一种高压可控硅他励驱动电源装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种高压可控硅他励驱动电源装置，包括：开关电源；单相逆变电路，单相逆变电路与开关电源相连，单相逆变电路包括：第一至第四金属氧化层半导体场效MOSFET晶体管，第一MOSFET管的漏极与开关电源和第二MOSFET管的漏极相连，第一MOSFET管的源级与第二MOSFET管的源级和第三MOSFET关的漏极相连，第三MOSFET管的源级与开关电源和第四MOSFET管的源级相连；电流环，电流环的一次侧与第二MOSFET管的源级和第四MOSFET管的漏极相连；门极驱动和保护电路，门极驱动和保护电路与电流环相连。本实用新型保证了驱动控制电路的安全稳定供能和高可靠性。
【专利说明】—种高压可控硅他励驱动电源装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及电子电路和电气自动化【技术领域】，特别涉及一种高压可控硅他励驱动电源装置。
【背景技术】
[0002]可控硅是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。可控硅具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。可控硅可以被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，用于可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。高压软起动中一般采用光纤触发晶闸管，但光纤的接收端需要一个5V的直流电源，而晶闸管的阴极电位可能非常高，甚至达到上万伏。
[0003]目前供电电源的获取可以采用以前两种方式:
[0004](I)通过隔离变压器从低压侧取能，该模式需要多个高绝缘的隔离变压器，不仅制造困难，而且成本很高。
[0005](2)采用自偏压取能，驱动电路电能来自于主电路，该偏压供能有一定的延迟时间，软起动完成起动动作旁路接触器闭合后，偏压将会逐渐下降到O。需要软停车时，从旁路接触器打开到门级驱动电路工作将会由于偏压重新取能产生一定的延时。这段时间，晶闸管可能会失去有效的控制，可靠性降低。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0007]为此，本实用新型的目的在于提出一种高压可控硅他励驱动电源装置，该装置保证了驱动控制电路的安全稳定供能和高可靠性。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种高压可控硅他励驱动电源装置，包括:开关电源，所述开关电源包括:第一整流单元，所述第一整流单元的输入端接市电；第一滤波单元，所述第一滤波单元的输入端与所述第一整流单元的输出端相连；DC/DC变换单元，所述DC/DC变换单元的输入端与所述第一滤波单元的输出端相连；电流型控制芯片，所述电流型控制芯片与所述DC/DC变换单元相连；单相逆变电路，所述单相逆变电路与所述开关电源相连，所述单相逆变电路包括:第一至第四金属氧化层半导体场效MOSFET晶体管，所述第一 MOSFET管的漏极与所述开关电源和所述第二 MOSFET管的漏极相连，所述第一 MOSFET管的源级与所述第二 MOSFET管的源级和所述第三MOSFET管的漏极相连，所述第三MOSFET管的源级与所述开关电源和所述第四MOSFET管的源级相连；电流环，所述电流环的一次侧与所述第二 MOSFET管的源级和所述第四MOSFET管的漏极相连；门极驱动和保护电路，所述门极驱动和保护电路与所述电流环相连。
[0009]在本实用新型的一个实施例中，所述DC/DC变换单元的输出电压为5V。
[0010]在本实用新型的又一个实施例中，单相逆变电路的输出信号的幅值为5V，周期为80微秒。[0011]在本实用新型的再一个实施例中，该高压可控硅他励驱动电源装置还包括:移相型控制芯片和驱动芯片，所述移相型控制芯片和驱动芯片分别与所述单相逆变电路相连。
[0012]在本实用新型的一个实施例中，所述电流环由高压电缆制成。
[0013]在本实用新型的一个实施例中，该高压可控硅他励驱动电源装置还包括:DC/DC启动和关闭控制电路，所述DC/DC启动和关闭控制电路与所述DC/DC变换单元相连以控制所述DC/DC变换单元的启动和关闭。
[0014]在本实用新型的又一个实施例中，高压可控硅他励驱动电源装置还包括:第二整流单元，所述第二整流单元的输入端与所述电流环的二次侧相连；第二滤波单元，所述第二滤波单元的输入端与所述第二整流单元的输出端相连；稳压集成电路，所述稳压集成电路的输入端与所述第二滤波单元的输出端相连，所述稳压集成电路的输出端与所述门极驱动和保护电路相连。
[0015]根据本实用新型实施例的高压可控硅他励驱动电源装置，采用的他励驱动电源技术驱动电源来自外供电源，不存在自偏压取能电路存在的延时、软停车时失效等问题，保证了驱动控制电路的安全稳定供能和高可靠性。本实用新型通过开关电源的设计，利用电压、电流双闭环保证输出直流电压的稳定，并且采用单相逆变电路驱动脉冲的触发设计。同时本实用新型将外供电源的交流信号通过高压电缆组成的一次电流环，二次侧供能给驱动控制电路，合理解决了 一次侧与二次侧的绝缘。
[0016]本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0018]图1为根据本实用新型实施例的高压可控硅他励驱动电源装置的示意图
[0019]图2为根据本实用新型实施例的开关电源、逆变电路的电路原理图；
[0020]图3为根据本实用新型实施例的开关电源、逆变电路的驱动脉冲产生电路原理图；
[0021]图4为根据本实用新型实施例的开关电源辅助电源12V电源供电电路原理图；
[0022]图5为根据本实用新型实施例的外供电源经过电流互感器后产生门极驱动和保护的电压信号的电路原理图。
【具体实施方式】
[0023]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0024]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0025]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0026]下面参考图1至图5对本实用新型实施例的高压可控硅他励驱动电源装置进行描述。
[0027]如图1所示，本实用新型实施例提供的高压可控硅他励驱动电源装置，包括:开关电源1、单相逆变电路2、电流环3和门极驱动和保护电路4。
[0028]具体地，开关电源I包括第一整流单元、第一滤波单元、DC/DC变换单元和电流型控制芯片。其中，第一整流单元的输入端接220V市电，第一滤波单元的输入端与第一整流单元的输出端相连，DC/DC变换单元的输入端与第一滤波单元的输出端相连，电流型控制芯片与DC/DC变换单元相连。
[0029]在本实用新型的一个示例中，DC/DC变换单元的输出电压为5V。
[0030]在本实用新型的一个实施例中，本实用新型实施例提供的高压可控硅他励驱动电源装置还包括:DC/DC启动和关闭控制电路，其中DC/DC启动和关闭控制电路与DC/DC变换单元相连以控制DC/DC变换单元的启动和关闭。
[0031 ] 具体地，开关电源I输入220V交流电，经过第一整流单元整流后输出整流后信号，上述整流后信号进一步通过第一滤波单元进行滤波输出滤波后信号。滤波后信号经过DC/DC变换单元输出5V直流电压，DC/DC变换单元由电流型控制芯片UC3845控制形成单端正激变换，采用电压电流双闭环控制，保证输出电压稳定。并且，通过过压保护电路和DC/DC启动和关闭控制电路的设计，实现对输入电压的响应快,对负载变化响应快，回路稳定性好。
[0032]单相逆变电路2与开关电源I相连，其中，单相逆变电路2包括第一至第四MOSFET管，其中，第一 MOSFET管的漏极与开关电源和第二 MOSFET管的漏极相连，第一 MOSFET管的源级与第二 MOSFET管的源级和第三MOSFET管的漏极相连，第三MOSFET管的源级与开关电源和第四MOSFET管的源级相连。
[0033]在本实用新型的一个实施例中，本实用新型实施例提供的高压可控硅他励驱动电源装置还包括:移相型控制芯片和驱动芯片，其中移相型控制芯片和驱动芯片分别与单相逆变电路相连。
[0034]优选地，移相型控制芯片的型号为UC3875，驱动芯片的型号为IR2110。
[0035]第一至第四MOSFET管组成单相逆变桥，该单相逆变桥的驱动脉冲由移相型控制芯片UC3875和驱动芯片IR2110产生，可以实现零电压开通关断，减小开关损耗，保证驱动电路可靠。单相逆变桥输出幅值为5V、周期为SOus (微秒)的交流信号。
[0036]图2为根据本实用新型实施例的开关电源、逆变电路的电路原理图。
[0037]如图2所示，开关电源I由输入的交流电压经过第一整流单元和第一滤波单元的整流滤波后，经过DC/DC变换单元输出5V电压，DC/DC变换单元采用单端正激变换，控制芯片选用UC3845电流型控制模式，实现电流电压双闭环保证输出电压变化或是输出电流变化都能稳定输出电压，此系统对输入电压的响应快，对负载变化响应快，回路稳定性好。
[0038]并且，单相逆变电路部分选用4个型号为IRF530N的MOSFET管构成单相逆变桥形成高频交流信号，为后续电流环采样提供可靠保证。
[0039]图3为根据本实用新型实施例的开关电源、逆变电路的驱动脉冲产生电路原理图。其中，图3示出了电流型控制芯片UC3845的具体控制电路原理图。如图3所示，除电压电流环外，设有过压保护电路，DC/DC启动和关闭控制电路。逆变电路的驱动脉冲由I片UC3875和2片IR2110组合生成，移相式PWM控制器UC3875可对全桥开关的相位进行移动，通过功率开关器件的输出电容充/放电实现零电压开通，减小开关损耗、降低噪声干扰。配合驱动芯片IR2110保证驱动电路的可靠性。
[0040]图4为根据本实用新型实施例的开关电源辅助电源12V电源供电电路原理图。图4为T0P245组成的开关电源，输出±12V电源以向内部芯片供电，这种TOP Switch电源电路简单，体积小，自保护功能齐全，提高了系统的稳定性。
[0041]电流环3的一次侧与第二 MOSFET管的源级和第四MOSFET管的漏极相连。在本实用新型的一个实施例中，电流环3即为电流互感器，其中电流环由高压电缆制成。门极驱动和保护电路4与电流环3相连。
[0042]在本实用新型的又一个实施例中，本实用新型实施例提供的高压可控硅他励驱动电源装置还包括:第二整流单元、第二滤波单元和稳压集成电路。
[0043]具体地，第二整流单元的输入端与电流环的二次侧相连，第二滤波单元的输入单与第二整流单元的输出端相连。稳压集成电路的输入端与第二滤波单元的输出端相连，稳压集成电路的输出端与门极驱动和保护电路相连。
[0044]具体地，单相逆变电路输出的周期为SOus的交流信号，通过高压电缆组成一次电流环3，将电能供给驱动控制电路。电流环3的二次侧将采集到的交流信号经第二整流单元的全桥整流、第二滤波单元的滤波后供给稳压集成电路LM7805，输出5V电压信号。如图5所示，图5中电流互感器采样外供电源逆变电路的交流信号，经整流滤波后供给稳压集成电路LM7805，最后输出5V电压信号供给门级驱动控制电路4。
[0045]根据本实用新型实施例的高压可控他励驱动电源装置，采用的他励驱动电源技术驱动电源来自外供电源，不存在自偏压取能电路存在的延时、软停车时失效等问题，保证了驱动控制电路的安全稳定供能和高可靠性。本实用新型通过开关电源的设计，利用电压、电流双闭环保证输出直流电压的稳定，并且采用单相逆变电路驱动脉冲的触发设计。同时本实用新型将外供电源的交流信号通过高压电缆组成的一次电流环，二次侧供能给驱动控制电路，合理解决了 一次侧与二次侧的绝缘。
[0046]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0047]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。
【权利要求】
1.一种高压可控硅他励驱动电源装置，其特征在于，包括: 开关电源，所述开关电源包括: 第一整流单元，所述第一整流单元的输入端接市电； 第一滤波单元，所述第一滤波单元的输入端与所述第一整流单元的输出端相连； DC/DC变换单元，所述DC/DC变换单元的输入端与所述第一滤波单元的输出端相连； 电流型控制芯片，所述电流型控制芯片与所述DC/DC变换单元相连； 单相逆变电路，所述单相逆变电路与所述开关电源相连，所述单相逆变电路包括:第一至第四金属氧化层半导体场效MOSFET晶体管，所述第一 MOSFET管的漏极与所述开关电源和所述第二 MOSFET管的漏极相连，所述第一 MOSFET管的源级与所述第二 MOSFET管的源级和所述第三MOSFET管的漏极相连，所述第三MOSFET管的源级与所述开关电源和所述第四MOSFET管的源级相连； 电流环，所述电流环的一次侧与所述第二 MOSFET管的源级和所述第四MOSFET管的漏极相连； 门极驱动和保护电路，所述门极驱动和保护电路与所述电流环相连。
2.如权利要求1所述的高压可控硅他励驱动电源装置，其特征在于，所述DC/DC变换单兀的输出电压为5V。
3.如权利要求1所述的高压可控硅他励驱动电源装置，其特征在于，所述单相逆变电路的输出信号的幅值为5V，周期为80微秒。
4.如权利要求1所述的高压可控硅他励驱动电源装置，其特征在于，还包括: 移相型控制芯片和驱动芯片，所述移相型控制芯片和驱动芯片分别与所述单相逆变电路相连。
5.如权利要求1所述的高压可控硅他励驱动电源装置，其特征在于，所述电流环由高压电缆制成。
6.如权利要求1所述的高压可控硅他励驱动电源装置，其特征在于，还包括: DC/DC启动和关闭控制电路，所述DC/DC启动和关闭控制电路与所述DC/DC变换单元相连以控制所述DC/DC变换单元的启动和关闭。
7.如权利要求1所述的高压可控硅他励驱动电源装置，其特征在于，还包括: 第二整流单元，所述第二整流单元的输入端与所述电流环的二次侧相连； 第二滤波单元，所述第二滤波单元的输入端与所述第二整流单元的输出端相连；稳压集成电路，所述稳压集成电路的输入端与所述第二滤波单元的输出端相连，所述稳压集成电路的输出端与所述门极驱动和保护电路相连。
【文档编号】H02M3/335GK203708112SQ201420037668
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】李青春, 闫文金, 段海雁 申请人:天津市先导倍尔电气有限公司