专利名称：电容器等电位投切可控硅触发电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电容器等电位投切可控硅触发电路，用于在交流电路中对电容器的投切控制。属于可控硅的电压过零触发技术领域。
背景技术：
在有源滤波和无功补偿设备中经常会有投切电容器的要求，如果电容器上残留的电压与系统电压不相等，就会有大的冲击电流。因此要求在电网电压过零时将电容器接入电网，使电容器接入电网时避免产生冲击电流。目前使用的方法原理是首先使电容器上的电压等于零，控制开关在电网电压过零时将电容器接入电网。这样，电网电压不会在电容器上产生冲击电流。这种方法要等待电容器放电到结束，影响了系统投切电容器响应的快速性。
此种电路的例子是光耦采用过零触发双向可控硅型TLP3043，光耦的发光二极管与控制电路相连，光耦的双向可控硅的一端与限流电阻相连，此限流电阻的另一端分别与滤波电容、滤波电阻相连，其中滤波电容的另一端接光耦的双向可控硅的另外一端和大功率双向可控硅的门极相连，滤波电阻的另一端接大功率双向可控硅的主电极一端；大功率双向可控硅的两个主电极与电阻、电容的串联支路并联，而且接交流电源。过零触发光耦在发光二极管被激励时，在大功率双向可控硅之间电压接近零时，光耦的双向可控硅电路导通，大功率双向可控硅得到触发电流而导通，由大功率双向可控硅控制的主电路负载在主电路电压过零时被接入主电路。
但是，这个方案不仅存在投切电容器的快速性问题，而且过零触发的光耦的耐压仅仅400V，而当系统电压是380V交流有效值时，电源电压的峰值就是537V，上述的光耦的耐压的能力又出现问题，因此，二个方面都要求过零触发电路重新设计。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种耐压满足交流400V以上的电容器等电位投切可控硅触发电路，可控制电容器上电压与电网电压相等时将电容器接入电网，避免电容器接入电网时出现冲击电流，而且不必等待电容器上电压下降到零的时间，提高投入电容器的响应快速性。
为实现这样的目的，本发明的电容器等电位投切可控硅触发电路包括被触发后导通主电路的高压可控硅、为高压可控硅提供被触发条件的控制光耦以及为高压可控硅提供触发电流的辅助电源，并采用了触发电流控制三极管、放大三极管、电压过零检测三极管及触发电流旁路三极管。主电路电压经过整流后加到高压可控硅两端，辅助电源是交流供电经整流滤波后的直流电源，加在与触发电流控制三极管集电极相连的电阻上而产生高压可控硅的触发电流，高压可控硅在同时满足控制光耦导通和主电路电压过零两个条件时被触发，实现电容器等电位投切。
本发明电容器等电位投切可控硅触发电路的具体结构如下辅助电源是由电网电压经过变压器得到满足要求的交流电压，再经整流桥和电容滤波得到的直流电压。此直流电压的低电位接在公共端，高电位通过相应的电阻分别加在触发电流控制三极管的基极和集电极、放大三极管和电压过零检测三极管的集电极，各个三极管的发射极接公共端；控制光耦的输出集电极接在触发电流控制三极管的基极，控制光耦输出发射极接到公共端；高压可控硅门极与触发电流旁路三极管的集电极、触发电流控制三极管的集电极相连；触发电流旁路三极管的发射极接公共端；电压过零检测三极管的集电极与放大三极管的基极相连；放大三极管的集电极与触发电流旁路三极管的基极相连；电压过零检测三极管的基极经过电阻接到公共端；主电路电压经过整流桥得到脉动直流电压，此脉动直流电压高电位接高压可控硅的阳极并通过限流电阻接电压过零检测三极管的基极，而脉动直流电压的低电位接高压可控硅的阴极和公共端。
辅助电源的直流电压加在与触发电流控制三极管集电极相连的电阻上而产生高压可控硅的触发电流；当控制光耦的输入二极管没有激励时，触发电流控制三极管的基极有电流流入，此三极管导通，使触发电流控制三极管的集电极电流流入公共端，高压可控硅得不到触发电流而不会导通。如果控制光耦的二极管受到激励时，控制光耦输出集电极将触发电流控制三极管的基极电流引入公共端，触发电流控制三极管截止，触发电流流向高压可控硅门极和触发电流旁路三极管集电极。主电路电压通过限流电阻加到电压过零检测三极管的基极，主电路电压不为零时，电压过零检测三极管的基极有电流流入，其集电极电位为零，放大三极管基极没有电流流入，放大三极管不导通，导致触发电流旁路三极管基极有电流流入，其集电极将触发电流通过发射极导入公共端，使高压可控硅得不到触发电流而不导通；当主电路电压过零时，电压过零检测三极管截止，放大三极管基极有电流流入，放大三极管的集电极电位为零，触发电流旁路三极管基极没有电流流入而截止，则触发电流进入高压可控硅门极，高压可控硅被触发而导通。因此，高压可控硅仅在同时满足控制光耦导通和主电路电压过零两个条件时会被触发，实现了控制主电路电压过零时对可控硅触发控制的功能。
本发明实现了在高压下的主电路电压过零触发的功能，使电容器等电位投切得以实现，避免了电容器接入电网时的冲击电流，同时使需要接入电容器的等待时间不存在，电路会自动实现等电位投切电容器。
图1为本发明电容器等电位投切可控硅触发电路原理图。
图1中，U1为控制光耦，D3为主电路整流桥，D4为辅助电源整流桥，Q1为高压可控硅，Q2为触发电流旁路三极管，Q3为放大三极管，Q4为电压过零检测三极管，Q5为触发电流控制三极管。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
本发明设计的电容器等电位投切可控硅触发电路原理图如图1所示。辅助电源是由电网电压经过变压器得到满足要求的交流电压，再经辅助电源整流桥D4和电容C1滤波得到的直流电压。此直流电压的低电位接在公共端，高电位分别通过电阻R5、R4连接触发电流控制三极管Q5的基极和集电极，同时分别通过电阻R1、R2连接放大三极管Q3、电压过零检测三极管Q4的集电极，触发电流控制三极管Q5、放大三极管Q3及电压过零检测三极管Q4的发射极接公共端。控制光耦U1的输出集电极接在触发电流控制三极管Q5的基极，控制光耦U1输出发射极接到公共端。高压可控硅Q1的门极分别与触发电流旁路三极管Q2的集电极、触发电流控制三极管Q5的集电极相连，触发电流旁路三极管Q2的发射极接公共端，电压过零检测三极管Q4的集电极与放大三极管Q3的基极相连，放大三极管Q3的集电极与触发电流旁路三极管Q2的基极相连，电压过零检测三极管Q4的基极经过电阻R6接到公共端。主电路电压经过主电路整流桥D3得到脉动直流电压，此脉动直流电压高电位接高压可控硅Q1的阳极并通过限流电阻R3接电压过零检测三极管Q4的基极，而脉动直流电压的低电位接高压可控硅Q1的阴极和公共端。
辅助电源是由电网电压经过变压器得到需要的12V交流电压，经辅助电源整流桥D4和电容C1滤波得到接近平滑的直流电压。此直流电压加在与触发电流控制三极管Q5集电极相连的电阻R4上而产生高压可控硅Q1的触发电流。当控制光耦U1的输入二极管没有激励时，触发电流控制三极管Q5的基极有电流流入，此三极管Q5导通，使触发电流控制三极管Q5的集电极电流流入公共端，高压可控硅Q1得不到触发电流而不会导通。如果控制光耦U1的二极管受到激励时，控制光耦U1输出集电极将触发电流控制三极管Q5的基极电流引入公共端，触发电流控制三极管Q5截止，触发电流流向高压可控硅Q1的门极和触发电流旁路三极管Q2的集电极。主电路电压通过限流电阻R3加到电压过零检测三极管Q4的基极，主电路电压不为零时，电压过零检测三极管Q4的基极有电流流入，其集电极电位为零，放大三极管Q3基极没有电流流入，放大三极管Q3不导通，导致触发电流旁路三极管Q2基极有电流流入，其集电极将触发电流通过发射极导入公共端，使高压可控硅Q1得不到触发电流而不导通。当主电路电压过零时，电压过零检测三极管Q4截止，放大三极管Q3的基极有电流流入，放大三极管Q3的集电极电位为零，触发电流旁路三极管Q2的基极没有电流流入而截止，则触发电流进入高压可控硅Q1门极，高压可控硅Q1被触发而导通。因此，高压可控硅Q1仅在同时满足控制光耦U1导通和主电路电压过零两个条件时会被触发，实现了控制主电路电压过零时对可控硅触发控制的功能。
在本发明的一个实施例中，采用如图1所示的电路图。其中高压可控硅Q1为1200V/25A；主电路整流桥D3取1000V/1A，触发电流旁路三极管Q2，放大三极管Q3，电压过零检测三极管Q4，触发电流控制三极管Q5都是9013，30V/500mA；R1＝5K/0.25W，R2＝5K/0.25W，R3＝560K/3W的功率电阻，R4＝150/3W，R5＝5K/0.25W，R6＝5K/0.25W，电解电容C1为100uF/25V，辅助电源整流桥D4为600V/1A，控制光耦U1为TLP521-1。
权利要求
1.一种电容器等电位投切可控硅触发电路，其特征在于包括高压可控硅(Q1)、为高压可控硅提供被触发条件的控制光耦(U1)以及为高压可控硅提供触发电流的辅助电源，辅助电源是电网电压经变压、整流、滤波得到的直流电压，其低电位接在公共端，高电位通过相应的电阻分别连接触发电流控制三极管(Q5)的基极和集电极、放大三极管(Q3)的集电极及电压过零检测三极管(Q4)的集电极，触发电流控制三极管(Q5)、放大三极管(Q3)及电压过零检测三极管(Q4)的发射极接公共端，控制光耦(U1)的输出集电极接在触发电流控制三极管(Q5)的基极，控制光耦(U1)输出发射极接到公共端，高压可控硅(Q1)的门极分别与触发电流旁路三极管(Q2)的集电极、触发电流控制三极管(Q5)的集电极相连，触发电流旁路三极管(Q2)的发射极接公共端，电压过零检测三极管(Q4)的集电极与放大三极管(Q3)的基极相连，放大三极管(Q3)的集电极与触发电流旁路三极管(Q2)的基极相连，电压过零检测三极管(Q4)的基极经电阻(R6)接到公共端，主电路电压经过主电路整流桥(D3)得到脉动直流电压，此脉动直流电压高电位接高压可控硅(Q1)的阳极并通过限流电阻(R3)接电压过零检测三极管(Q4)的基极，而脉动直流电压的低电位接高压可控硅(Q1)的阴极和公共端，高压可控硅(Q1)在同时满足控制光耦(U1)导通和主电路电压过零两个条件时被触发，实现电容器等电位投切。
全文摘要
一种电容器等电位投切可控硅触发电路，包括被触发后导通主电路的高压可控硅、为高压可控硅提供被触发条件的控制光耦以及为高压可控硅提供触发电流的辅助电源，并采用了触发电流控制三极管、放大三极管、电压过零检测三极管及触发电流旁路三极管。主电路电压经过整流后加到高压可控硅两端，辅助电源是交流供电经整流滤波后的直流电源，加在与触发电流控制三极管集电极相连的电阻上而产生高压可控硅的触发电流，高压可控硅在同时满足控制光耦导通和主电路电压过零两个条件时被触发。本发明实现了在高压下的主电路电压过零触发的功能，不需要接入等待时间，使电容器等电位投切得以实现，避免了电容器接入电网时的冲击电流。
文档编号H02J3/18GK1595800SQ20041002538
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月24日 优先权日2004年6月24日
发明者常越, 姜宁, 陈刚, 陈伟, 王春宁, 李长益, 杨爱华 申请人:上海交通大学, 江苏省电力公司南京供电公司