一种用于直流系统的晶闸管控制器的制作方法

本实用新型涉及一种用于直流系统的晶闸管控制器，属于电力自动化设备技术领域。

背景技术：

晶闸管是目前工业应用中最为广泛的大功率变换器件。单向晶闸管在直流电源中的应用已经很广泛。晶闸管触发系统及控制系统的可靠性和稳定性对整个电源系统来说也是十分重要的，国内外有采用硬件控制，也有采用软件控制，互为备用。提高触发回路、控制回路、保护回路的智能化、故障自诊断能力、自保护能力，是国内外制造厂家开发应用努力的方向。

现有的晶闸管控制装置采用硬件检测进行驱动，没有对母线电压二次处理，在负载加大时，母线电压会出现短时间的波动，造成控制装置频繁误动作，使蓄电池组经常处于充不满的状态，使蓄电池组的使用寿命大大降低，增加维修成本。再有，现有的晶闸管控制装置与直流母线之间没有隔离装置，当晶闸管控制装置故障时，会影响直流系统的正常运行。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于直流系统的晶闸管控制器，该晶闸管控制器通过检测直流母线电压、交流母线电压、电池组电压和电池充电线路上的开关量等状态，从而控制直流母线上的晶闸管的开闭。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种用于直流系统的晶闸管控制器，包括控制单元、驱动放大电路和晶闸管；所述晶闸管的一侧连接直流母线，相对一侧连接蓄电池组；所述晶闸管的控制端与驱动放大电路的输出端连接，所述驱动放大电路的输入端连接控制单元的控制信号输出端；所述控制单元的模拟信号采样端分别采集交流母线的电压信号、直流母线的电压信号、蓄电池组电压信号和电流开关量输入信号。

其中，所述控制单元包括中央处理单元以及与中央处理单元连接的触发单元、直流母线电压检测模块、电池电压检测模块、电流开关量输入检测模块和交流电压检测模块；其中，触发单元的输入端与中央处理单元连接，触发单元的输出端与通过驱动放大电路与晶闸管连接；直流母线电压检测模块的信号采集端连接直流母线的正负极，直流母线电压检测模块的信号输出端与中央处理单元连接；电池电压检测模块的信号采集端与蓄电池组的正负极连接，电池电压检测模块的信号输出端连接中央处理单元；电流开关量输入检测模块的输入端连接蓄电池组充电线路上的开关信号，电流开关量输入检测模块的输出端与中央处理单元连接；交流电压检测模块的信号采集端连接交流母线的正负极，交流电压检测模块的信号输出端连接中央处理单元。

其中，所述驱动放大电路包括光电耦合器，所述光电耦合器输入端连接ARM处理器的PWM信号输出端；PWM信号输出端串联有驱动电阻，PWM信号输出端还并联有稳压管；光电耦合器的型号为HCPL3180，稳压管的型号为1N4747。

其中，所述控制单元还分别连接有串行通信接口和人机交互设备，所述人机交互设备还与外部监控系统通过网络连接。

其中，所述中央处理单元采用STM32F101RC单片机，STM32F101RC单片机包括PWM1端口，PWM1端口通过驱动放大电路与晶闸管的栅极连接，STM32F101RC单片机还包括AD采样端口，分别为采样端口AN0、采样端口AN1、采样端口AN2和采样端口AN3，采样端口AN0、采样端口AN1、采样端口AN2和采样端口AN3分别采集交流母线电压、直流母线电压、蓄电池组电压和开关量输入。

相比于现有技术，本实用新型技术方案具有的有益效果为：

本实用新型晶闸管控制器通过检测直流母线电压、交流母线电压、电池组电压和电池充电线路上的开关量等状态，从而控制直流母线上的晶闸管的开闭；其采用STM单片机对各点检测的电压进行二次处理，精准判断电压实时值，us级别驱动晶闸管导通，通过触发单元对晶闸管实施开通或关断；同时设备对母线电压隔离采集，减少晶闸管控制装置对直流系统的影响。

附图说明

图1为本实用新型用于直流系统的晶闸管控制器应用的系统原理图；

图2为本实用新型用于直流系统的晶闸管控制器的电路原理图；

图3为本实用新型用于直流系统的晶闸管控制器控制单元的结构框图；

图4为本实用新型用于直流系统的晶闸管控制器中中央处理单元的电路图；

图5为本实用新型用于直流系统的晶闸管控制器中驱动放大电路的电路图；

图6为本实用新型用于直流系统的晶闸管控制器的工作流程图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本实用新型，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本实用新型。

如图1所示，本实用新型用于直流系统的晶闸管控制器，包括控制单元、驱动放大电路和晶闸管；晶闸管的一侧连接直流母线，相对一侧连接蓄电池组；晶闸管的控制端与驱动放大电路的输出端连接，驱动放大电路的输入端连接控制单元的控制信号输出端；控制单元的模拟信号采样端分别采集交流母线的电压信号、直流母线的电压信号、蓄电池组电压信号和电流开关量输入信号。控制单元还分别连接有串行通信接口和人机交互设备，人机交互设备还与外部监控系统通过网络连接。

如图2～3所示，控制单元包括中央处理单元以及与中央处理单元连接的触发单元、直流母线电压检测模块、电池电压检测模块、电流开关量输入检测模块和交流电压检测模块；其中，触发单元的输入端与中央处理单元连接，触发单元的输出端与通过驱动放大电路与晶闸管连接；直流母线电压检测模块的信号采集端连接直流母线的正负极，直流母线电压检测模块的信号输出端与中央处理单元连接；电池电压检测模块的信号采集端与蓄电池组的正负极连接，电池电压检测模块的信号输出端连接中央处理单元；电流开关量输入检测模块的输入端连接外部蓄电池组充电线路上的开关信号，电流开关量输入检测模块的输出端与中央处理单元连接；交流电压检测模块的信号采集端连接交流母线的正负极，交流电压检测模块的信号输出端连接中央处理单元。晶闸管串联在待控制的直流母线上，控制单元通过内部的触发单元输出端与晶闸管连接。

如图4所示，中央处理单元采用STM32F101RC单片机，STM32F101RC单片机包括PWM1端口，PWM1端口通过驱动放大电路与晶闸管的栅极连接，STM32F101RC单片机还包括AD采样端口，分别为采样端口AN0、采样端口AN1、采样端口AN2和采样端口AN3，采样端口AN0、采样端口AN1、采样端口AN2和采样端口AN3分别采集交流母线电压、直流母线电压、蓄电池组电压和开关量输入。

ARM处理器型号STM32F101RC，Ud为变频器直流母线电压采样，Ua为交流母线电压采样，Ubat为蓄电池组的端电压采样，D1为开关量检测采样，Y表示晶振，C1、C2为晶振电容，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9为采样电阻，ARM处理器的PWM1信号通过驱动放大电路来控制晶闸管的栅极，ARM处理器的AD采样端口AN0、AN1、AN2、AN3分别采集交流母线电压、直流母线电压、电池端电压和开关量输入；ARM处理器的485TX和485RX端口即为RS-485通讯接口，实现与外部监控系统的通讯，ARM处理器通过其SPI通讯接口(SDI、SCK、SDO)与人机交互界面实现数据通讯，方便就地数据显示、故障查询与参数设置。

如图5所示，驱动放大电路包括光电耦合器，光电耦合器输入端连接ARM处理器的PWM信号输出端；PWM信号输出端串联有驱动电阻，PWM信号输出端还并联有稳压管；光电耦合器的型号为HCPL3180，稳压管的型号为1N4747。PWM信号是小信号，经过光耦放大后，得到一个大信号，用来驱动晶闸管的开通和关断。R1是限流电阻，与光耦的二极管端相连，光耦的副边外加一个电源VCC，提供一个高电压，电容C1为滤波电容，电容R2为MOS管的驱动电阻，稳压管VD1用来限制晶闸管的栅源极电压，防止晶闸管高电压击穿。

如图6所示，各模块与参数初始化后，ARM处理器控制电路通过自身的AD单元采集直流母线电压、交流母线电压、开关量输出状态，进行数据处理和数据运算，通过判断直流母线电压、交流母线电压、开关量输出状态是否有一个条件达到设定的电压值和状态来开通晶闸管进入直流母线电压补偿中，在进入直流母线电压补偿后，继续判断直流母线电压、交流母线电压、开关量输出状态三个条件是否同时满足关断条件来关断晶闸管，实现对直流系统中直流母线电压的补充和控制，提高了直流系统的稳定性和供电可靠性。

晶闸管串联在待控制的直流母线上，控制单元通过内部的触发单元输出端与晶闸管连接。触发单元包含相互连接的触发信号产生单元和晶闸管驱动单元，触发信号产生单元的输入端连接中央处理单元，晶闸管驱动单元驱动输出端连接晶闸管。中央处理单元通过控制触发信号产生单元产生相应的触发信号，触发信号经晶闸管驱动单元处理后用于驱动晶闸管的开闭，实现直流母线对设备供电的控制。中央处理单元对晶闸管的自动控制，实现对直流母线电压的自动补偿。控制单元通过检测直流母线电压、交流母线电压、电池组电压和电池充电线路上的开关量等状态，从而控制直流母线上的晶闸管的开闭，从而控制电池组在电压暂降等情况时给直流母线供电，从而保证设备的正常工作。

本实用新型设备工作过程如下：

电压正常工作状态：检测电池电压(图2的TP+与TP-之间)、直流母线电压、交流母线电压、开关量检测输入，各点数值状态正常，设备正常工作，处于待机状态，即通过检测负载直流母线电压、交流母线电压、电池组电压正常时，设备正常运行，控制晶闸管断开。

电压暂降工作状态：检测直流母线电压跌落到DC490V，检测交流母线电压跌落到AC323V，检测开关量检测输入开关量为常开，三者满足一个，单片机给出信号，触发晶闸管导通。

电压恢复工作状态：检测直流母线电压返回到DC510V，检测交流母线电压返回到AC380V，检测开关量检测输入开关量为常闭，三者同时满足，单片机给出信号，控制触发晶闸管断开。