一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊，通過4個(gè)高壓快恢復(fù)二極管D3、D4、D5、D6構(gòu)成整流橋?qū)Ρ粰z測(cè)電壓信號(hào)極性進(jìn)行歸并，歸并后的電壓信號(hào)依次通過限流電阻R6、BOD器件、取樣電阻R7、穩(wěn)壓二極管D7獲得過電壓信號(hào)，其中限流電阻R6、BOD器件和取樣電阻R7串聯(lián)，取樣電阻R7與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)，所獲得的過電壓信號(hào)通過單諧振蕩器展寬成寬脈沖信號(hào)。本發(fā)明使用4個(gè)高壓快恢復(fù)二極管構(gòu)成整流橋?qū)z測(cè)到的電壓信號(hào)進(jìn)行極性歸并，可以實(shí)現(xiàn)雙向電壓檢測(cè)；使用單諧振蕩器展寬原始過電壓信號(hào)的脈沖寬度，并通過頻率調(diào)制電路對(duì)寬脈沖信號(hào)頻率調(diào)制，使該信號(hào)可以可靠觸發(fā)保護(hù)執(zhí)行器件，達(dá)到過壓保護(hù)目的。
【專利說明】
一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力電子裝置應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊。 【背景技術(shù)】
[0002]ITER(國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆)計(jì)劃是當(dāng)今世界最大的國(guó)際科技合作計(jì)劃。極向場(chǎng)變流器電源系統(tǒng)是ITER重要的子系統(tǒng)之一，為等離子體的產(chǎn)生、約束、維持、加熱以及等離子體電流、位置、形狀、分布和破裂的控制，提供必要的工程基礎(chǔ)和控制手段。極向場(chǎng)變流器設(shè)備是超大功率晶閘管相控變流器，單機(jī)容量為60MW，整個(gè)系統(tǒng)裝機(jī)容量高達(dá)4600MW。在極向場(chǎng)變流器系統(tǒng)中有部分電源系統(tǒng)需要3套四象限變流器串聯(lián)運(yùn)行，串聯(lián)運(yùn)行過程中可能存在由于某一套變流器故障而導(dǎo)致其它變流器承受過電壓的情況。為防止過電壓損壞變流器設(shè)備，在變流器兩端并聯(lián)旁通單元，當(dāng)過壓時(shí)觸發(fā)該旁通對(duì)變流器短路，實(shí)現(xiàn)過電壓保護(hù)， 這樣就需要一種具有雙向過壓自動(dòng)檢測(cè)功能并在檢測(cè)到過壓時(shí)發(fā)出長(zhǎng)脈沖信號(hào)可靠觸發(fā)旁通保護(hù)變流器的過壓檢測(cè)保護(hù)模塊。
[0003]實(shí)現(xiàn)快速過壓自動(dòng)檢測(cè)通常采用B0D器件。B0D有一個(gè)動(dòng)作電壓，當(dāng)B0D兩端的電壓大于動(dòng)作電壓時(shí)，B0D快速導(dǎo)通并配合外圍電路輸出一個(gè)脈沖信號(hào)作為過壓保護(hù)的觸發(fā)信號(hào)。在直流輸電、高壓閥等場(chǎng)合，均采用上述B0D過壓保護(hù)方案對(duì)串聯(lián)模塊進(jìn)行過壓保護(hù)。該方案存在的缺點(diǎn)是輸出觸發(fā)脈沖寬度窄，只有數(shù)十微秒時(shí)間，不能用于多晶閘管并聯(lián)時(shí)的可靠觸發(fā);另一個(gè)缺點(diǎn)是只能檢測(cè)單方向過電壓。在ITER極向場(chǎng)變流器系統(tǒng)中，旁通為并聯(lián)在變流器兩端的輔助設(shè)備，由多晶閘管并聯(lián)組成。由于存在各晶閘管并聯(lián)支路參數(shù)不一致及器件參數(shù)分散的特性，在觸發(fā)并聯(lián)的多晶閘管時(shí)，若脈沖寬度過窄則會(huì)導(dǎo)致部分并聯(lián)的晶閘管無(wú)法導(dǎo)通，從而使得少量導(dǎo)通的晶閘管元件因承受過載電流而損壞；ITER極向場(chǎng)變流器四象限運(yùn)行時(shí)，在任一變流器兩端都可能存在正極性或負(fù)極性的電壓。因此，現(xiàn)有的過壓檢測(cè)保護(hù)方法不適用于ITER極向場(chǎng)變流器的串聯(lián)過壓檢測(cè)保護(hù)，寬觸發(fā)脈沖功能和雙向過壓檢測(cè)對(duì)ITER極向場(chǎng)變流器的串聯(lián)過壓檢測(cè)保護(hù)至關(guān)重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊，通過4個(gè)高壓快恢復(fù)二極管03、04、05、06構(gòu)成整流橋?qū)Ρ粰z測(cè)電壓信號(hào)極性進(jìn)行歸并，歸并后的電壓信號(hào)依次通過限流電阻R6、B0D器件、取樣電阻 R7、穩(wěn)壓二極管D7獲得過電壓信號(hào)，其中限流電阻R6、B0D器件和取樣電阻R7串聯(lián)，取樣電阻 R7與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)，所獲得的過電壓信號(hào)通過單諧振蕩器展寬成寬脈沖信號(hào)，再由后級(jí)頻率調(diào)制電路將該寬脈沖信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，最后通過觸發(fā)脈沖輸出電路將該信號(hào)送入旁通晶閘管觸發(fā)單元，從而實(shí)現(xiàn)雙向過電壓自動(dòng)檢測(cè)與保護(hù)。
[0006]所述的單諧振蕩器包括有CD4538BCM芯片U1、電容C1、電阻R1，CD4538BCM芯片U1的 AalN端為所述的過電壓信號(hào)的輸入端，QaOUT端為所述的寬脈沖信號(hào)輸出端，電阻R1的一端連接VCC5V，另一端分別連接電容Cl和⑶4538BCM芯片U1的T2A端，電容Cl與T1A端連接。
[0007]所述的頻率調(diào)制電路包括有NE555D芯片U2、電容C2、電容C3、二極管D1、二極管D2、 電阻R4和電阻R5,所述的NE55?芯片U2的THRES端和C0NT端分別與電容C2和電容C3連接，電容C2和電容C3的另一端接地，NE555D芯片U2的DISCH端和THRES端分別連接二極管D1的正極和負(fù)極，電阻R5和二極管D2串聯(lián)后再與二極管D1并聯(lián)，電阻R4的兩端分別與電阻R5和所述的CD4538BCM芯片U1的QaOUT端，NE55?芯片U2的OUT端連接觸發(fā)脈沖輸出電路。
[0008]所述的觸發(fā)脈沖輸出電路包括有電阻R2、電阻R3、光發(fā)送器U3和三極管Q1，所述的電阻R3的一端連接所述的NE55?芯片U2的OUT端，電阻R3的另一端連接三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極接地，三極管Q1的集電極連接光發(fā)送器U3的負(fù)極，電阻R2分別與5V電源和光發(fā)送器U3的正極連接。
[0009]所述的旁通晶閘管觸發(fā)單元是通過正向保護(hù)執(zhí)行器件和反向保護(hù)執(zhí)行器件并聯(lián)構(gòu)成的，所述的正向保護(hù)執(zhí)行器件是通過六個(gè)晶閘管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6并聯(lián)構(gòu)成的，所述的反向保護(hù)執(zhí)行器件是通過六個(gè)晶閘管SCR7、SCR8、SCR9、SCR10、SCR11、 SCR12并聯(lián)構(gòu)成的。[〇〇1〇]通過4個(gè)高壓快恢復(fù)二極管構(gòu)成整流橋?qū)z測(cè)到的電壓信號(hào)極性進(jìn)行歸并，歸并后的電壓信號(hào)通過限流電阻、B0D器件、取樣電阻和穩(wěn)壓二極管獲得過電壓信號(hào)，再通過單諧振蕩器將過壓信號(hào)展寬成寬脈沖信號(hào)并由后級(jí)頻率調(diào)制電路將該寬脈沖信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，最后通過光發(fā)送器將該信號(hào)送入旁通晶閘管觸發(fā)單元，從而實(shí)現(xiàn)雙向過電壓的自動(dòng)檢測(cè)和保護(hù)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明使用4個(gè)高壓快恢復(fù)二極管構(gòu)成整流橋?qū)z測(cè)到的電壓信號(hào)進(jìn)行極性歸并，可以實(shí)現(xiàn)雙向電壓檢測(cè);使用單諧振蕩器展寬原始過電壓信號(hào)的脈沖寬度，并通過頻率調(diào)制電路對(duì)寬脈沖信號(hào)頻率調(diào)制，使該信號(hào)可以可靠觸發(fā)保護(hù)執(zhí)行器件， 達(dá)到過壓保護(hù)目的?！靖綀D說明】
[0012]圖1旁通晶閘管觸發(fā)單元原理圖。
[0013]圖2本發(fā)明工作原理圖。[〇〇14]圖3單諧振蕩器原理圖。[〇〇15] 圖4頻率調(diào)制電路原理圖。[〇〇16]圖5觸發(fā)脈沖輸出原理圖。[〇〇17]圖6過電壓檢測(cè)保護(hù)測(cè)試波形圖?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇18]如圖2所示，一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊，通過4個(gè)高壓快恢復(fù)二極管D3、D4、D5、D6 構(gòu)成整流橋?qū)Ρ粰z測(cè)電壓信號(hào)極性進(jìn)行歸并，歸并后的電壓信號(hào)依次通過限流電阻R6、B0D 器件、取樣電阻R7、穩(wěn)壓二極管D7獲得過電壓信號(hào)，其中限流電阻R6、B0D器件和取樣電阻R7 串聯(lián)，取樣電阻R7與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)，所獲得的過電壓信號(hào)通過單諧振蕩器1展寬成寬脈沖信號(hào)，再由后級(jí)頻率調(diào)制電路2將該寬脈沖信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，最后通過觸發(fā)脈沖輸出電路 3將該信號(hào)送入旁通晶閘管觸發(fā)單元，從而實(shí)現(xiàn)雙向過電壓自動(dòng)檢測(cè)與保護(hù)。[〇〇19] 如圖3所示，所述的單諧振蕩器包括有CD4538BCM芯片U1、電容C1、電阻R1， ⑶4538BCM芯片U1的AalN端為所述的過電壓信號(hào)的輸入端，QaOUT端為所述的寬脈沖信號(hào)輸出端，電阻R1的一端連接VCC5V，另一端分別連接電容C1和CD4538BCM芯片U1的T2A端，電容 C1與T1A端連接。
[0020]如圖4所示，所述的頻率調(diào)制電路包括有NE555D芯片U2、電容C2、電容C3、二極管D1、二極管D2、電阻R4和電阻R5,所述的NE555D芯片U2的THRES端和⑶NT端分別與電容C2和電容C3連接，電容C2和電容C3的另一端接地，NE555D芯片U2的DISCH端和THRES端分別連接二極管D1的正極和負(fù)極，電阻R5和二極管D2串聯(lián)后再與二極管D1并聯(lián)，電阻R4的兩端分別與電阻R5和所述的CD4538BCM芯片U1的QaOUT端，NE555D芯片U2的OUT端連接觸發(fā)脈沖輸出電路。[〇〇21]如圖5所示，所述的觸發(fā)脈沖輸出電路包括有電阻R2、電阻R3、光發(fā)送器U3和三極管Q1，所述的電阻R3的一端連接所述的NE55?芯片U2的OUT端，電阻R3的另一端連接三極管 Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極接地，三極管Q1的集電極連接光發(fā)送器U3的負(fù)極，電阻R2分別與5V電源和光發(fā)送器U3的正極連接。
[0022]如圖1所示，所述的旁通晶閘管觸發(fā)單元是通過正向保護(hù)執(zhí)行器件和反向保護(hù)執(zhí)行器件并聯(lián)構(gòu)成的，所述的正向保護(hù)執(zhí)行器件是通過六個(gè)晶閘管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、 SCR5、SCR6并聯(lián)構(gòu)成的，所述的反向保護(hù)執(zhí)行器件是通過六個(gè)晶閘管SCR7、SCR8、SCR9、 SCR10、SCR11、SCR12 并聯(lián)構(gòu)成的。
[0023]具體應(yīng)用方式如圖1所示，雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊由旁通A、B點(diǎn)連接輸入檢測(cè)到的電壓信號(hào)，雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊輸出觸發(fā)信號(hào)給旁通晶閘管。[〇〇24]如圖2所示，高壓快恢復(fù)二極管D3、D4、D5、D6組成整流橋，對(duì)A、B兩點(diǎn)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行極性歸并。為后級(jí)B0D器件提供單極性正向被測(cè)信號(hào)源。[〇〇25]如圖2所示，歸并后的被測(cè)電壓信號(hào)通過限流電阻R6后進(jìn)入B0D的陽(yáng)極，B0D陰極與由電阻R7、電容C4、5V穩(wěn)壓二極管D7組成的取樣電路相接，獲得過壓窄脈沖信號(hào)Pulse_S。 [〇〇26] 過壓窄脈沖信號(hào)Pulse_S經(jīng)過單諧振蕩器后脈沖寬度展寬到lms，得到寬脈沖信號(hào) Pulse_W。單諧振蕩器電路如圖3。
[0027]寬脈沖信號(hào)Pulse_Wg頻率調(diào)制電路調(diào)制成5kHz_15kHz的調(diào)制信號(hào)Pulse_M。頻率調(diào)制電路原理圖如圖4所不。[〇〇28]調(diào)制信號(hào)Pulse_M接入信號(hào)輸出電路，信號(hào)輸出電路將信號(hào)Pulse_M信號(hào)通過三極管Q1放大后由光發(fā)送器U3轉(zhuǎn)換成光脈沖信號(hào)輸出。
[0029]當(dāng)過壓檢測(cè)保護(hù)模塊檢測(cè)到A、B兩端過壓信號(hào)時(shí)，雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊輸出的脈沖信號(hào)用于觸發(fā)并聯(lián)在變流器兩端的旁通晶閘管，使旁通導(dǎo)通對(duì)變流器直流側(cè)短路，從而達(dá)到保護(hù)變流器不因過壓損壞目的。
[0030]雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊測(cè)試波形如圖6。其中通道CH1是A、B兩端電壓信號(hào)也就是過壓保護(hù)檢測(cè)模塊輸入信號(hào)，通道2是過壓保護(hù)檢測(cè)模塊最終輸出的觸發(fā)信號(hào)。
[0031]本發(fā)明公布的設(shè)計(jì)，各功能模塊有機(jī)組合達(dá)到雙向過壓檢測(cè)保護(hù)功能，并可靠觸發(fā)保護(hù)執(zhí)行器。[〇〇32]單諧振蕩器實(shí)現(xiàn)原理不限于本發(fā)明公布的電路，可以有其它電路實(shí)現(xiàn)方式。
[0033]頻率調(diào)制電路實(shí)現(xiàn)原理不限于本發(fā)明公布的電路，可以有其它電路實(shí)現(xiàn)方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊，其特征在于:通過4個(gè)高壓快恢復(fù)二極管D3、D4、D5、D6 構(gòu)成整流橋?qū)Ρ粰z測(cè)電壓信號(hào)極性進(jìn)行歸并，歸并后的電壓信號(hào)依次通過限流電阻R6、B0D 器件、取樣電阻R7、穩(wěn)壓二極管D7獲得過電壓信號(hào)，其中限流電阻R6、B0D器件和取樣電阻R7 串聯(lián)，取樣電阻R7與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)，所獲得的過電壓信號(hào)通過單諧振蕩器展寬成寬脈沖 信號(hào)，再由后級(jí)頻率調(diào)制電路將該寬脈沖信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，最后通過觸發(fā)脈沖輸出電路 將該信號(hào)送入旁通晶閘管觸發(fā)單元，從而實(shí)現(xiàn)雙向過電壓自動(dòng)檢測(cè)與保護(hù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊，其特征在于:所述的單諧振蕩器 包括有CD4538BCM芯片U1、電容C1、電阻Rl，CD4538BCM芯片U1的AalN端為所述的過電壓信號(hào) 的輸入端，QaOUT端為所述的寬脈沖信號(hào)輸出端，電阻R1的一端連接VCC5V，另一端分別連接 電容C1和⑶4538BCM芯片U1的T2A端，電容C1與T1A端連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊，其特征在于:所述的頻率調(diào)制電 路包括有NE555D芯片U2、電容C2、電容C3、二極管D1、二極管D2、電阻R4和電阻R5，所述的 NE555D芯片U2的THRES端和C0NT端分別與電容C2和電容C3連接，電容C2和電容C3的另一端 接地，NE555D芯片U2的DISCH端和THRES端分別連接二極管D1的正極和負(fù)極，電阻R5和二極 管D2串聯(lián)后再與二極管D1并聯(lián)，電阻R4的兩端分別與電阻R5和所述的⑶4538BCM芯片U1的 QaOUT端，NE55?芯片U2的OUT端連接觸發(fā)脈沖輸出電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊，其特征在于:所述的觸發(fā)脈沖輸 出電路包括有電阻R2、電阻R3、光發(fā)送器U3和三極管Q1，所述的電阻R3的一端連接所述的 NE555D芯片U2的OUT端，電阻R3的另一端連接三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極接地，三 極管Q1的集電極連接光發(fā)送器U3的負(fù)極，電阻R2分別與5V電源和光發(fā)送器U3的正極連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向過壓檢測(cè)保護(hù)模塊，其特征在于:所述的旁通晶閘管 觸發(fā)單元是通過正向保護(hù)執(zhí)行器件和反向保護(hù)執(zhí)行器件并聯(lián)構(gòu)成的，所述的正向保護(hù)執(zhí)行 器件是通過六個(gè)晶閘管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6并聯(lián)構(gòu)成的，所述的反向保護(hù)執(zhí) 行器件是通過六個(gè)晶閘管SCR7、SCR8、SCR9、SCR10、SCR11、SCR12并聯(lián)構(gòu)成的。
【文檔編號(hào)】H02H7/125GK105977922SQ201610101740
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年2月24日
【發(fā)明人】黃連生, 陳曉嬌, 傅鵬, 高格, 王澤京, 何詩(shī)英
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所