CN104052455B - 双隔离光控整流脉冲扩展电路 - Google Patents

Abstract

一种双隔离光控整流脉冲扩展电路，包括脉冲边沿检测电路，脉冲扩展电路，可调制脉冲列电路，电光转换电路，光传输电路，光电转换电路，功率放大电路，电磁隔离电路。边沿检测电路检测未隔离的脉冲触发边沿并将信号传送给脉冲扩展电路，脉宽扩展电路将脉宽放大传输给可调制脉冲列，并传送到电光转换电路，通过光传输电路传送到光电转换电路，经功率放大电路驱动电磁隔离电路。本发明采用光电、电磁双隔离形式，提高了隔离等级，避免了故障扩大化；通过光传输有效减小了电磁干扰引起的系统不稳定；通过脉冲扩展，使电路不仅适用于双整流桥并联拓扑结构，而且适用于双整流桥串联的拓扑结构，应用范围更宽。

Description

双隔离光控整流脉冲扩展电路

技术领域

本发明涉及三相可控硅整流桥触发电路技术领域，具体涉及一种双隔离光控整流脉冲扩展电路。

背景技术

光控整流脉冲扩展电路用于三相可控硅整流线路。现有的三相可控硅整流脉冲电路有形式：采用非隔离直接脉冲变压器直接驱动，这种方式在系统故障时整个控制线路容易串连高压，从而损坏整个控制回路，造成损失扩大化。另一方面，在较强电磁干扰环境下容易造成干扰，引起系统不稳定，而且较窄的触发脉冲只能适用于双整流桥并联拓扑电路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种双隔离光控整流扩展电路，可以增强隔离能力，减少干扰，防止系统故障扩大化。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种双隔离光控整流脉冲扩展电路，包括脉冲边沿检测电路、脉冲扩展电路、可调制脉冲列电路、电光转换电路、光传输电路、光电转换电路、功率放大电路和电磁隔离电路，所述脉冲边沿检测电路检测未隔离的脉冲触发边沿并将信号传送给脉冲扩展电路，所述脉宽扩展电路将脉宽放大传输给可调制脉冲列电路，并传送到电光转换电路，所述电光转换电路通过光传输电路将信号传送到光电转换电路，再经功率放大电路驱动电磁隔离电路，电磁隔离电路驱动整流可控硅整流桥。

所述边沿检测电路包括一触发器U2A，所述触发器U2A的第4脚连接有第二十五电阻R25，所述触发器U2A的第1脚和第2脚上连接有第四电容C4，所述第四电容C4的一端经第二电阻R2接+15V电源；触发器U2A采用可重触发地单稳态触发器CD4538实时检测脉冲信号边沿，电阻R25是为适应开漏输出的电路接口而设计的上拉电阻，检测到边沿信号后，电容C4和电阻R2将边沿信号转换为95us的窄脉冲信号并传送到下一级脉冲扩展电路；

所述脉冲扩展电路包括第一时基集成电路U1，在所述第一时基集成电路U1的第7脚和第6脚并联后的电路上并联有第一电容C1和第三电阻R3，所述第一时基集成电路U1的第5脚连接有第三电容C3，所述第一时基集成电路U1的第1脚和第8脚之间并联有第十电容C10，第一时基集成电路U1采用NE555，接收到信号后利用第二电阻R2和第一电容C1扩展脉冲，其脉冲扩展公式为：T＝1.1×R2×C1，扩展到到5.17ms；

所述可调制脉冲列电路包括第二时基集成电路U2，在所述第二时基集成电路U2的第6脚和第7脚并联后的电路上串联有第一二极管D1和第一电阻R1，所述第二时基集成电路U2的第2脚上连接有第二二极管D2，所述第二二极管D2的一端连接有第四电阻R4，另一端连接有第二电容C2，所述第二时基集成电路U2的第1脚和第八脚之间并联有第七电容C7，所述第七电容C7的一端经第八电容C8连接至第二时基集成电路U2的第5脚，所述第二时基集成电路U2的4脚上连接有第六电阻R6，可调制脉冲列电路接收到拓宽脉冲后发出可调制脉冲，其频率计算公式为：f＝1÷0.7÷C÷(R1+R4)，经计算频率f＝5KHz，占空比计算公式：D＝T1×R4÷(R1+R4)，其中T1＝1÷5000＝200us，正脉冲宽度为38.7us，可调制脉冲有利于不同型号可控硅触发，有效防止了功率器件的发热；

所述电光转换电路包括驱动器U3，所述驱动器U3的第2脚上连接有第八电阻R8，所述驱动器U3的第4脚连接至第一电光转换器F1的第2脚，所述第一电光转换器F1的第1脚连接有第五电阻R5，所述驱动器U3的第5脚连接至第二电光转换器F2的第2脚，所述第二电光转换器F2的第1脚连接有第十三电阻R13，所述驱动器U3的第7脚连接有第九电阻R9，所述驱动器U3的第8脚连接有第五电容C5，电光转换器采用HFBR1528，结合DS3631N驱动器U1，驱动器U1中的电阻R5、R13为驱动电阻，DS3631N为驱动器件，电阻R8、R9为逻辑驱动电阻，在接收到可调制脉冲后立即转换信号，通过光传输电路传输到下一级光电转换电路；

所述光电转换电路包括第一光电转换器F3，所述第一光电转换器F3的第2脚上连接有第九电容C9，所述第一光电转换器F3的第1脚上连接有第二十六电阻R26，光电转换器F3采用HFBR2528光电转换器，R26为电平转换电阻，将5V电平信号转换成15V电平信号，并将信号传送到功率放大电路；

所述功率放大电路包括第一三极管Q1、第三场效应管Q3、第五三极管Q5和第七场效应管Q7，所述第一三极管Q1和第五三极管Q5并联在第七场效应管Q7的第2引脚上，所述第一三极管Q1的第2引脚和第五三极管Q5的第2引脚连接后经第二十四电阻R24与第三场效应管Q3连接，第七场效应管Q7结合Q1和Q5组成的推挽放大器经电阻R24驱动大功率场效应管Q3，将光电转换电路的所采集的信号功率放大并驱动电磁隔离电路；

所述电磁隔离电路包括一脉冲变压器T1，所述脉冲变压器T1的第1脚与第3脚之间串联有第三电阻R3和第五二极管D5，所述脉冲变压器T1的8脚经开关K1连接至开关电源变压器TB1的第1脚，所述脉冲变压器T1的第5脚经第六二极管D6和电流表G1连接至开关电源变压器TB1的第4脚，在脉冲变压器T1的第8脚和第5脚之间并联有第四二极管D4、第五电阻R5和第十一电容C11；脉冲变压器T1使用高隔离电压大功率脉冲变压器KCB2810G-F10，R3可调整可控硅驱动电流，二极管D5为反向续流二极管，防止脉冲停止时反向电势回流到系统中，D4、D6构成脉冲整形电路，采用快恢复二极管FR103，电阻R5和电容C11组成可控硅门极保护，此电路中驱动脉冲峰值达1.5A，电流上升率为1.2A/uS，次级驱动整流可控硅整流桥。

通过这种电路隔离方式，隔离电压可达220KV，即使电磁隔离电路被故障损坏也不会造成损失扩大化，起到保护整个控制系统的目的，拓展后的脉宽可适用于双桥整流并联拓扑和双桥整流串联拓扑。

本发明的有益效果是：本发明采用光电、电磁双隔离形式，提高了隔离等级，避免了故障扩大化；通过光传输有效减小了电磁干扰引起的系统不稳定；通过脉冲扩展，使电路不仅适用于双整流桥并联拓扑结构，而且适用于双整流桥串联的拓扑结构，应用范围更宽。

附图说明

图1为本发明的电路图；

图2为本发明的边沿检测电路；

图3为本发明的脉冲光展宽电路；

图4为本发明的可调制脉冲列电路；

图5为本发明的电光转换电路；

图6为本发明的光电转换电路；

图7为本发明的功率放大电路；

图8为本发明的电磁隔离电路。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种双隔离光控整流脉冲扩展电路，包括脉冲边沿检测电路1、脉冲扩展电路2、可调制脉冲列电路3、电光转换电路4、光传输电路5、光电转换电路6、功率放大电路7和电磁隔离电路8，脉冲边沿检测电路1检测未隔离的脉冲触发边沿并将信号传送给脉冲扩展电路2，脉宽扩展电路2将脉宽放大传输给可调制脉冲列电路3，并传送到电光转换电路4，电光转换电路4通过光传输电路5将信号传送到光电转换电路6，再经功率放大电路7驱动电磁隔离电路8，电磁隔离电路8驱动整流可控硅整流桥9。

如图2所示，边沿检测电路1包括一触发器U2A，触发器U2A的第4脚连接有第二十五电阻R25，触发器U2A的第1脚和第2脚上连接有第四电容C4，第四电容C4的一端经第二电阻R2接+15V电源；触发器U2A采用可重触发地单稳态触发器CD4538实时检测脉冲信号边沿，电阻R25是为适应开漏输出的电路接口而设计的上拉电阻，检测到边沿信号后，电容C4和电阻R2将边沿信号转换为95us的窄脉冲信号并传送到下一级脉冲扩展电路；

如图3所示，脉冲扩展电路2包括第一时基集成电路U1，在第一时基集成电路U1的第7脚和第6脚并联后的电路上并联有第一电容C1和第三电阻R3，第一时基集成电路U1的第5脚连接有第三电容C3，第一时基集成电路U1的第1脚和第8脚之间并联有第十电容C10，第一时基集成电路U1采用NE555，接收到信号后利用第二电阻R2和第一电容C1扩展脉冲，其脉冲扩展公式为：T＝1.1×R2×C1，扩展到到5.17ms；

如图4所示，可调制脉冲列电路3包括第二时基集成电路U2，在第二时基集成电路U2的第6脚和第7脚并联后的电路上串联有第一二极管D1和第一电阻R1，第二时基集成电路U2的第2脚上连接有第二二极管D2，所述第二二极管D2的一端连接有第四电阻R4，另一端连接有第二电容C2，第二时基集成电路U2的第1脚和第八脚之间并联有第七电容C7，第七电容C7的一端经第八电容C8连接至第二时基集成电路U2的第5脚，第二时基集成电路U2的4脚上连接有第六电阻R6，可调制脉冲列电路接收到拓宽脉冲后发出可调制脉冲，其频率计算公式为：f＝1÷0.7÷C÷(R1+R4)，经计算频率f＝5KHz，占空比计算公式：D＝T1×R4÷(R1+R4)，其中T1＝1÷5000＝200us，正脉冲宽度为38.7us，可调制脉冲有利于不同型号可控硅触发，有效防止了功率器件的发热；

如图5所示，电光转换电路4包括驱动器U3，驱动器U3的第2脚上连接有第八电阻R8，驱动器U3的第4脚连接至第一电光转换器F1的第2脚，第一电光转换器F1的第1脚连接有第五电阻R5，驱动器U3的第5脚连接至第二电光转换器F2的第2脚，第二电光转换器F2的第1脚连接有第十三电阻R13，驱动器U3的第7脚连接有第九电阻R9，驱动器U3的第8脚连接有第五电容C5，电光转换器采用HFBR1528，结合DS3631N驱动器U1，驱动器U1中的电阻R5、R13为驱动电阻，DS3631N为驱动器件，电阻R8、R9为逻辑驱动电阻，在接收到可调制脉冲后立即转换信号，通过光传输电路传输到下一级光电转换电路；

如图6所示，光电转换电路7包括第一光电转换器F3，第一光电转换器F3的第3脚上连接有第九电容C9，第一光电转换器F3的第1脚上连接有第二十六电阻R26，光电转换器F3采用HFBR2528光电转换器，R26为电平转换电阻，将5V电平信号转换成15V电平信号，并将信号传送到功率放大电路；

如图7所示，功率放大电路7包括第一三极管Q1、第三场效应管Q3、第五三极管Q5和第七场效应管Q7，第一三极管Q1和第五三极管Q5并联在第七场效应管Q7的第2引脚上，第一三极管Q1的第2引脚和第五三极管Q5的第2引脚连接后经第二十四电阻R24与第三场效应管Q3连接，第七场效应管Q7结合Q1和Q5组成的推挽放大器经电阻R24驱动大功率场效应管Q3，将光电转换电路的所采集的信号功率放大并驱动电磁隔离电路；

如图8所示，电磁隔离电路8包括一脉冲变压器T1，脉冲变压器T1的第1脚与第3脚之间串联有第三电阻R3和第五二极管D5，脉冲变压器T1的8脚经开关K1连接至开关电源变压器TB1的第1脚，脉冲变压器T1的第5脚经第六二极管D6和电流表G1连接至开关电源变压器TB1的第4脚，在脉冲变压器T1的第8脚和第5脚之间并联有第四二极管D4、第五电阻R5和第十一电容C11；脉冲变压器T1使用高隔离电压大功率脉冲变压器KCB2810G-F10，R3可调整可控硅驱动电流，二极管D5为反向续流二极管，防止脉冲停止时反向电势回流到系统中，D4、D6构成脉冲整形电路，采用快恢复二极管FR103，电阻R5和电容C11组成可控硅门极保护，此电路中驱动脉冲峰值达1.5A，电流上升率为1.2A/uS，次级驱动整流可控硅整流桥9。

通过这种电路隔离方式，隔离电压可达220KV，即使电磁隔离电路被故障损坏也不会造成损失扩大化，起到保护整个控制系统的目的，拓展后的脉宽可适用于双桥整流并联拓扑和双桥整流串联拓扑。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种双隔离光控整流脉冲扩展电路，其特征在于：包括脉冲边沿检测电路、脉冲扩展电路、可调制脉冲列电路、电光转换电路、光传输电路、光电转换电路、功率放大电路和电磁隔离电路，所述脉冲边沿检测电路检测未隔离的脉冲触发边沿并将信号传送给脉冲扩展电路，所述脉宽扩展电路将脉宽放大传输给可调制脉冲列电路，并传送到电光转换电路，所述电光转换电路通过光传输电路将信号传送到光电转换电路，再经功率放大电路驱动电磁隔离电路，电磁隔离电路驱动整流可控硅整流桥；

所述边沿检测电路包括一触发器(U2A)，所述触发器(U2A)的第4脚连接有第二十五电阻(R25)的一端，所述第二十五电阻(R25)的另一端连接-15V电源，所述触发器(U2A)的第1脚和第2脚之间连接有第四电容(C4)，所述第四电容(C4)的一端经第二电阻(R2)接+15V电源，所述第四电容(C4)的另一端接地；触发器(U2A)采用可重触发地单稳态触发器CD4538实时检测脉冲信号边沿，第二十五电阻(R25)是为适应开漏输出的电路接口而设计的上拉电阻，检测到边沿信号后，第四电容(C4)和第二电阻(R2)将边沿信号转换为95us的窄脉冲信号并传送到下一级脉冲扩展电路；

所述脉冲扩展电路包括第一时基集成电路(U1)，所述第一时基集成电路(U1)为NE555，在所述第一时基集成电路(U1)的第7脚和第6脚并联后的电路上并联有第一电容(C1)的一端和第三电阻(R3)的一端，电容(C1)的另一端接地(GND)，第三电阻(R3)的另一端连接+15V电源，所述第一时基集成电路(U1)的第5脚连接有第三电容(C3)，所述第一时基集成电路(U1)的第1脚和第8脚之间并联有第十电容(C10)，第一时基集成电路(U1)接收到信号后利用第二电阻(R2)和第一电容(C1)扩展脉冲，扩展到到5.17ms；

所述可调制脉冲列电路包括第二时基集成电路(U2)，在所述第二时基集成电路(U2)的第6脚和第7脚并联后的电路上串联有第一二极管(D1)和第一电阻(R1)，所述第二时基集成电路(U2)为NE555，,所述第二时基集成电路(U2)的第7脚连接第二二极管(D2)的阳极和第一电阻(R1)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端连接第一二极管(D1)的阴极，所述第一二极管(D1)的阳极连接所述第二时基集成电路(U2)的第6脚，所述第二时基集成电路(U2)的第2脚连接所述第二二极管(D2)的阴极，第四电阻(R4)的一端接+15V电源，所述第四电阻(R4)的另一端连接所述第二二极管(D2)的阳极，第二电容(C2)的一端连接地(GND)，所述第二电容(C2)的另一端连接所述第二二极管(D2)的阴极，所述第二时基集成电路(U2)的第1脚和第八脚之间并联有第七电容(C7)，所述第七电容(C7)的一端经第八电容(C8)连接至第二时基集成电路(U2)的第5脚，所述第二时基集成电路(U2)的4脚上连接有第六电阻(R6)的一端，所述第六电阻(R6)的另一端连接地(GND)，可调制脉冲列电路接收到拓宽脉冲后发出可调制脉冲；

所述电光转换电路包括驱动器(U3)，所述驱动器(U3)为DS3631，所述驱动器(U3)的第2脚上连接第八电阻(R8)的一端，所述第八电阻(R8)的另一端接+15V电源，所述驱动器(U3)的第4脚连接至第一电光转换器(F1)的第2脚，所述第一电光转换器(F1)的第1脚连接第五电阻(R5)的一端，所述第五电阻(R5)的另一端连接+15V电源，所述驱动器(U3)的第5脚连接至第二电光转换器(F2)的第2脚，所述第二电光转换器(F2)的第1脚连接第十三电阻(R13)的一端，所述第十三电阻(R13)的另一端连接+15V电源，所述第一电光转换器(F1)和所述第二电光转换器(F2)均为HFBR-1521/1528，所述驱动器(U3)的第7脚连接第九电阻(R9)的一端，所述第九电阻(R9)的另一端连接+15V电源，所述驱动器(U3)的第8脚连接第五电容(C5)的一端，所述第五电容(C5)的一端还连接+15V电源，所述第五电容(C5)的另一端连接地(GND)，在接收到可调制脉冲后立即转换信号，通过光传输电路传输到下一级光电转换电路；

所述光电转换电路包括第一光电转换器(F3)，所述第一光电转换器(F3)的第3脚上连接有第九电容(C9)的一端，所述第九电容(C9)的另一端连接地(GND)，所述第一光电转换器(F3)的第1脚上连接有第二十六电阻(R26)的一端，所述第二十六电阻(R26)的另一端连接+15V电源，光电转换器(F3)采用HFBR2528光电转换器，第二十六电阻(R26)为电平转换电阻，将5V电平信号转换成15V电平信号，并将信号传送到功率放大电路；

所述功率放大电路包括第一三极管(Q1)、第三场效应管(Q3)、第五三极管(Q5)和第七场效应管(Q7)，所述第一三极管(Q1)和第五三极管(Q5)并联在第七场效应管(Q7)的第2引脚上，所述第一三极管(Q1)的第2引脚和第五三极管(Q5)的第2引脚连接后经第二十四电阻(R24)与第三场效应管(Q3)连接，第七场效应管(Q7)结合第一三极管(Q1)和第五三极管(Q5)组成的推挽放大器经第二十四电阻(R24)驱动大功率第三场效应管(Q3)，将光电转换电路的所采集的信号功率放大并驱动电磁隔离电路；

所述电磁隔离电路包括一脉冲变压器(T1)，所述第五二极管(D5)的阳极连接脉冲变压器(T1)的第3脚，所述第五二极管(D5)的阴极连接第三电阻(R3)的一端，所述第三电阻(R3)的另一端连接脉冲变压器(T1)的第1脚，所述脉冲变压器(T1)的第8脚经开关(K1)连接至开关电源变压器(TB1)的第1脚，所述脉冲变压器(T1)的第5脚连接第六二极管(D6)的阳极，所述第六二极管(D6)的阴极经电流表(G1)连接至开关电源变压器(TB1)的第4脚，在脉冲变压器(T1)的第8脚和第5脚之间并联有第四二极管(D4)、第五电阻(R5)和第十一电容(C11)，其中，所述第四二极管(D4)的阳极连接所述脉冲变压器(T1)的第8脚，所述第四二极管(D4)的阴极连接所述第六二极管(D6)的阴极；

脉冲变压器(T1)使用高隔离电压大功率脉冲变压器KCB2810G-F10，第三电阻(R3)可调整可控硅驱动电流，第五二极管(D5)为反向续流二极管，防止脉冲停止时反向电势回流到系统中，第四二极管(D4)、第六二极管(D6)构成脉冲整形电路，第五电阻(R5)和第十一电容(C11)组成可控硅门极保护，此电路中驱动脉冲峰值达1.5A，电流上升率为1.2A/us，次级驱动整流可控硅整流桥。