一种基于晶闸管的快速换挡调压器电路的制作方法

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种基于晶闸管的快速换挡调压器电路。

背景技术：

部分农村电网存在供电线路长、负荷变化大，造成供电电压低的情况；以及变压器短时负荷过大，输出电压低或者波动范围大。电压过低这类电压质量问题，容易造成部分电器设备不能正常使用，影响了居民的正常生活和小企业的正常生产，需要使用一套实时的自动调压装置，改善电网电压合格率。

目前常用的产品有采用机械开关、晶闸管与机械开关、全晶闸管等器件方式实现，切换过程采用过渡电阻(也有称作限流电阻)的方式，实现“无弧有载”切换，同时输出不中断。这一类切换方式有以下几个明显的缺点：

1)纯机械开关方式，寿命短，档位的切换速度慢(通常几百毫秒左右)

2)机械开关与晶闸管组合方式，可避免机械开关的带电流开关，但成本较高；

3)过渡电阻存在一定功耗，电网在串入过渡电阻时，输出电压存在一定的跌落(尽管没有完全中断)，此跌落电压与过渡电阻的阻值和功耗是一对矛盾量；

4)切换过程比较复杂，切换过程长(即便采用晶闸管，也需数个工频周期)；

技术实现要素：

基于此，本发明提供了一种基于晶闸管的快速换挡调压器电路。

一种基于晶闸管的快速换挡调压器电路，所述电路包括：

晶闸管及其检测和驱动电路组成的功能电路模块S0，S1，S2，S3；

旁路开关Sbp及其驱动电路，所述旁路开关Sbp及其驱动电路与所述功能电路模块S0，S1，S2，S3连接，用于在设备故障，或者过载，或者不需要调压时进行导通。

在其中一个实施例中，所述电路还包括：

保险F1，与所述旁路开关Sbp连接，用于防止输出短路时损坏晶闸管。

在其中一个实施例中，所述电路还包括：

自藕变压器T1，与所述保险F1连接。

在其中一个实施例中，所述电路还包括：

电流传感器ISEN，与所述保险F1连接，用于检测输出情况，供控制器计算、调压。

在其中一个实施例中，所述电路还包括：

电压传感器VSEN，与所述自藕变压器T1连接，用于检测输出情况，供控制器计算、调压。

在其中一个实施例中，所述电路还包括：

变压器开关SW1；与所述自藕变压器T1连接。

在其中一个实施例中，所述闸管及其检测和驱动电路组成的功能电路模块包括电压传感器，与所述电压传感器连接的绝对值电路，与所述绝对值电路连接的比较器，与所述比较器连接的滤波电路Rs与Cs，与所述滤波电路连接的电平转换电路。

有益效果：

本发明提供一种基于晶闸管的快速换挡调压器电路，所述电路包括：晶闸管及其检测和驱动电路组成的功能电路模块S0，S1，S2，S3；旁路开关Sbp及其驱动电路，所述旁路开关Sbp及其驱动电路与所述功能电路模块S0，S1，S2，S3连接，用于在设备故障，或者过载，或者不需要调压时进行导通。本发明采用自耦变压器，晶闸管，及配套检测电路，不再采用过渡电阻，实现快速换挡，同时保持低成本，电路也得到了简化。相比传统“无弧有载”方式，有以下特点：开关全部采用晶闸管这类半导体开关；所需开关数量与档位数量相同，不需要辅助的开关(用于切换过渡电阻的开关)；不使用过渡电阻，无功耗和切换过程复杂的问题，同时保持切换开关基本无冲击电流，输出电压基本无中断；换挡切换快，可在半个工频周期内完成；整体电路拓扑简洁，切换逻辑简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明运行原理和使用的技术方案，下面将对运行原理和使用的技术中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些运行例子，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的一种基于晶闸管的快速换挡调压器电路的电路原理图。

图2是本发明的“晶闸管及其检测和驱动电路”所组成的模块框图。

图3是本发明的电路的仿真波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明运行原理中的附图，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作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。

请参照图1，一种基于晶闸管的快速换挡调压器电路，所述电路包括：

晶闸管及其检测和驱动电路组成的功能电路模块S0，S1，S2，S3；

旁路开关Sbp及其驱动电路，所述旁路开关Sbp及其驱动电路与所述功能电路模块S0，S1，S2，S3连接，用于在设备故障，或者过载，或者不需要调压时进行导通。

在其中一个实施例中，所述电路还包括：

保险F1，与所述旁路开关Sbp连接，用于防止输出短路时损坏晶闸管。

在其中一个实施例中，所述电路还包括：

自藕变压器T1，与所述保险F1连接。

在其中一个实施例中，所述电路还包括：

电流传感器ISEN，与所述保险F1连接，用于检测输出情况，供控制器计算、调压。

在其中一个实施例中，所述电路还包括：

电压传感器VSEN，与所述自藕变压器T1连接，用于检测输出情况，供控制器计算、调压。

在其中一个实施例中，所述电路还包括：

变压器开关SW1；与所述自藕变压器T1连接。

在其中一个实施例中，所述闸管及其检测和驱动电路组成的功能电路模块包括电压传感器，与所述电压传感器连接的绝对值电路，与所述绝对值电路连接的比较器，与所述比较器连接的滤波电路Rs与Cs，与所述滤波电路连接的电平转换电路。

基于晶闸管的快速换挡调压器的拓扑的基本组成，如图1所示：本电路包含晶闸管及其检测和驱动电路组成的功能电路模块S0，S1，S2，S3；旁路开关Sbp及其驱动电路；自藕变压器T1，保险F1，电流传感器Isen1；电压传感器Vsens1；变压器开关SW1；控制器。

旁路开关Sbp的作用是在设备故障，或者过载，或者不需要调压时，才导通。F1的作用是防止输出短路时损坏晶闸管；ISEN1和VSEN1检测输出情况，供控制器计算、调压；SW1可在设备进入旁路时，断开T1，降低设备的功耗。

晶闸管及其检测和驱动电路组成的功能电路模块，其内部原理框图如图2所示(实际电路可更简化，且可能需要隔离电路)，包含：电压检测VSEN1，绝对值电路ABS1，比较器COMP2，滤波电路Rs与Cs，电平转换电路。

检测电路的作用是：控制电路使Ctrl为无效电平，由于之前晶闸管处于导通状态，某只晶闸管将维持导通，直到电流过0或者低于晶闸管的维持电流而自然关断；通过Vesn1，检测SA，SB之间的电压，当|SA-SB|大于3V(阀值电压要大于晶闸管导通时的压降)时，Out输出有效电平；控制器确认Out电平有效，且持续时间超过一定值(如200us，晶闸管的最长toff时间)，则认为晶闸管确实已经关断，然后控制器即可进行可靠的换挡操作(别的档位可以立即开通，而不会造成短路)。

通过对S0-S3的内部原理分析可知，控制器侦测到输出电压变化，要执行换挡操作，只需使“当前档位”的控制信号无效，然后确认“当前档位”的晶闸管关断检测的信号输出有效，且持续超过一定时间，即可根据升降压要求，开通临近的一档，实现调压。由于临近档位电压差较小(通常只有十几伏)，且输出电压中断时间短(约200us，取决于具体的晶闸管)，在这段时间内，电网电压变化量也不多，则基本保证了换挡时无冲击，输出电压也几乎没有中断(因中断时间极短，对用户设备几乎不影响)，换挡时间最长在半个工频周期内完成。输入电压不变，每隔40ms，依次开环调节至档位0，1，2，3，2，1，0，……，输出负载空载，输入、输出电压波形的仿真，具体的可以参照图3所示的波形图。

本发明提供一种基于晶闸管的快速换挡调压器电路，其特征在于，所述电路包括：晶闸管及其检测和驱动电路组成的功能电路模块S0，S1，S2，S3；旁路开关Sbp及其驱动电路，所述旁路开关Sbp及其驱动电路与所述功能电路模块S0，S1，S2，S3连接，用于在设备故障，或者过载，或者不需要调压时进行导通。本发明采用自耦变压器，晶闸管，及配套检测电路，不再采用过渡电阻，实现快速换挡，同时保持低成本，电路也得到了简化。相比传统“无弧有载”方式，有以下特点：开关全部采用晶闸管这类半导体开关；所需开关数量与档位数量相同，不需要辅助的开关(用于切换过渡电阻的开关)；不使用过渡电阻，无功耗和切换过程复杂的问题，同时保持切换开关基本无冲击电流，输出电压基本无中断；换挡切换快，可在半个工频周期内完成；整体电路拓扑简洁，切换逻辑简单。

以上对本发明运行原理进行了详细介绍，上述运行原理的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。