專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于光控晶閘管的觸發(fā)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觸發(fā)電路，具體涉及一種用于光控晶閘管的觸發(fā)電路。
背景技術(shù)：
光控晶閘管LTT (Light Triggered Thyristor)是在普通的電觸發(fā)晶閘管ETT (Electronic Triggered Thyristor)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的元器件,其電氣性能與ETT完全一致。與普通的ETT—樣，LTT技術(shù)可應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)HVDC (High-voltageDirect Current)和柔性交流輸電系統(tǒng) FACTS (FlexibleAC Transmission Systems)等的晶閘管閥體之中。目前應(yīng)用的電觸發(fā)晶閘管閥體的觸發(fā)電路位于高電位，存在取能、抗干擾、實(shí)時(shí)檢測(cè)、與控制系統(tǒng)的通訊等技術(shù)難點(diǎn)，是晶閘管閥體的最薄弱環(huán)節(jié)。由于LTT內(nèi)部集成了光觸 發(fā)和BOD(Breakover Diodes)保護(hù)功能，由于使用了更加先進(jìn)的技術(shù)，使用此類(lèi)晶閘管構(gòu)成的閥體的用戶在操作維護(hù)方面將更加簡(jiǎn)便，運(yùn)行成本更加低廉。光控晶閘管閥體的觸發(fā)電路則是使用光控晶閘管的核心技術(shù)。如圖1，光控晶閘管觸發(fā)電路是連接控制系統(tǒng)及光控晶閘管閥體的中間環(huán)節(jié)，需要接收控制系統(tǒng)發(fā)出的觸發(fā)指令觸發(fā)光控晶閘管，并向控制系統(tǒng)回報(bào)信息，對(duì)光控晶閘管閥體的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，滿足不同種類(lèi)光控晶閘管的觸發(fā)要求，采用可編程邏輯器件，實(shí)現(xiàn)多種檢測(cè)和觸發(fā)邏輯，功能設(shè)計(jì)靈活，同時(shí)電路具備相當(dāng)高的可靠性和抗干擾性能，電路功耗極低，大大減少了電路的元器件及焊點(diǎn)的數(shù)量，提高了產(chǎn)品的可靠性；該觸發(fā)電路可與ETT閥控系統(tǒng)很好的兼容，減少了研發(fā)的周期及費(fèi)用。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案—種用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，所述觸發(fā)電路包括電源處理回路、光接收回路、檢測(cè)回路、光發(fā)射回路、驅(qū)動(dòng)回路和激光管串；所述檢測(cè)回路檢測(cè)電源故障和驅(qū)動(dòng)回路故障，并將故障信息輸入邏輯回路，所述光接收回路設(shè)有兩個(gè)光接收器，其中一個(gè)接收光控晶閘管狀態(tài)檢測(cè)板的光信號(hào)，另一個(gè)接收控制系統(tǒng)的光信號(hào)，兩者分別將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再分別將電信號(hào)輸入到所述邏輯回路；所述邏輯回路將所述觸發(fā)電路的狀態(tài)信息通過(guò)所述光發(fā)射回路回報(bào)給所述控制系統(tǒng)，并發(fā)出觸發(fā)信號(hào)給所述驅(qū)動(dòng)回路，所述驅(qū)動(dòng)回路接收所述觸發(fā)信號(hào)并產(chǎn)生脈沖電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述激光管串，進(jìn)而觸發(fā)所述光控晶閘管，所述電源處理回路為所述觸發(fā)電路提供工作電壓。所述狀態(tài)信息包括所述故障信息和晶閘管狀態(tài)信息，所述故障信息包括所述電源故障信息和驅(qū)動(dòng)回路故障信息。所述電源處理回路通過(guò)電源轉(zhuǎn)換得到所述觸發(fā)電路中電源處理回路提供的電壓。
所述光接收回路包括兩個(gè)光接收器和反相施密特觸發(fā)器；來(lái)自于控制系統(tǒng)的光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)和供電電源狀態(tài)信息經(jīng)過(guò)反相施密特觸發(fā)器后進(jìn)行與邏輯，然后輸入邏輯回路；來(lái)自于光控晶閘管狀態(tài)檢測(cè)板的光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的得到的電信號(hào)通過(guò)反相施密特觸發(fā)器輸入邏輯回路。所述檢測(cè)回路包括電源故障檢測(cè)回路和驅(qū)動(dòng)回路故障檢測(cè)回路。所述電源故障檢測(cè)回路中，供電電源和電源處理回路提供的電壓分別引入電壓比較器U4正管腳，與負(fù)管腳的基準(zhǔn)電壓比較，若電源處理回路出現(xiàn)故障，所述電壓比較器U4的輸出信息輸入所述邏輯回路檢測(cè)所述電源處理回路故障信息。所述驅(qū)動(dòng)回路故障檢測(cè)回路檢測(cè)所述驅(qū)動(dòng)回路中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(fù)管腳與正管腳的電壓比較，若所述柵極及漏極的電壓高于正管腳的電壓VrefO，則表明驅(qū)動(dòng)回路出現(xiàn)故障，所述電壓比較器U5將所述驅(qū)動(dòng)回路故障信息輸入邏輯回路。所述MOSFET為N溝道增強(qiáng)型MOSFET。所述邏輯回路包括可編程邏輯芯片，通過(guò)邏輯回路得到觸發(fā)電路的閉鎖工況、相控觸發(fā)工況和全導(dǎo)通觸發(fā)工況。所述驅(qū)動(dòng)回路包括驅(qū)動(dòng)芯片、限壓支路、比較器U7、RC回路和所述M0SFET，所述驅(qū)動(dòng)芯片接收所述觸發(fā)信號(hào)并產(chǎn)生脈沖電流信號(hào)，所述脈沖電流信號(hào)經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)所述M0SFET，脈沖電流經(jīng)所述MOSFET的源極給所述RC回路充電，所述比較器U7的正管腳的電壓升高，比較器U7的正管腳的電壓高于所述比較器U7負(fù)管腳的參考電壓Vrefl時(shí)，所述比較器U7輸出正邏輯，使得所述限壓支路中的三級(jí)管導(dǎo)通，進(jìn)而所述MOSFET柵極的電壓降低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于I)滿足不同種類(lèi)光控晶閘管的觸發(fā)要求；2)通過(guò)采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)了多種檢測(cè)和觸發(fā)邏輯，功能設(shè)計(jì)靈活，大大減少了電路的元器件及焊點(diǎn)的數(shù)量；3)同時(shí)觸發(fā)電路具備相當(dāng)高的可靠性和抗干擾性能，電路功耗極低；4)驅(qū)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，所需的元器件數(shù)量少，穩(wěn)定性高；5)與控制系統(tǒng)間的信號(hào)均采用了光纖傳遞，抗干擾能力強(qiáng)；6)該觸發(fā)電路可與ETT閥控系統(tǒng)很好的兼容，減少了研發(fā)的周期及費(fèi)用。


圖I是用于光控晶閘管的觸發(fā)電路與控制系統(tǒng)和晶閘管閥體的連接示意圖；圖2是用于光控晶閘管的觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)框圖；圖3是用于光控晶閘管的觸發(fā)電路的光接收回路示意圖；圖4是用于光控晶閘管的觸發(fā)電路的光發(fā)射回路不意圖；圖5是用于光控晶閘管的觸發(fā)電路的檢測(cè)回路不意圖；圖6是閉鎖工況下的控制系統(tǒng)發(fā)送的脈沖編碼示意圖；圖7是相控觸發(fā)工況下的控制系統(tǒng)發(fā)送的脈沖編碼示意圖；圖8是全導(dǎo)通觸發(fā)工況下的控制系統(tǒng)發(fā)送的脈沖編碼示意圖9是用于光控晶閘管的觸發(fā)電路的驅(qū)動(dòng)回路不意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖2，一種用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，所述觸發(fā)電路包括電源處理回路、光接收回路、檢測(cè)回路、光發(fā)射回路、驅(qū)動(dòng)回路和激光管串；所述檢測(cè)回路檢測(cè)電源故障和驅(qū)動(dòng)回路故障，并將故障信息輸入邏輯回路，所述光接收回路設(shè)有兩個(gè)光接收器U9和U10，U9接收光控晶閘管狀態(tài)檢測(cè)板的光信號(hào)，UlO接收控制系統(tǒng)的光信號(hào)，兩者分別將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再分別將電信號(hào)輸入到所述邏輯回路；所述邏輯回路將所述觸發(fā)電路的狀態(tài)信息通過(guò)所述光發(fā)射回路回報(bào)給所述控制系統(tǒng)，并發(fā)出觸發(fā)信號(hào)給所述驅(qū)動(dòng)回路，所述驅(qū)動(dòng)回 路接收所述觸發(fā)信號(hào)并產(chǎn)生脈沖電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述激光管串，進(jìn)而觸發(fā)所述光控晶閘管，所述電源處理回路為所述觸發(fā)電路提供工作電壓。所述激光管串由激光管和與其并聯(lián)的均壓電阻串聯(lián)組成。所述狀態(tài)信息包括所述故障信息和晶閘管狀態(tài)信息，所述故障信息包括所述電源故障信息和驅(qū)動(dòng)回路故障信息。所述電源處理回路通過(guò)電源轉(zhuǎn)換得到所述觸發(fā)電路中電源處理回路提供的電壓，即15V、5V和3. 3V電壓。如圖3，所述光接收回路包括兩個(gè)光接收器U9、U10和反相施密特觸發(fā)器Ull ;來(lái)自于控制系統(tǒng)的光信號(hào)經(jīng)光接收器UlO光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)和供電電源VDC狀態(tài)信息經(jīng)過(guò)反相施密特觸發(fā)器Ull后進(jìn)行與邏輯，然后輸入邏輯回路；來(lái)自于光控晶閘管狀態(tài)檢測(cè)板的光信號(hào)經(jīng)光接收器U9光電轉(zhuǎn)換后的得到的電信號(hào)通過(guò)反相施密特觸發(fā)器Ull輸入邏輯回路。將供電電源VDC狀態(tài)信息引入是為了當(dāng)供電電源出現(xiàn)故障時(shí)禁止?fàn)顟B(tài)信息或脈沖指令發(fā)送到邏輯回路。如圖4，所述邏輯回路將所述觸發(fā)電路的狀態(tài)信息經(jīng)光發(fā)射回路的外設(shè)驅(qū)動(dòng)芯片U12輸入到光發(fā)射器U13中，通過(guò)光信號(hào)回報(bào)給控制系統(tǒng)。如圖5，所述檢測(cè)回路包括電源故障檢測(cè)回路和驅(qū)動(dòng)回路故障檢測(cè)回路。所述電源故障檢測(cè)回路中，供電電源VDC和電源處理回路提供的電壓15V、5V和3. 3V電壓分別引入電壓比較器U4正管腳，與負(fù)管腳的基準(zhǔn)電壓比較，若電源處理回路出現(xiàn)故障，所述電壓比較器U4的輸出信息輸入所述邏輯回路檢測(cè)所述電源處理回路故障信息。所述驅(qū)動(dòng)回路故障檢測(cè)回路檢測(cè)所述驅(qū)動(dòng)回路中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(fù)管腳與正管腳的電壓比較，若所述柵極及漏極的電壓高于正管腳的電壓VrefO，則表明驅(qū)動(dòng)回路出現(xiàn)故障，所述電壓比較器U5將所述驅(qū)動(dòng)回路故障信息輸入邏輯回路。所述MOSFET為N溝道增強(qiáng)型MOSFET。所述邏輯回路包括可編程邏輯芯片，通過(guò)邏輯回路得到觸發(fā)電路的閉鎖工況、相控觸發(fā)工況和全導(dǎo)通觸發(fā)工況。閉鎖工況圖6所示為閉鎖時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)送的脈沖編碼，邏輯回路通過(guò)光接收回路收到控制系統(tǒng)發(fā)送的周期為20ms的寬度為IOus單脈沖，如果檢測(cè)回路無(wú)故障輸入到邏輯回路，邏輯回路在收到IOus的單脈沖后O. 5ms內(nèi)回送一個(gè)5us的單脈沖給控制系統(tǒng)，用于指示光控晶閘管觸發(fā)電路正常。相控觸發(fā)工況相控觸發(fā)工況主要指的是晶閘管閥需要在特定的角度觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)的工況。圖7所示為觸發(fā)時(shí)的控制系統(tǒng)發(fā)送的脈沖編碼，邏輯回路收到觸發(fā)時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)送的脈沖編碼信號(hào)，收到首個(gè)IOus寬度的雙脈沖后，并在檢測(cè)回路無(wú)故障輸入邏輯回路的情況下開(kāi)始發(fā)送觸發(fā)脈沖，同時(shí)在50us內(nèi)給控制系統(tǒng)回送一個(gè)5us寬的信號(hào)表示觸發(fā)電路正常。另外邏輯回路具有重觸發(fā)功能，配合光控晶閘管狀態(tài)檢測(cè)板，檢測(cè)光控晶閘管是否導(dǎo)通，如果沒(méi)有導(dǎo)通，邏輯回路可在IOOus內(nèi)重新發(fā)出觸發(fā)脈沖指令，脈沖群以雙脈沖開(kāi)始，以2個(gè)單脈沖結(jié)束。全導(dǎo)通觸發(fā)工況當(dāng)如可控串補(bǔ)、可控高抗、晶閘管投切電容器等裝置中需要晶閘管閥全導(dǎo)通時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)送群脈沖信號(hào)給光控晶閘管觸發(fā)電路。邏輯回路接收到的脈沖編碼為間隔IOOus的雙脈沖，雙脈沖的寬度為10us，間隔10us。如圖8所示。全導(dǎo)通的觸發(fā)時(shí)刻及全導(dǎo)通的時(shí)間長(zhǎng)短由控制系統(tǒng)決定，邏輯回路只負(fù)責(zé)執(zhí)行。 如圖9，所述驅(qū)動(dòng)回路包括驅(qū)動(dòng)芯片U6、限壓支路、比較器U7、RC回路和MOSFETQ3，所述驅(qū)動(dòng)芯片U6接收所述觸發(fā)信號(hào)并產(chǎn)生脈沖電流信號(hào)，所述脈沖電流信號(hào)經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)所述Q3，脈沖電流經(jīng)Q3的源極給R17和C20組成的RC回路充電，所述比較器U7的正管腳的電壓升高，比較器U7的正管腳的電壓高于所述比較器U7負(fù)管腳的參考電壓Vrefl時(shí)，所述比較器U7輸出正邏輯，使得所述限壓支路中的Q2導(dǎo)通，使得Q2導(dǎo)通，工作在飽和狀態(tài)，導(dǎo)致流過(guò)R14的電流增大，R14的分壓增加，從而拉低了 Q3柵極的電壓；通過(guò)調(diào)整R17、C20組成的RC回路的參數(shù)與Vrefl的值進(jìn)行配合可控制強(qiáng)脈沖的寬度。通過(guò)調(diào)整R14與R16的值可以控制Q2導(dǎo)通后加到Q3柵極的電壓，這樣可以使得Q3柵極的電壓被限制到所設(shè)定的電壓，同時(shí)限制了流過(guò)激光管的電流大小。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，所述觸發(fā)電路包括電源處理回路、光接收回路、檢測(cè)回路、光發(fā)射回路、驅(qū)動(dòng)回路和激光管串；其特征在于所述檢測(cè)回路檢測(cè)電源故障和驅(qū)動(dòng)回路故障，并將故障信息輸入邏輯回路，所述光接收回路設(shè)有兩個(gè)光接收器，其中ー個(gè)接收光控晶閘管狀態(tài)檢測(cè)板的光信號(hào)，另ー個(gè)接收控制系統(tǒng)的光信號(hào)，兩者分別將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再分別將電信號(hào)輸入到所述邏輯回路；所述邏輯回路將所述觸發(fā)電路的狀態(tài)信息通過(guò)所述光發(fā)射回路回報(bào)給所述控制系統(tǒng)，并發(fā)出觸發(fā)信號(hào)給所述驅(qū)動(dòng)回路，所述驅(qū)動(dòng)回路接收所述觸發(fā)信號(hào)并產(chǎn)生脈沖電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述激光管串，進(jìn)而觸發(fā)所述光控晶閘管，所述電源處理回路為所述觸發(fā)電路提供工作電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，其特征在于所述狀態(tài)信息包括所述故障信息和晶閘管狀態(tài)信息，所述故障信息包括所述電源故障信息和驅(qū)動(dòng)回路故障信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，其特征在于所述電源處理回路通過(guò)電源轉(zhuǎn)換得到所述觸發(fā)電路中電源處理回路提供的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，其特征在于所述光接收回路包括兩個(gè)光接收器和反相施密特觸發(fā)器；來(lái)自于控制系統(tǒng)的光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)和供電電源狀態(tài)信息經(jīng)過(guò)反相施密特觸發(fā)器后進(jìn)行與邏輯，然后輸入邏輯回路；來(lái)自于光控晶閘管狀態(tài)檢測(cè)板的光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的得到的電信號(hào)通過(guò)反相施密特觸發(fā)器輸入邏輯回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，其特征在于所述檢測(cè)回路包括電源故障檢測(cè)回路和驅(qū)動(dòng)回路故障檢測(cè)回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，其特征在于所述電源故障檢測(cè)回路中，供電電源和電源處理回路提供的電壓分別引入電壓比較器U4正管腳，與負(fù)管腳的基準(zhǔn)電壓比較，若電源處理回路出現(xiàn)故障，所述電壓比較器U4的輸出信息輸入所述邏輯回路檢測(cè)所述電源處理回路故障信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)回路故障檢測(cè)回路檢測(cè)所述驅(qū)動(dòng)回路中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(fù)管腳與正管腳的電壓比較，若所述柵極及漏極的電壓高于正管腳的電壓VrefO，則表明驅(qū)動(dòng)回路出現(xiàn)故障，所述電壓比較器U5將所述驅(qū)動(dòng)回路故障信息輸入邏輯回路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，其特征在于所述MOSFET為N溝道增強(qiáng)型MOSFET。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，其特征在于所述邏輯回路包括可編程邏輯芯片，通過(guò)邏輯回路得到觸發(fā)電路的閉鎖エ況、相控觸發(fā)エ況和全導(dǎo)通觸發(fā)エ況。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)回路包括驅(qū)動(dòng)芯片、限壓支路、比較器U7、RC回路和所述M0SFET，所述驅(qū)動(dòng)芯片接收所述觸發(fā)信號(hào)并產(chǎn)生脈沖電流信號(hào)，所述脈沖電流信號(hào)經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)所述M0SFET，脈沖電流經(jīng)所述MOSFET的源極給所述RC回路充電，所述比較器U7的正管腳的電壓升高，比較器U7的正管腳的電壓高于所述比較器U7負(fù)管腳的參考電壓Vref I時(shí)，所述比較器U7輸出正邏輯，使得所述限壓支路中的 三級(jí)管導(dǎo)通，進(jìn)而所述MOSFET柵極的電壓降低。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于光控晶閘管的觸發(fā)電路，所述觸發(fā)電路包括電源處理回路、光接收回路、檢測(cè)回路、光發(fā)射回路、驅(qū)動(dòng)回路、邏輯回路和激光管串；本發(fā)明滿足不同種類(lèi)光控晶閘管的觸發(fā)要求，采用可編程邏輯器件，實(shí)現(xiàn)多種檢測(cè)和觸發(fā)邏輯，功能設(shè)計(jì)靈活，同時(shí)電路具備相當(dāng)高的可靠性和抗干擾性能，電路功耗極低，大大減少了電路的元器件及焊點(diǎn)的數(shù)量，提高了產(chǎn)品的可靠性；該觸發(fā)電路可與ETT閥控系統(tǒng)很好的兼容，減少了研發(fā)的周期及費(fèi)用。
文檔編號(hào)H03K17/78GK102820874SQ20121026678
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者任西周, 袁洪亮, 趙剛, 張雷 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞科技有限公司