触发电路.docx

1、触发电路第五章 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。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。第一节 晶闸管对触发电路的要求1. 触发脉冲应

2、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,门极触发电压小于等于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

3、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。第二节 正弦波同步的触发电路 一、正弦波的特点 正弦波与t轴有交点,每半周期过零点都与t轴相交,它是一个正、负交

4、变的波形,有上升段和下降段,如图5-1所示。对于正弦波的上升段,从负峰点到正峰点的范围是1800,正弦波上升段与t轴的交点是控制角的900。a) 上升段 b) 下降段图5-1 正弦波的上升段和下降段二、正弦波同步的触发电路 正弦波同步的触发电路由同步、移相、脉冲形成、脉冲输出三部分组成,如图5-2所示。图5-2 正弦波同步的触发电路（m2-24）V1V3:3DG12B V4:3DD4 VD1VD5:2CP12 VD6VD8:2CP12F R1=15k R2=47kR3、R5=3.9k R4=36k C1=100pF C2、C3=0.047uF R6=150 Rb、Rc=15kR=2k、C=1u

5、F由滤波移相确定同步电压Us1（UT）由同步变压器供给,通过RC滤波环节得到滞后600的正弦波同步电压Us（UT）,再与控制电压Uc进行电流并联叠加。电流并联叠加时各控制信号具有公共点,由于各信号串入大电阻,信号间相互影响小。 1.静态工作分析 根据晶体管的饱和条件（RcRb），选择R2、R3的参数,使晶体管V2工作在饱和状态。静态工作时,令同步电压Us1（UT）=0,控制电压Uc=0,电源电压U0（+15V）,V2饱和导通,管压降为0.3V,V1、V3截止,晶体管V1、V2、V3的工作状态分别是:截止导通截止。触发电路晶体管的静态工作状态见表5-1。表5-1 晶体管静态工作状态表晶体管序号V

6、1V2V3晶体管工作状态止通止集电极电位高（+15V）低（0.3V）高（+15V）在此状态下,电容C1充电,极性为左正右负,Uc1 =15V。同时电容C3充电,极性为左负右正。用万用表进行静态测试,测得V1集电极为高电位（+15V）,V2集电极为低电位（0.3V）,V3集电极为高电位（+15V）,否则,电路工作不正常,应检查原因,排除故障,才能保证电路静态工作正常。2.动态工作分析动态工作时,同步电压Us1（UT）0,控制电压Uc0（为某选定值）,电源电压U=+15V。当晶体管V1基极电位UN0.7V时,V1导通,忽略V1管压降（0.3V）,则A点电压UA=0,B点电压为负,UB-15V,二极

7、管VD2导通,F点电压为负,UF0.7V,V2截止。由于V2截止, V2集电极电压升高,当升高到大于2.1V时,V3（V4）导通,脉冲变压器有脉冲输出。晶体管V1、V2、V3的工作状态变成为:导通截止导通。触发电路晶体管动态工作状态见表5-2。表5-2 晶体管动态工作状态表晶体管序号V1V2V3工作状态通止通集电极电位低（0.3V）高（2.1V）低（0.3V） V2的截止是暂态的,其基极电位受电容C1的影响。在此状态下,电容C1放电并反充电,极性由左正右负变成了左负右正,使B点、F点电位上升,当UF0.7V时, V2导通,其集电极变成为低电平（0.3V）,V3（V4）截止,输出脉冲结束。由此可

8、见, V2截止的时间就是脉冲的宽度。同时电容C3放电并反充电,极性为左正右负,也影响F点的电位上升, V2基极F点的电位越负,则脉冲越宽。C3、R4是脉冲加宽环节,该支路的接通与断开,明显地改变脉冲的宽度,在R4R2范围内, R4增大则脉宽减小。触发电路各点波形如图5-3所示。图5-3 正弦波同步触发电路的各点波形(m2-25) 三、脉冲的移相控制原理正弦波同步脉冲移相控制原理如图5-4所示, 控制电压Uc与同步电压Us1（UT）的交点就是脉冲的产生时刻。控制电压Uc=0时,恰巧是正弦波上升段与t轴的交点。该交点是脉冲的初始位置是移相范围的900,感性负载时输出电压Ud=0。Uc0时, Uc与

9、正弦波交点左移,控制角减小, Uc0时, Uc与正弦波交点右移,控制角增大。图5-4 正弦波同步脉冲移相控制原理正弦波同步的触发电路（NPN晶体管）,同步电压Us1（UT）滞后主电压1200。如果考虑滤波600,同步电压Us1（UT）应滞后主电压600。 四、min、min限制控制电压Uc与同步电压Us1（UT）如果没有交点,触发电路就不会输出脉冲。例如,角减小,则Ud增大,如角继续减小,Ud非但不增大,反而减小,这就说明控制电压Uc与同步电压Us1（UT）负峰点失去了交点。同样,Uc与Us1（UT）正峰点失去交点,也会造成脉冲丢失。为了防止脉冲丢失,保证Uc与Us1（UT）有交点,必须在同步

10、电压波形上叠加电压信号。在同步电压波形负半波的=300处叠加正弦半波负半波,在同步电压波形正半波的=300处叠加正弦半波正半波,U超前对应同步电压600,U滞后对应同步电压600,电路与波形如图5-5所示。a) b)图5-5 min、min限制(m2-27)正弦波同步触发电路的优点是输出电压与控制电压成正比关系,该触发电路能部分补偿交流电网波动对整流电压的影响。其缺点是容易受干扰,受电网波形畸变的影响,所以,同步输入有RC滤波环节。第三节 锯齿波同步的触发电路一、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5-6 所示。a） b）图5-6 锯齿波的上升段和下降

11、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由锯齿波形成、同步移相、脉冲形成与脉冲输出等部分组成,如图5-7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5-7 锯齿波同步的触发电路(m2-28)R1、R6=10k R2、R4=4.7k R5=500 R7=3.3k R8=12k R12=1k R13、R14=30kR9、R15=6.2k R16=200 R17=30 R18

12、=20 R19=300 R3、R10=1.5 k C1、C2、C6=1uF C3、C4=0.1uF C5=0.47uF C7=2000uFV1 3CG1D V2V7 3DG12B V8 3DA1B V9 2CW12 VD1VD9 2CP12 VD10VD14 2Cz11A1. 锯齿波形成 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+R4）C2来确定,下降斜率则由V2导通时放电回路的时间常数=R5C2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

13、的各点波形如图5-8所示。图5-8 锯齿波同步触发电路的各点波形(m2-29)图中点同步电压Us（UT）波形处于负半波（0900）下降段时,电容C1经VD1充电,极性为上负下正,忽略VD1管压降, 点波形与点一致, V2管基极电位为负而截止。在点同步电压Us（UT）波形负半波（900以后）上升段时,电容C1经R1、+15V电源先放电而后反充电, 点电位上升比点缓慢（具有600的滞后）,VD1反偏。当点电位反充到1.4V时,V2管导通,直到同步电压Us（UT）下一个负半波开始时V2重新截止。电容C2两端的锯齿波底部宽度由=R1C1确定,可以达到2400。锯齿波电压经射极输出器V3输出得到的是单极

14、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。锯齿波同步的触发电路（NPN晶体管）,同步电压与主电压反相。或者说同步电压Us（UT）滞后主电压1800。 2.工作状态分析 为了分析方便,把晶体管V6去掉,V5管的发射极直接接地,V7、V8管接成复合管的形式,这样,V4、V5、V7（V8）就与正弦波同步电路的V1、V2、V3（V4）对应起来,工作原理基本相同,如表5-3所示。表5-3 锯齿波与正弦波同步触发电路晶体管工作状态对照表正弦波同步晶体管序号V1V2V3（V4）锯齿波同步晶体管序号V4V5V7（V8）静态工作状态止通

15、止集电极电位高（15V）低（0.3V）高（15V）动态工作状态通止通集电极电位低（0.3V）高（2.1V）低（0.3V）V5管的截止时间就是脉冲的宽度。V5管每截止一次,电路就输出一个脉冲,V6管与V5管串联的目的就是通过V6的截止使V5再截止一次,以便形成双窄脉冲（内双脉冲）。 3.脉冲形成 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,点电位为-13.7V,V7（V8）截止。此时,电容C3经+15V、R11、V6、V5发射结、VD4、-15V充电至30V。 Ub40.7V时,V4导通,点电位从15V突降到1V,电容C3两端

16、电压不能突变,点电位也突降到-27.3V,V5（V6）截止,点电位为2.1V时,V7（V8）导通,输出触发脉冲。V4的导通,使电容C3由+15V经R14、VD3、V4放电并反充电, 点电位逐渐上升。当点电位上升到-13.3V时, V5由阻断变为导通, 点电位由2.1V下降为-13.7V, V7（V8）截止,输出脉冲终止。V5的截止时间就是输出脉冲的宽度,由时间常数=R14C3来确定。窄脉冲脉宽整定在1ms（180）。 4.双脉冲形成 R12、C4组成内双脉冲形成环节。X端向前一个触发器发出一个负信号,Y端接受后一个触发器发出的负信号,使V5（V6）截止一次。X端是在本触发器产生脉冲的同时向前一

17、个触发器补发一个脉冲。六个触发器的联结顺序是:1Y2X、2Y3X、3Y4X、4Y5X、5Y6X、6Y1X,如图5-9所示。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。图5-9 触发器的联结顺序5.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。VD5用来防止接地端与负电源之间形成大电流通路。6.强触发强触发环节中的30V交流电压经整流、滤波后得到50V直流电压,50V电源经R19对C6充电,N点电位为50V。当V8导通时,C6经脉冲变压器一次侧R17、V8迅速放电,形成脉冲尖峰,由于R17阻值很小,N点电位迅速下降。当N点电位下降到14.3V时

18、VD10导通,N点电位被15V电源箝位在14.3V,形成脉冲平台。R17、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5-10所示。图5-10 锯齿波的移相控制原理第四节 集成触发电路一、KC04（KJ004）移相集成触发器 KC04（KJ004）移相

19、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。1.内部结构与工作原理 如图5-11所示, KC04（KJ004）与分离元件锯齿波同步的触发电路一样,它由同步、锯齿波形成、脉冲形成与移相、脉冲分选等环节组成。c)图5-11 KC04（KJ004）移相集成触发器(m2-31) (m2-32)（1）同步环节 V1V4等组成同步环节,同步电压Us（UT）经限流电阻R4加到V1、V2的基极。同步电压正半波

20、Us（UT）0.7V,V1导通,V4截止,同步电压负半波Us（UT）0.7V,V2、V3导通,V4截止,只有在Us（UT）0.7V时,V4导通。（2）锯齿波形成 接在V5管基极与集电极之间的密勒积分电容C1构成积分电路。V4截止时,C1充电,形成锯齿波的上升段,V4导通时,C1放电, 形成锯齿波的下降段, 每周期形成两个锯齿波。锯齿波宽度小于1800。（3）移相环节 V6组成移相环节,其基极信号是锯齿波电压、偏移电压和控制电压的综合。改变V6基极电位, V6导通时刻随之改变,实现了脉冲移相。（4）脉冲形成 V7等组成脉冲形成环节,平时V7由R8获得基流而导通,电容C2充电为左正右负。V6导通时

21、,其集电极电位突然下降,同时引起V7因基极电位下降而截止。 电容C2放电并反充电为左负右正。当V7基极电位Ube70.7V时, V7导通, V7集电极有脉冲输出。V7集电极每周期输出间隔1800的两个脉冲。 （5）脉冲分选 V8、V12组成脉冲分选环节,脉冲分选是保证同步电压正半周V8截止,1脚有脉冲输出,同步电压负半周V12截止,15脚有脉冲输出。2.引脚名称与功能 KC04为双列直插16引脚集成电路,引脚名称与功能见表5-4。表5-4 KC04的引脚名称与功能引脚号符号名 称 或 功 能使 用 方 法1P+同相脉冲输出端接正半周导通晶闸管脉冲功放三极管（=400us2ms）2Nc空脚悬空3

22、CT锯齿波电容联结端通过电容接引脚4（C1=0.47uF）4VT同步锯齿波输出端通过电阻接引脚9（R3=10k）5V-负电源输入端通过电阻接负电源（-15V, R5=1k）6Nc空脚悬空7GND电源地接控制电源地8VT同步电压输入端通过R4=15k接同步电压（30V）,Imax=6mA9V同步信号综合端接锯齿波电压、偏移电压及控制电压10Nc空脚悬空11Vp方波脉冲输出端通过电容接引脚12（C1=0.047uF）12Vw脉宽信号输入端通过电阻接正电源（R7=30k）13Vc-负脉冲调制与封锁端接调制脉冲源输出或保护电路输出14Vc+正脉冲调制与封锁端接调制脉冲源输出或保护电路输出15P-反相脉

23、冲输出端接负半周导通晶闸管脉冲功放三极管（=400us2ms）16Vcc正电源输入端接正电源（+15V） 3.应用举例（1） 典型应用如图5-12所示。a) b)图5-12 典型应用图（L4-9） （2）三相全控桥式整流电路触发器如图5-13所示。a) 原理接线图 b) 触发波形图5-13 三相全控桥式整流电路触发器（L4-10）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。1.内部结构与工作原理 TCA785内部结构原理图如图5-14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

24、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c) 图5-14 TCA785引脚排列与TCA785内部结构原理图（L4-35）（L4-36）图5-15 TCA785引脚电压波形（L4-37）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。SR中的零点寄存信号控制锯齿波发生器RG, RG电容C10由电阻R9决定的恒流源SC充电,当电容C10两端的电压V10大于移相控制电压V11时,便产生一个脉冲信号送到逻辑输出单元。触发脉冲的移相是受移相控制

25、电压V11的大小控制的,因而触发脉冲可在001800范围内移相。对于每一个半周,在输出端Q1和Q2出现大约30us宽度的脉冲,该脉冲宽度可由引脚12的电容C12扩展到1800,如果引脚12接地,则输出脉冲Q1和Q2的宽度为1800。2.引脚名称与功能 TCA785是双列直插16引脚集成电路,引脚名称与功能见表5-5。表5-5 TCA785的引脚名称与功能引脚号符号名称或功能使用方法1Qs接地端接直流电压Vs、同步电压VSYNE、移相电压V11的地端22输出脉冲2的非端不用可悬空3Qv逻辑脉冲信号端不用可悬空41输出脉冲1的非端不用可悬空5VSYNC同步电压输入端接反并联输入限幅二极管,可通过2

26、00k电阻接200V电源6I脉冲信号禁止端通过10k电阻,接地时封锁,接正电源时不封锁7Qz逻辑脉冲信号端不用可悬空8VREF基准电压端3.1V（Vs=+15V,f=50Hz）,不用时可悬空9R9锯齿波电阻联结端R9=3300k10C10锯齿波电容联结端C10=500pF1uF11V11控制电压输入端通过15k电阻接控制电压, V11=0.2VVs-2V12C12输出脉宽控制端通过C12接地,C12=1504700pF,脉宽=100us2000us13L非输出脉宽控制端接地时12脉冲最宽,接正时12脉冲最窄。14Q1输出脉冲1端脉宽受引脚12控制15Q2输出脉冲2端脉宽受引脚12控制16Vs正

27、电源输入端接正电源+15V 3. 应用举例 TCA785的工作为负逻辑,控制电压V11增加,控制角增大。 （1）TCA785在单相整流电路中的应用,如图5-16所示。图5-16 TC785在单相半控整流电路中的应用(L4-40) （2）TCA785在AC-DC-AC电源变换系统中的应用 TCA785由于自身移相范围可达001800,故可方便地应用于AC-DC-AC电源变换系统中。如图5-16所示。用六只TCA785组成三相变频调速系统,图中TCA785 1#、2#、3#的控制角为00900,而TCA785 4#、5#、6#的控制角为9001800。TCA785的同步电压来自同步变压器。图5-1

28、7 TCA785在AC-DC-AC电源变换系统中的应用(L4-41) 三、TC787/TC788集成触发器TC787/TC788是一种先进的单片集成电路,即可以单电源工作,也可以双电源工作,它们是TCA785和KC系列触发器的换代产品。可以同时产生相位互差600的触发脉冲。TC787适用于晶闸管,输出为脉冲列,TC788适用于晶体管、IGBT管,输出为宽脉冲, TC787/TC788分别具有A、B型之分,工频时选A型,中频（100400Hz）时选B型。 1. 内部结构与工作原理TC787/TC788集成触发器内部结构与工作原理如图5-18所示。a) TC787/TC788集成触发器的引脚排列（

29、脚朝下） b) TC787/TC788集成触发器的原理框图 图5-18 TC787/TC788集成触发器内部结构与工作原理(L4-65) (L4-66)TC787/TC788内部集成有三个过零和极性检测单元、三个锯齿波形成单元、三个比较器、一个脉冲发生器、一个抗干扰锁定器、一个脉冲形成电路、一个脉冲分配及驱动电路。 工作原理:经过滤波后的三相同步电压通过过零和极性检测单元检测出零点和极性后,作为内部三个恒流源的控制信号。三个恒流源输出的恒值电流给三个等值电容Ca、Cb、Cc恒流充电,形成良好的等斜率锯齿波。锯齿波形成单元输出的锯齿波与移相控制电压Vr比较后取得交相点,该交相点经集成电路内部的抗

30、干扰锁定电路锁定,保证交相唯一而稳定,使交相点以后的锯齿波或移相电压的波动不影响输出。该交相信号与脉冲发生器输出的脉冲信号（TC787为调制脉冲,TC788为方波）经脉冲形成电路处理后变为与三相输入同步信号相位对应且与移相电压大小适应的脉冲信号送到脉冲分配及驱动电路。如果系统未发生过流、过压或其它故障情况,则5脚禁止端的信号无效,此时脉冲分配电路根据用户在6脚设定的状态完成双脉冲（引脚6为高电平）或单脉冲（引脚6为低电平）的分配功能,并经输出驱动电路功率放大后输出。一旦发生过流、过压或其它故障,则引脚5禁止信号有效,脉冲分配和驱动电路内部的逻辑电路动作,封锁脉冲输出,确保集成电路的6个引脚12、11、10、9、8、7、输出全为低电平。 2.引脚名称与功能 TC787/TC788是双列直插18引脚集成电路,引脚名称与功能见