专利名称：一种晶闸管阀高电位电子板的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统控制器领域，具体涉及一种适用于高压晶闸管投切电容器 TSC的晶闸管阀高电位电子板，其负责对高压晶闸管投切电容装置阀组进行触发和检测。
背景技术：
目前电力电子装置中普遍应用的晶闸管阀高电位电子板主要包括以下几部分电 源转换模块、电源状态检测模块、阀电压检测模块、功率放大模块、光接收模块、信号回报与 光发射模块、逻辑模块(参考专利200810100878)。此类晶闸管阀电子板有如下四个缺陷 1.若阀体长时间无电压则晶闸管阀电子板无法取能；2.若阀端间电压含有直流分量则无 法对阀电压可靠检测，且只能检测正向电压；3.阀端高压交流通过两个二极管箝位在IOV 或者地，从而直接与电子板低压部分接口，造成了隐患；4.触发方式为单次触发或脉冲群 触发，前者不可靠，一旦触发失败会损坏晶间管，后者对取能的要求太高。本实用新型所涉 及的晶闸管阀高电位电子板针对以上四个缺陷进行了创新升级。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能克服现有技术中所存在的安全隐患、更可靠的 适用于高压晶闸管投切电容器TSC的晶闸管阀高电位电子板。该电子板还可以克服以下缺 陷的1、因阀体长时间无电压则晶闸管阀电子板无法取能；2、若阀端间电压含有直流分量 则无法对阀电压可靠检测，且只能检测正向电压。3、触发方式为单次触发或脉冲群触发，前 者不可靠，一旦触发失败会损坏晶间管，后者对取能的要求太高。本实用新型的技术方案如下一种晶闸管阀高电位电子板，包括电源模块、电源状态检测模块、阀端电压检测与 过零同步模块、功率触发模块、光电转换模块及逻辑处理模块，所述电源模块分别为电源状 态检测模块、阀端电压检测与过零同步模块、功率触发模块、光电转换模块和逻辑处理模块 供电，所述逻辑处理模块分别与电源状态检测模块、阀端电压检测与过零同步模块、功率触 发模块和光电转换模块相连接，所述电源模块的电源取能方式为高频电流送能。其中，所述电源转换模块包括高频整流滤波电路，限幅保护电路和电平转换模块。其中，所述电平转换模块包括60V转IOV模块，IOV转5V模块，5V转3. 3V模块。其中，所述电源状态检测模块包括60V电压检测电路和IOV电压检测电路。其中，所述阀端电压检测和过零同步模块包括由电阻、电容、二极管、稳压管构成 的阀电压检测与过零同步电路。其中，所述功率触发模块包括由晶体管、电阻及二极管构成的触发脉冲功率放大 电路。其中，所述逻辑处理模块包括CPLD、晶振和逻辑电平转换芯片。其中，所述电源模块、电源状态检测模块、阀端电压检测与过零同步模块、功率触 发模块、光电转换模块和逻辑处理模块共同集成于一块电路板上。[0013]该晶闸管阀电子板适用于高压晶闸管投切电容器(TSC)中，其中电源模块的电源 取能方式为高频电流送能产生不同等级电平，光电转换模块与晶闸管投切电容器(TSC)中 的控制单元相连接，阀端电压检测和过零同步模块通过静态电阻与晶闸管阳极、阴极相连 检测阀端电压并同步阀端电压信号作为首次投切电容器时刻的判据，功率触发模块与晶闸 管门极相连实现晶间管触发以及重触发功能，逻辑处理模块接收电源状态检测模块、阀端 电压检测模块、光电转换模块的信号逻辑选择触发对应的单支晶间管元件或进行电子板电 源状态检测回报或阀电压过零同步信号回报。本实用新型的有益效果在于为了符合高压晶闸管投切电容装置的技术要求，本实用新型的晶闸管阀高电位电 子板与以往同类电子板相比，在电源取能方式、阀电压检测、逻辑模块以及控制逻辑方面进 行了创新升级，电源取能方式由电压取能升级为高频送能，阀电压检测由单向电压检测升 级为双向电压检测并过零同步阀端电压，使得阀体无论处于正压或负压，晶闸管阀电子板 均可对阀电压可靠检测；逻辑处理模块由通用集成芯片组成的电路升级为以CPLD为核心 的可编程逻辑电路，便于后续的升级开发，控制逻辑方面通过回报过零同步阀端电压作为 晶闸管投切电容装置控制器判定电容器首次投入时刻的判据，同时为了提高触发可靠性通 过判断阀端电压增加了重触发功能。
图1是晶闸管阀高电位电子板端子接线图；图2是晶闸管阀高电位电子板各部件的连接结构示意图；图3是电源模块原理示意图；图4是功率触发模块电路原理图；图5是光电转换模块电路原理图；图6是电源状态检测模块电路原理图；图7是阀端电压检测与过零同步模块电路原理图；图8是逻辑处理模块电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的晶闸管阀高电位电子板做进一步详细的说明图1是晶闸管阀高电位电子板的端子接线图，本晶闸管阀高电位电子板有7个外 接端子，分别为RC、K、GATE、GND、AC1、AC2、AN0DE，其中RC端外接阻容回路；GATE端为晶闸 管阀电子板两路功率放大模块的输出端，与对应的晶闸管门级相连；GND、K端为晶闸管阀 电子板的逻辑地和60V电源地，它们都与两支共阴极的晶闸管所接触的散热片相连，形成 单点接地；AC1、AC2端为晶闸管阀电子板的送能输入端，60V、20KHz高频脉冲由此输入电源 转换模块进行整流滤波；ANODE端与对应的晶闸管阳级相连。图2是晶闸管阀高电位电子板上各部件的连接结构示意图，该闸管阀高电位电子 板包括电源模块、电源状态检测模块、阀端电压检测与过零同步模块、功率触发模块、光电 转换模块及逻辑处理模块，所述电源模块分别为电源状态检测模块、阀端电压检测与过零 同步模块、功率触发模块、光电转换模块和逻辑处理模块供电，所述逻辑处理模块分别与电
4源状态检测模块、阀端电压检测与过零同步模块、功率触发模块和光电转换模块相连接。该电子板长270mm、宽200mm，为双层PCB板。它包括电源模块、电源状态检测模 块、阀端电压检测和过零同步模块、功率触发模块、光电转换模块、逻辑处理模块，这些模块 集中于一块电路板中，共同实现根据接收到的脉冲命令选择触发对应的单支晶间管元件或 进行电子板电源状态检测回报或阀电压检测回报。电源模块的功能为可靠取能并产生稳定 的60V、10V、5V、3. 3V电平，供相应电压等级的电路正常工作；电源状态检测模块的功能为 对60V，10V，3. 3V电平进行检测；阀端电压检测和正向过零同步模块的功能为检测相应阀 单元的电压，以确定阀状态的好坏，同时在阀端电压正向过零时刻同步阀端电压信号，作为 控制器首次投入电容器时刻的判据；功率触发模块的功能为对触发信号进行功率放大以确 保对晶闸管可靠触发；光电转换模块的功能为将接收的光脉冲信号转换为电信号以及为产 生回报信号并转换为光脉冲信号；逻辑处理模块的功能为根据接收到的脉冲类型产生触发 逻辑信号或相应的回报逻辑信号，每当阀端电压过零时回报阀端电压过零同步信号，接收 到单脉冲信号回报电子板电源状态，接收到双脉冲信号产生逻辑触发信号并根据此后阀端 电压信号产生重触发信号。图3是电源模块的原理示意图，60V、20KHz的高频脉冲由AC1、AC2端输入，经整流 滤波后形成60V网络电平。60V网络电平通过电源转换电路模块依次产生10V、5V、3。3V电 路。60V网络高于62V时，取能限幅电路发挥作用，电子板停止取能，60V网络低于58V时， 取能限幅电路停止动作，恢复取能；当60V网络高于75V时，取能限幅电路导通，电子板停止 取能，且不再恢复。图4是功率触发模块的电路原理图，晶体管V228、V232、V234及相关电阻、二极管 构成触发脉冲功率放大电路，触发逻辑信号Ptrig经功率放大后可靠触发晶间管门级。图5是光电转换模块的电路原理图，器件C23、R98、C24、R102、V252、V254、R106、 R104、R107、R108、R109、V256、X2、C2构成电-光转换模块，将回报逻辑信号Presp转换为 光信号；器件R3、Cl、X3、Copto构成光-电转换模块，将光信号转换为电信号Optoln。图6是电源状态检测模块的电路原理图，器件V267、R129、V269、R131、R133、R135、 R137、R110、R112、D2构成60V电压检测电路，若60V电平正常则输出信号60VFail为低电 平，若60V电平降至30V以下，则输出信号60VFail为高电平；器件R123、R124、R125、R126、 R127、V263、C29、D2构成IOV电压检测电路，若IOV电平正常则输出信号IOVFail为低电 平，若IOV电平降至8. 8V以下，则输出信号IOVFail为高电平。图7是阀电压检测与同步模块的电路原理图，器件R210、R211、R212、R213、R214、 D5、D6、R26、R27、D8、R145、R147、R155、C2、C37、V275、V277、V279 构成阀电压检测与过零同
步电路，若阀有压(不论正负，绝对值高于100V)则光耦导通，信号ValveV被拉低，当晶闸 管两端为正弦电压时，ValveV输出为阀电压过零点附件为高电平，其余为低电平的方波信号。图8是逻辑处理模块的电路原理图，CPLD器件为逻辑电路核心，完成所有信号 的逻辑处理，晶振Ml为CPLD芯片提供时钟信号，器件LevelShifterl、LevelShifter2实 现CPLD与外围电路之间逻辑信号的电平转换，LevelShifterl将3. 3V逻辑信号Ptrig33、 Presp33 转换为 IOV 逻辑信号 PtriglO、PresplO ；LevelShifter2 将 IOV 逻辑信号 60VFail、 IOVFai 1、ValveV 转换为 3. 3V 逻辑信号 60VFail、60VFail、ValveV33。[0034]高压晶闸管投切电容装置晶闸管阀高电位电子板具体的运行原理如下高频送能 系统向晶闸管阀高电位板电子板输送60V、20KHZ的高频脉冲，晶闸管阀电子板整流、滤波、 限幅形成稳定的60V电平并转换为10V、5V、3. 3V，为相应电压等级的电路提供稳定的工作 电源；电源状态检测模块分别对60V、IOV电平实时检测，若60V电平正常则输出信号低电 平，若60V电平降至30V以下，则输出信号高电平，若IOV电平正常则输出信号低电平，若 IOV电平降至8. 8V以下，则输出信号低电平；阀端电压检测和过零同步模块对阀电压实时 监测并同步阀端电压信号；光电转换模块将接收到的VBE装置发出的的光脉冲序列转换为 相应的电平信号输入以CPLD为核心的逻辑电路，逻辑电路依据信号的类型动作每当阀端 电压过零时经光电转换模块转换为光脉冲序列回报至VBE装置回报阀端电压过零同步信 号；收到单脉冲信号，如果60V电平检测信号与IOV电平检测信号信号均为低电平，则回报 取能良好逻辑信号，经光电转换模块转换为光脉冲序列回报至VBE装置，表示电子板取能 良好，反之，则无动作；若收到双脉冲信号，则产生逻辑触发信号并根据此后阀端电压信号 产生重触发信号，经功率触发模块转换为可靠的大功率触发信号，触发晶闸管。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限 制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当 理解依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新 型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种晶闸管阀高电位电子板，其特征在于该电子板包括电源模块、电源状态检测 模块、阀端电压检测与过零同步模块、功率触发模块、光电转换模块及逻辑处理模块，所述 电源模块分别为电源状态检测模块、阀端电压检测与过零同步模块、功率触发模块、光电转 换模块和逻辑处理模块供电，所述逻辑处理模块分别与电源状态检测模块、阀端电压检测 与过零同步模块、功率触发模块和光电转换模块相连接，所述电源模块的电源取能方式为 高频电流送能。
2.如权利要求1所述的一种晶闸管阀高电位电子板，其特征在于所述电源转换模块 包括高频整流滤波电路，限幅保护电路和电平转换电路模块。
3.如权利要求2所述的一种晶闸管阀高电位电子板，其特征在于所述电平转换模块 包括60V转10V模块，10V转5V模块，5V转3. 3V模块。
4.如权利要求1所述的一种晶闸管阀高电位电子板，其特征在于所述电源状态检测 模块包括60V电压检测电路和10V电压检测电路。
5.如权利要求1所述的一种晶闸管阀高电位电子板，其特征在于所述阀端电压检测 和过零同步模块包括由电阻、电容、二极管、稳压管构成的阀电压检测与过零同步电路。
6.如权利要求1所述的一种晶闸管阀高电位电子板，其特征在于所述功率触发模块 包括由晶体管、电阻及二极管构成的触发脉冲功率放大电路。
7.如权利要求1所述的一种晶闸管阀高电位电子板，其特征在于所述逻辑处理模块 包括CPLD、晶振和逻辑电平转换芯片。
8.如权利要求1所述的一种晶闸管阀高电位电子板，其特征在于所述电源模块、电源 状态检测模块、阀端电压检测与过零同步模块、功率触发模块、光电转换模块和逻辑处理模 块共同集成于一块电路板上。
专利摘要本实用新型涉及一种晶闸管阀高电位电子板，包括电源模块、电源状态检测模块、阀端电压检测与过零同步模块、功率触发模块、光电转换模块及逻辑处理模块。该晶闸管阀电子板与现有技术相比，其电源取能方式由电压取能升级为高频送能，无论阀体处于何种运行状况均可确保其可靠取能，适用于高压晶闸管投切电容装置；采用了双向光耦对阀端高压和电子板低压部分隔离，重新设计阀电压检测模块，无论阀体处于正压、负压，晶闸管阀电子板均可对阀电压可靠检测；控制逻辑方面通过回报过零同步阀端电压作为晶闸管投切电容装置控制器判定电容器首次投入时刻的判据，同时为了提高触发可靠性通过判断阀端电压增加了重触发功能。
文档编号H02M7/12GK201781423SQ20102015740
公开日2011年3月30日 申请日期2010年4月13日 优先权日2010年4月13日
发明者刘宏, 吴文宣, 李卫国, 林韩, 赵刚, 郑建辉 申请人:中电普瑞科技有限公司;福建省电力试验研究院;福建省电力有限公司;中国电力科学研究院