CN105337478A - 一种用于脉宽调制电压的反并联晶闸管驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于脉宽调制电压的反并联晶闸管驱动电路，包括：直流电源（1）、驱动信号接收电路（2）、功率放大电路（3）和RC缓冲吸收电路（6），还包括：第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）。工作时驱动信号接收电路（2）从外部读取控制晶闸管使能的信号，功率放大电路（3）将晶闸管使能信号转换为具有带负载能力的高低电平信号，第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）各自产生一路相互隔离、完全同步的晶闸管驱动信号，为反并联晶闸管的两个晶闸管门极输入接口提供所需的驱动电流；RC缓冲吸收电路（6）在开关切换过程中吸收、抑制冲击过电压。本发明电路新颖，安全可靠，体积小巧，工作稳定。

Description

一种用于脉宽调制电压的反并联晶闸管驱动电路
技术领域
本发明涉及一种反并联晶闸管驱动电路，特别是一种用于脉宽调制电压的反并联晶闸管驱动电路。
背景技术
反并联晶闸管电路是一种比较理想的快速交流开关，其开关通断在电路内部实现，不存在电弧、触头磨损和熔焊等问题；关断总是发生在电流过零时，不会因负载或线路中电感储能而引起暂态高电压。反并联晶闸管的正常工作需要稳定可靠的驱动电路，传统的晶闸管驱动电路包括：直流电源、驱动信号接收电路、功率放大电路、RC缓冲吸收电路、隔离变压器和相位偏移电路，工作时需要根据晶闸管两端的正弦交流电压判断相位过零，由相位偏移电路产生驱动信号，由隔离变压器进行隔离输出。但是对于应用电力电子功率器件的电气系统，开关元件上的电压不是传统的正弦波形，而是调制出的PWM脉宽电压波形，传统的反并联晶闸管驱动电路无法由电压波形的相位偏移获得等相位的触发信号，也无法产生稳定可靠的反并联晶闸管驱动信号，使得反并联晶闸管无法应用于大量由电力电子器件构成的电气系统，严重限制了反并联晶闸管电路的应用范围。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于脉宽调制电压的反并联晶闸管驱动电路，解决反并联晶闸管驱动电路无法适用于脉宽调制电压的问题。
一种用于脉宽调制电压的反并联晶闸管驱动电路，包括：直流电源、驱动信号接收电路、功率放大电路和RC缓冲吸收电路，还包括：第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路；所述第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路的组成完全相同，均包括：隔离电源U1、光电耦合器U2、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和电容C3。
直流电源的直流正极输出接口分别与驱动信号接收电路的直流电源正极输入接口、功率放大电路的直流电源正极输入接口、第一隔离光耦电路的直流电源正极输入接口、第二隔离光耦电路的直流电源正极输入接口连接，直流电源的直流输出负极接口与驱动信号接收电路的直流电源负极输入接口、功率放大电路的直流电源负极输入接口、第一隔离光耦电路的直流电源负极输入接口、第二隔离光耦电路的直流电源负极输入接口连接。驱动信号接收电路的信号输出接口与功率放大电路的信号输入接口连接，功率放大电路的信号输出接口分别与第一隔离光耦电路的信号输入接口和第二隔离光耦电路的信号输入接口连接，第一隔离光耦电路的驱动信号输出接口和第二隔离光耦电路的驱动信号输出接口分别与反并联晶闸管的两个门极接口连接，RC缓冲吸收电路的两个输出端分别与反并联晶闸管的正极接口和负极接口连接。第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路中，电阻R1的一端、电容C1的一端、隔离电源U1的第2引脚均与直流电源的正极连接，电容C1的另一端和隔离电源U1的第1引脚均与直流电源的地连接，电容C2的一端、电容C3的一端、隔离电源U1的第4引脚均与晶闸管的阴极连接，电容C2的另一端、电容C3的另一端、电阻R2的一端均与隔离电源U1的第5引脚连接，电阻R1的另一端与光电耦合器U2的第1引脚连接，光电耦合器U2的第2引脚与功率放大电路的输出端连接，光电耦合器U2的第5引脚和第6引脚均与电阻R2的另一端连接，光电耦合器U2的第4引脚与晶闸管的门极连接。
工作时，直流电源为驱动信号接收电路、功率放大电路、第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路供电；驱动信号接收电路从外部读取控制晶闸管使能的信号，功率放大电路将晶闸管使能信号转换为具有带负载能力的高低电平信号，第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路各自产生一路相互隔离、完全同步的晶闸管驱动信号，为反并联晶闸管的两个晶闸管门极输入接口提供所需的驱动电流；RC缓冲吸收电路并联在反并联晶闸管的两端，在反并联晶闸管的开关切换过程中吸收、抑制冲击过电压。
反并联晶闸管驱动电路工作时，驱动信号接收电路从外部读取控制晶闸管使能的信号；当反并联晶闸管驱动电路工作于驱动导通状态时，驱动信号接收电路输出高电平的电信号，接入功率放大电路的基极输入接口，驱动功率放大电路中的功率三极管，使功率三极管工作在饱和导通状态，功率放大电路的集电极输出接口输出低电平，分别接入第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路的光耦输入接口，使第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路中各自的光电耦合器U2的一次侧发光二极管受正压导通，触发光电耦合器U2的二次侧三极管导通，第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路的隔离电源输出5V直流电压，经电阻R2和光电耦合器U2的二次侧接入反并联晶闸管的两个门极，向门极提供驱动电流，当反并联晶闸管的正极、负极两个接口之间的电压为正则反并联晶闸管正向导通，当电压为负时反并联晶闸管反向导通，实现双向导通。
当反并联晶闸管驱动电路工作于驱动关断状态时，驱动信号接收电路输出低电平的电信号，接入功率放大电路的基极输入接口，关断功率放大电路中的功率三极管，使功率三极管工作于截止状态，功率放大电路的集电极输出接口输出高电平，分别接入第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路的光耦输入接口，使第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路各自的光电耦合器U2中的一次侧发光二极管电压为零，不能导通，光电耦合器U2的二次侧三极管关断开路，第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路的晶闸管门极输出接口无输出电流，反并联晶闸管的两个门极没有驱动电流，当反并联晶闸管原先处于导通状态且正极、负极两接口之间仍有电流时，反并联晶闸管保持导通状态，当电流过零时反并联晶闸管截止关断，此后即使反并联晶闸管的正极、负极两接口之间有电压也无法导通，保持截止状态。
本发明电路新颖，安全可靠，体积小巧，工作稳定，特别是能够驱动反并联晶闸管在脉宽调制电压下稳定工作，突破了传统反并联晶闸管电路的应用限制。
附图说明
图1一种用于脉宽调制电压的反并联晶闸管驱动电路示意图；
图2一种用于脉宽调制电压的反并联晶闸管驱动电路的第一隔离光耦电路和第二隔离光耦电路示意图。
1.直流电源2.驱动信号接收电路3.功率放大电路4.第一隔离光耦电路5.第二隔离光耦电路6.RC缓冲吸收电路。
具体实施方式
一种用于脉宽调制电压的反并联晶闸管驱动电路，包括：直流电源1、驱动信号接收电路2、功率放大电路3和RC缓冲吸收电路6，还包括：第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5；所述第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5的组成完全相同，均包括：隔离电源U1、光电耦合器U2、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和电容C3。
直流电源1的直流正极输出接口分别与驱动信号接收电路2的直流电源正极输入接口、功率放大电路3的直流电源正极输入接口、第一隔离光耦电路4的直流电源正极输入接口、第二隔离光耦电路5的直流电源正极输入接口连接，直流电源1的直流输出负极接口与驱动信号接收电路2的直流电源负极输入接口、功率放大电路3的直流电源负极输入接口、第一隔离光耦电路4的直流电源负极输入接口、第二隔离光耦电路5的直流电源负极输入接口连接。驱动信号接收电路2的信号输出接口与功率放大电路3的信号输入接口连接，功率放大电路3的信号输出接口分别与第一隔离光耦电路4的信号输入接口和第二隔离光耦电路5的信号输入接口连接，第一隔离光耦电路4的驱动信号输出接口和第二隔离光耦电路5的驱动信号输出接口分别与反并联晶闸管的两个门极接口连接，RC缓冲吸收电路6的两个输出端分别与反并联晶闸管的正极接口和负极接口连接。第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5中，电阻R1的一端、电容C1的一端、隔离电源U1的第2引脚均与直流电源1的正极连接，电容C1的另一端和隔离电源U1的第1引脚均与直流电源1的地连接，电容C2的一端、电容C3的一端、隔离电源U1的第4引脚均与晶闸管的阴极连接，电容C2的另一端、电容C3的另一端、电阻R2的一端均与隔离电源U1的第5引脚连接，电阻R1的另一端与光电耦合器U2的第1引脚连接，光电耦合器U2的第2引脚与功率放大电路3的输出端连接，光电耦合器U2的第5引脚和第6引脚均与电阻R2的另一端连接，光电耦合器U2的第4引脚与晶闸管的门极连接。
工作时，直流电源1为驱动信号接收电路2、功率放大电路3、第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5供电；驱动信号接收电路2从外部读取控制晶闸管使能的信号，功率放大电路3将晶闸管使能信号转换为具有带负载能力的高低电平信号，第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5各自产生一路相互隔离、完全同步的晶闸管驱动信号，为反并联晶闸管的两个晶闸管门极输入接口提供所需的驱动电流；RC缓冲吸收电路6并联在反并联晶闸管的两端，在反并联晶闸管的开关切换过程中吸收、抑制冲击过电压。
反并联晶闸管驱动电路工作时，驱动信号接收电路2从外部读取控制晶闸管使能的信号；当反并联晶闸管驱动电路工作于驱动导通状态时，驱动信号接收电路2输出高电平的电信号，接入功率放大电路3的基极输入接口，驱动功率放大电路3中的功率三极管，使功率三极管工作在饱和导通状态，功率放大电路3的集电极输出接口输出低电平，分别接入第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5的光耦输入接口，使第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5中各自的光电耦合器U2的一次侧发光二极管受正压导通，触发光电耦合器U2的二次侧三极管导通，第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5的隔离电源输出5V直流电压，经电阻R2和光电耦合器U2的二次侧接入反并联晶闸管的两个门极，向门极提供驱动电流，当反并联晶闸管的正极、负极两个接口之间的电压为正则反并联晶闸管正向导通，当电压为负时反并联晶闸管反向导通，实现双向导通。
当反并联晶闸管驱动电路工作于驱动关断状态时，驱动信号接收电路2输出低电平的电信号，接入功率放大电路3的基极输入接口，关断功率放大电路3中的功率三极管，使功率三极管工作于截止状态，功率放大电路3的集电极输出接口输出高电平，分别接入第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5的光耦输入接口，使第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5各自的光电耦合器U2中的一次侧发光二极管电压为零，不能导通，光电耦合器U2的二次侧三极管关断开路，第一隔离光耦电路4和第二隔离光耦电路5的晶闸管门极输出接口无输出电流，反并联晶闸管的两个门极没有驱动电流，当反并联晶闸管原先处于导通状态且正极、负极两接口之间仍有电流时，反并联晶闸管保持导通状态，当电流过零时反并联晶闸管截止关断，此后即使反并联晶闸管的正极、负极两接口之间有电压也无法导通，保持截止状态。

Claims (1)

1.一种用于脉宽调制电压的反并联晶闸管驱动电路，包括：直流电源（1）、驱动信号接收电路（2）、功率放大电路（3）和RC缓冲吸收电路（6），其特征在于还包括：第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）；所述第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）的组成完全相同，均包括：隔离电源U1、光电耦合器U2、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和电容C3；
直流电源（1）的直流正极输出接口分别与驱动信号接收电路（2）的直流电源正极输入接口、功率放大电路（3）的直流电源正极输入接口、第一隔离光耦电路（4）的直流电源正极输入接口、第二隔离光耦电路（5）的直流电源正极输入接口连接，直流电源（1）的直流输出负极接口与驱动信号接收电路（2）的直流电源负极输入接口、功率放大电路（3）的直流电源负极输入接口、第一隔离光耦电路（4）的直流电源负极输入接口、第二隔离光耦电路（5）的直流电源负极输入接口连接；驱动信号接收电路（2）的信号输出接口与功率放大电路（3）的信号输入接口连接，功率放大电路（3）的信号输出接口分别与第一隔离光耦电路（4）的信号输入接口和第二隔离光耦电路（5）的信号输入接口连接，第一隔离光耦电路（4）的驱动信号输出接口和第二隔离光耦电路（5）的驱动信号输出接口分别与反并联晶闸管的两个门极接口连接，RC缓冲吸收电路（6）的两个输出端分别与反并联晶闸管的正极接口和负极接口连接；第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）中，电阻R1的一端、电容C1的一端、隔离电源U1的第2引脚均与直流电源（1）的正极连接，电容C1的另一端和隔离电源U1的第1引脚均与直流电源（1）的地连接，电容C2的一端、电容C3的一端、隔离电源U1的第4引脚均与晶闸管的阴极连接，电容C2的另一端、电容C3的另一端、电阻R2的一端均与隔离电源U1的第5引脚连接，电阻R1的另一端与光电耦合器U2的第1引脚连接，光电耦合器U2的第2引脚与功率放大电路（3）的输出端连接，光电耦合器U2的第5引脚和第6引脚均与电阻R2的另一端连接，光电耦合器U2的第4引脚与晶闸管的门极连接；
工作时，直流电源（1）为驱动信号接收电路（2）、功率放大电路（3）、第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）供电；驱动信号接收电路（2）从外部读取控制晶闸管使能的信号，功率放大电路（3）将晶闸管使能信号转换为具有带负载能力的高低电平信号，第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）各自产生一路相互隔离、完全同步的晶闸管驱动信号，为反并联晶闸管的两个晶闸管门极输入接口提供所需的驱动电流；RC缓冲吸收电路（6）并联在反并联晶闸管的两端，在反并联晶闸管的开关切换过程中吸收、抑制冲击过电压；
反并联晶闸管驱动电路工作时，驱动信号接收电路（2）从外部读取控制晶闸管使能的信号；当反并联晶闸管驱动电路工作于驱动导通状态时，驱动信号接收电路（2）输出高电平的电信号，接入功率放大电路（3）的基极输入接口，驱动功率放大电路（3）中的功率三极管，使功率三极管工作在饱和导通状态，功率放大电路（3）的集电极输出接口输出低电平，分别接入第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）的光耦输入接口，使第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）中各自的光电耦合器U2的一次侧发光二极管受正压导通，触发光电耦合器U2的二次侧三极管导通，第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）的隔离电源输出5V直流电压，经电阻R2和光电耦合器U2的二次侧接入反并联晶闸管的两个门极，向门极提供驱动电流，当反并联晶闸管的正极、负极两个接口之间的电压为正则反并联晶闸管正向导通，当电压为负时反并联晶闸管反向导通，实现双向导通；
当反并联晶闸管驱动电路工作于驱动关断状态时，驱动信号接收电路（2）输出低电平的电信号，接入功率放大电路（3）的基极输入接口，关断功率放大电路（3）中的功率三极管，使功率三极管工作于截止状态，功率放大电路（3）的集电极输出接口输出高电平，分别接入第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）的光耦输入接口，使第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）各自的光电耦合器U2中的一次侧发光二极管电压为零，不能导通，光电耦合器U2的二次侧三极管关断开路，第一隔离光耦电路（4）和第二隔离光耦电路（5）的晶闸管门极输出接口无输出电流，反并联晶闸管的两个门极没有驱动电流，当反并联晶闸管原先处于导通状态且正极、负极两接口之间仍有电流时，反并联晶闸管保持导通状态，当电流过零时反并联晶闸管截止关断，此后即使反并联晶闸管的正极、负极两接口之间有电压也无法导通，保持截止状态。
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