晶闸管整流器全关断检测电路的设计

方法

此方法用硬件来实现，采用霍尔元件测得欧姆整流器正组总电流信号来作为输入信号，在正常工作的时候也可以准确检测出关断时刻，但是在电源出现某些异常情况时，如逆变失败或电流不为零时提前封锁，电流又恰好是在零点附近，则该检测方法会多次显示过零情况。而此方法检测出第一次过零信号时，实际上整流器不一定是全关断的，只是因为电源某两相的电压通过某一对晶闸管加到OH线圈上，在一直流激磁电流的基础上，不断地对其激磁消磁， OH线圈能量并通过回路电阻消耗，直到OH线圈的直流电流衰减到零，整流器真正关断。如图3所示。

图3　硬件过零检测提前封锁时的波形

其中V-OH为欧姆电源电压，Utk1-OH为硬件检测过零信号。

2.3管压降过零检测方法

鉴于以上两种方法各自的缺陷，现在采用一种新的检测方法，通过检测晶闸管两端的管压降来判断是否完全关断。这是一种直接有效的方法，如果所有的管子都关断，则负载中没有电流，管压降为几百伏，如果还有管子导通，则负载中还有电流，管压降则为几伏，通过对管压降的检测来判断是否全关断，即可判断是否有负载电流。针对这种特点，设计了晶闸管全关断检测电路。

为了可靠判断晶闸管关断，取相电压的15度时为判断的时刻=700×0.25=175V，即当管子两端电压高于175V时，判断管子为关断状态;当管子两端电压小于175V时，判断管子为导通状态，如图4。

图4　全关断检测原理分析

(a)分别是A、B、C三相电压，(b)、(c)、(d)分别是共阴极组的三个晶闸管的状态信号，它包括正向电压和反向电压，中间有30度的低电平，将b、c、d三个信号相与，得到一个脉冲系列信号e，表示管子已全部关断。经此信号用一个单稳整形为电平信号，用来表示关断信号。

3　晶闸管全关断检测电路

图5即为晶闸管全管断电路原理图。

图5 全关断检测电路原理图

每个晶闸管两端分别分压，按正反方向接两个光耦，当管子两端为正电压时，其中一个光耦导通，如果管子两端为负电压时，另一个光耦导通，光耦导通时输出信号都为1，否则为0。将这两个信号进行"或"处理，得到一个信号，如果"或"之后的信号(即一个晶闸管的信号)仍然为1时，则可判断此晶闸管为关断状 态，反之则为导通状态。

六个晶闸管的信号"与"之后的信号为1时，判断此时为晶闸管全关断状态。通过调节单稳态触发器RC与C的电阻及电容，使其输出高电平保持60 ，这样能保证准确反映脉冲状态，所有管子关断时就为高电平，当60 后无脉冲，则无高电平输出。也就是说，只要有晶闸管导通，则输出的状态信号就为0。因而在等离子体破裂时，导致正组续流时间增长，就会有低电平输出。

在此电路中，光耦工作在线性区，至少是在正弦波的下部是工作在线性区，即在正弦波底部电压很低的情况下，光耦也能导通，真实反映晶闸管两端承受的电压。而正弦波电压较高的那部分更能使光耦导通。现在以一个光耦的输出为例来介绍板子的工作原理。

先假设一个光耦导通，其输出的信号经过三极管放大，分成三路分别通过三个比较器，其中一个同相比较器，两个反相比较器。同相比较器是用来得到脉冲的前沿，当正弦波电压达到比较电平时，比较器翻转产生一个上升沿，它的输出接到一个D触发器的时钟端，Q端开始为"1";当正弦波电压达到反相比较器比较电平时;也产生一个上升沿，这个上升沿经过一个单稳后送到D触发器的复位端使Q端变为"0"，也就是确定了脉冲的后沿。经过这个环节，正弦波已经被整形为方波。

另外一个反相比较器的作用是确保能找到一个能使D触发器复位的一个信号，这是因为如果后沿比较电平比前沿比较电平高，就有可能出现在检测到前沿以后晶闸管导通，晶闸管两端电压只有几伏，就找不到后沿，D触发器的输出就一直为"1"，错误的反映了管子状态。所以这个比较器的比较电平必须设置在前沿比较器的比较电平之下，它的输出和另外一个反相比较器的输出相"或"，连接到单稳的输入端;对应正、反向光耦最终的输出信号相"或"后，再与其他六路信号相"与"，得到全关断信号。

4　调试结果

首先用标准的正弦波信号源对高隔离电压光电耦合器的工作点进行调整，尽量在要检测的电压范围内使其延时时间短，且光耦的性能基本一致，再能过比较器调节各路输出的一致性。

由于欧姆电源工作在脉冲运行方式，现场调试比较困难，通过每一次放电记录的数据，把每一路的信号再进行优化调整，使其能正常工作，能够准确检测到正组整流器电流过零时刻，如图6，其中Utk3-OH为晶闸管全关断检测过零信号。

图6　全关断过零检测示意图

该晶闸管全关断检测电路不仅在理论上能够真实反映管子全关断时刻，