一种高速电力高频交流固态继电器制造技术

一种高速电力高频交流固态继电器，包括有一个电源插口、两个输入端子和两个输出端子，其特征是：还包括有通过导线依次连接的多谐振荡电路、功率放大电路、变压器、整流滤波电路和光耦驱动电路以及IGBT管组合模块；电源插口连接多谐振荡电路，多谐振荡电路产生的周期性交变方波电压经过功率放大和升压处理后，再经过整流和滤波处理后为光耦驱动电路提供稳定的直流电压，光耦驱动电路接收输入端子侧的弱电控制信号，并通过控制IGBT管组合模块中两个相互反向并联的IGBT管的开通与关断，实现对与输出端子相串联的被控交流高压电的开关控制；本实用新型专利技术开关速度快，可控制的电压电流大，电力频率高，尤其适用于电动汽车行业的开关控制。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种继电器，尤其是一种高速电力高频交流固态继电器，适用于电动汽车行业。
技术介绍
当前，随着半导技术的兴起，固态继电器应运而生，并广泛运用于电力行业，尤其是电动汽车行业。传统的固态继电器一般为四端器件，包括有输入电路、隔离(耦合)电路和输出电路；输入电路连接电源插口和两个输入端，并在两个输入端外接控制信号（电压信号源），其中输入的控制电路大于5mA;固态继电器的输入与输出的耦合采用光电耦合和变压器耦合两种方式，其中光电耦合通常使用光电二极管—光电三极管，光电二极管—双向光控可控硅，光伏电池，实现控制侧与负载侧隔离控制，而变压器耦合是利用输入的控制信号产生的自激高频信号经耦合到次级，经检波整流，逻辑电路处理形成驱动信号；输出电路连接两个输出端，并与负载和被控高压串联，输出电路主要利用低速可控硅来实现开关特性。然而，现有的固态继电器用于控制高压采用的低速可控硅完成一次通断所需的时间长，一般远远大于5μs，并且现有的固态继电器可控电压电流不高，控制频率低，一般为50Hz或60Hz,这已经远远不能满足电动汽车中电机的高速高频的控制需求。
技术实现思路
本技术的目的就是要解决传统的固态继电器通断时间长、可控电压电流不高、控制频率低，由此不能满足电动汽车的控制需求的问题，为此一种高速电力高频交流固态继电器。本技术的具体方案是：一种高速电力高频交流固态继电器，包括有一个电源插口和两个输入端子以及两个输出端子，其特征是：还包括有通过导线依次连接的多谐振荡电路、功率放大电路、变压器、整流滤波电路和光耦驱动电路以及IGBT管组合模块；多谐振荡电路连接电源插口，用于将直流电压转换为周期性交变方波电压，并输送至功率放大电路；功率放大电路的输出端连接变压器的一次绕组；整流滤波电路和光耦驱动电路均设有两个，变压器具有两个二次绕组，分别对应连接两个整流滤波电路的交流输入侧，每个整流滤波电路的直流输出侧连接每个光耦驱动电路，并为光耦驱动电路提供稳定的直流电压，两个光耦驱动电路的信号输入端对应连接两个输入端子；IGBT管组合模块由两个相互反向并联的IGBT管组成，并且两个IGBT管的集电极和发射极反向对应连接后分别与两个输出端子对应连接，每个光耦驱动电路的输出端对应连接其中一个IGBT管的栅极与发射极。本技术中所述多谐振荡电路采用555定时器，555定时器具有八个引脚，其中引脚8和引脚4均连接电源插口，并由电源插口提供4.7V直流电源；引脚7连接滑动电阻R7的触头，引脚7与引脚6之间串联有二极管D1，并且引脚6和引脚2相短接；引脚6、引脚5与引脚1之间对应串联有电容C1和电容C2，引脚1接地；滑动电阻R7的一端到引脚4之间串联有电阻R1，滑动电阻R7的另一端到引脚6之间串联有电阻R2和二极管D2；引脚4与引脚3之间串联有电阻R3，其中引脚3作为多谐振荡电路的输出端。本技术中所述功率放大电路包括有PNP型三极管Q1和NPN型三极管Q2，其中三极管Q1的基极作为功率放大电路的输入端，三极管Q1的集电极连接三极管Q2的基极，三极管Q1的发射极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地；三极管Q2的发射极连接电源插口，并由电源插口提供4.7V直流电源，三极管Q2的集电极连接变压器的一次绕组的一端，变压器的一次绕组的另一端与电阻R4共地。本技术中所述光耦驱动电路采用TLP250芯片，TLP250芯片具有八个引脚，TLP250芯片的引脚1和引脚4空置，TLP250芯片的引脚2和引脚3对应连接两个输入端子，在引脚2与输入端子之间串联有限流电阻；TLP250芯片的引脚5与引脚8对应连接整流滤波电路的直流输出侧，其中引脚5与引脚8之间并联有电容，引脚5接地，整流滤波电路的交流输入侧连接变压器的二次绕组；TLP250芯片的引脚6与引脚7短接，并作为光耦驱动电路的其中一个输出端，该输出端连接其中一个IGBT管的栅极，TLP250芯片的引脚5作为光耦驱动电路的另一个输出端，该输出端连接所述IGBT管的发射极，在引脚6与引脚5之间并联有稳压管和电容。本技术的工作原理如下：首先，电源插口侧为多谐振荡电路提供直流电源，多谐振荡电路产生周期性交变方波电压，该交流电压经过功率放大电路的功率放大和变压器的升压处理，将交变电压耦合到光耦驱动电路的前端，并经过整流滤波电路进行整流和滤波处理后为光耦驱动电路提供稳定的直流电压，以驱动光耦；光耦驱动电路通过两个输入端子提供的弱电控制信号，控制IGBT管组合模块中的IGBT管的导通与截止，其中由于IGBT管组合模块由两个相互反向并联的IGBT管组成，而每个IGBT管均由一个光耦驱动电路驱动，当IGBT管组合模块与负载、被控交流高压电构成串联回路时，则IGBT管组合模块中的两个IGBT管将会在被控交流高压电的正半周期和负半周期交替导通，从而实现了固态继电器的开关控制功能。本技术与现有的固态继电器相比，具有以下优点：(1)高速：本技术完成一次通断最短需要5us，而现在大多数继电器完成一次通断是远远大于5us；(2)可控制电压电流较大：本技术由于采用大功率IGBT管(绝缘栅双极型晶体管)，在常温下，其可通过的最高耐压值为600-1200V，最高瞬态电流为45-200A；(3)电力高频：本技术在设计时使用了由两个大功率IGBT管相互反向并联构成IGBT管组合模块，当被控交流电流通过IGBT管组合模块时，两个反向并联的IGBT管交替导通或截至，并且两个IGBT管相互切换的速度很快，其频率远超过工业电力50Hz的频率，满足了电动汽车中电机的控制需求；(4)电隔离性好：本技术中采用变压器和光耦驱动电路起到控制侧与负载侧控制隔离的作用，并且多谐振荡电路、功率放大电路和光耦驱动电路分别采用三个不同的接地点，从而更好了确保了控制器件之间的隔离。附图说明图1是本技术的控制结构框图；图2是本技术的电气原理图。图中：1—电源插口，2—输入端子，3—输出端子，4—多谐振荡电路，5—功率放大电路，6—变压器，7—整流滤波电路，8—光耦驱动电路，9—IGBT管组合模块，10—负载，11—弱电控制信号，12—被控交流高压电。具体实施方式参见图1-2，本技术包括有一个电源插口1和两个输入端子2以及两个输出端子3，特别是：还包括有通过导线依次连接的多谐振荡电路4、功率放大电路5、变压器6、整流滤波电路7和光耦驱动电路8以及IGBT管组合模块9；多谐振荡电路4连接电源插口1，用于将直流电压转换为周期性交变方波电压，并输送至功率放大电路5；功率放大电路5的输出端连接变压器6的一次绕组；整流滤波电路7和光耦驱动电路8均设有两个，变压器6具有两个二次绕组，分别对应连接两个整流滤波电路7的交流输入侧，每个整流滤波电路7的直流输出侧连接每个光耦驱动电路8，并为光耦驱动电路8提供稳定的直流电压，两个光耦驱动电路8的信号输入端对应连接两个输入端子2；IGBT管组合模块9由两个相互反向并联的IGBT管Q3、Q4组成，其中IGBT管Q3、Q4分别为两个N沟道IGBT，并且两个IGBT管的集电极和发射极反向对应连接后分别与两个输出端子3对应连接，每个光耦驱动电路8的输出端对应连接其中一个IGBT管的栅极与发射极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速电力高频交流固态继电器，包括有一个电源插口和两个输入端子以及两个输出端子，其特征是：还包括有通过导线依次连接的多谐振荡电路、功率放大电路、变压器、整流滤波电路和光耦驱动电路以及IGBT管组合模块；多谐振荡电路连接电源插口，用于将直流电压转换为周期性交变方波电压，并输送至功率放大电路；功率放大电路的输出端连接变压器的一次绕组；整流滤波电路和光耦驱动电路均设有两个，变压器具有两个二次绕组，分别对应连接两个整流滤波电路的交流输入侧，每个整流滤波电路的直流输出侧连接每个光耦驱动电路，并为光耦驱动电路提供稳定的直流电压，两个光耦驱动电路的信号输入端对应连接两个输入端子；IGBT管组合模块由两个相互反向并联的IGBT管组成，并且两个IGBT管的集电极和发射极反向对应连接后分别与两个输出端子对应连接，每个光耦驱动电路的输出端对应连接其中一个IGBT管的栅极与发射极。

【技术特征摘要】
1.一种高速电力高频交流固态继电器，包括有一个电源插口和两个输入端子以及两个输出端子，其特征是：还包括有通过导线依次连接的多谐振荡电路、功率放大电路、变压器、整流滤波电路和光耦驱动电路以及IGBT管组合模块；多谐振荡电路连接电源插口，用于将直流电压转换为周期性交变方波电压，并输送至功率放大电路；功率放大电路的输出端连接变压器的一次绕组；整流滤波电路和光耦驱动电路均设有两个，变压器具有两个二次绕组，分别对应连接两个整流滤波电路的交流输入侧，每个整流滤波电路的直流输出侧连接每个光耦驱动电路，并为光耦驱动电路提供稳定的直流电压，两个光耦驱动电路的信号输入端对应连接两个输入端子；IGBT管组合模块由两个相互反向并联的IGBT管组成，并且两个IGBT管的集电极和发射极反向对应连接后分别与两个输出端子对应连接，每个光耦驱动电路的输出端对应连接其中一个IGBT管的栅极与发射极。2.根据权利要求1所述的一种高速电力高频交流固态继电器，其特征是：所述多谐振荡电路采用555定时器，555定时器具有八个引脚，其中引脚8和引脚4均连接电源插口，并由电源插口提供4.7V直流电源；引脚7连接滑动电阻R7的触头，引脚7与引脚6之间串联有二极管D1，并且引脚6和引脚2相短接；引脚6、引脚5与引脚1之间对应串联有电容C1和电容C2，引脚1接地；滑动电阻R7的一端到引脚4之间串联有电阻R1，滑动电阻R7的另一端到引...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴云，刘鑫豪，杨火祥，胡钰，王嘉瑶，余登勇，王磊，
申请(专利权)人：湖北师范大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42