《电力电子技术》课件(高职高专第6版) 2.6 晶闸管相控电路的驱动控制

2.6晶闸管相控电路的

驱动控制电力电子技术(第5版)第2章相控整流电路

2.6.1对触发电路的要求

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。触发电路对其产生的触发脉冲要求：

１、触发信号可为直流、交流或脉冲电压。２、触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。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维持导通。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。图2.6.1强触发电流波形2.6.2晶闸管触发电路

１、单结晶体管触发电路

图2.6.2单结晶体管触发电路及波形

由单结晶体管构成的触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿性能好，脉冲前沿陡等优点，在小容量的晶闸管装置中得到了广泛应用。

由自激振荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成。

组成：特点：2.6.2晶闸管触发电路

（1）单结晶体管自激振荡电路

图4.8.2单结晶体管触发电路及波形

经D1~D4整流后的直流电源UW，一路经R2、R1加在单结晶体管两个基极b1、b2之间；另一路通过Ｒe对电容C充电、通过单结晶体管放电。控制BT的导通、截止；

在电容上形成锯齿波振荡电压，在R1上得到一系列前沿很陡的触发尖脉冲ug，如图4.8.2(b)所示，其振荡频率为

工作原理：特点：利用单结晶体管的负阻特性与RC电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。上式中是单结晶体管的分压比，即调节Ｒe，可调节振荡频率。

(2.6.1)2.6.2晶闸管触发电路

（2）同步电源

图2.6.2单结晶体管触发电路及波形工作原理：

当uDW过零时，电容C经e-b1、R1迅速放电到零电压。这就是说，每半周开始，电容C都从零开始充电。进而保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零的时刻（即控制角α）一致，实现了同步。

同步电压由变压器TB获得，而同步变压器与主电路接至同一电源，故同步电压与主电压同相位、同频率。

同步电压经桥式整流、稳压管Dw削波为梯形波uDW，而削波后的最大值Uw既是同步信号，又是触发电路电源。2.6.2晶闸管触发电路

图2.6.2单结晶体管触发电路及波形

当Re增大时，单结晶体管发射极充电到峰点电压Up的时间增大，第一个脉冲出现的时刻推迟，即控制角α增大，实现了移相。工作原理：（3）移相控制2.6.2晶闸管触发电路

图2.6.2单结晶体管触发电路及波形

触发脉冲ug由Ｒ1直接取出，这种方法简单、经济，但触发电路与主电路有直接的电联系，不安全。对于晶闸管串联接法的全控桥电路无法工作。所以一般采用脉冲变压器输出。工作原理：（4）脉冲输出2.6.2晶闸管触发电路

2、同步信号为锯齿波的触发电路

图2.6.3同步信号为锯齿波的触发电路2.6.2晶闸管触发电路

2、同步信号为锯齿波的触发电路

图2.6.4同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图2.6.2晶闸管触发电路

（1)锯齿波形成、同步移相环节

锯齿波形成电路由Tl、T2、T3和C2等元件组成，其中Tl、DW、RW2和R3为一恒流源电路。T2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电，所以C2两端电压uc为（4.8.2）

当T2导通时，由于R4阻值很小，所以C2迅速放电，使ub3电位迅速降到零。当T2周期性地导通和关断时，ub3便形成一锯齿波，同样ue3也是一个锯齿波电压，

射极跟随器T3的作用是减小控制回路的电流对锯齿波电压的影响。调节电位器RW2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可调节锯齿波斜率。图2.6.3同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图1)锯齿波形成2.6.2晶闸管触发电路

（1)锯齿波形成、同步移相环节

T4基极电位由锯齿波电压uh、控制电压uco、直流偏移电压up三者共同决定。如果uco=0，up为负值时，ub4点的波形由uh+up确定。当uco为正值时，ub4点的波形由uh+

up+uco确定。

ub4电压等于0.7V后，T4导通，T4经过M点时使电路输出脉冲。之后ub4一直被钳位在0.7V。M点是T4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿。因此当up为某固定值时，改变uco便可改变M点的时间坐标，即改变了脉冲产生的时刻，脉冲被移相。可见，加up的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。图2.6.3同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图

2)同步移相环节初始位2.6.2晶闸管触发电路

（1)锯齿波形成、同步移相环节

对于三相全控桥接感性负载且电流连续时，脉冲初始相位应定在α=90o。如果是可逆系统，需要在整流和逆变状态下工作，要求脉冲的移相范围理论上为180o（由于考虑αmin和βmin，实际一般为120o），由于锯齿波波形两端的非线性，因而要求锯齿波的宽度大于180o（例如240o）。此时令uco=0，调节up的大小使产生脉冲的M点移至锯齿波240o的中央（120o处），对应于α=90o的位置。如uco为正值，M点就向前移，控制角α<90o，晶闸管电路处于整流工作状态。如uco为负值，M点就向后移，控制角α>90o，晶闸管电路处于逆变状态。图2.6.3同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图2)同步移相环节初始位2.6.2晶闸管触发电路

（2）同步环节

当Q点电位达1.4V时，T2导通，Q点电位被钳位在1.4V。直到TB二次电压的下一个负半周到来时，D1重新导通，C1迅速放电后又被充电，T2截止。如此周而复始。在一个正弦波周期内，T2包括截止与导通两个状态，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，Q点电位从同步电压负半周上升段开始时刻到达1.4V的时间越长，T2截止时间就越长，锯齿波就越宽。锯齿波的宽度是由充电时间常数R1C1决定的,可达240o

。图5.8.3同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图

同步环节是由同步变压器TB和作同步开关用的晶体管T2组成。

同步变压器TB二次电压经二极管D1间接加在T2的基极上。当二次电压波形在负半周的下降段时，D1导通，电容C1被迅速充电。因O点接地为零电位，R点为负电位，Q点电位与R点相近，故在这一阶段T2基极为反向偏置而截止。在负半周的上升段，＋15V电源通过R1给电容C1反向充电，为电容反向充电波形，其上升速度比波形慢，故D1截止。2.6.2晶闸管触发电路

（3）脉冲形成环节

脉冲形成环节T4、T5

组成，T7、T8组成控制电压uco加在T4基极上。uco=0时，T4截止，T5饱和导通。T7、T8处于截止状态，脉冲变压器TP二次侧无脉冲输出。电容C3充电，充满后电容两端电压接近2EC(30V)。当时，T4导通，A点电位由+EC(+15V)下降到1.0V左右，由于C3两端的电压不能突变，T5基极电位迅速降致-2EC(-30V)，T5立即截止。T5集电极电压由-EC(-15V)上升到钳位电压+2.1V(D6、T7、T8三个PN结正向压降之和)，T7、T8导通，脉冲变压器TP二次侧输出触发脉冲。与此同时，电容C3经+15V、R11、D4、T4放电和反向充电，使T5基极电位上升，直到ub5>-EC(-15V)，T5又重新导通。使T7、T8截止，输出脉冲终止。输出脉冲前沿由T4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。图4.8.3同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图脉冲放大电路。2.6.2晶闸管触发电路

（4）双窄脉冲形成环节

图2.6.3同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图T5、T6构成“或”门。T5、T6的导通使T7、T8都导通输出脉冲。

第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角α所产生，使T4由截止变为导通，造成T5瞬时截止，于是T8输出脉冲。第二个脉冲是由滞后60o相位的后一相触发单元产生（通过T6），在其生成第一个脉冲时刻将其信号引致本相触发单元的基极，使T6瞬时截止，于是本相触发单元的T8管又导通，第二次输出一个脉冲，因而得到间隔60o的双脉冲。其中D4和R17的作用主要是防止双脉冲信号互相干扰。2.6.2晶闸管触发电路

图4.8.3还有强触发环节。单相桥式整流获得近似50V直流电压作电源。在T8导通前，50V直流电源经R15对C6

充电，B点电位为50V。当T8导通时，C6经脉冲变压器TP一次侧、R16、T8迅速放电，由于放电回路电阻很小，B点电位迅速下降，当B点电位下跳到14.3V时D15导通．脉冲变压器TP改由+15V稳压电源供电。这时虽然50V电源也在向C6再充电使它电压回升，但由于充电回路时间常数较大，B点电位只能被15V电源钳位在14.3V。电容C5的作用是为了提高强触发脉冲前沿。加强触发后，脉冲变压器TP一次侧电压uTP如图4.8.4所示。晶闸管采用强触发可缩短开通时间，提高管子承受电流上升率的能力。图2.6.3同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图（4）双窄脉冲形成环节

2.6.2晶闸管触发电路

图2.6.6KC04组成的移相式触发电路

3、KC04集成移相触发器可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成，脉冲输出等几部分电路

2.6.2晶闸管触发电路

3、KC04集成移相触发器图2.6.7KC04组成的移相式触发电路及各点电压波形图

2.6.2晶闸管触发电路

图2.6.6KC04组成的移相式触发电路（1）同步电路

同步电路由晶体管T1~T4等元件组成。正弦波同步电压uT经限流电阻加到T1、T2基极。在uT正半周，T2截止，T1导通，Ｄ1导通，T4得不到足够的基极电压而截止。在uT

的负半周，Ｔ１截止，Ｔ２、Ｔ３导通，Ｄ２导通，Ｔ4同样得不到足够的基极电压而截止。在上述uT的正、负半周内，当|us|<0.7V时，T1、Ｔ２、Ｔ３均截止，Ｄ１、Ｄ２也截止，于是Ｔ4从电源+15V经R3、R4获得足够的基极电流而饱和导通，形成图5.8.7所示的与正弦波同步电压uT同步的脉冲uc4。2.6.2晶闸管触发电路

图2.6.6KC04组成的移相式触发电路（2）锯齿波形成电路

锯齿波发生器由三极管Ｔ5、电容Ｃ1等组成。当Ｔ4截止时，+15V电源通过R6、R22、Rw、-15V对C1充电。当T4导通时，Ｃ１通过Ｔ4、Ｄ4迅速放电，在KC04的第④脚(也就是T5的集电极)形成锯齿波电压uc5，锯齿波的斜率取决于R22、Rw与C1的大小，锯齿波的相位与uc4相同。

2.6.2晶闸管触发电路

图2.6.6KC04组成的移相式触发电路（3）移相电路

晶体管Ｔ６与外围元件组成移相电路。锯齿波电压uc5、控制电压Uk、偏移电压Up分别通过电阻R24、R23、R25在T6的基极叠加成ube6，当ube6>0.7V时，T6导通，即uc5+Up+Uk控制了Ｔ６的导通与截止时刻，也就是控制了脉冲的移相。2.6.2晶闸管触发电路

图2.6.6KC04组成的移相式触发电路（4）脉冲形成电路

Ｔ7与外围元件组成脉冲形成电路。当Ｔ６截止时，+15V电源通过Ｒ7、Ｔ7的b-e对Ｃ２充电（左正右负），同时Ｔ7经R26获得基极电流而导通。当T6导通时，Ｃ２上的充电电压成为Ｔ7的b-e结的反偏电压，T7截止。此后+15V经R26、T6对Ｃ２充电（左负右正），当反向充电电压大于1.4V时，Ｔ7又恢复导通。这样在Ｔ7的集电极得到了脉冲uc7，其脉宽由时间常数R26C2大小决定。

2.6.2晶闸管触发电路

图2.6.6KC04组成的移相式触发电路（5）脉冲输出电路

Ｔ8～Ｔ15组成脉冲输出电路。在同步电压uT的一个周期内，Ｔ7的集电极输出两个相位差180°的脉冲。在uT的正半周，T1导通，Ａ点为低电位，Ｂ点为高电位，使Ｔ8截止，Ｔ１２导通。Ｔ１２的导通使Dw4截止，由T13、T14、T15组成的放大电路无脉冲输出。Ｔ8的截止，使Ｄw3导通，Ｔ7集电极的脉冲经T9、T10、T11组成的电路放大后由①脚输出。在uT的负半周，同理可知，Ｔ8导通，Ｔ12截止，Ｔ7的正脉冲经Ｔ１３、Ｔ14、Ｔ１５组成电路放大后由(15)脚输出。(13)脚为脉冲列调制端(14)脚为脉冲封锁控制端2.6.2晶闸管触发电路

图2.6.8