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CN116404890A - 一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路 - Google Patents

一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路 Download PDF

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CN116404890A CN202310546513.1A CN202310546513A CN116404890A CN 116404890 A CN116404890 A CN 116404890A CN 202310546513 A CN202310546513 A CN 202310546513A CN 116404890 A CN116404890 A CN 116404890A
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张静
张昕
苑辉
张先海
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Beijing Zhonglu Huineng Technology Co ltd
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Abstract

本申请公开了一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，涉及三相全控整流电路技术领域，通过相位信号生成电路采集三相电网的正弦信号，并将正弦信号处理为相位信号，中央处理器采集到相位信号后，自动启动定时器，根据光纤接收电路计算的直流电压控制值和直流采样电路采集到的直流电压实际值计算可控硅控制角，并根据可控硅控制角输出可控硅控制信号，触发分配电路根据相位信号自动分配可控硅控制信号，并通过驱动电路将可控硅控制驱动能力增强，然后输出至可控硅模组。本申请提供的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，极大的减轻了CPU负担，使用硬件电路自动分配触发脉冲有更可靠的系统稳定性。

Description

一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路
技术领域
本申请涉及三相全控整流电路技术领域，具体涉及一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路。
背景技术
随着电子科技的不断进步与发展，大功率电器的使用也越来越广泛，为了提高电能的利用效率，大功率逆变产品种类、数量也随之增多。
目前，大功率的可控硅整流系统中三相可控硅的触发信号复杂，单纯采用嵌入式CPU生成触发脉冲信号使的CPU负担过重，且计算量大，计算量大可能导致信息处理不及时或影响系统的实时性。
发明内容
为此，本申请提供一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，以解决现有技术存在的大功率的可控硅整流系统中CPU负担过重以及实时性差的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，包括：
相位信号生成电路，用于采集三相电网的正弦信号，并将正弦信号处理为相位信号；
光纤接收电路，用于根据光纤的输入信号计算直流电压的控制值；
直流采样电路，用于采集负载系统的直流电压实际值；
中央处理器，用于根据所述光纤接收电路计算的直流电压控制值和所述直流采样电路采集到的直流电压实际值计算可控硅控制角，并根据可控硅控制角输出可控硅控制信号；
触发分配电路，用于根据相位信号自动分配可控硅控制信号；
驱动电路，用于增强可控硅控制信号的驱动能力，并将可控硅控制信号输出至可控硅模组。
作为优选，所述触发分配电路包括：
触发脉冲合成器，用于将可控硅控制信号生成脉冲触发控制信号；
触发脉冲分配器，用于分配脉冲触发控制信号；
触发脉冲重组器，用于将分配后的脉冲触发控制信号进行重组，将重组后的脉冲触发控制信号发送至所述驱动电路。
作为优选，所述触发脉冲合成器和所述触发脉冲分配器均由多个与门组成。
作为优选，所述触发脉冲重组器由多个或门组成。
作为优选，所述触发分配电路还包括：
工作控制电路，用于根据所述光纤接收电路接收到的工作允许信号，判断是否允许所述触发分配电路和所述驱动电路工作。
作为优选，所述工作控制电路为非门。
作为优选，所述驱动电路包括反相驱动器和多个脉冲变压器，所述反相驱动器的输入端与所述触发脉冲重组器的输出端电连接，所述反相驱动器的输出端与多个所述脉冲变压器的输入端电连接，多个所述脉冲变压器的输出端与可控硅模组电连接。
作为优选，所述相位信号生成电路包括依次电连接的多个同步变压器、多个比较器和多个反相器，多个所述同步变压器的输入端用于采集三相电网的正弦信号，多个所述反相器的输出端与所述中央处理器和所述触发分配电路电连接。
作为优选，所述直流采样电路包括依次电连接的传感器和运算放大器，所述传感器用于采集负载系统的直流电压实际值，并通过所述运算放大器放大后输入至所述中央处理器。
作为优选，所述中央处理器为STM32系列芯片。
相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：
本申请提供了一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，通过相位信号生成电路采集三相电网的正弦信号，并将正弦信号处理为相位信号，中央处理器采集到相位信号后，自动启动定时器，根据光纤接收电路计算的直流电压控制值和直流采样电路采集到的直流电压实际值计算可控硅控制角，并根据可控硅控制角输出可控硅控制信号，触发分配电路根据相位信号自动分配可控硅控制信号，并通过驱动电路将可控硅控制驱动能力增强，然后输出至可控硅模组。本申请提供的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，可以根据根据施工人员连接的电缆自动触发对应的可控硅，并根据光纤输入计算给定值，调节可控硅输出电压，用于大功率的可控硅整流系统中极大的减轻了CPU负担，使用硬件电路自动分配触发脉冲有更可靠的系统稳定性。
附图说明
为了更直观地说明现有技术以及本申请，下面给出几个示例性的附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本申请时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本申请揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元(部件)的增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易作出常规的调整或进一步的优化。
图1为本申请提供的一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路的结构框图；
图2为本申请提供的相位信号生成电路原理图；
图3为本申请提供的中央处理器、光纤接收电路和直流采样电路原理图；
图4为本申请提供的触发分配电路及驱动电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体实施例对本申请作进一步详述。
在本申请的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。
本申请中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解，而并非对实际产品中位置关系的绝对限定。在未脱离本申请揭示的技术构思的情况下，这些相对位置关系的改变，当亦视为本申请表述的范畴。
请参阅图1，本申请提供了一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，包括相位信号生成电路、光纤接收电路、直流采样电路、中央处理器(嵌入式CPU)、触发分配电路和驱动电路；
其中，相位信号生成电路用于采集三相电网的正弦信号，并正弦信号转换为相位信号；
光纤接收电路，用于根据光纤的输入信号计算直流电压的控制值；
因为现有技术中直流电压控制信号大多数采用电压、电流等模拟量对可控硅进行控制，而电气信号容量受电磁干扰影响，引起系统不稳定，甚至在工业强干扰场合下，大型设备的启、停都可以引起的电网波动，导致大功率整流设备导通角出现大的偏差，引起过电流跳闸，甚至损坏设备；而本申请使用光纤作为电压控制信号，不存在受电磁干扰的可能性。
直流采样电路，用于采集负载系统的直流电压实际值；
本申请通过采集自身的直流电压，使得系统自带电压检测功能，能够独立完成系统内部闭环反馈控制，使得电压控制精度高、响应速度快，提高了电压的控制精度和跟随速度。
中央处理器，用于根据光纤接收电路计算的直流电压控制值和直流采样电路采集到的直流电压实际值计算可控硅控制角，并根据可控硅控制角输出可控硅控制信号；
具体的，中央处理器采集到三相交流电信号的同步信号后，自动启动定时器，然后根据光纤接收电路计算的直流电压控制值和直流采样电路采集到的直流电压实际值计算可控硅控制角，并根据可控硅控制角输出可控硅控制信号。本申请中，CPU根据实际值与设定值(即控制值)进行动态跟踪，实现可控硅导通角的实时控制。
需要说明的是，本申请的中央处理器采用嵌入式CPU，嵌入式CPU的计算能力强。
触发分配电路，用于根据相位信号自动分配可控硅控制信号；
具体的，触发分配电路可根据相位信号将CPU传输过来的3个可控硅控制信号自动分配给6支可控硅。
现有技术中使用的可控硅触发方式都采用单脉冲模式，因为单脉冲模式下的CPU负担较轻，但是由于单脉冲的总能量过大，所以需要使用大功率的驱动电源，并且单脉冲在变压器的初级、次级能量传递效率低，可能造成脉冲丢失。而本申请将脉冲束信号引入触发分配电路中，降低了可控硅驱动电路的功耗，并且脉冲束可多次重复发送脉冲信号，保证了可控硅的有效开通。
驱动电路，用于增强可控硅控制信号的驱动能力，并将可控硅控制信号输出至可控硅模组。
进一步的，请参阅图2，相位信号生成电路由同步变压器T11、同步变压器T12、同步变压器T13、比较器U6A、比较器U6B、比较器U6C以及反相器U7A、反相器U7B、反相器U7C及外围电路组成，同步变压器T11、同步变压器T12和同步变压器T13用于采集三相电网的正弦信号，并将正弦信号依通过三个比较器和三个反相器处理后生成相位信号，然后将相位信号分别传输至中央处理器和触发分配电路。
本申请采用比较器和反相器作为三相电网的同步、相位信号采集器件，有效的提高了同步及相位信号的准确性，由于同步及相位信号对可控硅的触发时序影响很大，所以采用比较器和反相器作为采集器件，有效的提高三相触发信号的影响速度和精度。
请参阅图3，光纤接收电路设有两个光纤接收器，分别为U5和U8，U5和U8的型号均为HFBR2521，使用光纤接收器可以方便的融入到电力电子系统中；中央处理器U4E优选为STM312系列芯片；直流采样电路由传感器M2、运算放大器U23C及外围电路所组成。
其中，光纤接收器U5的第1引脚与第4引脚的连接点与中央处理器U4E的第53引脚电连接，光纤接收器U5用于根据光纤的输入信号计算直流电压的控制值；光纤接收器U8的第1引脚与第4引脚的连接点与中央处理器U4E的第39引脚电连接，光纤接收器U8用于将工作允许信号发送至中央处理器U4E和触发分配电路；
直流采样电路中传感器M2用于采集负载系统的直流电压实际值，并通过运算放大器U23C放大后经运算放大器U23C的第8引脚和中央处理器U4E的第54引脚输入至中央处理器U4E。
请参阅图2和图3，相位信号生成电路的PH-AB+、PH-BC+和PH-CA+三个引脚分别与中央处理器U4E的第8引脚、第9引脚和第10引脚电连接，用于将相位信号传输至中央处理器。
请参阅图4，触发分配电路包括触发脉冲合成器、触发脉冲分配器和触发脉冲重组器，触发脉冲合成器用于将可控硅控制信号生成脉冲触发控制信号；触发脉冲分配器用于分配脉冲触发控制信号；触发脉冲重组器用于将分配后的脉冲触发控制信号进行重组，将重组后的脉冲触发控制信号发送至驱动电路；其中，触发脉冲合成器由与门U11A及与门U9B、与门U11B、与门U13A连接组成；触发脉冲分配器由与门U9B、与门U11B、与门U13A及与门U9C、与门U9A、与门U9D、与门U11C、与门U11D以及与门U13B连接组成；触发脉冲重组器由或门U10A、U10B、U10C、U10D、U12D、U12B组成。
请参阅图2至图4，触发分配电路与中央处理器和相位信号生成电路的具体电路连接为：触发分配电路的PWM-10K引脚与中央处理器U4E的第38引脚电连接，触发分配电路的OUT-AB引脚、OUT-BC以及OUT-CA分别与中央处理器U4E的第24引脚、第25引脚以及第37引脚电连接，触发分配电路的PH-AB+、PH-AB-、PH-BC+、PH-BC-、PH-CA+以及PH-CA-引脚分别与相位信号生成电路的PH-AB+、PH-AB-、PH-BC+、PH-BC-、PH-CA+以及PH-CA-引脚电连接，触发分配电路的PH-AB+、PH-BC+和PH-CA+引脚还与中央处理器U4E的第8引脚、第9引脚和第10引脚电连接。
请参阅图4，触发分配电路还包括工作控制电路，工作控制电路为非门U7D，用于根据光纤接收电路U8接收到的工作允许信号，判断是否允许后续的触发分配电路和驱动电路工作。
请参阅图4，驱动电路由反相驱动器U2、脉冲变压器T1-T6及外围电路所组成，用于将触发脉冲的驱动能力增强，并通过J2、J3、J4连接至可控硅模组。本申请采用一体化设计，使得触发分配电路与驱动电路传输距离近，有效的减少了传递延迟。
本申请提供的一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路能够极大的减轻CPU负担，且使用硬件电路自动分配触发脉冲有更可靠的系统稳定性，可由应用于大功率的可控硅整流系统中，例如高压静电除尘电源的直流调压系统、大功率直流电机调速系统以及三相可控硅调压系统等，并且该电路可以自动闭环控制，极大的提高了该电路的适用性。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
上文中通过一般性说明及具体实施例对本申请作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本申请的技术构思，还可以对这些具体实施例作出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本申请的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本申请的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，其特征在于，包括：
相位信号生成电路，用于采集三相电网的正弦信号，并将正弦信号处理为相位信号；
光纤接收电路，用于根据光纤的输入信号计算直流电压的控制值；
直流采样电路，用于采集负载系统的直流电压实际值；
中央处理器，用于根据所述光纤接收电路计算的直流电压控制值和所述直流采样电路采集到的直流电压实际值计算可控硅控制角，并根据可控硅控制角输出可控硅控制信号；
触发分配电路，用于根据相位信号自动分配可控硅控制信号；
驱动电路，用于增强可控硅控制信号的驱动能力，并将可控硅控制信号输出至可控硅模组。
2.根据权利要求1所述的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，其特征在于，所述触发分配电路包括：
触发脉冲合成器，用于将可控硅控制信号生成脉冲触发控制信号；
触发脉冲分配器，用于分配脉冲触发控制信号；
触发脉冲重组器，用于将分配后的脉冲触发控制信号进行重组，将重组后的脉冲触发控制信号发送至所述驱动电路。
3.根据权利要求2所述的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，其特征在于，所述触发脉冲合成器和所述触发脉冲分配器均由多个与门组成。
4.根据权利要求2所述的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，其特征在于，所述触发脉冲重组器由多个或门组成。
5.根据权利要求2所述的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，其特征在于，所述触发分配电路还包括：
工作控制电路，用于根据所述光纤接收电路接收到的工作允许信号，判断是否允许所述触发分配电路和所述驱动电路工作。
6.根据权利要求5所述的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，其特征在于，所述工作控制电路为非门。
7.根据权利要求2所述的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，其特征在于，所述驱动电路包括反相驱动器和多个脉冲变压器，所述反相驱动器的输入端与所述触发脉冲重组器的输出端电连接，所述反相驱动器的输出端与多个所述脉冲变压器的输入端电连接，多个所述脉冲变压器的输出端与可控硅模组电连接。
8.根据权利要求1所述的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，其特征在于，所述相位信号生成电路包括依次电连接的多个同步变压器、多个比较器和多个反相器，多个所述同步变压器的输入端用于采集三相电网的正弦信号，多个所述反相器的输出端与所述中央处理器和所述触发分配电路电连接。
9.根据权利要求1所述的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，其特征在于，所述直流采样电路包括依次电连接的传感器和运算放大器，所述传感器用于采集负载系统的直流电压实际值，并通过所述运算放大器放大后输入至所述中央处理器。
10.根据权利要求1所述的自动分配触发脉冲的三相全控整流电路，其特征在于，所述中央处理器为STM32系列芯片。
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