CA6100通用数字型可控硅触发板的应用

1、我厂KGCFA150/200360型硅整流充电装置，自投入运行以来已有十年以上，由于设备的老化及其技术上的局限性，经常发生输出电压、电流振荡，甚至跳闸等事故。严重影响我厂直流系统的稳定性，对全厂机组的正常运行埋下了隐患。从1997年开始，我厂更换了新型GFM（Z）阀控密封铅酸蓄电池。该种电池要求硅整流充电装置具有较高的稳压、稳流精度，同时还要具有限流恒压的充电方式。因此，原硅整流充电装置已不能满足实际生产要求，需要对其进行改进。KGCFA150/200360型硅整流充电装置的控制电路由电源板、信号板、直流放大器、触发板、直流互感器等组成。分析其工作原理，我们认为造成硅整流充电装置运行不稳定的原

2、因有以下几个方面：1. 反馈采集元件性能差，至使反馈回来的电压、电流信号不稳定，且线性度差。2. 直流放大器调节性能下降。直流放大器主要由分立电子元件组成，由于运行时间较长，大部分元件都已老化，工作特性发生变化，使直流放大器对信号的处理能力下降。3. 触发板采用正弦同步电压和直流控制电压叠加的垂直控制原理，直流控制电压与同步电压的交点决定触发脉冲发出的时刻。改变直流控制电压与同步电压的交点，就可以改变脉冲发出的时刻（即移相）。三相同步电压是经过同步变压器获得的，由于同步变压器制造工艺上的原因，致使三相同步电压在幅值、宽度及对称平衡性上都有一定的差异，使得同一直流控制电压与每相同步电压交叉点的相

3、序不平衡（即触发时间相序发生变化），从而造成充电装置输出电压和电流波动。通过以上分析，在不改变原硅整流充电装置主体结构的情况下，只要对其控制电路的调节与触发部分进行重新设计和改进就可以满足实际生产要求。目前国内传统的三相可控硅触发电路普遍采用小规模集成块KC或KJ系列的模拟芯片来组成。这类电路每一相的触发脉冲都是通过同步变压器送来的同步信号转换为锯齿波信号，再与给定的直流电压相比较来取得移相信号的。三相锯齿信号的斜率、占空比和幅度等与分离的每相元器件参数关系密切，比较信号中小的干扰可能造成较大的移相误差。此外，三相脉冲的对称平衡亦取决于三个锯齿波斜率的调整，至少要调整四个以上的电位器才能使这种

4、电路正常工作，电路的可靠性及自动平衡能力较差。在干扰严重或电位器接触不良造成严重失衡时，触发信号甚至造成主回路元件的损坏。由模拟芯片组成的触发电路，对不同的用途通常需要重新设计，不同相序的输入电源、同步变压器及触发脉冲所对应的可控硅也需用示波器严格查对。此外，对诸如缺相保护、软起停等附属电路也需另外设计电路解决，整个电路系统在设计和调试时相当繁杂。经过认真调研，我们采用了以CA6100通用数字型可控硅触发电路板为核心的控制电路，其原理框图如图1所示。该控制电路由电压模块、电流模块、PI调节板、CA6100型触发电路板等组成。现将各部分的原理和作用简述如下：1、电压模块KV、电流模块KT作为采集

5、元件为控制电路提供稳定的电压和电流反馈信号。 2、PI调节板（比例积分调节板）其原理简图如图2所示该调节板由高质量的集成运算放大器和积分电容组成。其作用将给定的电压、电流信号与电压、电流反馈信号进行比例积分运算，并加以放大后向触发板提供触发信号SIG。由于电压环和电流环在调节板上形成“或”的逻辑关系，可以保证硅整流充电装置实现限流恒压的充电方式。同时该调节板还能向控制电路提供+5V和±12V控制电源。3、CA6100触发板CA6100型触发板是以40芯CMOS大规模集成电路为核心，利用锁相环技术PLL和多芯片合成技术MCM，根据压控振荡器VCO锁定三相同步信号间的逻辑关系设计出的一种

6、可控硅触发系统。05V的直流输入电压信号，可以控制输出脉冲的移相范围从5º175º可调。CA6100型触发板由以下几部分构成：相位基准电路、缓冲放大器及软起动/软停止电路、锁相环、缺相检测及禁止电路、相序检测和选择开关、监控电路、脉冲放大器和脉冲变压器等。其原理框图如图3所示下面以触发板的核心技术锁相环进行详细分析，从而了解系统的工作原理，而后分析脉冲驱动电路，介绍驱动能力： 锁相环锁相环是整个触发电路的核心，使得输出的触发脉冲与电源实现同步。锁相环门延角发生器电路如图4所示，加法放大器，压控振荡器（VCO），80分频器，6分频器，三相裂相器，三个彼此独立的异或非门相位检测

7、器和一个缓冲放大器组成三相位锁相环。锁相环具有很高的频率响应，可以在一个电源周期内达到锁相。压控振荡器输出信号的角频率受控于输入控制电压的大小，而在图示锁相环电路中，三异或非门鉴相器的输出信号与门延命令经缓冲放大后的输出信号相叠加，再经低通滤波后输出的信号作为控制电压送到VCO的输入端，控制其振荡频率，当环路锁定后，VCO输出为480倍电源频率的振荡信号即CK1信号。信号CK1经80分频后得到CK2信号，其频率为电源频率的6倍。CK2信号再经6分频器和裂相器得到三个信号即延迟基准信号Ad、Bd、Cd，其频率为电源频率，宽度为180º，但彼此间相位互差120º。这三个信号与相

8、位基准电路产生的电源基准信号A、B、C被分别送入三个异或非门鉴相器，从而产生相位差值信号Da、Db、Dc。当压控振荡器（VCO）的输出信号频率锁定在电源频率数倍（如480倍）的数值时，VCO的控制电压必须保持为一个恒定的数值，即相位差信号与缓冲后的门延命令电压之和为一恒值。这样，当门延命令电压值上升时，缓冲后的电压下降，为保持频率锁定及VCO控制电压的恒定，相位差值信号平均电压值要上升，因而电源基准与延迟基准信号间的相位差值减少，而延迟基准信号直接决定了触发脉冲延迟角的大小，从而实现可控的移相控制。不同的主电路形式，可能要求触发脉冲延迟角的最小值和最大值也不一样。这可以通过调节偏置电阻R3与范

9、围电阻R2的大小来达到要求，前者决定了逆变参考位置（即触发脉冲的最大延迟角），而后者决定了脉冲的移相范围。 触发脉冲驱动电路脉冲驱动电路包括脉冲放大器和脉冲变压器，其中任意一个可控硅（例如A相）的脉冲驱动原理如图5所示AP的波形、输出脉冲P波形如图6所示当AP端开始有信号时，晶体管立即进入导通状态，由于0.33uF电容的瞬间短路作用，使得脉冲变压器的原边得到30V的电源电压，因此此时副边得到的信号为15V的尖峰脉冲，它可以用作可控硅的强触发脉冲，加快其导通速度，从而提高了触发的可靠性。而后AP端的高频调制脉冲使得脉冲变压器副边得到持续的幅度较低（7.5V）的高频调制脉冲，继续给可控硅提供触发脉冲，以提高电流断续时工作的稳定性，同时可以降低驱动电路的功率等级。4、CA6100触发板的优点 输出的三相触发脉冲通过高频同步脉冲分频计数输出，因而具有高度的对称性、均衡性和良好的控制线度，克服了KC、KJ系列的同类产品的诸多缺点。 触发板无需同步变压器，同步信号直接用高值电阻取自与可控硅相连的主回路（无单独联线），自动实现与电网同步，而且具有相序自动测控核对能力，从而使其在主电路与调节器的联线上变得异常简易、可靠，无需作任何调测便能投入运行。 触发板集缺相保护、软起停等功能为