專利名稱：大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種電力開(kāi)關(guān)控制裝置，具體涉及一種用于中頻負(fù)載投切的大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器。
背景技術(shù)：
對(duì)于工廠而言，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)需要將負(fù)載由工作供電設(shè)備切換至備用供電設(shè)備上，為了保障負(fù)載的安全穩(wěn)定運(yùn)行，切換過(guò)程必須平穩(wěn)，不能對(duì)負(fù)載以及供電設(shè)備造成沖擊，所以在對(duì)負(fù)載進(jìn)行切換時(shí)，須有一種切換執(zhí)行開(kāi)關(guān)來(lái)滿足上述要求。目前，已經(jīng)有的大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器大都工作于工頻50Hz條件下，不能在中頻(IkHz 2kHz)條件下工作，且中頻大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器均為任意時(shí)刻投切類型，沒(méi)有固定的投切觸發(fā)角，有可能在電壓的峰值處投切負(fù)載，由于負(fù)載的補(bǔ)償電容容量較大，中頻條件下電流是工頻條件下的幾十倍，故任意時(shí)刻投切會(huì)導(dǎo)致投入瞬間產(chǎn)生巨大的沖擊電流，對(duì)負(fù)載造成巨大的沖擊，嚴(yán)重時(shí)燒毀可控硅，損毀供電設(shè)備。解決方法是降低電壓投切，降電壓投切雖然能夠在中頻條件下投切負(fù)載，但投切程序相對(duì)繁瑣，在過(guò)激狀態(tài)下如果降電壓會(huì)對(duì)過(guò)激狀態(tài)產(chǎn)生影響，破壞過(guò)激狀態(tài)，因此無(wú)法完成過(guò)激補(bǔ)償電容的投切。除此之夕卜，由于采用降電壓投切，切換過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)、程序繁瑣，影響負(fù)載運(yùn)行的穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)而提出的，其目的是提供一種大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器，包括電源電路、過(guò)零檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路、高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路和觸發(fā)脈沖隔離放大驅(qū)動(dòng)電路。所述的電源電路包括三相橋式整流器、直流濾波電容和穩(wěn)壓芯片，三相橋式整流器由二極管D4 D6、D9 Dll組成，交流電源經(jīng)整流后由穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓，再經(jīng)直流電容C6、C7 ClOXll濾波后為各集成電路芯片提供15V的直流電源，經(jīng)分壓濾波后的直流電壓為高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器的第一、二 MOS管提供直流供電。所述的過(guò)零檢測(cè)電路包括由R10、R11組成的分壓電路，由R4、C4組成的積分電路，和第一、二電壓比較器以及D觸發(fā)器。所述的驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路包括反相器(10)、555定時(shí)器(11)和相應(yīng)的二極管D8、D8、電阻R6、R7、C8、C9，組成振蕩電路。所述的高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路包括高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片作為驅(qū)動(dòng)芯片、第一、二 MOS管作為功率執(zhí)行器件。所述的觸發(fā)脈沖放大驅(qū)動(dòng)電路包括第一 第六隔離脈沖變壓器第一 第六整流橋、以及各自相應(yīng)的二極管D18 D23、電阻Rll R22、C18 C23，隔離觸發(fā)脈沖放大后驅(qū)動(dòng)可控硅開(kāi)關(guān)。所述的高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片選用型號(hào)為IR2110。[0012]所述的第一、二 MOS管選用型號(hào)為IRF250。本實(shí)用新型的效果本實(shí)用新型所述的一種用于中頻負(fù)載投切的大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器，在無(wú)需降低中頻電壓的情況下能夠在一相電壓過(guò)零時(shí)平穩(wěn)的投切負(fù)載，與任意時(shí)刻投入的可控硅開(kāi)關(guān)控制器相比可有效抑制沖擊電流和電流上升率，保障負(fù)載的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖I是本實(shí)用新型的電原理框圖；圖2是本實(shí)用新型的電源電路圖；圖3是本實(shí)用新型的過(guò)零檢測(cè)電路圖；圖4是本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路圖；圖5是本實(shí)用新型的高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路圖；圖6是本實(shí)用新型的觸發(fā)脈沖隔離放大驅(qū)動(dòng)電路圖。其中I電源電路2過(guò)零檢測(cè)電路3驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路 4高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路5觸發(fā)脈沖隔離放大驅(qū)動(dòng)電路 6穩(wěn)壓芯片7第一電壓比較器8第二電壓比較器9 D觸發(fā)器10反相器11 555定時(shí)器12高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片13 第一 MOS 管14 第二 MOS 管15 20第一 第六脈沖變壓器21 26第一 第六整流橋。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如圖I所示，一種大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器，包括電源電路、過(guò)零檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路、高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路和觸發(fā)脈沖隔離放大驅(qū)動(dòng)電路。如圖2所示，電源電路是二極管D4、D9串聯(lián)，R分別與D4、D9的一端連接，D5、DlO串聯(lián)，S分別與D5、D10的一端連接，D6、D11串聯(lián)，T分別與D6、D11的一端連接，D4、D5、D6的另一端共陰極，D9、DIO、Dll的另一端共陽(yáng)極組成三相橋式整流電路，電容C6、C7串聯(lián)，經(jīng)整流橋整流后整流橋直流回路兩端分別與C6的一端連接、另一端與C7的一端連接，C7的另一端分別與穩(wěn)壓芯片6的第I腳及N連接，穩(wěn)壓芯片6的第2腳與C7的負(fù)極連接并接地，CIO、Cll并聯(lián)的一端接地、另一端與穩(wěn)壓芯片6的第3腳連接。這樣由穩(wěn)壓芯片6穩(wěn)壓，再經(jīng)電容CIO、Cll濾波后為各個(gè)集成電路芯片提供15V的直流電源。而經(jīng)C6、C7分壓濾波后C6兩端的電壓為第一、二 MOS管IRF250供電，C6的 一端與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路的13的D腳連接，C6的另一端與觸發(fā)脈沖隔離放大驅(qū)動(dòng)電路的S2連接。如圖3所示，過(guò)零檢測(cè)電路是端子NI分別與電阻Rll的一端、第一電壓比較器7的第4腳及地連接，端子N2與RlO的一端連接，RlO的另一端與第一電壓比較器7的第5腳連接，信號(hào)輸入經(jīng)分壓電阻RIO、Rll分壓，進(jìn)入第一電壓比較器7的同相輸入端第5腳。當(dāng)輸入的交變電壓過(guò)零為正后第一電壓比較器7的第2腳立即翻轉(zhuǎn)輸出一個(gè)幅值為15V的高電平，同時(shí)R4、C4串聯(lián)組成的積分電路與第一電壓比較器7的第2腳連接構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器。第二比較器8的同相輸入端第7腳，在電位器Rl上取出一個(gè)電壓大小可調(diào)的直流電壓VT (O 15V)連接在第二比較器8的反相輸入端第6腳。[0035]第二比較器8作為電壓比較器對(duì)同相輸入電壓第7腳(VP)與反相輸入電壓第6腳(VT)進(jìn)行比較，它的輸出電壓Vl=KX (VP - VT )，因第二比較器8的開(kāi)環(huán)增益K很大，故當(dāng)同相端的鋸齒波電壓VP高于反相端的直流電壓VT時(shí)，比較器輸出正向飽和電壓，在數(shù)值上接近于供電電壓15V。反之，若VP低于VT，則輸出為負(fù)向飽和電壓。由于比較器采用單電源供電，故負(fù)向飽和電壓約為0V。這樣第二比較器8的輸出僅有兩個(gè)電位，一個(gè)是高電位15V，另一個(gè)是低電位的0V，在第二比較器8的第I腳形成寬度可調(diào)的過(guò)零觸發(fā)脈沖。第二比較器8的I腳與D觸發(fā)器9的第3腳連接，過(guò)零觸發(fā)脈沖進(jìn)入D觸發(fā)器9的第3腳，當(dāng)D觸發(fā)器9的第4腳復(fù)位端置O時(shí)，第I腳輸出端Q由O置I保持輸入的過(guò)零信號(hào)為高電平，D觸發(fā)器9的第I腳與驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路的555定時(shí)器11的第4腳連接，觸發(fā)555定時(shí)器11開(kāi)始發(fā)出觸發(fā)脈沖。與此同時(shí)D觸發(fā)器9的第2腳置0，D觸發(fā)器9的第2腳與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路4的高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第11腳連接，控制高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路開(kāi)始工作。如圖4所示，驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路3是為可控硅提供觸發(fā)脈沖群，R6、D7、C9串聯(lián)，R6的一端與555定時(shí)器11的第8腳連接并連接至+15V，R6的另一端分別連接至555定時(shí)器11的第7腳和R7的一端，R7的另一端與D8的一端連接，D8的另一端分別與555定時(shí)器11的第2腳、第6腳以及C9的一端連接，C9的另一端與C8的一端、555定時(shí)器11的第I腳連接并連接至地，C8的另一端與555定時(shí)器11的第5腳連接，D7、D8為導(dǎo)引二極管，可以單獨(dú)調(diào)節(jié)放電時(shí)間常數(shù)，選擇R6=R7，則占空比為50%，此時(shí)振蕩器的振蕩頻率為/ =1. 44/ (R6+R7) C9驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生部分在接收到上一級(jí)電路的D觸發(fā)器9的第I腳的過(guò)零觸發(fā)信號(hào)后立即開(kāi)始工作，確保了振蕩器發(fā)出第一個(gè)觸發(fā)脈沖的時(shí)刻為一相電壓過(guò)零時(shí)。如圖5所示，高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)電路是555定時(shí)器11的第I腳分別與反相器10的第I腳、高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第10腳連接，反相器10的第2腳與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第12腳連接，R2、D2并聯(lián)的一端與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第7腳連接，另一端與第一 MOS管13的G腳連接，R3、D3并聯(lián)的一端與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第I腳連接，另一端與第二 MOS管14的G腳連接，Cl的一端分別與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第9腳、+15V連接，另一端與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第13腳及地連接，C2、C5并聯(lián)，一端分別與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第3腳、+15V連接，另一端與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第2腳、第二 MOS管14的S腳及地連接，C3的一端分別與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第6腳、Dl的一端連接，C3的另一端分別與高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12的第5腳、第一 MOS管13的S腳及第二 MOS管14的D腳連接，并與驅(qū)動(dòng)脈沖通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)放大電路的SI連接，Dl的另一端與+15V連接。驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生部分的觸發(fā)脈沖一路直接送入高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片第10腳，另一路經(jīng)反相器反相后送入高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片第12腳，通過(guò)向兩腳不斷輸入彼此反相的觸發(fā)脈沖，經(jīng)高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12第7、I兩管腳分別控制第一、二 MOS管13、14的G極(柵極)，使第一、二 MOS管13、14交替導(dǎo)通，管腳VB輸出±15V的方波。高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片12選用型號(hào)為IR2110，第一、二 MOS管13、14選用型號(hào)為IRF250。如圖6所示，驅(qū)動(dòng)脈沖隔離驅(qū)動(dòng)電路是第一、二脈沖變壓器15、16初級(jí)串聯(lián)，第三、四脈沖變壓器17、18初級(jí)串聯(lián)，第五、六脈沖變壓器19、20初級(jí)串聯(lián)，然后三者并聯(lián)，并聯(lián)后的一端與SI連接，另一端與S2連接。第一脈沖變壓器15的次級(jí)一端與第一整流橋21的第I腳連接，另一端與第一整流橋21的第2腳連接，R17與D18串聯(lián)后與Rll并聯(lián)的一端與第一整流橋21的第3腳連接，另一端與Gl連接，C18的一端分別與R17、D18的一端連接，另一端分別與第一整流橋21的第3腳、Kl連接。 第二脈沖變壓器16的次級(jí)一端與第二整流橋22的第I腳連接，另一端與第二整流橋22的第2腳連接，R18與D19串聯(lián)后與R12并聯(lián)的一端與第二整流橋22的第3腳連接，另一端與G2連接，C19的一端分別與R18、D19的一端連接，另一端分別與第二整流橋22的第3腳、K2連接。第三脈沖變壓器17的次級(jí)一端與第三整流橋23的第I腳連接，另一端與第三整流橋23的第2腳連接，R19與D20串聯(lián)后與R13并聯(lián)的一端與第三整流橋23的第3腳連接，另一端與G3連接，C20的一端分別與R19、D20的一端連接，另一端分別與第三整流橋23的第3腳、K3連接。第四脈沖變壓器18的次級(jí)一端與第四整流橋24的第I腳連接，另一端與第四整流橋24的第2腳連接，R20與D21串聯(lián)后與R14并聯(lián)的一端與第四整流橋24的第3腳連接，另一端與G4連接，C21的一端分別與R20、D21的一端連接，另一端分別與第四整流橋24的第3腳、K4連接。第五脈沖變壓器19的次級(jí)一端與第五整流橋25的第I腳連接，另一端與第五整流橋25的第2腳連接，R21與D22串聯(lián)后與R15并聯(lián)的一端與第五整流橋25的第3腳連接，另一端與G5連接，C22的一端分別與R21、D22的一端連接，另一端分別與第五整流橋25的第3腳、K5連接。第六脈沖變壓器20的次級(jí)一端與第六整流橋26的第I腳連接，另一端與第六整流橋26的第2腳連接，R22與D23串聯(lián)后與R16并聯(lián)的一端與第六整流橋26的第3腳連接，另一端與G6連接，C23的一端分別與R22、D23的一端連接，另一端分別與第六整流橋26的第3腳、K6連接；隔離放大后驅(qū)動(dòng)可控硅開(kāi)關(guān)。本實(shí)用新型的工作過(guò)程變頻器的輸出電壓信號(hào)進(jìn)入過(guò)零檢測(cè)部分，檢測(cè)變頻器輸出電壓的過(guò)零信號(hào)，過(guò)零信號(hào)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生部分，立即發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖群，脈沖群通過(guò)高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器放大并轉(zhuǎn)換為同頻率幅值±15V的方波脈沖，信號(hào)再通過(guò)觸發(fā)脈沖隔離放大驅(qū)動(dòng)部分變換為可控硅驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)可控硅開(kāi)關(guān)。實(shí)施例可控硅選擇KK1000快速可控硅，其通態(tài)平均電流為1000A，最大電流上升率di/dt為100 Α/μ S，采用以上平臺(tái)對(duì)不同功率等級(jí)的中頻負(fù)載進(jìn)行投切，記錄投切瞬間的電流上升率，隨著負(fù)載的增加，電流上升率并未成比例增加，當(dāng)輸出功率達(dá)到290kW時(shí)，輸出電流490A，電 流上升率di/dt為32A/μ S，沖擊很小，可保證負(fù)載的平穩(wěn)切換。
權(quán)利要求1.一種大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器，其特征在于包括電源電路(I)、過(guò)零檢測(cè)電路(2)、驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路(3)、高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路(4)和觸發(fā)脈沖隔離放大驅(qū)動(dòng)電路(5)，所述的電源電路(I)包括三相橋式整流器、直流濾波電容和穩(wěn)壓芯片(6)，三相橋式整流器由二極管D4 D6、D9 Dll組成；所述的過(guò)零檢測(cè)電路(2)包括由R10、R11組成的分壓電路，由R4、C4組成的積分電路，和第一、二電壓比較器(7、8)以及D觸發(fā)器(9);所述的驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路(3)包括反相器(10)、555定時(shí)器(11)和相應(yīng)的二極管08、08、電阻尺6、R7、C8、C9，組成振蕩電路；所述的高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路(4)包括高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片(12)、第一、二 MOS管(13、14);所述的觸發(fā)脈沖放大驅(qū)動(dòng)電路(5)包括第一 第六隔離脈沖變壓器(15 20)、第一 第六整流橋(21 26)、以及各自相應(yīng)的二極管D18 D23、電阻Rll R22、C18 C23，隔離觸發(fā)脈沖放大后驅(qū)動(dòng)可控硅開(kāi)關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器，其特征在于所述的高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片(12)選用型號(hào)為IR2110。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器，其特征在于所述的第一、二MOS管(13、14)選用型號(hào)為IRF250。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種大功率可控硅開(kāi)關(guān)控制器，包括電源電路、過(guò)零檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路、高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路和觸發(fā)脈沖隔離放大驅(qū)動(dòng)電路。電源電路包括三相橋式整流器、直流濾波電容和穩(wěn)壓芯片。過(guò)零檢測(cè)電路包括分壓電路、積分電路和電壓比較器以及D觸發(fā)器；驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路由555振蕩電路實(shí)現(xiàn)；高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)器電路包括高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片、MOS管等；觸發(fā)脈沖放大驅(qū)動(dòng)電路包括隔離脈沖變壓器、整流橋等。本實(shí)用新型在無(wú)需降低中頻電壓的情況下能夠在一相電壓過(guò)零時(shí)平穩(wěn)的投切負(fù)載，可有效抑制沖擊電流和電流上升率，保障負(fù)載的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)H03K17/723GK202385073SQ201120550198
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者于東民, 何瀅, 馮建平, 劉適, 史君, 李玉賓, 王偉, 王偉強(qiáng), 趙武玲 申請(qǐng)人:核工業(yè)理化工程研究院