电力电子技术-第3章触发电路

1、2021-12-291电力电子技术电力电子技术POWER ELECTRONICS扬州职业大学汽车与电气工程系扬州职业大学汽车与电气工程系 * * * *TelTel：* * * *Email:Email:* * * *22021-12-29 绪论绪论第第1 1章电力电子器件章电力电子器件第第2章晶闸管可控整流电路章晶闸管可控整流电路第第3章相控电路驱动控制及保护电路章相控电路驱动控制及保护电路第第4章有源逆变电路章有源逆变电路第第5章无源逆变电路章无源逆变电路第第6章交流调压电路章交流调压电路 第第7章直流变换电路章直流变换电路第第8章电力电子技术的应用章电力电子技术的应用 第第9章电力电子装

2、置的计算章电力电子装置的计算 2021-12-293电力电子技术扬州职业大学 * *第三章第三章 相控电路驱动控制及保护电路相控电路驱动控制及保护电路32021-12-29123对触发电路的要求对触发电路的要求单结晶管触发电路单结晶管触发电路同步锯齿波触发电路同步锯齿波触发电路45集成触发电路集成触发电路触发脉冲的同步及误触发触发脉冲的同步及误触发67晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压保护晶闸管的过电流保护晶闸管的过电流保护42021-12-29 要保证用于电力系统或电力设备主电路中的各要保证用于电力系统或电力设备主电路中的各种开关器件在工作过程中的安全和可靠，必须针对种开关器件在工作过程中的安

3、全和可靠，必须针对器件的不同性能和容量设计相应的辅助电路。包括：器件的不同性能和容量设计相应的辅助电路。包括：驱动电路、缓冲电路和保护电路。性能优良设计合驱动电路、缓冲电路和保护电路。性能优良设计合理的辅助电路能使开关器件工作在较理想的开关状理的辅助电路能使开关器件工作在较理想的开关状态，减少开关损耗，提高器件工作可靠性。态，减少开关损耗，提高器件工作可靠性。52021-12-29 SCR导通必须的外界条件导通必须的外界条件： 阳极加正向电压，门极加正触发信号。阳极加正向电压，门极加正触发信号。 当当SCR导通后，门极控制信号不再起作用，直到阳导通后，门极控制信号不再起作用，直到阳极电压减小或

4、反向后，阳极电流小于维持电流，晶闸管极电压减小或反向后，阳极电流小于维持电流，晶闸管才自行关断。才自行关断。 因此，晶闸管的门极驱动电路又称为因此，晶闸管的门极驱动电路又称为触发电路触发电路。触发电路的作用：为晶闸管提供适当的门极触发电压 与触发电流。62021-12-29晶闸管通常采用相位控制方式。一般晶闸管变流电路的控制框图72021-12-29 晶闸管的型号很多，其应用电路种类也很多，不同的晶闸管型号、不同的晶闸管应用电路对触发信号都会有不同的具体要求。 归纳起来， 晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。不管是哪种触发电路， 对它产生的触发脉冲都有如下要求： 1. 触发信

5、号可为直流、交流或脉冲电压。由于晶闸管触发导通后，门极触发信号即失去控制作用，为了减小门极的损耗，一般不采用直流或交流信号触发晶闸管，而广泛采用脉冲触发脉冲触发信号信号。 82021-12-29 2. 触发脉冲应有足够的功率。 触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并留有一定的裕量。 触发功率的大小是决定晶闸管元件能否可靠触发的一个关键指标。 由于晶闸管元件门极参数的分散性很大，随温度的变化也大，为使所有合格的元件均能可靠触发，可参考元件出厂的试验数据或产品目录来设计触发电路的输出电压和电流值。 92021-12-29ADEFGCBA区域为可靠触发区： 当晶闸管门极施加的触发电压，电流在

6、该范围时，所有合格元件均能可靠触发开通，则可以保证合格元件的通用性。D EKBC12GLFA032468GFMIAIGGFMUWPGM15GTIGTUVUG0GTIGTUABCGDIHIJ(a)(b)GDU晶闸管门极伏安特性图(a)为门极伏安特性区域，0D为低阻特性，0G为高阻特性。图(b)为图(a)中0ABC0的放大图形。102021-12-29D EKBC12GLFA032468GFMIAIGGFMUWPGM15GTIGTUVUG0GTIGTUABCGDIHIJ(a)(b)GDU0HIJ0区域为不触发区： 当晶闸管门极施加的触发电压，电流在该范围内时，任何合格的晶闸管元件都不会被触发，从而

7、确定了晶闸管的抗干扰性能。ABCJIHA区域为不可靠触发区： 当晶闸管门极施加的触发电压，电流在该区域时，有的晶闸管可以触发开通，有的则不能触发开通。因此，触发电路产生的触发信号也不应该落在该区域中。晶闸管门极伏安特性112021-12-29 触发电路的触发信号必须在晶闸管门极伏安特性的 可靠触发区。 同时要求脉冲功率不超过允许瞬时最大功率限制线和 平均功率限制线。(2) 触发脉冲应具有一定的宽度，触发脉冲消失前，阳极 电流应能上升至擎住电流，保证晶闸管可靠开通。122021-12-29 3. 触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡， 以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而

8、维持导通。 普通晶闸管的导通时间约为6 s， 故触发脉冲的宽度至少应有6s以上。对于电感性负载，由于电感会抵制电流上升，因而触发脉冲的宽度应更大一些， 通常为0.51 ms。 此外，某些具体的电路对触发脉冲的宽度会有一定的要求，如三相全控桥等电路的触发脉冲宽度要求大于60或采用双窄脉冲。 132021-12-29 4. 触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。 为保证控制的规律性，要求晶闸管在每个阳极电压周期都必须在相同的控制角触发导通，这就要求触发脉冲的频率与阳极电压的频率一致，且触发脉冲的前沿与阳极电压应保持固定的相位关系，这叫做触发脉冲与阳极电压同步触发脉冲与阳

9、极电压同步。 不同的电路或者相同的电路在不同负载、不同用途时，要求的变化范围（移相范围）亦即触发脉冲前沿与阳极电压的相位变化范围不同， 所用触发电路的脉冲移相范围必须能满足实际的需要。142021-12-29触发信号要有足够大的触发功率。触发脉冲的前沿要陡，宽度要足够。一般要求：脉冲前沿 t110s， 宽度 电阻性负载 tW=30s左右 大电感负载 tW=0.51ms触发脉冲应与主电路电压同步。 即触发脉冲与主电压保持某种固定的相位关系，保证晶闸管在每周期都以相同的控制角触发导通。触发脉冲应有足够的移相范围。152021-12-29脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。触发脉冲应有足够的幅度。不超过

10、门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。IIMt1t2t3t4图3-1理想触发脉冲波形t1t2脉冲前沿上升时间（1s）t1t3强脉宽度IM强脉冲幅值（3IGT5IGT）t1t4脉冲宽度I脉冲平顶幅值（1.5IGT2IGT）162021-12-29图图3-2 3-2 常见的晶闸管触发电压波形常见的晶闸管触发电压波形 （a a）为为正弦波触发正弦波触发脉冲信号。脉冲信号。 前沿不陡，触发准确性差，仅用在触发要求不高的前沿不陡，触发准确性差，仅用在触发要求不高的 场合；场合；（b b）尖脉冲尖脉冲。 生成较容易，电路简单，用于触发要求不高的

11、场合；生成较容易，电路简单，用于触发要求不高的场合；172021-12-29（c c）矩形脉冲矩形脉冲；（d d）强触发脉冲强触发脉冲。 前沿陡，宽度可变，有强触发功能，适用于大功率前沿陡，宽度可变，有强触发功能，适用于大功率 场合；场合；（e e）双窄脉冲双窄脉冲。 有强触发功能，变压器耦合效率高，用于控制精度有强触发功能，变压器耦合效率高，用于控制精度 较高，感性负载的装置；较高，感性负载的装置；（f f）脉冲列脉冲列。 具有双窄脉冲的优点，应用广泛。具有双窄脉冲的优点，应用广泛。182021-12-29触发电路的种类触发电路的种类分立元件触发电路：简单触发电路 单结管触发电路 正弦波触发

12、电路 锯齿波触发电路集成触发器： KC04移相触发器 TC787移相触发器计算机控制数字触发电路192021-12-29单结晶体管移相触发电路是一种较简单的触发电路，采用单结晶体管移相触发电路是一种较简单的触发电路，采用延时移相方法，主要用于小功率单相或三相半波晶闸管整延时移相方法，主要用于小功率单相或三相半波晶闸管整流装置。流装置。发射极发射极e第一基极第一基极b1第二基极第二基极b2202021-12-29NPPN结结b1基极基极基极基极b2发射极发射极e结构示意图结构示意图eb2b1符号符号eb2b1rb1rb2VD等效电路等效电路3.2.1 单结晶体管的结构 发射极发射极e e、 第一

13、基极第一基极b b1 1、 第二基极第二基极b b2 2， 单结晶体管单结晶体管或或双基极二极管双基极二极管。 212021-12-29 VD等效等效e和和b1间的间的PN结，其正向结，其正向压降压降 VD = 0.7 V。 Rb1 表示表示 e 与与 b1 间电阻，它随发间电阻，它随发射极电流而变，即：射极电流而变，即： IE 上升，上升，Rb1下降。下降。 Rb2 表示表示 e 与与 b2 间的电阻，数值间的电阻，数值与与 IE 无关。无关。 Rbb 两基极间电阻，两基极间电阻， Rbb = Rb1 + Rb2。 称为分压比，称为分压比， 一般在一般在 0.3 0.8 之间。之间。 bbb

14、1RR 单结晶体管图形符号和等效电路222021-12-292.2.单结晶体管工作原理单结晶体管工作原理 当当Q Q1断开，断开，Q Q2闭合时闭合时外加外加基极电压基极电压Ubb由由Rb1、 Rb1分压，分压，A A点对点对b b极电压为：极电压为： BBBBbbbAVVrrrU 211232021-12-29 当当Q Q1闭合，闭合，Q Q2断开时断开时（外加外加基极电压基极电压Ubb=0=0）1Seb断开时， 和 间构成一个普通二极管，其伏安特性与普通二极管相似；242021-12-29eb2b1rb1rb2DReVEEVBBb1+UEIE测试电路测试电路 当当Q Q1、Q Q2均闭合时

15、均闭合时ABBUV 252021-12-29eb2b1rb1rb2DReVEEVBBb1+UEIE测试电路测试电路262021-12-29 指发射极电压Ue与发射极电流Ie之间的关系曲线。 即 Ie= f（Ue）三个工作区：截止区、负阻区、饱和区 单结管的导通条件：UeUP（峰点电压）DbbDbb2b1b1bPUUUURRRU单结管的关断条件：UeUV单结管具有负阻特性，即Ue /Ie 0+-UeIeUbb3.伏安特性272021-12-29(1)截止区，当截止区，当UE UA+UD Eb1b2DRb2Rb1AREUEUBBEEIEUA=Rb1UBBRb1Rb2+= UBBPN结反偏，结反偏，

16、 IE很小很小当当UE增加到增加到PN结结导通的峰点导通的峰点电压电压 UP ，单结晶，单结晶体管将进入体管将进入导通状态。导通状态。UVUEUpIEIVIP282021-12-29UVUEUpIEIVIP(2)负阻区，当负阻区，当UE UP PN结导通，结导通， IE显著增显著增加，同时加，同时UE下降。下降。 由于由于 RB1 随着随着PN结导通结导通急剧下降，故分压比也下急剧下降，故分压比也下降，又引起维持降，又引起维持PN结导通结导通的的UE进一步下降。进一步下降。 形成正反馈，一直达到形成正反馈，一直达到谷点谷点V。 这段曲线表现出负阻特性。这段曲线表现出负阻特性。292021-12

17、-29Eb1b2DRb2Rb1AREUEUBBEEIEVA=Rb1UBBRb1Rb2+= UBBUVUEUpIEIVIP(3)饱合区饱合区 当当IE IV 后后RB1 不再下降，不再下降，随随IE增加增加UE缓慢上升缓慢上升 。动态动态电阻为正值。电阻为正值。302021-12-29 单结晶体管的伏安特性单结晶体管的伏安特性（1）当）当UEUP时，单结晶体管时，单结晶体管导通导通，IE迅速增大，迅速增大，UE减小，减小， 进入负阻区。进入负阻区。（3）当）当UEUP 时导通，时导通， UEUV 时截止。时截止。312021-12-29DRB2RB1REUEUBBEEUEUpUVIEIVIPIE

18、2. 当发射结电压当发射结电压UEUP时时, 单结晶体管单结晶体管导通导通； 若管子导通后若管子导通后UEUV时时, 单结晶体管单结晶体管截止截止。1. 在点在点P、V之间之间, 单结晶体管呈现负阻特性。单结晶体管呈现负阻特性。322021-12-293.2.2 自激振荡电路1.电路组成E的作用充电为电容提供单结管CUbb 2.工作原理接通电源后，C先充电。使uc。当uc= UP时，单结管导通，C放电，使uc当uc= UV时，单结管截止，C再充电。重复以上过程。 充电放电设uc(0)=0332021-12-29342021-12-29eRUSoUCV1R单结晶体管弛张振荡电路及波形eCR该电路

19、产生振荡的条件是：在充电过程中，电容 充电电压可达到峰点电压；在放电过程中，发射极电流可低于谷点电流。该条件主要靠合理选择来实现。eVPePVRUUUURII满足振荡条件的取值为：352021-12-29RR2R1CuGUBBn电阻R2的作用是温度补偿。n无R2时，若温度升高，则二极管的正向电压降降低，单结晶体管的峰点电压Up也就随之下降，导致振荡频率f不稳定。n有R2时，若温度升高， 则RBB增加，进而使UBB增加。峰点电压Up基本维持不变，保证振荡频率f基本稳定。n通常R2 取200600 。362021-12-29充充电电RR2R1C放放 电电 uGuGUBBuGuCUPUV0tt当电容

20、放电至当电容放电至uc放 ) 振荡频率 f =11lnCR1T1e调节Re即可改变振荡频率。当Re 时，f，脉冲密度 ；反之，减小。当Re阻值必须合适382021-12-29maxPePUURIRe的选取： Re必须保证当ue=UP时，充电电流IPmaxPPeUUIR Re必须保证当ueUV时， Ie IVminVeVUURIminVVeUUIR392021-12-29例例3-13-1 单结晶体管自激振荡电路，管子型号：单结晶体管自激振荡电路，管子型号：BT-35BBT-35B， IP=4A，分压比分压比 =0.6，UV=3.5A，IV=2mA，U=20V。 求求： Re的范围； C 取0.2

21、2F F时的振荡频率 f 的调节范围。解解： 0.6200.712.7PbbDUUUV6320 12.7203.54 102 10eRVPePVUUUURII1.838.3eMRK 402021-12-29maxmin1595()1ln()1efHzRCminmax12.7()1ln()1efHzRC412021-12-293.2.3 单结晶体管同步触发电路 主电路主电路 控制电路控制电路 uo u21VD1 VD2VT1 VT2 RLu22uG uz uCRR2R1CRP422021-12-29n2）同步电路）同步电路 触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调触发信号和电源电压在频率和相位上

22、相互协调同步同步。 同步电路由同步变压器、桥式整流电路同步电路由同步变压器、桥式整流电路VD1VD4、电阻、电阻R1及稳压管组成。及稳压管组成。 1）单结晶体管触发电）单结晶体管触发电 路，是由同步电路路，是由同步电路 和脉冲移相与形成和脉冲移相与形成 两部分组成的。两部分组成的。432021-12-29442021-12-29452021-12-29 触发电路主电路同步电源单结管振荡电路ubb主电路与触发电路主电路与触发电路必须接在同一电源上必须接在同一电源上 电源u2同步变压器TS 二极管整流稳压管削波梯形波电压 同步电源ubb。ubbut0uA2ubb与u2过零点时刻一致1.同步电源ub

23、b的获得462021-12-292.同步原理 主电压u2过零时，正好ubb=0，使每半个周期电容C总是从0开始充电。 只要UP及充充一定，则C充电达到UP的时间也就一定，即：每半个周期发出的第一 个触发脉冲的时间t充充一 定，保证了每周期控制 角相等，即晶闸管的导 通角相等，从而实现了 同步。 触发电路主电路ubb主电路与触发电路主电路与触发电路必须接在同一电源上必须接在同一电源上同步电源单结管振荡电路472021-12-292.同步原理 触发电路主电路ubb主电路与触发电路主电路与触发电路必须接在同一电源上必须接在同一电源上ubbut0uA2uPuCugt03211=2=3= =同步电源单结

24、管振荡电路UV482021-12-293.移相方法 触发电路主电路ubb主电路与触发电路主电路与触发电路必须接在同一电源上必须接在同一电源上Re充t充Udt充为uC从0充电到UP所需的时间。充为电容C的充电时间常数；改变可调电阻Re：实际移相范围只有140左右。同步电源单结管振荡电路 当调节电阻Re增大时，充电时间增大，第一个脉冲出现的时刻后移，即控制角增大，实现了移相。 492021-12-29 触发电路主电路ubb主电路与触发电路主电路与触发电路必须接在同一电源上必须接在同一电源上同步电源单结管振荡电路4 脉冲输出脉冲输出 触发脉冲由R1直接取 出，这种方法简单、经 济，但触发电路与主电

25、路有直接的电联系，不安全。 可以采用脉冲变压器输 出来改进这一触发电路。502021-12-29 单结晶体管触发电路的特点： 电路结构简单，实现容易，且功率损耗小，但输出脉冲窄、输出功率小。一般只适合于单相且带电阻负载的可控整流电路，触发50A以下的小功率晶闸管。512021-12-29 单相交流调压电路（调光、调温）522021-12-29R1AVR2R4R3RPDDZTC+_T1532021-12-29。 R1AV R2R4R3RP D DZTC+_ T1542021-12-29 R1AV R2R4R3RP D DZTC+_ T1552021-12-29R1AV R2R4R3RP DDZT

26、C+_待待充充电电瓶瓶 T1562021-12-29n相控电路：相控电路：晶闸管可控整流电路，通过控制触发角触发角a的大小，即 控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发保证按触发 角角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效 的触发脉冲的触发脉冲。触发电路触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路， 其中以同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。572021-12-29582021-12-29l 电路组成电路组成 锯齿波触发电路，由

27、锯齿波触发电路，由锯齿波形成、同步移相环节锯齿波形成、同步移相环节与与脉冲放脉冲放大大两部分组成，具有强触发、双脉冲和脉冲封锁功能，由于两部分组成，具有强触发、双脉冲和脉冲封锁功能，由于采用锯齿波作为同步电压，不直接受电网波动影响，在中大采用锯齿波作为同步电压，不直接受电网波动影响，在中大容量晶闸管系统中广泛使用。容量晶闸管系统中广泛使用。 电路输出可为电路输出可为双窄脉冲双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通（适用于有两个晶闸管同时导通 的电路），也可为的电路），也可为单窄脉冲单窄脉冲。592021-12-29 （1）脉脉冲冲形形成成和和放放大大环环节节602021-12-29n脉冲形成环节由

28、脉冲形成环节由V4、V5、V6构成；构成；n放大环节由放大环节由V7、V8组组成。成。n控制电压控制电压uc加在加在V4 基极上，触发脉冲由基极上，触发脉冲由 脉冲变压器脉冲变压器TP二次输二次输 出。出。 3.3.1 脉冲形成放大环节脉冲形成放大环节 （1）脉冲形成和放大环节）脉冲形成和放大环节V4 V5 V6脉冲形成环节脉冲形成环节V7 V8脉冲放大脉冲放大612021-12-29v当当V4的基极电压的基极电压uco=0时，时，V4截止截止。v电源电源+15V经经R14、R15供供给给V5、V6基极电流，使基极电流，使其其饱和导通饱和导通。vV5集电极电压集电极电压=-15V， V7、V8

29、处于截止状态处于截止状态，无脉冲输出。无脉冲输出。v电源电源+15V 经经R11、C3、V5发射极、发射极、V6 、VD4对对电容电容C3充电充电，充满后电容，充满后电容端电压接近端电压接近30V。（1）脉冲形成和放大环节）脉冲形成和放大环节l 电容电容C3充电过程充电过程622021-12-29vuco0.7V时，时，V4导通。导通。v 点电位点电位从从+15V突降到突降到 1V，由于，由于电容电容C3两端电两端电 压不能突变，所以压不能突变，所以V5基极基极 电位也突降到电位也突降到-30V，V5立立 即截止。即截止。 V5的集电极电压的集电极电压由由 -15V迅速上升到迅速上升到2.1V

30、时，时， 使得使得V7、V8导通，输出导通，输出 触发脉冲。触发脉冲。（1）脉冲形成和放大环节）脉冲形成和放大环节l 电容电容C3放电过程放电过程632021-12-29v同时同时电容电容C3由由+15V经经 R14、VD3、V4放电放电并并 反向充电反向充电，使，使V5基极电基极电 位位逐渐上升。逐渐上升。 直到直到V5基极电位大于基极电位大于 -15V，V5又重新导通。又重新导通。v这时这时V5集电极电压立即集电极电压立即 降到降到-15V，使，使V7、V8 截止，输出脉冲终止。截止，输出脉冲终止。 脉冲前沿由脉冲前沿由V4导通时刻确导通时刻确定，脉冲宽度由反向充电定，脉冲宽度由反向充电时

31、间常数时间常数R14C3决定。决定。 （1）脉冲形成和放大环节）脉冲形成和放大环节l 电容电容C3放电过程放电过程642021-12-29（1）当）当uc= 0, V4截止，截止，V5、V6 饱和导通，饱和导通，V7、 V8截止，截止，无脉冲输出，同时无脉冲输出，同时C3被充电为被充电为30V；（2）当）当 uc 0.7V ，V4 通通,u5b= - -30V，V5止，止，V7、V8通，通，输出触发脉冲输出触发脉冲 。 3Cl 工作过程工作过程 同时同时 C3 经电源、经电源、R14、VD3、V4 放电和反放电和反 充电，充电， u u5b5bu u5b5b- - 15V, V5重新导重新导

32、通，通， V7V8止，输出脉冲终止。止，输出脉冲终止。652021-12-293.3.2 锯齿波形成、同步移相环节锯齿波形成、同步移相环节 n原理：原理：n利用受正弦同步信号利用受正弦同步信号 电压控制的锯齿波电电压控制的锯齿波电 压作为压作为同步电压同步电压，再，再 与直流控制电压与直流控制电压u uc c与与 直流偏移电压直流偏移电压u ub b组成组成 并联控制并联控制，进行电流，进行电流 叠加，控制叠加，控制V4V4实现的。实现的。662021-12-29n电路由电路由V1、V2、V3 和和C2等元件组成，等元件组成，n其中其中V1、VZ、R3和和 R4为一恒流源电路。为一恒流源电路。

33、 672021-12-29l 工作过程工作过程v当当V2截止时，恒流源截止时，恒流源V1电流电流 IC1 对电容对电容C2充电，所以充电，所以C2两端的电压两端的电压uC为为vuC按线性增长，即按线性增长，即ub3按线性增长。调节电位器按线性增长。调节电位器RP1，可以，可以 改变改变C2的恒定充电电流的恒定充电电流IC1。 c1C1C1uI dtI tC1.充电过程充电过程682021-12-292.放电过程放电过程v当当V2导通时，因导通时，因R5很小，所以很小，所以C2经经R5、V2 迅速放电迅速放电， 使得使得uC2电位迅速降到零伏附近。电位迅速降到零伏附近。v当当V2周期性地导通和关

34、断时，周期性地导通和关断时， uC2 便便形成一锯齿波形成一锯齿波。v射极跟随器射极跟随器V3的作用：的作用： 减小控制回路电流对锯齿波电压减小控制回路电流对锯齿波电压uC2的影响。的影响。vV4基极电位由基极电位由锯齿波电压锯齿波电压、控制电压控制电压uc、直流偏移电压直流偏移电压 ub三者叠加所定，它们分别通过电阻三者叠加所定，它们分别通过电阻R7、R8、R9与与V4基基 极连接。极连接。692021-12-29 根据叠加原理，分析根据叠加原理，分析V4基极电位基极电位时，可分别看成时，可分别看成锯齿波锯齿波 ue3（）、）、控制电压控制电压uc（+）、）、偏移电压偏移电压ub（）单独）单

35、独作用的叠加。作用的叠加。v V4基极基极断开时，锯齿波电压断开时，锯齿波电压ue3单独作用在单独作用在V4基极时：基极时： 可见，可见， 仍为锯齿波，但斜率比仍为锯齿波，但斜率比ue3 低。低。89e3e33789/0.55(/)eRRuuuRRRe3u702021-12-29v同理，直流偏移电压同理，直流偏移电压ub 单独作用在单独作用在V4基极时的电压为：基极时的电压为： v控制电压控制电压uc 单独作用在单独作用在V4基极时的电压为：基极时的电压为： v 所以，所以， V4基极电流：基极电流：78b978/0.3(/)bbRRuuuRRR79ccc879/0.15(/)RRuuuRRR

36、3444444ecbbbbebebebeuuuuIRRRR712021-12-29v当当V4不导通时不导通时，V4的基极的基极b4的波形由的波形由 确定。确定。v当当b4点电压等于点电压等于0.7V后，后，V4导通导通。产生触发脉冲。产生触发脉冲。v改变改变 便可以改变脉冲产生时刻，脉冲被移相。加便可以改变脉冲产生时刻，脉冲被移相。加 ub 的目的目 的是为了确定控制电压的是为了确定控制电压 uc =0时脉冲的初始相位。时脉冲的初始相位。v以三相全控桥为例以三相全控桥为例：v当接反电势电感负载时，脉冲初始相位应定在当接反电势电感负载时，脉冲初始相位应定在= 90；v当当uc =0时，调节时，调

37、节ub 的大小使产生脉冲的的大小使产生脉冲的Q点对应点对应= 90。v当当uc =0时，时，= 90，则输出电压为，则输出电压为0；v若若uc 为正，为正， Q 点就向前移，控制角点就向前移，控制角90度，处度，处 于逆变状态。于逆变状态。 e3bcuuu722021-12-29同步同步信号信号为锯为锯齿波齿波的触的触发电发电路的路的工作工作波形波形 732021-12-29v同步环节同步环节是由是由同步变压器同步变压器 TS、VD1、VD2、C1、R1 和晶体管和晶体管V2组成组成。v同步变压器同步变压器TS和整流变压器和整流变压器 接在同一电源上，用接在同一电源上，用TS的二的二 次电压来

38、控制次电压来控制V2的通断作的通断作 用，这就保证了触发脉冲与用，这就保证了触发脉冲与 主电路电源同步。主电路电源同步。3.3.3 同步环节同步环节 742021-12-29v锯齿波是由开关管锯齿波是由开关管V2控制的，也就是由控制的，也就是由V2的基极电位决的基极电位决定的。定的。v同步电压同步电压 uTS 经二极管经二极管VD1加在加在V2的基极上。的基极上。v当电压波形在当电压波形在负半周负半周的的下降段下降段时，因时，因Q点点为为零电位零电位，VD1 导通导通，电容，电容C1 被迅速充电。在这一阶段被迅速充电。在这一阶段V2基极为反向偏基极为反向偏 置，置，V2截止。截止。同步同步要求

39、触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。752021-12-29v在负半周的上升段，在负半周的上升段，+15V电源通过电源通过R1给电容给电容C1充电充电，其，其 上升速度比上升速度比uTS 波形慢，故波形慢，故VD1截止截止，uQ为电容反向充电为电容反向充电 波形。波形。 当当Q点电位达点电位达1.4V时，时，V2导通导通，Q点电位被钳位在点电位被钳位在1.4V。 直到直到TS二次电压的下一个负半周到来，二次电压的下一个负半周到来，VD1重新导通，重新导通， C1放电后又被充电，放电后又被充电，V2截止。截止。v如此循环往复，在一个正弦波周期内，包括如此循环往复，在一个正弦波周期

40、内，包括截止截止与与导通导通两两 个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源 频率和相位完全同步，达到同步的目的。可以看出锯齿波频率和相位完全同步，达到同步的目的。可以看出锯齿波 的宽度是由充电时间常数的宽度是由充电时间常数R1C1决定的。决定的。 762021-12-29 锯齿波是由开关V2管来控制的。 V2开关的频率就是锯齿波的频率锯齿波的频率由同步变压器所接的交流电压决定。 V2由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点。 V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度锯齿波的宽度取决于充电时间常数R1

41、C1。772021-12-29双窄脉冲形成双窄脉冲形成v触发电路自身在一个周期内可输出两个间隔触发电路自身在一个周期内可输出两个间隔60度的脉冲，度的脉冲，称称内双脉冲电路内双脉冲电路。v而在触发器外部通过脉冲变压器的连接得到双脉冲称为而在触发器外部通过脉冲变压器的连接得到双脉冲称为外外双脉冲双脉冲。v本触发电路属于内双脉冲电路本触发电路属于内双脉冲电路。v当当V5、V6都导通时，都导通时，V7、V8截止，没有脉冲输出。截止，没有脉冲输出。v只要只要V5、V6有一个截止，就会使有一个截止，就会使V7、V8导通，有脉冲导通，有脉冲输出。输出。v因此本电路可产生符合要求的双脉冲。因此本电路可产生符

42、合要求的双脉冲。782021-12-29u 内双脉冲电路内双脉冲电路：u V5、V6构成一个构成一个“或或”门门 当当V5、V6都导通时，都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。都截止，没有脉冲输出。 只要只要V5、V6有一个截止，都会使有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉导通，有脉 冲输出。冲输出。 第一个脉冲由本相触发单元的第一个脉冲由本相触发单元的uc对应的控制角对应的控制角 产生。产生。 隔隔60 的第二个脉冲是由滞后的第二个脉冲是由滞后60 相位的后一相触发单相位的后一相触发单 元产生（通过元产生（通过V6）。）。792021-12-29n在三相桥式全控整流电路中，双脉冲环节的可

43、按下图接线。在三相桥式全控整流电路中，双脉冲环节的可按下图接线。n六个触发器的连接顺序是：六个触发器的连接顺序是： 1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。 802021-12-29 图中的图中的X X和和Y Y为双脉冲产生作用所设。为双脉冲产生作用所设。 在三相桥式全控电路、交流调压电路等应用场合，都需在三相桥式全控电路、交流调压电路等应用场合，都需要双脉冲触发，即要双脉冲触发，即在触发当前晶闸管的同时要向前一号晶在触发当前晶闸管的同时要向前一号晶闸管补发一个触发脉冲闸管补发一个触发脉冲。 晶闸管电路在采用锯齿波触发器时，每一个晶闸管都配晶闸管电路在采用锯齿波

44、触发器时，每一个晶闸管都配有一套触发电路，产生双脉冲的方法是有一套触发电路，产生双脉冲的方法是将本触发电路的将本触发电路的X X端端与前一号触发电路的与前一号触发电路的Y Y端连接端连接，这样，这样V4V4导通时不但使电路导通时不但使电路V5V5截止，同时也会通过截止，同时也会通过X-YX-Y连接使前一号触发电路的连接使前一号触发电路的V6V6截止。截止。 V5V5和和V6V6为串联连接，任何一个关断都会使为串联连接，任何一个关断都会使V5V5的集电极电的集电极电位抬高，使后续电路的功率放大晶体管得到正偏压而导通位抬高，使后续电路的功率放大晶体管得到正偏压而导通形成触发脉冲。形成触发脉冲。X

45、X、Y Y的作用的作用812021-12-29强触发强触发v50V直流电压，经直流电压，经R19对对C6充电，充电，N点电位为点电位为50V。v当当V8导通时，导通时，C6经脉冲变压器一次侧经脉冲变压器一次侧R17、V8迅速放迅速放电，形成脉冲尖峰，由于回路电阻很小，且电容电，形成脉冲尖峰，由于回路电阻很小，且电容C6的的存储能量有限，存储能量有限，N点电位迅速下降。点电位迅速下降。v当当N点电位下降到点电位下降到14.3V时，时，VD10导通，导通，N点电位被点电位被15V电源钳位在电源钳位在14.3V，形成脉冲平台。，形成脉冲平台。C5组成加速电组成加速电路，用来提高触发脉冲前沿陡度。路，

46、用来提高触发脉冲前沿陡度。 822021-12-29n二极管二极管 VD5阴极接零电位阴极接零电位 或负电位，使或负电位，使V7、V8截止，截止， 可以实现脉冲封锁。可以实现脉冲封锁。nVD5用来防止接地端与负用来防止接地端与负 电源之间形成大电流通路。电源之间形成大电流通路。 脉冲封锁脉冲封锁832021-12-29n目前国内生产的集成触发器有目前国内生产的集成触发器有KJ系列和系列和KC系列，国外生产的有系列，国外生产的有TCA系列；系列；n下面简要介绍由下面简要介绍由KC系列的系列的KC04移相触发器、移相触发器、KC42脉冲调制形成器和脉冲调制形成器和KC41C六路脉冲形六路脉冲形成器

47、的工作原理。成器的工作原理。 842021-12-293.4.1 KC04KC04移相集成触发器移相集成触发器 同步环节、移相控制、锯齿波形成、脉冲形成与放大、脉冲分选与输出。 组成环节：同步环节：实现触发脉冲与主电路的同步。移相控制：实现触发脉冲的移相。脉冲输出环节中脉冲变压器： 降低脉冲电压而增大脉冲电流； 主电路与触发电路之间进行电气隔离； 多相电路中各相触发电路之间相隔离。852021-12-29 KC04KC04型移相集成触发电路型移相集成触发电路 862021-12-29n1、KC04移相触发器的主要技术指标如下：移相触发器的主要技术指标如下：v 电源电压：电源电压：DCl5V，允

48、许波动，允许波动5%；v 电源电流：正电流电源电流：正电流l5mA，负电流，负电流8mA；v 移相范围：移相范围： ( =30V， =l5K)；v 脉冲宽度：脉冲宽度：400 s2ms；v 脉冲幅值：脉冲幅值：13V；v 最大输出能力：最大输出能力：100mA；v 正负半周脉冲不均衡：正负半周脉冲不均衡：土土 ；v 环境温度：环境温度：- 。C100C700030170su4R872021-12-292、内部结构、内部结构882021-12-29 外引脚排列图各引脚电压波形A相ug1ug4892021-12-29引脚号符号功能用法1In-PV同相脉冲输出端接正半周应导通晶闸管的脉冲功率放大器及

49、脉冲变压器2NC空脚3CT锯齿波电容连接端通过电容接4脚4uT锯齿波电压输出端通过电阻接移项综合端5-UCC工作负电源输入端接用户系统负电源6NC空脚7GND接地端，为整个电路提供一参考地端接用户的控制电源地端8uS同步电源信号输入端接同步变压器的二次侧，同步电压为30V902021-12-29引脚号符号功能用法9u移项、偏置及同步信号综合端分别通过三个等值电阻接锯齿波、偏置电压及移项电压10NC空脚11uP方波脉冲输出端，该端的输出信号反映了移项脉冲的相位通过一电容接12脚12UW脉宽信号输入端，该端与11脚所接电容的大小反映了输出脉冲的宽度接调制脉冲源输出或保护电路输出13UC-负脉冲调制

50、及封锁控制端，通过该端输入信号的不同，可对负输出脉冲进行调制或封锁接调制脉冲源输出或保护电路输出14UC+正脉冲调制及封锁控制端，通过该端输入信号的不同，可对正输出脉冲进行调制或封锁接调制脉冲源输出或保护电路输出15Ou-PV反向脉冲输出端接负半周应导通晶闸管的脉冲功率放大器及脉冲变压器16+UCC系统正电源输入端接控制电路电源912021-12-292、内部结构、内部结构922021-12-29 同步环节同步环节vV1V4等组成同步环节，同步电压等组成同步环节，同步电压us经限流电阻经限流电阻R4加到加到 V1、V2的基极。的基极。v在同步电压正半波在同步电压正半波us 0.7V时，时，V1

51、导通，导通，V4截止；截止；v在同步电压负半波在同步电压负半波us 0.7V时，时，V2、V3导通，导通，V4截截 止；只有在止；只有在us0.7V时，时，V4导通。导通。 锯齿波形成锯齿波形成 vV4截止时，截止时，C1充电，形成锯齿波的上升段，充电，形成锯齿波的上升段，vV4导通时，导通时， C1放电，形成锯齿波的下降段，放电，形成锯齿波的下降段，v每周期形成两个锯齿波，锯齿波宽度小于每周期形成两个锯齿波，锯齿波宽度小于180。932021-12-292、内部结构、内部结构942021-12-29 移相环节移相环节v V6及外接元件组成移相环节，基极信号是及外接元件组成移相环节，基极信号是

52、锯齿波电压锯齿波电压、 偏移电压偏移电压和和控制电压的控制电压的综合。综合。v改变改变V6基极电位，基极电位，V6导通时刻随之改变，实现脉冲移相。导通时刻随之改变，实现脉冲移相。 脉冲形成脉冲形成v V7等组成脉冲形成环节，平时等组成脉冲形成环节，平时V7导通，电容导通，电容C2充电为左正充电为左正右负。右负。vV6导通时，其集电极电位突然下降，同时引起导通时，其集电极电位突然下降，同时引起V7截止。电容截止。电容C2放电并反充电为左负右正。放电并反充电为左负右正。v当当V7基极电位基极电位Ube70.7V时，时，V7导通，导通，V7集电极有脉冲输集电极有脉冲输出。出。V7集电极每周期输出间隔

53、集电极每周期输出间隔180的两个脉冲。的两个脉冲。 952021-12-29 脉冲分选脉冲分选vV8、V12组成脉冲分选环节，脉冲分选保证同步电压正半周组成脉冲分选环节，脉冲分选保证同步电压正半周 V8截止，同步电压负半周截止，同步电压负半周V12截止，使得触发电路在一周内截止，使得触发电路在一周内 有两个相位上相差有两个相位上相差180的脉冲输出。的脉冲输出。 KC04的同步电压可取任意值，限流电阻的同步电压可取任意值，限流电阻R4的估算值：的估算值： R4 = 同步电压同步电压 / （12mA）962021-12-29nKC04移相触发器主要用于单相或三相全控桥式装置。移相触发器主要用于单

54、相或三相全控桥式装置。nKC系列中还有系列中还有KC0l，KC09等。等。nKJ00l主要用于单相、三相半控桥等整流电路中的移相触主要用于单相、三相半控桥等整流电路中的移相触发，可获得宽脉冲。发，可获得宽脉冲。nKC09是是KC04的改进型，两者可互换，适用于单相、三相的改进型，两者可互换，适用于单相、三相全控式整流电路中的移相触发，可输出两路相位差全控式整流电路中的移相触发，可输出两路相位差180度度的脉冲。它们都具有输出负载能力大、移相性能好以及抗的脉冲。它们都具有输出负载能力大、移相性能好以及抗干扰能力强的特点。干扰能力强的特点。972021-12-29KC04的一个典型应用电路的一个典

55、型应用电路 982021-12-29n脉冲调制形成器电路，主要适用于三相全控桥整流电路、脉冲调制形成器电路，主要适用于三相全控桥整流电路、 三相半控、单相全控、单相半控等线路中用做脉冲调制源。三相半控、单相全控、单相半控等线路中用做脉冲调制源。 图图3-16 KC423-16 KC42脉冲调制形成器电路图脉冲调制形成器电路图 3.4.2 KC42KC42脉冲调制形成脉冲调制形成器器 992021-12-29nKC41KC41不仅具有双脉冲形成功能，它还具有电子开关控制封不仅具有双脉冲形成功能，它还具有电子开关控制封 锁功能。锁功能。 图图3-18 KC413-18 KC41六路双窄脉冲形成器内

56、部电路及外部接线图六路双窄脉冲形成器内部电路及外部接线图 3.4.3 KC41CKC41C六路双脉冲形成六路双脉冲形成器器 1002021-12-29ug1ug2ug3ug4ug5ug6 三块KC04的输出16引脚： 输入KC04的6个脉冲；1015引脚： 脉冲放大输出； 7引脚：控制 接地，脉冲正常输出； 悬空：无脉冲输出。完整的三相全控桥触发电路完整的三相全控桥触发电路 3个个KC04集成块集成块和和1个个KC41C集成块集成块，可形成六路，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。行脉冲放大即可。 1012021-12-29 二、KC41C六路双脉冲形成电

57、路ug1ug2ug3ug4ug5ug6 三块KC04的输出ug1ug2ug3ug4ug5ug61022021-12-293.4 集成触发电路集成触发电路 三、集成三相触发电路A相B相C相1032021-12-29n3.4.4 由集成元件组成的三相触发电路由集成元件组成的三相触发电路三相六脉冲形成电路三相六脉冲形成电路 1042021-12-29 要使晶闸管装置得到稳定的输出，必须保持要使晶闸管装置得到稳定的输出，必须保持各周期中各周期中控制角控制角不变不变，即：，即： 要求各晶闸管均具有相同的控制角。要求各晶闸管均具有相同的控制角。 为了达到这个目的，触发脉冲和主电压之为了达到这个目的，触发脉

58、冲和主电压之间必须保持频率一致和固定的相位关系。间必须保持频率一致和固定的相位关系。 l 同步的基本概念同步的基本概念注意：要实现同步，主电压与同步电压必须接在同一电源上。 1052021-12-29 反映主电压频率和相位的信号可以从加在晶闸管装置上的电源电压获得，让它作用于触发电路，使所产生的触发脉冲能同步地触发晶闸管。 这种包含主电压频率和相位信息的正弦交流信号us称为同步电压。 系统组成框图： 1062021-12-29 为实现同步，必须根据根据被触发晶闸管被触发晶闸管的阳极电压阳极电压u2的相相位位，正确供给供给触发电路触发电路特定相位的同步电压同步电压us，以保证以保证us与与u2具

59、有固定的相位关系具有固定的相位关系。 这种正确选择同步电压相位的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。 1072021-12-29分析三相全控桥分析三相全控桥1082021-12-29Ott1t2uaubucu2ua-图图3-19 三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图1092021-12-29分析三相全控桥分析三相全控桥 VT1所接主电路电压为所接主电路电压为+ua，VT1的触发脉冲从的触发脉冲从0 至至180 的范围为的范围为 t1 t2。 锯齿波的上升段为锯齿波的上升段为240 ，上升段起始的，上升段起始的30 和终了的和终了的30 线性度不好，

60、舍去不用，使用中间的线性度不好，舍去不用，使用中间的180 ， 锯齿波的中点与同步信号的锯齿波的中点与同步信号的300 位置对应位置对应。 将将 =90 确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有90 的移相范围。的移相范围。 于是于是 =90 与同步电压的与同步电压的300 对应，也就是对应，也就是 =0 与同步电压的与同步电压的210 对应对应。 =0 对应于对应于ua 的的30 的位置，则同步信号的的位置，则同步信号的180 与与 ua的的0 对应，说明对应，说明VT1的同步电压应滞后于的同步电压应滞后于ua180 。 对于其他对于其他5个晶闸管，也存在