直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路的制作方法

1.本发明涉及电力电子及电气传动设备技术领域，更具体的说是涉及一种用于直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路。


背景技术：

2.随着我国工业化进程的加快，整流控制装置应用的越来越多，整流装置有直流母线电压可控和不可控的型式。
3.针对不可控的整流装置，通常采用上桥臂用晶闸管、下桥臂用整流二极管实现直流母线电压不控整流，主要存在两种控制方式：一种是软件触发控制方案，其缺点是需要借助mcu来进行判断和发波，无法快速响应电网的异常波动，电路设计比较繁琐，对软件的依赖度高；另一种是纯硬件控制方案，驱动电源功率损耗大，能源浪费且可靠性较低。
4.因此，针对纯硬件方法，本技术提供了一种用于直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，能避免以往硬件方案中可靠性不足及驱动电源功率浪费损耗大的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，极大地提高晶闸管驱动的可靠性并避免驱动电源功率浪费、损耗大的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，包括：电压比较单元、脉冲波产生单元、触发信号单元及驱动单元；
8.电压比较单元用于判断晶闸管开通时刻，并将输出的有效电平信号发送至触发信号单元；
9.脉冲波产生单元用于产生频率可调的脉冲波，并发送至触发信号单元；
10.触发信号单元用于基于有效电平信号与触发信号合成触发信号，并将触发信号发送至驱动单元；
11.驱动单元用于基于触发信号控制晶闸管的导通。
12.优选地，电压比较单元包括滞环比较器、分压与限幅电路和基准电压电路；
13.基准电压电路用于产生基准电压，并将基准电压发送至滞环比较器的反相输入端；
14.分压与限幅电路用于对输入的电网电压进行限流分压与限幅保护，并发送至滞环比较器的同相输入端；
15.滞环比较器用于比较同相输入端电压与反相输入端电压，输出有效电平信号。
16.优选地，脉冲波产生单元包括脉冲波启动电路、施密特反相器u3b、周期性矩形波发生器电路和施密特反相器u3c；
17.脉冲波启动电路用于接收系统的启动信号，当系统准备好后scr_setup信号由高
电平变为低电平，并通过施密特反相器u3c输出高电平v1；
18.周期性矩形波发生器电路用于产生周期性矩形波形，并通过施密特反相器u3b对周期性矩形波形进行整形后输出高电平v2。
19.优选地，触发信号单元为2输入与门。
20.优选地，滞环比较器包括比较器u1a、正反馈电阻r6和上拉电阻r7，比较器u1a正相输入端与输出端之间设置正反馈电阻r6，比较器u1a输出端连接上拉电阻r7；
21.分压与限幅电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3和二极管zd1，电阻r1与比较器u1a正相输入端连接，且电阻r1与比较器u1a正相输入端的连接节点通过电阻r2连接至vcc1，电阻r1与比较器u1a正相输入端的连接节点分别通过电阻r3和二极管zd1连接至gnd；
22.基准电压电路包括电容c1、电阻r5和电阻r4，电容c1的两端分别接gnd和比较器u1a反相输入端，比较器u1a反相输入端通过电阻r4连接至vcc1，比较器u1a反相输入端通过电阻r5连接至gnd。
23.优选地，周期性矩形波发生器电路包括施密特反相器u3a、电阻r11、电阻r12和二极管d1，施密特反相器u3a输出端连接施密特反相器u3b输入端，施密特反相器u3a输入端连接电容c2，施密特反相器u3a输出端与施密特反相器u3b输入端的连接节点通过电阻r11连接电容c2，施密特反相器u3a输出端与施密特反相器u3b输入端的连接节点通过依次电阻r12和二极管d1连接电容c2，电容c2连接gnd；
24.脉冲波启动电路包括光电耦合器u4、电阻r8、电阻r9和电阻r10，光电耦合器u4的第1脚通过电阻r8连接至vcc2，光电耦合器u4的第1脚通过电阻r9连接低电平scr_setup信号，光电耦合器u4的第4脚连接施密特反相器u3c输入端，且光电耦合器u4的第4脚连接施密特反相器u3c输入端的连接节点通过电阻r10连接至vcc1，光电耦合器u4的第3脚连接gnd。
25.优选地，驱动单元包括noms管q1、poms管q2、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17和电阻r18，noms管q1的g极和s极之间连接电阻r15，电阻r14连接noms管q1的g极，noms管q1的d极和poms管q2的g极均通过电阻r13连接至vcc1，poms管q2的s极连接至vcc1，poms管q2的d极通过电阻r16连接晶闸管输入端，晶闸管另一输入端通过电阻r17连接gnd，且晶闸管并联电阻r18。
26.优选地，还包括辅助电源单元，辅助电源单元分别与电压比较单元、脉冲波产生单元、触发信号单元及驱动单元电连，用于为各单元供电。
27.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，用纯硬件控制方案，采用极具特色的晶闸管触发信号产生和驱动电路实现直流母线电压不控整流，极大地提高晶闸管驱动的可靠性并避免了驱动电源功率浪费、损耗大的问题，可批量应用于大功率变频器产品上。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
29.图1为本发明提供的直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路整体结
构示意图。
30.图2为本发明提供的脉冲波产生单元、电压比较单元、触发信号单元具体电路图。
31.图3为本发明提供的驱动单元具体电路图。
32.图4为本发明提供的另一实施例的整体电路示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.本发明实施例公开了一种直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，如图1所示，包括：电压比较单元、脉冲波产生单元、触发信号单元及驱动单元；
35.电压比较单元用于判断晶闸管开通时刻，当晶闸管的阳极电压高于阴极电压时，即输入交流电压比母线正端电压高时电压比较单元输出有效电平信号，并将输出的有效电平信号发送至触发信号单元；
36.脉冲波产生单元用于产生频率可调的脉冲波，并发送至触发信号单元；
37.触发信号单元用于基于有效电平信号与触发信号合成触发信号，并将触发信号发送至驱动单元；
38.驱动单元用于基于触发信号控制晶闸管的导通。
39.在本实施例中，电压比较单元包括滞环比较器、分压与限幅电路和基准电压电路；
40.基准电压电路用于产生基准电压，并将基准电压发送至滞环比较器的反相输入端；
41.分压与限幅电路用于对输入的电网电压进行限流分压与限幅保护，并发送至滞环比较器的同相输入端；
42.滞环比较器用于比较同相输入端电压与反相输入端电压，输出有效电平信号。
43.具体的，如图2所示，滞环比较器包括比较器u1a、正反馈电阻r6和上拉电阻r7，比较器u1a正相输入端与输出端之间设置正反馈电阻r6，比较器u1a输出端连接上拉电阻r7；
44.分压与限幅电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3和二极管zd1，电阻r1与比较器u1a正相输入端连接，且电阻r1与比较器u1a正相输入端的连接节点通过电阻r2连接至vcc1，用于电平抬升确保输入到比较器u1a的同相端电压一直为正，电阻r1与比较器u1a正相输入端的连接节点分别通过电阻r3和二极管zd1连接至gnd；
45.基准电压电路包括电容c1、电阻r5和电阻r4，电阻r5和电阻r4起到分压作用，电容c1的两端分别接gnd和比较器u1a反相输入端，比较器u1a反相输入端通过电阻r4连接至vcc1，比较器u1a反相输入端通过电阻r5连接至gnd。
46.当比较器u1a的同相端电压v+高于其反向端ref1电压时,比较器输出高电平，本实施例以输入r相为例说明(其余两相相同)，即产生了触发r相上桥的晶闸管的驱动信号，表明输入电网r相与母线正间电压之间的大小关系即将满足使其晶闸管开通的条件；当比较器u1a的同相端电压v+低于其反向端ref1电压时，比较器一直输出低，封锁晶闸管的驱动。
47.在本实施例中，脉冲波产生单元包括脉冲波启动电路、施密特反相器u3b、周期性
矩形波发生器电路和施密特反相器u3c；
48.脉冲波启动电路用于接收系统的启动信号，当系统准备好后scr_setup信号由高电平变为低电平，并通过施密特反相器u3c输出高电平v1；
49.周期性矩形波发生器电路用于产生周期性矩形波形，并通过施密特反相器u3b对周期性矩形波形进行整形后输出高电平v2。
50.具体的，如图2所示，周期性矩形波发生器电路包括施密特反相器u3a、电阻r11、电阻r12和二极管d1，施密特反相器u3a输出端连接施密特反相器u3b输入端，施密特反相器u3a输入端连接电容c2，矩形波的周期和占空比可通过r11、r12和c2灵活调节，施密特反相器u3a输出端与施密特反相器u3b输入端的连接节点通过电阻r11连接电容c2，施密特反相器u3a输出端与施密特反相器u3b输入端的连接节点通过依次电阻r12和二极管d1连接电容c2，电容c2连接gnd；
51.脉冲波启动电路包括光电耦合器u4、电阻r8、电阻r9和电阻r10，光电耦合器u4的第1脚通过电阻r8连接至vcc2，光电耦合器u4的第1脚通过电阻r9连接低电平scr_setup信号，光电耦合器u4的第4脚连接施密特反相器u3c输入端，且光电耦合器u4的第4脚连接施密特反相器u3c输入端的连接节点通过电阻r10连接至vcc1，光电耦合器u4的第3脚连接gnd。
52.在本实施例中，触发信号单元为2输入与门，其输入分别来自于电压比较单元的v3信号和脉冲波产生单元的v4信号。
53.在本实施例中，如图3所示，驱动单元包括noms管q1、poms管q2、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17和电阻r18，电阻r16和电阻r17为限流电阻，通过输入驱动单元的信号即触发信号scr_r信号控制q2的导通，电阻r18为晶闸管的驱动并联电阻确保晶闸管由足够的驱动电压，noms管q1的g极和s极之间连接电阻r15，电阻r14连接noms管q1的g极，noms管q1的d极和poms管q2的g极均通过电阻r13连接至vcc1，poms管q2的s极连接至vcc1，poms管q2的d极通过电阻r16连接晶闸管输入端，晶闸管另一输入端通过电阻r17连接gnd，且晶闸管并联电阻r18。
54.在本实施例中，如图4所示，还包括辅助电源单元，辅助电源单元分别与电压比较单元、脉冲波产生单元、触发信号单元及驱动单元电连，用于为各单元供电。
55.本发明中晶闸管的触发信号为脉冲波，其作用有：其一，类似于晶闸管的双触发脉冲的原理，连续触发信号保证晶闸管的可靠触发；二是，与驱动电路配合通过脉冲波控制驱动电路的mos管的开通与关断，间歇性控制晶闸管的驱动电源的投入和断开，达到避免驱动电源能量的浪费的目的。
56.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
57.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，其特征在于，包括：电压比较单元、脉冲波产生单元、触发信号单元及驱动单元；电压比较单元用于判断晶闸管开通时刻，并将输出的有效电平信号发送至触发信号单元；脉冲波产生单元用于产生频率可调的脉冲波，并发送至触发信号单元；触发信号单元用于基于有效电平信号与触发信号合成触发信号，并将触发信号发送至驱动单元；驱动单元用于基于触发信号控制晶闸管的导通。2.根据权利要求1所述的直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，其特征在于，电压比较单元包括滞环比较器、分压与限幅电路和基准电压电路；基准电压电路用于产生基准电压，并将基准电压发送至滞环比较器的反相输入端；分压与限幅电路用于对输入的电网电压进行限流分压与限幅保护，并发送至滞环比较器的同相输入端；滞环比较器用于比较同相输入端电压与反相输入端电压，输出有效电平信号。3.根据权利要求1所述的直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，其特征在于，脉冲波产生单元包括脉冲波启动电路、施密特反相器u3b、周期性矩形波发生器电路和施密特反相器u3c；脉冲波启动电路用于接收系统的启动信号，当系统准备好后scr_setup信号由高电平变为低电平，并通过施密特反相器u3c输出高电平v1；周期性矩形波发生器电路用于产生周期性矩形波形，并通过施密特反相器u3b对周期性矩形波形进行整形后输出高电平v2。4.根据权利要求1所述的直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，其特征在于，触发信号单元为2输入与门。5.根据权利要求2所述的直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，其特征在于，滞环比较器包括比较器u1a、正反馈电阻r6和上拉电阻r7，比较器u1a正相输入端与输出端之间设置正反馈电阻r6，比较器u1a输出端连接上拉电阻r7；分压与限幅电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3和二极管zd1，电阻r1与比较器u1a正相输入端连接，且电阻r1与比较器u1a正相输入端的连接节点通过电阻r2连接至vcc1，电阻r1与比较器u1a正相输入端的连接节点分别通过电阻r3和二极管zd1连接至gnd；基准电压电路包括电容c1、电阻r5和电阻r4，电容c1的两端分别接gnd和比较器u1a反相输入端，比较器u1a反相输入端通过电阻r4连接至vcc1，比较器u1a反相输入端通过电阻r5连接至gnd。6.根据权利要求3所述的直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，其特征在于，周期性矩形波发生器电路包括施密特反相器u3a、电阻r11、电阻r12和二极管d1，施密特反相器u3a输出端连接施密特反相器u3b输入端，施密特反相器u3a输入端连接电容c2，施密特反相器u3a输出端与施密特反相器u3b输入端的连接节点通过电阻r11连接电容c2，施密特反相器u3a输出端与施密特反相器u3b输入端的连接节点通过依次电阻r12和二极管d1连接电容c2，电容c2连接gnd；脉冲波启动电路包括光电耦合器u4、电阻r8、电阻r9和电阻r10，光电耦合器u4的第1脚
通过电阻r8连接至vcc2，光电耦合器u4的第1脚通过电阻r9连接低电平scr_setup信号，光电耦合器u4的第4脚连接施密特反相器u3c输入端，且光电耦合器u4的第4脚连接施密特反相器u3c输入端的连接节点通过电阻r10连接至vcc1，光电耦合器u4的第3脚连接gnd。7.根据权利要求1所述的直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，其特征在于，驱动单元包括noms管q1、poms管q2、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17和电阻r18，noms管q1的g极和s极之间连接电阻r15，电阻r14连接noms管q1的g极，noms管q1的d极和poms管q2的g极均通过电阻r13连接至vcc1，poms管q2的s极连接至vcc1，poms管q2的d极通过电阻r16连接晶闸管输入端，晶闸管另一输入端通过电阻r17连接gnd，且晶闸管并联电阻r18。8.根据权利要求1所述的直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，其特征在于，还包括辅助电源单元，辅助电源单元分别与电压比较单元、脉冲波产生单元、触发信号单元及驱动单元电连，用于为各单元供电。

技术总结
本发明公开了一种直流母线电压不控整流的晶闸管触发信号及驱动电路，包括：电压比较单元、脉冲波产生单元、触发信号单元及驱动单元；电压比较单元用于判断晶闸管开通时刻，并将输出的有效电平信号发送至触发信号单元；脉冲波产生单元用于产生频率可调的脉冲波，并发送至触发信号单元；触发信号单元用于基于有效电平信号与触发信号合成触发信号，并将触发信号发送至驱动单元；驱动单元用于基于触发信号控制晶闸管的导通。本发明极大地提高晶闸管驱动的可靠性并避免了驱动电源功率浪费、损耗大的问题，可批量应用于大功率变频器产品上。可批量应用于大功率变频器产品上。可批量应用于大功率变频器产品上。


技术研发人员：黄波 周景 毛容芳 谢鸣
受保护的技术使用者：武汉港迪技术股份有限公司
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/9/6