测电路的输出端b，驱动变压器T1的次级线圈的一端接入可控硅SCR的控制极，驱动变压器T1的次级线圈的另一端接入可控硅SCR的阴极；所述可控硅正向电压检测电路内部设有比较电路，当可控硅SCR的阳极、阴极之间的正向电压超过比较电路设置的电压阈值时，可控硅正向电压检测电路的触发端c与驱动电路导通、并控制驱动变压器驱动可控硅SCR导通。

参照图3所示的实施例，整个可控硅触发电路包括由二极管D2构成的整流电路（用于将交流电转换为直流电）、二极管D1、上电缓冲电阻RL、母线电容C、可控硅SCR、可控硅正向电压检测电路、驱动电路、驱动变压器T1；将二极管D2的阴极（整流电路的输出端）、R1远离R2的一端（可控硅正向电压检测电路的输入端a）、二极管D1的阳极、可控硅SCR的阳极均标记为网络T，稳压二极管Z1的正极（可控硅正向电压检测电路的输出端b）、可控硅SCR的阴极均标记为网络DC+；

二极管D2的阴极（整流电路的输出端）同时与二极管D1的阳极、可控硅SCR的阳极（网络T）连接，二极管D1的阴极接上电缓冲电阻RL的一端（二极管D1保证流经上电缓冲电阻RL的电流只能正向流过，不能逆向流通），上电缓冲电阻RL的另一端同时与母线电容C的一端、可控硅SCR的阴极（网络DC+）连接，母线电容C的另一端接入二极管D2的阳极（整流电路的输入端）；

所述可控硅正向电压检测电路由第一电阻R1、第二电阻R2、三极管Q1、稳压二极管Z1组成，所述稳压二极管Z1即为可控硅正向电压检测电路内部设置的比较电路；可控硅正向电压检测电路的输入端a（网络T）接第一电阻R1、第二电阻R2后再与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与稳压二极管Z1的负极连接，稳压二极管Z1的正极即为可控硅正向电压检测电路的输出端b（网络DC+）；三极管Q1的集电极即为可控硅正向电压检测电路的触发端c；

所述驱动电路由电源+VD5、第六电阻R6、第三电阻R3、第四电阻R4、MOS管Q2、第五电阻R5组成；所述三极管Q1的集电极（可控硅正向电压检测电路的触发端c）接第四电阻R4、第三电阻R3后再接入电源+VD5；电源+VD5通过第六电阻R6分压并将分压接入网络T；所述MOS管Q2的控制极接入第四电阻R4、第三电阻R3之间，MOS管Q2的源极接入电源+VD5，MOS管Q2的漏极与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接入驱动变压器T1的初级线圈的一端，驱动变压器T1的初级线圈的另一端接入稳压二极管Z1的正极（网络DC+）；所述驱动变压器T1的次级线圈的一端连接至可控硅SCR的控制极，驱动变压器T1的次级线圈的另一端接至可控硅SCR的阴极。

所述MOS管Q2的型号为IRFR9120N。

所述可控硅SCR可以是单向可控硅，也可以是双向可控硅。

实施例中，R1=82KΩ，R2=82KΩ，R3=2.2KΩ，R4=2.2KΩ，R5=150Ω，R6=2MΩ；稳压二极管Z1（Zener）的电压阈值为8.2V。

图3所示实施例的工作原理如下：

交流电通过整流电路后转换为直流电；直流电通过二极管和上电缓冲电阻对母线电容进行充电；电源+VD5通过第六电阻R6流向网络T；可控硅SCR的正向电压加到网络T和网络DC+之间，当可控硅正向电压检测电路检测到这一正向电压超过比较电路的稳压二极管Z1的电压阀值8.2V时，三极管Q1导通；三极管Q1导通后，电源+VD5通过第三电阻R3、第四电阻R4、三极管Q1、稳压二极管Z1流向网络DC+；电流流经第三电阻R3后将驱动电路中的MOS管Q2导通；MOS管Q2导通后，电源+VD5通过MOS管Q2、第五电阻R5触发驱动变压器T1的初级线圈，进而驱动变压器T1的次级线圈驱动可控硅SCR，使可控硅SCR导通，完成触发任务；

可控硅SCR导通后，其正向电压降到约1V左右，低于比较电路的稳压二极管Z1的电压阀值8.2V，导致三极管Q1不能导通，MOS管Q2关断，驱动变压器T1的初级线圈没有输入，驱动变压器T1的次级线圈也没输出，就不存在电阻长期工作发热的问题。可控硅的特性是一旦导通，即使没有驱动信号仍可以持续导通，由于此时可控硅SCR已经触发，因此可控硅SCR会持续导通，这样就完成了上电的过程。直到下一个周期，直流电通过二极管D1、上电缓冲电阻RL对母线电容C充电时，流过上电缓冲电阻RL上的电流导致可控硅SCR的正向电压超过8.2V，满足关断条件，又回到如前所述的触发过程，重复工作，周而复始。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型的可控硅触发电路，包括整流电路、上电缓冲电阻（RL）、母线电容（C）、可控硅（SCR），所述整流电路、上电缓冲电阻（RL）、母线电容（C）依次首尾连接，可控硅（SCR）与上电缓冲电阻（RL）并联连接，其特征在于：还包括可控硅正向电压检测电路、驱动电路、驱动变压器（T1）；所述可控硅正向电压检测电路的输入端a、输出端b分别与可控硅（SCR）的阳极、阴极连接，可控硅正向电压检测电路的触发端c与驱动电路连接后再接入驱动变压器（T1）的初级线圈的一端，驱动变压器（T1）的初级线圈的另一端接入可控硅正向电压检测电路的输出端b，驱动变压器（T1）的次级线圈的一端接入可控硅（SCR）的控制极，驱动变压器（T1）的次级线圈的另一端接入可控硅（SCR）的阴极；所述可控硅正向电压检测电路内部设有比较电路，当可控硅（SCR）的阳极、阴极之间的正向电压超过比较电路设置的电压阈值时，可控硅正向电压检测电路的触发端c与驱动电路导通、并控制驱动变压器驱动可控硅（SCR）导通。

2.如权利要求1所述的可控硅触发电路，其特征在于：所述可控硅正向电压检测电路由第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、三极管（Q1）、稳压二极管（Z1）组成，所述稳压二极管（Z1）即为可控硅正向电压检测电路内部设置的比较电路；可控硅正向电压检测电路的输入端a接第一电阻（R1）、第二电阻（R2）后再与三极管（Q1）的基极连接，三极管（Q1）的发射极与稳压二极管（Z1）的负极连接，稳压二极管（Z1）的正极即为可控硅正向电压检测电路的输出端b；三极管（Q1）的集电极即为可控硅正向电压检测电路的触发端c；

所述驱动电路由电源（+VD5）、第六电阻（R6）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、MOS管（Q2）、第五电阻（R5）组成；所述三极管（Q1）的集电极接第四电阻（R4）、第三电阻（R3）后再接入电源（+VD5）；电源（+VD5）通过第六电阻R6分压并将分压接入整流电路的输出端及可控硅正向电压检测电路的输入端a；所述MOS管（Q2）的控制极接入第四电阻（R4）、第三电阻（R3）之间，MOS管（Q2）的源极接入电源（+VD5），MOS管（Q2）的漏极与第五电阻（R5）的一端连接，第五电阻（R5）的另一端接入驱动变压器（T1）的初级线圈的一端，驱动变压器（T1）的初级线圈的另一端接入稳压二极管（Z1）的正极；所述驱动变压器（T1）的次级线圈的一端连接至可控硅（SCR）的控制极，驱动变压器（T1）的次级线圈的另一端接至可控硅（SCR）的阴极。

3.如权利要求1所述的可控硅触发电路，其特征在于：所述整流电路由二极管D2构成，整流电路的输出端与上电缓冲电阻（RL）之间设有二极管（D1），二极管（D2）的阴极同时与二极管（D1）的阳极、可控硅（SCR）的阳极连接，二极管（D1）的阴极接上电缓冲电阻（RL）的一端，上电缓冲电阻（RL）的另一端同时与母线电容（C）的一端、可控硅（SCR）的阴极连接，母线电容（C）的另一端接入二极管（D2）的阳极。

4.如权利要求2所述的可控硅触发电路，其特征在于：所述MOS管（Q2）的型号为IRFR9120N。

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