RU2750453C1

RU2750453C1 - Thyristor key driver for high-voltage converters

Info

Publication number: RU2750453C1
Application number: RU2020142937A
Authority: RU
Inventors: Михаил Георгиевич Асташев; Дмитрий Иванович Панфилов; Павел Ахматович Рашитов; Александр Владимирович Горчаков
Original assignee: Акционерное общество высоковольтного оборудования "Электроаппарат" (АО ВО "Электроаппарат")
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2021-06-28

Abstract

FIELD: converter equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of converter technology, in particular to drivers of thyristor switches. The technical result of the claimed invention is higher reliability of control by implementing thyristor key current monitoring and continuous diagnostics of the thyristor key in its on and off operating modes. The thyristor key driver is used to control thyristors and improves control reliability due to the fact that the thyristor key driver for high-voltage converters contains a power source (1), a driver voltage control unit (2), the first and second outputs of which are connected to the inputs of the logic unit (11), an optocoupler (6), the input of which is connected to the control input of the driver, and its output is connected to the corresponding input of the logic unit (11) and one of the inputs of the amplifier (5), the outputs of which are respectively connected to the control electrode and the cathode of the first thyristor (7). The thyristor voltage monitoring unit (12) is connected by its input to the output of an external resistive divider (13), and the output is connected to the corresponding input of the logic unit (11). The thermal protection unit (16) is connected by its input to an external thermal sensor (17), and the output is connected to the corresponding input of the logic unit (11). LED emitters (18) are connected to the corresponding outputs of the logic unit (11), and there is an opto-emitter (20). In this case, a diagnostic unit (19) and an additional channel of the control circuit of the second thyristor (10) are introduced.

EFFECT: better control thanks to implementing thyristor key current monitoring and continuous diagnostics of the thyristor key in its on and off operating modes.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к драйверам тиристорных ключей, состоящих из встречно-параллельно включенных тиристоров и может быть использовано для управления тиристорами.The invention relates to the field of converting technology, in particular to the drivers of thyristor switches, consisting of anti-parallel connected thyristors and can be used to control thyristors.

Известен драйвер тиристора [патент RU на полезную модель №107003, МПК Н02М 1/06, опубл. 27.07.2011, бюл. №21], содержащий генератор импульсного переменного напряжения, трансформатор, реактор, выпрямительный мост, конденсатор, оптопару или оптоприемник, резисторы, стабистор, транзистор. Электрическая изоляция в нем обеспечивается трансформатором и оптопарой или оптоприемником управляющего импульса любой длительности, амплитуда форсажного импульса тока ограничивается стабистором в базовой и резистором в эмиттерных цепях транзистора, а ток удержания ограничивается реактором, включенным между вторичной обмоткой трансформатора и выпрямителем.Known thyristor driver [RU patent for utility model No. 107003, IPC Н02М 1/06, publ. 07/27/2011, bul. No. 21], containing a pulse alternating voltage generator, transformer, reactor, rectifier bridge, capacitor, optocoupler or opto-receiver, resistors, stabilizer, transistor. Electrical isolation in it is provided by a transformer and an optocoupler or opto-receiver of a control pulse of any duration, the amplitude of the afterburner current pulse is limited by a stabilizer in the base and a resistor in the emitter circuits of the transistor, and the holding current is limited by a reactor connected between the secondary winding of the transformer and the rectifier.

Недостатком данного технического решения является его низкие функциональные возможности, связанные с отсутствием контроля состояния исправности тиристора, контроля поступления импульса управления на драйвер, контроля прохождения импульса управления на выход драйвера.The disadvantage of this technical solution is its low functionality associated with the lack of control of the thyristor health, control of the arrival of the control pulse to the driver, control of the passage of the control pulse to the driver output.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является драйвер тиристора для высоковольтных преобразователей [патент RU на изобретение №2641661, МПК Р02М 1/092, опубл. 19.01.2018, бюл. №2], который содержит источник питания, узел контроля питания, оптоизлучатель, узел логики, узел термозащиты, узел контроля напряжения на тиристоре, узел контроля сигнала управления на тиристоре, оптоприемник, узел задержки, усилитель, узел термозащиты, узел контроля напряжения на тиристоре, узел контроля сигнала управления на тиристоре, узел задержки, узел логики, светодиодные индикаторы. Выход узла термозащиты соединен с входом узла логики, а вход с термодатчиком, установленным на охладителе катодной стороны тиристора, выход узла контроля напряжения на тиристоре соединен со вторым входом узла логики, а вход с резистивным делителем напряжения тиристора, выход узла контроля сигнала управления на тиристоре соединен с третьим входом узла логики, а вход с выходом усилителя, выход оптоприемника соединен с четвертым входом узла логики и с входом узла задержки, выход которого соединен с входом усилителя, выходы узла контроля стабилизированного напряжения соединены с пятым и шестым входами узла логики, выходы узла логики соединены с оптоизлучателем и светодиодными индикаторами.The closest in technical essence to the proposed invention is a thyristor driver for high-voltage converters [RU patent for invention No. 2641661, IPC R02M 1/092, publ. 01/19/2018, bul. No. 2], which contains a power supply, a power control unit, an optoemitter, a logic unit, a thermal protection unit, a thyristor voltage control unit, a thyristor control signal control unit, an opto-receiver, a delay unit, an amplifier, a thermal protection unit, a thyristor voltage control unit, control signal control unit on the thyristor, delay unit, logic unit, LED indicators. The output of the thermal protection unit is connected to the input of the logic unit, and the input with a thermal sensor installed on the cooler of the cathode side of the thyristor, the output of the thyristor voltage control unit is connected to the second input of the logic unit, and the input to the thyristor voltage divider, the output of the control signal control unit on the thyristor is connected with the third input of the logic unit, and the input with the output of the amplifier, the output of the opto-receiver is connected to the fourth input of the logic unit and to the input of the delay unit, the output of which is connected to the input of the amplifier, the outputs of the stabilized voltage control unit are connected to the fifth and sixth inputs of the logic unit, the outputs of the logic unit connected to an opto-emitter and LED indicators.

Недостатком данного технического решения является его ограниченные функциональные возможности, связанные с отсутствием непрерывной диагностики за состоянием тиристора.The disadvantage of this technical solution is its limited functionality associated with the lack of continuous diagnostics for the state of the thyristor.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей драйвера посредством управления двунаправленным тиристорным ключом.The technical problem of the present invention is to expand the functionality of the driver by controlling a bidirectional thyristor switch.

Технический результат заключается в повышении надежности управления за счет реализации контроля тока тиристорного ключа и непрерывной диагностики тиристорного ключа во включенном и в выключенном его режимах работы.The technical result consists in increasing the reliability of control due to the implementation of the control of the thyristor switch current and continuous diagnostics of the thyristor switch in the on and off modes of operation.

Это достигается тем, что в драйвере тиристорного ключа для высоковольтных преобразователей, содержащем источник питания, узел контроля напряжения питания драйвера, первый и второй выходы которого соединены с входами узла логики, оптоприемник, вход которого соединен с входом управления драйвера, а его выход соединен с соответствующим входом узла логики и одним из входов усилителя, выходы которого соответственно подключены к управляющему электроду и катоду первого тиристора, узел контроля напряжения на тиристоре, вход которого соединен с выходом внешнего резистивного делителя, а его выход соединен с соответствующим входом узла логики, узел термозащиты, вход которого соединен с внешним термодатчиком, а выход узла термозащиты соединен с соответствующим входом узла логики, светодиодные излучатели, подключенные к соответствующим выходам узла логики, оптоизлучатель, снабженном узлом диагностики и дополнительным каналом цепи управления второго тиристора, включенного встречно-параллельно с первым тиристором, которые совместно образуют двунаправленный тиристорный ключ, а дополнительный канал цепи управления второго тиристора выполнен в виде блока высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом, выпрямительного блока, первого, второго и третьего узлов контроля тока, при этом выход источника питания соединен с входом первого узла контроля тока, входом второго узла контроля тока, с соответствующим входом узла диагностики, а первый выход первого узла контроля тока соединен с соответствующим дополнительным входом узла логики, а его второй выход соединен с дополнительным входом усилителя, а первый выход второго узла контроля тока соединен с соответствующим дополнительным входом узла логики, а его второй выход соединен с первым входом блока высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом, а второй вход блока высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом соединен с выходом оптоприемника, при этом выход блока высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом соединен с входом выпрямительного блока, выходы которого соединены соответственно с управляющим электродом и катодом второго тиристора, а вход третьего узла контроля тока соединен с выходом внешнего трансформаторного датчика тока, последовательно соединенного с двунаправленным тиристорным ключом, а его выход подключен к соответствующему дополнительному входу узла логики и второму входу узла диагностики, при этом первый вход узла диагностики соединен с выходом узла логики, а его третий вход соединен с выходом узла контроля напряжения на тиристоре, четвертый вход с выходом оптоприемника, а пятый вход с выходом источника питания, при этом выход узла диагностики соединен с входом оптоизлучателя.This is achieved by the fact that in the thyristor switch driver for high-voltage converters, which contains a power supply, a driver supply voltage control unit, the first and second outputs of which are connected to the inputs of the logic unit, an opto-receiver, the input of which is connected to the driver control input, and its output is connected to the corresponding the input of the logic unit and one of the inputs of the amplifier, the outputs of which are respectively connected to the control electrode and the cathode of the first thyristor, the thyristor voltage control unit, the input of which is connected to the output of the external resistive divider, and its output is connected to the corresponding input of the logic unit, thermal protection unit, input which is connected to an external thermal sensor, and the output of the thermal protection unit is connected to the corresponding input of the logic unit, LED emitters connected to the corresponding outputs of the logic unit, an optoemitter equipped with a diagnostics unit and an additional channel of the control circuit of the second thyristor connected in antiparallel to the first th thyristor, which together form a bi-directional thyristor switch, and the additional channel of the control circuit of the second thyristor is made in the form of a high-frequency converter unit with a transformer output, a rectifier unit, the first, second and third current control units, while the power supply output is connected to the input of the first control unit current, the input of the second current monitoring unit, with the corresponding input of the diagnostics unit, and the first output of the first current monitoring unit is connected to the corresponding additional input of the logic unit, and its second output is connected to the additional input of the amplifier, and the first output of the second current monitoring unit is connected to the corresponding additional the input of the logic unit, and its second output is connected to the first input of the high-frequency converter unit with a transformer output, and the second input of the high-frequency converter unit with a transformer output is connected to the output of the opto-receiver, while the output of the high-frequency converter unit from the tra The nsformator output is connected to the input of the rectifier unit, the outputs of which are connected, respectively, to the control electrode and the cathode of the second thyristor, and the input of the third current control unit is connected to the output of the external transformer current sensor connected in series with the bidirectional thyristor switch, and its output is connected to the corresponding additional input of the unit logic and the second input of the diagnostics unit, while the first input of the diagnostics unit is connected to the output of the logic unit, and its third input is connected to the output of the thyristor voltage control unit, the fourth input to the output of the opto-receiver, and the fifth input to the output of the power supply, while the output of the unit is diagnostics is connected to the input of the optoemitter.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана функциональная схема драйвера тиристорного ключа для высоковольтных преобразователей, на фиг.2 - пример временной диаграммы формирования последовательности импульсов на выходе узла диагностики.The essence of the invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a functional diagram of a thyristor switch driver for high-voltage converters, figure 2 is an example of a timing diagram of the formation of a sequence of pulses at the output of the diagnostic unit.

Драйвер тиристорного ключа для высоковольтных преобразователей содержит: источник питания 1, выход которого соединен с входом узла контроля напряжения питания драйвера 2, с входами первого узла 3 и второго узла 4 контроля тока, усилитель 5, первый вход которого соединен с выходом оптоприемника 6, дополнительный второй вход усилителя 5 соединен со вторым выходом первого узла 3 контроля тока, при этом первый выход усилителя 5 соединен с управляющим электродом первого тиристора 7, а второй его выход с катодом первого тиристора 7, блок высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом 8, первый вход которого соединен со вторым выходом второго узла 4 контроля тока, а второй вход блока высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом 8 соединен с выходом оптоприемника 6, при этом выход блока высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом 8 соединен с входом выпрямительного блока 9, при этом первый выход выпрямительного блока 9 соединен с управляющим электродом второго тиристора 10, а второй выход выпрямительного блока 9 соединен с катодом второго тиристора 10, узел логики 11, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами узла контроля напряжения питания драйвера 2 соответственно, дополнительный третий вход узла логики 11 соединен с первым выходом первого узла контроля тока 3, дополнительный четвертый вход узла логики 11 соединен с первым выходом второго узла 4 контроля тока, пятый вход узла логики 11 соединен с выходом оптоприемника 6, шестой вход узла логики 11 соединен с выходом узла контроля напряжения на тиристоре 12, вход которого соединен с выходом внешнего резистивного делителя 13, дополнительный седьмой вход узла логики 11 соединен с выходом третьего узла контроля тока 14, вход которого соединен с выходом внешнего трансформаторного датчика тока 15, при этом восьмой вход узла логики 11 соединен с выходом узла термозащиты 16, вход которого соединен с внешним термодатчиком 17, а первый, второй, третий, четвертый выходы узла логики 11 соединены с первым, вторым, третьим, четвертым входами светодиодных излучателей 18, при этом пятый выход узла логики 11 с первым входом узла диагностики 19. При этом узел логики 11 содержит первый R-S триггер 11.1 и второй R-S триггер 11.2, входы R, которых соединены с первым входом узла логики 11, вход S первого R-S триггера 11.1 соединен с восьмым входом узла логики 11, вход S второго R-S триггера 11.2 соединен с дополнительным седьмым входом узла логики 11, а выходы Q первого и второго R-S триггеров 11.1, 11.2 соединены с первым и вторым выходам узла логики 11 соотвественно, а дополнительные третий и четвертый входы узла логики 11 соединены к двум входам логического элемента 3И 11.3, третий вход которого соединен с выходом логического элемента НЕ 11.4, вход которого соединен с пятым входом узла логики 11, а выход логического элемента 3И 11.3 соединен с входом элемента временной задержки 11.5, выход которого соединен с одним из входов логического элемента 2И 11.6, другой вход которого соединен с шестым входом узла логики 11, а выход логического элемента 2И 11.6, соединен с одним из входов логического элемента 4И-НЕ 11.7, а три других его входа соединены со вторым, дополнительным седьмым и восьмым входами узла логики 11, выход логического элемента 4И-НЕ 11.7 соединен с одним из входов логического элемента 2ИЛИ-НЕ 11.8, другой вход которого соединен с пятым входом узла логики 11, выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 11.8 соединен с пятым выходом узла логики 11. Узел диагностики 19, второй вход которого соединен с выходом третьего узла контроля тока 14, третий вход узла диагностики 19 соединен с выходом узла контроля напряжения на тиристоре 12, четвертый вход узла диагностики 19 соединен с выходом оптоприемника 6, пятый вход узла диагностики 19 соединен с выходом источника питания 1, при этом выход узла диагностики 19 соединен с входом оптоизлучателя 20. Блок высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом 8, выпрямительный блок 9, первый узел контроля тока 3, второй узел контроля тока 4 и третий узел контроля тока 14 образуют дополнительный канал цепи управления вторым тиристором 10. Второй тиристор 10 включен встречно-параллельно с первым тиристором 7, и совместно образуют двунаправленный тиристорный ключ.The thyristor switch driver for high-voltage converters contains: a power supply 1, the output of which is connected to the input of the driver supply voltage control unit 2, to the inputs of the first node 3 and the second node 4 of current control, an amplifier 5, the first input of which is connected to the output of the opto-receiver 6, an additional second the input of the amplifier 5 is connected to the second output of the first current control unit 3, while the first output of the amplifier 5 is connected to the control electrode of the first thyristor 7, and its second output to the cathode of the first thyristor 7, a high-frequency converter unit with a transformer output 8, the first input of which is connected to the second output of the second unit 4 for current control, and the second input of the high-frequency converter unit with the transformer output 8 is connected to the output of the opto-receiver 6, while the output of the high-frequency converter unit with the transformer output 8 is connected to the input of the rectifier unit 9, while the first output of the rectifier unit 9 is connected to control electrode ohm of the second thyristor 10, and the second output of the rectifier unit 9 is connected to the cathode of the second thyristor 10, the logic unit 11, the first and second inputs of which are connected to the first and second outputs of the driver supply voltage control unit 2, respectively, the additional third input of the logic unit 11 is connected to the first the output of the first current control unit 3, an additional fourth input of the logic unit 11 is connected to the first output of the second current control unit 4, the fifth input of the logic unit 11 is connected to the output of the opto-receiver 6, the sixth input of the logic unit 11 is connected to the output of the voltage control unit on the thyristor 12, the input which is connected to the output of the external resistive divider 13, the additional seventh input of the logic unit 11 is connected to the output of the third current control unit 14, the input of which is connected to the output of the external transformer current sensor 15, while the eighth input of the logic unit 11 is connected to the output of the thermal protection unit 16, the input which is connected to an external temperature sensor 17, and the first, second, third, fourth outputs of the logic node 11 are connected to the first, second, third, fourth inputs of LED emitters 18, while the fifth output of the logic node 11 with the first input of the diagnostics node 19. In this case, the logic node 11 contains the first RS flip-flop 11.1 and the second RS flip-flop 11.2, inputs R , which are connected to the first input of the logic node 11, the input S of the first RS flip-flop 11.1 is connected to the eighth input of the logic node 11, the input S of the second RS flip-flop 11.2 is connected to the additional seventh input of the logic node 11, and the outputs Q of the first and second RS flip-flops 11.1, 11.2 connected to the first and second outputs of the logic node 11, respectively, and the additional third and fourth inputs of the logic node 11 are connected to two inputs of the logic element 3I 11.3, the third input of which is connected to the output of the logic element NOT 11.4, the input of which is connected to the fifth input of the logic node 11, and the output of the logic element 3I 11.3 is connected to the input of the time delay element 11.5, the output of which is connected to one of the inputs of the logic element 2I 11 .6, the other input of which is connected to the sixth input of the logic node 11, and the output of the logic element 2I 11.6, is connected to one of the inputs of the logic element 4I-NOT 11.7, and its other three inputs are connected to the second, additional seventh and eighth inputs of the logic node 11 , the output of the logic element 4I-NOT 11.7 is connected to one of the inputs of the logic element 2OR-NOT 11.8, the other input of which is connected to the fifth input of the logic node 11, the output of the logic element 2OR-NOT 11.8 is connected to the fifth output of the logic node 11. Diagnostic node 19, the second input of which is connected to the output of the third current control unit 14, the third input of the diagnostics unit 19 is connected to the output of the voltage control unit on the thyristor 12, the fourth input of the diagnostics unit 19 is connected to the output of the opto-receiver 6, the fifth input of the diagnostics unit 19 is connected to the output of the power supply 1, while the output of the diagnostic unit 19 is connected to the input of the opto-emitter 20. A high-frequency converter unit with a transformer output 8, a rectifier unit 9, ne The first current control unit 3, the second current control unit 4 and the third current control unit 14 form an additional channel of the control circuit of the second thyristor 10. The second thyristor 10 is connected in anti-parallel with the first thyristor 7, and together form a bi-directional thyristor switch.

Драйвер тиристорного ключа для высоковольтных преобразователей работает следующим образом.The thyristor key driver for high-voltage converters works as follows.

Оптический сигнал управления поступает на вход оптоприемника 6, на выходе которого в течение длительности оптического сигнала управления присутствует уровень логического нуля. Сигнал с выхода оптоприемника 6 поступает на первый вход усилителя 5, на второй вход блока высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом 8, на пятый вход узла логики 11, на четвертый вход узла диагностики 19. Логический ноль с выхода оптоприемника 6 разрешает работу усилителя 5 и блока высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом 8. При этом усилитель 5 формирует импульс тока управления первым тиристором 7, а блок высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом 8 формирует гальванически развязанный переменный токовый сигнал, поступающий на вход выпрямительного блока 9, который преобразует переменный токовый сигнал в постоянный и, тем самым, формируется импульс тока управления вторым тиристором 10.The optical control signal is fed to the input of the optical receiver 6, at the output of which a logical zero level is present during the duration of the optical control signal. The signal from the output of the opto-receiver 6 is fed to the first input of the amplifier 5, to the second input of the high-frequency converter unit with a transformer output 8, to the fifth input of the logic unit 11, to the fourth input of the diagnostic unit 19. A logical zero from the output of the opto-receiver 6 enables the operation of the amplifier 5 and the high-frequency unit. converter with a transformer output 8. In this case, the amplifier 5 forms a control current pulse for the first thyristor 7, and the high-frequency converter unit with a transformer output 8 forms a galvanically isolated alternating current signal supplied to the input of the rectifier unit 9, which converts the alternating current signal into a constant one and thus Thus, a pulse of the control current for the second thyristor 10 is formed.

Для обнаружения нарушения работы драйвера или возникновения аварийной ситуации во время проводящего состояния тиристорного ключа, т.е. при наличии оптического сигнала управления, осуществляется контроль за напряжением питания драйвера, контроль за температурой нагрева тиристорного ключа, контроль напряжения на тиристорном ключе, контроль тока тиристорного ключа, контроль тока в каналах питания цепи управления первым и вторым тиристором.To detect a driver malfunction or an emergency situation during the conductive state of the thyristor switch, i.e. in the presence of an optical control signal, the driver supply voltage is monitored, the thyristor key heating temperature is monitored, the thyristor key voltage is monitored, the thyristor key current is monitored, and the current in the power supply channels of the control circuit of the first and second thyristor is monitored.

При возникновении аварийных ситуаций во время непроводящего состояния тиристорного ключа, т.е. при отсутствии оптического сигнала управления осуществляется контроль напряжения на тиристорном ключе и контроль тока тиристорного ключа.In the event of emergency situations during the non-conductive state of the thyristor switch, i.e. in the absence of an optical control signal, the thyristor switch voltage is monitored and the thyristor switch current is monitored.

Узел контроля напряжения питания драйвера 2 обеспечивает контроль за напряжением питания драйвера. При нормальном напряжении питания драйвера на втором выходе узла контроля напряжения питания драйвера 2 появляется уровень логической единицы, который поступает на второй вход узла логики 11, что приводит к формированию на четвертом выходе узла логики 11 уровня логической единицы, поступающий на четвертый вход светодиодных излучателей 18, чем обеспечивается включение светодиодный индикатор «Питание».The driver supply voltage control unit 2 provides control over the driver supply voltage. When the driver supply voltage is normal, a logical unit level appears at the second output of the driver supply voltage control unit 2, which is fed to the second input of the logic unit 11, which leads to the formation of a logical unit level at the fourth output of the logic unit 11, which arrives at the fourth input of the LED emitters 18, which ensures that the "Power" LED indicator is turned on.

Узел термозащиты 16 осуществляет контроль за температурой нагрева тиристорного ключа. В случае нормальной температуры тиристорного ключа на выходе узла термозащиты 16 появляется уровень логической единицы. В случае нагрева тиристорного ключа выше допустимого значения на выходе узла термозащиты 16 появляется уровень логического нуля, который приводит к формированию на первом выходе узла логики 11 уровня логической единицы, который поступает на первый вход светодиодных излучателей 18, чем обеспечивается включение светодиодного индикатора «Перегрев».Thermal protection unit 16 monitors the heating temperature of the thyristor switch. In the case of a normal temperature of the thyristor switch, a logical unit level appears at the output of the thermal protection unit 16. If the thyristor key is heated above the permissible value, a logical zero level appears at the output of the thermal protection unit 16, which leads to the formation of a logical unit level at the first output of the logic unit 11, which is fed to the first input of the LED emitters 18, which ensures that the Overheating LED indicator turns on.

Узел контроля напряжения на тиристоре 12 осуществляет контроль напряжения на тиристорном ключе, На вход которого поступает сигнал с внешнего резистивного делителя 13, присоединенного параллельно тиристорному ключу. В случае отсутствия напряжения на тиристорном ключе на выходе узла контроля напряжения на тиристоре 12, который соединен с шестым входом узла логики 11 и с третьим входом узла диагностики 19 появляется уровень логической единицы. В случае наличия высокого напряжения на тиристорном ключе на выходе узла контроля напряжения на тиристоре 12 появляется уровень логического нуляThe thyristor voltage control unit 12 monitors the voltage on the thyristor switch, the input of which receives a signal from an external resistive divider 13 connected in parallel with the thyristor switch. In the absence of voltage on the thyristor key at the output of the voltage control unit on the thyristor 12, which is connected to the sixth input of the logic unit 11 and to the third input of the diagnostic unit 19, the level of a logical unit appears. In the case of a high voltage on the thyristor switch, a logical zero level appears at the output of the voltage control unit on thyristor 12

При нормальной работе тиристорного ключа при поступлении оптического сигнала управления напряжение на тиристорном ключе должно отсутствовать. В случае наличия высокого напряжения на тиристорном ключе при поступлении оптического сигнала управления (по причине выхода тиристорного ключа в состояние обрыва или других неисправностей) на выходе узла контроля напряжения на тиристоре 12 появляется уровень логического нуля, который приводит к формированию на третьем выходе узла логики 11 уровня логической единицы, который поступает на третий вход светодиодных излучателей 18, чем обеспечивается включение светодиодного индикатора «U тир».During normal operation of the thyristor switch, when an optical control signal is received, the voltage on the thyristor switch should be absent. In the case of a high voltage on the thyristor switch when an optical control signal arrives (due to the thyristor switch going into an open state or other malfunctions), a logical zero level appears at the output of the voltage control unit on the thyristor 12, which leads to the formation of level 11 at the third output of the logic unit logical unit, which is fed to the third input of the LED emitters 18, which ensures the inclusion of the LED indicator "U dash".

Третий узел контроля тока 14 осуществляет контроль тока тиристорного ключа, на вход которого поступает сигнал с внешнего трансформаторного датчика тока 15. При протекании тока через тиристорный ключ ниже допустимого значения на выходе третьего узла контроля тока 14 появляется уровень логической единицы. В случае превышения допустимого значения тока через тиристорный ключ (по причине перегрузки по току или короткого замыкания) при поступлении оптического сигнала управления на выходе третьего узла контроля тока 14 появляется уровень логического нуля, который приводит к формированию на втором выходе узла логики 11 уровня логической единицы, который поступает на второй вход светодиодных излучателей 18, чем обеспечивается включение светодиодного индикатора «I кз».The third current control unit 14 monitors the current of the thyristor switch, the input of which receives a signal from the external transformer current sensor 15. When the current flows through the thyristor switch below the permissible value, a logical unit level appears at the output of the third current control unit 14. If the permissible current value through the thyristor switch is exceeded (due to overcurrent or short circuit), when an optical control signal arrives at the output of the third current control unit 14, a logical zero level appears, which leads to the formation of a logical unit level at the second output of the logic unit 11, which is fed to the second input of the LED emitters 18, which ensures the inclusion of the LED indicator "I kz".

Первый узел контроля тока 3 осуществляет контроль тока в канале питания цепи управления первым тиристором 7. В момент поступления оптического сигнала управления начинает протекать ток в канале питания цепи управления первым тиристором 7 с выхода источника питания 1 через вход первого узла контроля тока 3 и далее со второго выхода первого узла контроля тока 3 на дополнительный второй вход усилителя 5. В случае допустимого значения тока в канале питания цепи управления первым тиристором 7 на первом выходе первого узла контроля тока 3, который соединен с дополнительным третьим входом узла логики 11 появляется уровень логической единицы. В случае отсутствия тока в канале питания цепи управления первым тиристором 7 (по причине обрыва цепи управления тиристором или других неисправностей) на первом выходе первого узла контроля тока 3 появляется уровень логического нуля.The first current control unit 3 monitors the current in the power channel of the control circuit of the first thyristor 7. At the moment the optical control signal arrives, current begins to flow in the power channel of the control circuit of the first thyristor 7 from the output of the power supply 1 through the input of the first current control unit 3 and then from the second the output of the first current control unit 3 to the additional second input of the amplifier 5. In the case of a permissible current value in the supply channel of the control circuit of the first thyristor 7, a logical unit level appears at the first output of the first current control unit 3, which is connected to the additional third input of the logic unit 11. In the absence of current in the supply channel of the control circuit of the first thyristor 7 (due to an open circuit of the thyristor control or other malfunctions), a logical zero level appears at the first output of the first current control unit 3.

Второй узел контроля тока 4 осуществляет контроль тока в канале питания цепи управления вторым тиристором 10. В момент поступления оптического сигнала управления начинает протекать ток в канале питания цепи управления вторым тиристором 10 с выхода источника питания 1 через вход второго узла контроля тока 4 и далее со второго выхода второго узла контроля тока 4 на первый вход блока высокочастотного преобразователя с трансформаторным выходом 8. В случае допустимого значения тока в канале питания цепи управления вторым тиристором 10 на первом выходе второго узла контроля тока 4, появляется уровень логической единицы. В случае отсутствия тока в канале питания цепи управления вторым тиристором (по причине обрыва цепи управления тиристором или других неисправностей) на первом выходе второго узла контроля тока 4 появляется уровень логического нуля.The second current control unit 4 monitors the current in the power channel of the control circuit of the second thyristor 10. At the moment the optical control signal arrives, current begins to flow in the power channel of the control circuit of the second thyristor 10 from the output of the power supply 1 through the input of the second current control unit 4 and then from the second the output of the second current control unit 4 to the first input of the high-frequency converter unit with a transformer output 8. In the case of a permissible current value in the supply channel of the control circuit of the second thyristor 10 at the first output of the second current control unit 4, a logical unit level appears. In the absence of current in the supply channel of the second thyristor control circuit (due to an open thyristor control circuit or other malfunctions), a logical zero level appears at the first output of the second current control unit 4.

При нормальной работе драйвера и тиристорного ключа во время наличия оптического сигнала управления на втором, дополнительном третьем, дополнительном четвертом, шестом, дополнительном седьмом, восьмом входах узла логики 11 присутствует уровень логической единицы и на пятом выходе узла логики 11 появляется также уровень логической единицы, который поступает на первый вход узла диагностики 19.During normal operation of the driver and the thyristor switch during the presence of an optical control signal at the second, additional third, additional fourth, sixth, additional seventh, eighth inputs of the logic unit 11, there is a logical unit level and at the fifth output of the logic unit 11, the level of the logical unit also appears, which goes to the first input of the diagnostic unit 19.

В случае нарушения работы драйвера или возникновения аварийных событий при работе тиристорного ключа (наличие оптического импульса управления) на пятом выходе узла логики 11 появляется уровень логического нуля, который который поступает на первый вход узла диагностики 19.In the event of a driver malfunction or the occurrence of emergency events during the operation of the thyristor switch (the presence of an optical control pulse), a logical zero level appears at the fifth output of the logic unit 11, which is fed to the first input of the diagnostic unit 19.

Светодиодные излучатели 18, а именно светодиодный индикаторы «I кз» и светодиодный индикатор «Перегрев», включаются RS-тригтерами в узле логики 11 при превышении тока тиристорного ключа выше допустимого значения и при перегреве тиристорного ключа соответственно. Для сброса триггеров в исходное состояние после срабатывания защиты необходимо отключить и включить питание драйвера. В момент после появления питания драйвера узел контроля напряжения питания драйвера 2 формирует импульс на первом выходе, устанавливающий RS-триггеры в узле логики 11 в исходное состояние.LED emitters 18, namely LED indicators "I kz" and LED indicator "Overheating", are switched on by RS-triggers in the logic node 11 when the thyristor switch current exceeds the permissible value and when the thyristor switch overheats, respectively. To reset the triggers to their initial state after the protection is triggered, turn off and turn on the driver power. At the moment after the driver power supply appears, the driver supply voltage control unit 2 generates a pulse at the first output, which sets the RS flip-flops in the logic unit 11 to their initial state.

Узел диагностики 19 преобразует все входные сигналы в периодическую последовательность импульсов, которые с выхода узла диагностики 19 поступает на вход оптоизлучителя 20, на выходе которого формируется периодический импульсный оптический сигнал диагностики, передаваемый по оптокабелю во внешнюю систему управления преобразователем. Внешняя система управления при этом непрерывно получает оптические импульсы диагностики и тем самым отслеживает состояние тиристорного ключа во включенном и выключенном его режимах работы.The diagnostics unit 19 converts all input signals into a periodic sequence of pulses, which from the output of the diagnostics unit 19 are fed to the input of the optical emitter 20, at the output of which a periodic pulsed optical diagnostics signal is generated, transmitted via an optical cable to the external control system of the converter. In this case, the external control system continuously receives optical diagnostic pulses and thereby monitors the state of the thyristor switch in the on and off modes of operation.

В случае нормального состояния тиристорного ключа на выходе узла диагностики 19 формируется последовательность импульсов с коэффициентом заполнения 0.7, в случае аварийного состояния на выходе узла диагностики 19 формируется последовательность импульсов с коэффициентом заполнения 0.3. На фиг.2 представлен пример временной диаграммы формирования последовательности импульсов на выходе узла диагностики 19 в нормальном и аварийном состоянии тиристорного ключа. В таблице 1 представлены состояния тиристорного ключа в зависимости от комбинации логических сигналов на входах узла диагностики.In the case of a normal state of the thyristor switch, a sequence of pulses with a duty cycle of 0.7 is formed at the output of the diagnostic unit 19; in the event of an emergency state, a sequence of pulses with a duty factor of 0.3 is formed at the output of the diagnostic unit 19. Figure 2 shows an example of a timing diagram of the formation of a sequence of pulses at the output of the diagnostic unit 19 in the normal and emergency state of the thyristor switch. Table 1 shows the states of the thyristor switch depending on the combination of logic signals at the inputs of the diagnostic unit.

Использование драйвера тиристорного ключа для высоковольтных преобразователей расширяет его функциональные возможности за счет реализации управления двунаправленным тиристорным ключом, контроля тока, протекающего через него и непрерывной диагностики состояния тиристорного ключа, тем самым повышая надежность управления.The use of a thyristor switch driver for high-voltage converters expands its functionality by implementing the control of a bidirectional thyristor switch, monitoring the current flowing through it and continuously diagnosing the state of the thyristor switch, thereby increasing control reliability.

Claims

A thyristor key driver for high-voltage converters, containing a power source, a driver supply voltage control unit, the first and second outputs of which are connected to the inputs of the logic unit, an opto-receiver, the input of which is connected to the driver control input, and its output is connected to the corresponding input of the logic unit and one of the the inputs of the amplifier, the outputs of which are respectively connected to the control electrode and the cathode of the first thyristor, the thyristor voltage control unit, the input of which is connected to the output of the external resistive divider, and its output is connected to the corresponding input of the logic unit, the thermal protection unit, the input of which is connected to the external thermal sensor, and the output of the thermal protection unit is connected to the corresponding input of the logic unit, LED emitters connected to the corresponding outputs of the logic unit, an opto-emitter, characterized in that it is equipped with a diagnostics unit and an additional channel of the control circuit of the second thyristor connected in antiparallel to the first thyris torus, which together form a bi-directional thyristor switch, and the additional channel of the control circuit of the second thyristor is made in the form of a high-frequency converter unit with a transformer output, a rectifier unit, the first, second and third current control units, while the power supply output is connected to the input of the first current control unit , the input of the second current monitoring unit, with the corresponding input of the diagnostics unit, and the first output of the first current monitoring unit is connected to the corresponding additional input of the logic unit, and its second output is connected to the additional input of the amplifier, and the first output of the second current monitoring unit is connected to the corresponding additional input the logic node, and its second output is connected to the first input of the high-frequency converter unit with a transformer output, and the second input of the high-frequency converter unit with a transformer output is connected to the output of the opto-receiver, while the output of the high-frequency converter unit from the transformer The third output is connected to the input of the rectifier unit, the outputs of which are connected, respectively, to the control electrode and the cathode of the second thyristor, and the input of the third current control unit is connected to the output of the external transformer current sensor connected in series with the bidirectional thyristor switch, and its output is connected to the corresponding additional input of the unit logic and the second input of the diagnostics unit, while the first input of the diagnostics unit is connected to the output of the logic unit, and its third input is connected to the output of the thyristor voltage control unit, the fourth input to the output of the opto-receiver, and the fifth input to the output of the power supply, while the output of the unit is diagnostics is connected to the input of the optical emitter.