WO2023061149A1 - 可控硅驱动电路、可控硅驱动应用电路及电气/电器设备 - Google Patents

可控硅驱动电路、可控硅驱动应用电路及电气/电器设备 Download PDF

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WO2023061149A1
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circuit
drive
switch
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陈健
吴桢生
曾金芳
赵怀阳
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苏州汇川控制技术有限公司
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/72—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region
    • H—ELECTRICITY
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit

Definitions

  • the present application relates to the field of thyristor drive technology, in particular to a thyristor drive circuit, a thyristor drive application circuit, and electrical/electric equipment.
  • the main purpose of this application is to propose a thyristor driving circuit, a thyristor driving application circuit and electrical/electrical equipment, aiming at improving the reliability of the thyristor driving and improving the protection timeliness of the thyristor.
  • the control signal receiving end is connected to the controlled end of the switch trigger circuit, the input end of the switch trigger circuit is connected to the output end of the unidirectional conduction element, and the drive signal output end of the switch trigger circuit is connected to The gate of the thyristor, the input terminal of the unidirectional conduction element is connected to the anode of the thyristor;
  • the signal isolation circuit includes a first resistor, a second resistor and an optocoupler, the first end of the first resistor is the receiving end of the control signal, the second end of the first resistor is connected to the The second resistor is connected to the anode of the primary side of the optocoupler; the second end of the second resistor and the cathode of the primary side of the optocoupler are both grounded; the collector of the secondary side of the optocoupler is used to connect to the power supply , the secondary-side emitter of the optocoupler is connected to the controlled end of the switch trigger circuit.
  • the thyristor application circuit when a plurality of thyristors form the three-phase upper bridge, the thyristor application circuit further includes a first power supply, the positive pole of the first power supply is connected to the The power supply terminals of the three thyristor driving circuits of the thyristors in the three-phase upper bridge, the negative poles of the first power supply are connected to the cathodes of the three thyristors in the three-phase upper bridge; and /or,
  • the anode A-cathode K of the thyristor T2 When the anode A-cathode K of the thyristor T2 is subjected to back pressure, that is, the voltage of the cathode is greater than the voltage of the anode, when the switch trigger circuit 10 is closed, after the one-way conduction element 20 and the switch trigger circuit 10 are arranged in series, the equivalent Since it is connected in parallel with the thyristor T2, the one-way conduction element 20 will also bear the back pressure at this time, according to the characteristics of the one-way conduction element 20 being forward conducting and reversely being cut off.
  • the switch trigger circuit further includes:
  • the silicon controlled rectifier drive application circuit of this application is suitable for AC and DC speed regulation, power regulation, servo system and household appliances in the industrial field, especially in the application of frequency converters using silicon controlled rectifiers as controllable devices for AC and DC rectification and bus buffer switches. Silicon drive application circuits.
  • each of the thyristor drive circuits operates according to the received control signal Increase the first preset conduction angle every first preset time to drive the corresponding thyristor to conduct.

Abstract

本申请公开一种可控硅驱动电路、可控硅驱动应用电路及电气/电器设备，该可控硅驱动电路包括：控制信号接收端，用于接入控制信号；当控制信号接收端接收到无效电平时，开关触发电路（10）截止，以断开可控硅的门极回路，使可控硅处于截止状态；当控制信号接收端接收到有效电平时，开关触发电路（10）导通，并向可控硅的门极提供触发电流，以在可控硅的阳极与阴极之间接入正向电压时，触发可控硅导通；当可控硅的阳极与阴极之间接入反向电压时，单向导通元件（20）截止，以断开开关触发电路（10）所在回路，使开关触发电路（10）截止。

Description

可控硅驱动电路、可控硅驱动应用电路及电气/电器设备
本申请要求于2021年10月11号申请的、申请号为202111184307.8的中国专利申请的优先权。
技术领域
本申请涉及可控硅驱动技术领域，特别涉及一种可控硅驱动电路、可控硅驱动应用电路及电气/电器设备。
 背景技术
可控硅作为一种开关器件，广泛应用在工业调速传动领域和家电消费领域。可控硅通常需要设置可控硅驱动电路，以驱动可控硅工作。然而，公知的可控硅驱动电路的可靠性较低，容易损坏可控硅，严重时甚至容易因为外围的功率电路失控而引起安全事故。
 技术问题
本申请的主要目的是提出一种可控硅驱动电路、可控硅驱动应用电路及电气/电器设备，旨在提高可控硅驱动可靠性，以及提高可控硅的保护时效性。
 技术解决方案
为实现上述目的，本申请提出一种可控硅驱动电路，用于驱动连接在应用回路中的可控硅，所述可控硅驱动电路包括：控制信号接收端、开关触发电路及单向导通元件；
所述控制信号接收端连接至所述开关触发电路的受控端，所述开关触发电路的输入端与所述单向导通元件的输出端连接，所述开关触发电路的驱动信号输出端连接至所述可控硅的门极，所述单向导通元件的输入端连接至所述可控硅的阳极；其中：
当所述控制信号接收端接收到无效电平时，所述开关触发电路截止，以断开所述可控硅的门极回路，使所述可控硅处于截止状态；
当所述控制信号接收端接收到有效电平时，所述开关触发电路导通，并向所述可控硅的门极提供触发电流，以在所述可控硅的阳极与阴极之间接入正向电压时，触发所述可控硅导通；
当所述可控硅的阳极与阴极之间接入反向电压时，所述单向导通元件截止，以断开所述开关触发电路所在回路，使所述开关触发电路截止。
在一实施方式中，还包括下拉电阻，所述下拉电阻的第一端连接至所述控制信号接收端与所述开关触发电路的共接点，所述下拉电阻的第二端接地。
在一实施方式中，所述可控硅驱动电路还包括：
信号隔离电路，串联设置于所述控制信号接收端与所述开关触发电路之间，所述信号隔离电路用于对接入的所述控制信号进行隔离后输出。
在一实施方式中，所述信号隔离电路包括第一电阻、第二电阻及光耦，所述第一电阻的第一端为所述控制信号接收端，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻和光耦的一次侧阳极连接；所述第二电阻的第二端和所述光耦的一次侧阴极均接地；所述光耦的二次侧集电极用于接入供电电源，所述光耦的二次侧发射极与所述开关触发电路的受控端连接。
在一实施方式中，所述开关触发电路包括驱动电阻及触发开关，所述驱动电阻的第一端为所述开关触发电路的受控端，所述驱动电阻的第二端与所述触发开关的受控端连接；所述触发开关的输入端为所述开关触发电路的电源输入端，所述触发开关的输出端为所述开关触发电路的驱动输出端。
在一实施方式中，所述触发开关为晶闸管或者MOS管；
当所述触发开关为晶闸管时，所述晶闸管的门极为所述触发开关的受控端，所述晶闸管的阳极为所述触发开关的输入端，所述晶闸管的阴极为所述触发开关的输出端；
当所述触发开关为MOS管时，所述MOS管的栅极为所述触发开关的受控端，所述MOS管的源极为所述触发开关的输入端，所述MOS管的漏极为所述触发开关的输出端。
在一实施方式中，所述开关触发电路还包括：
第一防误触发电路，所述第一防误触发电路并联设置于所述触发开关的受控端与输出端之间。
在一实施方式中，所述开关触发电路还包括：
第二防误触发电路，所述第二防误触发电路并联设置于所述可控硅的门极与阴极端之间。
本申请还提出一种可控硅驱动应用电路，所述可控硅驱动应用电路包括可控硅及如上所述的可控硅驱动电路，所述可控硅驱动电路用于驱动所述可控硅。
在一实施方式中，所述可控硅的数量为多个，多个所述可控硅组成三相上桥整流电路和/或三相下桥整流电路；
所述可控硅驱动电路的数量为多个，每一所述可控硅驱动电路与一所述可控硅连接。
在一实施方式中，当多个所述可控硅组成所述三相上桥时，所述可控硅应用电路还包括第一供电电源，所述第一供电电源的正极连接至用于驱动所述三相上桥中可控硅的三个可控硅驱动电路的供电端，所述第一供电电源的负极连接至所述三相上桥中三个所述可控硅的阴极；和/或，
当多个所述可控硅组成所述三相下桥时，所述可控硅应用电路还包括三个第二供电电源，三个第二供电电源分别用于为三相下桥中可控硅所对应的三个可控硅驱动电路供电，所述第二供电电源的正极连接至与其对应的所述可控硅驱动电路的供电端，所述第二供电电源的负极连接至与其对应的所述可控硅驱动电路的驱动信号输出端及与其对应的所述可控硅的门极。
在一实施方式中，所述可控硅驱动应用电路具有软启动工作模式及正常工作模式；
在多个所述可控硅组成三相上桥，且所述可控硅驱动应用电路工作于所述软启动工作模式时，每一所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，以每第一预设时间增加第一预设导通角度驱动对应的所述可控硅导通。
在一实施方式中，所述可控硅驱动应用电路具有软启动工作模式及正常工作模式；
在多个所述可控硅组成三相上桥和三相下桥，且所述可控硅驱动应用电路工作于所述软启动工作模式时，同一桥臂的两个所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，以每第一预设时间增加第一预设导通角度驱动对应上桥的所述可控硅和下桥的所述可控硅导通；
或者，同一桥臂的一所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，以每第一预设时间增加第一预设导通角度驱动对应上桥的所述可控硅导通；以及，另一所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，驱动对应下桥的所述可控硅持续导通。
本申请还提出一种电气/电器设备，包括如上所述的可控硅驱动电路；和/或，如上所述的可控硅驱动应用电路。
 有益效果
本申请通过设置控制信号接收端及开关触发电路，控制信号接收端接入控制信号并输出至开关触发电路的受控端，以使开关触发电路用于根据接收到的所述控制信号驱动所述可控硅；本申请还设置有单向导通元件，该单向导通元件串联于可控硅阳极与开关触发电路的输入端之间，用以在所述可控硅的阳极与阴极之间接入反向电压时截止，以控制开关触发电路停止工作，如此，解决由于可控硅阳极A-阴极K承受反压，可控硅驱动电路依旧收到控制信号，导致可控硅漏电流大，损耗大，温升高，寿命降低的问题，有利于提高可控硅的可靠关断。可以理解的是，本申请无需设置反压检测电路来检测可控硅阳极A-阴极K是否出现反压，同时也无需反馈给外部控制器，可以减少待外部控制器的软件算法、分析、比较等，再控制开关触发电路停止工作的时间，通过硬件触发开关触发电路断开，即可实现对可控硅的可靠保护，同时有利于提高可控硅的保护时效性。
 附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本申请可控硅驱动电路一实施例的功能模块示意图；
图2为本申请可控硅驱动电路一实施例的电路结构示意图；
图3为本申请可控硅驱动电路另一实施例的电路结构示意图；
图4为本申请可控硅驱动电路应用于可控硅驱动应用电路中一实施例的结构示意图；
图5为图4中可控硅驱动电路控制信号的控制逻辑时序图；
图6为本申请可控硅驱动电路应用于可控硅驱动应用电路中另一实施例的结构示意图；
图7为图6中可控硅驱动电路控制信号一实施例的控制逻辑时序图；
图8为图6中可控硅驱动电路控制信号另一实施例的控制逻辑时序图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 开关触发电路 R1 第一电阻
20 单向导通元件 R2 下拉电阻/第二电阻
30 信号隔离电路 R3 驱动电阻
11 第一防误触发电路 D1 二极管
12 第二防误触发电路 T1、T2 可控硅
U1 光耦    
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
 本发明的实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请提出一种可控硅驱动电路，用于驱动触发可控硅导通/截止。
可控硅（Silicon Controlled Rectifier）简称SCR，也称为晶闸管，如图1所示，它有3个电极，其中阳极A和阴极K是可控硅的功率电极，门极G是可控硅的控制极，当可控硅A-K存在正的电压差，并且外部驱动电路给可控硅门级提供可触发电流并维持一定电压，可控硅即触发导通，功率电流从可控硅阳极流动到阴极。可控硅具有体积小、效率高、寿命长、低压小功率驱动电路控制高压大功率设备的特点，广泛应用在工业调速传动领域和家电消费领域。可控硅驱动电路按照可控硅触发信号来源可分为强电硬件间接触发型以及弱电软件触发型，弱电软件触发型可控硅驱动电路有缺陷2点：当可控硅A-K承受正压，可控硅的触发导通需要等待软件驱动控制信号的到来，会导致可控硅触发延时，尤其是高压差触发会损坏可控硅；当可控硅A-K承受反压，可控硅驱动电路依旧会收到软件触发信号，导致可控硅漏电流大，损耗大，温升高，寿命降低。强电硬件间接触发型可控硅驱动电路的具体形式依旧还是采用恒压驱动或者恒流驱动型，其缺陷有2点：可控硅驱动采用强触发，驱动电路需要提供5倍以上规格所要求的可控硅触发电流，因此，驱动电源功率大，驱动电阻功耗高，导致驱动电源设计成本高，驱动电路散热成本高，同时导致体积大，不利于提高驱动板功率密度的问题；驱动电路往往需要通过三级管推挽电路来提供足够的驱动电流，电路复杂，分立器件众多，不利于提高驱动板功率密度，可靠性也低。变压器脉冲驱动型可控硅驱动电路有缺陷2点：只适用于隔离脉冲驱动，不适用于常开型驱动；变压器体积大，不利于提高驱动板功率密度，变压器绕制不能实现全自动化、机器化，因此，可靠性低，成本也高昂。
为了解决上述问题，本申请提出一种强电硬件直接触发型可控硅驱动电路，该可控硅驱动电路一方面通过设置控制信号接收端及开关触发电路，控制信号接收端接入控制信号并输出至开关触发电路的受控端，以使开关触发电路用于根据接收到的所述控制信号驱动所述可控硅；另一方面还设置有单向导通元件，该单向导通元件串联设置于可控硅阳极与开关触发电路的输入端之间，用以在所述可控硅的阳极与阴极之间接入反向电压时截止，以控制开关触发电路停止工作，如此，解决由于可控硅阳极A-阴极K承受反压，可控硅驱动电路依旧收到控制信号，导致可控硅漏电流大，损耗大，温升高，寿命降低的问题，有利于提高可控硅的可靠关断。可以理解的是，本申请无需设置反压检测电路来检测可控硅阳极A-阴极K是否出现反压，同时也无需反馈给外部控制器，可以减少待外部控制器的软件算法、分析、比较等，再控制开关触发电路停止工作的时间，通过硬件触发开关触发电路断开，即可实现对可控硅的可靠保护，同时有利于提高可控硅的保护时效性。
下面结合附图详细阐述本申请实施例提供的可控硅驱动电路。
参照图1至图3，在本申请一实施例中，所述可控硅驱动电路包括：控制信号接收端SCR_C、开关触发电路10及单向导通元件20；
所述控制信号接收端SCR_C连接至所述开关触发电路10的受控端，所述开关触发电路10的输入端与所述单向导通元件20的输出端连接，所述开关触发电路10的驱动信号输出端连接至所述可控硅T2的门极，所述单向导通元件20的输入端连接至所述可控硅T2的阳极；其中：
当所述控制信号接收端SCR_C接收到无效电平时，所述开关触发电路10截止，以断开所述可控硅T2的门极回路，使所述可控硅T2处于截止状态；
当所述控制信号接收端SCR_C接收到有效电平时，所述开关触发电路10导通，并向所述可控硅T2的门极提供触发电流，以在所述可控硅T2的阳极与阴极之间接入正向电压时，触发所述可控硅T2导通；
当所述可控硅T2的阳极与阴极之间接入反向电压时，所述单向导通元件20截止，以断开所述开关触发电路10所在回路，使所述开关触发电路10截止。
本实施例中，控制信号接收端SCR_C可以与外部控制器，例如在应用于电气/电器设备中时，可以与电气/电器设备中的MCU连接，以将接收MCU输出的控制信号，并将控制信号输出至开关触发电路10。开关触发电路10可以根据接收到的控制信号为有效电平还是无效电平，来控制可控硅T2门极的触发电流，具体地，在接收到的控制信号为有效电平时，开关触发电路10导通，并向可控硅T2的门极输出触发电流，此时若应用回路中可控硅T2的阳极A与阴极K之间接入有正向电压，可控硅T2即可导通；在控制信号接收端SCR_C接收到无效电平时，开关触发电路10截止，此时可控硅T2门极无触发电流，可控硅T2处于截止状态。其中，有效电平可以为高电平，例如：可以为3.3V或5V电平；无效电平为低电平，例如：可以为0V。当然，在其他实施例中，也可以为：有效电平为低电平，无效电平则为高电平。
开关触发电路10包括受控端、驱动输出端SCR_G和电源输入端，开关触发电路10还可以具有电源输出端SCR_K，该电源输出端SCR_K与可控硅T2的阴极连接，开关触发电路10的驱动输出端SCR_G与可控硅T2的门极连接。单向导通元件20可以采用二极管D1等等具有正向导通，反向截止特性的元件来实现。本实施例单向导通元件20可选采用高压快恢复二极管D1来实现，可以加快可控硅T2的触发开通速度，同时，可以减小可控硅T2的阳极A-阴极K承受反压时，开关触发电路10处于闭合时接入的反向漏电流。单向导通元件20的输入端与待驱动可控硅T2的阳极连接，同时也接入驱动电源，单向导通元件20的输出端与开关触发电路10的电源输入端连接。单向导通元件20在正向导通时，将接入的驱动电源输出至开关触发电路10的电源输入端。
当开关触发电路10接收到有效的控制信号时闭合，驱动电源输出的驱动电流经单向导通元件20、开关触发电路10的电源输入端、电源输出端SCR_K输出至可控硅T2的门极，从而给可控硅T2的门极注入驱动电流，进而驱动可控硅T2导通。
当开关触发电路10接收到无效的控制信号时断开，驱动电源输出的驱动电流无法形成导通的电流回路，也就无法输出至可控硅T2的门极，也即可控硅T2的门极驱动回路处于断开状态，不能给可控硅T2的门极注入驱动电流，进而驱动可控硅T2截止。
当可控硅T2的阳极A-阴极K承受反压时，也即阴极的电压大于阳极的电压，在开关触发电路10处于闭合时，单向导通元件20和开关触发电路10串联设置后，相当于与可控硅T2并联，此时单向导通元件20也将承受反压，根据单向导通元件20正向导通，反向截止的特性。在单向导通元件20承受反压时，其会截止，从而使驱动电源无法经单向导通元件20输出至开关触发电路10，驱动电源输出的驱动电流无法形成导通的电流回路，也就无法输出至可控硅T2的门极，可控硅T2的门级G触发回路断开，进而驱动可控硅T2截止，此时即便外部控制器仍然输出有效的控制信号，可控硅T2均保持截止状态。
本申请通过设置控制信号接收端SCR_C及开关触发电路10，控制信号接收端SCR_C接入控制信号并输出至开关触发电路10的受控端，以使开关触发电路10用于根据接收到的所述控制信号驱动所述可控硅T2导通/截止；本申请还设置有单向导通元件20串联设置于驱动电源与开关触发电路10的电源输入端之间；本申请通过单向导通元件20在可控硅T2接入反向电压时截止，以控制开关触发电路10停止工作。如此，解决由于可控硅T2阳极A-阴极K承受反压，可控硅驱动电路依旧收到控制信号，导致可控硅T2漏电流大，损耗大，温升高，寿命降低的问题。可以理解的是，本申请无需设置反压检测电路来检测可控硅T2阳极A-阴极K是否出现反压，同时也无需反馈给外部控制器，可以减少待外部控制器的软件算法、分析、比较等，再控制开关触发电路10停止工作的时间，通过硬件触发开关触发电路10断开，即可实现对可控硅T2的可靠保护，同时有利于提高可控硅T2的保护时效性。
参照图3，在一实施例中，所述可控硅驱动电路还包括：
信号隔离电路30，串联设置于所述控制信号接收端SCR_C与所述开关触发电路10之间，所述信号隔离电路30用于对接入的所述控制信号进行隔离后输出。
本实施例中，信号隔离电路30可以采用光耦U1等具有电气隔离功能的器件来实现，本实施例可选为光耦U1来实现，通过选型驱动电路中光耦U1器件的隔离电压、爬电距离、电气间隙、安规认证等参数，提出的驱动电路可以拓展适用不同电网等级的功能绝缘要求和不同的安全绝缘要求。
参照图3，在一实施方式中，所述信号隔离电路30包括第一电阻R1、第二电阻R2及光耦U1，所述第一电阻R1的第一端为所述控制信号接收端SCR_C，所述第一电阻R1的第二端与所述第二电阻R2和光耦U1的一次侧阳极连接；所述第二电阻R2的第二端和所述光耦U1的一次侧阴极均接地；所述光耦U1的二次侧集电极用于接入供电电源SCR_P，所述光耦U1的二次侧发射极与所述开关触发电路10的受控端连接。
本实施例中，可控硅驱动电路采用控制信号SCR_C正逻辑驱动，即控制信号SCR_C为低电平（可以设置为0V）的无效电平时，可控硅T2不被触发而处于截止状态，控制信号SCR_C为高电平（可以设置3.3V或者5V）的有效电平时，可控硅T2被触发而导通。采用正逻辑驱动，可以避免驱动电路上下电过程中，控制信号SCR_C的电源时序和可控驱动电路二级电源SCR_P时序不匹配导致的驱动电路误触发。
可以理解的是，可控硅驱动电路根据输入控制信号的参考地GND与可控硅T2的门级G或者阴极K是否隔离，可以通过设置信号隔离电路30可以组成隔离性可控硅驱动电路。例如，通过信号隔离电路30来实现外部控制器与开关触发电路10之间的隔离，可以实现与可控硅T2连接的强电侧及控制信号接收端SCR_C连接的弱电侧之间的隔离。
或者，开关触发电路10直接与控制信号接收端SCR_C连接，组成非隔离型驱动电路，控制信号的参考地GND和驱动电路一次侧的SCR_G和SCR_K无需隔离，也即无需设置隔离光耦U1和第一电阻R1，由于可控硅T1选择的是微触发电流Igt型，因此大多数的外部控制器后级缓冲电路就可以直接驱动电路的控制信号SCR_C，无需额外设置推挽驱动电路，驱动电路形式十分简洁。
参照图2或图3，在一实施例中，所述开关触发电路10包括驱动电阻R3及触发开关，所述驱动电阻R3的第一端为所述开关触发电路10的受控端，所述驱动电阻R3的第二端与所述触发开关的受控端连接；所述触发开关的输入端为所述开关触发电路10的电源输入端，所述触发开关的输出端为所述开关触发电路10的驱动输出端SCR_G。
本实施例中，触发开关可以为MOS管、三极管、可控硅（晶闸管）等，本实施例可选为可控硅T1，其中，驱动电阻R3用于接入控制信号，并输出至可控硅T1的门极，可控硅T1的阳极与单向导通元件20的输出端连接，可控硅T1的阴极与待驱动可控硅的门极连接。开关触发电路10中的可选采用可控硅T1选择高dv/dt（一般要求＞1000V/us）、微触发电流Igt（一般Igt＜1mA）。微触发电流的可控硅T1器件封装可以采用贴片小封装，另外，微触发电流Igt可以极大减小可控硅驱动电路自身的电源功耗和驱动电阻R3损耗。通过选型驱动电路中可控硅T1和二极管D1的器件合适的耐压值，提出的驱动电路可以拓展适用到220Vac、380~480Vac以及690Vac等等电网等级。相较于强电硬件直接触发型可控硅驱动电路采用高压MOSFET来驱动可控硅，高压MOSFET体积较大，不利于提升驱动板功率密度，并且外部控制器的控制信号有效电平的电压值通常为3.3V或者5V，而MOSFET的驱动电压则需要高于该有效电平电压值，还需要进一步设置MOSFET的推挽电路。本实施例采用微触发电流Igt的可控硅来驱动待驱动可控硅T2，还可以简化可控硅驱动电路的电路设计，有利于缩小可控硅驱动电路的电路板体积，简化控硅驱动电路的装配。
具体地，当所述触发开关为晶闸管时，所述晶闸管的门极为所述触发开关的受控端，所述晶闸管的阳极为所述触发开关的输入端，所述晶闸管的阴极为所述触发开关的输出端；
当所述触发开关为MOS管时，所述MOS管的栅极为所述触发开关的受控端，所述MOS管的源极为所述触发开关的输入端，所述MOS管的漏极为所述触发开关的输出端。
参照图2或图3，在一实施例中，可控硅驱动电路还包括下拉电阻R2，下拉电阻R2的第一端分别与控制信号接入端与开关触发电路10连接，下拉电阻R2的第二端接地，作为为控制信号SCR_C的下拉电阻R2，可以避免控制信号SCR_C出现不确定状态，提高控制信号SCR_C的抗干扰性。在应用于设置有信号隔离电路30的实施例中，例如信号隔离电路30采用光耦U1实现时，下拉电阻R2还可以提高光耦U1二极管D1导通电流阈值，提高控制信号SCR_C的抗干扰性。在具体实现时，下拉电阻R2的阻值范围为2kΩ~5.1kΩ。
参照图2或图3，在一实施例中，所述开关触发电路还包括：
第一防误触发电路11，所述第一防误触发电路11并联设置于所述触发开关的受控端与输出端之间。
本实施例中，第一防误触发电路11可以采用电阻R4和电容C1组成的阻容电路，其中电阻R4与驱动电阻R3串联设置，电阻R4与电容C1并联设置，通过调整电阻R4的阻值，可以调节控制信号输出至开关触发电路10的触发阈值，电容C1可以滤除控制信号中的杂波，通过电阻R4和电容C1组成的第一防误触发电路11，可以降低开关触发电路10的误触发风险。
参照图2或图3，在一实施例中，所述开关触发电路还包括：
第二防误触发电路12，所述第二防误触发电路12并联设置于所述可控硅T2的门极与阴极端之间。
本实施例中，第二防误触发电路12可以采用电阻R5和电容C2组成的阻容电路，其中电阻R5与电阻R4串联设置，电阻R5与电容C2并联设置，通过调整电阻R5的阻值，可以调节控制信号输出至可控硅T2门极的触发阈值，电容C2可以滤除控制信号中的杂波，通过电阻R5和电容C2组成的第二防误触发电路12，可以降低可控硅T2误触发风险。
为了更好的阐述本申请的发明构思，以下结合本申请的上述实施例，对本申请可控硅驱动电路的工作原理进行说明。参照图3，以下说明中，可控硅驱动电路中的单向导通元件20以二极管D1作为示例性说明，开关触发电路10中的触发开关以可控硅作为示例性说明，可控硅驱动电路还设置有信号隔离电路30，信号隔离电路30采用光耦U1来实现。
具体地，当控制信号接收端接入的控制信号SCR_C为无效电平（一般为0V）时，光耦U1中的二极管、光敏三极管均截止，驱动电阻R3没有电流流过，可控硅T1的门级G触发回路截止，可控硅T1截止，进而可控硅T2的门级G触发回路截止，可控硅T2截止。
当控制信号接收端接入的控制信号SCR_C为有效电平（一般为3.3V或者5V），控制信号SCR_C通过第一电阻R1驱动光耦U1二极管导通（一般导通电流＜10mA），光耦U1光敏三极管导通，驱动电路一次侧电源SCR_P通过光耦U1光敏三极管、驱动电阻R3给可控硅T1的门级G注入驱动电流，可控硅T1导通（如图6所示，电源SCR_P的参考地既可以是SCR_G也可以是SCR_K，均不影响可控硅T2导通），进一步，当可控硅T2的A-K承受正压（一般1~5V），驱动电流从可控硅T2的阳极A流入到驱动电路的SCR_A经过二极管D1，已经导通的可控硅T1，从驱动电路的SCR_G注入到可控硅T2的门级G，可控硅T2触发导通，功率电流从可控硅T2的阳极流到阴极。
当控硅T2的阳极A阴极K承受反压时，也即阴极的电压大于阳极的电压，在可控硅T1导通时，二极管D1和可控硅T1串联设置后，与可控硅2并联，此时二极管D1也将承受反压，根据二极管D1正向导通，反向截止的特性。在二极管D1承受反压时而截止，可控硅T2的门级G触发回路断开，可控硅T2的门极无驱动电流而截止。如此，不管控制信号SCR_G为何种电平，当可控硅T2的A-K承受反压，二极管D1承受反压而截止，可控硅T2门级G触发回路断开，可控硅T2关断，因此不存在接收到控制信号继续使可控硅导通，导致漏电流大，损耗大的问题。本申请提出了一种强电硬件直接触发型可控硅驱动电路，主要由微电流可控硅T1，高压二极管D1，驱动电路R3等等构成，解决了前述驱动电路的技术缺陷，另外，本申请可控硅驱动电路电路结构简洁、拓展适用性强、体积小、成本低廉以及实施案例驱动逻辑简单，可广泛适用于可控硅驱动应用电路和电气/电器设备中。
本申请还提出一种可控硅驱动应用电路，所述可控硅驱动应用电路包括可控硅及如上所述的可控硅驱动电路；所述可控硅驱动电路的控制端与所述可控硅的门极连接，所述可控硅驱动电路用于驱动所述可控硅。该可控硅驱动电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本申请可控硅驱动应用电路中使用了上述可控硅驱动电路，因此，本申请可控硅驱动应用电路的实施例包括上述可控硅驱动电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。本申请可控硅驱动应用电路适用于工业领域的交直流调速、调功以及随动系统和家电等消费领域，尤其涉及变频器应用中采用可控硅作为交直整流和母线缓冲开关的可控硅驱动应用电路。
参照图4和图6，在一实施例中，所述可控硅的数量为多个，多个所述可控硅组成三相上桥和/或三相下桥；
所述可控硅驱动电路的数量为多个，每一所述可控硅驱动电路与一所述可控硅连接。
本实施例中，可控硅驱动电路设计可以应用于任何可控硅驱动应用场合，例如整流桥、逆变桥，继电器、断路器等电子开关、机械开关控制等等，本实施例可选为应用于三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路中。本申请以下示例性的结合工业变频领域常见的三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路拓扑为实施案例，阐述本申请提出的驱动电路实施方式和控制逻辑。可控硅的数量可以为一个，两个，三个，四个，六个等，当设置为一个时，可以组成不控整流高端/或低端缓冲开关，当设置为两个，可以组成单相半控上桥整流电路或者单相半控下桥整流电路，当设置为四个时，则可以构成单相全控整流电路。当设置为三个时，则可以组成三相半控上桥整流电路/或三相半控下桥整流电路，当设置为六个时，则可以组成三相桥式全控整流电路。
在一实施例中，当多个所述可控硅组成所述三相上桥时，所述可控硅应用电路还包括第一供电电源，所述第一供电电源SCR_P的正极连接至用于驱动所述三相上桥中可控硅的三个可控硅驱动电路的供电端，所述第一供电电源SCR_P的负极连接至所述三相上桥中三个所述可控硅的阴极；和/或，
当多个所述可控硅组成所述三相下桥时，所述可控硅应用电路还包括三个第二供电电源，三个第二供电电源（SCR_P_RL、SCR_P_SL以及SCR_P_TL）分别用于为三相下桥中可控硅所对应的三个可控硅驱动电路供电，所述第二供电电源（SCR_P_RL、SCR_P_SL以及SCR_P_TL）的正极连接至与其对应的所述可控硅驱动电路的供电端，所述第二供电电源（SCR_P_RL、SCR_P_SL以及SCR_P_TL）的负极连接至与其对应的所述可控硅驱动电路的驱动信号输出端及与其对应的所述可控硅的门极。
参照图4和图5，在一实施例中，所述可控硅驱动应用电路具有软启动工作模式及正常工作模式；
在多个所述可控硅组成三相上桥，且所述可控硅驱动应用电路工作于所述软启动工作模式时，每一所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，以每第一预设时间增加第一预设导通角度驱动对应的所述可控硅导通。
如图4所示，可控硅驱动应用电路可以应用于三相桥式半控整流电路，三相桥式半控整流电路包括三路可控硅及其驱动电路，具体地，三相桥式半控整流电路中三相上桥采用可控硅，三相下桥采用二极管D1，因此实施案例中采用三路本申请提出的驱动电路去分别控制驱动三相上桥可控硅，并且共用一路电源SCR_P_H（一般为6V~12V），其驱动电源（第一供电电源）SCR_P的参考地是整流直流侧高端“+”，其驱动电路控制驱动逻辑如下：
在电路上电前，需要控制可控硅进行软启动，整流侧直流母线电容电压为0V，外部控制器首先检测RST电压，并锁定RST的相序，接着锁相RST线电压信号开始依据给定的导通角分别给三相上桥驱动电路控制信号SCR_C发软启动驱动信号，以R相上桥驱动电路控制信号SCR_C_RH为例，软启动逻辑如图5所示，外部控制器对R-S线电压信号进过0锁相，从锁相点时刻开始给R相上桥可控硅驱动电路SCR_C_RH每发持续角度1/N*360deg的有效电平信号，R相上桥可控硅导通1/N*360deg角度（第一预设导通角度），R相电网对母线电容充电，母线电压Vdc上升一个台阶，其中N=floor(fsw/fin)，floor表示往0取整，fsw表示外部控制器载波频率，fin表示RST电网频率，此后每个R-S电网周期（每第一预设时间），外部控制器给驱动电路SCR_C_RH的导通角增加1/N*360deg，直至驱动电路SCR_C_RH导通角达到最大180deg，母线电压Vdc趋于稳定。外部控制器也可以通过分别锁相S-T线电压过0相位和T-R线电压过0相位按照给定的导通角分别控制S相上桥驱动电路SCR_C_SH和T相上桥驱动电路SCR_C_TH，S相上桥驱动电路SCR_C_SH和T相上桥驱动电路SCR_C_TH与R相上桥驱动电路SCR_C_RH的软启动控制逻辑相同，具体可以参照R相上桥驱动电路SCR_C_RH的软启动控制逻辑，此处不再赘述。
在电路上电完成后，可控硅进入正常工作状态，当RST三相上桥可控硅驱动电路控制信号都开到最大180°的情况下，母线电压Vdc软启动充电趋于结束，外部控制器可以通过检测母线电压Vdc的电压值，持续判断Vdc电压下一拍不会大于上一拍，则确定软启动完成，如图6所示，此后RST三相上桥可控硅驱动电路控制信号SCR_U可以持续发送有效电平，三相上桥可控硅持续被触发而导通。
参照图6至图8，在一实施例中，所述可控硅驱动应用电路具有软启动工作模式及正常工作模式；
在多个所述可控硅组成三相上桥和三相下桥，且所述可控硅驱动应用电路工作于所述软启动工作模式时，同一桥臂的两个所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，以每第一预设时间增加第一预设导通角度驱动对应上桥的所述可控硅和下桥的所述可控硅导通；
或者，同一桥臂的一所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，以每第一预设时间增加第一预设导通角度驱动对应上桥的所述可控硅导通；以及，另一所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，驱动对应下桥的所述可控硅持续导通。
本实施例中，可控硅驱动应用电路可以应用于三相桥式全控整流电路，三相桥式全控整流电路包括六路可控硅及其驱动电路，具体地，RST三相上桥和三相下桥共计六个桥臂均使用可控硅整流，因此使用六路本申请提出的可控硅驱动电路，RST三相上桥可控硅驱动电路实施方式和驱动信号SCR_C控制方式，可以参照三相桥式半控整流电路的实施案例，此处不再赘述。RST三相下桥可控硅驱动电路分别使用独立电源（第二供电电源）SCR_P_RL、SCR_P_SL以及SCR_P_TL，驱动电路电源的参考地分别是各种驱动电路的SCR_G，并且三下桥驱动电路电源和三相上桥驱动电路共用的电源SCR_P_H相互之间满足功能性绝缘。三相下桥驱动电路SCR_C软启动控制逻辑有两种，如图7所示，外部控制器对RST进行相序锁定后，当给定R相上桥驱动电路SCR_C_RH一定导通角有效电平信号后，同步给定S相下桥驱动电路SCR_C_SL同样导通角有效电平信号，其中R相上桥驱动电路SCR_C_RH的软启动控制逻辑可以参照三相桥式半控整流电路中的R相上桥驱动电路SCR_C_RH的软启动控制逻辑。同理，当给定S、T相上桥驱动电路SCR_C_SH、SCR_C_TH一定导通角有效电平信号后，同步给定T、R相下桥驱动电路SCR_C_TL、SCR_C_RL同样导通角有效电平信号。如图8所示，作为另外一种软启动控制逻辑，三相桥式全控整流电路中的R相上桥驱动电路SCR_C_RH的软启动控制逻辑、S相上桥驱动电路SCR_C_SH和T相上桥驱动电路SCR_C_TH的软启动控制逻辑可以参照上述三相桥式半控整流电路中的R相上桥驱动电路SCR_C_RH的软启动控制逻辑。三相下桥驱动电路控制信号SCR_C则持续给定有效电平信号。软启动结束后，三相下桥驱动电路控制信号SCR_C也持续给定给有效电平信号。
本申请还提出一种电气/电器设备，包括如上所述的可控硅驱动电路；和/或，如上所述的可控硅驱动应用电路。该可控硅驱动电路及可控硅驱动应用电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本申请电气/电器设备中使用了上述可控硅驱动电路及可控硅驱动应用电路，因此，本申请电气/电器设备的实施例包括上述可控硅驱动电路及可控硅驱动应用电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并非因此限制本申请的发明范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的发明保护范围内。

Claims (14)

  1. 一种可控硅驱动电路，用于驱动连接在应用回路中的可控硅，其中，所述可控硅驱动电路包括：控制信号接收端、开关触发电路及单向导通元件；
    所述控制信号接收端连接至所述开关触发电路的受控端，所述开关触发电路的输入端与所述单向导通元件的输出端连接，所述开关触发电路的驱动信号输出端连接至所述可控硅的门极，所述单向导通元件的输入端连接至所述可控硅的阳极；其中：
    当所述控制信号接收端接收到无效电平时，所述开关触发电路截止，以断开所述可控硅的门极回路，使所述可控硅处于截止状态；
    当所述控制信号接收端接收到有效电平时，所述开关触发电路导通，并向所述可控硅的门极提供触发电流，以在所述可控硅的阳极与阴极之间接入正向电压时，触发所述可控硅导通；
    当所述可控硅的阳极与阴极之间接入反向电压时，所述单向导通元件截止，以断开所述开关触发电路所在回路，使所述开关触发电路截止。
  2. 如权利要求1所述的可控硅驱动电路，还包括下拉电阻，所述下拉电阻的第一端连接至所述控制信号接收端与所述开关触发电路的共接点，所述下拉电阻的第二端接地。
  3. 如权利要求1所述的可控硅驱动电路，其中，所述可控硅驱动电路还包括信号隔离电路，串联设置于所述控制信号接收端与所述开关触发电路之间，所述信号隔离电路用于对接入的所述控制信号进行隔离后输出。
  4. 如权利要求3所述的可控硅驱动电路，其中，所述信号隔离电路包括第一电阻、第二电阻及光耦，所述第一电阻的第一端为所述控制信号接收端，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻和光耦的一次侧阳极连接；所述第二电阻的第二端和所述光耦的一次侧阴极均接地；所述光耦的二次侧集电极用于接入供电电源，所述光耦的二次侧发射极与所述开关触发电路的受控端连接。
  5. 如权利要求1所述的可控硅驱动电路，其中，所述开关触发电路包括驱动电阻及触发开关，所述驱动电阻的第一端为所述开关触发电路的受控端，所述驱动电阻的第二端与所述触发开关的受控端连接；所述触发开关的输入端为所述开关触发电路的输入端，所述触发开关的输出端为所述开关触发电路的驱动输出端。
  6. 如权利要求5所述的可控硅驱动电路，其中，所述触发开关为晶闸管或者MOS管；
    当所述触发开关为晶闸管时，所述晶闸管的门极为所述触发开关的受控端，所述晶闸管的阳极为所述触发开关的输入端，所述晶闸管的阴极为所述触发开关的输出端；
    当所述触发开关为MOS管时，所述MOS管的栅极为所述触发开关的受控端，所述MOS管的源极为所述触发开关的输入端，所述MOS管的漏极为所述触发开关的输出端。
  7. 如权利要求5所述的可控硅驱动电路，其中，所述开关触发电路还包括：
    第一防误触发电路，所述第一防误触发电路并联设置于所述触发开关的受控端与输出端之间。
  8. 如权利要求1所述的可控硅驱动电路，其中，所述开关触发电路还包括：
    第二防误触发电路，所述第二防误触发电路并联设置于所述可控硅的门极与阴极端之间。
  9. 一种可控硅驱动应用电路，其中，所述可控硅驱动应用电路包括可控硅及如权利要求1-8任意一项所述的可控硅驱动电路，所述可控硅驱动电路用于驱动所述可控硅。
  10. 如权利要求9所述的可控硅驱动应用电路，其中，所述可控硅的数量为多个，多个所述可控硅组成三相桥式整流电路的三相上桥和/或三相下桥；
    所述可控硅驱动电路的数量为多个，每一所述可控硅驱动电路对应驱动一所述可控硅。
  11. 如权利要求10所述的可控硅驱动应用电路，其中，当多个所述可控硅组成所述三相上桥时，所述可控硅应用电路还包括第一供电电源，所述第一供电电源的正极连接至用于驱动所述三相上桥中可控硅的三个可控硅驱动电路的供电端，所述第一供电电源的负极连接至所述三相上桥中三个所述可控硅的阴极；和/或，
    当多个所述可控硅组成所述三相下桥时，所述可控硅应用电路还包括三个第二供电电源，三个第二供电电源分别用于为三相下桥中可控硅所对应的三个可控硅驱动电路供电，所述第二供电电源的正极连接至与其对应的所述可控硅驱动电路的供电端，所述第二供电电源的负极连接至与其对应的所述可控硅驱动电路的驱动信号输出端及与其对应的所述可控硅的门极。
  12. 如权利要求11所述的可控硅驱动应用电路，其中，所述可控硅驱动应用电路具有软启动工作模式及正常工作模式；
    当多个所述可控硅组成所述三相上桥，且所述可控硅驱动应用电路工作于所述软启动工作模式时，每一所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，以每第一预设时间增加第一预设导通角度驱动对应的所述可控硅导通。
  13. 如权利要求11所述的可控硅驱动应用电路，其中，所述可控硅驱动应用电路具有软启动工作模式及正常工作模式；
    当多个所述可控硅组成所述三相上桥和所述三相下桥，且所述可控硅驱动应用电路工作于所述软启动工作模式时，同一桥臂的两个所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，以每第一预设时间增加第一预设导通角度驱动对应上桥的所述可控硅和下桥的所述可控硅导通；
    或者，同一桥臂的一所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，以每第一预设时间增加第一预设导通角度驱动对应上桥的所述可控硅导通；以及，另一所述可控硅驱动电路根据接收到的控制信号，驱动对应下桥的所述可控硅持续导通。
  14. 一种电气/电器设备，包括如权利要求1-8任意一项所述的可控硅驱动电路；和/或，如权利要求9-13任意一项所述的可控硅驱动应用电路。
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