CN105158669B - 一种用于tcr型高压svc装置的晶闸管过压检测电路 - Google Patents
一种用于tcr型高压svc装置的晶闸管过压检测电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明适用于SVC装置安全检测技术领域，提供了一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路，整流电路将晶闸管两端的交流电压整流成正半波电压；高压侧差分比例放大电路将整流生成的正半波电压缩放到隔离放大器的输入端电压范围内；隔离放大器将高压侧电路检测到的电压信号通过隔离的方式传送到低压侧电路；低压侧差分比例放大电路对隔离放大器输出的电压放大输出到过压判断比较电路；过压判断比较电路将检测到的电压与过压门槛值Vref比较，根据比较结果在晶闸管过压时通过控制晶闸管触发电路触发晶闸管导通。电路非常简洁，元件价格便宜，解决了以往高压晶闸管过压检测电路成本高、电路繁琐、过压参数设置不灵活等问题。
Description
技术领域
本发明属于SVC装置安全检测技术领域，尤其涉及一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路。
背景技术
近年来，随着工业的不断发展，在高压用电场合为了提高用户自身的功率因数，TCR型高压无功补偿装置的应用越来越广泛，因此无功补偿装置运行可靠稳定是保证用户安全生产的重要条件。TCR型高压无功补偿装置是由控制柜和三相功率阀组组成，由于工作电压等级比较高，因此每相阀组都由多个高压晶闸管串联而成，如果在触发晶闸管的过程中，其中有晶闸管未同时导通，势必会造成该晶闸管过压损坏，从而影响到整个装置的正常运行。目前，高压SVC普遍采用BOD管进行晶闸管过压检测，然后将过压信号发送给晶闸管驱动电路强行使晶闸管触发，由于该种方法成本高、电路繁琐、过压参数设置不灵活，不利于设备的经济化和小型化。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路，至少可克服现有技术的部分缺陷。
本发明实施例涉及的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路，包括：隔离电源以及依次连接的整流电路、高压侧差分比例电路、隔离放大器、低压侧差分比例放大电路和过压判断比较电路；
所述整流电路连接晶闸管两端，所述过压判断比较电路与晶闸管触发电路连接；
所述整流电路将晶闸管两端的交流电压整流成正半波电压；
所述高压侧差分比例放大电路将整流生成的正半波电压缩放到所述隔离放大器的输入端电压范围内；
所述隔离放大器将高压侧电路检测到的电压信号通过隔离的方式传送到低压侧电路；
所述低压侧差分比例放大电路对所述隔离放大器输出的电压放大输出到所述过压判断比较电路；
所述过压判断比较电路将检测到的电压与过压门槛值Vref比较，根据比较结果在晶闸管过压时通过所述晶闸管触发电路控制触发晶闸管导通；
所述隔离电源给所述高压侧电路和所述低压侧电路分别提供相互隔离的供电电源。
作为实施例一涉及的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路，所述整流电路包括二极管D1、D2、D3和D4，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R8和R9；
所述二极管D1的正极与所述二极管D2的负极连接，负极与所述二极管D3的负极连接；所述二极管D4的正极与所述二极管D2的正极连接，负极与所述二极管D3的正极连接；
晶闸管电压正极端经过串联的所述电阻R1和所述电阻R2后与所述二极管D1和所述二极管D2的连接点连接；晶闸管电压负极端经过串联的所述电阻R3和所述电阻R4后与所述二极管D3和所述二极管D4的连接点连接；
所述二极管D1和所述二极管D3的连接点经过串联的所述电阻R5和所述电阻R6后与所述高压侧差分比例放大电路的正极相连；所述二极管D2和所述二极管D4的连接点经过串联的所述电阻R8和所述电阻R9后与所述高压侧差分比例放大电路的负极相连；
R1+R2＝R3+R4；R5+R6＝R8+R9；
所述整流电路整流生成的电压为：Vin为晶闸管两端的电压。
所述高压侧差分比例放大电路包括差分比例放大器U1；
所述差分比例放大器U1的正极通过电阻R7后接地，负极通过串联的电阻R10和电阻R11与输出端连接，R7＝R10+R11；
所述差分比例放大器U1输出电压为：
所述差分比例放大器U1的输出端连接串联的电阻R12和电阻R13，所述电阻R12与所述电阻R13的连接点与所述隔离放大器U3输入端连接；
所述差分比例放大电路U1输出电压Vout1经过所述电阻R12和所述电阻R13分压后输入到所述隔离放大器U3的电压为：
所述隔离放大器U3的输出端电阻的放大比例为1，输出为差分电压信号；
所述差分电压信号的正极经过电阻R14与所述低压侧差分比例放大电路的正极相连，负极经过电阻R16与所述低压侧差分比例放大电路的负极相连；
R14＝R16。
所述低压侧差分比例放大电路包括差分比例放大器U4；
所述差分比例放大器U4的正极还通过电阻R15后接地，输出端连接电阻R18的一端，负极通过电阻R17后与所述电阻R18的另一端连接；R15＝R17；
所述差分比例放大器U4的输出电压为：
所述过压判断比较电路包括比较器U5；
所述电阻R17和所述电阻R18的连接点与所述比较器U5的正极相连；
低压侧供电电压VDD1连接串联的电阻R20和电阻R21后与所述比较器U5的接地端一起接地，所述电阻R20和所述电阻R21的连接点连接所述比较器U5的负极输入端；
所述比较器U5的过压门槛值
所述比较器U5比较判断所述差分比例放大器U4的输出电压Vout2与所述过压门槛值Vref的大小，当Vout2>Vref时，所述比较器U5输出高电平，否则所述比较器U5输出低电平。
所述过压判断比较电路包括比较器U5；
所述电阻R17和所述电阻R18的连接点与所述比较器U5的正极相连；
低压侧供电电压VDD1连接串联的电阻R20和电阻R21后与所述比较器U5的接地端一起接地，所述电阻R20和所述电阻R21的连接点连接所述比较器U5的负极输入端；
所述比较器U5的过压门槛值
所述比较器U5比较判断所述差分比例放大器U4的输出电压Vout2与所述过压门槛值Vref的大小，当Vout2>Vref时，所述比较器U5输出高电平，否则所述比较器U5输出低电平。
所述隔离电源包括相互隔离的直流电压输出端VDD1和VDD2；
VDD1端连接并提供电源给所述差分比例放大器U4以及所述比较器U5；VDD2连接并提供电源给所述差分比例放大器U1。
本发明实施例提供的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路，包括高压侧电路和低压侧电路，高压侧电路采集晶闸管电压，低压侧电路根据测量结果通过控制晶闸管触发电路控制晶闸管导通，从而保护晶闸管；高压侧电路和低压侧电路的供电电源相互隔离，电压信号通过隔离的方式传送，从而提高整个电路的可靠性；
整个晶闸管过压检测电路非常简洁，元件价格便宜，解决了以往高压晶闸管过压检测电路成本高、电路繁琐等问题；
整个检测电路可通过高压侧差分比例电路、低压侧差分比例电路和比较器门槛值三处硬件电路调节晶闸管过压保护值，使得整个检测电路的参数设置更加灵活；
通过比较器和微控制器可以分别实时监控晶闸管两端的实际电压，当晶闸管过压时可实现软件和硬件上的双重保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路的原理框图；
图2是本发明实施例提供的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1所示为本发明提供的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路的原理框图，所述晶闸管过压检测电路包括隔离电源以及依次连接的整流电路、高压侧差分比例电路、隔离放大器、低压侧差分比例放大电路和过压判断比较电路。整流电路连接晶闸管两端，过压判断比较电路与晶闸管触发电路连接。
整流电路将晶闸管两端的交流电压整流成正半波电压。
高压侧差分比例放大电路将整流生成的正半波电压缩放到隔离放大器的输入端电压范围内。
隔离放大器将高压侧电路检测到的电压信号通过隔离的方式传送到低压侧电路。
低压侧差分比例放大电路对隔离放大器输出的电压放大输出到过压判断比较电路。
过压判断比较电路将检测到的电压与过压门槛值Vref比较，根据比较结果在晶闸管过压时通过晶闸管触发电路控制触发晶闸管导通。
隔离电源给高压侧电路和低压侧电路分别提供相互隔离的供电电源。
本发明实施例提供的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路，包括高压侧电路和低压侧电路，高压侧电路采集晶闸管电压，低压侧电路根据测量结果通过控制晶闸管触发电路控制晶闸管导通，从而保护晶闸管；高压侧电路和低压侧电路的供电电源相互隔离，电压信号通过隔离的方式传送，从而提高整个电路的可靠性；
整个晶闸管过压检测电路非常简洁，元件价格便宜，解决了以往高压晶闸管过压检测电路成本高、电路繁琐等问题；
整个检测电路可通过高压侧差分比例电路、低压侧差分比例电路和比较器门槛值三处硬件电路调节晶闸管过压保护值，使得整个检测电路的参数设置更加灵活。
实施例一
本发明提供的实施例一为本发明提供的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路的实施例，如图2所示为本发明实施例提供的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路的电路原理图，TCR型高压无功补偿装置是由控制柜和三相功率阀组组成，由于工作电压等级比较高，因此根据相电压的电压等级和所选晶闸管的耐压等级每相阀组由多对反并联高压晶闸管串联而成，如图2所示，A相和B相之间串联多组反并联晶闸管，晶闸管过压是指每一组晶闸管之间的电压过压。
图2中以其中一组晶闸管为例，检测电路连接于晶闸管两端，检测到晶闸管两端的电压Vin＝VAC+-VAC-。其中，VAC+为晶闸管正极端电压，VAC-为晶闸管负极端电压。
在本发明实施例中，整流电路包括二极管D1、D2、D3和D4，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R8和R9。
二极管D1的正极与二极管D2的负极连接，负极与二极管D3的负极连接；二极管D4的正极与二极管D2的正极连接，负极与二极管D3的正极连接。
晶闸管电压正极端经过串联的电阻R1和电阻R2后与二极管D1和二极管D2的连接点连接；晶闸管电压负极端经过串联的电阻R3和电阻R4后与二极管D3和二极管D4的连接点连接。
二极管D1和二极管D3的连接点经过串联的电阻R5和电阻R6后与高压侧差分比例放大电路的正极相连；二极管D2和二极管D4的连接点经过串联的电阻R8和电阻R9后与高压侧差分比例放大电路的负极相连。
晶闸管两端电压经过高压二极管D1～D4组成整流桥进行整流，将一个完整的正弦波变成两个正半波，以便于简化整个电路的供电电源，同时晶闸管两端电压通过电阻R1～R6、R8、R9进行分压，从而降低高压二极管D1～D4的电压等级，在该电路中要求：
R1+R2＝R3+R4；R5+R6＝R8+R9。
得到整流桥正负极之间的电压(即整流电路整流生成的电压)为：
在本发明实施例中，高压侧差分比例放大电路包括差分比例放大器U1，将电压缩放到隔离放大器可以接受的电压范围，差分比例放大器U1的正极还通过电阻R7后接地，R7作为补偿电阻，负极通过串联的电阻R10和电阻R11与输出端连接，R7＝R10+R11。
差分比例放大器U1输出端输出电压为：
差分比例放大器U1的输出端连接串联的电阻R12和电阻R13后接地，电阻R12与电阻R13的连接点与隔离放大器U3输入端连接。差分比例放大电路U1输出端输出电压Vout1经过电阻R12和电阻R13分压后输入到隔离放大器U3的电压为：
本发明实施例中，隔离放大器U3的输出端电阻的放大比例为1，输出为差分电压信号，差分电压信号的正极经过电阻R14与低压侧差分比例放大电路的正极相连，负极经过电阻R16与低压侧差分比例放大电路的负极相连，R14＝R16。
在本发明实施例中，低压侧差分比例放大电路包括差分比例放大器U4，差分比例放大器U4的正极还通过电阻R15后接地，输出端连接电阻R18的一端，负极通过电阻R17后与电阻R18的另一端连接。其中，R15＝R17。差分比例放大器U4的输出电压为电阻R17和电阻R18的连接点处电压
在本发明实施例中，过压判断比较电路包括比较器U5，电阻R17和电阻R18的连接点与比较器U5的正极相连；低压侧供电电压VDD1连接串联的电阻R20和电阻R21后与比较器U5的接地端一起接地，电阻R20和电阻R21的连接点连接比较器U5的负极输入端。比较器U5的过压门槛值
比较器U5比较判断差分比例放大器U4的输出电压Vout2与过压门槛值Vref的大小，当Vout2>Vref时，比较器U5输出高电平，反之比较器U5输出低电平。
本发明提供的一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路还包括微控制器U6，比较器U4输出的电平连接到晶闸管触发电路，一旦晶闸管过压，该信号可通过晶闸管触发电路强行触发过压的晶闸管导通，从而避免晶闸管因为过压而损坏；同时，检测到的晶闸管端电压送到微控制器U6的A/D接口实时监测晶闸管两端实际电压，一旦该电压值超过软件设定的过压门槛值，微控制器也将通过I/O接口触发晶闸管触发电路，从而保护晶闸管。通过微控制器可以实时监控晶闸管两端的实际电压，当晶闸管过压时可实现软件和硬件上的双重保护。
设
则差分比例放大器U4的输出电压Vout2可以简化为过压门槛值Vref可以简化为Vref＝VDD1*K4。VDD1为已知的低压侧供电电压，|Vin|是期望的晶闸管过压保护值，通过电路中的电阻合理地配置K1、K2、K3和K4的值，便可以灵活地配置晶闸管的过压保护值。
隔离电源包括相互隔离的直流电压输出端VDD1和VDD2。VDD1连接并提供电源给差分比例放大器U4以及比较器U5；VDD2连接并提供电源给差分比例放大器U1。
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 (9)
1.一种用于TCR型高压SVC装置的晶闸管过压检测电路，其特征在于，所述晶闸管过压检测电路包括：隔离电源以及依次连接的整流电路、高压侧差分比例电路、隔离放大器、低压侧差分比例放大电路和过压判断比较电路；
所述整流电路连接晶闸管两端，所述过压判断比较电路与晶闸管触发电路连接；
所述整流电路将晶闸管两端的交流电压整流成正半波电压；
所述高压侧差分比例放大电路将整流生成的正半波电压缩放到所述隔离放大器的输入端电压范围内；
所述隔离放大器将高压侧电路检测到的电压信号通过隔离的方式传送到低压侧电路；
所述低压侧差分比例放大电路对所述隔离放大器输出的电压放大输出到所述过压判断比较电路；
所述过压判断比较电路将检测到的电压与过压门槛值Vref比较，根据比较结果在晶闸管过压时通过所述晶闸管触发电路控制触发晶闸管导通；
所述隔离电源给所述高压侧电路和所述低压侧电路分别提供相互隔离的供电电源。
2.如权利要求1所述的晶闸管过压检测电路，其特征在于，所述整流电路包括二极管D1、D2、D3和D4，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R8和R9；
所述二极管D1的正极与所述二极管D2的负极连接，负极与所述二极管D3的负极连接；所述二极管D4的正极与所述二极管D2的正极连接，负极与所述二极管D3的正极连接；
晶闸管电压正极端经过串联的所述电阻R1和所述电阻R2后与所述二极管D1和所述二极管D2的连接点连接；晶闸管电压负极端经过串联的所述电阻R3和所述电阻R4后与所述二极管D3和所述二极管D4的连接点连接；
所述二极管D1和所述二极管D3的连接点经过串联的所述电阻R5和所述电阻R6后与所述高压侧差分比例放大电路的正极相连；所述二极管D2和所述二极管D4的连接点经过串联的所述电阻R8和所述电阻R9后与所述高压侧差分比例放大电路的负极相连；
R1+R2＝R3+R4；R5+R6＝R8+R9；
所述整流电路整流生成的电压为：Vin为晶闸管两端的电压。
3.如权利要求2所述的晶闸管过压检测电路，其特征在于，所述高压侧差分比例放大电路包括差分比例放大器U1；
所述差分比例放大器U1的正极通过电阻R7后接地，负极通过串联的电阻R10和电阻R11与输出端连接，R7＝R10+R11；
所述差分比例放大器U1输出电压为：
4.如权利要求3所述的晶闸管过压检测电路，其特征在于，所述差分比例放大器U1的输出端连接串联的电阻R12和电阻R13后接地，所述电阻R12与所述电阻R13的连接点与所述隔离放大器U3输入端连接；
所述差分比例放大电路U1输出电压Vout1经过所述电阻R12和所述电阻R13分压后输入到所述隔离放大器U3的电压为：
5.如权利要求4所述的晶闸管过压检测电路，其特征在于，所述隔离放大器U3的输出端电阻的放大比例为1，输出为差分电压信号；
所述差分电压信号的正极经过电阻R14与所述低压侧差分比例放大电路的正极相连，负极经过电阻R16与所述低压侧差分比例放大电路的负极相连；R14＝R16。
6.如权利要求5所述的晶闸管过压检测电路，其特征在于，所述低压侧差分比例放大电路包括差分比例放大器U4；
所述差分比例放大器U4的正极还通过电阻R15后接地，输出端连接电阻R18的一端，负极通过电阻R17后与所述电阻R18的另一端连接；R15＝R17；
所述差分比例放大器U4的输出电压为：
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7.如权利要求6所述的晶闸管过压检测电路，其特征在于，所述过压判断比较电路包括比较器U5；
所述电阻R17和所述电阻R18的连接点与所述比较器U5的正极相连；
低压侧供电电压VDD1连接串联的电阻R20和电阻R21后与所述比较器U5的接地端一起接地，所述电阻R20和所述电阻R21的连接点连接所述比较器U5的负极输入端；
所述比较器U5的过压门槛值
所述比较器U5比较判断所述差分比例放大器U4的输出电压Vout2与所述过压门槛值Vref的大小，当Vout2>Vref时，所述比较器U5输出高电平，否则所述比较器U5输出低电平。
8.如权利要求7所述的晶闸管过压检测电路，其特征在于，所述晶闸管过压检测电路还包括微控制器U6；
所述微控制器U6与所述比较器U5的输出端相连；所述比较器U5检测到的晶闸管端电压送到所述微控制器U6的A/D接口实时监测晶闸管两端实际电压，所述电压值超过软件设定的过压门槛值时，所述微控制器U6通过I/O接口触发晶闸管触发电路。
9.如权利要求7所述的晶闸管过压检测电路，其特征在于，所述隔离电源包括相互隔离的直流电压输出端VDD1和VDD2；
VDD1端连接并提供电源给所述差分比例放大器U4以及所述比较器U5；VDD2连接并提供电源给所述差分比例放大器U1。
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2015
- 2015-08-28 CN CN201510544113.2A patent/CN105158669B/zh active Active
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