一种串联晶闸管可靠触发电路的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术，尤其是一种串联晶闸管可靠触发电路。


背景技术：

2.晶闸管换流阀、中高压交流电机固态软起动器、静止无功补偿svc等中高压设备由于工作环境电压等级很高，需采用大量晶闸管串联的方法来解决单支晶闸管耐压不够的问题。柔性直流输电中晶闸管换流阀电压工作环境达
±
800kv，静止无功补偿svc电压工作环境达35kv，甚至更高；而现有技术的单支晶闸管最高耐压只能达到8500v，且是直流；所以，这种需要使用晶闸管的高压设备须采用多支晶闸管串联分压，既不超出单支晶闸管的耐压要求，又满足设备的高压使用环境。同时，晶闸管在在开通关断过程中由于线路电感的原因，容易在晶闸管阴阳极之间产生浪涌尖峰电压，往往需要在晶闸管阴阳极之间并联阻容(rc)吸收和压敏电阻，以吸收浪涌尖峰电压，保护晶闸管。
3.静止无功补偿svc的主回路电气拓扑图如图一所示，分a、b、c三相，每相由若干支晶闸管scr串联，在每支晶闸管上均并联有阻容吸收rc和压敏rz过压吸收电路。同一相所有串联晶闸管需同时触发，且可靠触发。若不能同时和可靠触发，则后触发的晶闸管将承受全部电源电压，从而导致后触发晶闸管过电压击穿。为确保串联晶闸管不过压击穿，通常从三个方面进行保障：一是可靠触发，尽可能使开通时间趋于一致；其二是选择反向恢复电荷基本一致的晶闸管；其三是每只晶闸管两端并联rc(阻容)瞬态吸收电路和过压吸收(压敏)电路。但对各串联晶闸管同时触发的触发电路参数不可能完全一致，即使高压设备出厂前筛选出参数基本一致的触发电路进行装配，也会随着使用年限、器件老化等因素导致触发电路参数差异曾大，使晶闸管触发开通时间误差增大。触发电路参数不一致和触发电路工作过程中损坏，对串联晶闸管而言是非常危险的，滞后导通的晶闸管将过电压击穿。晶闸管的特点是触发导通后，需要晶闸管两端电压过零才能关断，所以，晶闸管导通后即使触发信号消失，晶闸管也不会从导通状态变为断开状态，而要等到晶闸管两端电压过零才能断开。在50hz的交流电网中，电压过零周期为10ms，假如在电压过零后4ms处导通晶闸管，则要等6ms时才能关断。所以，串联晶闸管触发控制系统即使能检测到导通不一致的信息，也没有及时办法将已经导通的晶闸管关断来保护滞后导通的晶闸管，只能“眼睁睁”看着滞后导通晶闸管被过压击穿。
4.触发电路参数完全一致和永不损坏，是很难实现的。即使能做到基本一致，或定期检查，也要花费巨大代价。


技术实现要素：

5.本发明提供一种串联晶闸管可靠触发电路，能够构成强制触发，低成本小体积的解决同一串联回路中晶闸管常规触发电路参数不一致或损坏所导致串联晶闸管没有及时触发而过压击穿的问题。
6.为实现所述目的，本发明第一方面公开了一种串联晶闸管可靠触发电路，包括至
少两组相互串联用于串联分压的晶闸管组，其中每组晶闸管组的两端均并联有由电阻r21、电容c21串联形成的阻容吸收支路，且每组晶闸管组包含至少两个反并联的晶闸管g21、g22，每组晶闸管组中的每个晶闸管门极均连接有一晶闸管触发电路用以驱动该晶闸管的通断，
7.每组晶闸管组均配套有一强制触发电路，所述强制触发电路具有至少三个压敏电阻rz21、rz22和rz23，以及至少两个二极管d2、d3，
8.所述压敏电阻rz21、压敏电阻rz22和压敏电阻rz23依次串联后并联于该组晶闸管组的两端，从而与所述阻容吸收支路组合形成用于限制晶闸管两端浪涌尖峰电压的浪涌吸收保护电路，
9.所述压敏电阻rz21和压敏电阻rz22之间的连接处经所述二极管d2连接至晶闸管g22的门极，压敏电阻rz22和压敏电阻rz23之间的连接处经所述二极管d3连接至晶闸管g21的门极，其中二极管d2、二极管d3的导通方向均指向对应连接的门极。
10.作为改进方案，所述压敏电阻rz22的导通电压选取晶闸管额定电压的65％-75％，和/或所述压敏电阻rz21、压敏电阻rz23的导通电压选取为15v-25v。
11.作为改进方案，所述晶闸管组中的每个晶闸管的静态分压被配置为其额定电压的45％-55％。
12.作为改进方案，所述晶闸管触发电路包括比较器u1、受控开关、稳压管z1、电阻r1、电阻r5、电阻r3、n型开关管v1及其电源24v2，
13.所述电源24v2经电阻r1分别连接至稳压管z1阴极，以及比较器u1的正向输入端，稳压管z1阳极连接至该晶闸管触发电路所连接晶闸管的阴极，受控开关一端接电源24v2，另一端分别经电阻r5连接稳压管z1阳极，以及连接至比较器u1的反向输入端，比较器u1的输出端连接至n型开关管v1的g极，电源24v2经电阻r3连接至n型开关管v1的s极，n型开关管v1的d极连接该晶闸管触发电路所连接晶闸管的门极。
14.作为改进方案，所述受控开关是光纤接收器hp1，其阴极连接电源24v2，阳极分别经电阻r5连接稳压管z1阳极，以及连接至比较器u1的反向输入端。
15.作为改进方案，所述晶闸管触发电路还包括电阻r2，电源24v2经电阻r2连接至n型开关管v1的g极以上拉。
16.作为改进方案，所述晶闸管触发电路还包括二极管d1，n型开关管v1的d极是经二极管d1连接至该晶闸管触发电路所连接晶闸管的门极，且二极管d1的导通方向指向该门极。
17.作为改进方案，所述n型开关管v1是igbt管。
18.相对于现有技术，本发明能够达到以下有益效果：
19.1、利用晶闸管两端浪涌吸收回路，仅仅增加一支二极管就构成了强制触发电路，低成本小体积的解决了同一串联回路中晶闸管常规触发电路参数不一致或损坏，导致串联晶闸管没有及时触发而过压击穿的问题。
20.2、强触发设计，成本低廉，容易实现。
21.3、体积非常小，只需在原有基础上增加一支二极管。
22.4、且正反并联晶闸管都是利用同一浪涌吸收电路，无需增加压敏电阻浪涌吸收回路。
23.所述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
24.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。
25.在附图中：
26.图1为现有技术中静止无功补偿svc的主回路电气拓扑图；
27.图2是本发明的串联晶闸管可靠触发电路的电路拓扑图。
具体实施方式
28.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
29.参见图2，是本发明的串联晶闸管可靠触发电路的电路拓扑图，用以实现串联晶闸管回路中一组(2支反并联)晶闸管的可靠触发，包括至少两组相互串联用于串联分压的晶闸管组，其中每组晶闸管组的两端均并联有由电阻r21、电容c21串联形成的阻容吸收支路，且每组晶闸管组包含至少两个反并联的晶闸管g21、g22，每组晶闸管组中的每个晶闸管门极均连接有一晶闸管触发电路用以驱动该晶闸管的通断。
30.具体地，晶闸管触发电路包括比较器u1、受控开关、稳压管z1、电阻r1、电阻r5、电阻r3、n型igbt开关管v1及其电源24v2等器件，其中电源24v2经电阻r1分别连接至稳压管z1阴极，以及比较器u1的正向输入端，稳压管z1阳极连接至该晶闸管触发电路所连接晶闸管的阴极，受控开关一端接电源24v2，另一端分别经电阻r5连接稳压管z1阳极，以及连接至比较器u1的反向输入端，比较器u1的输出端连接至n型开关管v1的g极，电源24v2经电阻r3连接至n型开关管v1的s极，n型开关管v1的d极连接该晶闸管触发电路所连接晶闸管的门极。
31.该晶闸管触发电路中，通过以纯模电形式产生方波信号给到晶闸管，而不依赖于mcu等逻辑芯片，目的是利用纯模电结构达到即控即响应，避免引入逻辑芯片增加的芯片运算周期。
32.在此基础上，为实现可靠控制，晶闸管触发电路中受控开关采用为光纤接收器hp1，光纤接收器hp1阴极连接电源24v2，阳极分别经电阻r5连接稳压管z1阳极，以及连接至比较器u1的反向输入端。通过将控制信号配置为光信号，能够大幅度缩短控制信号在线路中的传递时长，加快反应速度，尽可能使各晶闸管组的开通时间趋于一致。
33.作为改进，晶闸管触发电路还包括电阻r2，电源24v2经电阻r2连接至n型开关管v1的g极，能够上拉g极电平，增强控制稳定性。
34.本实施例中，晶闸管触发电路在接到触发命令后，光纤接收器hp1导通，此时，比较器u1的3脚比2脚电压高，由7脚输出低电平(0v)，此时开关管v1导通，电源24v2通过电阻r3、
开关管v1、电阻r6和二极管d1，加在晶闸管的门极g上，晶闸管导通。晶闸管导通后，两端电压迅速降低到结压(0v)。在所有串联晶闸管都导通后，电源电压加在负载设备上，即图1中的l、c上。
35.考虑到电路比较复杂，既有接收光纤头，又有比较器，还有开关电路等等，哪个环节都有较大的时间误差，另外高压隔离24v电源波动也会对触发有影响，增加出现滞后触发晶闸管而造成过压击穿的几率，为防止该类现象发生，为每组晶闸管组配套一强制触发电路，强制触发电路具有至少三个压敏电阻rz21、rz22和rz23，以及至少两个二极管d2、d3。
36.其中压敏电阻rz21、压敏电阻rz22和压敏电阻rz23依次串联构成一个等效的压敏电阻后，并联于该组晶闸管组的两端，从而与所述阻容吸收支路组合形成浪涌吸收保护电路。作为晶闸管元件的浪涌吸收保护电路，浪涌吸收保护电路起到晶闸管开通关断时尖峰浪涌电压的吸收作用，其中rc主要其浪涌电压的缓冲作用，压敏电阻主要器电压钳位作用，二者一起将晶闸管两端浪涌尖峰电压限制在晶闸管能承受的电压范围之内。
37.压敏电阻rz21和压敏电阻rz22之间的连接处经所述二极管d2连接至晶闸管g22的门极，压敏电阻rz22和压敏电阻rz23之间的连接处经所述二极管d3连接至晶闸管g21的门极，其中二极管d2、二极管d3的导通方向均指向对应连接的门极。
38.当触发电路出现滞后触发晶闸管，且晶闸管快要过压之前，强制触发电路迅速开通晶闸管，使晶闸管两端电压瞬间降到结压(约ov)。该触发方式，既不使晶闸管因过压而击穿，又在该正常导通的时候迅速导通。
39.具体而言，从浪涌吸收回路的压敏电阻rz21、rz22和rz23中通过二极管引出强制触发信号。其中，串联回路中各晶闸管静态分压按其额定电压的45％-55％配置，优选50％左右，以配备多余量确保系统稳定性。此时，按晶闸管额定电压8500v来计算，静态时承担电压为4250v。rz22导通电压选取晶闸管额定电压的65％-75％，优选70％左右，如额定电压8500v的晶闸管，选取压敏电压为6000v，而两端压敏rz21和rz23选取15v-25v，优选20v左右的压敏即可，如此，只要不超过6020v，强制触发电路都不会工作。
40.在上述配置下，同一串联回路中，当其它晶闸管开始导通后，未及时导通的晶闸管两端电压迅速升高，当超过压敏电阻阀值(6000v)时，压敏电阻rz22工作(钳位)，将超过的电压部分通过电阻加到晶闸管的门极g上，晶闸管导通。该方法是利用电网电压直接触发晶闸管，与触发电源24v没有关系。当是电网正半周触发g21时，若晶闸管g21两端电压达到6020v之前还没被常规触发电路触发，则电网电压通过压敏电阻rz21、rz22和二极管d3,将超过6020v的电压部分加在晶闸管的门极g21上，此时rz22相当于一个门极电压的钳位压敏电阻，将门极电压限制在20v以内。相反，当是电网负半周触发g22时，若是常规触发电路在晶闸管g22两端电压达到6020v之前还没被触发，则电网电压通过压敏电阻rz23、压敏rz22和二极管d2,将超过6020v的电压部分加在晶闸管的门极g22上，此时rz21相当于一个门极电压的钳位压敏电阻。
41.晶闸管两端压敏全部导通时，会将浪涌电压钳位在6040v，以防止超过8500v电压将晶闸管击穿。
42.与现有技术相比，本实施提供的串联晶闸管可靠触发电路，具有如下优势：
43.1、利用晶闸管两端浪涌吸收回路，仅仅增加一支二极管就构成了强制触发电路，低成本小体积的解决了同一串联回路中晶闸管常规触发电路参数不一致或损坏，导致串联
晶闸管没有及时触发而过压击穿的问题。
44.2、只需要在现有电路中调整压敏电阻参数，和增加一支二极管就实现了串联晶闸管的强触发设计，成本低廉，容易实现。
45.3、体积非常小，只需在原有基础上增加一支二极管。
46.4、且正反并联晶闸管都是利用同一浪涌吸收电路，无需增加压敏电阻浪涌吸收回路。
47.作为改进，晶闸管触发电路还包括二极管d1，n型开关管v1的d极是经二极管d1连接至该晶闸管触发电路所连接晶闸管的门极，且二极管d1的导通方向指向该门极。由于触发电路和强制触发电路输出端都增加了二极管，即使两者同时触发同一晶闸管，也是没有影响的。
48.最后应说明的是：本发明实施例公开仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。