CN106324467A - 单向可控硅全状态监测器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种单向可控硅全状态监测器，其特点是，包括：导通角指示电路、电源电路、电源切换电路、高频信号产生电路、单向可控硅工作状态检测和报警电路、过热检测电路与红外线报警电路电连接。其优点是，通过单向可控硅承受反向电压期间就地自动输入电源，不需要通过繁杂的导线输入电源，特别适用于数量比较多的中大功率电力变换设备；通过输出高频信号到单向可控硅两端以使连接于单向可控硅阴阳极上的供电变压器线圈在不带电的状态下，产生足够的感抗来极大地减少监测器的工作电流，使监测器能够实现小型化，并能够对单向可控硅的全状态进行检测，从而使得中大功率电力变换设备中使用数量较多的单向可控硅的全状态监测变得切实可行。

Description

单向可控硅全状态监测器

技术领域

本发明涉及控制领域，是一种单向可控硅全状态监测器。

背景技术

现有技术中，只能通过计算机串行通讯的方式来监测可控硅的工作状态，其不足之处是，抗强磁干扰性差，而且通过导线来给监测电路供电，设备连线繁杂。现有技术实际上只是对单向可控硅进行常规的过热检测。由于中、大功率电力变换设备所应用的单向可控硅数量在几十甚至几百个，在多数情况下，通常为减少设备布线，每只单向可控硅独立的过热检测都被取消了，单向可控硅基本上处于不检测状态。目前还没有真正适用的单向可控硅全状态监测器。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种结构简单、体积小、性能可靠、显示直观，特别适于在线监测的单向可控硅全状态监测器。

实现本发明目的采用的技术方案是，一种单向可控硅全状态监测器，其特征是，它包括：导通角指示电路1、电源电路2、电源切换电路3、高频信号产生电路4、单向可控硅工作状态检测和报警电路5、过热检测电路6与红外线报警电路7电连接，所述的导通角指示电路1包括二极管D0、电阻R0与磁电式直流电压表V0电连接；所述的电源电路2包括二极管D1、电容C1与交流—直流开关电源POWER电连接；所述的电源切换电路3包括稳压管DW1、电阻R14、R15、电容C7、继电器J1与三极管T1电连接；所述的高频信号产生电路4包括电阻R2、R16、R17、R18、电容C8、C11、C12与时基电路U1电连接；所述的单向可控硅工作状态检测和报警电路5包括电阻R9、R10、R11、R12、二极管D5、D6、D7、发光二极管L1、L2、三极管T2、电容C10、C13与小功率可控硅S1电连接；所述的过热检测电路6包括小功率可控硅S2、电容C2、电阻R1、发光二极管L3与温度开关WT电连接；所述的红外线报警电路7包括电阻R3、R5、R6、R7、R8、电容C3、C4、C5、时基电路U2与红外线发射二极管IR电连接。

本发明的单向可控硅全状态监测器的优点体现在：

1）通过单向可控硅承受反向电压期间就地自动输入电源，不需要通过繁杂的导线输入电源，特别适用于数量比较多的中大功率电力变换设备；

2）通过输出高频信号到单向可控硅两端以使连接于单向可控硅阴阳极上的供电变压器线圈在不带电的状态下，产生足够的感抗来极大地减少监测器的工作电流，供电变压器线圈的直流电阻为欧姆级至毫欧，使监测器能够实现小型化，并能够对单向可控硅的全状态进行检测，从而使得中大功率电力变换设备中使用数量较多的单向可控硅的全状态监测变得切实可行；

3）采用红外线输出报警信号，彻底解决繁杂的导线连接；

4）其结构简单、体积小、性能可靠、显示直观，特别适于在线监测。

附图说明

图1为本发明的单向可控硅全状态监测器的电路原理图。

图中：1导通角指示电路、2电源电路、3电源切换电路、4高频信号产生电路、5单向可控硅工作状态检测和报警电路、6过热检测电路、7红外线报警电路。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明的单向可控硅全状态监测器，包括：导通角指示电路1、电源电路2、电源切换电路3、高频信号产生电路4、单向可控硅工作状态检测和报警电路5、过热检测电路6与红外线报警电路7电连接。导通角指示电路1包括二极管D0、电阻R0与磁电式直流电压表V0电连接。二极管D0的单向导电性保证只有单向可控硅的正向电压，即单向可控硅的阳极A电位比阴极K电位时，能通过电阻R0施加到磁电式直流电压表上。磁电式直流电压表具有优良的抗外强磁场的性能。电阻R0是限流电阻，电阻R0阻值大小使单向可控硅不导通时电压表V0指针正好满偏为准，电阻功率根据单向可控硅的阳极A-阴极K之间的电压大小决定，可控硅的导通角越大电压表V0偏幅越小，该导通角指示电路1虽然精度不高，但非常简单、可靠、直观，特别适于在线使用。电源电路2包括二极管D1、电容C1与交流--直流开关电源POWER电连接。二极管D1保证只在单向可控硅承受反向电压期间从单向可控硅阴阳极两端输入电源，同时确保不影响单向可控硅主电路的工作状态，电容C1不仅能起滤波作用，同时能大大扩展开关电源POWER的低电压输入范围，非常适合于供电电压变化大的带有载开关调压的电力变换设备。开关电源POWER为宽电压输入、隔离电压大于1000VAC的微型交直流通用的开关电源，在单向可控硅带电状态下向整个监测器电路供电，不消耗碱性干电池BTY的电量。电源切换电路3包括稳压管DW1、电阻R14、R15、电容C7、继电器J1与三极管T1电连接。当开关电源POWER输出电压大于5.8伏时，即稳压管DW1击穿电压为5.1伏，三极管T1的基极B-集电极E导通压降为0.7伏，两者电压之和为5.8伏，稳压管DW1击穿导电，三极管T1同时导通，继电器J1迅速吸合，继电器J1的常闭接点断开，干电池BTY停止供电，由开关电源POWER向整个电路提供电源，电阻R14起限流作用；电容C7充电后由电阻R15向继电器J1提供较小的电流就能保证继电器维持吸合状态，为低功耗电路；二极管D2和D3起单向隔离作用，保证开关电源POWER和干电池BTY互不干扰；电容C9能保证开关电源POWER和干电池BTY相互切换时电路电源不中断。高频信号产生电路4包括电阻R2、R16、R17、R18、电容C8、C11、C12与时基电路U1电连接。其中电阻R17、R18、电容C11、C12和时基电路U1组成典型的多谐振荡器，从时基电路U1的3号脚输出57KHZ的高频信号，由于单向可控硅供电变压器供电线圈的感抗差别很大，该频率范围为10KHZ—100KHZ比较合理，经电阻R2和电容C8输出到单向可控硅阳极A-阴极K两端；电阻R3起限流作用；电容C8为57KHZ高频信号的耦合电容，其耐压值根据阳极A-阴极K之间的电压大小决定；电阻R16在高频信号低电平期间给电容C8提供放电回路；为减小时基电路U1的功率消耗，时基电路U1选择CMOS 工艺生产的TLC555CP时基电路。单向可控硅工作状态检测和报警电路5包括电阻R9、R10、R11、R12、二极管D5、D6、D7、发光二极管L1、L2、三极管T2、电容C10、C13与小功率可控硅S1电连接。当单向可控硅主回路不带电时，在高频信号的高电平期间，无论单向可控硅是否与供电变压器的供电线圈相连，只要单向可控硅没被击穿，则57KHZ的高频信号经电阻R2、电容C8、电阻R9、二极管D6和发光二极管L1形成回路，根据电力变换电路的不同，该高频信号还可能流经供电变压器的供电线圈，在二极管D6和发光二极管L1上必然产生约2.5伏的电压降，即二极管D6导通时的压降为0.7伏，发光二极管L1的导通压降为1.8伏，两者之和为2.5伏，该电压使三极管T2饱和导通，三极管T2的集电极C的电位低于0.2伏；在高频信号的低电平期间，二极管D6和发光二极管L1不导通，其上的电压降为0伏，三极管T2截止，此时12伏电源正极经电阻R11向电容C10充电，但由于电容C10的充电延迟功能使其上的充电电压在接着的高频信号高电平到来之前还不到0.3伏就被三极管T2迅速放掉，此状态下小功率可控硅S1不能被触发导通，发光二极管L2不亮而L1点亮发光，指示单向可控硅未被击穿，处于完好状态；电阻R10为限流电阻；当单向可控硅被击穿，则57KHZ的高频信号经电阻R2、电容C8和被击穿的单向可控硅直接形成回路而不流经电阻R9、二极管D6和发光二极管L1，则二极管D6和发光二极管L1上的电压降始终为0伏，三极管T2截止，此时12伏电源正极经电阻R11向电容C10充电，约经过20毫秒，电容C10上的电压超过3.3伏时，即二极管D7导通时的压降为0.7伏，发光二极管导通时的压降为1.8伏，小功率可控硅S1的触发电压为0.8伏，三者之和为3.3伏立即可靠地触发小功率可控硅S1导通并保持导通状态直至自锁按键开关FA被按下才解除导通状态，此时发光二极管L1不亮L2点亮发光，指示单向可控硅已被击穿，同时通过小功率可控硅S1的阴极K向红外线报警电路7输出报警信号；二极管D5、D6和D7起单向导电作用；电阻R9和R12起限流作用；电容C13起抗干扰作用，防止小功率可控硅S1被误触发；调整电容C10的容量可改变小功率可控硅S1的导通反应时间，但同时也改变了它的工作可靠性，应适当选择电容C10的容量；当单向可控硅主回路带电而未被击穿时，在单向可控硅承受反向电压期间，单向可控硅阳极A-阴极K两端的电压和57KHZ的高频信号同时施加在电阻R9、二极管D6和发光二极管L1上，在二极管D6和发光二极管L1上必然产生约2.5伏的电压降，该电压使三极管T2导通，电容C10上储存的电荷被迅速放掉；在单向可控硅承受正向电压期间，由于二极管D6的反向截止作用使单向可控硅阴阳极承受的正向电压不能通过电阻R9、二极管D6和发光二极管L1形成回路，三极管T2截止，此时12伏电源正极经电阻R11向电容C10充电，但由于电容C10的充电延迟功能使其上的充电电压在接着的单向可控硅承受反向电压到来之前还不到2伏就被三极管T2迅速放掉，小功率可控硅S1不能被触发导通，发光二极管L2不亮；此种状态下，发光二极管L1点亮发光，由于主电路电压高，发光二极管L1明显更亮，更适合于远距离安全观察，指示单向可控硅未被击穿，处于完好状态；当单向可控硅被击穿，其阳极A-阴极K的电压立即消失，57KHZ的高频信号经电阻R2、电容C8和被击穿的单向可控硅直接形成回路而不流经电阻R9、二极管D6和发光二极管L1，二极管D6和发光二极管L1上的电压降为0伏，三极管T2截止，此时12伏电源的正极经电阻R11向电容C10充电，约经过20毫秒，电容C10上的电压超过3.3伏时立即可靠地触发小功率可控硅S1导通并保持导通状态直至自锁按键开关FA被按下才解除导通状态，此时发光二极管L1不亮L2点亮发光，指示单向可控硅已被击穿，同时通过小功率可控硅S1的阴极K向红外线报警电路7输出报警信号，配套的红外线接收电路接收到报警信号后可立即切断主电路电源，防止事故扩大；该检测电路能确保单向可控硅在带电和不带电状态下的全状态检测，并同时保留故障信号和发出报警信号；电阻R9的阻值和功率根据阳极A-阴极K之间的电压大小决定。过热检测电路6由小功率可控硅S2、电容C2、电阻R1、发光二极管L3与温度开关WT电连接。当单向可控硅冷却不良而过热时，安装在单向可控硅上或其散热器上的温度开关WT动作，温度开关WT 的常开接点接通后立即触发小功率可控硅S2导通并保持导通状态直至自锁按键开关FA被按下才解除导通状态，发光二极管L3点亮发光并保持到直至小功率可控硅S2关断时为止，同时通过小功率可控硅S2的阴极K向红外线报警电路7输出报警信号；电阻R1起限流作用；电容C2起抗干扰作用，防止小功率可控硅S2被误触发；二极管D4和D9起报警信号的单向传输作用。红外线报警电路7包括电阻R3、R5、R6、R7、R8、电容C3、C4、C5、时基电路U2与红外线发射二极管IR电连接。电阻R5、R6、电容C4、C5和时基电路U2组成典型的多谐振荡器，从时基电路U2的3号脚输出38KHZ的振荡信号到红外线发射二极管IR，通过红外线发射二极管IR向外发出抗强磁干扰的38KHZ红外线报警信号，快速熔断器基本都是使用在中大功率电力变换设备中，强磁环境是普遍情况，红外线信号比无线电信号的抗干扰性要好的多，本实施例采用红外线信号；电阻R7是限流电阻，防止过大的电流损坏时基电路U2和红外线发射二极管IR；过热检测电路6或可控硅工作状态检测和报警电路5刚输出报警信号时通过电容C3向时基电路U2提供时间约50毫秒电压不小于7伏的电源，则红外线发射二极管IR有约50毫秒峰值电流不小于40毫安的激发电流，红外线发射二极管IR的发射距离不小于6米；电容C3充满电后时基电路U2停止工作以减少电路功耗，尤其是延长干电池BTY的使用时间；电阻R3给电容C3提供放电回路。该监测器采用低功耗设计，干电池在线式后备供电，开关电源POWER供电时整机工机电流小于10毫安，干电池BTY供电时整机工机电流小于5毫安；检测到故障信号时有约100毫秒80毫安的电流消耗，然后立即转入较小的工作电流状态，自锁按键开关FA弹起（接通）后又进入待机状态；采用60mah碱性干电池23A12V供电，正常情况下能使用一年以上，干电池BTY电压不低于9伏，电路即能工作正常。

本发明的单向可控硅全状态监测器电路所用的电子元器件均为现有技术的市售产品。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种单向可控硅全状态监测器，其特征是，它包括：导通角指示电路、电源电路、电源切换电路、高频信号产生电路、单向可控硅工作状态检测和报警电路、过热检测电路与红外线报警电路电连接，所述的导通角指示电路包括二极管D0、电阻R0与磁电式直流电压表V0电连接；所述的电源电路包括二极管D1、电容C1与交流—直流开关电源POWER电连接；所述的电源切换电路包括稳压管DW1、电阻R14、R15、电容C7、继电器J1与三极管T1电连接；所述的高频信号产生电路包括电阻R2、R16、R17、R18、电容C8、C11、C12与时基电路U1电连接；所述的单向可控硅工作状态检测和报警电路包括电阻R9、R10、R11、R12、二极管D5、D6、D7、发光二极管L1、L2、三极管T2、电容C10、C13与小功率可控硅S1电连接；所述的过热检测电路包括小功率可控硅S2、电容C2、电阻R1、发光二极管L3与温度开关WT电连接；所述的红外线报警电路包括电阻R3、R5、R6、R7、R8、电容C3、C4、C5、时基电路U2与红外线发射二极管IR电连接。