CN105811963B - 电子放大式晶闸管驱动器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子放大式晶闸管驱动器及其控制方法。大功率晶闸管驱动器采用脉冲变压器驱动方式，部件分散性较大，触发时需大电流，触发电流不可控，电流上升率有限。本发明包括电源部分和控制部分；电源部分包括依次串接的高压隔离变压器、一级稳压电路和二级稳压电路；控制部分包括输入电路、控制核心、强触电路、弱触电路、接口保护电路和输出电路；信号经输入电路进入控制核心后，控制核心对信号进行有效性判定，生成强触发信号和弱触发信号，进行信号放大，通过接口保护电路输出，并在触发结束后关闭触发信号。本发明能够提高设备的运行稳定性，可以解决大量晶闸管串并使用中的触发强度、触发同步性问题。

Description

电子放大式晶闸管驱动器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种晶闸管驱动器，具体涉及一种电子放大式晶闸管驱动器及其控制方法。

背景技术

在电机拖动、大电流整流等大功率电力应用中，需要很多晶闸管串并使用。在串并使用中，需要这些可控硅的开通尽量快速且一致，这就要求触发强度足够（4A持续10us，0.8A持续100us），需要尽量同时触发，这样可以保证每个晶闸管平均承担电压电流，可以保证设备的可靠性；强电干扰情况下不能误动作，否则会损坏设备。当前大功率晶闸管驱动器主要采用脉冲变压器驱动方式。该方式的缺陷是同步特性依赖于同步变压器的制作工艺，部件分散性较大，对于高同步需求的场合并不适用；触发时需要大电流；触发电流不可控，主要取决于制造特性，分散性较大；触发时的电流上升率有限，且不可控制，分散性较大；无法识别错误的信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子放大式晶闸管驱动器及其控制方法，解决大量晶闸管串并使用中的触发强度、触发同步性问题。

本发明所采用的技术方案为：

电子放大式晶闸管驱动器，其特征在于：

包括电源部分和控制部分；

电源部分包括依次串接的高压隔离变压器、一级稳压电路和二级稳压电路；

控制部分包括输入电路、控制核心、强触发电路、弱触发电路、接口保护电路和输出电路；强触发电路和弱触发电路并行，依序与其他部件串接。

强触发电路中，C1、R1组成一级加速电路，接Q1、Q2组成的一级低压推挽电路，接C2、R2组成的二级加速电路，接R3、R4、Q3、Q4组成的电路，然后接Q5、Q6组成的高压推挽电路，驱动高速PMOS管S1，输出晶闸管强触发信号。

接口保护电路中，由接口高压保护二极管D2接C3、R7组成的加速电路，再对地连接接地保护电阻R8和接口负压保护二极管D3，输出触发信号。

电子放大式晶闸管驱动器的控制方法，其特征在于：

包括以下步骤：

一级稳压电路提供强触发电压的电压源；

二级稳压电路提供弱触发电压的电压源和工作电源；

信号经输入电路进入控制核心后，控制核心对信号进行有效性判定，生成强触发信号和弱触发信号，进行信号放大，通过接口保护电路输出，并在触发结束后关闭触发信号；在触发结束后进行驱动的自检。

具体控制流程为：

（1）系统执行初始化：开启控制核心中具备的定时器，处于待运行状态；控制核心中具备的强触开关和弱触开关均关闭；延迟特定时间，避开上电时可能发生的逻辑混乱状态；之后状态机进入等待信号状态；

（2）系统处于等待信号状态：有效的信号为至少一个持续特定时间的低电平；

（3）如果收到信号发生负跳变，即开启定时器，状态机进入判定信号是否有效状态：通常情况下，干扰信号为短小脉冲群；故当地信号持续时间达到一定长度时，即认为是有效信号；

（4）当定时器计时没有达到一定长度就收到信号正跳变，即认为信号为干扰信号；确认收到的信号是干扰信号时，复位定时器，状态机重新处于等待信号状态；

（5）当定时器计时达到特定长度且没有收到信号正跳变，即认为收到的是有效信号；当确认收到的信号是有效信号时，状态机进入强触发阶段；开启强触开关；

（6）当计时器计时达到设定的时间时，强触发状态结束；状态机进入弱触发状态；关闭强触开关，打开弱触开关；

（7）当计时器计时达到设定的时间时，弱触发状态结束，关闭弱触开关；状态机进入屏蔽信号状态；

（8）屏蔽期结束后，驱动自检：检查强触发电压源的值，弱触发电压源的值是否正确；检查输出电压是否为零；如果触发电压源正常，且输出电压为零，则认为驱动正常；控制器复位计时器，状态机重新进入等待信号状态；

（9）当触发电压源电压不足或过高，或输出仍旧有电压，则驱动本身有损坏；此时报故障，且驱动自锁，不接受任何信号。

本发明具有以下优点：

本发明不同驱动的不同步性小于50ns，不依赖于特定工艺，一致性好；触发功耗小于1W；触发电流固定为强触4A持续10us以上，持续触发0.8A持续100us以上，且电流无衰减（时间可编程控制）；触发电流在50ns内可达到4A峰值，且不衰减；可识别错误的触发信号，并对其进行抑制。本发明能够提高设备的运行稳定性，可以解决大量晶闸管串并使用中的触发强度、触发同步性问题。

附图说明

图1是电子放大式晶闸管驱动器的结构组成图；

图2是电子放大式晶闸管驱动器控制方法的流程图。

图3是高速放大电路原理图。

图4是接口保护电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的电子放大式晶闸管驱动器，包括电源部分和控制部分。电源部分包括依次串接的高压隔离变压器、一级稳压电路和二级稳压电路。控制部分包括输入电路、控制核心、强触发电路（即强触电路）、弱触发电路（即弱触电路）、接口保护电路和输出电路；强触发电路和弱触发电路并行，依序与其他部件串接。控制核心由大规模可编程数字逻辑电路组成。

强触发电路中，C1、R1组成一级加速电路，接Q1、Q2组成的一级低压推挽电路，接C2、R2组成的二级加速电路，接R3、R4、Q3、Q4组成的电路，然后接Q5、Q6组成的高压推挽电路，驱动高速PMOS管S1，输出晶闸管强触发信号。弱触发信号时延要求不高，可不做特殊处理。

接口保护电路中，由接口高压保护二极管D2接C3、R7组成的加速电路，再对地连接接地保护电阻R8和接口负压保护二极管D3，输出触发信号。接口保护电路用于保护接口的高压反击损坏控制器，并对输出电路的波形进行整形，确保驱动的有效性。

上述电子放大式晶闸管驱动器的控制方法中，一级稳压电路提供强触发电压的电压源，二级稳压电路提供弱触发电压的电压源和工作电源。信号经输入电路进入控制核心后，控制核心对信号进行有效性判定，生成强触发信号和弱触发信号，进行信号放大，通过接口保护电路输出，并在触发结束后关闭触发信号；在触发结束后进行驱动的自检。

具体控制流程为：

（1）系统执行初始化：开启控制核心中的定时器，处于待运行状态；控制核心中具备的强触开关和弱触开关均关闭；延迟特定时间，避开上电时可能发生的逻辑混乱状态；之后状态机进入等待信号状态；

（2）系统处于等待信号状态：有效的信号为至少一个持续特定时间的低电平；

（3）如果收到信号发生负跳变，即开启定时器，状态机进入判定信号是否有效状态：通常情况下，干扰信号为短小脉冲群；故当地信号持续时间达到一定长度时，即认为是有效信号；

（4）当定时器计时没有达到一定长度就收到信号正跳变，即认为信号为干扰信号；确认收到的信号是干扰信号时，复位定时器，状态机重新处于等待信号状态；

（5）当定时器计时达到特定长度且没有收到信号正跳变，即认为收到的是有效信号；当确认收到的信号是有效信号时，状态机进入强触发阶段；开启强触开关；

（6）当计时器计时达到设定的时间时，强触发状态结束；状态机进入弱触发状态；关闭强触开关，打开弱触开关；

（7）当计时器计时达到设定的时间时，弱触发状态结束，关闭弱触开关；状态机进入屏蔽信号状态；

（8）屏蔽期结束后，驱动自检：检查强触发电压源的值，弱触发电压源的值是否正确；检查输出电压是否为零；如果触发电压源正常，且输出电压为零，则认为驱动正常；控制器复位计时器，状态机重新进入等待信号状态；

（9）当触发电压源电压不足或过高，或输出仍旧有电压，则驱动本身有损坏；此时报故障，且驱动自锁，不接受任何信号。

控制系统要确保电路的时延不超过20ns。且每个部件这部分电路时延均应一致。故采用CPLD设计，且信号流通过特殊优化，确保信号延迟一致。控制核心和强触发电路都解决了信号延迟一致性问题，保证了信号从输入到输出可以在50ns内达到，从而保证了不同部件间的信号同步特性。强触发放大电路，既保证了信号时延，又保证了电流的上升率。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.电子放大式晶闸管驱动器的控制方法，其特征在于：

所述电子放大式晶闸管驱动器，包括电源部分和控制部分；电源部分包括依次串接的高压隔离变压器、一级稳压电路和二级稳压电路；控制部分包括输入电路、控制核心、强触发电路、弱触发电路、接口保护电路和输出电路；强触发电路和弱触发电路并行，依序与其他部件串接；

强触发电路中，电容C1、电阻R1并联组成一级加速电路，与由三极管Q1、三极管Q2并联组成的一级低压推挽电路串联，再与由电容C2、电阻R2并联组成的二级加速电路串联，之后依次接入三极管Q4和三极管Q3，再与由三极管Q5、三极管Q6并联组成的高压推挽电路串联，其中，三极管Q3连接电阻R3和电阻R4形成环路，驱动高速PMOS管S1，输出晶闸管强触发信号；

接口保护电路中，由接口高压保护二极管D2与由电容C3、电阻R7并联组成的加速电路串联，再对地连接接地保护电阻R8和接口负压保护二极管D3，输出触发信号；

所述电子放大式晶闸管驱动器的控制方法包括以下步骤：

一级稳压电路提供强触发电压的电压源；

二级稳压电路提供弱触发电压的电压源和工作电源；

信号经输入电路进入控制核心后，控制核心对信号进行有效性判定，生成强触发信号和弱触发信号，进行信号放大，通过接口保护电路输出，并在触发结束后关闭触发信号；在触发结束后进行驱动的自检；具体控制流程为：

（1）系统执行初始化：开启控制核心中具备的定时器，处于待运行状态；控制核心中具备的强触开关和弱触开关均关闭；延迟特定时间，避开上电时可能发生的逻辑混乱状态；之后状态机进入等待信号状态；

（2）系统处于等待信号状态：有效的信号为至少一个持续特定时间的低电平；

（3）如果收到信号发生负跳变，即开启定时器，状态机进入判定信号是否有效状态：通常情况下，干扰信号为短小脉冲群；故当地信号持续时间达到一定长度时，即认为是有效信号；

（4）当定时器计时没有达到一定长度就收到信号正跳变，即认为信号为干扰信号；确认收到的信号是干扰信号时，复位定时器，状态机重新处于等待信号状态；

（5）当定时器计时达到特定长度且没有收到信号正跳变，即认为收到的是有效信号；当确认收到的信号是有效信号时，状态机进入强触发阶段；开启强触开关；

（6）当计时器计时达到设定的时间时，强触发状态结束；状态机进入弱触发状态；关闭强触开关，打开弱触开关；

（7）当计时器计时达到设定的时间时，弱触发状态结束，关闭弱触开关；状态机进入屏蔽信号状态；

（8）屏蔽期结束后，驱动自检：检查强触发电压源的值，弱触发电压源的值是否正确；检查输出电压是否为零；如果触发电压源正常，且输出电压为零，则认为驱动正常；控制器复位计时器，状态机重新进入等待信号状态；

（9）当触发电压源电压不足或过高，或输出仍旧有电压，则驱动本身有损坏；此时报故障，且驱动自锁，不接受任何信号。