专利名称：用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统。
背景技术：
晶闸管是一种电流触发型器件，晶闸管的导通需要在门极提供一定大小和宽度的 电流脉冲。由大功率晶闸管组成的高压晶闸管阀组是高压直流输电、静态无功补偿、高压软 启动等高压大功率应用场合的核心部件，如何可靠的实现对高压晶间管阀组的触发和在线 监测是使上述设备可靠运行的关键。而现有技术中，还无法确保整个晶间管阀组的一致性 触发，也无法保证晶闸管阀组的可靠开通。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供用于晶闸管阀组的触发及在 线监测系统，该系统能够为晶闸管阀组提供一致性强脉冲触发，能够对晶闸管阀组上的每 只晶闸管的状态进行监测。本发明的目的通过下述技术方案实现用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统， 设有若干个相串联的晶间管组件，包括逻辑控制电路，以及分别与逻辑控制电路连接的接 收和发送回路、门极触发电路以及晶闸管状态监测电路；所述逻辑控制电路通过门极触发 电路产生触发脉冲触发晶闸管；所述接收和发送回路用于传输晶闸管阀组触发信号、晶闸 管状态信号；所述晶闸管状态监测电路用于监测晶闸管的状态，并提供晶闸管状态信号给 逻辑控制电路。所述门极触发电路包括高压隔离脉冲变压器、功率开关器件，以及串联在高压隔 离脉冲变压器一次侧的驱动电路；所述高压隔离脉冲变压器的二次侧经过功率开关器件后 与晶闸管门极连接；驱动电路接收由逻辑控制电路发出的驱动信号，并对驱动信号进行放 大处理，然后依次经过高压隔离脉冲变压器、功率开关器件后对晶间管门极进行驱动。所述若干个相串联的晶闸管组件中，每个晶闸管组件均包括一对反并联的高压功 率晶间管、动态阻容吸收电路、静态均压电路和晶间管触发及在线监测模块，静态均压电路 连接在晶闸管触发及在线监测模块与所述一对反并联的高压功率晶闸管的并联节点之间， 动态阻容吸收电路并联在所述一对反并联晶闸管的两端。所述静态均压电路为高压无感功率电阻R1。所述动态阻容吸收电路由相串联的高压无感功率电阻R3与高压无感电容Cl所构 成。所述逻辑控制电路包括依次连接的用于接收并锁存门极触发控制信号的第一触 发器，晶间管状态检测及重触发逻辑电路，以及用于在时钟下降沿时触发产生一个宽度可 调的触发脉冲信号、并在触发脉冲信号发出来之后产生门极触发信号从而对晶间管进行可 靠触发的第二触发器。上述用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统，还包括与逻辑控制电路连接的紧急触发电路；所述紧急触发电路并联在晶闸管两端。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果1、本系统的控制信号通过光纤发送到晶闸管阀基的触发电路板，逻辑控制电路部 分对控制信号、晶间管状态信号、取能电路状态信号进行综合处理，最后给出触发信号，将 阀组导通。本系统能够为晶闸管阀组提供一致性强脉冲触发，能够对晶闸管阀组上的每只 晶闸管的状态进行监测；在触发信号发出后，如有晶闸管因为参数的一致性差异导致延迟 触发，则门极触发电路会立即补发一个触发脉冲，确保整个晶间管阀组的一致性触发，从而 保证晶闸管阀组的可靠开通。2、本发明应用于高压晶闸管阀组，阀组特征为每两只高压大功率晶闸管正反并 接在一起，并设有静态均压电阻和动态阻容吸收电路，以保护在阀组开通关断时的电压和 电流冲击对晶闸管造成的损害。3、采用高压隔离大功率脉冲变压器作为与正向晶闸管反并联的晶闸管的触发，该 高压隔离大功率脉冲变压器能够提供极陡点电流上升前沿及触发功率，能可靠完成反向晶 闸管阀组的一致性可靠触发，从而实现一对正反并晶闸管阀组的触发。且正反并的两只晶 闸管共用一路BOD紧急触发二极管作为备用触发，当触发信号出现故障，或触发电路故障 时，BOD电路将提供紧急触发。4、正向触发电路采用脉冲变压器将触发信号与正向晶闸管门极进行隔离，能有效 防止晶闸管阀组主电路对门极触发电路的干扰，保证晶闸管阀组的安全可靠运行。
图1是晶闸管高电位触发及状态监测电路原理图；图2是高压晶闸管阀组的原理图；图3是晶闸管的门极触发电路图；图4是晶闸管的逻辑控制电路图；图5是紧急触发电路图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。实施例如图1所示，本发明所采用的晶闸管触发及状态监测系统，包括逻辑控制电路、电 源模块，以及分别与逻辑控制电路连接的光纤接收和发送回路、门极触发电路、紧急触发电 路以及晶闸管状态监测电路。其中，电源模块包括取能回路、电源监测回路和电源转换回 路，电源模块为整个系统提供工作电源并对电源状态进行监测，在电源出现故障时通过光 纤接收和发送回路向主控制器发出故障信号。光纤接收和发送回路接收主控制器发送过来 的晶闸管阀组触发信号，并往主控制器返回晶闸管状态信号、紧急触发电路状态信号等。逻 辑控制电路根据各状态信号及触发信号，发出门极触发信号，通过门极触发电路产生大电 流触发脉冲触发晶闸管。晶闸管状态监测电路用于监测晶闸管的状态，并提供状态信号给 逻辑控制电路，进行逻辑处理。当正常触发电路出现故障时，紧急触发电路将可靠动作，将故障电路所对应的晶间管可靠触发，并通过光纤接收和发送回路将紧急触发信号回报给主 控制器。所述主控制器与本发明用于晶闸管阀组的触发及状态监测系统中的光纤接收电路 连接。本发明所采用的晶闸管阀组如图2所示，设有若干个相串联的晶闸管组件，晶闸 管组件的数量根据应用电压等级的不同而设定。每个高压晶间管组件包括一对反并联的高 压功率晶闸管、动态阻容吸收电路、静态均压电路和晶闸管触发及在线监测模块，静态均压 电路连接在晶闸管触发及在线监测模块与所述一对反并联的高压功率晶闸管的并联节点 之间，所述动态阻容吸收电路与晶闸管触发及在线监测模块上的部分电路共同组成取能回 路，动态阻容吸收电路并联在一对反并联晶闸管的两端。以第一组晶闸管阀组为例，每组晶 闸管阀组包括一对反并联的高压功率晶闸管Ql、Q3，连接在晶闸管触发及在线监测模块与 高压功率晶闸管Q1、Q3并联节点之间的高压无感功率电阻R1，由相串联的高压无感功率电 阻R3与高压无感电容Cl所构成的动态阻容吸收电路；所述高压无感功率电阻Rl为静态均 压电阻，构成上述的静态均压电路。由于晶闸管参数性能的不一致，在晶闸管关断时，漏电流的不一致将导致同一阀 组上的晶闸管承受的电压不一致，影响阀组整体性能；因此需采用高压无感功率电阻实现 阀组每个器件的静态均压；本实施例采用上述高压无感功率电阻Rl来构成静态均勻电路 的。在阀组开通和关断时，为了保护开通最晚和关断最早的器件，需采用由高压无感功率 电组和高压无感电容组成的动态阻容吸收电路进行保护；本实施例采用高压无感功率电阻 R3与高压无感电容Cl相串联来构成动态阻容吸收电路。如图3所示，门极触发电路包括高压隔离脉冲变压器、功率开关器件Q2，以及串联 在高压隔离脉冲变压器一次侧的驱动电路，所述高压隔离脉冲变压器的二次侧经过功率开 关器件Q2后与晶闸管门极连接；驱动电路接收由逻辑控制电路发出的驱动信号，并对驱动 信号进行放大处理，然后依次经过高压隔离脉冲变压器、功率开关器件Q2后对晶间管门极 进行驱动。高压隔离脉冲变压器及功率开关器件Q2共同实现对一对正反并联的晶闸管进 行驱动触发。在该电路中，当晶闸管Ql正向电压偏置、晶闸管Q3反向电压偏置时，MOSFET 驱动芯片ICl接收到主控制器发送出来的门极触发信号，产生一个最高达2A的门极触发电 流来快速驱动MOSFET器件Q4，通过驱动电路进一步的隔离及功率放大，产生一个更大功率 的驱动信号来驱动开关器件Q2 ；Q2导通后，触发电源通过Rl、C2电路和二极管D7、稳压二 极管D8在大功率晶闸管Ql的门极G12、K12产生一个非常陡峭的门极电流，使得Ql触发导 通。此时在脉冲变压器PT的二次侧也会产生门极电流，但由于此时Q3为反向偏置，PT 二 次侧形成的电流并不能使Q3触发导通。当Ql反向偏置且Q3正向偏置时，触发电流流经高 压隔离脉冲变压器PT，在PT的二次侧，即大功率晶闸管Q3的门极Gil、Kll产生陡峭的门 极电流，触发Q3导通。此时在Ql的门极G12、K12也会产生一个门极电流，但由于此时Ql 承受的是反向电压，所以并不会造成Ql的误导通。如上所述，本发明所设计的门极触发电路，采用高压隔离脉冲变压器，能够在一块 电路板上实现一对正反并联的晶闸管的触发。门极触发电路采用MOSFET专用驱动芯片，驱 动信号经隔离放大后加于晶闸管门极，整体电路抗干扰能力强，电路延时短且稳定，从控制 器触发信号发出到产生门极触发电流，整体的电路延时小于200ns，门极电流上升时间小于 0. 5us，能保证非常好的一致性触发效果。5
如图4所示，逻辑控制电路包括依次连接的第一触发器U2A、晶闸管状态检测及重 触发逻辑电路、第二触发器U3A，晶间管状态检测及重触发逻辑电路的输入信号为控制电源 状态信号、正向晶闸管状态信号和反并联晶闸管状态信号。第一触发器U2A接收并锁存门 极触发控制信号，提高控制电路的抗干扰能力，保证触发逻辑电路不发出误触发信号。第二 触发器U3A在时钟下降沿时触发产生一个宽度可调的触发脉冲信号；当触发脉冲信号发出 来之后，当控制电源正常，而且晶闸管已经达到一定的正向偏压之后，才能产生门极触发信 号，以保证晶闸管的可靠触发。该电路的另一特点是在触发信号结束后，如被触发的晶闸管 没有维持导通而重新关断，则将重新产生一正向偏压信号，控制电路将重新发出一个触发 脉冲信号以重新触发该晶间管，这将大大提高晶间管阀组的运行可靠性能。图5为并联在晶闸管两端的紧急触发电路，本发明能实现正反并联晶闸管的紧急 触发保护功能。紧急触发电路包括高压二极管桥、与高压二极管桥连接的BOD紧急触发二 极管以及与高压二极管桥连接的BOD紧急触发检测电路，高压二极管桥和BOD紧急触发二 极管对正反并联的晶闸管进行双向保护。当门极触发电路出现故障，甚至整个晶闸管触发 与在线监测电路出现故障时，紧急触发电路仍然能够及时、可靠的实现晶闸管的触发，并将 紧急触发信号发送到主控制器。当晶闸管正向偏压，且触发电路出现故障而未能发出触发 信号时，过高的电压将经过D5、D3、D7加在紧急触发二极管上面，当电压达到触发电压时， 二极管被击穿导通，经过限流电阻R2的限流，产生一个电流波形加在晶闸管的门极G1、K1， 将晶闸管触发导通。当反向晶闸管正向偏压且触发电路故障时，电流经过D10、R2、D4、D6在 反并联晶闸管的门极G2、K2产生一个门极电流波形，将反向并联晶闸管触发导通。反并联 晶闸管中的任何一只产生动作触发时，都将通过紧急触发检测电路获得一个动作信号，该 信号经光纤发送电路处理后发送到主控制器，报告晶间管阀组发生紧急触发的具体位置。 所以，本发明所设计的紧急触发电路，既能保证对晶闸管的可靠触发，还能及时向控制系统 准确回报动作器件的具体位置，实现整个阀组的良好的控制性能。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。权利要求
1.用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统，设有若干个相串联的晶闸管组件，其特征 在于，包括逻辑控制电路，以及分别与逻辑控制电路连接的接收和发送回路、门极触发电路 以及晶间管状态监测电路；所述逻辑控制电路通过门极触发电路产生触发脉冲触发晶闸 管；所述接收和发送回路用于传输晶闸管阀组触发信号、晶闸管状态信号；所述晶闸管状 态监测电路用于监测晶闸管的状态，并提供晶闸管状态信号给逻辑控制电路。
2.根据权利要求1所述的用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统，其特征在于，所述 门极触发电路包括高压隔离脉冲变压器、功率开关器件，以及串联在高压隔离脉冲变压器 一次侧的驱动电路；所述高压隔离脉冲变压器的二次侧经过功率开关器件后与晶间管门极 连接；驱动电路接收由逻辑控制电路发出的驱动信号，并对驱动信号进行放大处理，然后依 次经过高压隔离脉冲变压器、功率开关器件后对晶闸管门极进行驱动。
3.根据权利要求1所述的用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统，其特征在于，所述 若干个相串联的晶闸管组件中，每个晶闸管组件均包括一对反并联的高压功率晶闸管、动 态阻容吸收电路、静态均压电路和晶间管触发及在线监测模块，静态均压电路连接在晶闸 管触发及在线监测模块与所述一对反并联的高压功率晶闸管的并联节点之间，动态阻容吸 收电路并联在所述一对反并联晶闸管的两端。
4.根据权利要求3所述的用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统，其特征在于，所述 静态均压电路为高压无感功率电阻R1。
5.根据权利要求3所述的用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统，其特征在于，所述 动态阻容吸收电路由相串联的高压无感功率电阻R3与高压无感电容Cl所构成。
6.根据权利要求1所述的用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统，其特征在于，所述 逻辑控制电路包括依次连接的用于接收并锁存门极触发控制信号的第一触发器，晶间管状 态检测及重触发逻辑电路，以及用于在时钟下降沿时触发产生一个宽度可调的触发脉冲信 号、并在触发脉冲信号发出来之后产生门极触发信号从而对晶间管进行可靠触发的第二触 发器。
7.根据权利要求1所述的用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统，其特征在于，还包 括与逻辑控制电路连接的紧急触发电路；所述紧急触发电路并联在晶闸管两端。
8.根据权利要求1所述的用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统，其特征在于，所述 接收和发送回路为光纤接收和发送回路。
全文摘要
本发明用于晶闸管阀组的触发及在线监测系统，设有若干个相串联的晶闸管组件，其特征在于，包括逻辑控制电路，以及分别与逻辑控制电路连接的接收和发送回路、门极触发电路以及晶闸管状态监测电路；所述逻辑控制电路通过门极触发电路产生触发脉冲触发晶闸管；所述接收和发送回路用于传输晶闸管阀组触发信号、晶闸管状态信号；所述晶闸管状态监测电路用于监测晶闸管的状态，并提供晶闸管状态信号给逻辑控制电路。该系统能够为晶闸管阀组提供一致性强脉冲触发，能够对晶闸管阀组上的每只晶闸管的状态进行监测。
文档编号H02M1/092GK102055307SQ201010503109
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月8日 优先权日2010年10月8日
发明者冷再兴, 刘味果, 王卫宏 申请人:广州智光电气股份有限公司