一种串联晶闸管驱动系统的制作方法

1.本发明属于功率半导体应用技术领域，具体涉及一种串联晶闸管驱动系统。


背景技术：

2.电力电子功率元件晶闸管，因其具有响应快、耐压性能高、稳定性好、成本低等特点，在交直流电机调速系统以及调功系统中得到了广泛应用。作为一种半控型大功率电气元件，晶闸管的开通需外加驱动脉冲信号，因此，晶闸管的驱动系统设计成为晶闸管控制技术的核心。
3.在大功率整流、变频等应用领域，为提升设备的功率容量，晶闸管整流电路多采用支臂多晶闸管串联、多功率桥串联或并联等拓扑结构，这要求晶闸管驱动系统在采样及驱动回路上具备很强的扩展性。在实际应用中出于对供电电源、隔离、安装布置等多方面考虑，大多将采样回路集成于主控制设备，即将多个触发回路或一组全控桥的驱动集成到一个功能器件，但该种方式导致采样回路及驱动接口的数量固定，扩展性差。
4.另外，大功率晶闸管的应用要求驱动系统具备高的触发同步性、满足高低压电气隔离要求、适应强电磁干扰以及高电压大电流的应用环境。在晶闸管脉冲触发方式上，现有技术中大多采用电磁方式，利用脉冲变压器实现高低压电气隔离和驱动信号放大，但脉冲变压器漏感等固有特性使得触发脉冲上升速率大幅下降，影响晶闸管触发同步性。同时，在带有控制电源的驱动回路中，为确保外接电源回路的绝缘强度，除配置脉冲变压器等器件外还需设置其他隔离保护，同样导致整个驱动回路设计复杂，并且若出现隔离设备击穿的情况还极易引起整个控制系统事故。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种串联晶闸管驱动系统，本发明适用于多种结构的高压大功率晶闸管全控桥的驱动和控制，并可提高脉冲上升速率，消除传输回路电磁干扰，以及实现在过电压等极端工况下对被控晶闸管的保护，解决了现有技术中存在的控制回路扩展性差、触发脉冲上升速率慢、电磁干扰大、电路结构复杂以及电气隔离不彻底等技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：包括驱动控制单元、测量及驱动扩展单元和多个高压自取能驱动单元，驱动控制单元与测量及驱动扩展单元连接，测量及驱动扩展单元分别与多个高压自取能驱动单元连接，多个高压自取能驱动单元分别与支臂串联晶闸管全控桥中的被控晶闸管连接。
7.所述驱动控制单元包括控制模块cpu1、通讯模块com1、第一逻辑模块f1、时钟模块t1、电源模块g1和光纤接口模块trx1，控制模块cpu1和通讯模块com1均与第一逻辑模块f1连接，第一逻辑模块f1通过光纤接口模块trx1与测量及驱动扩展单元连接，时钟模块t1分别与控制模块cpu1、通讯模块com1和第一逻辑模块f1连接。
8.所述测量及驱动扩展单元包括同步信号测量模块、驱动扩展模块、光纤通讯模块trx2和电源模块g2，所述驱动扩展模块包括第二逻辑模块f2和光纤扩展模块trx3，所述同步信号测量模块包括电流电压同步采集电路，所述电流电压同步采集电路包括第一限流电阻r41、运算放大器u40、隔离电流放大器u41和模数转换模块u42，第一限流电阻r41的一端连接至外部测量元件，另一端依次连接运算放大器u40、隔离电流放大器u41和模数转换模块u42，模数转换模块u42连接至第二逻辑模块f2的采样接口，光纤通讯模块trx2分别与驱动控制单元和第二逻辑模块f2连接，第二逻辑模块f2通过光纤扩展模块trx3分别与高压自取能驱动单元连接；电源模块g2分别为同步信号测量模块、驱动扩展模块、光纤通讯模块trx2和光纤扩展模块trx3供电。
9.所述高压自取能驱动单元包括高压自取能电路、缓冲电路、脉冲驱动电路、光纤通讯收发模块和晶闸管保护电路，高压自取能电路和缓冲电路串联连接后再并联于被控晶闸管的阳极端a和阴极端k，高压自取能电路分别与脉冲驱动电路、光纤通讯收发模块和晶闸管保护电路连接，脉冲驱动电路分别与光纤通讯收发模块和被控晶闸管连接，晶闸管保护电路并联于被控晶闸管的阳极端a和阴极端k，且晶闸管保护电路分别与光纤通讯收发模块和脉冲驱动电路连接。
10.所述缓冲电路包括串联连接的吸收电容c1和冲击电阻r1，冲击电阻r1与高压自取能电路连接，吸收电容c1与被控晶闸管的阳极端a连接。
11.所述高压自取能电路包括整流储能模块和稳压模块，其中，所述整流储能模块包括整流二极管d11、降压变换器u11、保护二极管d13和第一储能电容c11，整流二极管d11的阳极和阴极分别与缓冲电路和降压变换器u11的输入接口连接，第一储能电容c11的正极和负极分别与降压变换器u11的输出接口和被控晶闸管的阴极端k连接；保护二极管d13的阳极和阴极分别与第一储能电容c11的负极和整流二极管d11的阳极连接；所述稳压模块包括第一稳压二极管d12、稳压晶闸管q11和稳压限流电阻r11，第一稳压二极管d12的阳极通过稳压限流电阻r11与稳压晶闸管q11的门极连接，稳压晶闸管q11的阳极分别与整流二极管d11的正极和第一稳压二极管d12的阴极连接，稳压晶闸管q11的负极与第一储能电容c11的负极连接。
12.所述脉冲驱动电路包括脉冲供电模块和控制驱动模块，其中，所述脉冲供电模块包括第二限流电阻r31、第三限流电阻r32、第二储能电容c31、第三储能电容c32，第二限流电阻r31与高压自取能电路连接，第二限流电阻r31与第三限流电阻r32串联，第三限流电阻r32与控制驱动模块连接；第二储能电容c31并接于高压自取能电路与第二限流电阻r31之间，第三储能电容c32并接于第二限流电阻r31与第三限流电阻r32之间；所述控制驱动模块包括逻辑电路l31、第四限流电阻r33第一驱动三极管q31、第二驱动三极管q32、触发三极管q33和防反二极管d31，逻辑电路l31的输入端连接光纤通讯收发模块的输入端rx，第四限流电阻r33连接在逻辑电路l31的输出端与第一驱动三极管q31的基极之间，第一驱动三极管q31的集电极和发射极分别连接至触发三极管q33的基极和公共端并形成逻辑驱动回路，第二驱动三极管q32的基极连接至晶闸管保护电路，第二驱动三极管q32的集电极和发射极分别连接至触发三极管q33的基极和公共端并形成强制触发电
路，触发三极管q33的集电极连接至防反二极管d31的正极，防反二极管d31的负极连接至被控晶闸管的门极。
13.所述第一驱动三极管q31和第二驱动三极管q32均采用npn型结构，所述触发三极管q33采用pnp型结构。
14.所述晶闸管保护电路包括采样模块和电压调理模块，其中，所述采样模块包括采样限流电阻r21、采样电阻r22和瞬态电压抑制二极管d21，采样限流电阻r21、采样电阻r22和瞬态电压抑制二极管d21串联连接，且采样限流电阻r21和瞬态电压抑制二极管d21分别连接至被控晶闸管的阳极端a和阴极端k；所述电压调理模块包括运算放大器u21、第五限流电阻r24及第六限流电阻r23和稳压二极管d21，第五限流电阻r24的一端连接至运算放大器u21的输出端，另一端分别连接至稳压二极管d21的负极和光纤通讯收发模块的输出端tx，稳压二极管d21的正极经第六限流电阻r23连接至脉冲驱动电路的第二驱动三极管q32，运算放大器u21的控制电源连接至高压自取能电路，运算放大器u21的正输入端和负输入端分别连接在采样电阻r22的两端。
15.所述光纤通讯收发模块包括一主一备两对光纤模块，每对光纤模块包括一个输入端rx和一个发送端tx。
16.采用本发明的优点在于：1、本发明整套驱动系统实现了晶闸管驱动控制、同步采样、故障保护功能的结合。通过整体控制、分散驱动、独立触发的控制方式，实现了对同一支臂多个晶闸管的同步触发、对全控桥各支臂的独立控制和对多个大功率整流桥的实时触发与控制。同时，本发明中晶闸管驱动的控制电源采用高压自取能设计，很好的解决了回路绝缘、高低压隔离等问题。整套驱动系统的数据传输均采用光纤实现，传输距离远，抗干扰能力强。另外，本发明所提供的晶闸管驱动系统结构合理、功能完善；提供的控制方法简单可靠，扩展性强。可完全满足晶闸管的驱动要求，为大功率整流电路、变频器逆变电路等功率回路的驱动提供了整体解决方案。
17.综合来说，本发明适用于多种结构的高压大功率晶闸管全控桥的驱动和控制，并可提高脉冲上升速率，消除传输回路电磁干扰，以及实现在过电压等极端工况下对被控晶闸管的保护，因而有效解决了现有技术中存在的控制回路扩展性差、触发脉冲上升速率慢、电磁干扰大、电路结构复杂以及电气隔离不彻底等技术问题。
18.2、本发明可搭建多种回路拓扑结构，如支臂单晶闸管或串联结构，多组全控桥串连或并联结构等，有利于实现多种晶闸管功率回路的应用需求。
19.3、本发明在驱动和采样回路配置上，采用一个测量及驱动扩展单元控制一组全控桥的方式，接口不受系统整体回路数限制，大大提高驱动系统的可扩展性和应用范围。
20.4、本发明提高了晶闸管的触发同步性，同时本发明驱动控制单元采用高压自取电设计，实现了高低压、控制与动力电源隔离，提高整个驱动回路的安全性。
21.5、本发明整个驱动系统通讯均采用光纤传输，各单元光纤接口均为1主1备配置，实现了光纤的冗余热备用，提高了通讯回路的抗干扰能力和可靠性。
22.6、本发明所提供晶闸管驱动系统结构合理、功能完善、可扩展性强；控制方法安全可靠。可完全满足晶闸管的驱动要求，为大功率整流电路、变频器逆变电路等功率回路的驱动系统设计提供了新的解决方案。
附图说明
23.图1为本发明的原理框图；图2为本发明中的驱动控制单元的电路框图；图3为本发明中的测量及驱动扩展单元的电路框图；图4为本发明中的高压自取能驱动单元的电路框图；图5为本发明中的高压自取能电路和缓冲电路的电路框图；图6为本发明中的脉冲驱动电路和晶闸管保护电路的电路框图；图7为本发明中串联晶闸管全控桥的控制拓扑图；图8为本发明中非串联晶闸管多组全控桥的控制拓扑图。
24.图中标记为：1、晶闸管驱动系统，2、支臂串联晶闸管全控桥，3、驱动控制单元，4、测量及驱动扩展单元，5、高压自取能驱动单元，6、测量模块，7、驱动扩展模块，8、高压自取能电路，9、脉冲驱动电路，10、晶闸管保护电路，11、光纤通讯收发模块，12、缓冲电路。
具体实施方式
25.本发明提供了一种串联晶闸管驱动系统，该驱动系统适用于支臂多晶闸管串联的全控桥的驱动和控制，需要说明的是，支臂多晶闸管串联构成的全控桥为现有常规技术，在此不赘述。
26.如图1所示，该图示出了多组支臂串联晶闸管全控桥2的触发回路图，其包括本发明所述的驱动系统和支臂串联晶闸管全控桥2。其中，所述的驱动系统包括驱动控制单元3、测量及驱动扩展单元4和多个高压自取能驱动单元5，支臂串联晶闸管全控桥2中包括多个被控晶闸管，高压自取能驱动单元5的数量与支臂串联晶闸管全控桥2中被控晶闸管的数量相同，驱动控制单元3与测量及驱动扩展单元4连接，测量及驱动扩展单元4分别与多个高压自取能驱动单元5连接，多个高压自取能驱动单元5分别与支臂串联晶闸管全控桥2中的被控晶闸管连接。
27.需要说明的是，驱动控制单元3用于实现驱动控制信号的产生，测量及驱动扩展单元4用于实现同步数据的采样、驱动信号的形成和驱动回路的扩展，高压自取能驱动单元5用于提供被控晶闸管所需的驱动脉冲。
28.下面结合具体的电路图对本发明作详细说明。
29.如图2所示，所述驱动控制单元3包括控制模块cpu1、通讯模块com1、第一逻辑模块f1、时钟模块t1、电源模块g1和光纤接口模块trx1，控制模块cpu1、通讯模块com1、第一逻辑模块f1、时钟模块t1、电源模块g1和光纤接口模块trx1均集成于一块带工装外壳的pcb板，形成一个独立的控制功能块。控制模块cpu1和通讯模块com1均与第一逻辑模块f1连接，第一逻辑模块f1通过光纤接口模块trx1与测量及驱动扩展单元4连接，时钟模块t1分别与控制模块cpu1、通讯模块com1和第一逻辑模块f1连接。
30.具体的，控制模块cpu1主要包括一颗高性能处理器芯片，用于完成控制算法，产生控制信号并发送至可第一编程逻辑模块f1。通讯模块com1包括一颗arm处理器芯片，通讯模块com1对内与第一逻辑模块f1连接，对外连接用户终端接口，支撑多种通讯协议，可实现对外数据通讯、驱动回路的用户控制。第一逻辑模块f1主要完成脉冲驱动逻辑并将产生的驱动控制信号发送到光纤接口模块trx1，同时还可接收光纤接口模块trx1反馈的信息，并传
送至控制模块cpu1和通讯模块com1。时钟模块t1采用25hz的有源晶振，为控制模块cpu1、通讯模块com1、第一逻辑模块f1提供统一的外部时钟，确保信息时钟同步。光纤接口模块trx1包括18对50m光纤接口，每对光纤接口包括一只发送光纤模组和一只接收光纤模组，实现驱动信息的发送和反馈信息的接收。
31.如图3所示，所述测量及驱动扩展单元4包括同步信号测量模块6、驱动扩展模块7、光纤通讯模块trx2和电源模块g2，同步信号测量模块6、驱动扩展模块7、光纤通讯模块trx2和电源模块g2集成于一块pcb板，形成一个独立功能块。
32.所述驱动扩展模块7包括第二逻辑模块f2和光纤扩展模块trx3，所述同步信号测量模块6包括电流电压同步采集电路，其中，电流电压同步采集电路具体包括同步电流采集电路和同步电压采集电路，同步电压采集电路在回路上与同步电流采集电路相同，通过对元器件参数的配置实现各自的采集功能。
33.进一步的，所述电流电压同步采集电路包括第一限流电阻r41、运算放大器u40、隔离电流放大器u41和模数转换模块u42，第一限流电阻r41的一端连接至外部测量元件，另一端依次连接运算放大器u40、隔离电流放大器u41和模数转换模块u42，模数转换模块u42连接至第二逻辑模块f2的采样接口，光纤通讯模块trx2分别与驱动控制单元3的光纤接口模块trx1和第二逻辑模块f2连接，第二逻辑模块f2通过光纤扩展模块trx3分别与高压自取能驱动单元5连接；电源模块g2分别为同步信号测量模块6、驱动扩展模块7、光纤通讯模块trx2和光纤扩展模块trx3供电。
34.如图3所示，运算放大器u40的输入端与第一限流电阻r41连接，运算放大器u40的输出端连接至隔离电流放大器u41，运算放大器u40的控制电源连接至板卡电源模块g2，模数转换模块u42的输入端连接至隔离电流放大器u41，输出端接口连接至第二逻辑模块f2的采样接口。具体的，第一限流电阻r41采用定值电阻实现输入信号分压，运算放大器u40主要对微弱信号进行放大，隔离电流放大器u41芯片主要实现电气隔离，模数转换模块u42实现对模拟量到数字量的转换。
35.如图3所示，光纤通讯模块trx2包含1主1备两对光纤接口，两对接口互为冗余，每对包含一只输入接口和一只反馈接口。光纤通讯模块trx2连接于第二逻辑模块f2，实现数据输入及输出。第二逻辑模块f2实现对驱动控制单元3下发的驱动信息的处理，形成相应的脉冲驱动信号并扩展输出到光纤扩展模块trx3，光纤扩展模块trx3包含48路相互独立的光纤接口，光纤接口分为6组，每组包括4对，每组输出的驱动信号源相同。
36.如图3所示，电源模块g2由外部电源24v控制电源供电，主要为同步信号测量模块6、驱动扩展模块7、光纤通讯模块trx2和光纤扩展模块trx3提供工作电源。
37.如图4所示，所述高压自取能驱动单元5包括高压自取能电路8、缓冲电路12、脉冲驱动电路9、光纤通讯收发模块11和晶闸管保护电路10，高压自取能电路8、缓冲电路12、脉冲驱动电路9、光纤通讯收发模块11和晶闸管保护电路10均集成于一块pcb板，高压自取能电路8和缓冲电路12串联连接后再并联于被控晶闸管的阳极端a和阴极端k，高压自取能电路8分别与脉冲驱动电路9、光纤通讯收发模块11和晶闸管保护电路10连接，脉冲驱动电路9的输入端和输出端分别与光纤通讯收发模块11和被控晶闸管的门极连接，晶闸管保护电路10的输入端和输出端并联于被控晶闸管的阳极端a和阴极端k，且晶闸管保护电路10分别与光纤通讯收发模块11和脉冲驱动电路9连接，晶闸管保护电路10的动作信号接口连接于脉
冲驱动电路99实现保护功能。
38.如图5所示，所述缓冲电路12包括串联连接的吸收电容c1和冲击电阻r1，冲击电阻r1与高压自取能电路8连接，吸收电容c1与被控晶闸管的阳极端a连接。
39.如图5所示，所述高压自取能电路8包括整流储能模块和稳压模块，其中，所述整流储能模块包括整流二极管d11、降压变换器u11、保护二极管d13和第一储能电容c11，整流二极管d11的阳极和阴极分别与缓冲电路12的冲击电阻r1和降压变换器u11的输入接口连接，第一储能电容c11的正极和负极分别与降压变换器u11的输出接口和被控晶闸管的阴极端k连接；保护二极管d13的阳极和阴极分别与第一储能电容c11的负极和整流二极管d11的阳极连接。
40.所述稳压模块包括第一稳压二极管d12、稳压晶闸管q11和稳压限流电阻r11，第一稳压二极管d12的阳极通过稳压限流电阻r11与稳压晶闸管q11的门极连接，稳压晶闸管q11的阳极分别与整流二极管d11的正极和第一稳压二极管d12的阴极连接，稳压晶闸管q11的负极与第一储能电容c11的负极连接。
41.进一步的，高压自取能电路8的第一储能电容c11还分别连接至脉冲驱动电路9、晶闸管保护电路10、光纤通讯收发模块11的控制电源接口，以此为各元件提供工作电源。
42.如图6所示，所述脉冲驱动电路9包括脉冲供电模块和控制驱动模块，其中，所述脉冲供电模块包括第二限流电阻r31、第三限流电阻r32、第二储能电容c31、第三储能电容c32，第二限流电阻r31与高压自取能电路8连接，第二限流电阻r31与第三限流电阻r32串联，第三限流电阻r32与控制驱动模块中触发三极管q33的发射极连接；第二储能电容c31并接于高压自取能电路8与第二限流电阻r31之间，第三储能电容c32并接于第二限流电阻r31与第三限流电阻r32之间，形成充电回路和两级放电回路。
43.具体的，第一级放电回路包含第三储能电容c32和第三限流电阻r32，第二级放电回路包含第二储能电容c31、第二限流电阻r31和第三限流电阻r32。两级放电回路分别实现了大的脉冲电流尖峰和稳定的脉冲续流，第三限流电阻r32主要实现脉冲尖峰电流限制和对脉冲平均电流的限制。
44.所述控制驱动模块包括逻辑电路l31、第四限流电阻r33第一驱动三极管q31、第二驱动三极管q32、触发三极管q33和防反二极管d31，逻辑电路l31的输入端连接光纤通讯收发模块11的输入端rx，第四限流电阻r33连接在逻辑电路l31的输出端与第一驱动三极管q31的基极之间，第一驱动三极管q31的集电极和发射极分别连接至触发三极管q33的基极和公共端并形成逻辑驱动回路，第二驱动三极管q32的基极连接至晶闸管保护电路10，第二驱动三极管q32的集电极和发射极分别连接至触发三极管q33的基极和公共端并形成强制触发电路，触发三极管q33的集电极连接至防反二极管d31的正极，防反二极管d31的负极连接至被控晶闸管的门极。可选的，第一驱动三极管q31和第二驱动三极管q32均采用npn型结构，触发三极管q33采用pnp型结构。
45.如图6所示，所述晶闸管保护电路10包括采样模块和电压调理模块，其中，所述采样模块包括采样限流电阻r21、采样电阻r22和瞬态电压抑制二极管d21，采样限流电阻r21、采样电阻r22和瞬态电压抑制二极管d21串联连接，且采样限流电阻r21和瞬态电压抑制二极管d21分别连接至被控晶闸管的阳极端a和阴极端k。
46.所述电压调理模块包括运算放大器u21、第五限流电阻r24及第六限流电阻r23和
稳压二极管d21，第五限流电阻r24的一端连接至运算放大器u21的输出端，另一端分别连接至稳压二极管d21的负极和光纤通讯收发模块11的输出端tx，稳压二极管d21的正极经第六限流电阻r23连接至脉冲驱动电路9的第二驱动三极管q32，运算放大器u21的控制电源连接至高压自取能电路8的第一储能电容c11，运算放大器u21的正输入端和负输入端分别连接在采样电阻r22的两端。
47.如图6所示，光纤通讯收发模块11包括一主一备两对光纤模块，每对光纤模块包括一个输入端rx和一个发送端tx。
48.本发明中驱动控制单元3通过光纤接口模块tx1与测量及驱动扩展单元4的光纤通讯模块trx2连接，测量及驱动扩展单元4的扩展输出接口trx3连接至多个独立的高压自取能驱动单元5的光纤通讯收发模块11，高压自取能驱动单元5的脉冲出口连接到被控晶闸管门极触发回路，形成完整驱动回路。可选的，光纤通讯介质采用塑料光纤实现。
49.本发明中的第一可编程逻辑f1和第二逻辑模块f2均可产生双短脉冲控制及长序列脉冲控制两种脉冲控制方法，两种脉冲的控制周期或长度可通过可编程逻辑实时调节，脉冲的上升速率和脉冲高度可根据调整高压自取能驱动单元5中的部分器件参数实现动态整定，满足晶闸管的控制精度要求。进一步的，脉冲控制方法中脉冲形成的调制可根据回路的拓扑结构在驱动控制单元3中实现，也可在测量及驱动扩展单元4及中实现。
50.本发明所述的驱动系统既适用于支臂多晶闸管串联全控桥的驱动和控制，也适用于支臂不串联全控桥的驱动和控制，具体如下：图7示出了支臂多晶闸管串联全控桥的控制方式，其主要由驱动控制单元3、测量及驱动扩展单元4和高压自取能驱动单元5组成。其中，控制拓扑上每一个晶闸管对应一个高压自取能驱动单元5，一个测量及驱动扩展单元4对应一个全控功率桥，一个驱动控制单元3可控制多个测量及驱动扩展单元4，实现对多组全控桥的控制，各晶闸管脉冲的形成在测量及驱动扩展单元4的第二逻辑模块f2中实现。
51.图8示出了支臂不串联全控桥的控制方式，其主要由驱动控制单元3、高压自取能驱动单元5组成，控制拓扑上每一个晶闸管对应一个高压自取能驱动单元5，一个驱动控制单元3最多可控制18个高压自取能驱动单元5，实现对三组全控桥的控制。同步采集及脉冲形成在驱动控制单元3的第一逻辑模块f1中实现。
52.本发明所述驱动系统中脉冲形成过程包括驱动控制单元3通过运算实时产生驱动信号数据组并传输到测量及驱动扩展单元4，测量及驱动扩展单元4接收、解析获得驱动信息，产生脉冲信号，并将脉冲信号通过驱动扩展模块7分别传输到高压自取能驱动单元5，高压自取能驱动单元5形成触发脉冲驱动被控晶闸管。
53.本发明所述驱动系统中同步数据测量过程包括通过测量及驱动扩展单元4的测量模块6采集外部同步信息，并将同步信息传输给第二逻辑模块，第二逻辑模块将处理的数据组发送给驱动控制单元3进线运算和处理。
54.本发明所述驱动系统中保护功能可实现硬件故障保护，高压自取能驱动单元5强触发过压保护、光纤通讯回路断线保护等。
55.本发明所述驱动系统在传输介质上，驱动控制单元3、测量及驱动扩展单元4、高压自取能驱动单元5之间均采用光纤通讯；高压自取能驱动单元5和被控晶闸管之间对接驱动电缆，实现整个驱动回路的光传输电触发。
56.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

技术特征：
1.一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：包括驱动控制单元（3）、测量及驱动扩展单元（4）和多个高压自取能驱动单元（5），驱动控制单元（3）与测量及驱动扩展单元（4）连接，测量及驱动扩展单元（4）分别与多个高压自取能驱动单元（5）连接，多个高压自取能驱动单元（5）分别与支臂串联晶闸管全控桥（2）中的被控晶闸管连接。2.根据权利要求1所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述驱动控制单元（3）包括控制模块cpu1、通讯模块com1、第一逻辑模块f1、时钟模块t1、电源模块g1和光纤接口模块trx1，控制模块cpu1和通讯模块com1均与第一逻辑模块f1连接，第一逻辑模块f1通过光纤接口模块trx1与测量及驱动扩展单元（4）连接，时钟模块t1分别与控制模块cpu1、通讯模块com1和第一逻辑模块f1连接。3.根据权利要求1所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述测量及驱动扩展单元（4）包括同步信号测量模块（6）、驱动扩展模块（7）、光纤通讯模块trx2和电源模块g2，所述驱动扩展模块（7）包括第二逻辑模块f2和光纤扩展模块trx3，所述同步信号测量模块（6）包括电流电压同步采集电路，所述电流电压同步采集电路包括第一限流电阻r41、运算放大器u40、隔离电流放大器u41和模数转换模块u42，第一限流电阻r41的一端连接至外部测量元件，另一端依次连接运算放大器u40、隔离电流放大器u41和模数转换模块u42，模数转换模块u42连接至第二逻辑模块f2的采样接口，光纤通讯模块trx2分别与驱动控制单元（3）和第二逻辑模块f2连接，第二逻辑模块f2通过光纤扩展模块trx3分别与高压自取能驱动单元（5）连接；电源模块g2分别为同步信号测量模块（6）、驱动扩展模块（7）、光纤通讯模块trx2和光纤扩展模块trx3供电。4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述高压自取能驱动单元（5）包括高压自取能电路（8）、缓冲电路（12）、脉冲驱动电路（9）、光纤通讯收发模块（11）和晶闸管保护电路（10），高压自取能电路（8）和缓冲电路（12）串联连接后再并联于被控晶闸管的阳极端a和阴极端k，高压自取能电路（8）分别与脉冲驱动电路（9）、光纤通讯收发模块（11）和晶闸管保护电路（10）连接，脉冲驱动电路（9）分别与光纤通讯收发模块（11）和被控晶闸管连接，晶闸管保护电路（10）并联于被控晶闸管的阳极端a和阴极端k，且晶闸管保护电路（10）分别与光纤通讯收发模块（11）和脉冲驱动电路（9）连接。5.根据权利要求4所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述缓冲电路（12）包括串联连接的吸收电容c1和冲击电阻r1，冲击电阻r1与高压自取能电路（8）连接，吸收电容c1与被控晶闸管的阳极端a连接。6.根据权利要求5所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述高压自取能电路（8）包括整流储能模块和稳压模块，其中，所述整流储能模块包括整流二极管d11、降压变换器u11、保护二极管d13和第一储能电容c11，整流二极管d11的阳极和阴极分别与缓冲电路（12）和降压变换器u11的输入接口连接，第一储能电容c11的正极和负极分别与降压变换器u11的输出接口和被控晶闸管的阴极端k连接；保护二极管d13的阳极和阴极分别与第一储能电容c11的负极和整流二极管d11的阳极连接；所述稳压模块包括第一稳压二极管d12、稳压晶闸管q11和稳压限流电阻r11，第一稳压二极管d12的阳极通过稳压限流电阻r11与稳压晶闸管q11的门极连接，稳压晶闸管q11的阳极分别与整流二极管d11的正极和第一稳压二极管d12的阴极连接，稳压晶闸管q11的负极
与第一储能电容c11的负极连接。7.根据权利要求5或6所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述脉冲驱动电路（9）包括脉冲供电模块和控制驱动模块，其中，所述脉冲供电模块包括第二限流电阻r31、第三限流电阻r32、第二储能电容c31、第三储能电容c32，第二限流电阻r31与高压自取能电路（8）连接，第二限流电阻r31与第三限流电阻r32串联，第三限流电阻r32与控制驱动模块连接；第二储能电容c31并接于高压自取能电路（8）与第二限流电阻r31之间，第三储能电容c32并接于第二限流电阻r31与第三限流电阻r32之间；所述控制驱动模块包括逻辑电路l31、第四限流电阻r33第一驱动三极管q31、第二驱动三极管q32、触发三极管q33和防反二极管d31，逻辑电路l31的输入端连接光纤通讯收发模块（11）的输入端rx，第四限流电阻r33连接在逻辑电路l31的输出端与第一驱动三极管q31的基极之间，第一驱动三极管q31的集电极和发射极分别连接至触发三极管q33的基极和公共端并形成逻辑驱动回路，第二驱动三极管q32的基极连接至晶闸管保护电路（10），第二驱动三极管q32的集电极和发射极分别连接至触发三极管q33的基极和公共端并形成强制触发电路，触发三极管q33的集电极连接至防反二极管d31的正极，防反二极管d31的负极连接至被控晶闸管的门极。8.根据权利要求7所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述第一驱动三极管q31和第二驱动三极管q32均采用npn型结构，所述触发三极管q33采用pnp型结构。9.根据权利要求7所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述晶闸管保护电路（10）包括采样模块和电压调理模块，其中，所述采样模块包括采样限流电阻r21、采样电阻r22和瞬态电压抑制二极管d21，采样限流电阻r21、采样电阻r22和瞬态电压抑制二极管d21串联连接，且采样限流电阻r21和瞬态电压抑制二极管d21分别连接至被控晶闸管的阳极端a和阴极端k；所述电压调理模块包括运算放大器u21、第五限流电阻r24及第六限流电阻r23和稳压二极管d21，第五限流电阻r24的一端连接至运算放大器u21的输出端，另一端分别连接至稳压二极管d21的负极和光纤通讯收发模块（11）的输出端tx，稳压二极管d21的正极经第六限流电阻r23连接至脉冲驱动电路（9）的第二驱动三极管q32，运算放大器u21的控制电源连接至高压自取能电路（8），运算放大器u21的正输入端和负输入端分别连接在采样电阻r22的两端。10.根据权利要求4所述的一种串联晶闸管驱动系统，其特征在于：所述光纤通讯收发模块（11）包括一主一备两对光纤模块，每对光纤模块包括一个输入端rx和一个发送端tx。

技术总结
本发明公开了一种串联晶闸管驱动系统，包括驱动控制单元、测量及驱动扩展单元和多个高压自取能驱动单元，驱动控制单元与测量及驱动扩展单元连接，测量及驱动扩展单元分别与多个高压自取能驱动单元连接，多个高压自取能驱动单元分别与支臂串联晶闸管全控桥中的被控晶闸管连接。本发明适用于多种结构的高压大功率晶闸管全控桥的驱动和控制，并可提高脉冲上升速率，消除传输回路电磁干扰，以及实现在过电压等极端工况下对被控晶闸管的保护，解决了现有技术中存在的控制回路扩展性差、触发脉冲上升速率慢、电磁干扰大、电路结构复杂以及电气隔离不彻底等技术问题。隔离不彻底等技术问题。隔离不彻底等技术问题。


技术研发人员：王洋 安冬 吴加坤 吴敌 刘基涛 王思哲
受保护的技术使用者：东方电气自动控制工程有限公司
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/9/14