CN111884488A - 一种用于双向晶闸管自适应移相节能的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及运用晶闸管的场合，特别涉及双向晶闸管的交流驱动场合。在以前的晶闸管驱动方法中，普遍采用过零点触发或持续脉冲触发方式；过零点触发对电流过零点的检测判断回路复杂，硬件成本较高，容易造成判断不准导致误触发；持续脉冲触发能可靠触发但存在功耗过大，驱动回路发热等缺点。本发明采用的技术是发明间歇性脉冲方式和双向晶闸管驱动移相方式减少输出功耗，发明采用判断反并联端电压的方式引入自适应驱动控制信号来保证晶闸管的实时导通性，继而保证了晶闸管驱动特别是针对双向晶闸管的驱动的可靠性、经济性和实用性。

Description

一种用于双向晶闸管自适应移相节能的驱动方法
技术领域
本发明涉及运用晶闸管的场合，特别涉及双向晶闸管的交流驱动场合。
背景技术
晶闸管属于半控型电流型驱动器件，目前在工业场合应用越来越广，功率等级越来越高，应用场景对其可靠性要求越来越高。双向晶闸管为两个晶闸管反向并联，驱动独立的晶闸管。主要应用于交流驱动场合。
对于双向晶闸管的运用，其驱动技术是关键环节，目前业内普遍采用过零点触发或持续脉冲触发方式。两种方式都有其缺陷，过零点触发对电流过零点的检测判断回路复杂，硬件成本稍高，容易造成判断不准导致误触发；持续脉冲触发能可靠触发但存在功耗过大，驱动回路发热等缺点。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种可靠能耗最优的自适应驱动方法解决了现有采用过零点触发驱动电路复杂，容易导致误触发的缺陷，同时与持续脉冲触发方式相比具有更低的功耗和发热。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：采用一种反并联晶闸管端电压反馈自适应加相互移相控制，来可靠驱动双向反并联晶闸管，保证晶闸管的正常可靠地导通运行，且驱动功耗可以控制在最低的范围。当硬件驱动电路搭建完成后，只需要持续地给晶闸管门极输出驱动信号，门极电流满足晶闸管手册上的需求电流，晶闸管就可以导通，导通后，维持驱动信号晶闸管保持导通状态。
本发明的有益效果为：
1)无需对电流的过零点进行检测判断，无需电流过零点检测硬件电路，因此具有更低的硬件成本；同时避免了由于电流过零点检测不准确造成的晶闸管误触发现象。
2)无需持续施加脉冲的触发脉冲，因此具有驱动功耗较低，发热少等优点。
附图说明
图1为反并联晶闸管端电压反馈自适应加相互移相控制示意图；
图2为晶闸管SCR1驱动信号相关的各个信号；
图3为信号P1_3的逻辑来源示意图；
图4为晶闸管SCR2的端电压反馈控制信号来源逻辑示意图；
图5为SCR2的初始驱动信号与SCR1的初始驱动信号相移关系图；
图6为SCR2的驱动间歇性控制信号与SCR1的驱动间歇性控制信号相移关系图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示为反并联晶闸管端电压反馈自适应加相互移相控制示意图，图1中SCR1和SCR2组成一个双向可控晶闸管回路，主要用于交流电力回路的控制。图1中IN为电力接入端，OUT为电力输出端，可直接接各种交流负载。CB为驱动控制模块，P1和P2分别为驱动控制模块输出的SCR1和SCR2的门极驱动信号。VAB为双向晶闸管的端电压。因为单独的晶闸管导通电流只能是单向的，因此流过交流电流时，必须由两个晶闸管反并联组成；图1中电流I1表示流经SCR1的电流；I2表示流经SCR2的电流。
如图2为晶闸管SCR1驱动信号相关的各个信号图。信号P1_1表示SCR1的初始驱动信号，周期为Ts，高电平占比时间为Tsh的周期性脉冲；信号P1_2为SCR1驱动间歇性控制信号，周期为Td，高电平占比时间为Tdh的周期性脉冲；信号P1_3为SCR1的端电压反馈控制信号；信号P1等同于图1中CB驱动控制模块输出的最终SCR1的门极驱动信号；图2中表示信号P1的来源于信号P1_1、信号P1_2和信号P1_3的数字“与”操作。此发明信号P1_2满足式(1)和式(2)。
Tdh>＝2*Ts (1)
Td>2*Ts (2)
式(1)Tdh表示图2中信号P1_2高电平时间，Ts表示图2中的信号P1_1的周期时间，表明信号P1_2高电平至少要覆盖两个P1_1的高电平，保证在没有端电压反馈信号的时候，晶闸管得到足够的驱动能力；式(2)Td表示图2中信号P1_2d的周期时间，表明P1_2周期要大于两个信号P1_1周期，P1_2周期越大，P1静态输出时间间隔越来，功耗越低，但晶闸管的静态导通能力下降。合理设计P1_2周期既可以保证静态驱动功耗低，又可以保证晶闸管静态导通能力。
如图3为信号P1_3的逻辑来源示意图。当图1中SCR1呈导通状态，且有电流流过SCR1时，根据晶闸管导通特性得知SCR1两端的端电压保持在一个很微小的水平，一般晶闸管的导通压降都会在1V以内。因此判断图1中的VAB电压大小，可以判断出SCR1是否处于导通状态；如果SCR1的端电压小于负向电压阈值表明SCR1正处于关闭状态，因此要维持导通只需持续输出周期性驱动信号即可，驱动信号使SCR1导通后，SCR1端电压自动下降到低水平内，不会再触发图2中的信号P1_3的产生。此方式极大的节省了功耗，同时引入了自适应控制的方式。
图3如果负向电压阈值设置过低，会增加驱动脉冲输出，从而增加功耗，阈值过高容易导致交流电压输出畸变，因此合理设计如图3中的VAB负向电压阈值，可以保证晶闸管导通的可靠性和经济性。
对于图1中的SCR2驱动方法理论上同SCR1一致。图4为晶闸管SCR2的端电压反馈控制信号来源逻辑。图5为SCR2的初始驱动信号与SCR1的初始驱动信号存在相移关系图。如图6为SCR2的驱动间歇性控制信号与SCR1的驱动间歇性控制信号相移关系图。
图5中P1_1为SCR1的初始驱动信号，P2_1为SCR1的初始驱动信号，相移时间为tx，满足式(3)。
Tsh<tx<Ts (3)
式(3)中Tsh表示图2中信号P1_1的高电平时间，Ts表示图2中信号P1_1的周期时间。
图6中P1_2为SCR1的驱动间歇性控制信号，P2_2为SCR1的驱动间歇性控制信号，相移时间为ty，满足式(4).
Tdh<ty<Td (4)
式(4)中Tdh表示图2中信号P1_2的高电平时间，Td表示图2中信号P1_2的周期时间。
相移保证了SCR1和SCR2在同一时刻只会有一只晶闸管获得驱动信号，减少了耗能，保证了经济性。
双向晶闸管自适应移相节能的驱动方法具有自适应控制逻辑，可以自主驱动保证双向晶闸管的可靠导通，同时保证双向晶闸管的驱动电路能耗较低，经济性高，同时提高了驱动电路的可靠性。

Claims (2)

1.双向晶闸管自适应移相节能的驱动方法，包括以下步骤：
a.根据晶闸管的驱动需求电流设计持续性驱动脉冲初始信号；
b.根据能耗需求和用电需求设计驱动间歇性控制信号；
c.采样晶闸管的端电压；
d.根据端电压得出端电压反馈控制信号；
e.针对双向反并联的两个晶闸管的驱动脉冲初始信号进行移相设计；
f.针对双向反并联的两个晶闸管的驱动间歇性控制信号进行移相设计；
g.引入自适应控制，把步骤a、b、d得出的信号进行逻辑“与”
操作，得到晶闸管的驱动信号。
2.根据权利要求1所述双向晶闸管自适应移相节能的驱动方法，其特征在于：所述间歇性控制信号根据交流电压满足负载需求的前提下进行设计；所述端电压反馈控制信号采用自适应设计：所述反馈控制信号是根据并联晶闸管的端电压来判断此时需要驱动信号导通的晶闸管定位，再根据端电压的大小是否超出设定限制值来产生的；所述双向晶闸管的驱动信号是先将两个晶闸管的驱动间歇性控制信号进行移相，再进行逻辑与的操作得到。
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