專利名稱：用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
晶閘管是一種電流觸發(fā)型器件，晶閘管的導(dǎo)通需要在門極提供一定大小和寬度的 電流脈沖。由大功率晶閘管組成的高壓晶閘管閥組是高壓直流輸電、靜態(tài)無功補償、高壓軟 啟動等高壓大功率應(yīng)用場合的核心部件，如何可靠的實現(xiàn)對高壓晶間管閥組的觸發(fā)和在線 監(jiān)測是使上述設(shè)備可靠運行的關(guān)鍵。而現(xiàn)有技術(shù)中，還無法確保整個晶間管閥組的一致性 觸發(fā)，也無法保證晶閘管閥組的可靠開通。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在 線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠為晶閘管閥組提供一致性強脈沖觸發(fā)，能夠?qū)чl管閥組上的每 只晶閘管的狀態(tài)進行監(jiān)測。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)， 設(shè)有若干個相串聯(lián)的晶間管組件，包括邏輯控制電路，以及分別與邏輯控制電路連接的接 收和發(fā)送回路、門極觸發(fā)電路以及晶閘管狀態(tài)監(jiān)測電路；所述邏輯控制電路通過門極觸發(fā) 電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶閘管；所述接收和發(fā)送回路用于傳輸晶閘管閥組觸發(fā)信號、晶閘 管狀態(tài)信號；所述晶閘管狀態(tài)監(jiān)測電路用于監(jiān)測晶閘管的狀態(tài)，并提供晶閘管狀態(tài)信號給 邏輯控制電路。所述門極觸發(fā)電路包括高壓隔離脈沖變壓器、功率開關(guān)器件，以及串聯(lián)在高壓隔 離脈沖變壓器一次側(cè)的驅(qū)動電路；所述高壓隔離脈沖變壓器的二次側(cè)經(jīng)過功率開關(guān)器件后 與晶閘管門極連接；驅(qū)動電路接收由邏輯控制電路發(fā)出的驅(qū)動信號，并對驅(qū)動信號進行放 大處理，然后依次經(jīng)過高壓隔離脈沖變壓器、功率開關(guān)器件后對晶間管門極進行驅(qū)動。所述若干個相串聯(lián)的晶閘管組件中，每個晶閘管組件均包括一對反并聯(lián)的高壓功 率晶間管、動態(tài)阻容吸收電路、靜態(tài)均壓電路和晶間管觸發(fā)及在線監(jiān)測模塊，靜態(tài)均壓電路 連接在晶閘管觸發(fā)及在線監(jiān)測模塊與所述一對反并聯(lián)的高壓功率晶閘管的并聯(lián)節(jié)點之間， 動態(tài)阻容吸收電路并聯(lián)在所述一對反并聯(lián)晶閘管的兩端。所述靜態(tài)均壓電路為高壓無感功率電阻R1。所述動態(tài)阻容吸收電路由相串聯(lián)的高壓無感功率電阻R3與高壓無感電容Cl所構(gòu) 成。所述邏輯控制電路包括依次連接的用于接收并鎖存門極觸發(fā)控制信號的第一觸 發(fā)器，晶間管狀態(tài)檢測及重觸發(fā)邏輯電路，以及用于在時鐘下降沿時觸發(fā)產(chǎn)生一個寬度可 調(diào)的觸發(fā)脈沖信號、并在觸發(fā)脈沖信號發(fā)出來之后產(chǎn)生門極觸發(fā)信號從而對晶間管進行可 靠觸發(fā)的第二觸發(fā)器。上述用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)，還包括與邏輯控制電路連接的緊急觸發(fā)電路；所述緊急觸發(fā)電路并聯(lián)在晶閘管兩端。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果1、本系統(tǒng)的控制信號通過光纖發(fā)送到晶閘管閥基的觸發(fā)電路板，邏輯控制電路部 分對控制信號、晶間管狀態(tài)信號、取能電路狀態(tài)信號進行綜合處理，最后給出觸發(fā)信號，將 閥組導(dǎo)通。本系統(tǒng)能夠為晶閘管閥組提供一致性強脈沖觸發(fā)，能夠?qū)чl管閥組上的每只 晶閘管的狀態(tài)進行監(jiān)測；在觸發(fā)信號發(fā)出后，如有晶閘管因為參數(shù)的一致性差異導(dǎo)致延遲 觸發(fā)，則門極觸發(fā)電路會立即補發(fā)一個觸發(fā)脈沖，確保整個晶間管閥組的一致性觸發(fā)，從而 保證晶閘管閥組的可靠開通。2、本發(fā)明應(yīng)用于高壓晶閘管閥組，閥組特征為每兩只高壓大功率晶閘管正反并 接在一起，并設(shè)有靜態(tài)均壓電阻和動態(tài)阻容吸收電路，以保護在閥組開通關(guān)斷時的電壓和 電流沖擊對晶閘管造成的損害。3、采用高壓隔離大功率脈沖變壓器作為與正向晶閘管反并聯(lián)的晶閘管的觸發(fā)，該 高壓隔離大功率脈沖變壓器能夠提供極陡點電流上升前沿及觸發(fā)功率，能可靠完成反向晶 閘管閥組的一致性可靠觸發(fā)，從而實現(xiàn)一對正反并晶閘管閥組的觸發(fā)。且正反并的兩只晶 閘管共用一路BOD緊急觸發(fā)二極管作為備用觸發(fā)，當觸發(fā)信號出現(xiàn)故障，或觸發(fā)電路故障 時，BOD電路將提供緊急觸發(fā)。4、正向觸發(fā)電路采用脈沖變壓器將觸發(fā)信號與正向晶閘管門極進行隔離，能有效 防止晶閘管閥組主電路對門極觸發(fā)電路的干擾，保證晶閘管閥組的安全可靠運行。


圖1是晶閘管高電位觸發(fā)及狀態(tài)監(jiān)測電路原理圖；圖2是高壓晶閘管閥組的原理圖；圖3是晶閘管的門極觸發(fā)電路圖；圖4是晶閘管的邏輯控制電路圖；圖5是緊急觸發(fā)電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。實施例如圖1所示，本發(fā)明所采用的晶閘管觸發(fā)及狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括邏輯控制電路、電 源模塊，以及分別與邏輯控制電路連接的光纖接收和發(fā)送回路、門極觸發(fā)電路、緊急觸發(fā)電 路以及晶閘管狀態(tài)監(jiān)測電路。其中，電源模塊包括取能回路、電源監(jiān)測回路和電源轉(zhuǎn)換回 路，電源模塊為整個系統(tǒng)提供工作電源并對電源狀態(tài)進行監(jiān)測，在電源出現(xiàn)故障時通過光 纖接收和發(fā)送回路向主控制器發(fā)出故障信號。光纖接收和發(fā)送回路接收主控制器發(fā)送過來 的晶閘管閥組觸發(fā)信號，并往主控制器返回晶閘管狀態(tài)信號、緊急觸發(fā)電路狀態(tài)信號等。邏 輯控制電路根據(jù)各狀態(tài)信號及觸發(fā)信號，發(fā)出門極觸發(fā)信號，通過門極觸發(fā)電路產(chǎn)生大電 流觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶閘管。晶閘管狀態(tài)監(jiān)測電路用于監(jiān)測晶閘管的狀態(tài)，并提供狀態(tài)信號給 邏輯控制電路，進行邏輯處理。當正常觸發(fā)電路出現(xiàn)故障時，緊急觸發(fā)電路將可靠動作，將故障電路所對應(yīng)的晶間管可靠觸發(fā)，并通過光纖接收和發(fā)送回路將緊急觸發(fā)信號回報給主 控制器。所述主控制器與本發(fā)明用于晶閘管閥組的觸發(fā)及狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的光纖接收電路 連接。本發(fā)明所采用的晶閘管閥組如圖2所示，設(shè)有若干個相串聯(lián)的晶閘管組件，晶閘 管組件的數(shù)量根據(jù)應(yīng)用電壓等級的不同而設(shè)定。每個高壓晶間管組件包括一對反并聯(lián)的高 壓功率晶閘管、動態(tài)阻容吸收電路、靜態(tài)均壓電路和晶閘管觸發(fā)及在線監(jiān)測模塊，靜態(tài)均壓 電路連接在晶閘管觸發(fā)及在線監(jiān)測模塊與所述一對反并聯(lián)的高壓功率晶閘管的并聯(lián)節(jié)點 之間，所述動態(tài)阻容吸收電路與晶閘管觸發(fā)及在線監(jiān)測模塊上的部分電路共同組成取能回 路，動態(tài)阻容吸收電路并聯(lián)在一對反并聯(lián)晶閘管的兩端。以第一組晶閘管閥組為例，每組晶 閘管閥組包括一對反并聯(lián)的高壓功率晶閘管Ql、Q3，連接在晶閘管觸發(fā)及在線監(jiān)測模塊與 高壓功率晶閘管Q1、Q3并聯(lián)節(jié)點之間的高壓無感功率電阻R1，由相串聯(lián)的高壓無感功率電 阻R3與高壓無感電容Cl所構(gòu)成的動態(tài)阻容吸收電路；所述高壓無感功率電阻Rl為靜態(tài)均 壓電阻，構(gòu)成上述的靜態(tài)均壓電路。由于晶閘管參數(shù)性能的不一致，在晶閘管關(guān)斷時，漏電流的不一致將導(dǎo)致同一閥 組上的晶閘管承受的電壓不一致，影響閥組整體性能；因此需采用高壓無感功率電阻實現(xiàn) 閥組每個器件的靜態(tài)均壓；本實施例采用上述高壓無感功率電阻Rl來構(gòu)成靜態(tài)均勻電路 的。在閥組開通和關(guān)斷時，為了保護開通最晚和關(guān)斷最早的器件，需采用由高壓無感功率 電組和高壓無感電容組成的動態(tài)阻容吸收電路進行保護；本實施例采用高壓無感功率電阻 R3與高壓無感電容Cl相串聯(lián)來構(gòu)成動態(tài)阻容吸收電路。如圖3所示，門極觸發(fā)電路包括高壓隔離脈沖變壓器、功率開關(guān)器件Q2，以及串聯(lián) 在高壓隔離脈沖變壓器一次側(cè)的驅(qū)動電路，所述高壓隔離脈沖變壓器的二次側(cè)經(jīng)過功率開 關(guān)器件Q2后與晶閘管門極連接；驅(qū)動電路接收由邏輯控制電路發(fā)出的驅(qū)動信號，并對驅(qū)動 信號進行放大處理，然后依次經(jīng)過高壓隔離脈沖變壓器、功率開關(guān)器件Q2后對晶間管門極 進行驅(qū)動。高壓隔離脈沖變壓器及功率開關(guān)器件Q2共同實現(xiàn)對一對正反并聯(lián)的晶閘管進 行驅(qū)動觸發(fā)。在該電路中，當晶閘管Ql正向電壓偏置、晶閘管Q3反向電壓偏置時，MOSFET 驅(qū)動芯片ICl接收到主控制器發(fā)送出來的門極觸發(fā)信號，產(chǎn)生一個最高達2A的門極觸發(fā)電 流來快速驅(qū)動MOSFET器件Q4，通過驅(qū)動電路進一步的隔離及功率放大，產(chǎn)生一個更大功率 的驅(qū)動信號來驅(qū)動開關(guān)器件Q2 ；Q2導(dǎo)通后，觸發(fā)電源通過Rl、C2電路和二極管D7、穩(wěn)壓二 極管D8在大功率晶閘管Ql的門極G12、K12產(chǎn)生一個非常陡峭的門極電流，使得Ql觸發(fā)導(dǎo) 通。此時在脈沖變壓器PT的二次側(cè)也會產(chǎn)生門極電流，但由于此時Q3為反向偏置，PT 二 次側(cè)形成的電流并不能使Q3觸發(fā)導(dǎo)通。當Ql反向偏置且Q3正向偏置時，觸發(fā)電流流經(jīng)高 壓隔離脈沖變壓器PT，在PT的二次側(cè)，即大功率晶閘管Q3的門極Gil、Kll產(chǎn)生陡峭的門 極電流，觸發(fā)Q3導(dǎo)通。此時在Ql的門極G12、K12也會產(chǎn)生一個門極電流，但由于此時Ql 承受的是反向電壓，所以并不會造成Ql的誤導(dǎo)通。如上所述，本發(fā)明所設(shè)計的門極觸發(fā)電路，采用高壓隔離脈沖變壓器，能夠在一塊 電路板上實現(xiàn)一對正反并聯(lián)的晶閘管的觸發(fā)。門極觸發(fā)電路采用MOSFET專用驅(qū)動芯片，驅(qū) 動信號經(jīng)隔離放大后加于晶閘管門極，整體電路抗干擾能力強，電路延時短且穩(wěn)定，從控制 器觸發(fā)信號發(fā)出到產(chǎn)生門極觸發(fā)電流，整體的電路延時小于200ns，門極電流上升時間小于 0. 5us，能保證非常好的一致性觸發(fā)效果。5
如圖4所示，邏輯控制電路包括依次連接的第一觸發(fā)器U2A、晶閘管狀態(tài)檢測及重 觸發(fā)邏輯電路、第二觸發(fā)器U3A，晶間管狀態(tài)檢測及重觸發(fā)邏輯電路的輸入信號為控制電源 狀態(tài)信號、正向晶閘管狀態(tài)信號和反并聯(lián)晶閘管狀態(tài)信號。第一觸發(fā)器U2A接收并鎖存門 極觸發(fā)控制信號，提高控制電路的抗干擾能力，保證觸發(fā)邏輯電路不發(fā)出誤觸發(fā)信號。第二 觸發(fā)器U3A在時鐘下降沿時觸發(fā)產(chǎn)生一個寬度可調(diào)的觸發(fā)脈沖信號；當觸發(fā)脈沖信號發(fā)出 來之后，當控制電源正常，而且晶閘管已經(jīng)達到一定的正向偏壓之后，才能產(chǎn)生門極觸發(fā)信 號，以保證晶閘管的可靠觸發(fā)。該電路的另一特點是在觸發(fā)信號結(jié)束后，如被觸發(fā)的晶閘管 沒有維持導(dǎo)通而重新關(guān)斷，則將重新產(chǎn)生一正向偏壓信號，控制電路將重新發(fā)出一個觸發(fā) 脈沖信號以重新觸發(fā)該晶間管，這將大大提高晶間管閥組的運行可靠性能。圖5為并聯(lián)在晶閘管兩端的緊急觸發(fā)電路，本發(fā)明能實現(xiàn)正反并聯(lián)晶閘管的緊急 觸發(fā)保護功能。緊急觸發(fā)電路包括高壓二極管橋、與高壓二極管橋連接的BOD緊急觸發(fā)二 極管以及與高壓二極管橋連接的BOD緊急觸發(fā)檢測電路，高壓二極管橋和BOD緊急觸發(fā)二 極管對正反并聯(lián)的晶閘管進行雙向保護。當門極觸發(fā)電路出現(xiàn)故障，甚至整個晶閘管觸發(fā) 與在線監(jiān)測電路出現(xiàn)故障時，緊急觸發(fā)電路仍然能夠及時、可靠的實現(xiàn)晶閘管的觸發(fā)，并將 緊急觸發(fā)信號發(fā)送到主控制器。當晶閘管正向偏壓，且觸發(fā)電路出現(xiàn)故障而未能發(fā)出觸發(fā) 信號時，過高的電壓將經(jīng)過D5、D3、D7加在緊急觸發(fā)二極管上面，當電壓達到觸發(fā)電壓時， 二極管被擊穿導(dǎo)通，經(jīng)過限流電阻R2的限流，產(chǎn)生一個電流波形加在晶閘管的門極G1、K1， 將晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。當反向晶閘管正向偏壓且觸發(fā)電路故障時，電流經(jīng)過D10、R2、D4、D6在 反并聯(lián)晶閘管的門極G2、K2產(chǎn)生一個門極電流波形，將反向并聯(lián)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。反并聯(lián) 晶閘管中的任何一只產(chǎn)生動作觸發(fā)時，都將通過緊急觸發(fā)檢測電路獲得一個動作信號，該 信號經(jīng)光纖發(fā)送電路處理后發(fā)送到主控制器，報告晶間管閥組發(fā)生緊急觸發(fā)的具體位置。 所以，本發(fā)明所設(shè)計的緊急觸發(fā)電路，既能保證對晶閘管的可靠觸發(fā)，還能及時向控制系統(tǒng) 準確回報動作器件的具體位置，實現(xiàn)整個閥組的良好的控制性能。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求
1.用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)有若干個相串聯(lián)的晶閘管組件，其特征 在于，包括邏輯控制電路，以及分別與邏輯控制電路連接的接收和發(fā)送回路、門極觸發(fā)電路 以及晶間管狀態(tài)監(jiān)測電路；所述邏輯控制電路通過門極觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶閘 管；所述接收和發(fā)送回路用于傳輸晶閘管閥組觸發(fā)信號、晶閘管狀態(tài)信號；所述晶閘管狀 態(tài)監(jiān)測電路用于監(jiān)測晶閘管的狀態(tài)，并提供晶閘管狀態(tài)信號給邏輯控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述 門極觸發(fā)電路包括高壓隔離脈沖變壓器、功率開關(guān)器件，以及串聯(lián)在高壓隔離脈沖變壓器 一次側(cè)的驅(qū)動電路；所述高壓隔離脈沖變壓器的二次側(cè)經(jīng)過功率開關(guān)器件后與晶間管門極 連接；驅(qū)動電路接收由邏輯控制電路發(fā)出的驅(qū)動信號，并對驅(qū)動信號進行放大處理，然后依 次經(jīng)過高壓隔離脈沖變壓器、功率開關(guān)器件后對晶閘管門極進行驅(qū)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述 若干個相串聯(lián)的晶閘管組件中，每個晶閘管組件均包括一對反并聯(lián)的高壓功率晶閘管、動 態(tài)阻容吸收電路、靜態(tài)均壓電路和晶間管觸發(fā)及在線監(jiān)測模塊，靜態(tài)均壓電路連接在晶閘 管觸發(fā)及在線監(jiān)測模塊與所述一對反并聯(lián)的高壓功率晶閘管的并聯(lián)節(jié)點之間，動態(tài)阻容吸 收電路并聯(lián)在所述一對反并聯(lián)晶閘管的兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述 靜態(tài)均壓電路為高壓無感功率電阻R1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述 動態(tài)阻容吸收電路由相串聯(lián)的高壓無感功率電阻R3與高壓無感電容Cl所構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述 邏輯控制電路包括依次連接的用于接收并鎖存門極觸發(fā)控制信號的第一觸發(fā)器，晶間管狀 態(tài)檢測及重觸發(fā)邏輯電路，以及用于在時鐘下降沿時觸發(fā)產(chǎn)生一個寬度可調(diào)的觸發(fā)脈沖信 號、并在觸發(fā)脈沖信號發(fā)出來之后產(chǎn)生門極觸發(fā)信號從而對晶間管進行可靠觸發(fā)的第二觸 發(fā)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包 括與邏輯控制電路連接的緊急觸發(fā)電路；所述緊急觸發(fā)電路并聯(lián)在晶閘管兩端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述 接收和發(fā)送回路為光纖接收和發(fā)送回路。
全文摘要
本發(fā)明用于晶閘管閥組的觸發(fā)及在線監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)有若干個相串聯(lián)的晶閘管組件，其特征在于，包括邏輯控制電路，以及分別與邏輯控制電路連接的接收和發(fā)送回路、門極觸發(fā)電路以及晶閘管狀態(tài)監(jiān)測電路；所述邏輯控制電路通過門極觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶閘管；所述接收和發(fā)送回路用于傳輸晶閘管閥組觸發(fā)信號、晶閘管狀態(tài)信號；所述晶閘管狀態(tài)監(jiān)測電路用于監(jiān)測晶閘管的狀態(tài)，并提供晶閘管狀態(tài)信號給邏輯控制電路。該系統(tǒng)能夠為晶閘管閥組提供一致性強脈沖觸發(fā)，能夠?qū)чl管閥組上的每只晶閘管的狀態(tài)進行監(jiān)測。
文檔編號H02M1/092GK102055307SQ201010503109
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者冷再興, 劉味果, 王衛(wèi)宏 申請人:廣州智光電氣股份有限公司