CN105896563B - 反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，包括输入输出信号光电隔离单元、控制处理单元、过零检测单元和驱动隔离单元；输入输出信号光电隔离单元根据外部控制信号生成低电平控制信号，并发送给控制处理单元；过零检测单元检测晶闸管两端的电压，并发送给控制处理单元；控制处理单元在晶闸管两端的电压相等时，根据低电平控制信号生成控制晶闸管启动的驱动信号，并发送给驱动隔离单元；以及在晶闸管两端的电压不相等时，生成控制进闸管关闭的停止信号，并发送给驱动隔离单元；驱动隔离单元根据驱动信号驱动晶闸管过零触发，以及根据停止信号停止驱动晶闸管的过零触发。上述过零触发控制电路能够防止晶闸管的非过零触发。

Description

反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路

技术领域

本发明涉及无功补偿及电能质量治理技术领域，特别是涉及一种反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路。

背景技术

随着社会经济发展和技术进步，大量大功率的电力电子设备的应用，使得电网中大容量无功功率缺失、功率因数低、电压电流谐波含量增加、三相电压不平衡等，电能质量恶化严重。而传统的接触器投切电容器无功功率补偿设备，在低压大功率无功补偿领域已无法满足无功补偿快速性、准确性、经济性、可靠性的要求。因此作为一种更为优化的方案晶闸管投切电容器(TSC)设备在低压电力系统大功率无功补偿领域得到了广泛的应用。该设备能够快速跟踪负荷变化、准确可靠投切电容器、有效稳定系统电压、抑制或滤除谐波、提高功率因数、改善系统三相电压不平衡，提高系统电能质量。晶闸管投切电容器设备的核心是晶闸管过零触发控制电路，而如果过零信号采集不准确、触发时机不合理，则会导致晶闸管非过零触发，从而对电网产生涌流冲击，或者触发脉冲不合理、二次涌流，更会损坏晶闸管模块。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能够防止晶闸管非过零触发的反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，能够延长晶闸管寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，包括输入输出信号光电隔离单元、控制处理单元、过零检测单元和驱动隔离单元；所述控制处理单元分别与所述输入输出信号光电隔离单元、所述过零检测单元和所述驱动隔离单元连接；

所述输入输出信号光电隔离单元，用于根据外部控制信号生成低电平控制信号，并发送给所述控制处理单元；

所述过零检测单元，用于检测晶闸管两端的电压大小是否相等，并发送给所述控制处理单元；

所述控制处理单元，用于接收所述晶闸管两端的电压是否相等的信号和所述低电平控制信号，并在所述晶闸管两端的电压相等时，根据所述低电平控制信号生成控制所述晶闸管启动的驱动信号，发送给所述驱动隔离单元；以及在所述晶闸管两端的电压不相等时，生成控制所述进闸管关闭的停止信号，发送给所述驱动隔离单元；

所述驱动隔离单元，用于根据所述驱动信号驱动所述晶闸管过零触发，以及根据所述停止信号停止驱动所述晶闸管的过零触发。

优选的，还包括温度检测单元和风机控制单元；所述温度检测单元和所述风机控制单元均与所述控制处理单元连接；

所述温度检测单元，用于检测所述晶闸管的温度，并将检测到的温度发送给所述控制处理单元；

所述控制处理单元，还用于在所述当前温度高于第一预设温度时生成风机控制信号，并通过所述输出输入信号光电隔离单元发送给所述风机控制单元；以及在所述当前温度高于第二预设温度时生成控制所述进闸管关闭的停止信号；

所述风机控制单元用于根据所述风机控制信号控制与所述晶闸管对应的散热风机工作；

其中，所述第二预设温度大于所述第一预设温度。

优选的，所述风机控制单元包括控制继电器、第一续流二极管和滤波电容；所述控制继电器的负极与所述输出输入信号光电隔离单元电连接，所述控制继电器的正极连接第一外接电源，所述控制继电器的输出常开节点连接第二外接电源，为所述散热风机供电；

所述第一续流二极管反并联在所述控制继电器的两端；

所述滤波电容并联在所述控制继电器的输出常开节点和所述第二外接电源的N极之间。

优选的，所述温度检测单元包括温度检测电路、第一温度开关保护电路和第二温度开关保护电路；所述温度检测电路、所述第一温度开关保护电路和所述第二温度开关保护电路均与所述控制处理单元连接；

所述温度检测电路，用于检测所述晶闸管的温度；

所述第一温度开关保护电路，用于在所述晶闸管的温度高于所述第一预设温度时，向所述控制处理单元发送第一信号；所述控制处理单元根据所述第一信号生成所述风机控制信号；

所述第二温度开关保护电路，用于在所述晶闸管的温度高于所述第二预设温度时，向所述控制处理单元发送第二信号；所述控制处理单元根据所述第二信号生成控制所述进闸管关闭的停止信号。

优选的，还包括显示单元和隔离电源单元；所述显示单元与所述控制处理单元连接；所述隔离电源单元为所述控制处理单元和所述显示单元供电；

所述控制处理单元还用于在生成控制所述进闸管关闭的停止信号时，向所述显示单元发送故障信息；所述显示单元，用于显示所述故障信息；

所述隔离电源单元包括第一隔离变压器、第一二极管单相整流桥、三端正电压稳压器、发光二极管及第一电阻；所述第一隔离变压器的一次侧与第六外接电源电连接，二次侧与所述第一二极管单相整流桥的交流输入端连接；所述第一二极管单相整流桥的直流输出端的正极与所述三端正电压稳压器的输入端电连接，负极与所述三端正电压稳压器的接地端电连接；所述发光二极管与所述第一电阻串联，串联后的发光二极管和第一电阻并联在所述三端正电压稳压器的接地端和输出端之间。

优选的，所述隔离电源单元还包括短路保护熔断器、第一平波电容、第一储能电容、第二平波电容和第二储能电容；

所述第一隔离变压器的一次侧通过所述短路保护熔断器与所述第六外接电源电连接；

所述第一平波电容和所述第一储能电容并联，且整体并联在所述第一二极管单相整流桥的正极和负极之间；

所述第二平波电容和所述第二储能电容并联，且整体并联在所述三端正电压稳压器的输出端和接地端之间。

优选的，所述输入输出信号光电隔离单元包括一个以上的输入信号光电隔离电路和一个以上的输出信号光电隔离电路；

每个所述输入信号光电隔离电路均包括第一光耦合器和第四上拉电阻；所述第一光耦合器的第一引脚与第七外接电源的正极连接，第二引脚接收外部控制信号，第三引脚接地，第四引脚与所述控制处理单元电连接，并通过第四上拉电阻与第八外接电源电连接；

每个所述输出信号光电隔离电路均包括第二光耦合器和第五上拉电阻；所述第二光耦合器的第一引脚通过所述第五上拉电阻与所述第八外接电源连接，第二引脚与所述控制处理单元连接，第三引脚与所述第七外接电源的负极连接，第四引脚输出电平信号。

优选的，所述过零检测单元包括一个以上的过零检测电路；每个所述过零检测电路对应检测所述晶闸管两端的一相电压；每个所述过零检测电路均包括第三光耦合器、三极管和分压限流电阻；所述晶闸管包括两个并联的第一晶闸管和第二晶闸管；

所述第三光耦合器的第一引脚通过第六上拉电阻与所述晶闸管电连接，第二引脚与所述三极管的集电极电连接，第四引脚与所述控制处理单元电连接；所述三极管的基极与所述分压限流电阻电连接；

所述三极管的射极用于与所述第一晶闸管的K极电连接；

所述分压限流电阻的另一端用于与所述第二晶闸管的K极电连接。

优选的，所述过零检测电路还包括阻容吸收电路和第二续流二极管；所述阻容吸收电路和所述第二续流二极管并联；

所述阻容吸收电路并联在所述三极管的基极和发射极之间；

所述第二续流二极管并联在所述三极管的基极和发射极之间，且所述第二续流二极管的正极与所述三级管的发射极电连接，所述第二续流二极管的负极与所述三极管的基极电连接。

优选的，所述驱动隔离单元包括一个以上的驱动隔离电路；每个所述驱动隔离电路对应一个所述过零检测电路；

每个所述驱动隔离电路均包括第二隔离变压器、第二二极管单相整流桥、功率开关管和第四光耦合器；

所述第二隔离变压器的一次侧与第九外接电源电连接，二次侧与所述第二二极管单相整流桥的交流输入端连接；

所述第二二极管单相整流桥的直流输出端的正极与所述功率开关的S极电连接，负极与所述功率开关的D极电连接；

所述第四光耦合器的第一引脚接第十外接电源，第二引脚与控制处理单元电连接，第三引脚与所述功率开关的D极电连接，第四引脚与所述功率开关的G极电连接。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：控制处理单元在晶闸管两端的电压相等时，根据输入输出信号光电隔离单元发送的低电平控制信号生成控制晶闸管启动的驱动信号；以及在晶闸管两端的电压不相等时，生成控制进闸管关闭的停止信号，从而可以防止晶闸管非过零触发，减少对电网产生的涌流冲击，更好地保护晶闸管模块。晶闸管投切电容器设备可实现大功率快速、准确、可靠、分相补偿无功功率，单个补偿支路最大可达3×175kvar。

进一步的，过零检测单元采用晶闸管两端电压直接测量方式，控制准确，过零点检测和控制不受谐波电压、电流、频率和电容器电压充放电影响，工作稳定可靠。温度检测单元通过检测晶闸管模块温度情况，控制散热风机启动，并在晶闸管过热时及时关断晶闸管模块，保护晶闸管模块及其他设备不被损坏。而隔离电源单元采用在交流侧和驱动侧进行双隔离，能够提高电路的可靠性，有效避免仅仅在低压直流侧进行隔离而发生隔离器件过压击穿的故障危险。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的温度检测单元中温度检测电路的电路图；

图3是本发明的温度检测单元中第一温度开关保护电路的电路图；

图4是本发明的温度检测单元中第二温度开关保护电路的电路图；

图5是本发明的风机控制单元的电路图；

图6是本发明的隔离电源单元的电路图；

图7是本发明的输入输出信号光电隔离单元中输入信号光电隔离电路的电路图；

图8是本发明的输入输出信号光电隔离单元中输出信号光电隔离电路的电路图；

图9是本发明的过零检测单元中一个过零检测电路的电路图；

图10是本发明的驱动隔离单元中一个驱动隔离电路的电路图；

图11是本发明的单片机STC12C5608的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，一个实施例中，反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路可以包括：输入输出信号光电隔离单元100、控制处理单元300、过零检测单元200和驱动隔离单元400。其中，控制处理单元300分别与输入输出信号光电隔离单元100、过零检测单元200和驱动隔离单元400连接。输入输出信号光电隔离单元100，用于根据外部控制信号生成低电平控制信号，并发送给控制处理单元300。过零检测单元200，用于检测晶闸管两端的电压大小是否相等，并发送给控制处理单元300。控制处理单元300，用于接收所述晶闸管两端的电压是否相等的信号和所述低电平控制信号，并在晶闸管两端的电压相等时，根据低电平控制信号生成控制晶闸管启动的驱动信号，发送给驱动隔离单元400。控制处理单元300还用于在晶闸管两端的电压不相等时，生成控制进闸管关闭的停止信号，发送给驱动隔离单元400。驱动隔离单元400，用于根据驱动信号驱动晶闸管过零触发，以及根据停止信号停止驱动晶闸管的过零触发。

参见图1，一个实施例中，过零触发控制电路还可以包括温度检测单元500和风机控制单元600。温度检测单元500和风机控制单元600均与控制处理单元300连接。温度检测单元500，用于检测晶闸管的温度，并将检测到的温度发送给控制处理单元300。控制处理单元300在温度检测单元500检测到的温度高于第一预设温度时生成风机控制信号，并通过输出输入信号光电隔离单元100发送给风机控制单元600。

进一步的，控制处理单元300还可以用于在温度检测单元500检测到的温度高于第二预设温度时生成控制进闸管关闭的停止信号。风机控制单元600用于根据风机控制信号控制与晶闸管对应的散热风机工作。其中，第二预设温度大于第一预设温度。例如，第一预设温度可以为50℃，第二预设温度可以为80℃。

作为一种可实施方式，温度检测单元500可以包括温度检测电路、第一温度开关保护电路和第二温度开关保护电路。其中，温度检测电路、第一温度开关保护电路和第二温度开关保护电路均与控制处理单元300连接。温度检测电路，用于检测晶闸管的温度。第一温度开关保护电路，用于在晶闸管的温度高于第一预设温度时，向控制处理单元300发送第一信号。控制处理单元300根据第一信号生成风机控制信号。第二温度开关保护电路，用于在晶闸管的温度高于第二预设温度时，向控制处理单元300发送第二信号。控制处理单元300根据第二信号生成控制晶闸管关闭的停止信号。

参见图2，一个实施例中，温度检测电路可以包括数字温度传感器和第一上拉电阻R22。本实施例中，数字温度传感器选用型号为DS18B20的数字温度传感器，但并不以此为限。数字温度传感器DS18B20的第一引脚与第三外接电源连接。数字温度传感器DS18B20的第二引脚与控制处理单元300连接，并通过第一上拉电阻R22与第三外接电源连接。数字温度传感器DS18B20的第三引脚接地。其中，第三外接电源可以为+5V的外接电源。

参见图3，一个实施例中，第一温度开关保护电路可以包括第一温度开关和第二上拉电阻R6。本实施例中，第一温度开关可以选用型号为B050-10的温度开关，但并不以此为限。第一温度开关B050-10的第一引脚与控制处理单元300连接，并通过第二上拉电阻R6与第四外接电源连接。第一温度开关B050-10的第二引脚接地。其中，第四外接电源可以为+5V的外接电源。第一温度开关

参见图4，一个实施例中，第二温度开关保护电路可以包括第二温度开关和第三上拉电阻R7。本实施例中，第二温度开关可以选用型号为B080-10的温度开关，但并不以此为限。第二温度开关B080-10的第一引脚与控制处理单元300连接，并通过第三上拉电阻R7与第五外接电源连接。第二温度开关B080-10的第二引脚接地。其中，第五外接电源可以为+5V的外接电源。

通过温度检测电路检测晶闸管实际温度值，用以启动散热风机及超温保护。通过第一温度开关保护电路、第一温度开关保护电路实现双重温度保护。当晶闸管温度超过第一预设温度(例如50℃)时，第一温度开关B050-10打开，生成第一信号发送给控制处理单元300。控制处理单元300根据第一信号生成风机控制信号，通过输出输入信号光电隔离单元100发送给风机控制单元600。当晶闸管温度超过第二预设温度(80℃)时，第二B080-10常闭节点打开，生成第二信号发送给控制处理单元300。控制处理单元300根据第二信号生成控制进闸管关闭的停止信号，从而保护晶闸管。设置温度检测单元500，通过检测晶闸管模块温度情况，来控制散热风机启动，并在晶闸管过热时及时关断晶闸管模块，保护晶闸管模块及其他设备不被损坏。

参见图5，一个实施例中，风机控制单元600可以包括控制继电器610、第一续流二极管D41和滤波电容C_FAN。控制继电器610的负极与输出输入信号光电隔离单元100电连接。控制继电器610的正极连接第一外接电源。控制继电器610的输出常开节点连接第二外接电源，为散热风机供电。第一续流二极管D41反并联在控制继电器610的两端。第一续流二极管D41的负极与第一外接电源连接，第一续流二极管D41的正极与控制继电器610的负极连接。滤波电容并联在控制继电器610的输出常开节点和第二外接电源的N极之间。其中，第一外接电源可以为+12V的外接电源，第二外接电源可以为AC220V的外接电源。

参见图1，一个实施例中，过零触发控制电路还可以包括显示单元700。显示单元700与控制处理单元300连接。控制处理单元300还用于在生成控制进闸管关闭的停止信号时，向显示单元700发送故障信息。显示单元300用于显示该故障信息。

参见图1，一个实施例中，过零触发控制电路还可以包括隔离电源单元800。隔离电源单元800为控制处理单元300和显示单元700供电。具体的，参见图6，作为一种可实施方式，隔离电源单元800可以包括第一隔离变压器TR0、第一二极管单相整流桥810、三端正电压稳压器P0、发光二极管PWR及第一电阻R24。第一隔离变压器TR0的一次侧与第六外接电源电连接，第一隔离变压器TR0的二次侧与第一二极管单相整流桥810的交流输入端连接。第一二极管单相整流桥810的直流输出端的正极与三端正电压稳压器P0的输入端电连接。第一二极管单相整流桥810的直流输出端的负极与三端正电压稳压器P0的接地端电连接。发光二极管PWR与第一电阻R24串联，串联后的发光二极管PWR和第一电阻R24并联在三端正电压稳压器P0的接地端和输出端之间。其中，三端正电压稳压器P0的输入端即为图6中的Vin端，三端正电压稳压器P0的输出端即为图6中的Vout端，三端正电压稳压器P0的接地端即为图6中的GND端。第六外接电源可以为AC220V的外接电源。

进一步的，参见图6，隔离电源单元800还可以包括短路保护熔断器FU、第一平波电容C101、第一储能电容E1、第二平波电容C102和第二储能电容E2。第一隔离变压器TR0的一次侧通过短路保护熔断器FU与第六外接电源电连接。第一平波电容C101和第一储能电容E1并联，且整体并联在第一二极管单相整流桥810的正极和负极之间。第二平波电容C102和第二储能电容E2并联，且整体并联在三端正电压稳压器P0的输出端和接地端之间。

隔离电源单元800的隔离电源电路采用在交流侧和驱动侧进行双隔离，提高了电路的可靠性，能够有效避免仅仅在低压直流侧进行隔离而发生隔离器件过压击穿的故障危险。

作为一种可实施方式，输入输出信号光电隔离单元100可以包括一个以上的输入信号光电隔离电路和一个以上的输出信号光电隔离电路。

参见图7，以输入输出信号光电隔离单元100包括三个输入信号光电隔离电路为例进行说明。每个输入信号光电隔离电路可以均包括第一光耦合器(光耦合器G1、光耦合器G2或光耦合器G3)和第四上拉电阻(上拉电阻R1、上拉电阻R2或上拉电阻R3)。第一光耦合器的第一引脚与第七外接电源的正极连接。第一光耦合器的第二引脚接收外部控制信号。第一光耦合器的第三引脚接地。第一光耦合器的第四引脚与控制处理单元300电连接，并通过第四上拉电阻与第八外接电源电连接。其中，第七外接电源可以为+12V的外接电源，第八外接电源可以为+5V的外接电源。第八外接电源为第一光耦合器的工作电源。本实施例中，第一光耦合器可以选用型号为TLP785的光耦合器，但并不以此为限。

参见图8，以输入输出信号光电隔离单元100包括两个输出信号光电隔离电路为例进行说明。每个输出信号光电隔离电路可以均包括第二光耦合器(光耦合器G10或光耦合器G11)和第五上拉电阻(上拉电阻R12或上拉电阻R13)。第二光耦合器的第一引脚通过第五上拉电阻与第八外接电源连接，第二光耦合器的第二引脚与控制处理单元300连接，第二光耦合器的第三引脚与第七外接电源的负极连接，第二光耦合器的第四引脚输出电平信号。其中，第二光耦合器可以选用型号为TLP627的光耦合器，但并不以此为限。

具体的，输入输出信号光电隔离单元100可以包括三个输入信号光电隔离电路和两个输出信号光电隔离电路。三个输入信号光电隔离电路分别对应A相、B相和C相外部控制输入信号。两个输出信号光电隔离电路分别对应风机控制信号、晶闸管驱动故障输出信号。

作为一种可实施方式，过零检测单元200可以包括一个以上的过零检测电路。每个过零检测电路对应检测晶闸管两端的一相电压。参见图9，一个实施例中，每个过零检测电路可以均包括第三光耦合器G6、三极管Q1和分压限流电阻。本实施例中，晶闸管包括两个并联的第一晶闸管和第二晶闸管。第三光耦合器G6的第一引脚通过第六上拉电阻R30与第一晶闸管的驱动隔离电源的正极电连接。第三光耦合器G6的第二引脚与三极管Q1的集电极电连接。第三光耦合器G6的第三引脚接地。第三光耦合器G6的第四引脚与控制处理单元100电连接。三极管Q1的基极与分压限流电阻电连接。三极管Q2的射极用于与第一晶闸管的K极电连接，并与第一晶闸管的驱动隔离电源的负极电连接。分压限流电阻的另一端用于与第二晶闸管的K极电连接，并与第二晶闸管的驱动隔离电源的负极电连接。

进一步的，参见图9，过零检测电路还可以包括阻容吸收电路210和第二续流二极管D30。阻容吸收电路210和第二续流二极管D30并联。阻容吸收电路210并联在三极管Q1的基极和发射极之间。第二续流二极管D30反并联在三极管Q1的基极和发射极之间。且第二续流二极管D30的正极与三级管Q1的发射极电连接，第二续流二极管D30的负极与三极管Q1的基极电连接。阻容吸收电路210可以包括相并联的电容和电阻，如图9中所示的电容C14和电阻R28。

本实施例中，分压限流电阻可以包括多个相串联的电阻。例如，图9中，分压限流电阻包括电阻R101至电阻R105，共五个电阻。另外，第三光耦合器G6可以选用型号为TLP627的光电耦合器，但并不以此为限。过零检测单元200的过零检测电路采用晶闸管两端电压直接测量方式，控制准确，过零电检测和控制不受谐波电压、电流、频率和电容器电压充放电影响，工作稳定可靠。

以下以A相过零检测电路为例，对过零检测电路进行进一步说明。如图9所示，A相过零检测电路主要包括光耦合器TLP627、NPN型小功率三极管9013和分压限流电阻R101～R105。X1、X2为A相2个反并联晶闸管的驱动端，其中2引脚接晶闸管的K极，将反并联晶闸管1管的K1极接至三极管Q1的射极，并与反并联晶闸管1管的驱动隔离电源负极相连。反并联晶闸管2管的K2极经分压限流电阻R101～R105及偏置电阻R29接至三极管Q1的基极，并与反并联晶闸管2管的驱动隔离电源负极相连。三极管Q1的集电极接至光耦合器TLP627的2脚。光耦合器TLP627的1脚经第六上拉电阻R30接至反并联晶闸管1管驱动隔离电源的正极。光耦合器TLP627的4脚经上拉电阻R8接至5V工作电源正极，光耦合器TLP627的3脚接地，光耦合器TLP627的4脚与控制处理单元300连接。三极管Q1的基极与射极间并联阻容吸收电路210，同时反并联一个续流二极管D30。

其中，K1、K2间电压U_k2k1为反并联晶闸管两端的电压差。当反并联晶闸管两端电压相等时，三极管Q1截止，光耦合器G6的4引脚输出高电平信号给控制处理单元300。当反并联晶闸管两端电压不相等时，三极管Q1导通，光耦合器G6的4引脚输出低电平信号给控制处理单元300。从而，控制处理单元300接收到晶闸管A相电压过零信号。

另外，B相过零检测电路和C相过零检测电路与A相过零检测电路结构相同，B相过零检测电路和C相过零检测的工作原理相同，故在此不再赘述。

作为一种可实施方式，驱动隔离单元400可以包括一个以上的驱动隔离电路。每个驱动隔离电路对应一个过零检测电路。参见图10，一个实施例中，每个驱动隔离电路均包括第二隔离变压器TR1、第二二极管单相整流桥410、功率开关420和第四光耦合器G12。第二隔离变压器TR1的一次侧与第九外接电源电连接。第二隔离变压器TR1的二次侧与第二二极管单相整流桥410的交流输入端连接。第二二极管单相整流桥410的直流输出端的正极与功率开关420的S极电连接。第二二极管单相整流桥410的直流输出端的负极与功率开关420的D极电连接。第四光耦合器G12的第一引脚接第十外接电源。第四光耦合器G12的第二引脚与控制处理单元300电连接。第四光耦合器G12的第三引脚与功率开关420的D极电连接。第四光耦合器G12的第四引脚与功率开关的G极电连接。

本实施例中，第四光耦合器G12可以选用型号为TLP627的光耦合器，功率开关420可以选用型号为IRF7416的功率开关。第九外接电源可以为AC220V的外接电源，第十外接电源可以为+5V的外接电源。

以下以A相驱动隔离电路为例，对驱动隔离电路进行进一步说明。如图10所示，A相驱动隔离电路主要包括隔离变压器TR1、二极管单相整流桥410、功率开关420(型号为IRF7416)、光耦合器G12(型号为TLP627)。外部单相AC220V电源经隔离变压器TR1、二极管单相整流桥410及滤波电容C104和储能电容E4产生触发脉冲。控制处理单元100经光耦合器G12隔离后连接至功率开关420的G极4脚。功率开关420的S极1、2、3脚连接至触发脉冲电源的正极。功率开关420的G、S极间并联滤波阻容电路滤波。本实施例中，该滤波阻容电路包括电容C11和电阻R25。功率开关420的D极5、6、7、8脚经滤波电容C12连接至触发脉冲电源负极。A相晶闸管1管的G1极经电阻R1a和电阻R1b电连接至功率开关420的D极。A相晶闸管1管的K1极连接至触发脉冲电源的负极。A相晶闸管1管的G1极和K1极之间并联由电容C13和电阻R27构成的阻容吸收电路，同时反并联一个续流二极管D29。

当控制处理单元300接收外部控制信号后，输出低电平生成触发信号，经过光耦合器G12生成驱动隔离信号。功率开关420的PMOS1导通，X1接收驱动脉冲信号，第一联晶闸管A相导通。另外，本实施例中，驱动隔离单元400包括A相驱动隔离电路、B相驱动隔离电路和C相驱动隔离电路。B相驱动隔离电路和C相驱动隔离电路与A相驱动隔离电路组成相同，故在此不再赘述。

参见图11，一个实施例中，控制处理单元300可以为单片机STC12C5608。具体的，单片机STC12C5608的3脚接阻容复位电路生成的上电复位信号。单片机STC12C5608的4、5脚经外接4针端子J-COM的1、2脚与显示单元700通讯。显示单元700经J-COM的3、4脚分别与5V和GND相连，给显示单元700供电。单片机STC12C5608的6、7脚接24M的晶振。单片机STC12C5608的其他各个引脚与其他各个单元的具体电路之间的连接关系可以参考附图，在此不再赘述。当然，在其他实施例中，控制处理单元300可以为其他型号的单片机，如STC12C5620AD系列的单片机。

当外部有控制晶闸管投入A相(或B相、C相)的命令时，单片机STC12C5608的19脚(或20、21脚)会检测到持续低电平信号。然后当单片机STC12C5608的11脚(或12脚、17脚)检测到高电平信号时(表示A相或B相、C相晶闸管电压为零)，单片机STC12C5608的10脚、15脚(或13脚、2脚或9脚、8脚)输出低电平触发信号控制A相(B相、C相)反并联晶闸管1、2管导通。同时通过检测A相(B相、C相)过零检测电路的输出给单片机STC12C5608的11脚(或12脚、17脚)信号是否始终为高电平信号，来检测A相晶闸管(或B相、C相)是否可靠触发。若为可靠触发，单片机STC12C5608的10脚、15脚(或13脚、2脚或9脚、8脚)将持续输出低电平触发信号，直到单片机STC12C5608的19(或20、21脚)检测到高电平信号，单片机STC12C5608的10脚、15脚(或13脚、2脚或9脚、8脚)才会停止输出持续低电平信号；否则，停止输出持续低电平信号，单片机STC12C5608生成触发故障信号，并通过单片机STC12C5608的3、4脚与显示单元700通讯，在显示单元700的界面上显示驱动故障信息。

以下以A相电压为例，对过零触发控制电路的工作过程进行描述。

可以理解的，当输入输出信号光电隔离单元100检测到外部控制信号有A相投入命令(单片机的19脚为持续低电平有效信号)时，同时通过A相过零检测电路检测到A相电压过零(单片机的11脚检测到高电平信号)，控制处理单元300生成A相的驱动信号，驱动信号经过A相驱动隔离电路生成A相晶闸管的触发脉冲。此时如果触发成功，则A相的过零检测电路会检测到持续有效信号(单片机的11脚检测到持续高电平信号)。若检测不到A相的过零信号持续有效，则判定A相晶闸管损坏，控制处理单元300生成控制进闸管关闭的停止信号，进行保护停机。当输入输出信号光电隔离单元100检测到外部控制A相切除命令后，首先停止A相触发信号，然后检测A相的过零信号是否为无效信号。因为如果A相晶闸管可靠关断，则晶闸管两端电压不相等，过零信号无效的。

本发明的实例晶闸管投切电容器(TSC)设备可实现大功率快速、准确、可靠、分相补偿无功功率，单个补偿支路最大可达3×175kvar。根据发明的转换的2控3晶闸管投切电容器(TSC)设备可实现三相无功功率共补，单个补偿支路最大可达400kvar。

通过上述方案，可以保证晶闸管零电压可靠投入、零电流可靠切除，投切过程无涌流，对电网无冲击，确保在接收外部控制信号后使晶闸管能够准确、快速、可靠的投切电容器。过零检测单元200采用晶闸管两端电压直接测量方式，控制准确，过零点检测和控制不受谐波电压、电流、频率和电容器电压充放电影响，工作稳定可靠。进一步的，温度检测单元500通过检测晶闸管模块温度情况，控制散热风机启动，并在晶闸管过热时及时关断晶闸管模块，保护晶闸管模块及其他设备不被损坏。而隔离电源单元800采用在交流侧和驱动侧进行双隔离，能够提高电路的可靠性，有效避免仅仅在低压直流侧进行隔离而发生隔离器件过压击穿的故障危险。

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)

1.一种反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，其特征在于，包括输入输出信号光电隔离单元、控制处理单元、过零检测单元和驱动隔离单元；所述控制处理单元分别与所述输入输出信号光电隔离单元、所述过零检测单元和所述驱动隔离单元连接；

所述输入输出信号光电隔离单元，用于根据外部控制信号生成低电平控制信号，并发送给所述控制处理单元；

所述过零检测单元，用于检测晶闸管两端的电压大小是否相等，并发送给所述控制处理单元；

所述控制处理单元，用于接收所述晶闸管两端的电压是否相等的信号和所述低电平控制信号，并在所述晶闸管两端的电压相等时，根据所述低电平控制信号生成控制所述晶闸管启动的驱动信号，发送给所述驱动隔离单元；以及在所述晶闸管两端的电压不相等时，生成控制所述晶闸管关闭的停止信号，发送给所述驱动隔离单元；

所述驱动隔离单元，用于根据所述驱动信号驱动所述晶闸管过零触发，以及根据所述停止信号停止驱动所述晶闸管的过零触发；

所述驱动隔离单元包括一个以上的驱动隔离电路；每个所述驱动隔离电路对应一个所述过零检测电路；

所述驱动隔离电路包括：第二隔离变压器、二极管单相整流桥、电容C104、储能电容、功率开关、电阻R25、电容C11、电容C12、电阻R26、电阻R1a、电阻R1b、第二十九二极管、电容C13、电阻R27、光耦合器、电阻R14和接口芯片；

所述第二隔离变压器的一次侧接外部单相电源，所述第二隔离变压器的二次侧与二极管单相整流桥的输入端相连，二极管单相整流桥的正输出端分别与所述电容C104的第一端、储能电容的第一端、电容C11的第一端、电阻R25的第一端和功率开关IRF7416的S极1、2、3脚相连；所述电容C11的第二端、电阻R25的第二端、电阻R26的第一端和功率开关IRF7416的G极4脚相连；电阻R26的第二端与光耦合器的信号输出端相连；所述电阻R14的第一端与光耦合器的信号输入端相连，电阻R14的第二端接控制处理单元；所述功率开关IRF7416的D极5、6、7、8脚、电容C12的第一端和所述电阻R1a的第一端相连，所述电阻R1a的第二端与所述电阻R1b的第一端相连，所述电阻R1b的第二端分别与所述第二十九二极管的阴极、电容C13的第一端、电阻R27的第一端和接口芯片的一个脚相连。

2.根据权利要求1所述的反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，其特征在于，还包括温度检测单元和风机控制单元；所述温度检测单元和所述风机控制单元均与所述控制处理单元连接；

所述温度检测单元，用于检测所述晶闸管的当前温度，并将所述当前温度发送给所述控制处理单元；

所述控制处理单元，还用于在所述当前温度高于第一预设温度时生成风机控制信号，并通过所述输出输入信号光电隔离单元发送给所述风机控制单元；以及在所述当前温度高于第二预设温度时生成控制所述晶闸管关闭的停止信号；

所述风机控制单元用于根据所述风机控制信号控制与所述晶闸管对应的散热风机工作；

其中，所述第二预设温度大于所述第一预设温度。

3.根据权利要求2所述的反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，其特征在于，所述风机控制单元包括控制继电器、第一续流二极管和滤波电容；所述控制继电器的负极与所述输出输入信号光电隔离单元电连接，所述控制继电器的正极连接第一外接电源，所述控制继电器的输出常开节点连接第二外接电源，为所述散热风机供电；

所述第一续流二极管反并联在所述控制继电器的两端；

所述滤波电容并联在所述控制继电器的输出常开节点和所述第二外接电源的N极之间。

4.根据权利要求2所述的反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，其特征在于，所述温度检测单元包括温度检测电路、第一温度开关保护电路和第二温度开关保护电路；所述温度检测电路、所述第一温度开关保护电路和所述第二温度开关保护电路均与所述控制处理单元连接；

所述温度检测电路，用于检测所述晶闸管的温度；

所述第一温度开关保护电路，用于在所述晶闸管的温度高于所述第一预设温度时，向所述控制处理单元发送第一信号；所述控制处理单元根据所述第一信号生成所述风机控制信号；

所述第二温度开关保护电路，用于在所述晶闸管的温度高于所述第二预设温度时，向所述控制处理单元发送第二信号；所述控制处理单元根据所述第二信号生成控制所述晶闸管关闭的停止信号。

5.根据权利要求1所述的反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，其特征在于，还包括显示单元；所述显示单元与所述控制处理单元连接；

所述控制处理单元还用于在生成控制所述晶闸管关闭的停止信号时，向所述显示单元发送故障信息；所述显示单元，用于显示所述故障信息。

6.根据权利要求1所述的反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，其特征在于，所述隔离电源单元还包括短路保护熔断器、第一平波电容、第一储能电容、第二平波电容和第二储能电容；

第一隔离变压器的一次侧通过所述短路保护熔断器与第六外接电源电连接；

所述第一平波电容和所述第一储能电容并联，且整体并联在第一二极管单相整流桥的正极和负极之间；

所述第二平波电容和所述第二储能电容并联，且整体并联在三端正电压稳压器的输出端和接地端之间。

7.根据权利要求1所述的反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，其特征在于，所述输入输出信号光电隔离单元包括一个以上的输入信号光电隔离电路和一个以上的输出信号光电隔离电路；

每个所述输入信号光电隔离电路均包括第一光耦合器和第四上拉电阻；所述第一光耦合器的第一引脚与第七外接电源的正极连接，第二引脚接收外部控制信号，第三引脚接地，第四引脚与所述控制处理单元电连接，并通过第四上拉电阻与第八外接电源电连接；

每个所述输出信号光电隔离电路均包括第二光耦合器和第五上拉电阻；所述第二光耦合器的第一引脚通过所述第五上拉电阻与所述第八外接电源连接，第二引脚与所述控制处理单元连接，第三引脚与所述第七外接电源的负极连接，第四引脚输出电平信号。

8.根据权利要求1所述的反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，其特征在于，所述过零检测单元包括一个以上的过零检测电路；每个所述过零检测电路对应检测所述晶闸管两端的一相电压；每个所述过零检测电路均包括第三光耦合器、三极管和分压限流电阻；所述晶闸管包括两个并联的第一晶闸管和第二晶闸管；

所述第三光耦合器的第一引脚通过第六上拉电阻与所述晶闸管电连接，第二引脚与所述三极管的集电极电连接，第四引脚与所述控制处理单元电连接；所述三极管的基极与所述分压限流电阻电连接；

所述三极管的发射极用于与所述第一晶闸管的K极电连接；

所述分压限流电阻的另一端用于与所述第二晶闸管的K极电连接。

9.根据权利要求8所述的反并联晶闸管分相投切电容器的过零触发控制电路，其特征在于，所述过零检测电路还包括阻容吸收电路和第二续流二极管；所述阻容吸收电路和所述第二续流二极管并联；

所述阻容吸收电路并联在所述三极管的基极和发射极之间；

所述第二续流二极管并联在所述三极管的基极和发射极之间，且所述第二续流二极管的正极与三级管的发射极电连接，所述第二续流二极管的负极与所述三极管的基极电连接。