晶闸管触发电路课件.ppt

1、1.6.2 晶闸管触发电路内容提要与目的要求,1了解晶闸管对触发电路和脉冲的要求。 2了解单结晶体管触发电路的工作原理与测试方法。 3了解正弦波同步触发电路的工作原理与测试方法。 4了解锯齿波同步触发电路的工作原理与测试方法。 5了解IC集成触发电路的工作原理与测试方法。 6 掌握同步分析方法。,相控电路： 晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。 采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路。,相控电路的驱动控制 为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a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。 晶闸管相控电路，习惯称

2、为触发电路。 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应用最多。,了解了晶闸管的结构特性、技术参数和主电路工作原理以后,更重要的是要了解触发电路的工作原理。主电路是强电部分,触发电路是弱电部分,变流装置具有弱电控制、强电输出的特点,触发电路工作不正常,整套装置就会工作不正常。晶闸管对触发电路的结构和触发脉冲信号波形均有一定的要求。,一、 晶闸管对触发电路的要求,1. 触发脉冲应有足够的幅度 触发脉冲幅度太低,晶闸管因门极触发电压幅度不够而不能触发导通, 触发电压大小应根据晶闸管门极参数确定, 1000A以下晶闸管,门极正向峰值电压在616V之间,门极不触发

3、电压小于等于4V。 2. 触发脉冲应有足够的宽度 触发脉冲应保证晶闸管阳极电流Ia 上升到大于擎住电流IL 时才能消失,否则,晶闸管不能导通,一般晶闸管要求脉冲宽度180 ,全控桥脉冲宽度为 6001200 。电感性负载一般要求宽脉冲触发。,3. 触发脉冲应有足够的陡度 所谓陡度是指脉冲前沿的上升率,可以减小晶闸管的起始导通时间,对于晶闸管多串、多并的电路,足够的上升率可以使晶闸管可靠地导通。 4. 触发脉冲应有足够的移相范围 为保证输出电压在要求的电压范围内连续可调,触发脉冲移相范围应足够大,防止输出电压升不上去或降不下来的现象发生。 5. 触发电路应能输出双窄脉冲或宽脉冲 为满足三相全控桥

4、晶闸管的导通要求,触发电路应能输出双脉冲或宽脉冲。 6. 触发电路应有min、min 限制 为满足反并联可逆电路的要求,防止逆变失败,触发电路应有min、min 限制。 7.触发电路应能输出强触发脉冲 对于大功率变流设备的晶闸管多串、多并电路,为使晶闸管同时导通,触发电路应能实现强触发,脉冲前沿陡度应大于1A/us。,二 、同步信号为锯齿波的触发电路,（一）锯齿波的特点 锯齿波有上升段和下降段,与t轴没有交点，没有正、负波形之分,如图所示。 a） b） 图 锯齿波的上升段和下降段 为了得到类似正弦波与t轴有交点的正、负交变的锯齿波,可以取二分之一锯齿波幅值的负电压（偏移电压）Up与锯齿波电压综

5、合,交点对应于控制角的900。因此,与正弦波同步的触发电路相比多了一个锯齿波的形成环节。,（二）锯齿波同步的触发电路 锯齿波同步的触发电路输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。由脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节三个基本环节组成。此外，还有强触发、双窄脉冲形成和脉冲输出等环节。如下图所示。图中晶体管V6用来控制V5的工作状态形成双窄脉冲。,图 同步信号为锯齿波的触发电路,1 锯齿波的形成和脉冲移相环节 锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等；本电路采用恒流源电路。,恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成V1、VS、R

6、P2和R3为一恒流源电路,图 同步信号为锯齿波的触发电路,同步电压Us（UT）用来控制V2管的工作状态,V2管截止时,形成锯齿波的上升段,V2管导通时,形成锯齿波的下降段。锯齿波的上升斜率由V1构成的恒流源的充电时间常数=（R3+ RP2 ）C2来确定,因此， RP2是用来调节锯齿波斜率的。下降斜率则由V2导通时放电回路的时间常数=R4C2来确定。锯齿波的底部宽度由电阻电容R1C1的大小来确定。锯齿波触发电路的各点波形如图5-3所示。 锯齿波电压经射极输出器V3输出得到的是单极性的锯齿波,它与偏移电压Up并联,就得到了有交点的正负变化的锯齿波。采用射极输出器是为了减小各信号电压之间的相互影响。

7、,图 锯齿波同步触发电路的各点波形,图 移相环节的等效电路及波形,k锯齿波斜率，k=（ ） ； 锯齿波起点纵坐标， 。,2 脉冲形成与放大环节,V4、V5 脉冲形成 V7、V8 脉冲放大 控制电压uco加在V4基极上,图 同步信号为锯齿波的触发电路,V4基极电压是锯齿波 电压、偏移电压Up和控制电压Uc的综合信号。Ub40.7V时,V4截止,V5（V6）饱和导通, Uc5接近-15V,V7（V8）截止。无脉冲输出。此时,电容C3经+15V、R9、V5发射结到-15V充电至30V。,Ub40.7V时,V4导通,A点电位从15V突降到1V,电容C3两端电压不能突变, V5基极电位也突降到-30V,

8、V5（V6）截止, V5集电极电位迅速上升到2.1V时,V7（V8）导通,输出触发脉冲。同时，V4的导通,使电容C3由+15V经R11、VD4、V4放电并反充电, V5基极电位逐渐上升。直到Ub5-15时, V5由阻断变为导通, Uc5又立即由2.1V下降为-15V, V7（V8）截止,输出脉冲终止。可见，脉冲前沿由V4导通时刻确定， V5的截止时间就是输出脉冲的宽度,由时间常数=R11C3来确定。窄脉冲脉宽整定在1ms（180）。,3 同步环节,同步要求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。 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由同步变压器所接的交流电

9、压决定。 V2由导通变截止期间产生锯齿波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取决于充电时间常数R1C1。,电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。,4 双窄脉冲形成环节,R12、C4组成内双脉冲形成环节。 在触发器外部通过脉冲变压器的联结得到的双脉冲 称为外双脉冲。 V5、V6构成“或”门 当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。 只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。 第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角 产生。 隔60的第二个脉冲是由滞后60相位的后一相触发单元产生

10、（通过V6）。,二极管 VD5阴极接零电位或负电位,使V7（V8）截止,可以实现脉冲封锁。VD5用来防止接地端与负电源之间形成大电流通路。,5.脉冲封锁,6.强触发,强触发环节中的220V交流电压经整流、滤波后得到50V直流电压,50V电源经R15对C6充电,B点电位为50V。当V8导通时,C6经脉冲变压器一次侧、R16、V8迅速放电,形成脉冲尖峰,由于R16阻值很小,B点电位迅速下降。当B点电位下降到15V时VD15导通,B点电位被15V电源箝位在15V,形成脉冲平台。R16、C5组成加速电路,用来提高触发脉冲前沿陡度。强触发可以缩短晶闸管开通时间,提高电流上升率承受能力,有利于改善串、并联

11、元件的均压和均流,提高触发可靠性。,三、锯齿波的移相控制原理 锯齿波电压与偏移电压综合,得到了具有交点的锯齿波, Uc=0时,交点位于=900,此时,输出电压Ud=0。Uc0时,Uc与锯齿波的交点左移,脉冲在区, Uc0时, Uc与锯齿波的交点右移, 脉冲在区,实现了移相。如图 所示。,图 锯齿波的移相控制原理,三 、单结晶体管触发电路,（一）单结晶体管（双基极二极管） 1.结构,基区电阻Rbb=Rb1+Rb2 Rb1随Ie而变化,2. 实验电路,(1) e极开路,分压比，一般取0.30.9,(2) e，b1间加Ee,调节Ee，Re，可以改变Ue大小, VD反偏、截止, VD正偏、但UD，仍截

12、止, VD正偏、导通,实际上,峰点P: IP管子导通最小电流 谷点V: UV维持导通最小发射极电压,选，Iv较大，Uv较小的单结晶体管，使输出脉冲幅值大，调节电压范围大。,（二）振荡电路 利用负阻特性及RC充放电电路,（三） 同步振荡电路,（四）参数选择 1Re的确定,保证在截止区和负阻区来回变化 工作负载线：E=IeRe+Ue, 欲使IIp，应, 欲使IIv, 应,振荡条件，,2 R1 R1UR1,压降可能误通晶闸管 3 R2 UD负温度系数，Rbb正温度系数 UP = UD+Ubb = UD+(Rb1/Rbb)Ubb 温度tUP 加R2(零温度系数) tRbbUR2 Ubb(补偿UD ),

13、4C的选择 放电,C过小脉宽窄，不能触通元件,C过大与Re选择矛盾，,f一定时，CRe,C取0.1-1F,四、集成触发器,可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。 晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。 （一）KJ004 KC04（KJ004）移相集成触发器输出双路脉冲,两路脉冲相位互差1800,可以方便地组成各种电路的触发器,KC04有脉冲列调制输入等功能,可以与KC41双脉冲形成器、KC42脉冲列形成器构成六路双窄脉冲触发器。每周期形成两个锯齿波,属于锯齿波同步,同步电压与主电压同相位。 KC04（KJ004）与分离元件锯齿波同步的触发电路一样,它由同步、锯齿波形

14、成、脉冲形成与移相、脉冲分选等环节组成。如下图5-5所示,图5-5 KJ004电路原理图,KC04为双列直插16引脚集成电路,引脚名称与功能见表,完整的三相全控桥触发电路 3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。,图5-6 三相全控桥整流电路的集成触发电路,模拟与数字触发电路 以上触发电路为模拟的，优点：结构简单、可靠； 缺点：易受电网电压影响，触发脉冲不对称度较高， 可达34，精度低。 数字触发电路：脉冲对称度很好，如基于8位单片机的数字触发器精度可达0.71.5。,KJ041内部是由12个二极管构成的6个或门。 也有厂家生产了将图2-5

15、7全部电路集成的集成块，但目前应用还不多。,（二）TCA785移相集成触发器,TCA785每周期输出双路脉冲,两路脉冲相位互差1800,属于锯齿波同步,同步电压与主电压同相位。 TCA785内部结构原理图如图5-7所示。它由零点鉴别器ZD、同步寄存器SR、恒流源SC、控制比较器CC、放电晶体管VD、放电监控器DM、电平转换及稳压电路PC、锯齿波发生器RG及输出逻辑网络LN等9个单元组成。,a) TCA785引脚排列,b） TCA785内部结构原理图,图5-7 TCA785引脚排列与TCA785内部结构原理图,工作过程:同步电压经高阻电阻送给电源零点鉴别器ZD,ZD检出过零点后送给同步寄存器SR寄存。