CN109085411B - 一种晶闸管两端电压变化率检测电路 - Google Patents

一种晶闸管两端电压变化率检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶闸管两端电压变化率检测电路，包括串联后跨接在晶闸管T两端的电容Ct和采样电阻Rt，还包括并联在采样电阻Rt两端的保护模块、信号调理模块和dv/dt检测及信号发送模块；dv/dt检测及信号发送模块实现对晶闸管T两端dv/dt的检测及超标报警信号输出；保护模块实现对信号调理模块和dv/dt检测及信号发送模块的过电压保护及大电流的旁路，信号调理模块实现对dv/dt检测及信号发送模块输出的报警信号的调理，使报警信号的脉冲宽度大于外围控制设备的最小可识别脉宽。本发明的检测电路原理简单，动作迅速可靠，可用来保护晶闸管因过高的dv/dt导致的损害。

Description

一种晶闸管两端电压变化率检测电路
技术领域
本发明涉及电子电力器件控制与保护领域，具体涉及一种晶闸管两端电压变化率检测电路。
背景技术
在晶闸管关断状态下，当晶闸管两端电压变化率(dv/dt)大于一定值时，由于门极结电容的存在，可能产生足够大的门极电流，导致晶闸管误开通，进而导致所在装置工作异常。在晶闸管关断期间，由于反向恢复电荷的存在，晶闸管电流减小为零后会继续反向流动，这一过程被称为晶闸管器件的反向恢复期，如果反向恢复期内晶闸管上的正向电压上升率过高，将损坏晶闸管。为避免以上两种情况的出现，必须对晶闸管两端dv/dt进行检测，并根据检测结果采取相应的保护措施。
国内外在晶闸管器件应用过程中，通常采取在晶闸管两端并联阻容吸收回路来降低晶闸管两端dv/dt，但这样会增加阻容吸收回路容量，增加晶闸管器件整体损耗，而且抑制dv/dt能力有限。
发明内容
本发明的目的是提出一种晶闸管两端电压变化率检测电路，实现对晶闸管工作期间两端dv/dt的实时检测，当dv/dt值超过预设定值时给出报警信号。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种晶闸管两端电压变化率检测电路，包括串联后跨接在晶闸管T两端的电容Ct和采样电阻Rt，还包括并联在采样电阻Rt两端的保护模块、信号调理模块和dv/dt检测及信号发送模块；dv/dt检测及信号发送模块实现对晶闸管T两端dv/dt的检测及超标报警信号输出；保护模块实现对信号调理模块和dv/dt检测及信号发送模块的过电压保护及大电流的旁路，信号调理模块实现对dv/dt检测及信号发送模块输出的报警信号的调理，使报警信号的脉冲宽度大于外围控制设备的最小可识别脉宽。
作为本发明的一种改进，所述的dv/dt检测及信号发送模块包括比较器A2、MOS管T2和发光二级管D1；比较器A2输入端正极与采样电阻Rt上端连接，比较器A2输入端负极接阙值输入电压RefL，比较器A2输出端与MOS管T2门极相连，MOS管T2的D端经发光管二级D1与采样电阻Rt上端连接，MOS管T2的S端与采样电阻Rt下端连接。
进一步地，所述的发光管二级D1与采样电阻Rt上端之间还串接有电阻R2，用于限制流过发光二极管D1的电流。
作为本发明的一种改进，所述的保护模块采用瞬态过电压抑制器件，例如压敏电阻Rv或双向TVS管。
作为本发明的一种改进，所述的信号调理模块包括比较器A1、MOS管T1、电阻R1和电容C1；比较器A1输入端正极与采样电阻Rt上端连接，比较器A1输入端负极接阙值输入电压RefH，比较器A1输出端与MOS管T1门极相连，MOS管T1的D端经电阻R1和电容C1组成的并联电路与采样电阻Rt上端连接，MOS管T1的S端与采样电阻Rt下端连接。
本发明的有益效果是：本发明的晶闸管两端电压变化率检测电路无需额外的供电电源回路，基本原理简单可靠，使用的器件极少，能广泛应用于各类晶闸管阀的dv/dt保护，尤其适用于超高电位需要足够绝缘水平的应用场合，例如高压直流输电直流阀体晶闸管级或晶闸管阀段的反向恢复期dv/dt保护。
附图说明
图1是本发明的晶闸管两端电压变化率检测电路原理框图；
图2是本发明的晶闸管两端电压变化率检测电路一种实例图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
如图1和图2所示，一种晶闸管两端电压变化率检测电路，包括串联后跨接在晶闸管T两端的电容Ct和采样电阻Rt、以及并联在采样电阻Rt两端的保护模块、信号调理模块和dv/dt检测及信号发送模块。
电容Ct和采样电阻Rt串联后跨接在晶闸管两端，晶闸管T两端电压的变化使得电容Ct产生与电压变化率成正比的电流，该电流流过采样电阻Rt，通过检测采样电阻Rt两端电压大小即可得到晶闸管T两端电压的dv/dt大小，具体计算公式为VRt＝Ct*dv/dt*Rt。
保护模块连接在采样电阻Rt两端，当晶闸管T两端电压变化率极大或其它原因导致此端口电压超过设计限值时，保护模块动作，限制端口电压继续升高，并对流入端口内的电流进行分流，从而避免过压过流对后续的信号调理模块和dv/dt检测及信号发送模块造成损害。保护模块可以有多种实现方法，通常采用瞬态过电压抑制器件，例如图2的压敏电阻Rv或双向TVS管均可。
dv/dt检测及信号发送模块包括比较器A2、MOS管T2、发光二级管D1和电阻R2；比较器A2输入端正极与采样电阻Rt上端连接，比较器A2输入端负极接阙值输入电压RefL，比较器A2输出端与MOS管T2门极相连，MOS管T2的D端经发光管二级D1、电阻R2后与采样电阻Rt上端连接，MOS管T2的S端与采样电阻Rt下端连接。当晶闸管T两端的dv/dt超过设计动作值时，通常为100V/us，采样电阻Rt两端电压升高至大于比较器A2的预设参考阙值RefL，比较器A2输出端翻转，MOS管T2导通，进而发光二极管D1开通，发出dv/dt超标报警信号。调整比较器A2的阙值即可调整dv/dt水平。电阻R2用于限制流过发光管D1的电流。
信号调理模块主要用于保证发光二极管D1的输出脉冲宽度符合外围控制设备的接口要求，例如为保证外围控制设备可靠的接收到发光二极管D1的信号，其最小脉冲宽度应大于控制设备的最小可识别脉宽。信号调理模块包括比较器A1、MOS管T1、电阻R1和电容C1；比较器A1输入端正极与采样电阻Rt上端连接，比较器A1输入端负极接阙值输入电压RefH，比较器A1输出端与MOS管T1门极相连，MOS管T1的D端经电阻R1和电容C1组成的并联电路与采样电阻Rt上端连接，MOS管T1的S端与采样电阻Rt下端连接。
其中比较器A1的阙值输入电压RefH要高于比较器A2的阙值输入电压RefL。当晶闸管T两端dv/dt极高且维持时间很短时，发光二极管D1脉冲的持续时间可能无法满足上述最小脉宽要求。但此时采样电阻Rt电压将会继续升高到大于比较器A1的阙值，比较器A1输出端翻转令MOS管T1开通，则电容C1开始充电，且根据设计参数，电容C1可以在极短时间内被充满。这样，当晶闸管T两端dv/dt尖峰脉冲结束时，电容C1可以通过发光二极管D1和MOS管T1的反并联二极管构成回路开始放电，从而使得发光二极管D1的信号脉冲变宽。合理设计相关器件参数，就可以得到需要的脉冲宽度。
比较器A1和比较器A2的阙值电压可由电阻分压器或稳压管来实现。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种晶闸管两端电压变化率检测电路，其特征在于：包括串联后跨接在晶闸管T两端的电容Ct和采样电阻Rt，还包括并联在采样电阻Rt两端的保护模块、信号调理模块和dv/dt检测及信号发送模块；dv/dt检测及信号发送模块实现对晶闸管T两端dv/dt的检测及超标报警信号输出；保护模块实现对信号调理模块和dv/dt检测及信号发送模块的过电压保护及大电流的旁路，信号调理模块实现对dv/dt检测及信号发送模块输出的报警信号的调理，使报警信号的脉冲宽度大于外围控制设备的最小可识别脉宽；
dv/dt检测及信号发送模块包括比较器A2、MOS管T2和发光二级管D1；比较器A2输入端正极与采样电阻Rt上端连接，比较器A2输入端负极接阙值输入电压RefL，比较器A2输出端与MOS管T2门极相连，MOS管T2的D端经发光管二级D1与采样电阻Rt上端连接，MOS管T2的S端与采样电阻Rt下端连接；
信号调理模块包括比较器A1、MOS管T1、电阻R1和电容C1；比较器A1输入端正极与采样电阻Rt上端连接，比较器A1输入端负极接阙值输入电压RefH，比较器A1输出端与MOS管T1门极相连，MOS管T1的D端经电阻R1和电容C1组成的并联电路与采样电阻Rt上端连接，MOS管T1的S端与采样电阻Rt下端连接；
其中，比较器A1的阙值输入电压RefH要高于比较器A2的阙值输入电压RefL，发光管二级D1与采样电阻Rt上端之间还串接有电阻R2，保护模块采用压敏电阻Rv或双向TVS管。
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