CN111063566A - 一种基于igbt的快速开出电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于IGBT的快速开出电路，包括：微处理器MCU、开出启动电路、IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路；微处理器MCU的输出连接开出启动电路；开出启动电路的输出分别连接IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路；IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路的输出并联在一起，同时接至跳闸出口节点。本发明通过采用无源隔离变压器驱动IGBT的方式，同时将IGBT和继电器开出节点并联在一起，能做到无隔离电源、回路结构可靠、动作时间短、动作时间离散性低，能满足某些现场对跳闸开出提出的动作时间短（1ms内）、动作时间离散性低（1ms内）的要求。

Description

一种基于IGBT的快速开出电路
技术领域
本发明涉及跳闸开出电路技术领域，具体涉及一种基于IGBT的快速开出电路。
背景技术
目前已有的用于快速跳闸开出回路主要有两类：第一类使用RC无源器件配合继电器实现(如专利CN201811383906.0)；第二类使用IGBT配合隔离电源实现(如专利CN201220722458.4)。
这两类方式各有优缺点：
第一类器件少，单个回路成本低，回路结构简单可靠，但实际原理是通过给继电器动作线圈施加短时过压来实现快速动作，本质仍然是依靠电磁吸附触点来动作，动作时间一般大于2ms，很难做到在1ms内动作，而且由于继电器是机械式触点，触点动作时间不稳定，离散性比较大(ms级)。
第二类器件多，实际原理是通过半导体器件IGBT(绝缘栅双极型晶体管)实现通断，动作时间快(us级)，而且由于动作原理是基于半导体器件，回路动作时间离散性好(us级)，但IGBT驱动电路结构复杂，***器件多导致可靠性相对变低，且该回路需要隔离电源，需要另外添加隔离电源监视回路，电路占用面积大，附加成本高。
随着智能电网的发展，在某些场合为实现对机构的精确控制，现场对跳闸动作时间提出了动作时间短(1ms内)、动作时间离散性低(1ms内)的要求。
亟需一种快速开出电路，动作时间短、动作时间离散性低、电路结构简单可靠。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于IGBT的快速开出电路，电路结构简单可靠、动作时间短、动作时间离散性低。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种基于IGBT的快速开出电路，包括：微处理器MCU、开出启动电路、IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路；微处理器MCU的输出连接开出启动电路；开出启动电路的输出分别连接IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路；IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路的输出并联在一起，同时接至跳闸出口节点。
进一步的，微处理器发出启动信号给开出启动电路，开出启动电路发出启动信号分别给IGBT驱动及开出电路和继电器驱动及开出电路，使得IGBT和继电器正常动作；MCU接收动作信号后，输出开出动作信号分别给IGBT驱动及开出电路和继电器驱动及开出电路，IGBT先动作，继电器后动作，IGBT先动作断开，继电器后动作断开。
进一步的，所述开出启动电路包括：开出电源PWR_DO和开出动作电源PWR_DO_QD、第一限流电阻和光耦继电器；第一限流电阻的一端连接光耦继电器的发光二极管正极，另一端连接MCU电源PWR，光耦继电器的发光二极管的负极连接MCU的启动信号输出端，光耦继电器的输出连接开出电源PWR_DO和开出动作电源PWR_DO_QD。
进一步的，所述IGBT驱动及开出电路包括：第二限流电阻、第一光耦、耦合电容、隔离变压器、RC网络、IGBT和开出节点防护器件；
第二限流电阻的一端连接第一光耦的发光二极管正极，另一端连接MCU电源PWR；第一光耦的发光二极管负极连接MCU的动作信号输出端，第一光耦的集电极端连接开出动作电源PWR_DO_QD，第一光耦的发射极端连接耦合电容后连接隔离变压器，隔离变压器经过RC网络后连接IGBT的输入端，IGBT的输出端连接开出节点防护器件，开出节点防护器件连接对外跳闸出口节点。
进一步的，所述RC网络包括第一电阻、第二电阻和第一电容，第一电阻与并联连接的第二电阻和第一电容串联后连接在隔离变压器的副边。
进一步的，所述继电器驱动及开出电路包括：第三限流电阻、第二光耦、续流二极管和第二继电器，第三限流电阻的一端连接第二光耦的发光二极管正极，另一端连接MCU电源PWR；第二光耦的发光二极管负极连接MCU的动作信号输出端，第二光耦的集电极端连接开出动作电源PWR_DO_QD，第二光耦的发射极端分别连接续流二极管的负极和第二继电器动作线圈正极性端，续流二极管的正极连接第二继电器动作线圈负极性端，续流二极管的正极接地，第二继电器的输出端连接对外跳闸出口节点。
本发明所达到的有益效果：本发明通过采用无源隔离变压器驱动IGBT的方式，同时将IGBT和继电器开出节点并联在一起，能做到无隔离电源、回路结构可靠、动作时间短、动作时间离散性低，能满足某些现场对跳闸开出提出的动作时间短(1ms内)、动作时间离散性低(1ms内)的要求。
附图说明
图1是本发明的具体实施例中的一种快速开出电路结构示意图；
图2是本发明的具体实施例中的一种开出启动电路结构示意图；
图3是本发明的具体实施例中的一种IGBT驱动及开出电路结构示意图；
图4是本发明的具体实施例中的一种继电器驱动及开出电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种基于IGBT的快速开出电路，包括：微处理器MCU、开出启动电路、IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路；微处理器MCU的输出连接开出启动电路；开出启动电路的输出分别连接IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路；IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路的输出并联在一起，同时接至跳闸出口节点。
微处理器发出启动信号给开出启动电路，开出启动电路发出启动信号分别给IGBT驱动及开出电路和继电器驱动及开出电路，使得IGBT和继电器正常动作；MCU接收动作信号后，输出开出动作信号分别给IGBT驱动及开出电路和继电器驱动及开出电路，由于IGBT动作时间快，IGBT会先动作，继电器会后动作，通过对IGBT驱动及开出电路中的RC网络参数的设置，延长IGBT动作保持时间，可以做到当IGBT动作断开时，继电器开出节点已经动作闭合。通过这种IGBT和继电器开出节点并联在一起的方式，由于IGBT先动作闭合，继电器后动作闭合，因此开出动作闭合时间取决于IGBT，可以做到开出动作时间短(1ms内)、动作时间离散性低(1ms内)；同时由于IGBT先动作断开，继电器后动作断开，可以避免当IGBT断开时，出口节点会感应出高电压损坏IGBT(此时由于继电器后动作断开，出口节点仍是闭合的)。最终是常用的继电器触点负责节点保持，因此在快速开出动作后，开出节点性能和一般的普通开出节点性能一样。
如图2所示，开出启动电路包括：开出电源PWR_DO和开出动作电源PWR_DO_QD、第一限流电阻和光耦继电器。第一限流电阻的一端连接光耦继电器的发光二极管正极，另一端连接MCU电源PWR，光耦继电器的发光二极管的负极连接MCU的启动信号输出端，光耦继电器的输出连接开出电源PWR_DO和开出动作电源PWR_DO_QD。
MCU的启动信号输出端发出的启动信号通过光耦继电器来控制开出动作电源PWR_DO_QD和开出电源PWR_DO之间的通断。当MCU的启动信号输出端输出使能时，开出动作电源PWR_DO_QD和开出电源PWR_DO导通，开出动作电源PWR_DO_QD能从开出电源PWR_DO处取电，IGBT和继电器才能正常开出动作；当MCU的启动信号输出端输出不使能时，开出动作电源PWR_DO_QD和开出电源PWR_DO断开，开出动作电源PWR_DO_QD不能从开出电源PWR_DO处取电，IGBT和继电器开出闭锁，不能正常开出动作。限流电阻用于保护光耦原边发光二极管，防止过流烧毁发光二极管。
如图3所示，IGBT驱动及开出电路包括：第二限流电阻、第一光耦、耦合电容、隔离变压器、RC网络、IGBT和开出节点防护器件；
第二限流电阻的一端连接第一光耦的发光二极管正极，另一端连接MCU电源PWR；第一光耦的发光二极管负极连接MCU的动作信号输出端，第一光耦的集电极端连接开出启动电路的开出动作电源PWR_DO_QD，第一光耦的发射极端连接耦合电容后连接隔离变压器，隔离变压器经过RC网络后连接IGBT的输入端，IGBT的输出端连接开出节点防护器件，开出节点防护器件连接对外跳闸出口节点。
RC网络包括第一电阻、第二电阻和第一电容，第一电阻与并联连接的第二电阻和第一电容串联后连接在隔离变压器的副边；
工作原理为：当开出动作电源PWR_DO_QD和开出电源PWR_DO导通后，MCU发出的开出动作信号使能光耦副边导通，副边电压脉冲经耦合电容传输至隔离变压器原边，变压器副边感应出电源脉冲来驱动IGBT导通。限流电阻用于保护光耦原边发光二极管，防止过流烧毁发光二极管。耦合电容用于传输电源脉冲信号给隔离变压器。隔离变压器用于传输电源脉冲信号来驱动IGBT，且能够起到保护变压器原边器件的作用。RC网络可以延长电源脉冲时间，从而延长IGBT动作保持时间，使得当IGBT断开时，继电器节点已经动作闭合。这样能够起到保护IGBT的作用，避免IGBT在断开时，节点感应的高脉冲电压对IGBT造成损坏。开出节点防护器件用于防护IGBT节点间的差模干扰。
如图4所示，继电器驱动及开出电路包括：第三限流电阻、第二光耦、续流二极管和第二继电器，第三限流电阻的一端连接第二光耦的发光二极管正极，另一端连接MCU电源PWR；第二光耦的发光二极管负极连接MCU的动作信号输出端，第二光耦的集电极端连接开出启动电路的开出动作电源PWR_DO_QD，第二光耦的发射极端分别连接续流二极管的负极和第二继电器动作线圈正极性端，续流二极管的正极连接第二继电器动作线圈负极性端，续流二极管的正极接地，第二继电器的输出端连接对外跳闸出口节点。
工作原理为：当开出动作电源PWR_DO_QD和开出电源PWR_DO导通后，MCU发出的开出动作信号经光耦传输，来驱动第二继电器线圈，继电器正常开出动作。限流电阻用于保护光耦原边发光二极管，防止过流烧毁发光二极管。续流二极管用于保护第二继电器线圈，防止线圈断电后，高感应电压损坏继电器线圈。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于IGBT的快速开出电路，其特征在于：包括：微处理器MCU、开出启动电路、IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路；微处理器MCU的输出连接开出启动电路；开出启动电路的输出分别连接IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路；IGBT驱动及开出电路、继电器驱动及开出电路的输出并联在一起，同时接至跳闸出口节点。
2.根据权利要求1所述的一种基于IGBT的快速开出电路，其特征是：微处理器发出启动信号给开出启动电路，开出启动电路发出启动信号分别给IGBT驱动及开出电路和继电器驱动及开出电路，使得IGBT和继电器正常动作；MCU接收动作信号后，输出开出动作信号分别给IGBT驱动及开出电路和继电器驱动及开出电路，IGBT先动作，继电器后动作，IGBT先动作断开，继电器后动作断开。
3.根据权利要求1所述的一种基于IGBT的快速开出电路，其特征是：所述开出启动电路包括：开出电源、开出动作电源、第一限流电阻和光耦继电器；第一限流电阻的一端连接光耦继电器的发光二极管正极，另一端连接MCU电源，光耦继电器的发光二极管的负极连接MCU的启动信号输出端，光耦继电器的输出连接开出电源和开出动作电源。
4.根据权利要求3所述的一种基于IGBT的快速开出电路，其特征是：所述IGBT驱动及开出电路包括：第二限流电阻、第一光耦、耦合电容、隔离变压器、RC网络、IGBT和开出节点防护器件；
第二限流电阻的一端连接第一光耦的发光二极管正极，另一端连接MCU电源；第一光耦的发光二极管负极连接MCU的开出动作信号输出端，第一光耦的集电极端连接开出动作电源，第一光耦的发射极端连接耦合电容后连接隔离变压器，隔离变压器经过RC网络后连接IGBT的输入端，IGBT的输出端连接开出节点防护器件，开出节点防护器件连接对外跳闸出口节点。
5.根据权利要求4所述的一种基于IGBT的快速开出电路，其特征是：所述RC网络包括第一电阻、第二电阻和第一电容，第一电阻与并联连接的第二电阻和第一电容串联后连接在隔离变压器的副边。
6.根据权利要求3所述的一种基于IGBT的快速开出电路，其特征是：所述继电器驱动及开出电路包括：第三限流电阻、第二光耦、续流二极管和第二继电器，第三限流电阻的一端连接第二光耦的发光二极管正极，另一端连接MCU电源；第二光耦的发光二极管负极连接MCU的开出动作信号输出端，第二光耦的集电极端连接开出动作电源，第二光耦的发射极端分别连接续流二极管的负极和第二继电器动作线圈正极性端，续流二极管的正极连接第二继电器动作线圈负极性端，续流二极管的正极接地，第二继电器的输出端连接对外跳闸出口节点。
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