一種用于可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置及其驅(qū)動(dòng)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可控硅整流器的電能采集裝置，包括：導(dǎo)電板，位于所述可控硅整流器的兩電極中；絕緣介質(zhì)，位于所述可控硅整流器的各電極和所述導(dǎo)電板之間；電壓變化單元，與所述導(dǎo)電板電連接，用于采集和存儲(chǔ)來自所述可控硅整流器的電能；以及穩(wěn)壓裝置，與所述電壓變化單元電連接。本發(fā)明提供了具有上述可控硅整流器的電能采集裝置的驅(qū)動(dòng)裝置以及使用上述電能采集裝置采集可控硅整流器中的電能的方法。根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法，其無論是在借助外部電源驅(qū)動(dòng)還是自供電驅(qū)動(dòng)的模式下工作時(shí)都是通過驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生具有理想波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而保證可控硅整流器可靠觸發(fā)并且由此延長其使用壽命。
【專利說明】一種用于可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置及其驅(qū)動(dòng)方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可控硅整流器，并且尤其涉及一種可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置及其驅(qū)動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周之，在高壓和大電流控制領(lǐng)域中可控硅整流器(SCR)是一種常用的電子開關(guān)。可控硅整流器是一種三端器件，包括陽極、陰極和柵極。與常規(guī)開關(guān)器件不同，可控硅整流器的導(dǎo)通受其柵極信號(hào)的控制，而其截止則不受柵極信號(hào)的控制，而僅與其陽極和陰極之間的電壓有關(guān)。
[0003]常規(guī)的可控硅整流器，特別是大功率可控硅整流器的外形如圖1所示。如圖所示，該可控硅整流器I基本上為餅狀結(jié)構(gòu)。上下兩層分別為金屬極板構(gòu)成的陽極和陰極的接線端子。中間為波浪狀的陶瓷材料，用于加大爬電距離。在陶瓷材料中間有一接線端子，為控制極，即柵極端子。由于大功率可控硅整流器I的電流和發(fā)熱量都很大，所以其端子與銅排之間的接觸電阻必須盡可能的小，并且有良好的散熱設(shè)計(jì)。因此，常用的可控硅整流器I在工作中的連接方式如圖2所示。具體地，參見圖2，用兩塊大而重的銅板，優(yōu)選是矩形紫銅板將可控硅整流器I牢牢地壓在中間，這樣一方面可以增大接觸面積并且減小接觸電阻，另一方面也可以盡可能地降低熱阻，達(dá)到良好的散熱效果。
[0004]請(qǐng)參見圖3,圖3示出了可控娃整流器的柵極驅(qū)動(dòng)的拓?fù)涫疽鈭D。如該圖所示,用于驅(qū)動(dòng)可控硅整流器的電路包括控制單元2和驅(qū)動(dòng)單元3。其中控制單元2生成通常為
3.3V或者5V的控制信號(hào)，并且將其發(fā)送到驅(qū)動(dòng)單元3。而驅(qū)動(dòng)單元3借助外部電源將其放大成大約+15V的信號(hào)以產(chǎn)生足夠的電流來驅(qū)動(dòng)可控硅整流器I的柵極，從而使可控硅整流器I導(dǎo)通。
[0005]在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)可控硅整流器I尚未導(dǎo)通時(shí)，其陰極和陽極兩端之間的交流電壓可達(dá)幾千伏特。因此，一般在可控硅整流器I與驅(qū)動(dòng)單元3之間以及驅(qū)動(dòng)單元3和控制單元2之間都需要進(jìn)行隔離。目前，在可控硅整流器與驅(qū)動(dòng)單元之間用脈沖變壓器進(jìn)行隔離，在驅(qū)動(dòng)單元3和控制單元2之間則采用光纖進(jìn)行隔離。而驅(qū)動(dòng)單元3與控制單元2分另岫市電經(jīng)過AC/DC隔離電源供電，這樣就造成需要隔離的環(huán)節(jié)很多，設(shè)計(jì)起來比較困難。
[0006]如圖3所示的拓?fù)涫疽鈭D僅僅示出了理想的驅(qū)動(dòng)情況。但是由于可控硅整流器常常工作在一些高壓應(yīng)用環(huán)境當(dāng)中，諸如電力傳輸和電力分配的領(lǐng)域當(dāng)中，因此需要確?？煽毓枵髌鞴ぷ鞯母叻€(wěn)定性。因而需要在一些特殊情況發(fā)生，例如當(dāng)控制單元損壞或者是驅(qū)動(dòng)單元斷電時(shí)，仍然要確保在可控硅整流器的陽極和陰極兩端的電壓超過預(yù)定值時(shí)能夠使可控硅整流器導(dǎo)通。因此，除了常規(guī)的借助外部電源驅(qū)動(dòng)模式之外，還需要額外的無外部電源驅(qū)動(dòng)模式以滿足在上述特殊情況下仍然保證可控硅整流器的正常工作。
[0007]圖4示出了常規(guī)的用于可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置的電路圖。如圖4所示，該驅(qū)動(dòng)裝置包括兩個(gè)部分。在可控硅整流器I左側(cè)的部分構(gòu)成了借助外部電源驅(qū)動(dòng)部分，其中采用脈沖變壓器將驅(qū)動(dòng)單元3生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)從低壓側(cè)耦合到高壓側(cè)。由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)是從驅(qū)動(dòng)單元3生成的，因此其生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有理想的波形。可控硅整流器I右側(cè)的部分構(gòu)成了無外部電源驅(qū)動(dòng)部分，包括擊穿二極管Dl、D2、電阻Rl和電容C，連接關(guān)系如圖4所示。其工作原理是，無論驅(qū)動(dòng)單元是否上電，當(dāng)可控硅整流器I的陽極和陰極兩端的電壓超過預(yù)定值時(shí)，擊穿二極管Dl將導(dǎo)通并且生成驅(qū)動(dòng)電流。
[0008]常規(guī)的用于可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置雖然能夠提供了一種無外部電源驅(qū)動(dòng)模式的解決方案，但是其仍然存在著一些問題。在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于可控硅整流器的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)會(huì)有非常嚴(yán)格的要求。原因在于，如果驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形不理想，重則錯(cuò)誤的信號(hào)會(huì)損壞可控硅整流器從而降低其工作壽命，輕則會(huì)增加開關(guān)損耗。而上述常規(guī)的驅(qū)動(dòng)裝置的無外部電源驅(qū)動(dòng)模塊并不能產(chǎn)生理想的波形，因?yàn)榱魅肟煽毓枵髌鞯臇艠O的電流會(huì)被陽極和陰極兩端的電壓改變，不受控制。無外部電源驅(qū)動(dòng)模塊流入控硅整流器的柵極的電流可能過大，損壞可控硅整流器的柵極端子。此外，無外部電源驅(qū)動(dòng)模塊也不能產(chǎn)生理想的驅(qū)動(dòng)信號(hào)所要求的復(fù)雜的波形。除此之外，圖4實(shí)施例中的無外部電源驅(qū)動(dòng)模塊由于經(jīng)常產(chǎn)生瞬間的觸發(fā)脈沖，很容易燒壞可控硅整流器。
[0009]此外，為了增強(qiáng)隔離的能力，在驅(qū)動(dòng)單元和可控硅整流器之間起隔離作用的脈沖變壓器的初級(jí)線圈應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離其次級(jí)線圈，由此其中采用的磁性環(huán)的尺寸將使得整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置變大并且加重。除此之外，磁性環(huán)所具有的固有的磁滯特性也會(huì)使得通過其的驅(qū)動(dòng)信號(hào)會(huì)發(fā)生失真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一個(gè)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可控硅整流器的電能采集裝置，包括:導(dǎo)電板，一種可控硅整流器電能采集裝置，包括:電壓獲取單元，其包括第一導(dǎo)電板、第二導(dǎo)電板以及絕緣介質(zhì)，所述第一導(dǎo)電板與所述可控硅整流器的一個(gè)電極電連接，所述第二導(dǎo)電板位于所述可控硅整流器的兩電極之間，所述絕緣介質(zhì)位于所述第一導(dǎo)電板和第二導(dǎo)電板之間；電壓變換單兀，與所述第一導(dǎo)電板和第二導(dǎo)電板電連接，用于將所述電壓獲取單元獲取的交流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓。
[0011]本發(fā)明提供了一種可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置，包括:驅(qū)動(dòng)單元，用于向所述可控硅整流器的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及上述的可控硅整流器電能采集裝置，用于至少在外部電源斷電的情況下為所述驅(qū)動(dòng)單元提供電能。
[0012]根據(jù)上述實(shí)施例，利用從所述可控硅整流器的陽極和陰極采集的電能來對(duì)所述驅(qū)動(dòng)單元供電的其中一種【具體實(shí)施方式】是本發(fā)明的發(fā)明人從現(xiàn)有的可控硅整流器的工作時(shí)所采用的陽極和陰極兩端連接的兩塊銅板上的交流高電壓在這兩塊銅板之間形成的均勻的交變電場想到的。利用從該電場中獲取電能來給驅(qū)動(dòng)電路供電，這樣就能解決驅(qū)動(dòng)電源的外部電源斷電時(shí)驅(qū)動(dòng)電路的供電問題。并且這種方式實(shí)現(xiàn)也較為容易，可以大大地降低成本。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制單元和所述驅(qū)動(dòng)單元之間通過光纖進(jìn)行隔離，并且所述可控硅整流器電能采集裝置還包括一儲(chǔ)能單元，其用于儲(chǔ)存所述電壓變化單元輸出的電能，以使得僅通過所述可控硅整流器電能采集裝置就能滿足所述驅(qū)動(dòng)單元的電能供應(yīng)，并且由此所述驅(qū)動(dòng)單元和所述可控硅整流器之間不需要進(jìn)行隔離。由于從可控硅整流器陽極和陰極兩端采集的電能就能給驅(qū)動(dòng)單元供電，因此驅(qū)動(dòng)單元的地電位將與可控硅整流器的陰極或者陽極保持一致，從而在設(shè)計(jì)上可以取消驅(qū)動(dòng)單元和可控硅之間的隔離，而僅保留驅(qū)動(dòng)單元和控制單元之間的光纖隔離。這樣，就可以解決現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的驅(qū)動(dòng)裝置中的脈沖變壓器帶來的大尺寸、成本高和信號(hào)失真等問題。
[0014]參照結(jié)合附圖進(jìn)行的說明，本發(fā)明的其他目的和效果將變得更加顯而易見并且更加易于理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面將結(jié)合實(shí)施例并且參照附圖更加具體地介紹和解釋本發(fā)明，在附圖中:
[0016]圖1是可控硅整流器的柵極端子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是可控硅整流器的陰極、陽極端子連接示意圖；
[0018]圖3是可控硅整流器的柵極驅(qū)動(dòng)的拓?fù)涫疽鈭D；
[0019]圖4是常規(guī)的用于可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置的電路示意圖；
[0020]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電場取電原理圖；
[0021]圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可控硅整流器電能采集裝置的電路圖；以及
[0022]圖7是圖6所示的可控硅整流器電能采集裝置的充放電時(shí)刻示意圖。
[0023]在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相似或相應(yīng)的特征和/或功能。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下文中將參照附圖更加具體地說明本發(fā)明的實(shí)施例。
[0025]如上所述，為了解決如圖4示的常規(guī)的驅(qū)動(dòng)裝置的無外部電源驅(qū)動(dòng)部分不能產(chǎn)生理想的波形的問題，本發(fā)明提出一種新的驅(qū)動(dòng)裝置利用從可控硅整流器陽極和陰極采集的電能來對(duì)所述驅(qū)動(dòng)單元供電，從而使得無論是在借助外部電源驅(qū)動(dòng)還是自供電驅(qū)動(dòng)的模式下工作時(shí)都是通過驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生具有理想波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而保證可控硅整流器可靠觸發(fā)并且由此延長其使用壽命。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，作為從可控硅整流器陽極和陰極采集的電能的一種實(shí)施例，發(fā)明人考慮到在可控硅整流器尚未導(dǎo)通時(shí)，作用在兩塊矩形紫銅板上的交流高電壓將在兩板之間形成一個(gè)均勻的交變電場。因此，可以從該電場中獲取電能來給驅(qū)動(dòng)單元供電。
[0027]具體地，圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電場取電原理圖。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)裝置可包括驅(qū)動(dòng)單元3，用于向可控硅整流器的柵極G提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電壓獲取單元，其包括第一導(dǎo)電板(圖中陽極或陰極銅板)、第二導(dǎo)電板51以及絕緣介質(zhì)52，第一導(dǎo)電板與可控娃整流器的一個(gè)電極電連接，第二導(dǎo)電板51位于可控娃整流器的兩電極之間，絕緣介質(zhì)52位于所述第一導(dǎo)電板和第二導(dǎo)電板51之間；以及電壓變換單兀53,與第一導(dǎo)電板和第二導(dǎo)電板51電連接，用于將電壓獲取單元獲取的交流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓。
[0028]其中，電能采集裝置能夠在可控硅整流器1處于截止?fàn)顟B(tài)且可控硅陰陽兩極之間存在高電壓時(shí)，從可控硅整流器1的陽極和陰極采集電能，從而在外部電源斷電的情況下，對(duì)驅(qū)動(dòng)單元3進(jìn)行供電并且通過驅(qū)動(dòng)單元3來生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0029]當(dāng)可控硅整流器1截止時(shí)，電壓獲取單元從所述可控硅整流器1的陽極和陰極之間的電壓采集一交流感應(yīng)電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，利用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，考慮到可控硅整流器I的陽極和陰極兩端電壓較高，不能直接在端電壓取電。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將一塊導(dǎo)電板51，例如金屬片或者金屬箔，優(yōu)選為矩形銅箔，插入電場中。此外，在銅箔與兩端銅板之間填充高介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)。在均勻交變電場作用下，銅箔上將感應(yīng)出電荷。定期地收集這些電荷，就可以用于為驅(qū)動(dòng)單元供電。
[0030]具體地，由于陰極和陽極兩端的這兩塊銅板很大并且彼此平行，因而當(dāng)可控硅整流器I處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)在這兩塊銅板之間將會(huì)生成均勻的電場E:
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種可控硅整流器電能采集裝置，包括:電壓獲取單元，其包括第一導(dǎo)電板、第二導(dǎo)電板以及絕緣介質(zhì)，所述第一導(dǎo)電板與所述可控硅整流器的一個(gè)電極電連接，所述第二導(dǎo)電板位于所述可控硅整流器的兩電極之間，所述絕緣介質(zhì)位于所述第一導(dǎo)電板和第二導(dǎo)電板之間；電壓變換單元，與所述第一導(dǎo)電板和第二導(dǎo)電板電連接，用于將所述電壓獲取單元獲取的交流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的可控硅整流器電能采集裝置，其中，電壓變換單元進(jìn)一步包括:整流電路單元，用于將所述交流電壓變換為脈動(dòng)直流電壓，反激電路單元，用于將所述整流電路單元輸出的電能儲(chǔ)存并傳遞給所述穩(wěn)壓單元；所述穩(wěn)壓單元，用于將所述脈動(dòng)直流電壓變換為穩(wěn)定直流電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的可控硅整流器電能采集裝置，其中，所述電壓變換單元進(jìn)一步包括開關(guān)電路，用于當(dāng)所述可控硅整流器的陽極和陰極之間的電壓超過預(yù)定值時(shí)使所述整流電路單元導(dǎo)通。
4.如權(quán)利要求1所述的可控硅整流器電能采集裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括儲(chǔ)能單元，用于存儲(chǔ)所述電壓變化單元輸出的電能。
5.如權(quán)利要求1所述的可控硅整流器電能采集裝置，其特征在于，電壓獲取單元獲取的交流電壓值由所述第一導(dǎo)電板和所述第二導(dǎo)電板距離，和/或絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)調(diào)節(jié)。
6.一種可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置，包括:驅(qū)動(dòng)單元，用于向所述可控硅整流器的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；如權(quán)利要求1-5所述的可控硅整流器電能采集裝置，用于至少在外部電源斷電的情況下為所述驅(qū)動(dòng)單元提供電能。
7.如權(quán)利要求6所述的可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)一步包括:備用驅(qū)動(dòng)觸發(fā)單元，用于當(dāng)所述可控硅整流器的陽極和陰極之間的電壓超過預(yù)定值時(shí)，觸發(fā)所述驅(qū)動(dòng)單元使其向所述可控硅整流器的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)一步包括:所述備用驅(qū)動(dòng)觸發(fā)單元由所述電能采集裝置提供電能。
9.如權(quán)利要求6所述的可控硅整流器的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元所需的電能全部由所述電能采集裝置供應(yīng)。
【文檔編號(hào)】G01R22/06GK103675439SQ201210320839
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】宋英華, 姚吉隆, 趙研峰 申請(qǐng)人:西門子公司