一种光脉冲功放隔离电路

技术领域

本申请涉及电源技术领域，特别涉及一种光脉冲功放隔离电路。

背景技术

化工、冶金等领域对晶闸管整流器系统的要求较高，一旦晶闸管整流器系统出现故障而导致整流系统停电，那么造成的经济损失将是非常之大。解决大功率晶闸管整流器故障率的问题尤为重要。其中，大功率晶闸管整流器容易出现问题的部位是触发系统，解决好触发系统可靠性的问题，就等同于解决了大功率晶闸管整流器工作可靠性的问题。

目前，提高触发系统可靠性的最佳保护措施是采用双系统热备触发方式，即两路触发控制电路接受同一个电压给定信号和同一个电流反馈信号，产生同相位的触发脉冲，并分别设有脉冲检测环节。工作时，可通过电子开关设置主触发器功放环节使其工作而向晶闸管输出触发脉冲，同时又封存备用辅助触发器的功放而使其备用。一旦主触发器由于某种原因丢失了触发脉冲，就会迅速的被主触发控制系统的检测环节识别并发出信号，打开备用辅助触发器功放环节的封锁电路，而由备用辅助触发器向晶闸管输出脉冲，以保持晶闸管可靠工作。其中，晶闸管触发电路工作在高压强磁场环境中，需要有良好的抗电磁干扰性能以及电气隔离。有鉴于此，提供一种适用于双系统热备触发，且高隔离、抗强电磁干扰的电路已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种光脉冲功放隔离电路，适用于双系统热备触发，抗强磁场干扰能力更优，性能更可靠，并且可接收调制脉冲或双窄脉冲，通用性更强。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种光脉冲功放隔离电路，包括：

第一光脉冲接收与功放电路、第二光脉冲接收与功放电路、电磁隔离电路以及电源电路；所述电磁隔离电路包括：隔离变压器；所述隔离变压器包括第一原边绕组、第二原边绕组以及次边绕组；所述第一光脉冲接收与功放电路连接所述第一原边绕组；所述第二光脉冲接收与功放电路连接所述第二原边绕组；所述次边绕组连接脉冲变压器；

所述电源电路，用于为所述第一光脉冲接收与功放电路以及所述第二光脉冲接收与功放电路供电；

所述第一光脉冲接收与功放电路，用于接收光脉冲信号，并基于所述光脉冲信号以及所述电源电路提供的电压，在所述第一原边绕组上形成晶闸管触发脉冲；

所述第二光脉冲接收与功放电路，用于接收光脉冲信号，并基于所述光脉冲信号以及所述电源电路提供的电压，在所述第二原边绕组上形成晶闸管触发脉冲；

所述电磁隔离电路，用于当所述第一原边绕组或所述第二原边绕组上形成晶闸管触发脉冲时，通过所述次边绕组输出晶闸管触发脉冲至所述脉冲变压器。

可选的，所述电磁隔离电路还包括：

第一泄放电路与第二泄放电路；

所述第一泄放电路，用于泄放所述第一原边绕组中储存的能量；

所述第二泄放电路，用于泄放所述第二原边绕组中储存的能量。

可选的，所述第一泄放电路与所述第二泄放电路均包括：

第一电阻与第一二极管；所述第一二极管的阴极连接所述隔离变压器的原边绕组的第一端，所述第一二极管的阳极连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述隔离变压器的原边绕组的第二端。

可选的，所述电磁隔离电路还包括：

脉冲指示电路；

脉冲指示电路，用于指示所述隔离变压器的原边绕组的脉冲状态。

可选的，所述脉冲指示电路包括：

第二电阻、第三电阻、第二二极管以及指示灯；

所述第二电阻、所述第三电阻以及所述第二二极管串联后并联于所述隔离变压器的原边绕组的两端，所述指示灯与所述第二电阻并联；当所述原边绕组上有脉冲时，所述指示灯亮。

可选的，所述第一光脉冲接收与功放电路与第二光脉冲接收与功放电路均包括：

光脉冲接收电路、开关电路以及供电电路；所述开关电路的输入端连接所述光脉冲接收电路的输出端，所述开关电路的输出端连接所述隔离变压器的原边绕组的第二端；所述供电电路的输入端连接所述电源电路，所述供电电路的输出端连接所述隔离变压器的原边绕组的第一端；

所述光脉冲接收电路，用于接收所述光脉冲信号；

所述开关电路，用于基于所述光脉冲信号的电平高低导通或关断；

所述供电电路，用于当所述开关电路关断时，输出第一电压，当所述开关电路导通时，输出小于所述第一电压的电压。

可选的，所述供电电路包括：

第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容以及第三二极管；

所述第四电阻的一端连接所述第一电容的一端以及第一电压，所述第四电阻的另一端连接所述第三电容的一端以及所述第三二极管的阴极，并作为所述供电电路的输出端，所述第一电容的另一端接地，所述第三电容的另一端接地，所述第三二极管的阳极连接所述第二电容的一端以及第二电压，所述第二电容的另一端接地；所述第一电压大于所述第二电压。

可选的，所述光脉冲接收电路包括：

光纤接收头、第五电阻、第六电阻以及第四电容；

所述第四电容的一端连接所述光纤接收头以及第四电压，所述第四电容的另一端接地；所述第五电阻的一端连接所述光纤接收头，所述第五电阻的另一端连接所述第六电阻的一端，并作为所述光脉冲接收电路的输出端；所述第六电阻的另一端连接第三电压。

可选的，所述开关电路包括：

MOS管驱动电路、MOS管以及瞬态二极管；

所述MOS管驱动电路的输入端连接所述光脉冲接收电路的输出端，所述MOS管驱动电路的输出端连接所述MOS管的栅极，所述MOS管的漏极连接所述瞬态二极管的阴极，并作为所述开关电路的输出端，所述MOS管的源极接地以及连接所述瞬态二极管的阳极；

当所述光脉冲信号为高电平时，所述MOS管驱动电路使所述MOS管导通，当所述光脉冲信号为低电平时，所述MOS管驱动电路使所述MOS管关断。

可选的，所述电源电路包括：

电源变压器、第一整流电路、第二整流电路、第一线性稳压管、第二线性稳压管；

所述第一整流电路连接所述电源变压器的第一绕组，用于对所述电源变压器的第一绕组的电压进行整流得到第一电压；

所述第二整流电路连接所述电源变压器的第二绕组，用于对所述电源变压器的第二绕组的电压进行整流得到第二电压；

所述第一线性稳压管，用于对所述第二电压进行压降得到第三电压；

所述第二线性稳压管，用于对所述第三电压进行压降得到第四电压。

本申请所提供的光脉冲功放隔离电路，包括：第一光脉冲接收与功放电路、第二光脉冲接收与功放电路、电磁隔离电路以及电源电路；所述电磁隔离电路包括：隔离变压器；所述隔离变压器包括第一原边绕组、第二原边绕组以及次边绕组；所述第一光脉冲接收与功放电路连接所述第一原边绕组；所述第二光脉冲接收与功放电路连接所述第二原边绕组；所述次边绕组连接脉冲变压器；所述电源电路，用于为所述第一光脉冲接收与功放电路以及所述第二光脉冲接收与功放电路供电；所述第一光脉冲接收与功放电路，用于接收光脉冲信号，并基于所述光脉冲信号以及所述电源电路提供的电压，在所述第一原边绕组上形成晶闸管触发脉冲；所述第二光脉冲接收与功放电路，用于接收光脉冲信号，并基于所述光脉冲信号以及所述电源电路提供的电压，在所述第二原边绕组上形成晶闸管触发脉冲；所述电磁隔离电路，用于当所述第一原边绕组或所述第二原边绕组上形成晶闸管触发脉冲时，通过所述次边绕组输出晶闸管触发脉冲至所述脉冲变压器。

可见，本申请所提供的光脉冲功放隔离电路设置有两路光脉冲接收与功放电路，主触发器的光脉冲信号可接入其中一路光脉冲接收与功放电路，备用触发器的光脉冲信号可接入另一路光脉冲接收与功放电路，任意一路光脉冲接收与功放电路有光脉冲输入时，都可以输出脉冲信号至脉冲变压器，由此满足双系统热备触发的需求。另外，本申请所提供的光脉冲功放隔离电路设置有电磁隔离电路，在脉冲变压器之前增设一级电磁隔离，有效提高了隔离等级，抗强磁场干扰能力更优，性能更可靠，可以降低对脉冲变压器的性能要求，进而降低脉冲变压器的制作难度。同时，本申请所提供的光脉冲功放隔离电路可接收调制脉冲或双窄脉冲，通用性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种光脉冲功放隔离电路的示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种电磁隔离电路的示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种光脉冲接收与功放电路的示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种电源电路的示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种光脉冲功放隔离电路，适用于双系统的热备触发，抗强磁场干扰能力更优，性能更可靠，并且可接收调制脉冲或双窄脉冲，通用性更强。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种光脉冲功放隔离电路的示意图，参考图1所示，该电路主要包括：两路光脉冲接收与功放电路，即第一光脉冲接收与功放电路10与第二光脉冲接收与功放电路20，以及电磁隔离电路30、电源电路40。

两路光脉冲接收与功放电路可分别用于接收主触发器的光脉冲信号与备用触发器的光脉冲信号。当两路光脉冲接收与功放电路中的任意一路接收到光脉冲信号后，其可基于所接收的光脉冲信号以及电源电路提供的电压，在所连接的隔离变压器T的原边绕组上形成晶闸管触发脉冲。当隔离变压器T的任意一个原边绕组上形成晶闸管触发脉冲时，隔离变压器T通过其次级绕组输出晶闸管触发脉冲至脉冲变压器，以使脉冲变压器进行隔离降压后驱动后级的晶闸管。

其中，隔离变压器T的两个原边绕组采用原边并绕的方式，即两个原边绕组绕制的匝数及方式完全相同。无论哪一个原边绕组上形成晶闸管触发脉冲，隔离变压器T通过次边绕组均能够输出所需的晶闸管触发脉冲给脉冲变压器。

如图2所示，隔离变压器T的次边绕组的5脚可串联一路二极管，次边绕组的5脚具体连接该二极管的阳极，由此可以防止隔离变压器所连脉冲变压器的反向泄放电流。次边绕组的5脚、第一原边绕组的1脚以及第二原边绕组的3脚为同名端。

另外，在一种具体的实施方式中，电磁隔离电路30还可以包括：

第一泄放电路与第二泄放电路；

第一泄放电路，用于泄放第一原边绕组中储存的能量；

第二泄放电路，用于泄放第二原边绕组中储存的能量。

其中，第一泄放电路与第二泄放电路均可包括：

第一电阻与第一二极管；第一二极管的阴极连接隔离变压器T的原边绕组的第一端，第一二极管的阳极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接隔离变压器T的原边绕组的第二端。

参考图2所示，二极管D1与电阻R1构成第一原边绕组的泄放电路。当第一原边绕组的脉冲电压下降为零伏时，第一原边绕组中储存的能量通过二极管D1与电阻R1构成的泄放电路进行消耗。二极管D2与电阻R2构成第二原边绕组的泄放电路。当第二原边绕组的脉冲电压下降为零伏时，第二原边绕组中储存的能量通过二极管D2与电阻R2构成的泄放电路进行消耗。

进一步，在一种具体的实施方式中，电磁隔离电路30还可以包括：

脉冲指示电路；

脉冲指示电路，用于指示隔离变压器的原边绕组的脉冲状态。

并且，脉冲指示电路可以包括：

第二电阻、第三电阻、第二二极管以及指示灯；第二电阻、第三电阻以及第二二极管串联后并联于隔离变压器的原边绕组的两端，指示灯与第二电阻并联；当原边绕组上有脉冲时，指示灯亮。

如图2所示，脉冲指示电路可以由电阻R3、电阻R4、二极管D3以及指示灯LD1组成。电阻R3、二极管D3以及电阻R4串联后并联于第一原边绕组的两端，指示灯LD1与电阻R3并联。当第一原边绕组有脉冲时，指示灯LD1亮，反之则指示灯LD1灭。

图2所示是在隔离变压器的第一原边绕组两端设置脉冲指示电路，当然也可以在隔离变压器的第二原边绕组的两端设置脉冲指示电路。当在隔离变压器的第二原边绕组的两端设置脉冲指示电路时，所设置的脉冲指示电路的电路结构以及原理可参照上述脉冲指示电路，本申请再次不做赘述。

进一步，第一光脉冲接收与功放电路10与第二光脉冲接收与功放电路20均可包括：

光脉冲接收电路、开关电路以及供电电路；开关电路的输入端连接光脉冲接收电路的输出端，开关电路的输出端连接隔离变压器的原边绕组的第二端；供电电路的输入端连接电源电路，供电电路的输出端连接隔离变压器的原边绕组的第一端；

光脉冲接收电路，用于接收光脉冲信号；

开关电路，用于基于光脉冲信号的电平高低导通或关断；

供电电路，用于当开关电路关断时，输出第一电压，当开关电路导通时，输出小于第一电压的电压。

其中，供电电路可以包括：

第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容以及第三二极管；

第四电阻的一端连接第一电容的一端以及第一电压，第四电阻的另一端连接第三电容的一端以及第三二极管的阴极，并作为供电电路的输出端，第一电容的另一端接地，第三电容的另一端接地，第三二极管的阳极连接第二电容的一端以及第二电压，第二电容的另一端接地；第一电压大于第二电压。

第一电压与第二电压由电源电路40提供。

如图3所示，电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3以及二极管D4构成一路供电电路，该供电电路的输出端连接隔离变压器T的第一原边绕组的第一端。电阻R6、电容C4、电容C5、电容C6以及二极管D5构成一路供电电路，该供电电路的输出端连接隔离变压器T的第二原边绕组的第一端。图中所示+V1表示第一电压，+V2表示第二电压。

二极管D4与二极管D5起阻断作用。

光脉冲接收可以电路包括：

光纤接收头、第五电阻、第六电阻以及第四电容；

第四电容的一端连接光纤接收头以及第四电压，第四电容的另一端接地；第五电阻的一端连接光纤接收头，第五电阻的另一端连接第六电阻的一端，并作为光脉冲接收电路的输出端；第六电阻的另一端连接第三电压。

第三电压与第四电压同样由电源电路40提供。

如图3所示，光纤接收头J1、电阻R7、电阻R8以及电容C7构成一路光纤接收电路。电阻R8一端连接光纤接收头JI的6脚，另一端连接电阻R7。光纤接收头J2、电阻R9、电阻R10以及电容C8构成另一路光纤接收电路。电阻R10一端连接光纤接收头J2的6脚，另一端连接电阻R9。图中所示+V3表示第三电压，+V4表示第四电压。

开关电路可以包括：

MOS管驱动电路、MOS管以及瞬态二极管；

MOS管驱动电路的输入端连接光脉冲接收电路的输出端，MOS管驱动电路的输出端连接MOS管的栅极，MOS管的漏极连接瞬态二极管的阴极，并作为开关电路的输出端，MOS管的源极接地以及连接瞬态二极管的阳极；

当光脉冲信号为高电平时，MOS管驱动电路使MOS管导通，当光脉冲信号为低电平时，MOS管驱动电路使MOS管关断。

其中，MOS管驱动电路可以包括三极管、电阻以及稳压二极管。如图3所示，三极管Q1、电阻R11、电阻R12以及稳压二极管D6构成一路MOS管驱动电路。三极管Q1的基极作为开关电路的输入端，连接光脉冲接收电路的输出端，三极管Q1的发射极连接第三电压，三极管Q1的集电极连接电阻R11的第一端；电阻R11的第二端作为MOS管驱动电路的输出端，连接电阻R12的一端以及稳压二极管D6的阴极；电阻R12的另一端接地，稳压二极管D6的阳极接地。电阻R11与电阻R12起到限流的作用，能够防止所连接的MOS管Q2的基极振荡。MOS管Q2源极与漏极并联一路瞬态二极管D8，可以防止MOS管Q2过电压损坏。

三极管Q3、电阻R13、电阻R14以及稳压二极管D7构成另一路MOS管驱动电路。三极管Q3的基极作为开关电路的输入端，连接光脉冲接收电路的输出端，三极管Q3的发射极连接第三电压，三极管Q3的集电极连接电阻R13的第一端；电阻R13的第二端作为MOS管驱动电路的输出端，连接电阻R14的一端以及稳压二极管D7的阴极；电阻R14的另一端接地，稳压二极管D7的阳极接地。同样，电阻R13与电阻R14起到限流的作用，能够防止MOS管Q4的基极振荡。MOS管Q4源极与漏极并联一路瞬态二极管D9，可以防止MOS管Q4过电压损坏。

在第一光脉冲接收与功放电路的开关电路不导通，即MOS管Q2不导通时，电容C3通过电阻R5充能至第一电压。当MOS管Q2导通时，电容C3的电压从第一电压泄放至第一电压附近。

在第二光脉冲接收与功放电路的开关电路不导通，即MOS管Q4不导通时，电容C6通过电阻R6充能至第一电压。当MOS管Q4导通时，电容C6的电压从第一电压泄放至第一电压附近。

第一电压约为第二电压的2倍。

隔离变压器T的原边绕组采用双电压功能，即+V1与+V2供能，可以有效提高输出脉冲的上升沿幅度和抖度，使多个晶闸管触发时开通一致性更好

电源电路40负责为各路光脉冲接收与功放电路供电。其中，在一种具体的实施方式中，电源电路40可以包括：

电源变压器、第一整流电路、第二整流电路、第一线性稳压管、第二线性稳压管；

第一整流电路连接电源变压器的第一绕组，用于对电源变压器的第一绕组的电压进行整流得到第一电压；

第二整流电路连接电源变压器的第二绕组，用于对电源变压器的第二绕组的电压进行整流得到第二电压；

第一线性稳压管，用于对第二电压进行压降得到第三电压；

第二线性稳压管，用于对第三电压进行压降得到第四电压。

本实施例中，电源电路40由电源变压器供电，可以避免电源与控制系统间的串扰，同时也提高了隔离等级。

参考图4所示，第一整流电路可以包括二极管D12、二极管D13、电容C11以及电容C12。图中ACV3、ACV4、AC0V2表示电源变压器的第一绕组的接线端。电源变压器的第一绕组的电压经第一整流电路整流后得到第一电压。第二整流电路可以包括二极管D10、二极管D11、电容C9以及电容C10。图中ACV1、ACV2、AC0V1表示电源变压器的第二绕组的接线端。电源变压器的第二绕组的电压经第二整流电路整流后得到第二电压。

第二电压经过第一线性稳压管U1降压后得到第三电压，第三电压进一步经过第二线性稳压管U2降压后得到第四电压。

基于上述实施例所提供的电路结构，光脉冲功放隔离电路的工作原理如下：

光纤接收头J1、电容C7、电阻R7、电阻R8、三极管Q1、电阻R11、电阻R12、稳压二极管D6、MOS管Q2、瞬态二极管D8、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3以及二极管D4构成第一光脉冲接收与功放电路。光纤接收头J2、电容C8、电阻R9、电阻R10、三极管Q3、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D7、MOS管Q4、瞬态二极管D9、电阻R6、电容C4、电容C5、电容C6以及二极管D5构成第二光脉冲接收与功放电路。

双系统热备触发的主触发器与备用触发器的光脉冲信号通过光纤分别接入光纤接头J1与光纤接头J2。当主触发器正常工作时，主触发器发送光脉冲至光纤接头J1。在光脉冲为高电平时，光纤接头J1的6脚为低电平，使三极管Q1的发射极导通，进而使MOS管Q2导通，电容C3上的电压通过隔离变压器T的第一原边绕组以及MOS管Q2接地，泄放电荷。光脉冲为低电平时，光纤接头J1的6脚为高电平，三极管Q1的发射极截止，MOS管Q2关断，电容C3上的电压逐渐充能至第一电压。通过控制MOS管Q2的导通与关断，在隔离变压器T的第一原边绕组形成脉冲电压输入，进而在隔离变压器T的次边绕组形成触发脉冲电压，触发脉冲电压经脉冲变压器隔离降压后驱动晶闸管开通。

当主触发器发生故障或脉冲丢失时，主触发器停止发送脉冲，由备用触发器发送脉冲。备用触发器发送光脉冲至光纤接头J2。在光脉冲为高电平时，光纤接头J2的6脚为低电平，使三极管Q3的发射极导通，进而使MOS管Q4导通，电容C6上的电压通过隔离变压器T的第二原边绕组以及MOS管Q4接地，泄放电荷。光脉冲为低电平时，光纤接头J2的6脚为高电平，三极管Q3的发射极截止，MOS管Q4关断，电容C6上的电压逐渐充能至第一电压。通过控制MOS管Q4的导通与关断，在隔离变压器T的第二原边绕组形成脉冲电压输入，进而在隔离变压器T的次边绕组形成触发脉冲电压，触发脉冲电压经脉冲变压器隔离降压后驱动晶闸管开通。

综上所述，本申请所提供的光脉冲功放隔离电路设置有两路光脉冲接收与功放电路，主触发器的光脉冲信号可接入其中一路光脉冲接收与功放电路，备用触发器的光脉冲信号可接入另一路光脉冲接收与功放电路，任意一路光脉冲接收与功放电路有光脉冲输入时，都可以输出脉冲信号至脉冲变压器，由此满足双系统热备触发的需求。另外，本申请所提供的光脉冲功放隔离电路设置有电磁隔离电路，达到在脉冲变压器之前增设一级电磁隔离的目的，有效提高了隔离等级，抗强磁场干扰能力更优，性能更可靠，可以降低对脉冲变压器的性能要求，进而降低脉冲变压器的制作难度。同时，本申请所提供的光脉冲功放隔离电路可接收调制脉冲或双窄脉冲，通用性更强。

因为情况复杂，无法一一列举进行阐述，本领域技术人员应能意识到，在本申请提供的实施例的基本原理下结合实际情况可以存在多个例子，在不付出足够的创造性劳动下，应均在本申请的范围内。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的光脉冲功放隔离电路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。