一種用於光控晶閘管的觸發電路的製作方法
2023-08-02 14:13:51
專利名稱：一種用於光控晶閘管的觸發電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及觸發電路，具體涉及ー種用於光控晶閘管的觸發電路。
背景技術：
光控晶閘管LTT (Light Triggered Thyristor)是在普通的電觸發晶閘管ETT (Electronic Triggered Thyristor)的基礎上發展起來的元器件,其電氣性能與ETT完全一致。與普通的ETT—祥，LTT技術可應用於高壓直流輸電系統HVDC (High-voltageDirect Current)和柔性交流輸電系統 FACTS (FlexibleAC Transmission Systems)等的晶閘管閥體之中。目前應用的電觸發晶閘管閥體的觸發電路位於高電位，存在取能、抗幹擾、實時檢測、與控制系統的通訊等技術難點，是晶閘管閥體的最薄弱環節。由於LTT內部集成了光觸發和BOD(Breakover Diodes)保護功能，由於使用了更加先進的技術，使用此類晶閘管構成的閥體的用戶在操作維護方面將更加簡便，運行成本更加低廉。光控晶閘管閥體的觸發電路則是使用光控晶閘管的核心技木。如圖1，光控晶閘管觸發電路是連接控制系統及光控晶閘管閥體的中間環節，需要接收控制系統發出的觸發指令觸發光控晶閘管，並向控制系統回報信息，對光控晶閘管閥體的可靠運行至關重要。
實用新型內容為了克服上述現有技術的不足，本實用新型提供了一種用於光控晶閘管的觸發電路，滿足不同種類光控晶閘管的觸發要求，採用可編程邏輯器件，實現多種檢測和觸發邏輯，功能設計靈活，同時電路具備相當高的可靠性和抗幹擾性能，電路功耗極低，大大減少了電路的元器件及焊點的數量，提高了產品的可靠性；該觸發電路可與ETT閥控系統很好的兼容，減少了研發的周期及費用。為了實現上述目的，本實用新型採取如下方案:—種用於光控晶閘管的觸發電路，所述觸發電路包括電源處理迴路、光接收回路、檢測迴路、光發射迴路、驅動迴路和雷射管串，所述雷射管串由雷射管和與其並聯的均壓電阻串聯組成；所述檢測迴路檢測電源故障和驅動迴路故障，並將故障信息輸入邏輯迴路，所述光接收回路設有兩個光接收器，其中一個接收光控晶閘管狀態檢測板的光信號，另ー個接收控制系統的光信號，兩者分別將光信號轉換為電信號，再分別將電信號輸入到所述邏輯迴路；所述邏輯迴路將所述觸發電路的狀態信息通過所述光發射迴路回報給所述控制系統，並發出觸發信號給所述驅動迴路，所述驅動迴路接收所述觸發信號並產生脈衝電流信號驅動所述雷射管串，進而觸發所述光控晶閘管，所述電源處理迴路為所述觸發電路提供工作電壓。所述狀態信息包括所述故障信息和晶閘管狀態信息，所述故障信息包括所述電源故障信息和驅動迴路故障信息。[0009]所述電源處理迴路通過電源轉換得到所述觸發電路中電源處理迴路提供的電壓。所述光接收回路包括兩個光接收器和反相施密特觸發器；來自於控制系統的光信號經光電轉換後的電信號和供電電源狀態信息經過反相施密特觸發器後進行與邏輯，然後輸入邏輯迴路；來自於光控晶閘管狀態檢測板的光信號經光電轉換後的得到的電信號通過反相施密特觸發器輸入邏輯迴路。所述檢測迴路包括電源故障檢測迴路和驅動迴路故障檢測迴路。所述電源故障檢測迴路中，供電電源和電源處理迴路提供的電壓分別引入電壓比較器U4正管腳，與負管腳的基準電壓比較，若電源處理迴路出現故障，所述電壓比較器U4的輸出信息輸入所述邏輯迴路檢測所述電源處理迴路故障信息。所述驅動迴路故障檢測迴路檢測所述驅動迴路中MOSFET柵極及漏極的電壓，所述柵極及漏極的電壓輸入電壓比較器U5的負管腳與正管腳的電壓比較，若所述柵極及漏極的電壓高於正管腳的電壓VrefO，則表明驅動迴路出現故障，所述電壓比較器U5將所述驅動迴路故障信息輸入邏輯迴路。所述MOSFET為N溝道增強型MOSFET。所述邏輯迴路包括可編程邏輯晶片，通過邏輯迴路得到觸發電路的閉鎖エ況、相控觸發エ況和全導通觸發エ況。所述驅動迴路包括驅動晶片、限壓支路、比較器U7、RC迴路和所述M0SFET，所述驅動晶片接收所述觸發信號並產生脈衝電流信號，所述脈衝電流信號經放大後驅動所述M0SFET，脈衝電流經所述MOSFET的源極給所述RC迴路充電，所述比較器U7的正管腳的電壓升高，比較器U7的正管腳的電壓高於所述比較器U7負管腳的參考電壓Vrefl時，所述比較器U7輸出正邏輯，使得所述限壓支路中的三級管導通，進而所述MOSFET柵極的電壓降低。與現有技術相比，本實用新型的有益效果在於:I)滿足不同種類光控晶閘管的觸發要求；2)通過採用可編程邏輯器件實現了多種檢測和觸發邏輯，功能設計靈活，大大減少了電路的元器件及焊點的數量；3)同時觸發電路具備相當高的可靠性和抗幹擾性能，電路功耗極低；4)驅動迴路實現簡單，所需的元器件數量少，穩定性高；5)與控制系統間的信號均採用了光纖傳遞，抗幹擾能力強；6)該觸發電路可與ETT閥控系統很好的兼容，減少了研發的周期及費用。
圖1是用於光控晶閘管的觸發電路與控制系統和晶閘管閥體的連接示意圖；圖2是用於光控晶閘管的觸發電路結構框圖；圖3是用於光控晶閘管的觸發電路的光接收回路示意圖；圖4是用於光控晶閘管的觸發電路的光發射迴路不意圖；圖5是用於光控晶閘管的觸發電路的檢測迴路不意圖；圖6是閉鎖エ況下的控制系統發送的脈衝編碼示意圖；圖7是相控觸發エ況下的控制系統發送的脈衝編碼示意圖；[0031]圖8是全導通觸發エ況下的控制系統發送的脈衝編碼示意圖；圖9是用於光控晶閘管的觸發電路的驅動迴路不意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進ー步詳細說明。如圖2，一種用於光控晶閘管的觸發電路，所述觸發電路包括電源處理迴路、光接收回路、檢測迴路、光發射迴路、驅動迴路和雷射管串，所述雷射管串由雷射管和與其並聯的均壓電阻串聯組成；所述檢測迴路檢測電源故障和驅動迴路故障，並將故障信息輸入邏輯迴路，所述光接收回路設有兩個光接收器U9和U10，U9接收光控晶閘管狀態檢測板的光信號，UlO接收控制系統的光信號，兩者分別將光信號轉換為電信號，再分別將電信號輸入到所述邏輯迴路；所述邏輯迴路將所述觸發電路的狀態信息通過所述光發射迴路回報給所述控制系統，並發出觸發信號給所述驅動迴路，所述驅動迴路接收所述觸發信號並產生脈衝電流信號驅動所述雷射管串，進而觸發所述光控晶閘管，所述電源處理迴路為所述觸發電路提供工作電壓。所述狀態信息包括所述故障信息和晶閘管狀態信息，所述故障信息包括所述電源故障信息和驅動迴路故障信息。所述電源處理迴路通過電源轉換得到所述觸發電路中電源處理迴路提供的電壓，即15V、5V和3.3V電壓。如圖3，所述光接收回路包括兩個光接收器U9、U10和反相施密特觸發器Ull ;來自於控制系統的光信號經光接收器UlO光電轉換後的電信號和供電電源VDC狀態信息經過反相施密特觸發器Ull後進行與邏輯，然後輸入邏輯迴路；來自於光控晶閘管狀態檢測板的光信號經光接收器U9光電轉換後的得到的電信號通過反相施密特觸發器Ull輸入邏輯迴路。將供電電源VDC狀態信息引入是為了當供電電源出現故障時禁止狀態信息或脈衝指令發送到邏輯迴路。如圖4，所述邏輯迴路將所述觸發電路的狀態信息經光發射迴路的外設驅動晶片U12輸入到光發射器U13中，通過光信號回報給控制系統。如圖5，所述檢測迴路包括電源故障檢測迴路和驅動迴路故障檢測迴路。所述電源故障檢測迴路中，供電電源VDC和電源處理迴路提供的電壓15V、5V和
3.3V電壓分別引入電壓比較器U4正管腳，與負管腳的基準電壓比較，若電源處理迴路出現故障，所述電壓比較器U4的輸出信息輸入所述邏輯迴路檢測所述電源處理迴路故障信息。所述驅動迴路故障檢測迴路檢測所述驅動迴路中MOSFET柵極及漏極的電壓，所述柵極及漏極的電壓輸入電壓比較器U5的負管腳與正管腳的電壓比較，若所述柵極及漏極的電壓高於正管腳的電壓VrefO，則表明驅動迴路出現故障，所述電壓比較器U5將所述驅動迴路故障信息輸入邏輯迴路。所述MOSFET為N溝道增強型MOSFET。所述邏輯迴路包括可編程邏輯晶片，通過邏輯迴路得到觸發電路的閉鎖エ況、相控觸發エ況和全導通觸發エ況。閉鎖工況:圖6所示為閉鎖時控制系統發送的脈衝編碼，邏輯迴路通過光接收回路收到控制系統發送的周期為20ms的寬度為IOus單脈衝，如果檢測迴路無故障輸入到邏輯迴路，邏輯迴路在收到IOus的單脈衝後0.5ms內回送ー個5us的單脈衝給控制系統，用於指示光控晶閘管觸發電路正常。相控觸發工況:相控觸發エ況主要指的是晶閘管閥需要在特定的角度觸發導通時的エ況。圖7所示為觸發時的控制系統發送的脈衝編碼，邏輯迴路收到觸發時控制系統發送的脈衝編碼信號，收到首個IOus寬度的雙脈衝後，並在檢測迴路無故障輸入邏輯迴路的情況下開始發送觸發脈衝，同時在50us內給控制系統回送ー個5us寬的信號表示觸發電路正常。另外邏輯迴路具有重觸發功能，配合光控晶閘管狀態檢測板，檢測光控晶閘管是否導通，如果沒有導通，邏輯迴路可在IOOus內重新發出觸發脈衝指令，脈衝群以雙脈衝開始，以2個單脈衝結束。全導通觸發エ況:當如可控串補、可控高抗、晶閘管投切電容器等裝置中需要晶閘管閥全導通時，控制系統發送群脈衝信號給光控晶閘管觸發電路。邏輯迴路接收到的脈衝編碼為間隔IOOus的雙脈衝，雙脈衝的寬度為10us，間隔10us。如圖8所示。全導通的觸發時刻及全導通的時間長短由控制系統決定，邏輯迴路只負責執行。如圖9，所述驅動迴路包括驅動晶片U6、限壓支路、比較器U7、RC迴路和MOSFETQ3，所述驅動晶片U6接收所述觸發信號並產生脈衝電流信號，所述脈衝電流信號經放大後驅動所述Q3，脈衝電流經Q3的源極給R17和C20組成的RC迴路充電，所述比較器U7的正管腳的電壓升高，比較器U7的正管腳的電壓高於所述比較器U7負管腳的參考電壓Vrefl吋，所述比較器U7輸出正邏輯，使得所述限壓支路中的Q2導通，使得Q2導通，工作在飽和狀態，導致流過R14的電流増大，R14的分壓增加，從而拉低了 Q3柵極的電壓；通過調整R17、C20組成的RC迴路的參數與Vrefl的值進行配合可控制強脈衝的寬度。通過調整R14與R16的值可以控制Q2導通後加到Q3柵極的電壓，這樣可以使得Q3柵極的電壓被限制到所設定的電壓，同時限制了流過雷射管的電流大小。最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求1.一種用於光控晶閘管的觸發電路，所述觸發電路包括電源處理迴路、光接收回路、檢測迴路、光發射迴路、驅動迴路和雷射管串，所述雷射管串由雷射管和與其並聯的均壓電阻串聯組成；其特徵在於:所述檢測迴路檢測電源故障和驅動迴路故障，並將故障信息輸入邏輯迴路，所述光接收回路設有兩個光接收器，其中一個接收光控晶閘管狀態檢測板的光信號，另ー個接收控制系統的光信號，兩者分別將光信號轉換為電信號，再分別將電信號輸入到所述邏輯迴路；所述邏輯迴路將所述觸發電路的狀態信息通過所述光發射迴路回報給所述控制系統，並發出觸發信號給所述驅動迴路，所述驅動迴路接收所述觸發信號並產生脈衝電流信號驅動所述雷射管串，進而觸發所述光控晶閘管，所述電源處理迴路為所述觸發電路提供工作電壓。
2.根據權利要求1所述的用於光控晶閘管的觸發電路，其特徵在於:所述電源處理迴路通過電源轉換得到所述觸發電路中電源處理迴路提供的電壓。
3.根據權利要求1所述的用於光控晶閘管的觸發電路，其特徵在於:所述光接收回路包括兩個光接收器和反相施密特觸發器；來自於控制系統的光信號經光電轉換後的電信號和供電電源狀態信息經過反相施密特觸發器後進行與邏輯，然後輸入邏輯迴路；來自於光控晶閘管狀態檢測板的光信號經光電轉換後的得到的電信號通過反相施密特觸發器輸入邏輯迴路。
4.根據權利要求1所述的用於光控晶閘管的觸發電路，其特徵在於:所述檢測迴路包括電源故障檢測迴路和驅動迴路故障檢測迴路。
5.根據權利要求4所述的用於光控晶閘管的觸發電路，其特徵在於:所述電源故障檢測迴路中，供電電源和電源處理迴路提供的電壓分別引入電壓比較器U4正管腳，與負管腳的基準電壓比較，若電源處理迴路出現故障，所述電壓比較器U4的輸出信息輸入所述邏輯迴路檢測所述電源處理迴路故障信息。
6.根據權利要求4所述的用於光控晶閘管的觸發電路，其特徵在於:所述驅動迴路故障檢測迴路檢測所述驅動迴路中MOSFET柵極及漏極的電壓，所述柵極及漏極的電壓輸入電壓比較器U5的負管腳與正管腳的電壓比較，若所述柵極及漏極的電壓高於正管腳的電壓VrefO，則表明驅動迴路出現故障，所述電壓比較器U5將所述驅動迴路故障信息輸入邏輯迴路。
7.根據權利要求6所述的用於光控晶閘管的觸發電路，其特徵在於:所述MOSFET為N溝道增強型MOSFET。
8.根據權利要求1所述的用於光控晶閘管的觸發電路，其特徵在於:所述邏輯迴路包括可編程邏輯晶片，通過邏輯迴路得到觸發電路的閉鎖エ況、相控觸發エ況和全導通觸發エ況。
9.根據權利要求1所述的用於光控晶閘管的觸發電路，其特徵在於:所述驅動迴路包括驅動晶片、限壓支路、比較器U7、RC迴路和所述M0SFET，所述驅動晶片接收所述觸發信號並產生脈衝電流信號，所述脈衝電流信號經放大後驅動所述M0SFET，脈衝電流經所述MOSFET的源極給所述RC迴路充電，所述比較器U7的正管腳的電壓升高，比較器U7的正管腳的電壓高於所述比較器U7負管腳的參考電壓Vrefl時，所述比較器U7輸出正邏輯，使得所述限壓支路中的三級管導通，進而所述MOSFET柵極的電壓降低。
專利摘要本實用新型提供一種用於光控晶閘管的觸發電路，所述觸發電路包括電源處理迴路、光接收回路、檢測迴路、光發射迴路、驅動迴路、邏輯迴路和雷射管串；本實用新型滿足不同種類光控晶閘管的觸發要求，採用可編程邏輯器件，實現多種檢測和觸發邏輯，功能設計靈活，同時電路具備相當高的可靠性和抗幹擾性能，電路功耗極低，大大減少了電路的元器件及焊點的數量，提高了產品的可靠性；該觸發電路可與ETT閥控系統很好的兼容，減少了研發的周期及費用。
文檔編號H03K19/14GK202949407SQ201220374748
公開日2013年5月22日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者任西周, 袁洪亮, 趙剛, 張雷 申請人:國家電網公司, 國網智能電網研究院, 中電普瑞科技有限公司