专利名称：一种具有保护装置的可控硅复合开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统无功补偿的电容开关，尤其是可控硅瞬时导通的后备保护的装置。
背景技术：
可控硅也称晶闸管，其结构简单，控制方便，价格不高。只要在其正负极加相应的电压， 又在控制极上施加导通触发信号，正负极之间就可导通，有电流流动。特别是双向可控硅只 要控制极上有导通触发信号，两极间就导通，使用很方便可靠。用可控硅与继电器接点相并 联构成的复合开关(也称复合继电器)是一种用于投切电力电容器的新型器件，其工作原理 是这样投入电容器时，首先可控硅先过零导通，然后继电器闭合，其接点将可控硅短接， 此时电源通过继电器接点向电容器供电，切除电容器时，首先继电器接点先断开，然后可控 硅电流过零再关断，此时电容器被切除。目前，复合开关中的可控硅触发信号，是由单片机直接输出通过可控硅功率驱动电路驱动 可控硅导通。但是这种方式控制可控硅关断时，如果由于单片机受到强烈千扰，在继电器关 断后，仍长时间如1秒以上导通，则可控硅回路就会因过流时间长而出现烧断飞弧，从而引 起短路故障发生。这是因为可控硅回路是按瞬时导通又马上关断的工作方式设计的。 一般情 况下，导通工作时间小于0.1秒。所以上述控制方式的复合开关在恶劣环境下工作的可靠性 显然受到影响。发明内容本发明的目的是提供一种具有保护装置的可控硅复合开关，能解决可控硅由于单片机受 强干扰失控造成可控硅应关断而又未能关断引起短路故障发生的问题。为解决上述技术问题，本发明的技术方案为在单片机系统的可控硅触发信号输出电路 与可控硅触发电路之间串接接入单稳态电路。上述所说的具有保护装置的可控硅复合开关的电路包括可控硅、继电器，它是在单片机 系统与可控硅触发电路之间串接接入单稳态电路，可控硅触发电路之后接可控硅元件，可控 硅元件接电力电容器，可控硅元件两端并接继电器接点；继电器一段也与单片机系统连接。上述所说的单稳态电路可以是555定时器、集成单稳芯片或者全数字单稳态电路。以上所述的单稳态电路可以由电容、电阻、施密特电路构成，其中单片机系统先接到施 密特电路的输入端，施密特电路的输出端接电阻后分别接施密特电路和电容，施密特电路接
可控硅功率触发电路的输入端。本方案施密特电路可以2个或2个以上串联。以上所述的单稳态电路由电容、电阻、施密特电路构成，其中单片机系统先接电容后分 别接电阻和施密特电路，施密特电路接电容后分别接电阻和施密特电路后与可控硅功率触发 电路的输入端，电阻一端接地。本方案施密特电路的一端也可以串联。上面所述的单稳态电路以可以由二极管、电容、电阻、串联的施密特电路和与门电路构 成。其中二极管的阴极和电容的一端与单片机系统可控硅控制输出端相连接，二极管的阳极 与电容的另一端与电阻的一端以及施密特电路的输入端相连接，电阻的另一端接共公地；施 密特电路串联后与门电路的输入端相连，再接可控硅功率驱动电路的输入端，可控硅功率驱 动电路的输出端接可控硅控制极控制回路。可控硅的主电路一端接电源，另一端接电力电容 器，电力电容器的另一端接零线。以上所述的单稳态电路也可以由电容、电阻、集成单稳芯片或者全数字单稳态电路构成， 其中单片机系统接电阻和集成单稳芯片或者全数字单稳态电路的输入端，集成单稳芯片或者全数字单稳态电路输出端接可控硅功率触发电路的输入端和电容，电容另一端接地。在本发明中，利用单稳态电路对单片机系统输出的可控硅触发有效信号如正阶跃信号或 负阶跃信号进行有效宽度限制处理，使可控硅导通时间最大只能是单稳态电路输出的单稳态 脉冲宽度。单稳态电路，在各种电路系统中，单稳态电路常用于定时、窄脉冲展宽、整形、延时等 场合。传统的单稳态触发器的工作特点是①它有1个稳定状态和1个暂稳状态，在没有外 来触发脉冲作用的情况下，其输出保持在稳态；②在外来触发脉冲作用下，单稳态触发器翻 转，进入"暂稳态"，假设稳态为0，则暂稳态为1。③暂稳状态维持一段时间后，将自动从 暂稳态返回稳态。在暂稳态停留的时间与触发脉冲无关，仅取决于电路本身的参数。应用本发明后的复合开关，即使单片机输出失控，也不会发生触发电路超长时间导通的 情形，因而可避免因触发电路超长时间导通而可能导致的短路故障的发生。从而能有效地保 护可控硅及其负载，尤其是电容性负载和电网的安全；使得复合开关的可靠性进一步提高， 损坏率大大降低，提高了工作效率，从而提高了经济效益。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。图1是本发明所述具有保护装置的可控硅复合开关工作原理框图。图2是图1电路出现干扰时各点的电压波形图。图3是本发明所述具有保护装置的可控硅复合开关的实施电路图。图4是本发明所述具有保护装置的可控硅复合开关的另一实施电路图。图5是本发明所述具有保护装置的可控硅复合开关的又一实施电路图。图6是本发明所述具有保护装置的可控硅复合开关的集成单稳芯片实施电路图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步说明。如图l所示具有保护装置的可控硅复合开关的电路包括可控硅、继电器，它是在单片 机系统与可控硅触发电路之间串接接入单稳态电路，可控硅触发电路之后接可控硅元件，可 控硅元件接电力电容器，可控硅元件两端并接继电器接点；继电器一端也与单片机系统连接。在图2所示的本发明电路原理图中可知，单稳态电路由二极管D、电容C1、电阻R、 施密特电路Gl和G2构成。其中二极管D的阴极和电容Cl的一端与单片机系统可控硅控制 输出端1相连接于A点，二极管D的阳极与电容Cl的另一端与电阻R的一端以及施密特电 路G1的输入端相连接于B点，电阻R的另一端接共公地；施密特电路G1的输出与施密特 电路G2的输入端相连接；施密特电路G2的输出端和与门电路Gx的输入端相连接于C点， 与门电路Gx的另一个输入端与单片机系统的驱动可控硅的高频脉冲信号输出端2相连接， 与门Gx的输出端D与可控硅功率驱动电路的输入端4相连，可控硅功率驱动电路的输出端 5和3接可控硅控制极控制回路。可控硅的主电路一端接电源L，另一端接电力电容器，电力 电容器的另一端接零线N。图3所示，是图2中各相应点的电压波形图。图中，UA表示单片机系统可控硅控制输 出端(即图1中的A点)电压。UB表示电阻R两端(即图1中的B点)的电压。UC表示单稳态 电路的输出电压(亦即图1中的C点的电压)。UD表示可控硅功率驱动电路的输入控制电压(亦 即图1中的D点的电压)。在tl时刻，UA由零变高电平，意味着单片机输出让可控硅导通，假设由于强干扰，这 个信号一直保持不变。那么由于电容C1的特性决定两端电压不能突变，因此UB也产生由零 跳变到高电平，然后随电容C1的充电，UB逐渐下降，经过两个施密特电路G1、 G2的波形 整形，UC在tl时刻也产生由零跳变到高电平，随着UB电压的下降至施密特电路阀值电压 时，即t2时刻，施密特电路G1、 G2发生翻转，UC由高电平跳变到低电平。那么在UC为 高电平期间，即tl到t2区间，经与门电路Gx与逻辑运算，单片机系统的驱动可控硅的高频 脉冲信号将达到与门电路Gx的输出端D端，并通过可控硅功率驱动电路将可控硅导通。显然，可控硅导通的时间是在tl到t2之间区间内，不论单片机发出的可控硅导通的控 制信号UA时间有多长。从图3的波形图中和上述分析可明显辨出，可控硅每次导通的时间最长只能是tl到t2 之间的区间，这样就可完全避免单片机受强干扰时出现误输出时，造成可控硅长时间导通引 起烧断飞弧，产生短路故障发生的问题。起到了后备保护的目的，提高了产品的可靠性和使 用寿命。在可控硅控制原理和实践中，我们还认识到，采用其他单稳态电路，只要能对单片机系 统输出的可控硅控制信号无论是零有效还是高电平有效，都能进行导通区间限制，就能达到 使可控硅每次导通的时间最长控制在导通限制区间内的目的。图4所示的单稳态电路，可以完全替代图1中由电容C1、电阻R、 二极管D、施密特 电路G1、 G2构成的单稳态电路。该图中，单稳态电路由电容C1、电阻R、施密特电路G构 成，其中单片机系统(A)先接到施密特电路G1和G2的输入端，施密特电路G1的输出端
接电阻R后分别接施密特电路G2和电容Cl，施密特电路G2接到施密特电路G3后与可控 硅功率触发电路的输入端(C)。图5所示的单稳态电路，同样也可以完全替代图1中的单稳态电路，该图中，单稳态电 路由电容C1、电阻R、施密特电路G构成，其中单片机系统(A)先接电容C1后分别接电阻 Rl和施密特电路Gl，施密特电路Gl接电容C2后分别接电阻R2和施密特电路G2后与可控硅 功率触发电路的输入端(C)， R1和R2另一端接地。但此时单片机系统的可控硅控制输出端1 是零电平有效。图6所示的单稳态电路，同样也可以完全替代图1中的单稳态电路，该图中，单稳态电 路由电容C1、电阻R、集成单稳芯片或者全数字单稳态电路Gm构成，其中单片机系统(A) 接电阻R和集成单稳芯片或者全数字单稳态电路Gm的输入端，Gm的输出端接可控硅功率触 发电路的输入端(C)和电容C，电容C另一端接地。该单稳态电路还可以采用VHDL语言设 计的全数字单稳态电路，解决了传统单稳态电路的上述问题，对其进行功能仿真和时序仿真 结果表明，达到了预期的设计效果。
权利要求
1、一种具有保护装置的可控硅复合开关，包括可控硅、继电器，其特征在于在单片机系统的可控硅触发信号输出电路与可控硅的功率触发电路之间串联接入单稳态电路。
2、 根据权利要求1所述的具有保护装置的可控硅复合开关，其特征在于单稳态电路为 555定时器、集成单稳芯片或者全数字单稳态电路。
3、 根据权利要求1和2所述的复合开关后备保护装置，其特征在于所说的具有保护装 置的可控硅复合开关的电路包括可控硅、继电器，它是在单片机系统与可控硅触发电路之间 串接接入单稳态电路，可控硅触发电路之后接可控硅元件，可控硅元件接电力电容器，可控 硅元件两端并接继电器接点，继电器一端也与单片机系统连接。
4、 根据权利要求1和2所述的复合开关后备保护装置，其特征在于所述的单稳态电路由电容、电阻R、施密特电路构成，其中单片机系统先接到施密特电路的输入端，施密特电路的输出端接电阻后分别接施密特电路和电容，施密特电路接可控硅功率触发电路的输入端。
5、 根据权利要求1和2所述的复合开关后备保护装置，其特征在于所述的单稳态电路由电容、电阻、施密特电路构成，其中单片机系统先接电容后分别接电阻和施密特电路，施 密特电路接电容后分别接电阻和施密特电路后与可控硅功率触发电路的输入端，电阻一端接 地。
6、 根据权利要求1和2所述的复合开关后备保护装置，其特征在于所述的单稳态电路以可以由二极管、电容、电阻、串联的施密特电路和与门电路构成。其中二极管的阴极和电 容的一端与单片机系统可控硅控制输出端相连接，二极管的阳极与电容的另一端与电阻的一端以及施密特电路的输入端相连接，电阻的另一端接共公地；施密特电路串联后与门电路的 输入端相连，再接可控硅功率驱动电路的输入端，可控硅功率驱动电路的输出端接可控硅控 制极控制回路。可控硅的主电路一端接电源，另一端接电力电容器，电力电容器的另一端接 零线。
7、 根据权利要求1和2所述的复合开关后备保护装置，其特征在于所述的单稳态电路 也可以由电容、电阻、集成单稳芯片或者全数字单稳态电路构成，其中单片机系统接电阻和 集成单稳芯片或者全数字单稳态电路的输入端，集成单稳芯片或者全数字单稳态电路输出端 接可控硅功率触发电路的输入端和电容，电容另一端接地。
全文摘要
本发明公开了一种具有保护装置的可控硅复合开关，它是在单片机系统的可控硅触发信号输出电路与可控硅的复合开关中的功率触发电路之间串联接入单稳态电路，应用该保护装置，即使单片机输出失控，也不会发生触发电路超长时间导通的情形，因而可避免因触发电路超长时间导通而可能导致的短路故障的发生，从而有效地保护可控硅及其负载，尤其是电容性负载和电网的安全，使得复合开关的可靠性进一步提高，损坏率大大降低，提高了工作效率和经济效益。
文档编号H03K17/51GK101127443SQ200710049550
公开日2008年2月20日 申请日期2007年7月11日 优先权日2007年7月11日
发明者涛 海, 骆武宁 申请人:南宁微控技术有限公司