專利名稱：低控制功耗集成移相調控晶閘管模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及晶閘管及其觸發電路，具體地說，涉及一種將低控制功耗的無變壓器式的移相觸發電路與晶閘管主電路結合而成的集成移相調控晶閘管模塊。
移相調控晶閘管變流系統在電力、冶金、機械、化工、交通等領域得到了廣泛應用。這種變流系統對專業人員來說不算復雜系統，但對于一般用戶來說，要建立一套這樣的變流系統并不容易。要使更多的人能方便地使用這種變流系統，將該系統模塊化是一種解決方案。移相調控晶閘管變流系統主要由兩部分組成，一部分為晶閘管主電路部分，可按不同需要將晶閘管連接成不同的拓撲結構；另一部分為移相觸發電路部分，即改變移相角對主電路晶閘管進行觸發，從而控制主電路負載的電壓和電流，達到變流的目的。觸發電路又包括同步信號獲取、移相控制、觸發脈沖隔離驅動等電路單元。其中，移相控制電路已發展得較為成熟，并已集成化。如通用移相控制電路TC787(參考文獻董業莊，相位控制電路TC787、TC788的研制及應用，電力電子技術，1994.3)，一個芯片即可完成全部移相控制功能，全控/半控可選，而且無相數要求(適用于三相、二相和單相電路，三相電路可缺相工作)。但是，同步信號獲取電路和觸發脈沖隔離驅動電路一直沿用變壓器隔離方式，變壓器體積較大，是模塊化的一個障礙；傳統驅動電路功耗較大，對模塊化也不利；另外，通用移相控制電路應用在三相電路時有相序要求，沒有相序自適應能力。經專利文獻檢索發現，公告號為CN1156345A的發明專利也涉及移相調控晶閘管模塊，其觸發電路仍采用變壓器式同步信號采樣電路及變壓器隔離式晶閘管驅動電路；雖然變壓器已微型化，但微型變壓器的制作工藝較復雜、成本較高；并且其觸發電路耗電功率達9.6W以上(12V/0.8A，出自淄博市臨淄銀河高技術開發有限公司產品說明書，該產品正是采用CN1156345A技術制造)，這對模塊化不利。
為了克服上述觸發電路的缺點，本實用新型的目的是將一種新型的、小型化、無變壓器式的晶閘管移相觸發電路與晶閘管主電路結合，提供一種低控制功耗的集成移相調控晶閘管模塊。這種模塊的移相觸發電路改變了現有技術中的變壓器式同步信號獲取電路和脈沖變壓器耦合式晶閘管驅動電路，從而不僅解決了同步信號隔離獲取電路和晶閘管隔離驅動電路小型化的問題，還解決了模塊的移相觸發電路功耗太大的問題，提高了移相調控晶閘管模塊的小型化程度和可靠性。另外，本實用新型還解決了三相移相控制電路相序自適應的問題。
解決本實用新型任務的技術方案是集成移相調控晶閘管模塊含有一個晶閘管移相調控主電路，一個晶閘管移相觸發電路和模塊外殼。其中的晶閘管主電路的拓撲結構可以是全控、半控的三相、二相、單相交流調壓電路或整流電路，并且有一組用于輸入工頻電壓的交流輸入端子和一組用于晶閘管主電路移相調控輸出的交流或直流輸出端子；其中的晶閘管移相觸發電路包括一組用于輸入控制電源和移相控制電平的控制端子，一組能從功率輸入端子上取得同步信號的同步信號獲取電路，一個用于根據同步信號相位和移相控制電平高低輸出多路晶閘管移相觸發脈沖的通用移相控制電路和一組晶閘管觸發脈沖隔離驅動電路。按照本實用新型，所述的同步信號獲取電路不用現有技術的同步變壓器，而用光耦耦合隔離提取，所述的晶閘管觸發脈沖隔離驅動電路不用現有技術的脈沖變壓器，而用光耦耦合隔離驅動。如附
圖1所示，本實用新型的光耦隔離耦合式同步信號獲取電路含有兩個用于移相觸發電路與晶閘管主電路之間電氣隔離并分別提取工頻電壓的兩個過零時刻(正→負，負→正)的光耦O1、O2，兩個用于過零時刻信號整形的比較器IC1、IC2和一個用于將兩個整形后的過零信號組合成一個對稱的同步信號的觸發器IC3；所述光耦的原邊串有高阻值的限流電阻R1(幾百千歐姆～幾兆歐姆)；所述兩個比較器的輸出端與同相輸入端之間分別并有一個用于提高同步信號獲取電路抗干擾能力的電容C1、C2。如附圖2所示，本實用新型的晶閘管觸發脈沖隔離驅動電路含有一個用于移相觸發電路與晶閘管主電路之間電氣隔離并耦合觸發脈沖的光耦O8(光控雙向晶閘管輸出型)，光耦O8上的光控雙向晶閘管、一個限流電阻R13和一個二極管D2的串聯支路與主電路晶閘管SCR1的陽極A和門極G并聯；當光耦O8被觸發導通時，該串聯支路起到為主回路晶閘管SCR1的門極G提供驅動電流通路的作用；主電路晶閘管SCR1的門極驅動電流由它未導通前的正向電壓提供，當它導通后，門極驅動電流隨即降到很低，因此整個驅動電路的功耗很低；支路中的二極管D2起到使光耦O8上的雙向晶閘管只能單向導通的作用，防止因光耦O8被誤觸發而導致該支路在對應的主電路的晶閘管SCR1承受反向電壓時導通。三相移相控制電路相序自適應的功能是這樣實現的三相全控電路的三路同步信號采樣端接成△形，三相半控電路的三路同步信號采樣端接成Y形。
與現有技術的移相調控晶閘管模塊相比，本實用新型由于沒有了同步變壓器和脈沖變壓器，因此集成化程度更高，更小型化，制造工藝更簡單成本更低；由于本實用新型的晶閘管觸發脈沖隔離驅動電路功耗很低，因此模塊所需控制電源的功率很低(典型值12V/16mA,0.19W)，只相當于現有技術產品的1/50，這也提高了模塊的可靠性；三相移相控制電路相序自適應功能使模塊使用更方便。
本實用新型隨后將通過其具體實施例和附圖加以說明。
圖1是作為本實用新型特征的光耦隔離耦合式同步信號獲取電路；圖2是作為本實用新型特征的晶閘管觸發脈沖隔離驅動電路；圖3是本實用新型的移相調控三相全控橋式整流晶閘管模塊電路；圖4是本實用新型的移相調控三相半控橋式整流晶閘管模塊電路；圖5是本實用新型的移相調控單相全控橋式整流晶閘管模塊電路；圖6是本實用新型的移相調控單相半控橋式整流晶閘管模塊電路；圖7是本實用新型的移相調控單相半波可控整流晶閘管模塊電路；圖8是本實用新型的移相調控三相全控交流調壓晶閘管模塊電路；圖9是本實用新型的移相調控二相零式全控交流調壓晶閘管模塊電路；圖10是本實用新型的移相調控單相全控交流調壓晶閘管模塊電路；參見圖3，這是本實用新型的一個典型實施例。圖3中的虛框1是三相同步信號隔離獲取電路，含有三路原邊按△形接法連接的光耦隔離耦合式同步信號獲取電路。主電路的工頻輸入電壓經過電阻R3、R6、R9限流后輸入到光耦O2～O7的原邊，光耦副邊得到分別包含工頻電壓一個過零點時刻的六個信號波形，該波形經比較器整形后送到觸發器IC4、IC7、IC10，觸發器將過零點組合后得到三路同步信號。三相同步信號進入虛框2所示的通用移相控制電路(以TC787A為例，TC787A的6腳接VCC，控制方式為全控)，移相控制電路輸出六路移相觸發脈沖。六路移相觸發脈沖接到虛框3的觸發脈沖隔離驅動電路，進而觸發虛框4的接成三相全控橋式整流電路的主電路晶閘管，完成對三相交流輸入電壓的移相調控三相全控橋式整流，主電路輸出直流電壓。電路圖中驅動電路端A？、K？、G？分別與SCR？的A、K、G極相連，模塊觸發電路采用+12V穩壓電源供電，輸入移相控制電平VCON的范圍為0～10V，觸發脈沖封鎖端/EN輸入高電平時禁止脈沖輸出，輸出電流200A的模塊的外殼典型尺寸為104*74*25mm3，并有進一步小型化的余地。
參見圖8，這是本實用新型的另一個典型實施例。它與圖3的主要區別是主電路晶閘管接成三相交流調壓電路，主電路輸出交流電壓。
圖4～圖7是主電路接成整流電路的其他實施例，它們與圖3的區別在于根據主電路晶閘管拓撲結構(包括相數、全控/半控)的不同，其同步信號獲取電路的路數不同、觸發脈沖隔離驅動電路的路數不同、通用移相控制電路的全控/半控選擇端接的電位也不同。其中圖4是三相半控電路，它的三路同步信號采樣端接成Y形，以實現輸入交流相序自適應。
圖9、圖10是主電路接成交流調壓電路的其他實施例，它們與圖8的區別在于根據主電路晶閘管拓撲結構(主要是相數)的不同，其同步信號獲取電路的路數不同、觸發脈沖隔離驅動電路的路數也不同。
權利要求1．一種低控制功耗集成移相調控晶閘管模塊，含有一個晶閘管主電路(4、5、6)，一個晶閘管移相觸發電路(1、2、3、7)和模塊外殼；其中的晶閘管主電路的拓撲結構可以是全控、半控的三相、二相、單相交流調壓電路或整流電路，并且有一組用于輸入工頻電壓的交流輸入端子(5)和一組用于晶閘管主電路移相調控輸出的交流或直流輸出端子(6)；其中的晶閘管移相觸發電路包括一組用于輸入控制電源和移相控制電平的控制端子(7)，一組能從功率輸入端子(5)上取得同步信號的同步信號獲取電路(1)，一個用于根據同步信號相位和移相控制電平高低輸出多路晶閘管移相觸發脈沖的通用移相控制電路(2)和一組晶閘管觸發脈沖隔離驅動電路(3)；其特征是，所述的每路同步信號獲取電路包括兩個光耦，其原邊通過一電阻與交流輸入端子相連，其副邊分別與一電阻和一穩壓電源組成回路，電阻上的采樣信號分別接整形比較器，兩個比較器輸出端接一RS觸發器，觸發器輸出同步信號；所說的比較器的輸出端與同相輸入端之間并有一個用于提高同步信號獲取電路抗干擾能力的電容。
2．根據權利要求1的低控制功耗集成移相調控晶閘管模塊，其特征是，所述的每路晶閘管觸發脈沖隔離驅動電路含有一個光控雙向晶閘管輸出型的光耦，其原邊通過一電阻與移相控制電路的脈沖輸出端相連，其副邊的光控雙向晶閘管與一個限流電阻和一個二極管形成串聯支路，該支路與主電路晶閘管的陽極和門極并聯，起到為主回路晶閘管的門極提供驅動電流通路的作用；支路中的二極管起到使光耦上的雙向晶閘管只能單向導通的作用。
3．根據權利要求1的低控制功耗集成移相調控晶閘管模塊，其特征是，三相全控電路的三路同步信號采樣端接成△形，三相半控電路的三路同步信號采樣端接成Y形，其功能是實現三相交流輸入相序自適應。
專利摘要一種低控制功耗集成移相調控晶閘管模塊,包括一組同步信號獲取電路,一個通用移相控制電路,一組晶閘管驅動電路和一個晶閘管主電路。其特征在于,所述同步信號獲取電路不用變壓器,而用光耦隔離;所述晶閘管驅動電路是一種低功耗光耦隔離式電路;根據主電路是全控或半控,采用不同的同步信號采樣端接法,實現三相交流輸入的相序自適應。該模塊的特點是內部無變壓器,體積小,所需控制電源功率低(0.19W),無相序、相數限制。
文檔編號H01L29/74GK2341278SQ98248820
公開日1999年9月29日 申請日期1998年11月26日 優先權日1998年11月26日
發明者周偉松, 王培清 申請人:清華大學電力電子廠