一種雙向過壓檢測保護模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙向過壓檢測保護模塊，通過4個高壓快恢復二極管D3、D4、D5、D6構(gòu)成整流橋?qū)Ρ粰z測電壓信號極性進行歸并，歸并后的電壓信號依次通過限流電阻R6、BOD器件、取樣電阻R7、穩(wěn)壓二極管D7獲得過電壓信號，其中限流電阻R6、BOD器件和取樣電阻R7串聯(lián)，取樣電阻R7與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)，所獲得的過電壓信號通過單諧振蕩器展寬成寬脈沖信號。本發(fā)明使用4個高壓快恢復二極管構(gòu)成整流橋?qū)z測到的電壓信號進行極性歸并，可以實現(xiàn)雙向電壓檢測；使用單諧振蕩器展寬原始過電壓信號的脈沖寬度，并通過頻率調(diào)制電路對寬脈沖信號頻率調(diào)制，使該信號可以可靠觸發(fā)保護執(zhí)行器件，達到過壓保護目的。
【專利說明】
一種雙向過壓檢測保護模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力電子裝置應用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙向過壓檢測保護模塊。 【背景技術(shù)】
[0002]ITER(國際熱核聚變實驗堆)計劃是當今世界最大的國際科技合作計劃。極向場變流器電源系統(tǒng)是ITER重要的子系統(tǒng)之一，為等離子體的產(chǎn)生、約束、維持、加熱以及等離子體電流、位置、形狀、分布和破裂的控制，提供必要的工程基礎和控制手段。極向場變流器設備是超大功率晶閘管相控變流器，單機容量為60MW，整個系統(tǒng)裝機容量高達4600MW。在極向場變流器系統(tǒng)中有部分電源系統(tǒng)需要3套四象限變流器串聯(lián)運行，串聯(lián)運行過程中可能存在由于某一套變流器故障而導致其它變流器承受過電壓的情況。為防止過電壓損壞變流器設備，在變流器兩端并聯(lián)旁通單元，當過壓時觸發(fā)該旁通對變流器短路，實現(xiàn)過電壓保護， 這樣就需要一種具有雙向過壓自動檢測功能并在檢測到過壓時發(fā)出長脈沖信號可靠觸發(fā)旁通保護變流器的過壓檢測保護模塊。
[0003]實現(xiàn)快速過壓自動檢測通常采用B0D器件。B0D有一個動作電壓，當B0D兩端的電壓大于動作電壓時，B0D快速導通并配合外圍電路輸出一個脈沖信號作為過壓保護的觸發(fā)信號。在直流輸電、高壓閥等場合，均采用上述B0D過壓保護方案對串聯(lián)模塊進行過壓保護。該方案存在的缺點是輸出觸發(fā)脈沖寬度窄，只有數(shù)十微秒時間，不能用于多晶閘管并聯(lián)時的可靠觸發(fā);另一個缺點是只能檢測單方向過電壓。在ITER極向場變流器系統(tǒng)中，旁通為并聯(lián)在變流器兩端的輔助設備，由多晶閘管并聯(lián)組成。由于存在各晶閘管并聯(lián)支路參數(shù)不一致及器件參數(shù)分散的特性，在觸發(fā)并聯(lián)的多晶閘管時，若脈沖寬度過窄則會導致部分并聯(lián)的晶閘管無法導通，從而使得少量導通的晶閘管元件因承受過載電流而損壞；ITER極向場變流器四象限運行時，在任一變流器兩端都可能存在正極性或負極性的電壓。因此，現(xiàn)有的過壓檢測保護方法不適用于ITER極向場變流器的串聯(lián)過壓檢測保護，寬觸發(fā)脈沖功能和雙向過壓檢測對ITER極向場變流器的串聯(lián)過壓檢測保護至關(guān)重要。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種雙向過壓檢測保護模塊。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種雙向過壓檢測保護模塊，通過4個高壓快恢復二極管03、04、05、06構(gòu)成整流橋?qū)Ρ粰z測電壓信號極性進行歸并，歸并后的電壓信號依次通過限流電阻R6、B0D器件、取樣電阻 R7、穩(wěn)壓二極管D7獲得過電壓信號，其中限流電阻R6、B0D器件和取樣電阻R7串聯(lián)，取樣電阻 R7與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)，所獲得的過電壓信號通過單諧振蕩器展寬成寬脈沖信號，再由后級頻率調(diào)制電路將該寬脈沖信號進行頻率調(diào)制，最后通過觸發(fā)脈沖輸出電路將該信號送入旁通晶閘管觸發(fā)單元，從而實現(xiàn)雙向過電壓自動檢測與保護。
[0006]所述的單諧振蕩器包括有CD4538BCM芯片U1、電容C1、電阻R1，CD4538BCM芯片U1的 AalN端為所述的過電壓信號的輸入端，QaOUT端為所述的寬脈沖信號輸出端，電阻R1的一端連接VCC5V，另一端分別連接電容Cl和⑶4538BCM芯片U1的T2A端，電容Cl與T1A端連接。
[0007]所述的頻率調(diào)制電路包括有NE555D芯片U2、電容C2、電容C3、二極管D1、二極管D2、 電阻R4和電阻R5,所述的NE55?芯片U2的THRES端和C0NT端分別與電容C2和電容C3連接，電容C2和電容C3的另一端接地，NE555D芯片U2的DISCH端和THRES端分別連接二極管D1的正極和負極，電阻R5和二極管D2串聯(lián)后再與二極管D1并聯(lián)，電阻R4的兩端分別與電阻R5和所述的CD4538BCM芯片U1的QaOUT端，NE55?芯片U2的OUT端連接觸發(fā)脈沖輸出電路。
[0008]所述的觸發(fā)脈沖輸出電路包括有電阻R2、電阻R3、光發(fā)送器U3和三極管Q1，所述的電阻R3的一端連接所述的NE55?芯片U2的OUT端，電阻R3的另一端連接三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極接地，三極管Q1的集電極連接光發(fā)送器U3的負極，電阻R2分別與5V電源和光發(fā)送器U3的正極連接。
[0009]所述的旁通晶閘管觸發(fā)單元是通過正向保護執(zhí)行器件和反向保護執(zhí)行器件并聯(lián)構(gòu)成的，所述的正向保護執(zhí)行器件是通過六個晶閘管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6并聯(lián)構(gòu)成的，所述的反向保護執(zhí)行器件是通過六個晶閘管SCR7、SCR8、SCR9、SCR10、SCR11、 SCR12并聯(lián)構(gòu)成的。[〇〇1〇]通過4個高壓快恢復二極管構(gòu)成整流橋?qū)z測到的電壓信號極性進行歸并，歸并后的電壓信號通過限流電阻、B0D器件、取樣電阻和穩(wěn)壓二極管獲得過電壓信號，再通過單諧振蕩器將過壓信號展寬成寬脈沖信號并由后級頻率調(diào)制電路將該寬脈沖信號進行頻率調(diào)制，最后通過光發(fā)送器將該信號送入旁通晶閘管觸發(fā)單元，從而實現(xiàn)雙向過電壓的自動檢測和保護。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明使用4個高壓快恢復二極管構(gòu)成整流橋?qū)z測到的電壓信號進行極性歸并，可以實現(xiàn)雙向電壓檢測;使用單諧振蕩器展寬原始過電壓信號的脈沖寬度，并通過頻率調(diào)制電路對寬脈沖信號頻率調(diào)制，使該信號可以可靠觸發(fā)保護執(zhí)行器件， 達到過壓保護目的?！靖綀D說明】
[0012]圖1旁通晶閘管觸發(fā)單元原理圖。
[0013]圖2本發(fā)明工作原理圖。[〇〇14]圖3單諧振蕩器原理圖。[〇〇15] 圖4頻率調(diào)制電路原理圖。[〇〇16]圖5觸發(fā)脈沖輸出原理圖。[〇〇17]圖6過電壓檢測保護測試波形圖?！揪唧w實施方式】[〇〇18]如圖2所示，一種雙向過壓檢測保護模塊，通過4個高壓快恢復二極管D3、D4、D5、D6 構(gòu)成整流橋?qū)Ρ粰z測電壓信號極性進行歸并，歸并后的電壓信號依次通過限流電阻R6、B0D 器件、取樣電阻R7、穩(wěn)壓二極管D7獲得過電壓信號，其中限流電阻R6、B0D器件和取樣電阻R7 串聯(lián)，取樣電阻R7與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)，所獲得的過電壓信號通過單諧振蕩器1展寬成寬脈沖信號，再由后級頻率調(diào)制電路2將該寬脈沖信號進行頻率調(diào)制，最后通過觸發(fā)脈沖輸出電路 3將該信號送入旁通晶閘管觸發(fā)單元，從而實現(xiàn)雙向過電壓自動檢測與保護。[〇〇19] 如圖3所示，所述的單諧振蕩器包括有CD4538BCM芯片U1、電容C1、電阻R1， ⑶4538BCM芯片U1的AalN端為所述的過電壓信號的輸入端，QaOUT端為所述的寬脈沖信號輸出端，電阻R1的一端連接VCC5V，另一端分別連接電容C1和CD4538BCM芯片U1的T2A端，電容 C1與T1A端連接。
[0020]如圖4所示，所述的頻率調(diào)制電路包括有NE555D芯片U2、電容C2、電容C3、二極管D1、二極管D2、電阻R4和電阻R5,所述的NE555D芯片U2的THRES端和⑶NT端分別與電容C2和電容C3連接，電容C2和電容C3的另一端接地，NE555D芯片U2的DISCH端和THRES端分別連接二極管D1的正極和負極，電阻R5和二極管D2串聯(lián)后再與二極管D1并聯(lián)，電阻R4的兩端分別與電阻R5和所述的CD4538BCM芯片U1的QaOUT端，NE555D芯片U2的OUT端連接觸發(fā)脈沖輸出電路。[〇〇21]如圖5所示，所述的觸發(fā)脈沖輸出電路包括有電阻R2、電阻R3、光發(fā)送器U3和三極管Q1，所述的電阻R3的一端連接所述的NE55?芯片U2的OUT端，電阻R3的另一端連接三極管 Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極接地，三極管Q1的集電極連接光發(fā)送器U3的負極，電阻R2分別與5V電源和光發(fā)送器U3的正極連接。
[0022]如圖1所示，所述的旁通晶閘管觸發(fā)單元是通過正向保護執(zhí)行器件和反向保護執(zhí)行器件并聯(lián)構(gòu)成的，所述的正向保護執(zhí)行器件是通過六個晶閘管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、 SCR5、SCR6并聯(lián)構(gòu)成的，所述的反向保護執(zhí)行器件是通過六個晶閘管SCR7、SCR8、SCR9、 SCR10、SCR11、SCR12 并聯(lián)構(gòu)成的。
[0023]具體應用方式如圖1所示，雙向過壓檢測保護模塊由旁通A、B點連接輸入檢測到的電壓信號，雙向過壓檢測保護模塊輸出觸發(fā)信號給旁通晶閘管。[〇〇24]如圖2所示，高壓快恢復二極管D3、D4、D5、D6組成整流橋，對A、B兩點輸入的電壓信號進行極性歸并。為后級B0D器件提供單極性正向被測信號源。[〇〇25]如圖2所示，歸并后的被測電壓信號通過限流電阻R6后進入B0D的陽極，B0D陰極與由電阻R7、電容C4、5V穩(wěn)壓二極管D7組成的取樣電路相接，獲得過壓窄脈沖信號Pulse_S。 [〇〇26] 過壓窄脈沖信號Pulse_S經(jīng)過單諧振蕩器后脈沖寬度展寬到lms，得到寬脈沖信號 Pulse_W。單諧振蕩器電路如圖3。
[0027]寬脈沖信號Pulse_Wg頻率調(diào)制電路調(diào)制成5kHz_15kHz的調(diào)制信號Pulse_M。頻率調(diào)制電路原理圖如圖4所不。[〇〇28]調(diào)制信號Pulse_M接入信號輸出電路，信號輸出電路將信號Pulse_M信號通過三極管Q1放大后由光發(fā)送器U3轉(zhuǎn)換成光脈沖信號輸出。
[0029]當過壓檢測保護模塊檢測到A、B兩端過壓信號時，雙向過壓檢測保護模塊輸出的脈沖信號用于觸發(fā)并聯(lián)在變流器兩端的旁通晶閘管，使旁通導通對變流器直流側(cè)短路，從而達到保護變流器不因過壓損壞目的。
[0030]雙向過壓檢測保護模塊測試波形如圖6。其中通道CH1是A、B兩端電壓信號也就是過壓保護檢測模塊輸入信號，通道2是過壓保護檢測模塊最終輸出的觸發(fā)信號。
[0031]本發(fā)明公布的設計，各功能模塊有機組合達到雙向過壓檢測保護功能，并可靠觸發(fā)保護執(zhí)行器。[〇〇32]單諧振蕩器實現(xiàn)原理不限于本發(fā)明公布的電路，可以有其它電路實現(xiàn)方式。
[0033]頻率調(diào)制電路實現(xiàn)原理不限于本發(fā)明公布的電路，可以有其它電路實現(xiàn)方式。
【主權(quán)項】
1.一種雙向過壓檢測保護模塊，其特征在于:通過4個高壓快恢復二極管D3、D4、D5、D6 構(gòu)成整流橋?qū)Ρ粰z測電壓信號極性進行歸并，歸并后的電壓信號依次通過限流電阻R6、B0D 器件、取樣電阻R7、穩(wěn)壓二極管D7獲得過電壓信號，其中限流電阻R6、B0D器件和取樣電阻R7 串聯(lián)，取樣電阻R7與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)，所獲得的過電壓信號通過單諧振蕩器展寬成寬脈沖 信號，再由后級頻率調(diào)制電路將該寬脈沖信號進行頻率調(diào)制，最后通過觸發(fā)脈沖輸出電路 將該信號送入旁通晶閘管觸發(fā)單元，從而實現(xiàn)雙向過電壓自動檢測與保護。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向過壓檢測保護模塊，其特征在于:所述的單諧振蕩器 包括有CD4538BCM芯片U1、電容C1、電阻Rl，CD4538BCM芯片U1的AalN端為所述的過電壓信號 的輸入端，QaOUT端為所述的寬脈沖信號輸出端，電阻R1的一端連接VCC5V，另一端分別連接 電容C1和⑶4538BCM芯片U1的T2A端，電容C1與T1A端連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向過壓檢測保護模塊，其特征在于:所述的頻率調(diào)制電 路包括有NE555D芯片U2、電容C2、電容C3、二極管D1、二極管D2、電阻R4和電阻R5，所述的 NE555D芯片U2的THRES端和C0NT端分別與電容C2和電容C3連接，電容C2和電容C3的另一端 接地，NE555D芯片U2的DISCH端和THRES端分別連接二極管D1的正極和負極，電阻R5和二極 管D2串聯(lián)后再與二極管D1并聯(lián)，電阻R4的兩端分別與電阻R5和所述的⑶4538BCM芯片U1的 QaOUT端，NE55?芯片U2的OUT端連接觸發(fā)脈沖輸出電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向過壓檢測保護模塊，其特征在于:所述的觸發(fā)脈沖輸 出電路包括有電阻R2、電阻R3、光發(fā)送器U3和三極管Q1，所述的電阻R3的一端連接所述的 NE555D芯片U2的OUT端，電阻R3的另一端連接三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極接地，三 極管Q1的集電極連接光發(fā)送器U3的負極，電阻R2分別與5V電源和光發(fā)送器U3的正極連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向過壓檢測保護模塊，其特征在于:所述的旁通晶閘管 觸發(fā)單元是通過正向保護執(zhí)行器件和反向保護執(zhí)行器件并聯(lián)構(gòu)成的，所述的正向保護執(zhí)行 器件是通過六個晶閘管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6并聯(lián)構(gòu)成的，所述的反向保護執(zhí) 行器件是通過六個晶閘管SCR7、SCR8、SCR9、SCR10、SCR11、SCR12并聯(lián)構(gòu)成的。
【文檔編號】H02H7/125GK105977922SQ201610101740
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年2月24日
【發(fā)明人】黃連生, 陳曉嬌, 傅鵬, 高格, 王澤京, 何詩英
【申請人】中國科學院等離子體物理研究所