CN103746545B - 用于高压可控硅软启动的触发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于高压可控硅软启动的触发装置，包括提供触发电源的供电电路和与供电电路连接的触发板，触发板的另一端连接可控硅，触发可控硅启动；供电电路包括通过储能线连接的储能组件和磁环转换模块，储能组件将电源经过降压后转换为高频交流电输出至磁环转换模块的一端，磁环转换模块的另一端通过高频铁氧体磁环的电磁感应得到感应电压后输出给触发板。本发明具有结构简单、成本低廉、电压运行范围宽、感应电流线上电流小且无需隔离高压的优点。

Description

用于高压可控硅软启动的触发装置

技术领域

本发明涉及可控硅技术领域，尤其涉及一种用于高压可控硅软启动的触发装置。

背景技术

高压软启动器产品中，通常需要将输入的市电经过处理后作为可控硅的触发电源，输出给触发板触发可控硅启动。现有技术中用于提供高压可控硅触发电源的供电装置是以交流变换器为主体，在短路变压器原边的电磁感应下，短路变压器副边产生一个200A左右的稳恒电流激发交流变换器铁芯的磁场变换从而使交流变换器的次边感应出足够的能量，提供给触发板2。

如图1所示，传统的高压可控硅软启动装置，由Dsp板控制信号传输，信号板传输输入输出信号至I/O板，传输触发和短路检测信号至触发板2，I/O板控制与供电电路1的接通或关断，软启动装置中由供电电路1提供触发电源给触发板2以触发可控硅3的启动。供电电路1由短路变压器和交流变换器构成，短路变压器和交流变换器通过16mm²的高压线进行连接，交流变换器与触发板2通过1mm²储能线连接。由于交流变换器工作在工频50Hz下，在交流变换器的原边需要利用大电流产生大磁场来激发铁芯产生磁通量，原边线包则通过磁场的变换感生电压作为可控硅3提供触发能量，所以转换效率低且原边需要提供特制的短路变压器提供大电流，生产工艺不好控制、成本高，因此此类方案具有有有以下几点不足：

（1）在工作时，要求短路变压器的原边输入的220V相对稳定，不允许过高或过低，运行范围窄，否则将造成电流过大或过小危害可控硅3的门极；

（2）由于交流变换器的原边感应电流线流经了200A左右的电流，需要进行隔离高压且对线径、绝缘层有很高的要求，对电流回路的物理形状同样也有要求；

（3）所采用的短路变压器为非常规变压器，其制作工艺复杂且成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、电压运行范围宽、感应电流线上电流小且不需要隔离高压的用于高压可控硅软启动的触发装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于高压可控硅软启动的触发装置，包括提供触发电源的供电电路和与供电电路连接的触发板，所述触发板的另一端连接可控硅，由所述触发板触发可控硅的启动，所述供电电路包括通过储能线连接的储能组件和磁环转换模块；所述储能组件将电源降压为低压电平并转换为高频交流电，输出至磁环转换模块的一端，所述磁环转换模块的另一端通过高频铁氧体磁环的电磁感应得到感应电压后输出给触发板。

作为本发明的进一步改进：所述储能组件包括降压模块和高频交流电转换模块；所述降压模块将输入电源降压为低压电平，输出给高频交流电转换模块转换为高频交流电。

作为本发明的进一步改进：所述高频交流电转换模块包括依次连接的第二整流滤波单元、第二高频转换单元、第二稳压单元、第二滤波单元以及直流逆变单元；所述第二整流滤波单元对降压模块输出的低压电平进行整流、滤波后得到直流电压并输出至第二高频转换单元，由第二稳压单元控制第二高频转换单元将直流电压转换为高频方波电压，高频方波电压经过第二滤波单元进行滤波后输出恒定的直流电压；所述直流逆变单元将第二滤波单元输出的直流电压转换为交流电，输出至磁环转换模块的一端。

作为本发明的进一步改进：所述第二稳压单元采用脉宽调制器。

作为本发明的进一步改进：所述直流逆变单元采用脉宽调制器。

作为本发明的进一步改进：还包括与磁环转换模块输出端连接的感应电处理模块，所述感应电处理模块的另一端连接触发板；所述感应电处理模块将磁环转换模块输出的感应电压进行整流、滤波及稳压后输出至触发板。

作为本发明的进一步改进：所述感应电处理模块包括第一整流滤波单元、第一高频转换单元、第一稳压单元以及第一滤波单元；所述第一整流滤波单元对磁环转换模块输出的感应电压进行整流、滤波后输出直流电压，由第一稳压单元控制第一高频转换单元将直流电压转换为恒定的高频方波电压，高频方波电压由第一滤波单元进行滤波后输出恒定的直流电压至触发板。

作为本发明的进一步改进：所述第一稳压单元采用脉宽调制器。

作为本发明的进一步改进：所述脉宽调制器采用SG2524集成芯片。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明采用高频铁氧体磁环进行磁转换，将输入电源进行降压及高频转换处理后，由高频铁氧体磁环得到感应电压，经过处理后输出给触发板，高频铁氧体磁环的磁转换效率高，原边感应电流线上的电流只需要小电流便可以感应得到足够的触发电源，因此降低了对制作工艺的要求且不需要进行隔离高压处理，降低了装置的复杂度及成本；由于供电电路中不存在大电流，输入电压偏高或偏低不会影响到可控硅的门极安全，有效减小了对输入电源的稳定性要求。

（2）本发明对输入市电采用脉宽调制方式进行稳压，使得输入的市电在180V-260V范围内均能得到稳定的电压输出，降低了对输入市电电压稳定性的要求，扩大了有效的电压运行范围。

（3）本发明采用通用变压器对电源进行降压，相比如传统技术中需要采用非常规的短路变压器，能够有效减少成本及电路复杂度。

附图说明

图1是传统的高压可控硅软启动装置结构示意图。

图2是本发明用于高压可控硅软启动的触发装置结构示意图。

图3是本发明用于高压可控硅软启动的触发装置在具体应用实施例中连接结构示意图。

图4是本实施例中高频交流电转换模块结构示意图。

图5是本实施例中采用脉宽调制器进行直流逆变的原理示意图。

图6是本发明具体实施例中第一整流滤波单元的电路结构示意图。

图7是本发明具体实施例中第一高频转换单元的电路结构示意图。

图8是本发明具体实施例中第一稳压单元的电路结构示意图。

图9是本发明具体实施例中直流逆变单元电路结构示意图。

图10是本实施例中SG2524集成芯片内部电路及接口结构示意图。

图11是本实施例中感应电处理模块结构示意图。

图12是本发明具体实施例中第二高频转换单元电路结构示意图。

图13是本发明具体实施例中第二稳压单元电路结构示意图。

图14是本实施例中用于高压可控硅软启动的供电装置工作流程示意图。

图例说明

1、供电电路；11、储能组件；111、降压模块；112、高频交流电转换模块；1121、第二整流滤波单元；1122、第二高频转换单元；1123、第二稳压单元；1124、第二滤波单元；1125、直流逆变单元；12、磁环转换模块；13、感应电处理模块；131、第一整流滤波单元；132、第一高频转换单元；133、第一稳压单元；134、第一滤波单元；2、触发板；3、可控硅。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图2所示，本发明用于高压可控硅软启动的触发装置，包括提供触发电源的供电电路1和与供电电路1连接的触发板2，触发板2的另一端连接可控硅3，供电电路1提供触发电源并输出至触发板2，由触发板2触发可控硅3启动。供电电路1包括通过储能线连接的储能组件11和磁环转换模块12，储能组件11将输入电源降压为低压电平，并将低压电平转换为高频交流电，输出至磁环转换模块12的一端，磁环转换模块12的另一端通过高频铁氧体磁环的电磁感应得到感应电压，输出给触发板2。

本发明采用高频铁氧体磁环进行磁转换，高频铁氧体磁环的使用非常方便，直接套在电缆上即可而不需要接地，对于结构设计、线路板设计并没有特殊要求，同时不会造成传输信号的失真，传输高频信号时能够很大程度上减少对传输导线的要求。高频铁氧体磁环通过电磁感应得到感应电压提供给触发板2作为触发电源，磁环的转换效率高，在磁环原边感应电流线上不需要高压，因此供电电路1中不存在大电流，输入电压偏高或偏低不会影响到可控硅3的门极安全，有效减小了对输入电源的稳定性要求。

本实施例中，磁环转换模块12采用高频铁氧体磁环，高频铁氧体磁环为以高频铁氧体磁芯为磁转换载体的磁环。储能组件11输入220V市电，经过降压、高频转换后输出至高频铁氧体磁环的一端，由高频铁氧体磁环通过电磁感应得到感应电压，提供给触发板2触发可控硅3的启动。

如图3所示，本发明用于高压可控硅软启动的触发装置在具体应用实施例中的连接结构，由Dsp板控制信号传输，信号板传输输入输出信号至I/O板，传输触发和短路检测信号至触发板2，I/O板控制与供电电路1的接通或关断，由供电电路1提供触发电源给触发板2以触发可控硅3的启动。供电电路1通过1mm²高压连接线连接触发板2，实现与高压完全隔离，隔离电压可达42000V/min，供电电路1将电源经过处理后输出至触发板2，由触发板2控制可控硅3启动。

本实施例中，储能组件11包括降压模块111和高频交流电转换模块112，降压模块111将输入的电源降压为低压电平，输出给高频交流电转换模块112进行转换，输出高频交流电至磁环转换模块12的一端。

本实施例中，降压模块111采用通用变压器，输入的市电电压可以为220V±20%，即180V-260V，通过降压模块111电压降压至80V±20%。降压模块111降压后的电压输出至高频交流电转换模块112，高频交流电转换模块112的输出电压为固定值65V。

本发明采用通过变压器对电源进行降压，相比如传统技术中需要采用非常规的短路变压器，能够有效减少成本及电路复杂度。

如图4所示，本实施例中高频交流电转换模块结构，包括第二整流滤波单元1121、第二高频转换单元1122、第二稳压单元1123、第二滤波单元1124以及直流逆变单元1125。第二整流滤波单元1121接收降压模块111输出的80V交流电压，进行整流、滤波后得到110V左右的直流电压，由第二稳压单元1123控制第二高频转换单元1122将110V直流电压斩波成高频方波电压，并且确保方波电压经过第二滤波单元1124进行滤波后输出为65V直流电压，65V直流电压经直流逆变单元1125逆变为高频交流电后通过储能线输出至磁环转换模块12的一次侧。

本实施例中，第二稳压单元1123采用脉宽调制（PWM）器，对第二滤波单元1124输出信号进行采样输出至比较器，根据基准电压与输入电压的大小进行脉宽调节。

本实施例中，直流逆变单元1125采用脉宽调制器控制实现，如图5所示，本实施例中采用脉宽调制器进行直流逆变的原理，由脉宽调制器产生一个固定的PWM波，控制2个IGBT交替导通，从而控电容的充电和放电，产生交流电源，也可以通过调节脉宽调制器的RC震荡输入，改变电容充放电的频率，从而改变经过高频铁氧体磁环的电流频率，能量根据需要进行调节。

如图6~9所示，本发明具体实施例中高频交流电转换模块电路结构，如图6所示，第二整流滤波单元1121电路结构，采用桥式整流器进行整流、滤波输出110V直流电压。如图7所示，第二高频转换单元1122电路结构，由第一三极管Q2的第1引脚输入PWM波，控制将第二整流滤波单元1121输出的直流电压斩波为高频方波。如图8所示，第二稳压单元1123电路结构，采用SG2525集成芯片U1，由SG2525集成芯片U1第11引脚产生PWM波输出至第二高频转换单元1122。如图9所示，直流逆变单元电路结构，采用SG2525集成芯片产生两路相反的PWM波，分别控制两个IGBT通断，由220V市电经过处理产生的两路正负15V电压提供电源。当第一IGBT（Q6）导通时，第二IGBT（Q7）关断；第一IGBT（Q6）关断时，第二IGBT（Q7）导通。当第一IGBT（Q6）导通且第二IGBT （Q7）关断时，第一电容C32、第二电容C33、第三电容C39以及第四电容C41共4个电容充电，端子J2上流过的电流方向为从1脚流向2脚；当第二IGBT （Q7）导通、第一IGBT（Q6）关断时，上述4个电容放电，端子J2上流过的电流方向为从2脚流向1脚，由此直流逆变单元1125将第二滤波单元1124输出的65V直流电压逆变为交流电源。

工作时，在输入端J1输入降压模块111输出的80V交流电压，经过第二整流滤波单元1121整流、滤波后变为110V直流电压，由第二稳压单元1123控制第二高频转换单元1122将110V直流电压斩波成高频方波电压，并且确保方波电压经过第二滤波单元1124进行滤波后输出为65V直流电压，直流逆变单元1125将65V直流电压转换为65V交流电，通过输出端J2端输出6.5A电流。

如图10所示，本实施例中SG2525集成芯片内部电路及接口结构，其中由第16引脚输出基准电压源，精度可以达到（5.1±1％）V，采用了温度补偿而且设有过流保护电路。第5引脚、第6引脚以及第7引脚内有一个双门限比较器，电容充放电电路加上外接的电阻电容电路共同构成SG2525集成芯片的振荡器。振荡器外设有同步输入端第3引脚，第1引脚及第2引脚分别为芯片内误差放大器的反相输入端、同相输入端，误差放大器为一个两级差分放大器，直流开环增益为70dB左右。

本实施例中，由输出端J2端输出的6.5A电流通过储能线输出至高频铁氧体磁环的一端，高频铁氧体磁环通过感应得到140V左右感应电压。

本实施例中，与磁环转换模块12输出端连接一个感应电处理模块13，感应电处理模块13的另一端连接触发板2，感应电处理模块13将磁环转换模块12输出的交流感应电压进行整流、滤波及稳压后输出至触发板2。如图11所示，本实施例中感应电处理模块结构，包括第一整流滤波单元131、第一高频转换单元132、第一稳压单元133以及第一滤波单元134。磁环转换模块12输出的140V高频交流感应电压通过第一整流滤波单元131对进行整流、滤波后转换成140V左右直流电压，由第一稳压单元133控制经过第一高频转换单元132斩波为高频方波电压，最后由第一滤波单元134滤波后输出恒定的30V直流电压，输出至触发板2。

本实施例中，第一稳压单元133采用脉宽调制（PWM）器，对第一滤波单元134输出信号进行采样输出至比较器，根据基准电压与输入电压的大小控制进行脉宽调节，输出至第一高频转换单元132重新进行转换及滤波，得到恒定的电压值后输出。

如图12所示，第二高频转换单元电路结构，由第二三极管VD6第1引脚输入PWM波，控制将第一整流滤波单元131输出的140V直流电压斩波为高频方波。如图13所示，第二稳压单元电路结构，采用SG2524集成芯片U2产生PWM波，通过第11引脚输出至第一高频转换单元132。

本发明对输入市电采用脉宽调制方式进行稳压，使得输入的市电在180V-260V范围内均能得到稳定的电压输出，降低了对输入市电电压稳定性的要求，扩大了有效的运行范围。

如图14所示，本实施例中用于高压可控硅软启动的供电装置工作原理，由储能组件11经过降压后输出降压后模拟信号AC，将模拟信号AC经过整流滤波、高频转换及稳压后转换为直流信号DC，经过DC-AC逆变将直流信号逆变为交流信号，通过磁环隔离产生感应电、脉宽调制（PWM）稳压后输出稳定的直流电压，提供给可控硅3触发。

本发明将输入市电进行降压后得到低压电平，将低压电平进行高频转换处理后由高频铁氧体磁环通过电磁感应得到感应电压，经过处理后输出给触发板2，磁转换效率高、在原边感应电流线上所需电流小，因此降低了对制作工艺的要求且不需要进行隔离高压处理，降低了装置的复杂度及成本。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种用于高压可控硅软启动的触发装置，包括提供触发电源的供电电路（1）以及与供电电路（1）连接的触发板（2），所述触发板（2）连接可控硅（3），由所述触发板（2）触发可控硅（3）的启动，其特征在于：所述供电电路（1）包括通过储能线连接的储能组件（11）和磁环转换模块（12）；所述储能组件（11）将电源降压为低压电平并转换为高频交流电，输出至磁环转换模块（12）的一端，所述磁环转换模块（12）的另一端通过高频铁氧体磁环的电磁感应得到感应电压后输出给触发板（2）；还包括与磁环转换模块（12）输出端连接的感应电处理模块（13），所述感应电处理模块（13）连接触发板（2）；所述感应电处理模块（13）将磁环转换模块（12）输出的感应电压进行整流、滤波及稳压后输出至触发板（2）；所述感应电处理模块（13）包括第一整流滤波单元（131）、第一高频转换单元（132）、第一稳压单元（133）以及第一滤波单元（134）；所述第一整流滤波单元（131）对磁环转换模块（12）输出的感应电压进行整流、滤波后输出直流电压，由第一稳压单元（133）控制第一高频转换单元（132）将直流电压转换为恒定的高频方波电压，高频方波电压由第一滤波单元（134）进行滤波后输出恒定的直流电压至触发板（2）。

2.根据权利要求1所述的用于高压可控硅软启动的触发装置，其特征在于：所述储能组件（11）包括降压模块（111）和高频交流电转换模块（112）；所述降压模块（111）将输入电源降压为低压电平，输出给高频交流电转换模块（112）转换为高频交流电。

3.根据权利要求2所述的用于高压可控硅软启动的触发装置，其特征在于：所述高频交流电转换模块（112）包括依次连接的第二整流滤波单元（1121）、第二高频转换单元（1122）、第二稳压单元（1123）、第二滤波单元（1124）以及直流逆变单元（1125）；所述第二整流滤波单元（1121）对降压模块（111）输出的低压电平进行整流、滤波后得到直流电压并输出至第二高频转换单元（1122），由第二稳压单元（1123）控制第二高频转换单元（1122）将直流电压转换为高频方波电压，高频方波电压经过第二滤波单元（1124）进行滤波后输出恒定的直流电压，所述直流逆变单元（1125）将第二滤波单元（1124）输出的直流电压转换为交流电，输出至磁环转换模块（12）的一端。

4.根据权利要求3所述的用于高压可控硅软启动的触发装置，其特征在于：所述第二稳压单元（1123）采用脉宽调制器。

5.根据权利要求3所述的用于高压可控硅软启动的触发装置，其特征在于：所述直流逆变单元（1125）采用脉宽调制器。

6.根据权利要求1所述的用于高压可控硅软启动的触发装置，其特征在于：所述第一稳压单元（133）采用脉宽调制器。

7.根据权利要求4或5或6所述的用于高压可控硅软启动的触发装置，其特征在于：所述脉宽调制器采用SG2524集成芯片。