一种小电流可控整流器及其控制整流方法

摘要

本发明公开了一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器及其控制整流方法，属于小电流可控整流器领域；一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器及其控制整流方法，包括：小电流可控整流器包括：可控硅单元、辅助电源单元、隔离驱动单元、微控制器单元；本发明解决了在小电流高压整流应用场合的问题，节省成本，减小体积、重量；随着电力系统安全生产重视程度越来越高，对试验仪器的需求也越来越多，本发明的社会效益与经济效益将被日益显现；同时通过小电流可控整流器进行控制每个半周只允许一路逆变器工作，另一路必须截止；使用小电流可控整流器进行整流，采用辅助电源提供高耐压以及电压控制。

权利要求

1.一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器，包括介质损耗测量装置，其特征在于，所述介质损耗测量装置包括：工控机；是人机交互主要部分，试验参数、信息的设置，试验模式的设置，试验分析的结果，数据的保存，都由工控机来完成；

装置数字电路模块，用于信号产生、输出量测量、逻辑控制工作；

逆变模块，用于进行直流电压转化为交流电压；

低通滤波及高压取样模块，用于允许低于截止频率的信号通过, 而高于截止频率的信号不能通过；且用于进行高压信号的采集；

可控整流模块，用于进行电压控制以及整流；

其中，装置数字电路模块包括：CPU、AD转换器、DA转换器；

工控机与装置数字电路模块双向交互，装置数字电路模块输出驱动信号控制逆变模块，可控整流模块对逆变模块产生的交流电压进行整流，低通滤波及高压取样模块连接到可控整流模块的输出端，低通滤波及高压取样模块反馈的信号连接到装置数字电路模块；

所述可控整流模块包括：小电流可控整流器；所述小电流可控整流器包括：可控硅单元，用于进行小电流可控整流器电压整流任务，同时可以进行控制小电流可控整流器的导通与截止；

辅助电源单元，用于为小电流可控整流器控制端与输出级提供电压，从而满足耐压要求；

隔离驱动单元，用于进行驱动小电流可控整流器工作，且实现电气隔离；

微控制器单元，用于进行控制小电流可控整流器的导通截止工作；

所述隔离驱动单元包括：可控硅隔离驱动采用专用芯片、三极管V1、三极管V2、三极管V3、电阻R33、电阻R36、电阻R32、电阻R35、电阻R31、电阻R34、光电耦合器U201、光电耦合器U202、光电耦合器U203；

所述三极管V1的集电极、所述三极管V2的集电极、所述三极管V3的集电极输出工作电压，可控硅单元采用级联方式，所述级联方式的每一级采用十只双向晶闸管串联组成，同时每级之间采用串联，每一级中的十个串联连接的双向晶闸管中的每个双向晶闸管采用对应的光电耦合器实现隔离驱动，第一级中各个光电耦合器的1脚连接供电电压VCC1，各个光电耦合器的2脚分别通过一个电阻连接三极管V3的集电极输出的工作电压，第二级中各个光电耦合器的1脚连接辅助电源单元输出的供电电压VCC2，各个光电耦合器的2脚分别通过一个电阻连接三极管V2的集电极输出的工作电压，第三级中各个光电耦合器的1脚连接辅助电源单元输出的供电电压VCC20，各个光电耦合器的2脚分别通过一个电阻连接三极管V1的集电极输出的工作电压；

所述三极管V1的发射极接地GND1、所述三极管V2的发射极接地GND2、所述三极管V3的发射极接地GND20，所述三极管V1的基极与所述电阻R31的一端连接，所述光电耦合器U201的3号引脚同时与所述电阻R31的另一端和所述电阻R34的一端连接，所述电阻R34的另一端接地GND1，所述光电耦合器U201的2号引脚接地，所述光电耦合器U201的1号引脚与微控制器连接，所述光电耦合器U201的4号引脚输入电压VCC1，所述三极管V2的基极与所述电阻R32的一端连接，所述光电耦合器U202的3号引脚同时与所述电阻R32的另一端和所述电阻R35的一端连接，所述电阻R35的另一端接地GND2，所述光电耦合器U202的2号引脚接地，所述光电耦合器U202的1号引脚与微控制器连接，所述光电耦合器U202的4号引脚输入电压VCC2，所述三极管V3的基极与所述电阻R33的一端连接，所述光电耦合器U203的3号引脚同时与所述电阻R33的另一端和所述电阻R36的一端连接，所述电阻R36的另一端接地GND20，所述光电耦合器U203的2号引脚接地，所述光电耦合器U203的1号引脚与微控制器连接，所述光电耦合器U203的4号引脚输入电压VCC20；所述可控硅隔离驱动采用专用芯片与微控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器，其特征在于，所述辅助电源单元包括：热敏电阻R1、电容C1、电源接口X1、变压器L1、电容C3、二极管V1、二极管V2、二极管V3、二极管V4、电容C2、电容C4、电容C5、电阻R2、二极管V5、二极管V6、场效应管V13、电阻R5、电阻R6、电容C11、电容C10、电阻R7、电容C12、电阻R3、电阻R4、二极管V7、电容C6、稳压管V8、电容C8、电阻R8、电容C9、电阻R9、电阻R10、光电耦合器U2、可控稳压源V9、电容C13、电阻R14、电阻R13、电阻R11、电阻R12、电容C14、电容C15、电容C16、电感L2、电容C17、电容C18、极性电容C7、二极管V10、二极管V11、电容C20、电容C27、电容C21、电容C104、电感L4、二极管V12、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电感L3、变压器T2、电解电容C19、电源控制器U1;

所述电源接口X1输入220V电源，所述电源接口X1的1号引脚与所述热敏电阻R1的一端连接，所述电源接口X1的2号引脚同时与所述电容C1的一端和所述变压器L1的2号引脚连接，所述热敏电阻R1的另一端同时与所述电容C1的另一端和所述变压器L1的4号引脚连接，所述变压器L1的3号引脚同时与所述电容C3的一端、所述二极管V1的正极和所述二极管V2的负极连接，所述变压器L1的1号引脚同时与所述电容C3的另一端、所述二极管V3的正极和所述二极管V4的负极连接，所述电容C2的一端同时与所述二极管V1的负极、所述二极管V3的负极和所述电容C5的一端连接，所述电容C2的另一端同时与所述二极管V2的正极、所述二极管V4的正极和所述电容C5的另一端连接且公共端，所述电阻R2的一端同时与所述电容C4的一端、所述变压器T2的1号引脚和所述电容C5的一端连接，所述二极管V5的负极同时与所述电阻R2的另一端和所述电容C4的另一端连接，所述场效应管V13的漏极同时与所述二极管V5的正极和所述变压器T2的2号引脚连接，所述场效应管V13的栅极同时与所述电阻R4的一端和所述二极管V7的正极连接，所述场效应管V13的源极同时与所述电阻R6的一端和所述电阻R5的一端连接，所述电阻R6的另一端接公共端，所述变压器T2的3号引脚与所述二极管V6的正极连接，所述变压器T2的4号引脚接公共端，所述二极管V6的负极同时与所述电容C11的一端、所述电阻R7的一端和所述电阻R3的一端连接，所述电容C11的另一端接公共端，所述电阻R5的另一端同时与所述电容C10的一端和所述电源控制器U1的3号引脚连接，所述电容C10的另一端接公共端，所述电源控制器U1的8号引脚同时与所述电阻R8的一端和所述电容C6的一端连接，所述电源控制器U1的7号引脚同时与所述电容C8的一端、所述极性电容C7的一端、所述稳压管V8的负极和所述电阻R3的另一端连接，所述电源控制器U1的6号引脚同时与所述电阻R4的另一端和所述二极管V7的负极连接，所述电源控制器U1的5号引脚同时与所述电容C9的一端、所述电容C8的另一端、所述极性电容C7的另一端、所述稳压管V8的正极和所述电容C6的另一端连接且接公共端，所述电源控制器U1的4号引脚同时与所述电阻R8的另一端和所述电容C9的另一端连接，所述电源控制器U1的2号引脚同时与所述电阻R9的一端和所述电阻R10的一端连接，所述电源控制器U1的1号引脚与所述电阻R9的另一端连接，所述光电耦合器U2的4号引脚同时与所述电阻R10的另一端和所述电容C12的一端连接，所述光电耦合器U2的3号引脚同时与所述电容C12的另一端和所述电阻R7的另一端连接，所述光电耦合器U2的2号引脚同时与所述可控稳压源V9的负极、所述电容C13的一端和所述电阻R12的一端连接，所述可控稳压源V9的控制端同时与所述电容C13的另一端、所述电阻R13的一端和所述电阻R14的一端连接，所述可控稳压源V9的正极与所述电阻R14的另一端连接且接地GND1，所述光电耦合器U2的1号引脚与所述电阻R11的一端连接，所述变压器T2的8号引脚与所述二极管V10的正极连接且接地GND2，所述二极管V10的负极同时与所述电容C14的一端、所述电容C15的一端和所述电感L2的一端连接，所述变压器T2的7号引脚同时与所述电容C14的另一端和所述电容C15的另一端连接且接地GND1，所述电感L2的一端同时与所述电阻R11的另一端和所述电阻R12的另一端连接，所述电感L2的另一端同时与所述电容C16的一端、所述电容C17的一端和所述电阻R13的另一端连接且电容C17的一端输出+5V电源，所述电容C18的一端同时与所述电容C17的一端和所述电解电容C19的正极连接，所述电容C16的另一端同时与所述电容C17的另一端、所述电容C18的另一端、所述电解电容C19的负极和所述电容C15的另一端连接，所述变压器T2的9号引脚与所述二极管V11的正极连接且接地GND3，所述二极管V11的负极同时与电容C20的一端、所述电容C27的一端和所述电感L4的一端连接，所述电感L4的另一端同时与所述电容C21的一端和所述电容C104的一端连接且输出供电电压VCC2，所述电容C21的另一端同时与所述电容C104的另一端、所述电容C27的另一端和所述电容C20的另一端连接且接地GND2，所述变压器T2的16号引脚接地GND20，所述变压器T2的17号引脚与所述二极管V12的正极连接，所述二极管V12的负极同时与所述电容C23的一端、所述电容C24的一端和所述电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端同时与所述电容C25的一端和所述电容C26的一端连接且输出供电电压VCC20，所述电容C25的另一端同时与所述电容C26的另一端、所述电容C24的另一端和所述电容C23的另一端连接且接地GND20。

3.根据权利要求1所述的一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器，其特征在于，所述可控硅单元包括：整流器；所述整流器的主要部分是单向可控硅，选取耐压为400V，200只串联; 对于输出电压35KV的应用。

4.根据权利要求1所述的一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器，其特征在于，所述隔离驱动单元采用可控硅隔离驱动采用专用芯片，初次级间耐压7500V。

5.根据权利要求1所述的一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器，其特征在于，所述微控制器单元采用ARM‑M3，除控制导通截止外，还有测量、保护任务。

6.根据权利要求4所述的一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器，其特征在于，所述级联方式的每一级采用十只双向晶闸管串联组成，同时每级之间采用串联。

7.一种权利要求1至6任一项所述的工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器的控制整流方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、由于工控机内置若干试验模块，从而用户向工控机选定试验内容，发给CPU；

步骤2、CPU根据不同试验模块选定不同时序的数据送至DA，结合逻辑电路，构成函数发生器；

步骤3、函数发生器产生SPWM高压逆变器所需的调制信号与载波信号，将调制波和载波进行比较，并经电平迁移电路后输出MOSFET的驱动信号；

步骤4、两只MOSFET、储能电容、高频变压器组成半桥式逆变器，高频升压变压器能将体积缩小，高效率输出所需幅值；

步骤5、输出的信号经过可控高压整流器、低通滤波，得到所需试验电压；

步骤6、可控高压整流器件由DSP控制，正半周、负半周轮流导通，内部的小电流可控整流器进行工作；

步骤7、微控制器接收到外部控制信号，导通或截止，向驱动输出导通或截止电平；经光耦隔离，控制可控硅的导通或截止；

步骤8、当电流取样超过阈值，控制信号输出截止，同时向控制器发送过载信号，控制器启动保护过程。

说明书

一种小电流可控整流器及其控制整流方法

技术领域

[0001] 本发明涉及，尤其是一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器及其控制整流方法。

背景技术

[0002] 高压可控整流器，最接近的技术方案，一是高压整流硅堆，能完成整流功能，满足高反压性能；二是可控硅，能完成可控制导通功能，但反向截止电压不够。

[0003] 高压硅堆又叫硅柱。它是一种硅高频高压整流二极管。工作电压在几千伏至几万伏之间。常用于黑白电视机或其他电子仪器中作高频高压整流。它之所以能有如此高的耐
压本领，是因为它的内部是由若干个硅高频二极管的管心串联起来组合而成的。外面用高
频陶瓷进行封装。

[0004] 可控硅整流器是一种常用的电力半导体电子器件，具有控制开关数千瓦乃至兆瓦级电功率的能力.从结构上说，它是一种反向截止三极管型的闸流晶体管，由三个PN结(PN‑
PN四层)构成.器件的外引线有阴极、阳极、控制极三个电极，典型大电流可控硅整流器的示
意剖面见图.器件的反向特性(阳极接负)和PN结二极管的反向特性相似;其正向特性，在一
定范围内器件处于阻抗很高的关闭状态.当正向瞬间电压大于转折电压时，器件迅速转变
到低电压大电流的通导状态。

[0005] 现有技术中，高压硅堆可以担任35KV等级的电压整流任务，但只能满足单向导通功能，无法被控制。在超低频介损测试仪应用中，要求单向导通的同时，满足完全断开、将一
部分电路完全从系统中移除的功能，因为有可控的要求，高压硅堆是不适合超低频介损测
试仪中的应用。

[0006] 可控硅整流器，能满足可控要求，但是其反向截止电压最大不超过1600V。但是在超低频介损测试仪应用中，要求的反向截止电压要到70KV，所以可控硅整流器也满足不了
应用的要求。

[0007] 我公司在新研制的超低频介损测试仪中，使用到自行研制的超低频纯正弦高压电源。其中逆变器采用高频耦合方式，将能量由直流转换成正弦交流电。逆变器由两个完全相
同的D类开关功放构成，一个工作于正弦波的正半周，一个工作于负半周。两个功放不能同
时工作，需要有一个控制电路，每个半周只允许一路逆变器工作，另一路必须截止。又因为
工作电压高到35KV，使用一般可控硅来进行整流，没有如此高耐压；使用高压整流硅堆，截
止电压虽够，但不可控。

[0008] 同时在试验用电力设备上，有很多高电压小电流的应用场合。当不需要可控的时候，一般采用高压硅堆就能解决。但有时需要用到可以控制的场合，则需要大电流换流站用
可控整流器。这种整流器缺点较多，主要是：

[0009] 1.价格非常昂贵。一套设备的主要成本往往就在此元件方面。

[0010] 2.体积巨大，会增加整个设备的体积，携带非常不方便。

发明内容

[0011] 发明目的：提供一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器及其控制整流方法，以解决上述问题。

[0012] 技术方案：一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器，包括：介质损耗测量装置。

[0013] 优选的，介质损耗测量装置包括：

[0014] 工控机；是人机交互主要部分，试验参数、信息的设置，试验模式的设置，试验分析的结果，数据的保存，都由工控机来完成；

[0015] 装置数字电路模块，用于信号产生、输出量测量、逻辑控制工作；

[0016] 逆变模块，用于进行直流电压转化为交流电压；

[0017] 低通滤波及高压取样模块，用于允许低于截止频率的信号通过, 而高于截止频率的信号不能通过；且用于进行高压信号的采集；

[0018] 可控整流模块，用于进行电压控制以及整流；

[0019] 其中，装置数字电路模块包括：CPU、AD转换器、DA转换器。

[0020] 优选的，可控整流模块包括：小电流可控整流器；所述小电流可控整流器包括：

[0021] 可控硅单元，用于进行小电流可控整流器电压整流任务，同时可以进行控制小电流可控整流器的导通与截至；

[0022] 辅助电源单元，用于为小电流可控整流器控制端与输出级提供电压，从而满足耐压要求；

[0023] 隔离驱动单元，用于进行驱动小电流可控整流器工作，且实现电气隔离；

[0024] 微控制器单元，用于进行控制小电流可控整流器的导通截止工作。

[0025] 优选的，辅助电源单元包括：热敏电阻R1、电容C1、电源接口X1、变压器L1、电容C3、二极管V1、二极管V2、二极管V3、二极管V4、电容C2、电容C4、电容C5、电阻R2、二极管V5、二极
管V6、场效应管V13、电阻R5、电阻R6、电容C11、电容C10、电阻R7、电容C12、电阻R3、电阻R4、
二极管V7、电容C6、稳压管V8、电容C8、电阻R8、电容C9、电阻R9、电阻R10、光电耦合器U2、可
控稳压源V9、电容C13、电阻R14、电阻R13、电阻R11、电阻R12、电容C14、电容C15、电容C16、电
感L2、电容C17、电容C18、极性电容C7、二极管V10、二极管V11、电容C20、电容C27、电容C21、
电容C104、电感L4、二极管V12、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电感L3、变压器T2、电
解电容C19、电源控制器U1;

[0026] 所述电源接口X1输入220V电源，所述电源接口X1的1号引脚与所述热敏电阻R1的一端连接，所述电源接口X1的2号引脚同时与所述电容C1的一端和所述变压器L1的2号引脚
连接，所述热敏电阻R1的另一端同时与所述电容C1的另一端和所述变压器L1的4号引脚连
接，所述变压器L1的3号引脚同时与所述电容C3的一端、所述二极管V1的正极和所述二极管
V2的负极连接，所述变压器L1的1号引脚同时与所述电容C3的另一端、所述二极管V3的正极
和所述二极管V4的负极连接，所述电容C2的一端同时与所述二极管V1的负极、所述二极管
V3的负极和所述电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端同时与所述二极管V1的正极、所
述二极管V3的正极和所述电容C3的另一端连接且公共端，所述电阻R2的一端同时与所述电
容C4的一端、所述变压器T2的1号引脚和所述电容C3的一端连接，所述二极管V5的负极同时
与所述电阻R2的另一端和所述电容C4的另一端连接，所述场效应管V13的漏极同时与所述
场效应管V5的正极和所述变压器T2的2号引脚连接，所述场效应管V13的栅极同时与所述电
阻R4的一端和所述二极管V7的正极连接，所述场效应管V13的源极同时与所述电阻R6的一
端和所述电阻R5的一端连接，所述电阻R6的另一端接公共端，所述变压器T2的3号引脚与所
述二极管V6的正极连接，所述变压器T2的4号引脚接公共端，所述二极管V6的负极同时与所
述电容C11的一端、所述电阻R7的一端和所述电阻R3的一端连接，所述电容C11的另一端接
公共端，所述电阻R5的另一端同时与所述电容C10的一端和所述电源控制器U1的3号引脚连
接，所述电容C10的另一端接公共端，所述电源控制器U1的8号引脚同时与所述电阻R8的一
端和所述电容C6的一端连接，所述电源控制器U1的7号引脚同时与所述电容C8的一端、所述
极性电容C7的一端、所述稳压管V8的负极和所述电阻R3的另一端连接，所述电源控制器U1
的6号引脚同时与所述电阻R4的另一端和所述二极管V7的负极连接，所述电源控制器U1的5
号引脚同时与所述电容C9的一端、所述电容C8的另一端、所述极性电容C7的另一端、所述稳
压管V8的正极和所述电容C6的另一端连接且接公共端，所述电源控制器U1的4号引脚同时
与所述电阻R8的另一端和所述电容C9的另一端连接，所述电源控制器U1的2号引脚同时与
所述电阻R9的一端和所述电阻R10的一端连接，所述电源控制器U1的1号引脚与所述电阻R9
的另一端连接，所述光电耦合器U2的4号引脚同时与所述电阻R10的另一端和所述电容C12
的一端连接，所述光电耦合器U2的3号引脚同时与所述电容C12的另一端和所述电阻R7的另
一端连接，所述光电耦合器U2的2号引脚同时与所述可控稳压源V9的负极、所述电容C13的
一端和所述电阻R12的一端连接，所述可控稳压源V9的控制端同时与所述电容C13的另一
端、所述电阻R13的一端和所述电阻R14的一端连接，所述可控稳压源V9的正极与所述电阻
R14的另一端连接且接地，所述光电耦合器U2的1号引脚与所述电阻R11的一端连接，所述变
压器T2的8号引脚与所述二极管V10的正极连接且接地，所述二极管V10的负极同时与所述
电容C14的一端、所述电容C15的一端和所述电感L2的一端连接，所述变压器T2的7号引脚同
时与所述电容C14的另一端和所述电容C15的另一端连接且接地，所述电感L2的一端同时与
所述电阻R11的另一端和所述电阻R12的另一端连接，所述电感L2的另一端同时与所述电容
C16的一端、所述电容C17的一端和所述电阻R13的另一端连接且电容C17的一端接地，所述
电容C18的一端同时与所述电容C17的一端和所述电解电容C19的正极连接，所述电容C16的
另一端同时与所述电容C17的另一端、所述电容C18的另一端、所述电解电容C19的负极和所
述电容C15的另一端连接，所述变压器T2的9号引脚与所述二极管V11的正极连接且接地，所
述二极管V11的负极同时与电容C20的一端、所述电容C27的一端和所述电感L4的一端连接，
所述电感L4的另一端同时与所述电容C21的一端和所述电容C104的一端连接且接入电压，
所述电容C21的另一端同时与所述电容C104的另一端、所述电容C27的另一端和所述电容
C20的另一端连接且接地，所述变压器T2的16号引脚接地，所述变压器T2的17号引脚与所述
二极管V12的正极连接，所述二极管V12的负极同时与所述电容C23的一端、所述电容C24的
一端和所述电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端同时与所述电容C25的一端和所述电
容C26的一端连接且输入电压，所述电容C25的另一端同时与所述电容C26的另一端、所述电
容C24的另一端和所述电容C23的另一端连接且接地。

[0027] 优选的，可控硅单元包括：整流器；所述整流器的主要部分是单向可控硅，选取耐压为400V，200只串联; 对于输出电压35KV的应用。

[0028] 优选的，隔离驱动单元采用可控硅隔离驱动采用专用芯片，初次级间耐压7500V，采用级联方式。

[0029] 优选的，微控制器单元采用ARM‑M3，除控制导通截止外，还有测量、保护等其它任务。

[0030] 优选的，隔离驱动单元包括：可控硅隔离驱动采用专用芯片、三极管V1、三极管V2、三极管V3、电阻R33、电阻R36、电阻R32、电阻R35、电阻R31、电阻R34、光电耦合器U201、光电
耦合器U202、光电耦合器U203；

[0031] 所述三极管V1的集电极、所述三极管V2的集电极、所述三极管V3的集电极输入工作电压，所述三极管V1的发射极、所述三极管V2的发射极、所述三极管V3的发射极接地，所
述三极管V1的基极与所述电阻R31的一端连接，所述光电耦合器U201的3号引脚同时与所述
电阻R31的另一端和所述电阻R34的一端连接，所述电阻R34的另一端接地，所述光电耦合器
U201的2号引脚接地，所述光电耦合器U201的1号引脚与微控制器连接，所述光电耦合器
U201的4号引脚输入电压，所述三极管V2的基极与所述电阻R32的一端连接，所述光电耦合
器U202的3号引脚同时与所述电阻R32的另一端和所述电阻R35的一端连接，所述电阻R35的
另一端接地，所述光电耦合器U202的2号引脚接地，所述光电耦合器U202的1号引脚与微控
制器连接，所述光电耦合器U202的4号引脚输入电压，所述三极管V3的基极与所述电阻R33
的一端连接，所述光电耦合器U203的3号引脚同时与所述电阻R33的另一端和所述电阻R36
的一端连接，所述电阻R36的另一端接地，所述光电耦合器U203的2号引脚接地，所述光电耦
合器U203的1号引脚与微控制器连接，所述光电耦合器U203的4号引脚输入电压；所述可控
硅隔离驱动采用专用芯片的与微控制器连接。

[0032] 优选的，微控制器接收到外部控制信号，导通或截止，向驱动输出导通或截止电平；经光耦隔离，控制可控硅的导通或截止。

[0033] 优选的，当电流取样超过阈值，控制信号输出截止，同时向控制器发送过载信号，控制器启动保护过程

[0034] 优选的，可控硅输出级耐压为7500V，因此控制级也需要采用独立的辅助电源来供应，本发明采用20级独立辅助电源首尾相接，以满足控制端与输出级耐压要求。

[0035] 优选的，电源控制器U1的型号为UC3844。

[0036] 优选的，介质损耗测量装置还包括：储能电容C100、储能电容C101、储能电容C102、储能电容C103、MOS管Q10、MOS管Q11、MOS管Q12、MOS管Q13、正半周变压器和负半周变压器组
成半桥式逆变器，高频升压变压器能将体积缩小，高效率输出所需幅值；输出的信号经过可
控高压整流器、低通滤波，得到所需试验电压。

[0037] 一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器的控制整流方法，包括以下步骤：

[0038] 步骤1、由于工控机内置若干试验模块，从而用户向工控机选定试验内容，发给CPU；

[0039] 步骤2、CPU根据不同试验模块选定不同时序的数据送至DA，结合逻辑电路，构成函数发生器；

[0040] 步骤3、函数发生器产生SPWM高压逆变器所需的调制信号与载波信号，经SPWM高压逆变器及电平迁移电路后输出MOSFET的驱动信号；

[0041] 步骤4、两只MOSFET、储能电容、高频变压器组成半桥式逆变器，高频升压变压器能将体积缩小，高效率输出所需幅值；

[0042] 步骤5、输出的信号经过可控高压整流器、低通滤波，得到所需试验电压；

[0043] 步骤6、可控高压整流器件由DSP控制，正半周、负半周轮流导通，内部的小电流可控整流器进行工作；

[0044] 步骤7、微控制器接收到外部控制信号，导通或截止，向驱动输出导通或截止电平；经光耦隔离，控制可控硅的导通或截止；

[0045] 步骤8、当电流取样超过阈值，控制信号输出截止，同时向控制器发送过载信号，控制器启动保护过程。

[0046] 有益效果：本发明解决了在小电流高压整流应用场合的问题，节省成本，减小体积、重量；随着电力系统安全生产重视程度越来越高，对试验仪器的需求也越来越多，本发
明的社会效益与经济效益将被日益显现；同时通过小电流可控整流器进行控制每个半周只
允许一路逆变器工作，另一路必须截止；使用小电流可控整流器进行整流，采用辅助电源提
供高耐压以及电压控制。

附图说明

[0047] 图1是本发明的高压小电流可控整流器原理框图。

[0048] 图2是本发明的辅助电源单元电路图。

[0049] 图3是本发明的隔离驱动单元级联整流电路图。

[0050] 图4是本发明的隔离驱动单元隔离驱动电路图。

[0051] 图5是本发明的实际使用示意图。

具体实施方式

[0052] 在该实施例中，一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器及其控制整流方法，包括介质损耗测量装置。

[0053] 在一个实施例中，介质损耗测量装置包括：

[0054] 工控机、装置数字电路模块、逆变模块、低通滤波及高压取样模块、可控整流模块，用于进行电压控制以及整流。

[0055] 在一个实施例中，装置数字电路模块包括：CPU、AD转换器、DA转换器。

[0056] 在一个实施例中，可控整流模块包括：小电流可控整流器。

[0057] 在一个实施例中，小电流可控整流器包括：可控硅单元、辅助电源单元、隔离驱动单元、微控制器单元。

[0058] 在一个实施例中，辅助电源单元包括：热敏电阻R1、电容C1、电源接口X1、变压器L1、电容C3、二极管V1、二极管V2、二极管V3、二极管V4、电容C2、电容C4、电容C5、电阻R2、二
极管V5、二极管V6、场效应管V13、电阻R5、电阻R6、电容C11、电容C10、电阻R7、电容C12、电阻
R3、电阻R4、二极管V7、电容C6、稳压管V8、电容C8、电阻R8、电容C9、电阻R9、电阻R10、光电耦
合器U2、可控稳压源V9、电容C13、电阻R14、电阻R13、电阻R11、电阻R12、电容C14、电容C15、
电容C16、电感L2、电容C17、电容C18、极性电容C7、二极管V10、二极管V11、电容C20、电容
C27、电容C21、电容C104、电感L4、二极管V12、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电感L3、
变压器T2、电解电容C19、电源控制器U1。

[0059] 在一个实施例中，所述电源接口X1输入220V电源，所述电源接口X1的1号引脚与所述热敏电阻R1的一端连接，所述电源接口X1的2号引脚同时与所述电容C1的一端和所述变
压器L1的2号引脚连接，所述热敏电阻R1的另一端同时与所述电容C1的另一端和所述变压
器L1的4号引脚连接，所述变压器L1的3号引脚同时与所述电容C3的一端、所述二极管V1的
正极和所述二极管V2的负极连接，所述变压器L1的1号引脚同时与所述电容C3的另一端、所
述二极管V3的正极和所述二极管V4的负极连接，所述电容C2的一端同时与所述二极管V1的
负极、所述二极管V3的负极和所述电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端同时与所述二
极管V1的正极、所述二极管V3的正极和所述电容C3的另一端连接且公共端，所述电阻R2的
一端同时与所述电容C4的一端、所述变压器T2的1号引脚和所述电容C3的一端连接，所述二
极管V5的负极同时与所述电阻R2的另一端和所述电容C4的另一端连接，所述场效应管V13
的漏极同时与所述场效应管V5的正极和所述变压器T2的2号引脚连接，所述场效应管V13的
栅极同时与所述电阻R4的一端和所述二极管V7的正极连接，所述场效应管V13的源极同时
与所述电阻R6的一端和所述电阻R5的一端连接，所述电阻R6的另一端接公共端，所述变压
器T2的3号引脚与所述二极管V6的正极连接，所述变压器T2的4号引脚接公共端，所述二极
管V6的负极同时与所述电容C11的一端、所述电阻R7的一端和所述电阻R3的一端连接，所述
电容C11的另一端接公共端，所述电阻R5的另一端同时与所述电容C10的一端和所述电源控
制器U1的3号引脚连接，所述电容C10的另一端接公共端，所述电源控制器U1的8号引脚同时
与所述电阻R8的一端和所述电容C6的一端连接，所述电源控制器U1的7号引脚同时与所述
电容C8的一端、所述极性电容C7的一端、所述稳压管V8的负极和所述电阻R3的另一端连接，
所述电源控制器U1的6号引脚同时与所述电阻R4的另一端和所述二极管V7的负极连接，所
述电源控制器U1的5号引脚同时与所述电容C9的一端、所述电容C8的另一端、所述极性电容
C7的另一端、所述稳压管V8的正极和所述电容C6的另一端连接且接公共端，所述电源控制
器U1的4号引脚同时与所述电阻R8的另一端和所述电容C9的另一端连接，所述电源控制器
U1的2号引脚同时与所述电阻R9的一端和所述电阻R10的一端连接，所述电源控制器U1的1
号引脚与所述电阻R9的另一端连接，所述光电耦合器U2的4号引脚同时与所述电阻R10的另
一端和所述电容C12的一端连接，所述光电耦合器U2的3号引脚同时与所述电容C12的另一
端和所述电阻R7的另一端连接，所述光电耦合器U2的2号引脚同时与所述可控稳压源V9的
负极、所述电容C13的一端和所述电阻R12的一端连接，所述可控稳压源V9的控制端同时与
所述电容C13的另一端、所述电阻R13的一端和所述电阻R14的一端连接，所述可控稳压源V9
的正极与所述电阻R14的另一端连接且接地，所述光电耦合器U2的1号引脚与所述电阻R11
的一端连接，所述变压器T2的8号引脚与所述二极管V10的正极连接且接地，所述二极管V10
的负极同时与所述电容C14的一端、所述电容C15的一端和所述电感L2的一端连接，所述变
压器T2的7号引脚同时与所述电容C14的另一端和所述电容C15的另一端连接且接地，所述
电感L2的一端同时与所述电阻R11的另一端和所述电阻R12的另一端连接，所述电感L2的另
一端同时与所述电容C16的一端、所述电容C17的一端和所述电阻R13的另一端连接且电容
C17的一端接地，所述电容C18的一端同时与所述电容C17的一端和所述电解电容C19的正极
连接，所述电容C16的另一端同时与所述电容C17的另一端、所述电容C18的另一端、所述电
解电容C19的负极和所述电容C15的另一端连接，所述变压器T2的9号引脚与所述二极管V11
的正极连接且接地，所述二极管V11的负极同时与电容C20的一端、所述电容C27的一端和所
述电感L4的一端连接，所述电感L4的另一端同时与所述电容C21的一端和所述电容C104的
一端连接且接入电压，所述电容C21的另一端同时与所述电容C104的另一端、所述电容C27
的另一端和所述电容C20的另一端连接且接地，所述变压器T2的16号引脚接地，所述变压器
T2的17号引脚与所述二极管V12的正极连接，所述二极管V12的负极同时与所述电容C23的
一端、所述电容C24的一端和所述电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端同时与所述电容
C25的一端和所述电容C26的一端连接且输入电压，所述电容C25的另一端同时与所述电容
C26的另一端、所述电容C24的另一端和所述电容C23的另一端连接且接地。

[0060] 在一个实施例中，可控硅单元包括：整流器；所述整流器的主要部分是单向可控硅，选取耐压为400V，200只串联; 对于输出电压35KV的应用。

[0061] 在一个实施例中，隔离驱动单元采用可控硅隔离驱动采用专用芯片，初次级间耐压7500V，采用级联方式。

[0062] 在一个实施例中，微控制器单元采用ARM‑M3，除控制导通截止外，还有测量、保护等其它任务。

[0063] 在一个实施例中，隔离驱动单元包括：可控硅隔离驱动采用专用芯片、三极管V1、三极管V2、三极管V3、电阻R33、电阻R36、电阻R32、电阻R35、电阻R31、电阻R34、光电耦合器
U201、光电耦合器U202、光电耦合器U203。

[0064] 在一个实施例中，所述三极管V1的集电极、所述三极管V2的集电极、所述三极管V3的集电极输入工作电压，所述三极管V1的发射极、所述三极管V2的发射极、所述三极管V3的
发射极接地，所述三极管V1的基极与所述电阻R31的一端连接，所述光电耦合器U201的3号
引脚同时与所述电阻R31的另一端和所述电阻R34的一端连接，所述电阻R34的另一端接地，
所述光电耦合器U201的2号引脚接地，所述光电耦合器U201的1号引脚与微控制器连接，所
述光电耦合器U201的4号引脚输入电压，所述三极管V2的基极与所述电阻R32的一端连接，
所述光电耦合器U202的3号引脚同时与所述电阻R32的另一端和所述电阻R35的一端连接，
所述电阻R35的另一端接地，所述光电耦合器U202的2号引脚接地，所述光电耦合器U202的1
号引脚与微控制器连接，所述光电耦合器U202的4号引脚输入电压，所述三极管V3的基极与
所述电阻R33的一端连接，所述光电耦合器U203的3号引脚同时与所述电阻R33的另一端和
所述电阻R36的一端连接，所述电阻R36的另一端接地，所述光电耦合器U203的2号引脚接
地，所述光电耦合器U203的1号引脚与微控制器连接，所述光电耦合器U203的4号引脚输入
电压；所述可控硅隔离驱动采用专用芯片的与微控制器连接。

[0065] 在一个实施例中，级联方式的每一级采用十只双向晶闸管与十只电阻串联组成，同时每级之间采用串联。

[0066] 一种工作于超低频介质损耗测量装置的小电流可控整流器的控制整流方法，包括以下步骤：

[0067] 步骤1、由于工控机内置若干试验模块，从而用户向工控机选定试验内容，发给CPU；

[0068] 步骤2、CPU根据不同试验模块选定不同时序的数据送至DA，结合逻辑电路，构成函数发生器；

[0069] 步骤3、函数发生器产生SPWM高压逆变器所需的调制信号与载波信号，经SPWM高压逆变器及电平迁移电路后输出MOSFET的驱动信号；

[0070] 步骤4、两只MOSFET、储能电容、高频变压器组成半桥式逆变器，高频升压变压器能将体积缩小，高效率输出所需幅值；

[0071] 步骤5、输出的信号经过可控高压整流器、低通滤波，得到所需试验电压；

[0072] 步骤6、可控高压整流器件由DSP控制，正半周、负半周轮流导通，内部的小电流可控整流器进行工作；

[0073] 步骤7、微控制器接收到外部控制信号，导通或截止，向驱动输出导通或截止电平；经光耦隔离，控制可控硅的导通或截止；

[0074] 步骤8、当电流取样超过阈值，控制信号输出截止，同时向控制器发送过载信号，控制器启动保护过程。

[0075] 工作原理：工控机内置若干试验模块，由用户向工控机选定试验内容，发给CPU(TI公司DSP),CPU根据不同试验模块选定不同时序的数据送至DA，结合逻辑电路，构成函数发
生器；函数发生器产生SPWM所需的调制信号与载波信号，经SPWM及电平迁移电路后输出
MOSFET的驱动信号；两只MOSFET、储能电容、高频变压器组成半桥式逆变器，高频升压变压
器能将体积缩小，高效率输出所需幅值。输出的信号经过可控高压整流器、低通滤波，得到
所需试验电压；可控高压整流器件由DSP控制，正半周、负半周轮流导通，内部的小电流可控
整流器进行工作，小电流可控整流器进行控制每个半周只允许一路逆变器工作，另一路必
须截止；使用小电流可控整流器进行整流，采用辅助电源提供高耐压以及电压控制；微控制
器接收到外部控制信号，导通或截止，向驱动输出导通或截止电平；经光耦隔离，控制可控
硅的导通或截止；电压信号通过三极管V1、三极管V2、三极管V3的集电极输入电压，同时三
极管、配合两个保护电阻和光电耦合器组成光电隔离电路，电阻R31与电阻R34进行分压保
护输入光电耦合器，通过光电耦合器的1号引脚进行输入微控制器；当电流取样超过阈值，
控制信号输出截止，同时向控制器发送过载信号，控制器启动保护过程。。

[0076] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可
能的组合方式不再另行说明。