CN105141298A - 一种单相功率开关控制电路及具有该电路的交流电源系统 - Google Patents

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本发明提供一种单相功率开关控制电路及具有该电路的交流电源系统，其中所述单相功率开关控制电路包括：光耦控制单元，恒流源充电单元，驱动保护电路；所述光耦控制单元，用于通过交流母线上引出交流信号控制光耦通断，进而控制所述恒流源充电单元的启停；所述恒流源充放电单元，用于根据所述光耦控制单元发出的信号，对储能器件C进行充放电控制，所述储能器件C与变压器原边和双向触发二极管构成振荡电路，从而在脉冲变压器副边产生驱动脉冲；所述驱动保护电路，用于将所述恒流源充电电源发出的驱动脉冲信号控制在后续电路的有效工作范围。采用本发明不但可以大大降低交流开关的成本，而且还可以降低交流开关的误操作概率。

Description

一种单相功率开关控制电路及具有该电路的交流电源系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种单相功率开关控制电路及具有该电路的交流电源系统。
背景技术
在现有应用到可控硅的行业领域中，通常采用可编程逻辑器件与该器件配合使用的外围电路、供电电源对可控硅进行驱动，从而实现用可控硅作为交流开关。
但是，在现有可控硅交流开关的设计过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
现有技术中通过可编程逻辑器件以及配合其使用的外围电路及供电电源实现交流开关的成本较高，而且控制所述可编程逻辑器件的程序设计较为复杂，使得交流开关的误操作概率较高。
发明内容
本发明的实施例提供一种单相功率开关控制电路及具有该电路的交流电源系统。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明提供的一种单相功率开关控制电路，包括：光耦控制单元，恒流源充电单元，驱动保护电路；
所述光耦控制单元，用于通过交流母线上引出交流信号控制光耦通断，进而控制所述恒流源充电单元的启停；
所述恒流源充放电单元，用于根据所述光耦控制单元发出的信号，对储能器件C进行充放电控制，所述储能器件C与变压器原边和双向触发二极管构成振荡电路，从而在脉冲变压器副边产生驱动脉冲；
所述驱动保护电路，用于将所述恒流源充电电源发出的驱动脉冲信号控制在后续电路的有效工作范围，保证可控硅正向驱动，防止反向电压过高造成门极反向击穿。
本发明提供的一种交流电源系统，包括：交流电源，至少一组反相并联的可控硅开关，交流负载；尤其是所述反相并联的可控硅开关采用如上所述的单相功率开关控制电路。
本发明实施例提供的一种单相功率开关控制电路及具有该电路的交流电源系统；所述反相并联的可控硅开关通过采用单相功率开关控制电路，使得交流开关不仅成本可以大幅降低，而且还可以降低交流开关的误操作概率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种单相功率开关控制电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种单相功率开关控制电路图；
图3为本发明实施例提供的一种交流电源系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的一种单相功率开关控制电路及具有该电路的交流电源系统进行详细描述。
如图1所示，为本发明提供的一种单相功率开关控制电路；该单相功率开关控制电路包括：光耦控制单元101，恒流源充电单元102，驱动保护电路103；
所述光耦控制单元101，用于通过交流母线上引出交流信号控制光耦通断，进而控制所述恒流源充电单元的启停；
所述恒流源充放电单元102，用于根据所述光耦控制单元发出的信号，对储能器件C进行充放电控制，所述储能器件C与变压器原边和双向触发二极管构成振荡电路，从而在脉冲变压器副边产生驱动脉冲；
所述驱动保护电路103，用于将所述恒流源充电电源发出的驱动脉冲信号控制在后续电路的有效工作范围，保证可控硅正向驱动，防止反向电压过高造成门极反向击穿。
基于以上实例说明，如图2所示，为本发明提供的一种单相功率开关控制电路图；该单相功率开关控制电路具体电路如下：
所述光耦控制单元101包括：接线端子J1，电阻R13，电阻R14，光耦O1和光耦O2；
所述接线端子J1从所述交流电源的母线L、N处获取交流信号；所述接线端子J1的端子1与所述电阻R13一端相连；所述电阻R13另一端分别与所述电阻R14一端，所述光耦O1输入端1连接；所述电阻R14另一端分别与所述光耦O1输入端2，所述光耦O2输入端1连接；所述接线端子J1的端子2分别接所述光耦O1输入端2，所述光耦O2输入端1连接；所述光耦O1输出端3和输出端4分别与所述恒流源充放电单元相连；所述光耦O2输出端3和输出端4分别与所述恒流源充放电单元相连。
所述恒流源充放电单元102包括：光耦O1控制的恒流源充放电支路，光耦O2控制的恒流源充放电支路和变压器L；所述变压器包含四个电感线圈L1、L2、L3、L4；
所述光耦O1控制的恒流源充放电支路包括：48V电源，电阻R1，二极管D1，电阻R3，开关管Q1，电容C1，二极管D3，开关管Q3，电阻R5；
所述电阻R1一端与所述光耦O1输出端3连接；所述电阻R1另一端与所述二极管D1阳极相连；所述二极管D1的阴极接48V电源；所述电容C1一端接48V电源，另一端分别与开关管Q1集电极、二极管D3阳极；所述二极管D3阴极接变压器L1扇同名端相连；所述开关管Q1基极与所述光耦Q1输出端4相连；所述开关管Q1发射极分别与开关管Q3基极，所述电阻R5一端相连；所述开关管Q3集电极与所述光耦Q1输出端4相连；所述开关管Q3发射极接地；所述电阻R5另一端接地；所述电阻R3一端与所述开关管Q1发射极相连，另一端与所述光耦O1输出端4相连；
所述光耦O2控制的恒流源充放电支路包括：48V电源，电阻R2，二极管D2，电阻R4，开关管Q2，电容C1，二极管D4，开关管Q4，电阻R6；
所述电阻R2一端与所述光耦O2输出端3连接；所述电阻R2另一端与所述二极管D2阳极相连；所述二极管D2的阴极接48V电源；所述电容C2一端接48V电源，另一端分别与开关管Q2集电极、二极管D4阳极；所述二极管D4阴极接变压器L3扇异名端相连；所述开关管Q2基极与所述光耦Q2输出端4相连；所述开关管Q2发射极分别与开关管Q4基极，所述电阻R6一端相连；所述开关管Q4集电极与所述光耦Q2输出端4相连；所述开关管Q4发射极接地；所述电阻R6另一端接地；所述电阻R4一端与所述开关管Q2发射极相连，另一端与所述光耦O2输出端4相连；
所述变压器电感线圈L1异名端和电感线圈L3同名端接48V电源；所述变压器L2扇与所述变压器L4扇分别与所述驱动保护电路相连。
所述驱动保护电路103包括：第一驱动保护支路和第二驱动保护支路；所述第一驱动保护支路包括：电阻R7，电阻R9，电阻R11和二极管D5；所述电阻R7并联于所述变压器L2扇两端；所述二极管D5阳极与所述变压器L2扇异名端相连；所述二极管D5阴极与所述电阻R9一端相连；所述电阻R9另一端与所述电阻R11相连；所述电阻R11另一端与所述变压器L2扇同名端相连；
所述第二驱动保护支路包括：电阻R8，电阻R10，电阻R12和二极管D6；所述电阻R8并联于所述变压器L4扇两端；所述二极管D6阳极与所述变压器L4扇同名端相连；所述二极管D6阴极与所述电阻R10一端相连；所述电阻R10另一端与所述电阻R12相连；所述电阻R12另一端与所述变压器L4扇异名端相连。
需要说明的是，所述二极管D3与所述二极管D4为双向触发二极管；所述二极管D5与所述二极管D6为快速恢复二极管。
还需要说明的是，所述开关管Q1，所述开关管Q2,所述开关管Q3,所述开关管Q4为NPN型三极管。
如图3所示，为本发明实施例提供的一种交流电源系统，该系统包括：交流电源，至少一组反相并联的可控硅开关，交流负载；其中，所述反相并联的可控硅开关采用如上所述的单相功率开关控制电路。
需要说明的是，所述反相并联的可控硅开关还包括：接线端子J1，开关管T1，开关管T2和接线端子J2,接线端子J3；所述接线端子J1从所述交流电源的母线L、N处获取交流信号；通过所述交流信号驱动所述单相功率开关控制电路；所述单相功率开关控制电路根据所述交流信号通过所述接线端子J2和所述接线端子J3驱动所述开关管T1和开关管T2。
还需要说明的是，所述开关管T1和开关管T2为可控硅。
本发明单相功率开关控制电路用来控制T1、T2的通断，驱动电路的原理具体如下：
T1驱动原理是从交流母线上引出交流信号控制光耦O1、O2的通断，从而控制由Q1、Q3、R5构成的恒流源工作，恒流源以恒定的电流对电容C1充电，C1两端电压达到一定值时D3和L1对C1迅速放电，于是形成周期振荡电路。振荡电路通过对驱动变压器原边L1充放电控制端子J3输出驱动脉冲最终驱动T1工作。
T2驱动原理是从交流母线上引出交流信号控制光耦O1、O2的通断，从而控制由Q2、Q4、R6构成的恒流源工作，恒流源以恒定的电流对电容C2充电，C2两端电压达到一定值时D5和L3对C2迅速放电，于是形成周期振荡电路。振荡电路通过对驱动变压器原边L3充放电控制端子J2输出驱动脉冲最终驱动T1工作。
具体驱动过程如下：
接线端子J1从母线L、N处取得交流信号。当交流电在正半周期(即VL>VN)时光耦O1导通，与D1、R1、R3、R5为Q1、Q3提供静态工作点，由于Q3基射极间PN结箝位作用，R5两端电压始终为0.7V，于是Q1在足够的驱动电流情况下只能流过I＝0.7V/R5的电流，从而形成恒流源为C1充电。当电容C1两端电压达到34.4V时，D3导通，和L1迅速对C1放电，当C1两端电压恢复到18V时D3关断，C1继续被充电，当电容C1两端电压再次达到34.4V时，D3和L1再次对C1放电，由此构成周期振荡电路。振荡电路作用于变压器原边L1，副边L2获得脉冲经D5、R9最终驱动可控硅T1导通。当交流电在负半周期(即VL<VN)时，光耦O2导通，振荡电路作用于L3最终驱动可控硅T2导通。
由于D3和L1对C1放电极快，振荡电路的周期T主要由充电电流IC1决定，于是由UC1C1＝IC1T；得IC1＝UC1C1/T；
式中，UC1为电容C1两端电压，C1为其电容值，IC11为流过电容C1的电流，T为电容C1的充电时间。
设定驱动脉冲频率为F＝1/T＝10KHz，则IC1＝13.2mA，于是R5＝0.7V/13.2mA＝53Ω
为维持振荡电路稳定工作降低驱动电路损耗取R1＝20KΩ、R3＝15KΩ。
需要说明的是，所述光耦控制单元，用于控制后级电路的启停。当J1输入交流电信号，且1端子的电压高于2端子时O1导通O2关断，相应后级电路启动，从而驱动对应可控硅导通；当1端子的电压低于2端子时O2导通O1关断，相应后级电路启动，从而驱动对应可控硅导通。单元电路中，R13起限流作用，防止光耦中二极管烧毁，R14也可降低二极管电流。
所述恒流源充放电单元，用于对C1始终横流充电，与变压器原边和双向触发二极管构成振荡电路，从而在脉冲变压器副边产生驱动脉冲。电路中D1、R1、Q1、Q3、R5和R3构成恒流源电路，O1用于控制横流电路的启停。当C1电压达到34V时D3触发导通，C1迅速放电，18V时D3关断，C1继续充电。
所述驱动保护电路，用于保证可控硅的有效工作。R7用于脉冲变压器副边放电为后级电路提供适当的电压；D5保证可控硅正向驱动，防止反向电压过高造成门极反向击穿；R9起限流作用，防止驱动信号过强损坏可控硅。
本发明实施例提供的一种单相功率开关控制电路及具有该电路的交流电源系统；所述反相并联的可控硅开关通过采用单相功率开关控制电路，使得交流开关不仅成本可以大幅降低，而且还可以降低交流开关的误操作概率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种单相功率开关控制电路，其特征在于，包括：光耦控制单元，恒流源充电单元，驱动保护电路；
所述光耦控制单元，用于通过交流母线上引出交流信号控制光耦通断，进而控制所述恒流源充电单元的启停；
所述恒流源充放电单元，用于根据所述光耦控制单元发出的信号，对储能器件C进行充放电控制，所述储能器件C与变压器原边和双向触发二极管构成振荡电路，从而在脉冲变压器副边产生驱动脉冲；
所述驱动保护电路，用于将所述恒流源充电电源发出的驱动脉冲信号控制在后续电路的有效工作范围，保证可控硅正向驱动，防止反向电压过高造成门极反向击穿。
2.根据权利要求1所述的单相功率开关控制电路，其特征在于，所述光耦控制单元包括：接线端子J1，电阻R13，电阻R14，光耦O1和光耦O2；
所述接线端子J1从所述交流电源的母线L、N处获取交流信号；所述接线端子J1的端子1与所述电阻R13一端相连；所述电阻R13另一端分别与所述电阻R14一端，所述光耦O1输入端1连接；所述电阻R14另一端分别与所述光耦O1输入端2，所述光耦O2输入端1连接；所述接线端子J1的端子2分别接所述光耦O1输入端2，所述光耦O2输入端1连接；所述光耦O1输出端3和输出端4分别与所述恒流源充放电单元相连；所述光耦O2输出端3和输出端4分别与所述恒流源充放电单元相连。
3.根据权利要求2所述的单相功率开关控制电路，其特征在于，所述恒流源充放电单元包括：光耦O1控制的恒流源充放电支路，光耦O2控制的恒流源充放电支路；
所述光耦O1控制的恒流源充放电支路包括：48V电源，电阻R1，二极管D1，电阻R3，开关管Q1，电容C1，二极管D3，开关管Q3，电阻R5，变压器L1扇；
所述电阻R1一端与所述光耦O1输出端3连接；所述电阻R1另一端与所述二极管D1阳极端相连；所述二极管D1的阴极端接48V电源；所述电容C1一端接48V电源，另一端分别与开关管Q1集电极、二极管D3阳极端；所述二极管D3阴极端接变压器L1扇同名端相连；所述开关管Q1基极与所述光耦O1输出端4相连；所述开关管Q1发射极分别与开关管Q3基极，所述电阻R5一端相连；所述开关管Q3集电极与所述光耦O1输出端4相连；所述开关管Q3发射极接地；所述电阻R5另一端接地；所述电阻R3一端与所述开关管Q1发射极相连，另一端与所述光耦O1输出端4相连；
所述光耦O2控制的恒流源充放电支路包括：48V电源，电阻R2，二极管D2，电阻R4，开关管Q2，电容C2，二极管D4，开关管Q4，电阻R6，变压器L3扇；
所述电阻R2一端与所述光耦O2输出端3连接；所述电阻R2另一端与所述二极管D2阳极相连；所述二极管D2的阴极接48V电源；所述电容C2一端接48V电源，另一端分别与开关管Q2集电极、二极管D4阳极；所述二极管D4阴极接变压器L3扇异名端相连；所述开关管Q2基极与所述光耦O2输出端4相连；所述开关管Q2发射极分别与开关管Q4基极，所述电阻R6一端相连；所述开关管Q4集电极与所述光耦O2输出端4相连；所述开关管Q4发射极接地；所述电阻R6另一端接地；所述电阻R4一端与所述开关管Q2发射极相连，另一端与所述光耦O2输出端4相连；
所述变压器电感线圈L1异名端和电感线圈L3同名端接48V电源；所述变压器L2扇与所述变压器L4扇分别与所述驱动保护电路相连。
4.根据权利要求3所述的单相功率开关控制电路，其特征在于，所述开关管Q1，所述开关管Q2,所述开关管Q3,所述开关管Q4为NPN型三极管。
5.根据权利要求4所述的单相功率开关控制电路，其特征在于，所述驱动保护电路包括：第一驱动保护支路和第二驱动保护支路；所述第一驱动保护支路包括：电阻R7，电阻R9，电阻R11，二极管D5和变压器L2扇；所述电阻R7并联于所述变压器L2扇两端；所述二极管D5阳极与所述变压器L2扇异名端相连；所述二极管D5阴极与所述电阻R9一端相连；所述电阻R9另一端与所述电阻R11相连；所述电阻R11另一端与所述变压器L2扇同名端相连；
所述第二驱动保护支路包括：电阻R8，电阻R10，电阻R12，二极管D6和变压器L4扇；所述电阻R8并联于所述变压器L4扇两端；所述二极管D6阳极与所述变压器L4扇同名端相连；所述二极管D6阴极与所述电阻R10一端相连；所述电阻R10另一端与所述电阻R12相连；所述电阻R12另一端与所述变压器L4扇异名端相连。
6.根据权利要求5所述的单相功率开关控制电路，其特征在于，所述二极管D3与所述二极管D4为双向触发二极管；所述二极管D5与所述二极管D6为快速恢复二极管。
7.一种交流电源系统，包括：交流电源，至少一组反相并联的可控硅开关，交流负载；其特征在于，所述反相并联的可控硅开关采用如权利要求1至4中任意一项所述的单相功率开关控制电路驱动。
8.根据权利要求7所述的交流电源系统，其特征在于，所述反相并联的可控硅开关还包括：接线端子J1，开关管T1，开关管T2和接线端子J2,接线端子J3；所述接线端子J1从所述交流电源的母线L、N处获取交流信号；通过所述交流信号驱动所述单相功率开关控制电路；所述单相功率开关控制电路根据所述交流信号通过所述接线端子J2和所述接线端子J3驱动所述开关管T1和开关管T2。
9.根据权利要求8所述的交流电源系统，其特征在于，所述开关管T1和开关管T2为可控硅。
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