一種低壓斷路器固態分合閘驅動電路及其自適應驅動方法與流程

本發明涉及電力保護控制領域，尤其涉及一種智能型永磁式塑殼斷路器操作機構的控制器。

背景技術：

傳統斷路器分合閘控制驅動是采用繼電器觸發方式，在分合閘控制電力系統通斷時容易產生較大的浪涌電流和感應過電壓，造成開關設備的使用壽命和可靠性大大降低，實時性得不到保證且有拉弧的現象發生。因此，為了克服傳統方案的弊端，提升傳統配電系統及分布式電力系統的供電可靠性和穩定性，研究斷路器分合閘控制的驅動電路具有重要意義。

目前電力系統中使用的斷路器分合閘控制驅動電路低壓側是感性的，一旦在主電路側發生故障非常容易波及驅動電路，造成更大危害。因此，驅動電路的安全性和穩定性需要進一步提升。

利用IGBT等固態開關驅動的分合閘線圈的電路，其難點在于無法控制電磁力的大小，保證分合閘機械機構的動作壽命。

技術實現要素：

本發明旨在克服上述技術存在的安全性、可靠性等弊端，提出一種低壓斷路器固態分合閘驅動電路及其自適應驅動方法，具體技術方案如下：

本發明采用全橋式驅動電路進行驅動，并設置有邏輯控制芯片實現對所述全橋式驅動電路提供線圈驅動邏輯，邏輯控制芯片還具有對供電單元提供驅動邏輯信號的功能。

包括DSC芯片、供電單元、驅動單元、全橋式驅動電路；

所述供電單元與驅動單元的高壓側連接，為其提供工作電壓，驅動單元與全橋式驅動電路中的開關器件連接，DSC芯片分別與驅動單元和供電單元的低壓側連接；

所述DSC芯片為驅動單元提供線圈驅動邏輯，同時為供電單元提供驅動邏輯信號；

所述全橋式驅動電路中開關S1和S2互補，S3和S4互補，S1和S4驅動邏輯帶有移相角?，移相角可調；其中S1、S4同時開通時，直流側電壓正向加在線圈兩端，實現分閘動作；當S2、S3同時開通時，直流側電壓反向加在分合閘線圈兩端，實現合閘動作。

所述全橋式線圈驅動主電路的開關器件為IGBT。

控制IGBT的通斷采用全隔離式驅動，其由RC濾波器、驅動芯片HCPL-3120、去耦電容依次相連組成，通過HCPL-3120內部的光電耦合電路將輸入脈沖信號變成懸浮的高電平+16V、低電平-8V的脈沖信號控制IGBT的通斷。

所述供電單元采用單個震蕩源驅動的小功率輔助電源。

所述小功率輔助電源：由PWM驅動信號、MIC4422YM芯片、高頻變壓器、隔直電容、半橋整流器依次相連組成。DSC發出一個占空比為50%的高頻PWM信號，此信號驅動由MIC4422YM芯片實現的半橋逆變器；將外部輸入的12V直流電壓經過隔直電容變換為6V交流方波電壓，通過變比為1：2的高頻變壓器變成12V的交流方波電壓，經過半橋整流器后最終獲得直流24V為高壓側驅動電路的供電電壓。

移相角?通過檢測出不同線路電流下所需的線圈電流最小峰值，然后通過查表法得出。

一種斷路器用固態分合閘控制的驅動電路的控制方法，通過全橋式線圈驅動主電路進行分合閘控制，具體說明如下：

驅動電路中開關S1和S2互補，S3和S4互補，S1和S4驅動邏輯帶有移相角?，分合閘線圈K連接到全橋電路的橋臂中點；當S1、S4同時開通時，直流側電壓正向加在線圈兩端，實現分閘動作；當S2、S3同時開通時，直流側電壓反向加在分合閘線圈兩端，實現合閘動作，當S1、S3同時導通時，驅動線圈被短路，線圈電流緩慢下降；當S2、S4同時導通時，驅動線圈被短路，線圈電流緩慢下降；

通過根據當前電流有效值及峰值決定移相角?的大小，為線圈提供不同的線圈分合驅動能量。

線圈分合驅動能量由以下方式進行確定：

1）首先確定斷路器是否合閘，如果不處于合閘狀態，進行下一步驟：

2）測量當前電流有效值及峰值，并通過查表/插值法確定移相角?；

3）通過移相角?的確定計算出移相數字量，并據此設置延時變量，從而有效的控制合閘電磁力。

本發明的優點是：

1）本發明提供的斷路器分合閘控制裝置的驅動電路，采用了全橋式線圈驅動電路，能夠快速實現分合閘且無拉弧現象；

2）對于全橋線圈電路IGBT驅動選擇了全隔離式驅動芯片，提升了驅動電路的安全性；利用單個振蕩器驅動的小功率輔助電源作為驅動電路的供電單元，大大節約了資源；

3）通過控制算法根據當前電流有效值及峰值決定移相角的大小，為線圈提供不同的線圈分合驅動能量，能夠有效減小由于線圈電流過大而造成的合閘機構的機械沖擊。

附圖說明

圖1為所述斷路器分合閘控制裝置的驅動電路圖。

圖2為所述全橋式線圈驅動主電路圖。

圖3為所述全隔離式驅動電路圖。

圖4為所述輔助電源電路圖。

圖5為分閘驅動邏輯圖。

圖6為合閘驅動邏輯圖。

圖7為DSC中斷流程圖。

圖8為控制邏輯查表。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的描述。

如圖1，本實施例提供的斷路器分合閘控制的驅動電路，包括DSC芯片、供電單元、驅動單元、全橋式線圈驅動主電路，供電單元與驅動單元連接，給其提供工作電壓，驅動單元與全橋式線圈驅動主電路中的IGBT連接，DSC芯片分別與驅動單元和供電單元連接。

上述方案中全橋式線圈驅動主電路如圖2所示，由S1、S2、S3、S4四個IGBT和分合閘線圈Lm組成。當S1、S4開通，直流側電壓正向加在線圈兩端，實現分閘動作；當S2、S3開通，直流側電壓反向加在分合閘線圈兩端，實現合閘動作。

如圖3為所述全隔離式驅動電路圖，利用RC濾波器、驅動芯片HCPL-3120、去耦電容組成全隔離式驅動電路。控制器DSC發出高電平為3.3V低電平為0V的脈沖信號不足以讓IGBT開通關斷，通過全隔離式驅動電路將脈沖信號變成高電平為+16V，低電平為-8V的脈沖信號控制IGBT的通斷。

如圖4所示的輔助電源電路，由震蕩源、MIC4422YM驅動芯片、高頻變壓器、隔直電容組成，給驅動電路提供供電電壓。控制器DSC發出一個頻率為184KHz占空比為50%的PWM信號作為震蕩源，通過外部12V直流供電的MIC4422YM驅動芯片，將震蕩源高電平提升到+12V，再通過隔直電容，得到電平為6V交流方波電壓，通過變比為1：2的高頻變壓器變成12V的交流方波電壓，最終得到直流24V供電電壓。

如圖5、6所示的分合閘驅動邏輯圖，在分合閘過程中，通過芯片的邏輯控制S1、S2、S3、S4四個開關器件在不同時段的不同電平狀態，實現分合閘，并且通過圖7的流程確定開關器件S1、S4移相角?，并因此設置延時變量，從而避免因電流過大而造成的合閘機構的沖擊。