一种单线圈单稳态10kV开关控制电路

技术领域

本发明属于电力自动化技术领域，具体涉及一种单线圈单稳态10kV开关控制电路。

背景技术

目前电力系统10kV线路上存在的单线圈单稳态开关，相较于传统的弹操机构开关，具备结构简单、动作快、寿命长等诸多优势，但是二次控制电路相对也较为复杂。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种在保证低电压信号能有效控制高电压、大电流的合闸、分闸动作的基础上，通过优秀的信号总控电路，避免异常出口造成损失的单线圈单稳态10kV开关控制电路。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所述的一种单线圈单稳态10kV开关控制电路，它包括信号总控电路、信号隔离电路、推挽驱动电路、保护电路，它们通过级联的方式实现了低电压信号控制高电压、大电流的单线圈单稳态10kV开关可靠合闸、分闸动作。

进一步地，所述信号总控电路包括同或门芯片U1，MOSFET管Qy1，贴片电阻Ry1，MOSFET管Qy1为P沟道，只有当同或门芯片U1输出低电平时，才能将3.3V输出到VCC，其他情况VCC均无输出，当低压控制信号S_H、S_F发生异常同时为低电平或高电平时，同或门芯片U1输出高电平，此时VCC无输出，无法驱动后级电路，避免异常出口造成损失，贴片电阻Ry1为上拉电阻，用于保持MOSFET管Qy1截止时的稳定状态。

进一步地，所述同或门芯片U1采用74AUP1T87GWH，所述MOSFET管Qy1采用AO3401A，所述贴片电阻Ry1参数为10kΩ。

进一步地，所述信号隔离电路包括隔离光耦芯片E1、E2、E3、E4，贴片电阻Rt1、Rt2、Rt3、Rt4、Rt5、Rt6、Rt7、Rt8，隔离光耦芯片E1、E2、E3、E4采用光电隔离的原理将内部低压控制信号S_H、S_F转换为输出端较高电压控制信号，贴片电阻Rt2、Rt4、Rt6、Rt8用于光耦芯片E1、E2、E3、E4导通时起限流作用，贴片电阻Rt1、Rt3、Rt5、Rt7为上拉电阻，用于保持光耦芯片E1、E2、E3、E4截止时的稳定状态。

进一步地，所述隔离光耦芯片E1、E2、E3、E4均采用HPC817D-2，所述贴片电阻Rt2、Rt4、Rt6、Rt8参数均为100Ω，所述贴片电阻Rt1、Rt3、Rt5、Rt7参数均为10kΩ。

进一步地，所述推挽驱动电路包括三级管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8，贴片电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16，IGBT管G1、G2、G3、G4，当控制信号有效时，三级管Q1、Q3、Q5、Q7均为NPN管，用于驱动后级IGBT管快速导通，而当控制信号失效时，三级管Q2、Q4、Q6、Q8均为PNP管，用于驱动后级IGBT管快速截止，贴片电阻R1、R5、R9、R13用于光耦芯片导通时起限流作用，贴片电阻R2、R6、R10、R14可为IGBT管截止时提供G极快速放电路径，贴片电阻R3、R7、R11、R15用于IGBT管导通时起限流作用，IGBT管截止时提供G极快速放电路径，贴片电阻R4、R8、R12、R16为IGBT管下拉电阻，用于IGBT截止时提供G极快速放电路径，同时保持IGBT管截止时的稳定状态，当控制信号S_H为低电平，S_F为高电平时，IGBT管G1、G4导通，G2、G3截止时，输出的大电流从单线圈单稳态10kV开关内部线圈正端流向负端，开关合闸，当控制信号S_H为高电平，S_F为低电平时，IGBT管G1、G4截止，G2、G3导通时，输出的大电流从单线圈单稳态10kV开关内部线圈负端流向正端，开关分闸。

进一步地，所述三级管Q1、Q3、Q5、Q7均为NPN管，采用BC817-40LT1，所述三级管Q2、Q4、Q6、Q8均为PNP管，采用BC807-40LT1，所述贴片电阻R1、R5、R9、R13参数均为1kΩ，所述贴片电阻R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16参数均为10kΩ，所述贴片电阻R3、R7、R11、R15参数均为22Ω，所述IGBT管G1、G2、G3、G4均采用FGH60N60SMD。

进一步地，所述保护电路包括1个压敏电阻RV1，压敏电阻RV1可有效规避输出电压过高，降低10kV开关线圈损坏的风险。

进一步地，所述压敏电阻RV1采用MOV-14D471K。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明采用信号总控电路，通过利用同或门芯片U1的特性，避免控制信号S_H、S_F同时有效时异常出口造成损失，保证只有正确的控制逻辑下才有正确出口；信号隔离电路，将低电压信号与高电压、大电流输出有效隔离，保护了内部电路免受外部环境干扰的影响；推挽驱动电路，控制IGBT管的开启和关闭，使得IGBT边沿变的更加陡峭，极大降低了潜在的短路风险；保护电路，利用压敏电阻规避10kV开关线圈损坏的风险。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明所述的一种单线圈单稳态10kV开关控制电路，它包括信号总控电路、信号隔离电路、推挽驱动电路、保护电路，它们通过级联的方式实现了低电压信号控制高电压、大电流的单线圈单稳态10kV开关可靠合闸、分闸动作。所述信号总控电路包括同或门芯片U1，在所述U1芯片接口输入端为S_H、S_F两个低压控制信号；接口输出端放置一颗MOSFET管Qy1，所述MOSFET管Qy1的G极与S极之间放置一颗贴片电阻Ry1，D极输出到信号VCC上。所述同或门芯片U1采用74AUP1T87GWH，所述MOSFET管Qy1采用AO3401A，所述贴片电阻Ry1参数为10kΩ所述信号隔离电路包括隔离光耦芯片E1、E2、E3、E4，在所述E1芯片输入端正极放置一颗贴片电阻Rt2，输入端负极放置一颗贴片电阻Rt1，贴片电阻Rt1和贴片电阻Rt2另一端共同接VCC；在所述E2芯片输入端正极放置一颗贴片电阻Rt4，输入端负极放置一颗贴片电阻Rt3，贴片电阻Rt3和贴片电阻Rt4另一端共同接VCC；在所述E3芯片输入端正极放置一颗贴片电阻Rt6，输入端负极放置一颗贴片电阻Rt5，贴片电阻Rt5和贴片电阻Rt6另一端共同接VCC；在所述E4芯片输入端正极放置一颗贴片电阻Rt8，输入端负极放置一颗贴片电阻Rt7，贴片电阻Rt7和贴片电阻Rt8另一端共同接VCC。所述隔离光耦芯片E1、E2、E3、E4均采用HPC817D-2，所述贴片电阻Rt2、Rt4、Rt6、Rt8参数均为100Ω，所述贴片电阻Rt1、Rt3、Rt5、Rt7参数均为10kΩ所述的推挽驱动电路包括三级管Q1、Q3、Q5、Q7，在所述三极管Q1的C极接15V_1信号，同时放置一颗贴片电阻R1，所述贴片电阻R1另一端接上述隔离芯片E1输出端正极，所述三极管Q1的B极接上述隔离芯片E1输出端负极，在所述三极管Q1的B极放置1颗贴片电阻R2和三极管Q2，所述贴片电阻R2另一端接GND_1信号，所述三极管Q2的B极和三极管Q1的B极相连，所述三极管Q2的E极和三极管Q1的E极相连，所述三极管Q2的C极接GND_1信号，在所述三极管Q1的E极放置一颗贴片电阻R3，在所述贴片电阻R3另一端放置1颗贴片电阻R4和IGBT管G1，所述贴片电阻R4另一端接GND_1信号，所述IGBT管G1的D极接C+信号，所述IGBT管G1的S极接GND_1信号；在所述三极管Q3的C极接15V_2信号，同时放置一颗贴片电阻R5，所述贴片电阻R5另一端接上述隔离芯片E2输出端正极，所述三极管Q3的B极接上述隔离芯片E2输出端负极，在所述三极管Q3的B极放置1颗贴片电阻R6和三极管Q4，所述贴片电阻R6另一端接GND_2信号，所述三极管Q4的B极和三极管Q3的B极相连，所述三极管Q4的E极和三极管Q3的E极相连，所述三极管Q4的C极接GND_2信号，在所述三极管Q3的E极放置一颗贴片电阻R7，在所述贴片电阻R7另一端放置1颗贴片电阻R8和IGBT管G2，所述贴片电阻R8另一端接GND_2信号，所述IGBT管G2的D极接C+信号，所述IGBT管G1的S极接GND_2信号；在所述三极管Q5的C极接15V_3信号，同时放置一颗贴片电阻R9，所述贴片电阻R9另一端接上述隔离芯片E3输出端正极，所述三极管Q5的B极接上述隔离芯片E3输出端负极，在所述三极管Q5的B极放置1颗贴片电阻R10和三极管Q6，所述贴片电阻R10另一端接C-信号，所述三极管Q6的B极和三极管Q5的B极相连，所述三极管Q6的E极和三极管Q5的E极相连，所述三极管Q6的C极接C-信号，在所述三极管Q5的E极放置一颗贴片电阻R11，在所述贴片电阻R11另一端放置1颗贴片电阻R12和IGBT管G3，所述贴片电阻R12另一端接C-信号，所述IGBT管G3的D极接GND_1信号，所述IGBT管G3的S极接C-信号；在所述三极管Q7的C极接15V_3信号，同时放置一颗贴片电阻R13，所述贴片电阻R13另一端接上述隔离芯片E4输出端正极，所述三极管Q7的B极接上述隔离芯片E4输出端负极，在所述三极管Q7的B极放置1颗贴片电阻R14和三极管Q8，所述贴片电阻R14另一端接C-信号，所述三极管Q8的B极和三极管Q7的B极相连，所述三极管Q8的E极和三极管Q7的E极相连，所述三极管Q8的C极接C-信号，在所述三极管Q7的E极放置一颗贴片电阻R15，在所述贴片电阻R15另一端放置1颗贴片电阻R16和IGBT管G4，所述贴片电阻R16另一端接C-信号，所述IGBT管G4的D极接GND_2信号，所述IGBT管G4的S极接C-信号。所述三级管Q1、Q3、Q5、Q7均为NPN管，采用BC817-40LT1，所述三级管Q2、Q4、Q6、Q8均为PNP管，采用BC807-40LT1，所述贴片电阻R1、R5、R9、R13参数均为1kΩ，所述贴片电阻R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16参数均为10kΩ，所述贴片电阻R3、R7、R11、R15参数均为22Ω，所述IGBT管G1、G2、G3、G4均采用FGH60N60SMD。所述的保护电路包括1个压敏电阻RV1，所述的压敏电阻RV1一端接上述的GND_1信号，另一端接上述的GND_2信号。所述压敏电阻RV1采用MOV-14D471K。本发明采用信号总控电路，通过利用同或门芯片U1的特性，避免控制信号S_H、S_F同时有效时异常出口造成损失，保证只有正确的控制逻辑下才有正确出口；信号隔离电路，将低电压信号与高电压、大电流输出有效隔离，保护了内部电路免受外部环境干扰的影响；推挽驱动电路，控制IGBT管的开启和关闭，使得IGBT边沿变的更加陡峭，极大降低了潜在的短路风险；保护电路，利用压敏电阻规避10kV开关线圈损坏的风险。

本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。