三相相控电路驱动汇总.docx

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三相相控电路驱动汇总

第十一讲三相相控电路的驱动控制

相控电路的应用之一是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。

为保证相控电路正常工作，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，习惯称为触发电路。

大、中功率的变流器晶闸管触发电路以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。

2.9.1同步信号为锯齿波的触发电路

触发脉冲输出可以是双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可以是单窄脉冲。

双窄脉冲触发全控桥的脉冲顺序图及触发电路环形结构图如图1所示，需六个相对独立模块环形连接，每个模块一个周期内产生两个脉冲。

图1双窄脉冲触发全空桥脉冲顺序图及触发电路环形结构图

每个触发脉冲模块应包括以下几个环节：

（1）同步环节；

（2）锯齿波形成和脉冲移相环节；（3）脉冲的形成与放大环节；（4）双窄脉冲形成环节；（5）强触发环节；（6）脉冲封锁环节。

电路如图2所示，各点波形图如图3所示。

1、同步环节

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。

同步环节是由同步变压器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶体管V2组成。

同步变压器和整流变压器接在同一电源上，同步变压器的二次电压控制V2的通断，保证了触发脉冲与主电路电源同步。

此电路中锯齿波起始点对应交流电由正变负过零点，是由开关V2管控制的。

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。

图2同步信号为锯齿波的触发电路

工作过程如下：

（1）同步电压uTS经二极管VD1加在V2的基极上。

当电压波形在负半周的下降段时，因Q点为零电位，R点为负电位，VD1导通，电容C1被迅速反向充电。

Q点电位与R点相近，故在这一阶段V2基极为反向偏置，V2截止。

（2）在负半周的上升段，+15V电源通过R1给电容C1正向充电，其上升速度比uTS波形慢，故VD1截止，uQ为电容反向充电波形。

当Q点电位达1.4V时，V2导通，Q点电位被钳位在1.4V。

直到TS二次电压的下一个负半周到来，VD1重新导通，C1放电后又被反向充电，V2截止。

（3）如此循环往复，在一个正弦波周期内，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。

可以看出锯齿波的宽度是由充电时间常数R1C1决定的。

2、锯齿波的形成和脉冲移相环节

锯齿波电压形成电路由V1、V2、V3和C2等元件组成，其中V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。

工作过程如下：

（1）当V2截止时，恒流源电流I1C对电容C2充电，所以C2两端的电压uC为；

uC按线性增长,即ub3按线性增长。

调节电位器RP2，可以改变C2的恒定充电电流I1C。

（2）当V2导通时，因R4很小所以C2迅速放电，使得ub3电位迅速降到零伏附近。

当V2周期性关断和导通时，ub3便形成一锯齿波。

射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响。

图3全控整流桥触发电路各点波形图

（3）V4基极电位是锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电压up三者叠加，它们分别通过电阻R6、R7、R8与V4基极连接。

根据叠加原理，先设uh为锯齿波电压ue3单独作用在基极时的电压，其值为：

所以uh仍为锯齿波，但斜率比ue3低。

同理，直流偏移电压up单独作用在V4基极时的电压

为：

所以，

仍为一条与up平行的直线，但绝对值比up小；

控制电压uco单独作用在V4基极时的电压

为：

仍为一条与uco平行的直线，但绝对值比uco小。

当V4不导通时，V4的基极b4的波形由

确定。

当b4点电压等于0.7V后，V4导通。

产生触发脉冲。

改变uco便可以改变脉冲产生时刻，脉冲被移相。

加up的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。

以三相全控桥为例，当接反电势电感负载时，脉冲初始相位应定在α=90；当uco=0时，调节up的大小使产生脉冲的M点对应α=90的位置。

当uco为0，α=90，则输出电压为0；如uco为正值，M点就向前移，控制角α<90，处于整流工作状态；如uco为负值，M点就向后移，控制角α>90，处于逆变状态。

3、脉冲的形成与放大

V4、V5构成脉冲形成电路；V7、V8构成脉冲放大电路。

控制电压uco加在V4基极上。

脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。

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。

工作过程如下：

（1）当V4的基极电压uco=0时，V4截止。

+15V电源通过R11、R10提供给V5、V6一个足够大的基极电流，使V5饱、V6和导通。

所以V5集电极电压接近于-15V，V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。

电源+15V经R9、V5的发射极和V6到-15V对电容C3充电，充满后电容两端电压接近30V。

（2）当uco≥0.7V时，V4导通。

A点电位从+15V突降到1V，由于电容C3两端电压不能突变，所以V5基极电位也突降到-30V，V5基射极反偏置，V5立即截止。

它的集电极电压由-15V迅速上升到钳位电压2.1V时，使得V7、V8导通，输出触发脉冲。

V6工作过程与V5类似，另一模块提供的Y端驱动信号与本级的X端输出信号相同。

无动作时接近+15V给另一个C3充电约为30V；动作时约为1V，使V6基极突降至-30V，V6截止使得V7、V8导通，输出另一个触发脉冲。

（3）同时电容C3由+E1经R11、VD4、V4放电并反向充电，使V5基极电位逐渐上升。

直到V5基极电位ub5>-15V，V5又重新导通。

这时V5集电极电压又立即降到-15V，使V7、V8截止，输出脉冲终止。

可见，脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度由反向充电时间常数R11C3决定。

4、双窄脉冲形成环节

V5、V6构成负逻辑“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（通过V6）。

触发电路自身在一个周期内可输出两个间隔60的脉冲，属内双脉冲电路。

其中VD4和R17的作用主要是防止双脉冲信号相互干扰。

因此本电路可以产生符合要求的双脉冲。

在三相桥式全控整流电路中，双脉冲环节的可按图4接线。

六个触发器的连接顺序是：

1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。

图4双脉冲环节触发单元接线图

5、强触发环节

36V交流电压经整流、滤波后得到50V直流电压，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，由于有R15的电阻，且电容C6的存储能量有限，B点电位迅速下降。

当B点电位下降到14.3V时，VD15导通，B点电位被15V电源钳位在14.3V，形成脉冲平台。

C5组成加速电路，用来提高触发脉冲前沿陡度。

6、脉冲封锁

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。

2.9.3触发电路的定相

触发电路的定相——触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。

三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图如图10所示。

措施：

1、同步变压器原边接入为主电路供电的电网，保证频率一致。

2、触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。

图10三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图

变压器接法：

主电路整流变压器为D,y-11联结，同步变压器为D,y-11,5联结，其接法及矢量图如图10所示。

图10同步变压器和整流变压器的接法及矢量图

4、基于TC787芯片的三相相控触发电路如图5所示。

图5基于TC787芯片的三相相控触发电路

5、三相触发信号驱动电路如图6所示

图6三相触发信号驱动电路

附录2TC787芯片资料

TC787和TC788是采用独有的先进IC工艺技术，并参照国外最新集成移相触发集成电路而设计的单片集成电路。

它可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相晶闸管移相触发和三相功率晶体管脉宽调制电路，以构成多种交流调速和变流装置。

它们是目前国内市场上广泛流行的TCA785及KJ（或KC）系列移相触发集成电路的换代产品，与TCA785及KJ（或KC）系列集成电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件少等优点，而且装调简便、使用可靠，只需一个这样的集成电路，就可完成3只TCA785与1只KJ041、1只KJ042或5只KJ（3只KJ004、1只KJ041、1只KJ042）（或KC）系列器件组合才能具有的三相移相功能。

因此，TC787/TC788可广泛应用于三相半控、三相全控、三相过零等电力电子、机电一体化产品的移相触发系统，从而取代TCA785、KJ004、KJ009、KJ041、KJ042等同类电路，为提高整机寿命、缩小体积、降低成本提供了一种新的、更加有效的途径。

TC787（或TC788）的引脚排列如图1所示。

图1TC787（或TC788）的引脚排列（引脚向下）

各引脚的名称、功能及用法如下：

（1）同步电压输入端：

引脚1（Vc）、引脚2（Vb）及引脚18（Va）为三相同步输入电压连接端。

应用中，分别接经输入滤波后的同步电压，同步电压的峰值应不超过TC787/TC788的工作电源电压VDD。

（2）脉冲输出端：

在半控单脉冲工作模式下，引脚8（C）、引脚10（B）、引脚12（A）分别为与三相同步电压正半周对应的同相触发脉冲输出端，而引脚7（-B）、引脚9（-A）、引脚11（-C）分别为与三相同步电压负半周对应的反相触发脉冲输出端。

当TC787或TC788被设置为全控双窄脉冲工作方式时，引脚8为与三相同步电压中C相正半周及B相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚12为与三相同步电压中A相正半周及C相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚11为与三相同步电压中C相负半周及B相正半周对应的两个脉冲输出端；引脚9为与三相同步电压中A相同步电压负半周及C相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚7为与三相同步电压中B相电压负半周及A相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚10为与三相同步电压中B相正半周及A相负半周对应的两个脉冲输出端。

应用中，均接脉冲功率放大环节的输入或脉冲变压器所驱动开关管的控制极。

（3）控制端：

①引脚4（Vr）：

移相控制电压输入端。

该端输入电压的高低，直接决定着TC787/TC788输出脉冲的移相范围，应用中接给定环节输出，其电压幅值最大为TC787/TC788的工作电源电压VDD。

②引脚5（Pi）：

输出脉冲禁止端。

该端用来进行故障状态下封锁TC787/TC788的输出，高电平有效，应用中，接保护电路的输出。

③引脚6（Pc）：

TC787/TC788工作方式设置端。

当该端接高电平时，TC787/TC788输出双脉冲列；而当该端接低电平时，输出单脉冲列。

④引脚13（Cx）：

该端连接的电容Cx的容量决定着TC787或TC788输出脉冲的宽度，电容的容量越大，则脉冲宽度越宽。

⑤引脚14（Cb）、引脚15（Cc）、引脚16（Ca）：

对应三相同步电压的锯齿波电容连接端。

该端连接的电容值大小决定了移相锯齿波的斜率和幅值，应用中分别通过一个相同容量的电容接地。

（4）电源端：

TC787/TC788可单电源工作，亦可双电源工作。

单电源工作时引脚3（VSS）接地，而引脚17（VDD）允许施加的电压为8～18V。

双电源工作时，引脚3（VSS）接负电源，其允许施加的