用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路，包括快恢復二極管、充電電容、MOSFET、MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路和晶閘管驅(qū)動電路；本觸發(fā)電路的輸入端輸入相電壓，相電壓經(jīng)過快恢復二極管后與充電電容的正極連接，充電電容的正極與MOSFET的源極連接，MOSFET的漏極通過晶閘管驅(qū)動電路與待觸發(fā)晶閘管的門極連接，充電電容的負極分別與待觸發(fā)晶閘管的陰極和變頻器整流電路正母線連接，充電電容與MOSFET的柵極之間設(shè)有MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路。本發(fā)明晶閘管觸發(fā)電路用于三相輸入整流電路，使該方案更加簡潔實用、降低成本。
【專利說明】用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于變頻器領(lǐng)域，具體涉及一種用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]變頻器的三相輸入整流電路有多種實現(xiàn)方式。第一種是整流電路的6個功率半導體器件為不可控的二極管，這種電路簡單實用，不需要額外的觸發(fā)電路和信號調(diào)理與控制電路。但它的問題是，整流橋的上電緩沖不容易實現(xiàn)，需要在整流橋的三相輸入加很大的主接觸器和一個小的輔助接觸器。在整流器的上電緩沖時，輔助接觸器將三相電源通過緩沖電阻給變頻器的母線環(huán)節(jié)充電，充電結(jié)束后，斷開輔助接觸器，閉合主接觸器，整流器開始正常工作。第二種是6個功率半導體器件為可控的晶閘管，通過對晶閘管導通角的控制，能實現(xiàn)變頻器母線電壓的逐漸建立，而不需要額外的接觸器和電阻器件。但它需要給6個晶閘管配置獨立的觸發(fā)電路，對上電導通角的控制需要復雜的控制電路參與，而且使用6個可控器件的增加了變頻器的成本。第三種是整流電路的上橋臂三個器件用晶閘管，下橋臂仍然使用二極管。它需要一個小的輔助接觸器，在上電緩沖時將三相電源通過緩沖電阻和下橋臂二極管構(gòu)成的回路給變頻器的母線環(huán)節(jié)充電，此時由于上橋臂晶閘管沒有驅(qū)動信號處于關(guān)閉狀態(tài)，三相電源不會直接給整流器供電。充電結(jié)束后，斷開輔助接觸器，觸發(fā)上橋臂晶閘管，整流器開始工作。它是前兩種方案的一個折中，只需要第二種方案中一半的可控器件和驅(qū)動電路，也不需要昂貴的主接觸器和復雜的控制電路，實現(xiàn)了成本與簡易性的結(jié)
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[0003]晶閘管的觸發(fā)電路最常用的就是通過驅(qū)動變壓器。如圖1所示。通過驅(qū)動信號Gp控制開關(guān)管Q的通斷，當Q導通時，原邊電源POWER的能量通過變壓器Tr傳到副邊，經(jīng)驅(qū)動電阻R產(chǎn)生驅(qū)動電流來導通晶閘管T ;當Q關(guān)斷時，變壓器副邊沒有電流，若晶閘管T的AK之間電流小于維持電流，T關(guān)斷。這種電路需要獨立的電源電路來產(chǎn)生原邊電源POWER，需要采集三相輸入電壓和母線電壓，通過調(diào)理電路和控制電路來判斷控制發(fā)波。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路，能夠與【背景技術(shù)】中第三種三相輸入整流電路的實現(xiàn)方式相結(jié)合，使該方案更加簡潔實用、降低成本。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路，其特征在于:它包括快恢復二極管、充電電容、MOSFET, MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路和晶閘管驅(qū)動電路；本觸發(fā)電路的輸入端輸入相電壓，相電壓經(jīng)過快恢復二極管后與充電電容的正極連接，充電電容的正極與MOSFET的源極連接，MOSFET的漏極通過晶閘管驅(qū)動電路與待觸發(fā)晶閘管的門極連接，充電電容的負極分別與待觸發(fā)晶閘管的陰極和變頻器整流電路正母線連接，充電電容與MOSFET的柵極之間設(shè)有MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路。
[0006]按上述方案，所述的MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和穩(wěn)壓二極管，其中第一電阻的一端與所述的充電電容正極連接，第一電阻的另一端通過第二電阻與充電電容的負極連接，第一電阻與第二電阻的連接節(jié)點通過穩(wěn)壓二極管和第三電阻與MOSFET的柵極連接。
[0007]按上述方案，所述的晶閘管驅(qū)動電路為三段式晶閘管驅(qū)動電路，包括三條相互并聯(lián)的支路，第一條支路為第四電阻，第二條支路為順次連接的第五電阻和第二電容，第三條支路為順次連接的第六電阻和第三電容，其中第二電容和第三電容相互并聯(lián)；第四至第六電阻R4、R5、R6的阻值關(guān)系為R6<<R5<<R4，第二第三電容C2、C3的容值關(guān)系為C3〈〈C2。
[0008]按上述方案，所述的MOSFET的漏極與晶閘管驅(qū)動電路之間串聯(lián)有單向?qū)ǘO管，其中單向?qū)ǘO管的陽極與MOSFET的漏極連接。
[0009]一種變頻器三相輸入整流電路，其特征在于:它包括依次連接的上電緩沖電路和橋式整流電路，橋式整流電路的上橋臂三個器件為晶閘管，下橋臂三個器件為二極管，每個晶閘管的觸發(fā)電路為上述用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路。
[0010]按上述變頻器三相輸入整流電路，本整流電路還包括3組單刀雙擲輔助接觸器，分別為第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器的輸入端分別輸入三相電壓，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器的一個輸出端分別與所述的上電緩沖電路的輸入端連接，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器的另一個輸出端分別與用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路的輸入端連接。
[0011]本發(fā)明的工作原理為:當變頻器在上電緩沖階段，三相交流輸入電源接到上電緩沖電路，通過緩沖電阻為變頻器母線進行充電。此時晶閘管觸發(fā)電路沒有任何外部電源輸入，不能實現(xiàn)晶閘管的觸發(fā)。在上電緩沖結(jié)束之后，將三相交流輸入電源引入驅(qū)動電路。在變頻器中，晶閘管觸發(fā)電路由完全相同的三套組成，每一套分別驅(qū)動各自三相橋臂中上管的晶閘管。三相交流輸入電源的每一相通過對應(yīng)觸發(fā)電路中的快恢復二極管接到充電電容的正極，而該充電電容的負極為對應(yīng)晶閘管的陰極，同時也是變頻器整流電路的正母線。當相電源的電勢高于變頻器的正母線電勢時，快恢復二極管被正向?qū)?。與快恢復二極管連接的充電電容開始被充電，電容電壓逐漸增加。
[0012]同時，充電電容的正極通過一個MOSFET和晶閘管驅(qū)動電路接到待觸發(fā)晶閘管的門極G上。其中MOSFET的柵極的驅(qū)動電壓為與快恢復二極管連接的電容的電壓經(jīng)電阻分壓和穩(wěn)壓管后得到。當電容的電壓經(jīng)電阻分壓和穩(wěn)壓管后超過了 MOSFET的柵極驅(qū)動電壓閥值，MOSFET導通，晶閘管驅(qū)動電路驅(qū)動晶閘管。
[0013]當晶閘管導通后，該晶閘管所在相的相電壓與變頻器正母線電壓相等，于是電容電壓高于相電壓，快恢復二極管被反向截止。電容中的電荷不斷通過MOSFET和晶閘管驅(qū)動電路傳遞到晶閘管的門極G，電容電壓逐漸降低，當電容電壓不足以維持MOSFET導通時，MOSFET關(guān)斷，驅(qū)動電路停止對晶閘管的驅(qū)動。但此時晶閘管中的電流將繼續(xù)維持晶閘管的導通，直到晶閘管中流過的電流小于維持電流時晶閘管才會再次關(guān)斷。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
[0015]1、本發(fā)明晶閘管觸發(fā)電路的驅(qū)動電能來自電網(wǎng)電源，在晶閘管未導通時，由充電電容存儲驅(qū)動所需能量，在驅(qū)動過程中逐漸釋放電容存儲電能。MOSFET用于控制電容電能向晶閘管驅(qū)動電路的傳遞。只有當電容電壓足夠高的值時，MOSFET才會導通，后級的驅(qū)動電路才會工作。而電容電壓的這個閥值由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)壓管組成的閥值確定電路決定；本發(fā)明晶閘管觸發(fā)電路用于三相輸入整流電路，使該方案更加簡潔實用、降低成本。
[0016]2、本晶閘管驅(qū)動電路當電網(wǎng)相電壓高于整流橋正母線電壓時，電容得到電網(wǎng)電能，驅(qū)動電路使晶閘管導通。這就保證晶閘管是在每個工頻周期正向偏置時就會被觸發(fā)，使得晶閘管能和下橋臂的二極管一樣的工作，但又無需信號采集和觸發(fā)時刻控制電路。
[0017]3、本晶閘管觸發(fā)電路的MOSFET及其閥值確定電路保證了驅(qū)動電路的驅(qū)動電壓具有一定的幅值，而不是電網(wǎng)相電壓剛高于整流橋正母線電壓時，驅(qū)動電路就開始工作，只能保證晶閘管被可靠、迅速的導通。
[0018]4、本晶閘管觸發(fā)電路采用電阻、電容構(gòu)成的三段式晶閘管驅(qū)動電路，而一個單向?qū)ǘO管保證了驅(qū)動電流的單向流動，而不會在充電電容電壓下降后造成驅(qū)動電流的倒灌。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常用的晶閘管觸發(fā)電路。
[0020]圖2為本發(fā)明一實施例的晶閘管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖3為本發(fā)明一實施例的變頻器三相整流電路結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖中:1-A相交流電源，2-B相交流電源，3-C相交流電源，4-第一單刀雙擲輔助接觸器，5-第二單刀雙擲輔助接觸器，6-第三單刀雙擲輔助接觸器，7-上電緩沖電路，8-第一晶閘管觸發(fā)電路，9-第二晶閘管觸發(fā)電路，10-第三晶閘管觸發(fā)電路，11-第一待觸發(fā)晶閘管，12-第二待觸發(fā)晶閘管，13-第三待觸發(fā)晶閘管，14-第一二極管，15-第二二極管，16-第三二極管，17-變頻器整流電路正母線。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0024]圖2為本發(fā)明一實施例的晶閘管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)圖，它包括快恢復二極管D1、充電電容CUMOSFET QUMOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路和晶閘管驅(qū)動電路；本觸發(fā)電路的輸入端輸入相電壓，相電壓經(jīng)過快恢復二極管Dl后與充電電容Cl的正極連接，充電電容Cl的正極與MOSFET Ql的源極連接，MOSFET Ql的漏極通過晶閘管驅(qū)動電路與待觸發(fā)晶閘管的門極G連接，充電電容Cl的負極分別與待觸發(fā)晶閘管的陰極和變頻器整流電路正母線連接，充電電容Cl與M0SFETQ1的柵極之間設(shè)有MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路。
[0025]所述的MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和穩(wěn)壓二極管D2,其中第一電阻Rl的一端與所述的充電電容Cl正極連接,第一電阻Rl的另一端通過第二電阻R2與充電電容Cl的負極連接，第一電阻Rl與第二電阻R2的連接節(jié)點通過穩(wěn)壓二極管D2和第三電阻R3與MOSFET Ql的柵極連接。
[0026]所述的晶閘管驅(qū)動電路為三段式晶閘管驅(qū)動電路，包括三條相互并聯(lián)的支路，第一條支路為第四電阻R4，第二條支路為順次連接的第五電阻R5和第二電容C2，第三條支路為順次連接的第六電阻R6和第三電容R3，其中第二電容C2和第三電容C3相互并聯(lián)；第四至第六電阻R4、R5、R6的阻值關(guān)系為R6<<R5<<R4，第二第三電容C2、C3的容值關(guān)系為C3?C20
[0027]所述的MOSFET Ql的漏極與晶閘管驅(qū)動電路之間串聯(lián)有單向?qū)ǘO管D3，其中單向?qū)ǘO管D3的陽極與MOSFET Ql的漏極連接。
[0028]變頻器三相輸入整流電路如圖3所示，包括依次連接的上電緩沖電路7和橋式整流電路，橋式整流電路的上橋臂三個器件為晶閘管(即第一至第三待觸發(fā)晶閘管11-13)，下橋臂三個器件為二極管(即第一至第三二極管14-16)，每個晶閘管的觸發(fā)電路(即第一至第三晶閘管觸發(fā)電路8-10)均為上用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路。
[0029]本整流電路還包括3組單刀雙擲輔助接觸器，分別為第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器4-6，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器4-6的輸入端分別輸入三相電壓(即分別與A、B、C相交流電源1-3連接)，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器4-6的一個輸出端分別與所述的上電緩沖電路7的輸入端連接，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器4-6的另一個輸出端分別與用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路(即第一至第三晶閘管觸發(fā)電路8-10)的輸入端連接，17為變頻器整流電路正母線。
[0030]當變頻器的橋式整流電路開始上電緩沖時，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器4-6將A、B、C相交流電源1-3接到上電緩沖電路7上。當完成上電緩沖，橋式整流電路需要開始工作時，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器4-6將A、B、C相交流電源1-3接到第一至第三晶閘管觸發(fā)電路8-10上。
[0031]快恢復二極管Dl接到充電電容Cl的正極，充電電容Cl負極為對應(yīng)待觸發(fā)晶閘管的陰極，同時也是變頻器的正母線電壓DC+。當相電源PHASE VOLTAGE的電勢高于變頻器的正母線電勢DC+時，快恢復二 極管Dl被正向?qū)?。充電電容Cl開始被充電，電容電壓逐漸增加。
[0032]充電電容Cl的正極通過MOSFET Ql和由電阻R4-R6、電容C2-C3組成的三段式晶閘管驅(qū)動電路接到待觸發(fā)晶閘管的門極G上。
[0033]電阻R1-R2和穩(wěn)壓管D2構(gòu)成MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路。充電電容Cl的電壓Vc經(jīng)第一第二電阻Rl、R2分壓后，第一電阻Rl兩端的電壓為再經(jīng)過穩(wěn)壓二極管
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D2的壓降VD后為R1 + R2K -VD若該電壓超過為MOSFET Ql的柵極驅(qū)動電壓閥值Vg，M0SFETQI 導通。
[0034]MOSFET Ql導通后，充電電容Cl的電壓V。通過單向?qū)ǘO管D3加到第四至第六電阻R4-R6、第二第三電容C2-C3組成的晶閘管驅(qū)動電路上。第四至第六電阻R4-R6、第二第三電容C2-C3構(gòu)成了三段式晶閘管驅(qū)動電路。第四至第六電阻R4-R6的阻值關(guān)系為R6<<R5<<R4，第二第三電容C2-C3的容值關(guān)系為C3〈〈C2。在驅(qū)動開始時，第二第三電容相當于短路，因此晶閘管的驅(qū)動電流主要由第五電阻R5和第六電阻R6并聯(lián)后的阻值決定，由于這個并聯(lián)后的阻值很小，因此驅(qū)動電流很大。這個電流尖峰遠大于晶閘管的驅(qū)動電流，使得晶閘管能迅速導通。晶閘管導通后，相電源PHASE VOLTAGE的電勢和變頻器的正母線電勢DC+相等，快恢復二極管Dl被反向截止，充電電容Cl失去了外部的能量補充，隨后的驅(qū)動過程完全靠充電電容Cl內(nèi)存儲的能量提供。隨著第二第三電容C2、C3逐漸被充電，第三電容C3首先被充滿電荷，于是第六電阻R6被隔斷，此時的驅(qū)動電流主要由第五電阻R5決定。同樣的，第二電容C2被充滿電荷后，第五電阻R5被隔斷，此時的驅(qū)動電流完全由第四電阻R4決定，第四電阻R4逐漸將充電電容Cl內(nèi)的電荷消耗，充電電容Cl電壓變?yōu)?V。第二第三電容C2、C3的容值都不大，主要是提供晶閘管在導通初期的電流尖峰和一個較平緩的電流臺階，第四R4是提供較長時間的、幅值小的驅(qū)動電流。
【權(quán)利要求】
1.用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路，其特征在于:它包括快恢復二極管、充電電容、MOSFET, MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路和晶閘管驅(qū)動電路；本觸發(fā)電路的輸入端輸入相電壓，相電壓經(jīng)過快恢復二極管后與充電電容的正極連接，充電電容的正極與MOSFET的源極連接，MOSFET的漏極通過晶閘管驅(qū)動電路與待觸發(fā)晶閘管的門極連接，充電電容的負極分別與待觸發(fā)晶閘管的陰極和變頻器整流電路正母線連接，充電電容與MOSFET的柵極之間設(shè)有MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路，其特征在于:所述的MOSFET柵極驅(qū)動調(diào)整電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和穩(wěn)壓二極管，其中第一電阻的一端與所述的充電電容正極連接，第一電阻的另一端通過第二電阻與充電電容的負極連接，第一電阻與第二電阻的連接節(jié)點通過穩(wěn)壓二極管和第三電阻與MOSFET的柵極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路，其特征在于:所述的晶閘管驅(qū)動電路為三段式晶閘管驅(qū)動電路，包括三條相互并聯(lián)的支路，第一條支路為第四電阻，第二條支路為順次連接的第五電阻和第二電容，第三條支路為順次連接的第六電阻和第三電容，其中第二電容和第三電容相互并聯(lián)；第四至第六電阻R4、R5、R6的阻值關(guān)系為R6<<R5<<R4，第二第三電容C2、C3的容值關(guān)系為C3〈〈C2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路，其特征在于:所述的MOSFET的漏極與晶閘管驅(qū)動電路之間串聯(lián)有單向?qū)ǘO管，其中單向?qū)ǘO管的陽極與MOSFET的漏極連接。
5.一種變頻器三相輸入整流電路，其特征在于:它包括依次連接的上電緩沖電路和橋式整流電路，橋式整流電路的上橋臂三個器件為晶閘管，下橋臂三個器件為二極管，每個晶閘管的觸發(fā)電路為權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任意一項所述的用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變頻器三相輸入整流電路，其特征在于:本整流電路還包括3組單刀雙擲輔助接觸器，分別為第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器的輸入端分別輸入三相電壓，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器的一個輸出端分別與所述的上電緩沖電路的輸入端連接，第一、二、三單刀雙擲輔助接觸器的另一個輸出端分別與用于變頻器三相輸入整流電路的晶閘管觸發(fā)電路的輸入端連接。
【文檔編號】H02M7/219GK103683862SQ201310723777
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】余駿, 張江濤, 王國強, 康現(xiàn)偉, 王勝勇 申請人:中冶南方（武漢）自動化有限公司