CN107689725B - 变频器用并联可控硅同步触发装置 - Google Patents

变频器用并联可控硅同步触发装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种变频器用并联可控硅同步触发电路，用于触发多个并联的可控硅。包括，脉冲信号生成模块3、脉冲计数器模块4、同步信号生成模块6、脉冲合成模块7、脉冲放大模块8。脉冲信号生成模块3产生驱动可控硅用的脉冲信号；脉冲计数器模块4输入所述脉冲信号，脉冲信号被移相成多路相位不同的驱动用脉冲信号；同步信号生成模块6生成与交流电网同步的同步信号；脉冲合成模块7输入多路所述相位不同的驱动用脉冲信号，并根据所述同步信号输出与交流电网同步的多路同步脉冲信号；脉冲放大模块8将所述多路同步脉冲信号功率放大后，输出至各个对应的可控硅的门极，触发各个可控硅的导通。

Description

变频器用并联可控硅同步触发装置
技术领域
本发明属于整流电路技术领域，涉及变频器用并联可控硅同步触发装置。
背景技术
在中大功率变频器中，为了避免上电时的浪涌冲击电流损坏整流模块，一般需要在变频器中设置上电缓冲装置。常用上电缓冲装置主要分为接触器控制方式和可控硅控制方式。其中可控硅控制方式由于采用无触点开关的可控硅器件，具有耐冲击、寿命长的优势。可控硅控制方式有交流侧可控硅控制和直流侧可控硅控制两种。
交流侧可控硅控制，目前，可控硅触发电路主要分为直流电源直接驱动方式和脉冲变压器驱动方式。其中，直流电源驱动方式是在可控硅门极和阴极之间施加持续的直流电源，以使可控硅持续导通。脉冲变压器驱动方式则在可控硅的门极施加脉冲信号，以使可控硅持续导通。前者存在驱动电源功耗大的问题，特别是对于大功率可控硅，需要更大的驱动电流来触发。而脉冲变压器驱动方式则存在电路复杂、成本高、体积大的缺点。
在中大功率变频器中，为了提高变频器额定功率，通常采用多个可控硅并联的方案来提高整流侧功率。
并联的可控硅驱动，如果使用直流电源直接驱动，需要在主控电路检测到母线电压高于设定值时，发出驱动信号，该驱动信号经光电隔离控制驱动电源加载至并联的可控硅的门极和阴极之间，以使可控硅持续导通。这种方式存在以下缺点。
缺点1：
存在驱动电源功耗大的问题，特别是对于多个并联的大功率可控硅，需要更大的驱动电流来触发。
缺点2：
由于并联的可控硅门极特性不可避免的会有差异，导致相同的电路参数时不同可控硅的实际驱动电流差异较大，极端的情况是并联可控硅的实际驱动电流低于阀值，导致某个可控硅不能正确开通，而使变频器整流电路失效。
用脉冲变压器驱动方式驱动并联的可控硅，同样在主控电路检测到母线电压高于设定值时，发出驱动信号给脉冲发生器电路，脉冲经放大电路驱动脉冲变压器，隔离后的脉冲信号送至可控硅的门极和阴极之间，使可控硅持续导通。为保证并联可控硅可靠导通，每个可控硅需配置一个独立的脉冲变压器。
这种方式存在以下缺点。
缺点1：电路复杂，脉冲变压器成本高、体积大。
缺点2：并联的每个可控硅需配置一个独立的脉冲变压器，导致脉冲变压器数量多，占据电路板面积大。
缺点3：如果不设置同步驱动，在可控硅阳极电压低于阴极时仍然提供驱动脉冲，而此时可控硅处于非导通状态，至少浪费了一半的能量。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种驱动功耗小、成本低、电路体积小的变频器用并联可控硅的同步触发电路。
本发明的第一技术方案为一种变频器用并联可控硅同步触发电路，用于触发多个并联的可控硅，其特征在于包括，脉冲信号生成模块(3)、脉冲信号移相模块(4)、同步信号生成模块(6)、脉冲合成模块(7)、脉冲放大模块(8)，
所述脉冲信号生成模块(3)产生驱动可控硅用的脉冲信号；
所述脉冲信号移相模块(4)输入所述脉冲信号，所述脉冲信号被移相成多路相位不同的驱动用脉冲信号；
所述同步信号生成模块(6)生成与交流电网同步的同步信号；
所述脉冲合成模块(7)输入多路所述相位不同的驱动用脉冲信号，并根据所述同步信号输出与交流电网同步的多路同步脉冲信号；
所述脉冲放大模块(8)将所述多路同步脉冲信号功率放大后，输出至各个对应的可控硅的门极，触发各个可控硅的导通。
第二技术方案2基于第一技术方案，其特征在于，
还具有光电隔离模块(5)，所述光电隔离模块(5)接受可控硅的控制信号，所述可控硅的控制信号由所述光电隔离模块(5)光电隔离后，输入至所述脉冲合成模块(7)，所述脉冲合成模块(7)根据所述可控硅的控制信号，控制所述多路同步脉冲信号的输出。
第三技术方案基于第二技术方案，其特征在于，还包括可控硅驱动电源(1)、电源复位信号模块(2)、
所述可控硅驱动电源(1)为所述脉冲放大模块(8)提供驱动所述可控硅的电源，变频器上电期间时，所述可控硅驱动电源(1)停止供电，所述复位信号模块(2)监控所述可控硅驱动电源(1)的状态，在所述可控硅驱动电源(1)停止供电或供电出现异常时，所述复位信号模块(2)产生复位信号至所述脉冲信号移相模块(4)，使所述脉冲信号移相模块(4)停止输出所述相位不同的驱动用脉冲信号，关断所述可控硅。
第四技术方案基于第三技术方案，其特征在于，
所述脉冲信号移相模块(4)为脉冲计数器模块，以所述脉冲信号生成模块(3)生成的所述脉冲信号为时钟信号，通过对脉冲数计数，得到多路相位不同的驱动用脉冲信号。
第五技术方案基于第四技术方案，其特征在于，
所述脉冲合成模块(7)由与非门电路构成。
第六技术方案基于第五技术方案，其特征在于，
所述同步信号生成模块(6)以交流电网电压由负半周向正半周变化的过零点或正半周向负半周变化的过零点为基准生成用于触发所述可控硅导通的所述同步信号。
第七技术方案基于第六技术方案，其特征在于，所述同步信号生成模块(6)由钳位电路和比较器构成。
第八技术方案基于第七技术方案，其特征在于，可控硅驱动电源(1)为隔离DC/DC电源模块。
第九技术方案基于第一至第八中任一项所述变频器用并联可控硅同步触发电路，其特征在于，
所述并联的可控硅有多组，各组可控硅用于交流电网的不同相，所述同步信号生成模块(6)具有多个，各个所述同步信号生成模块(6)生成与交流电网中对应相同步的同步信号。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为单相四并联可控硅的同步触发装置的结构图；
图2为三相二并联可控硅的同步触发装置的结构图；
图3为图2所示同步触发装置的隔离DC/DC电源模块以及输入电源信号连接器的电路图；
图4为图2所示同步触发装置的电源复位信号模块的电路图；
图5为图2所示同步触发装置的脉冲信号生成模块和脉冲计数器模块的电路图；
图6为图2所示同步触发装置的光电隔离模块的电路图；
图7为图2所示同步触发装置的三个同步信号生成模块的电路图；
图8为图2所示同步触发装置的脉冲合成模块和脉冲放大模块以及可控硅门极连接器的电路图。
具体实施方式
本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。
第一实施方式
以下以单相四并联可控硅的同步触发装置装置为例对本发明的变频器用并联可控硅同步触发装置进行说明。
图1为单相四并联可控硅同步触发装置(以下简称为单相并联可控硅同步触发装置)的结构图。
如图1所示，单相并联可控硅同步触发装置20与可控硅组10中各可控硅的门极连接。可控硅组10为变频器中将输入的交流电整流成直流电，为逆变器提供电源的元件，由四个并联的可控硅组成。四个可控硅1A～4A的阴极和阳极并联连接，提高整流电路的输出功率。
单相并联可控硅同步触发装置20包括为隔离DC/DC电源模块(可控硅驱动电源)1、电源复位信号模块2、脉冲信号生成模块3、脉冲计数器模块(脉冲信号移相模块)4、同步信号生成模块6、脉冲合成模块7、脉冲放大模块8。
脉冲信号生成模块3产生驱动可控硅用的高频脉冲信号，该高频脉冲信号作为时钟信号输出至脉冲计数器模块4。
脉冲计数器模块4将脉冲信号生成模块3输出的高频脉冲信号作为时钟信号并进行计数，输出与可控硅数对应的4路相位不同的驱动用脉冲信号至脉冲合成模块7。
光电隔离模块5接受来自主控制器的可控硅控制信号并进行光电隔离，输出信号至脉冲合成模块7。
同步信号生成模块6使用比较器电路来获取交流电网的同步信号，输出的同步信号送往脉冲合成模块7。作为同步信号生成模块6具体结构，可由图8所示的钳位电路和比较器构成，以交流电网电压由负半周向正半周变化的过零点或正半周向负半周变化的过零点为基准生成用于触发所述可控硅导通的同步信号。
可控硅处于交流电网电压正半周时导通的设置状态时，同步信号与交流电网电压的正半周同步，输出驱动脉冲至门极就能触发可控硅导通，而在交流电网电压过零点进入负半周时，可控硅关断。
反之，可控硅处于交流电网电压负极半周时导通的设置状态时，同步信号与交流电网电压的负半周同步，输出驱动脉冲至门极就能触发可控硅导通，而在交流电网电压过零点进入正半周时，可控硅关断。
脉冲合成模块7输入脉冲计数器模块4输出的多路相位不同的驱动用脉冲信号，并根据同步信号输出与交流电网同步的多路同步脉冲信号。
脉冲放大模块8将多路同步脉冲信号功率放大后，输出至各个对应的可控硅的门极，触发各个可控硅的导通。
隔离DC/DC电源模块(可控硅驱动电源)1为脉冲放大模块8提供驱动可控硅的电源，变频器上电期间时，隔离DC/DC电源模块1停止供电。复位信号模块2监控隔离DC/DC电源模块1的状态，在隔离DC/DC电源模块1停止供电或供电出现异常时，复位信号模块2产生复位信号至脉冲计数器模块4，使脉冲计数器模块4停止输出相位不同的驱动用脉冲信号，关断所述可控硅。
光电隔离模块5接受可控硅的控制信号，可控硅的控制信号由光电隔离模块5光电隔离后，输入至脉冲合成模块7，脉冲合成模块7根据可控硅的控制信号，控制多路同步脉冲信号的输出。
脉冲合成模块7如图8所示，可由与非门电路构成。
即，脉冲合成模块7输入的信号有：来自光电隔离模块(5)的可控硅控制信号；来自同步信号生成模块6的同步信号；来自计数器模块4的相位不同的驱动用脉冲信号；脉冲合成模块7根据上述三类信号生成与交流电网同步的多路同步脉冲信号。多路同步脉冲信号由脉冲放大模块8放大后，输入对应的可控硅，实现了对可控硅组10中各个可控硅的驱动。
本发明的主要效果如下：
A、由于采用了脉冲驱动方案，有效降低的驱动电路的功耗，与直流驱动相比，功耗仅为其10％左右；
B、由于采用了同步脉冲驱动方案，仅在可控硅能够导通的时候为可控硅提供驱动脉冲，至少可以降低1/2电路功耗；
C、由于并联可控硅的驱动脉冲进行了移相，任何时候只有单个可控硅被驱动，有效降低了驱动电路的瞬时功耗，并且，不会由于可控硅门极参数的差异，导致可控硅不能被可靠触发的问题；
D、由于仅需要一个隔离DC/DC电源和一个光电隔离电路，无需脉冲变压器，有效减小了电路板面积，降低电路成本；
E、由于每个可控硅均有独立的门极驱动功率放大电路，确保了所有可控硅均能可靠触发而正常工作。
第二实施方式
以下以三相二并联可控硅同步触发装置为例对本发明的第二实施方式进行说明。图2为三相二并联可控硅同步触发装置的结构图，该三相二并联可控硅同步触发装置20a用于触发变频器中三相整流电路中的可控硅组10a。
图3为图2所示同步触发装置的隔离DC/DC电源模块以及输入电源信号连接器的电路图；图4为图2所示同步触发装置的电源复位信号模块的电路图；图5为图2所示同步触发装置的脉冲信号生成模块和脉冲计数器模块的电路图；图6为图2所示同步触发装置的光电隔离模块的电路图；图7为图2所示同步触发装置的三个同步信号生成模块的电路图；图8为图2所示同步触发装置的脉冲合成模块和脉冲放大模块以及可控硅门极连接器的电路图。
如图2所示，可控硅组10a包括三组可控硅，可控硅组1、2、3位于变频器的交流侧，对三相交流电进行整流。如可控硅组1位于U相，可控硅组2位于V相，可控硅组3位于W相。各可控硅组分别有两个阴极和阳极并联连接可控硅构成，以提高整流电路的输出功率。
如图2所示，三相二并联可控硅同步触发装置(以下简称为并联可控硅同步触发装置)20a包括，隔离DC/DC电源模块1a、电源复位信号模块2a、脉冲信号生成模块3a、8进制脉冲计数器4a、光电隔离模块5a、同步信号生成模块6a、脉冲合成模块7a、脉冲放大模块8a。
隔离DC/DC电源模块1a与图1中的隔离DC/DC电源模块1相同，为脉冲放大模块8a提供电源。
隔离DC/DC电源模块1a在变频器上电期间，停止输出电源。
电源复位信号模块2a与图1中的电源复位信号模块2相同，监控隔离DC/DC电源模块1a的输出状态，在输出停止状态时，送出复位信号至8进制脉冲计数器模块4a，保证上电过程中8进制计数器模块4a无脉冲输出，以关断可控硅组10a。另外，通过监控隔离DC/DC电源模块1a的输出状态，在可控硅驱动电源异常时，电源复位信号模块2a也能送出复位信号至8进制脉冲计数器模块4a，关断可控硅。
脉冲信号生成模块3a产生控制可控硅组10a的高频脉冲信号，该高频脉冲信号作为时钟信号输出至8进制脉冲计数器模块4a。
8进制脉冲计数器模块4a将脉冲信号生成模块3输出的高频脉冲信号作为时钟信号并进行计数，输出与可控硅数对应的6路相位不同的驱动用脉冲信号至脉冲合成模块7a，并在复位信号输入时，停止输出4路移相的脉冲信号。
光电隔离模块5a接受来自主控制器的可控硅控制信号并进行光电隔离，输出信号至脉冲合成模块7a。
同步信号生成模块6a包括三组同步信号生成模块。同步信号生成模块1获取交流电网的U相的同步信号，输出的同步信号送往脉冲合成模块7a。同步信号生成模块2获取交流电网的V相的同步信号，输出的同步信号送往脉冲合成模块7a。同步信号生成模块3获取交流电网的W相的同步信号，输出的同步信号送往脉冲合成模块7a。
脉冲合成模块7a输入脉冲计数器模块4a输出的6路驱动用脉冲信号，并根据各相的同步信号，输出各个可控硅的同步脉冲信号。
脉冲放大模块8将多路同步脉冲信号功率放大后，输出至各个对应的可控硅的门极，触发各个可控硅的导通。
第二实施方式，除具有第一实施方式的效果外，由于不同相的可控硅，公用一个隔离DC/DC电源模块(1a)、电源复位信号模块(2a)、脉冲信号生成模块(3a)、8进制脉冲计数器模块(4a)、并且，隔离电源DC/DC电源模块1a只要按照单个可控硅的驱动电流设计即可，具有体积小、设置容易、成本低等效果。

Claims (9)

1.一种变频器用并联可控硅同步触发电路，用于触发多个并联的可控硅，其特征在于包括，脉冲信号生成模块(3)、脉冲信号移相模块(4)、同步信号生成模块(6)、脉冲合成模块(7)、脉冲放大模块(8)，
所述脉冲信号生成模块(3)产生驱动可控硅用的脉冲信号；
所述脉冲信号移相模块(4)输入所述脉冲信号，所述脉冲信号被移相成多路相位不同的驱动用脉冲信号；
所述同步信号生成模块(6)生成与交流电网同步的同步信号；
所述脉冲合成模块(7)输入多路所述相位不同的驱动用脉冲信号，并根据所述同步信号输出与交流电网同步的多路同步脉冲信号；
所述脉冲放大模块(8)将所述多路同步脉冲信号功率放大后，输出至各个对应的可控硅的门极，触发各个可控硅的导通。
2.根据权利要求1所述的变频器用并联可控硅同步触发电路，其特征在于，
还具有光电隔离模块(5)，所述光电隔离模块(5)接受可控硅的控制信号，所述可控硅的控制信号由所述光电隔离模块(5)光电隔离后，输入至所述脉冲合成模块(7)，所述脉冲合成模块(7)根据所述可控硅的控制信号，控制所述多路同步脉冲信号的输出。
3.根据权利要求2所述的变频器用并联可控硅同步触发电路，其特征在于，还包括可控硅驱动电源(1)、电源复位信号模块(2)、
所述可控硅驱动电源(1)为所述脉冲放大模块(8)提供驱动所述可控硅的电源，变频器上电期间时，所述可控硅驱动电源(1)停止供电，所述复位信号模块(2)监控所述可控硅驱动电源(1)的状态，在所述可控硅驱动电源(1)停止供电或供电出现异常时，所述复位信号模块(2)产生复位信号至所述脉冲信号移相模块(4)，使所述脉冲信号移相模块(4)停止输出所述相位不同的驱动用脉冲信号，关断所述可控硅。
4.根据权利要求3所述的变频器用并联可控硅同步触发电路，其特征在于，
所述脉冲信号移相模块(4)为脉冲计数器模块，以所述脉冲信号生成模块(3)生成的所述脉冲信号为时钟信号，通过对脉冲数计数，得到多路相位不同的驱动用脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的变频器用并联可控硅同步触发电路，其特征在于，
所述脉冲合成模块(7)由与非门电路构成。
6.根据权利要求5所述的变频器用并联可控硅同步触发电路，其特征在于，
所述同步信号生成模块(6)以交流电网电压由负半周向正半周变化的过零点或正半周向负半周变化的过零点为基准生成用于触发所述可控硅导通的所述同步信号。
7.根据权利要求6所述的变频器用并联可控硅同步触发电路，其特征在于，所述同步信号生成模块(6)由钳位电路和比较器构成。
8.根据权利要求7所述的变频器用并联可控硅同步触发电路，其特征在于，可控硅驱动电源(1)为隔离DC/DC电源模块。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的变频器用并联可控硅同步触发电路，其特征在于，
所述并联的可控硅有多组，各组可控硅用于交流电网的不同相，所述同步信号生成模块(6)具有多个，各个所述同步信号生成模块(6)生成与交流电网中对应相同步的同步信号。
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