专利名称:一种基于igbt的控制棒控制系统驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及核反应堆控制领域，尤其涉及一种基于绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)的控制棒控制系统驱动电路。
背景技术：
在现有的一种压水堆核电站中，反应堆的功率的快速调节主要是靠控制棒控制系统来实现的。控制棒控制系统包括了若干个电源柜和一个控制逻辑柜。每个电源柜包括了若干个可以驱动驱动机构线圈的电源机箱。一般情况下，判断电源柜性能的好坏，主要判断其输出给驱动机构线圈电流波形参数。这些参数主要包括:电流上升和下降的速率、电流的纹波和电源功率因数等。
而现有的压水堆核电站控制棒的控制系统中，都是使用传统的可控硅作为可控整流元件。可控硅是半控元件，在其用作整流电路的元件时，是采用三相半波可控整流技术，需要移相电路来控制每相电的导通角以调节电流的大小，控制方式较烦琐。且这种技术存在输出电流纹波大，以及设备体积大的缺点。并且，其没办法快速释放驱动机构线圈自感应电动势，导致输出电流波形的上升和下降时间速率均较慢。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于IGBT的控制棒控制系统驱动电路，以期简化电流控制电路、减小输出电流纹波和提高输出电流的上升和下降速率。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于IGBT的控制棒控制系统驱动电路，包括:
三相半波整流电路；
第一 IGBT，其集电极与所述三相半波整流电路的正极输出端相连；
第二 IGBT，其发射极接三相半波整流电路地；
驱动机构线圈，其正极与所述第一 IGBT的发射极相连，其负极与第二 IGBT的集电极相连；
所述第一 IGBT的栅极和第二 IGBT的栅极均与脉冲发生装置相连。
优选地,进一步包括能量释放电路,所述能量释放电路包括:
滤波电容C3，其正极与所述三相半波整流电路的正极输出端相连，其负极与所述第二 IGBT的发射极相连；
第一二极管VD1，其正极与所述驱动机构线圈的负极相连，其负极与所述滤波电容C3的正极相连；
第二二极管VD2，其负极与所述驱动机构线圈的正极相连，其正极与所述滤波电容C3的负极相连。
优选地，进一步包括:
第一保护电路，包括相互串联的第一电阻Rl和第一电容Cl，所述第一保护电路串接在所述第一 IGBT的集电极和发射极之间；
第二保护电路，包括相互串联的第二电阻R2和第二电容C2，所述第二保护电路串接在所述第二 IGBT的集电极和发射极之间。
优选地,进一步包括:
串接在所述第一 IGBT的栅极与发射极之间的用于防止所述第一 IGBT栅极悬空易受干扰而产生误动作的第三电阻R3 ；
串接在所述第二 IGBT的栅极与发射极之间的用于防止所述第二 IGBT栅极悬空易受干扰而产生误动作的第四电阻R4。
优选地，所述第一 IGBT为斩波管；所述第二 IGBT为逆变管。
优选地，与所述第一 IGBT的栅极和第二 IGBT的栅极相连的各脉冲发生装置为脉宽调制PWM电路。
实施本发明实施例，具有如下有益效果:
由于IGBT是全控元件，用其作为驱动元件可以简化电流调节控制线路，并提高了线路的可靠性，且减少了控制棒控制系统设备的整体体积。
由于采用了独特的能量释放电路，可以让驱动机构线圈的自感应电动势通过该能量释放电路快速释放，提高了电流的上升和下降速率，从而使驱动机构动作更加迅速。
采用脉宽调制PWM方式来调节所述驱动机构线圈上的输出电流，可使电流纹波更小。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中一种基于IGBT的控制棒控制系统驱动电路的结构示意图；
图2是本发明实施例中驱动机构线圈的电流波形，与IGBT的输出波形示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明是一种采用大功率绝缘栅双极型晶体管IGBT作为驱动器件的驱动电路。IGBT是一种近年来快速发展的可关断器件。比起传统的可控硅等器件，具有开关速度快，控制方式简单，结电压低等特点，因而在电力电子领域有广泛应用。采用脉宽调制技术即可实现对输出电流大小的控制。
请参见图1所示，是本发明的实施例的一种基于IGBT的控制棒控制系统驱动电路的结构示意图；具体地，包括:[0033]一个三相半波整流电路，将三相交流电源整流成直流电源，该三相半波整流电流通过三个分别与三相交流电源各相连接的二极管来实现，在此不进行赘述；
第一 IGBT，其集电极c与该三相半波整流电路的正极输出端相连，即图中示出的斩波管VTI ；
第二 IGBT，其发射极e接三相半波整流电路地，即图中示出的VT2 ;
驱动机构线圈1，其正极与该第一 IGBT的发射极e相连，其负极与该第二 IGBT的集电极c相连；
该第一 IGBT的栅极g和该第二 IGBT的栅极g均与一脉冲发生装置(图中未示出)相连，接收来自脉冲发生装置的脉冲波，可以理解的是，该脉冲发生装置可以是各种常用的脉冲发生装置，例如脉宽调制(Pulse-width modulation,PWM)电路。通过图中的Gl和SI接口向第一 IGBT输入脉冲波，或者通过图中的G2和S2接口向第二 IGBT输入脉冲波。
进一步地,该驱动电路还包括一个能量释放电路，该能量释放电路包括:
滤波电容C3，其正极与三相半波整流电路的正极输出端相连，其负极与第二 IGBT的发射极相连；
第一二极管VD1，其正极与驱动机构线圈的负极相连，其负极与滤波电容C3的正极相连；
第二二极管VD2，其负极与驱动机构线圈的正极相连，其正极与滤波电容C3的负极相连。
该第一二极管VDl和第二二极管VD2均为快恢复二极管。
进一步地,该驱动电路还包括:
第一保护电路，包括相互串联的第一电阻Rl和第一电容Cl，该第一保护电路串接在第一 IGBT的集电极和发射极之间，用于避免第一 IGBT的集电极和发射极之间的电压由于某种原因而快速升高；
第二保护电路，包括相互串联的第二电阻R2和第二电容C2，该第二保护电路串接在第二 IGBT的集电极和发射极之间，用于避免第二 IGBT的集电极和发射极之间的电压由于某种原因而快速升高。
另外，在第一 IGBT的栅极与发射极之间串接一个第三电阻R3，用于防止第一 IGBT的栅极悬空而可能产生的误动作；同理，在第二 IGBT的栅极与发射极之间串接一个第四电阻R4，用于防止第二 IGBT的栅极悬空而可能产生的误动作。
由于驱动机构线圈相当于一个电感量很大的大电感。因此，可以通过脉宽调制技术来调节通过该驱动机构线圈的电流的大小。众所周知，当切断电感电流时，电感将产生一个与原电动势相反的感应电动势，从而产生一个与原电流方向相同的感应电流。即原电流被切断后，电感中的电流不会立刻下降为零，而是会沿原来的方向持续一段时间。根据这个原理，我们可以让驱动机构线圈不间断地通过一系列等宽的脉冲电流，由于上述电感的滤波作用，电感中的电流会不间断的连续流过。只要控制驱动机构线圈通电时间的占空比(一个脉冲周期内通电时间和不通电时间的比)，就可以调节线圈中电流的大小。
根据上述原理，第一 IGBT(即图中的VTl)作为斩波管，就是用来负责给驱动机构线圈通电或是切断其电流的开关元件。只要控制其导通和关断的占空比，就可以调节驱动机构线圈电流大小。当然，由图1可以看出，当线圈需要给定一定的电流时，第二 IGBT(即图中的VT2)也必须导通才能使线圈有电流通过。
如图2所示，新型实施例中驱动机构线圈的电流波形，与IGBT的输出波形示意图。下述将结合图2，来进一步介绍本发明中驱动电路的工作原理。
如图2(a)所示，其为驱动机构线圈预期所需要的电流波形。在tl到t2时间内，驱动机构线圈的电流为Il ;在t2到t3时间内，驱动机构线圈的线圈电流为12。为了使线圈电流在tl到t2时间内达到较大的电流II，则调节作为斩波管的第一 IGBT开通与关断的占空比，使其达到额定电流值II，此时占空比较大；为了使驱动机构线圈的电流在t2到t3时间内达到较小的电流，则调节第一 IGBT开通与关断的占空比，使其达到额定电流值II，此时占空比必定较小，如图(b)所示。而作为逆变管的第二 IGBT(即图中的VT2)，不管在tl到t2时间还是在t2到t3时间内，都必须全部导通,驱动机构线圈才会有电流流过。故第二 IGBT并不是可有可无的。由上所述，通过一定的方式给第一 IGBT和第二 IGBT栅级施加特定占空比的脉冲信号(通过与其连接的脉冲发生装置获得)，就能得到特定波形和大小的输出电流。
下述对能量释放电路的工作原理进行说明。如前所述，如果驱动机构线圈的自感电动势不能很快的释放，将导致输出电流的上升和下降时间速率过慢，不能适应驱动机构动作的要求。本发明就采用能量释放电路来快速地释放驱动机构线圈的自感电动势。请结合图1与图2所示，在tl时刻需要电流以最大的速率由零增加到II，只需要把斩波管VTl和逆变管VT2两个IGBT管以最大的占空比打开，这样电流就可以以最大的速率爬升到II。之后，以一定的占空比将电流维持在Il即可。而在t3时刻，需要将电流以最大的速率减小到零。这就必须把驱动机构线圈自感电动势以最快的速度释放掉。驱动线圈的自感电动势能量通过VDl和VD2释放到电容C3上。在tl到t3时间内，电流从动力电源正极经斩波管VTl后，从驱动机构线圈正极流入，而后从其负极流出，再经逆变管VT2后流回到电源负极。在t3时刻，需要使驱动机构线圈电流从12以最快的速度下降到零，此时VTl和VT2同时关闭，驱动机构线圈所产生的自感电动势将阻止线圈电流下降，即驱动机构线圈负极产生的自感电动势为正，线圈正极产生的自感电动势为负。此时，由于VTl和VT2都同时关闭了，产生的自感电动势将通过VDl流入到电容C3的正极上，再从电容C3的负极经VD2流回到驱动机构线圈的正极。这样，就快速地将驱动机构线圈的自感电动势能量释放到电容C3中去了。通过这种方式能很快地把驱动机构的自感电动势能量释放掉。
另外，由于驱动机构自感电动势往往能达到供电电源的数倍甚至上十倍，又或者电网中的尖峰脉冲往往超过了 IGBT管所能承受的耐压，这样会对IGBT产生损伤甚至损坏。因此本发明中第一保护电路与第二保护电路即可用来对IGBT加以保护。图1中，第一保护电路中由Rl和Cl串联后接在第一 IGBT的集电极和发射极之间。由于电容两端的电压不能突变，因此限制了第一 IGBT集电极和发射极之间的电压过快上升，从而保护了第一 IGBT。第二保护电路所起的作用相同。
综上，实施本发明实施例，具有如下有益效果:
由于IGBT是全控元件，用其作为驱动元件可以简化电流调节控制线路，并提高了线路的可靠性，且减少了控制棒控制系统设备的整体体积，使相同的电气厂房可容纳更多的机柜以适应更大反应堆堆型要求。。
由于采用了独特的能量释放电路，可以让驱动机构线圈的自感应电动势通过该能量释放电路快速释放，提高了电流的上升和下降速率，从而使驱动机构动作更加迅速。
采用脉宽调制PWM方式来调节所述驱动机构线圈上的输出电流，可使电流纹波更小。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求
所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.一种基于IGBT的控制棒控制系统驱动电路，其特征在于，包括: 三相半波整流电路； 第一 IGBT，其集电极与所述三相半波整流电路的正极输出端相连； 第二 IGBT，其发射极接三相半波整流电路地； 驱动机构线圈，其正极与所述第一 IGBT的发射极相连，其负极与第二 IGBT的集电极相连； 所述第一 IGBT的栅极和第二 IGBT的栅极均与脉冲发生装置相连； 进一步包括能量释放电路，所述能量释放电路包括: 滤波电容C3，其正极与所述三相半波整流电路的正极输出端相连，其负极与所述第二IGBT的发射极相连； 第一二极管VD1，其正极与所述驱动机构线圈的负极相连，其负极与所述滤波电容C3的正极相连； 第二二极管VD2，其负极与所述驱动机构线圈的正极相连，其正极与所述滤波电容C3的负极相连。
2.按权利要求
1所述的驱动电路，其特征在于，进一步包括: 第一保护电路，包括相互串联的第一电阻Rl和第一电容Cl，所述第一保护电路串接在所述第一 IGBT的集电极和发射极之间； 第二保护电路，包括相互串联的第二电阻R2和第二电容C2，所述第二保护电路串接在所述第二 IGBT的集电极和发射极之间。
3.按权利要求
2所述的驱动电路，其特征在于，进一步包括: 串接在所述第一 IGBT的栅极与发射极之间的用于防止所述第一 IGBT栅极悬空易受干扰而产生误动作的第三电阻R3 ； 串接在所述第二 IGBT的栅极与发射极之间的用于防止所述第二 IGBT栅极悬空易受干扰而产生误动作的第四电阻R4。
4.按权利要求
3所述的驱动电路，其特征在于，所述第一IGBT为斩波管；所述第二IGBT为逆变管。
5.按权利要求
4所述的驱动电路，其特征在于，与所述第一IGBT的栅极和第二 IGBT的栅极相连的各脉冲发生装置为脉宽调制PWM电路。
专利摘要
本发明实施例公开了一种基于IGBT的控制棒控制系统驱动电路，包括三相半波整流电路；第一IGBT(斩波管)，其集电极与所述三相半波整流电路的正极输出端相连；第二IGBT(逆变管)，其发射极接三相半波整流电路地；驱动机构线圈，其正极与所述第一IGBT的发射极相连，其负极与第二IGBT的集电极相连；所述第一IGBT的栅极和第二IGBT的栅极均与脉冲发生装置相连。采用本发明实施例，可简化电流调节控制线路，并提高了线路的可靠性，提高电流的上升和下降速率，并可使电流纹波更小。
文档编号G21C7/12GKCN102103894SQ201010502034
公开日2013年5月8日 申请日期2010年9月30日
发明者乔凤, 李腾龙, 许育周, 王春生, 李涛, 王利, 周琦 申请人:中科华核电技术研究院有限公司, 中国广东核电集团有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (3),