CN110011520A - 一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，包括恒流控制电路、第一MOS管、晶闸管、MOS管驱动电路以及保护电路；恒流控制电路包括三相相电压输入电路、第四电阻以及第五电阻；三相相电压输入电路与第一MOS管的漏极连接，MOS管驱动电路与第一MOS管的栅极连接，第一MOS管的源极与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端连接有第五电阻的一端以及晶闸管的门极端，第五电阻的另一端与晶闸管的阴极端连接，第五电阻与晶闸管的阴极端之间接入母线电压的正极端。采用本发明，能够有效的解决晶闸管的恒流驱动控制问题，同时整个恒流驱动电路结构相对简单，减少了成本以及维修压力。
Description
技术领域
本发明涉及伺服驱动器三相电整流技术领域，尤其涉及一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路。
背景技术
在工业生产中，伺服驱动器的三相整流电路的应用案例非常广泛，有二极管整流、有晶闸管整流，例如，参考说明书附图1，常用整流电路的晶闸管驱动电路的方法如说明书附图1所示，该方法采用简单变压器拓扑，利用控制信号控制变压器的一次侧绕组，从而使二次侧绕组感应到交流信号再经过二极管整流来驱动晶闸管，此方法的弊端是晶闸管的驱动电流难以精准控制，容易造成晶闸管的损坏。
而其它的一些整流电路的晶闸管驱动电路的方法是采用非常复杂的控制电路来控制晶闸管，不利于生产成本，同时也不利于维修。因此本发明专利将提供一种伺服驱动器三相整流电路的晶闸管恒流驱动电路，可以解决晶闸管的恒流驱动控制问题，同时驱动控制电路简单可靠，也减轻了成本和维修压力。
公开号为CN109159145A的中国专利也公开了一种晶闸管门极恒流驱动电路，属于驱动电路技术领域，解决了现有晶闸管驱动电路中晶闸管的触发电流不可控的问题。包括：隔离脉冲变压器的正边两端与脉冲信号源相连，副边的一端与恒流控制电路的一端相连，另一端与三极管驱动电路的一端、晶闸管的阴极相连；恒流控制电路的另一端与三极管的发射相连；三极管驱动电路的另一端与三极管的基极相连；三极管的集电极与所述晶闸管的门极相连；晶闸管的阳极与阴极分别与主回路相连。该电路形式新颖，结构简单，成本低，可以保持晶闸管门极驱动电流恒定，不受变压器副边输出电压大小或由晶闸管开关等高压带来的干扰的影响，增强了驱动电路的稳定性和可靠性。该方案与本申请方案相比，该方案是通过高频脉冲隔离变压器进行电气隔离，来保持晶闸管门极驱动电流恒定，而本申请技术方案与其明显存在较大的差异，而且本申请电路结构更加的简单，能够进一步的降低成本，方便维修，具有更强的适用性以及经济性。
发明内容
本发明要解决的技术问题目的在于提供一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，用以解决现有伺服驱动器的三相整流电路中无法驱动晶闸管自动恒流控制的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，包括恒流控制电路、第一MOS管、晶闸管、MOS管驱动电路以及保护电路；
所述恒流控制电路包括三相相电压输入电路、第四电阻以及第五电阻；
所述三相相电压输入电路与第一MOS管的漏极连接，所述MOS管驱动电路与所述第一MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端连接有第五电阻的一端以及所述晶闸管的门极端，所述第五电阻的另一端与所述晶闸管的阴极端连接，所述第五电阻与所述晶闸管的阴极端之间接入母线电压的正极端。
优选的，所述保护电路的一端与所述第一MOS管的栅极连接，所述保护电路的另一端与所述第一MOS管的源极连接。
优选的，所述保护电路由第二电阻以及与所述第二电阻并联的TVS管构成。
优选的，所述三相相电压输入电路中设置有第一整流二极管以及第一限流电阻，所述第一整流二极管的输入端接入三相相电压，所述第一整流二极管的输出端与所述第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第一MOS管的漏极连接。优选的，所述第一整流二极管为快恢复二极管。
优选的，所述MOS管驱动电路包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一MOS管的栅极连接，所述第三电阻的另一端接入晶闸管控制电压。
优选的，所述晶闸管的阳极连接有三相交流电以及第二整流二极管的输出端，所述第二整流二极管的输入端连接所述母线电压的负极端。
优选的，所述母线电压的正极端以及负极端接入控制板，所述控制板包括开关电源、母线电压采样电路、DSP芯片以及控制电压输出电路，所述控制电压输出电路与所述MOS管驱动电路连接，输入晶闸管控制电压至所述MOS管驱动电路。
采用本发明，通过设置恒流驱动电路，解决了现有的晶闸管缺乏恒流驱动控制的问题，并且整个恒流驱动电路的电路结构更加简单，既能够减少成本又减轻了维修压力。
附图说明
图1是本发明一个实施方式提供的现有整流电路的晶闸管驱动电路原理图；
图2是本发明一个实施方式提供的一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路框架结构图；
图3是本发明一个实施方式提供的一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路的电路原理图；
图4是本发明一个实施方式提供的一种三相整流电路整流回路的整体拓扑结构图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
参考图2，本实施例提供了一种三相整流电流中晶闸管的恒流驱动电流，包括恒流控制电路、第一MOS管、晶闸管、MOS管驱动电路以及保护电路；
其中，恒流控制电路包括三相相电压输入电路、第四电阻以及第五电阻；
三相相电压输入电路与第一MOS管的漏极连接，MOS管驱动电路与第一MOS管的栅极连接，第一MOS管的源极与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端连接有第五电阻的一端以及晶闸管的门极端，第五电阻的另一端与晶闸管的阴极端连接，第五电阻与晶闸管的阴极端之间接入母线电压的正极端+PN。
本申请中的晶闸管是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，并且其工作过程可以控制，被广泛用于可控整流、交流调压、电子开关、逆变及变频等电路中，是典型的小电流控制大电流的设备。
晶闸管在工作过程中，阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成主电路；门极G和阴极K与驱动电路连接，组成控制电路，在门极电压为正，且本身承受正电压时，晶闸管进入导通状态；若承受电压一直为正，则晶闸管一直导通，直到主电路电压或电流减小，到零时关断，因此门极只起到触发作用。
本实施例中，第一MOS管为N沟道MOS管。
本实施例的工作原理如下：
首先，三相交流电的单相相电压输入到三相相电压输入电路中，同时，晶闸管控制电压U输入到MOS管驱动电路中。
此时，第一MOS管的栅极G与源极S之间将存在电压VGS，第一MOS管处于放大区，第一MOS管的漏极D和源极S之间导通，三相相电压输入电路中的电流从第一MOS管的漏极D流向源极S，再通过第四电阻流入晶闸管的门极端，以此驱动晶闸管。
由于晶闸管的阴极连接的是母线电压+PN，在电路最开始状态时，由于此时第一MOS管的栅极G和源极S之间还没有导通，第四电阻与第五电阻之间没有电流流过，故第四电阻与第五电阻两端的电压几乎为零，而当电路开始工作时，第一MOS管的栅极G和源极S之间存在电压VGS，第一MOS管的栅极G与源极S之间开始导通，三相相电压输入电路中的电流从第一MOS管的栅极G流经源极S，此时第四电阻以及第五电阻有电流流过，存在相应的电压U4以及电压U5，且随着流经第四电阻的电流越来越大，电压U4以及电压U5的数值也越来越大，根据基尔霍夫定律可知：
VGS＝U-(U4+U5)，其中，U为输入到MOS管驱动电路中的晶闸管控制电压。
当U保持不变时，VGS将随着U4以及电压U5的增大而减小，在这种情况下，随着VGS逐渐减小，第一MOS管的导通阈值将变小，并逐渐进入饱和区，使得流经第四电阻的电流变小，进一步又使得VGS又变大，如此形成一种动态平衡，使得晶闸管的电流区域恒定，从而达到恒流驱动的目的。
而保护电路起到保护的作用，使得第一MOS管不会承受过压，其一端与第一MOS管的栅极连接，保护电路的另一端与第一MOS管的源极连接。
参考图3，图3提供了一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，图3中，在一个较佳的实施方式中，第二电阻R2与TVS管并联，构成了一个保护电路，第二电阻R2以及TVS管的连接方式可从图3中直观的了解到，本文不做文字赘述。
其中，TVS管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，外形与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以纳秒量级的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。
MOS管驱动电路包括第三电阻R3，第三电阻R3的一端与第一MOS管Q1的栅极G连接，第三电阻R3的另一端接入晶闸管控制电压U。
其中，第二电阻R2的电阻值远大于第三电阻R3的阻值，使得当MOS管驱动电路驱动第一MOS管Q1的漏极D与源极S之间导通时，相较于第二电阻R2两端电压VGS而言，第三电阻R3两端的电压U3小到可忽略，从而使得在通过基尔霍夫定律计算电压VGS+U3＝U-(U4+U5)，U3的电压可以忽略不计，得出VGS＝U-(U4+U5)。
在另一个较佳的实施方式中，三相相电压输入电路中设置有第一整流二极管D1以及第一限流电阻R1，第一整流二极管D1的输入端接入三相相电压，第一整流二极管D1的输出端与第一限流电阻R1的一端连接，第一限流电阻R1的另一端与第一MOS管Q1的漏极连接。
其中，第一整流二极管D1为快恢复二极管，例如肖特基二极管，快恢复二极管是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管具有反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压(耐压值)较高的优点。
设置第一限流电阻R1，可以对三相相电压输入电路进行分压限流，防止电流过大，损坏第一MOS管Q1。
参考图4，图4是一种三相整流电路整流回路的整体拓扑结构图。
三相交流电的某个相电源连接整流二极管D3阳极，整流二极管D3阴极连接限流电阻R10一端，限流电阻R10另一端连接母线正端+PN和大电解电容C1的正端的公共端，大电解电容C1的负端连接母线负端-PN，构成一个充电回路。由于三相交流电的某相电源是一个正弦波，整流二极管D3不是一直导通，能够有效的减小限流电阻R10的功率。
如图4所示，三相交流电分别连接晶闸管整流桥的输入端，即分别为晶闸管T1的阳极和第二整流二极管D4的阴极的公共端，晶闸管T2的阳极和整流二极管D5的阴极的公共端，晶闸管T3的阳极和整流二极管D6的阴极的公共端。第二整流二极管D4、D5、D6的阴极共同连接到母线负端-PN，晶闸管T1、T2、T3的阴极共同连接到母线正端+PN，晶闸管T1、T2、T3的门极端分别连接恒流驱动电路，
其中，需要说明的是，图4中的恒流驱动电路即图3中的电路原理图。
如图4所示，整流后的母线电压正极端+PN、负极端-PN连接到控制板上的开关电源，开关电源将母线电压隔离降压后再给DSP、母线电压采样电路、晶闸管控制电路等功能电路供电。
当母线采样电路检测到母线电压到达某一电压值时，DSP芯片会给晶闸管控制电路提供一个控制信号，使其给恒流驱动电路提供晶闸管控制电压U，晶闸管控制电压U通过如图3所示恒流驱动电路，控制第一MOS管Q1的导通状态，来达到晶闸管的恒流驱动。
通过采用恒流驱动电路，在一方面，电路的结构更加简单，有效的减轻成本以及维修压力，相比于其它复杂的恒流驱动电路，具有更好的经济性，能够更好的适用于伺服驱动器的三相整流电路中，以充分的降低整个三相整流电路的成本以及维修的压力，在另一方面，相比于背景技术中提到的常用的晶闸管驱动电路，本发明解决了晶闸管恒流驱动控制的问题，使得晶闸管的驱动电流能够得到精准的控制，有效的防止了晶闸管的损坏，保证了整个伺服驱动器三相整流电路的安全性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，其特征在于，包括恒流控制电路、第一MOS管、晶闸管、MOS管驱动电路以及保护电路；
所述恒流控制电路包括三相相电压输入电路、第四电阻以及第五电阻；
所述三相相电压输入电路与第一MOS管的漏极连接，所述MOS管驱动电路与所述第一MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端连接有第五电阻的一端以及所述晶闸管的门极端，所述第五电阻的另一端与所述晶闸管的阴极端连接，所述第五电阻与所述晶闸管的阴极端之间接入母线电压的正极端。
2.根据权利要求1所述的一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，其特征在于，所述保护电路的一端与所述第一MOS管的栅极连接，所述保护电路的另一端与所述第一MOS管的源极连接。
3.根据权利要求2所述的一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，其特征在于，所述保护电路由第二电阻以及与所述第二电阻并联的TVS管构成。
4.根据权利要求1所述的一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，其特征在于，所述三相相电压输入电路中设置有第一整流二极管以及第一限流电阻，所述第一整流二极管的输入端接入三相相电压，所述第一整流二极管的输出端与所述第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第一MOS管的漏极连接。
5.根据权利要求4所述的一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，其特征在于，所述第一整流二极管为快恢复二极管。
6.根据权利要求1所述的一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，其特征在于，所述MOS管驱动电路包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一MOS管的栅极连接，所述第三电阻的另一端接入晶闸管控制电压。
7.根据权利要求1所述的一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，其特征在于，所述晶闸管的阳极连接有三相交流电以及第二整流二极管的输出端，所述第二整流二极管的输出端连接有所述母线电压的负极端。
8.根据权利要求7所述的一种三相整流电路中晶闸管的恒流驱动电路，其特征在于，所述母线电压的正极端以及负极端接入控制板，所述控制板包括开关电源、母线电压采样电路、DSP外围电路以及控制电压输出电路，所述控制电压输出电路与所述MOS管驱动电路连接，输入晶闸管控制电压至所述MOS管驱动电路。
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