電路電子晶閘管的觸發(fā)電路設計

1、電路電子晶閘管的觸發(fā)電路設計第1頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五 對于觸發(fā)電路的基本要求：觸發(fā)信號的形式：常用脈沖信號，如圖1觸發(fā)信號的觸發(fā)功率：要求脈沖必須具有足夠的功率，且不超過晶閘管門極最大允許功率觸發(fā)脈沖的寬度：要求脈沖要具有一定的寬度，前沿要陡觸發(fā)脈沖的移相范圍：要求能滿足主電路移相范圍的要求觸發(fā)脈沖與主電路的相位關系：要求觸發(fā)電路必須與晶閘管的主電壓保持同步其它。第2頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五正弦波尖脈沖方脈沖強觸發(fā)脈沖脈沖序列圖1 常見的觸發(fā)脈沖電壓波形 常見的觸發(fā)脈沖電壓波形如下：第3頁，共32頁，2022年，5月20日，7

2、點53分，星期五觸發(fā)電路通常以組成的主要元件名稱分類，可分為：單結晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成電路觸發(fā)器、計算機控制數字觸發(fā)電路等。 單結晶體管觸發(fā)電路只用于控制精度要求不高的單相晶閘管系統(tǒng) 。晶體管觸發(fā)電路按同步電壓的形式不同，分為正弦波和鋸齒波兩種。晶閘管觸發(fā)電路的基本環(huán)節(jié)：同步環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖的形成與放大環(huán)節(jié)、觸發(fā)移相環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖的輸出環(huán)節(jié)第4頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五晶閘管的觸發(fā)電路 一、 單結晶體管觸發(fā)電路二、 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路三、 集成觸發(fā)電路小結第5頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五1、單結晶體管 單結晶體管的

3、結構、圖形符號及等效電路如圖所示。 一、 單結晶體管觸發(fā)電路圖2 單結晶體管(a)結構示意 (b)等效電路 (c)圖形符號 (d)外形及管腳 第6頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五UeUA ：PN結反偏置， 只有很小的反向漏電流 Ue= UA ：Ie， 特性曲線與橫坐標交點處 Ue 上升 ：UeUPUbbUD ，單結晶體管導通，該轉折點稱為峰點P 分壓比IP圖3 單結晶體管伏安特性 (a)單結晶體管實驗電路 (b)單結晶體管伏安特性截止區(qū)（ap段）第7頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五Ue UP：Ie增大 ，rb1急劇下降 ，UA達到最小， Ue也最

4、小 ，達到谷點V負阻區(qū)（PV段）達到UV后，單結晶體管處于飽和導通狀態(tài) 飽和區(qū)（VN段）圖4 單結晶體管伏安特性 (a)單結晶體管實驗電路 (b)單結晶體管伏安特性第8頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五2、單結晶體管自激振蕩電路 1. 電源接通：E通過Re對C充電，時間常數為ReC2. Uc增大，達到 UP ，單結晶體管導通，C通過R1放電3. Uc減少，達到Uv，單結晶體管截止，R1 下降，接近于零4. 重復充放電過程5.1 單結晶體管觸發(fā)電路Re的值不能太大或太小，滿足電路振蕩的Re的取值范圍 圖5 單結晶體管自激振蕩電路 第9頁，共32頁，2022年，5月20日，7

5、點53分，星期五為了防止Re取值過小電路不能振蕩，一般取一固定電阻r與另一可調電阻Re串聯，以調整到滿足振蕩條件的合適頻率。若忽略電容C放電時間，電路的自激振蕩頻率近似為： 一、 單結晶體管觸發(fā)電路電路中R1上的脈沖電壓寬度取決于電容放電時間常數。R2是溫度補償電阻，作用是保持振蕩頻率的穩(wěn)定。 第10頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五 3、具有同步環(huán)節(jié)的單結晶體管觸發(fā)電路 一、 單結晶體管觸發(fā)電路圖6 晶體管同步觸發(fā)電路 第11頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五注意：每周期中電容C的充放電不止一次，晶閘管由第一個脈沖觸發(fā)導通，后面的脈沖不起作用。改變

6、Re的大小， 可改變電容充電速度，達到調節(jié)角的目的。 削波的目的：增大移相范圍，使輸出的觸發(fā)脈沖的幅度基本一樣。一、 單結晶體管觸發(fā)電路第12頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五實際應用中，常用晶體管2代替電位器Re，以便實現自動移相。TP：脈沖變壓器，實現觸發(fā)電路與主電路的電氣隔離。恒流源一、 單結晶體管觸發(fā)電路 圖7單結管觸發(fā)電路其它形式 第13頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五單結晶體管觸發(fā)電路簡單，輸出功率較小，脈沖較窄，雖加有溫度補償，但對于大范圍的溫度變化時仍會出現誤差，控制線性度不好。參數差異較大，對于多相電路的觸發(fā)時不易一致。因此單結晶

7、體管觸發(fā)電路只用于控制精度要求不高的單相晶閘管系統(tǒng) 。一、 單結晶體管觸發(fā)電路第14頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五二、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路晶閘管的電流容量越大，要求的觸發(fā)功率越大。對于大中電流容量的晶閘管，為了保證其觸發(fā)脈沖具有足夠的功率，往往采用由晶體管組成的觸發(fā)電路。晶體管觸發(fā)電路按同步電壓的形式不同，分為正弦波和鋸齒波兩種。同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路，不受電網波動和波形畸變的影響，移相范圍寬，應用廣泛。 第15頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五二、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導通的電路），也可為單

8、窄脈沖。三個基本環(huán)節(jié)：同步環(huán)節(jié)、鋸齒波的形成和脈沖移相、脈沖的形成與放大。此外，還有強觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。圖8 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路第16頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五第17頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五1) 同步環(huán)節(jié)同步要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關系確定。二、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路第18頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五 2) 鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等；本電路采用恒流源電路。恒流源電路方案，由V1、V2、V3和C2等元件組成 V

9、1、VS、RP2和R3為一恒流源電路圖8 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路二、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路第19頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五鋸齒波是由開關V2管來控制的。V2開關的頻率就是鋸齒波的頻率由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導通變截止期間產生鋸齒波鋸齒波起點基本就是同步電壓由正變負的過零點。V2截止狀態(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度取決于充電時間常數R1C1。二、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路第20頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五3) 脈沖形成放大環(huán)節(jié)V4、V5 脈沖形成V7、V8 脈沖放大控制電壓uco加在V4基極上圖8 同步電壓為鋸齒波的觸

10、發(fā)電路脈沖前沿由V4導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數R11C3有關。電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。二、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路第21頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五4) 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié) 內雙脈沖電路 V5、V6構成“或”門當V5、V6都導通時，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6有一個截止，都會使V7、V8導通，有脈沖輸出。第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應的控制角 產生。隔60的第二個脈沖是由滯后60相位的后一相觸發(fā)單元產生（通過V6）。二、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路第22頁，共32頁，2022年

11、，5月20日，7點53分，星期五雙窄脈沖形成由V5、V6形成門電路產生間隔60的雙窄脈沖。（如三相全橋觸發(fā)電路）12XYXY34XYXY56XYXY只要V5、V6 中有一個截止，V7、V8就導通，有脈沖輸出。第23頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五各點電壓波形如圖9所示。圖9 鋸齒波觸發(fā)電路各點電壓波形 圖8 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路第24頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五注意問題如何調UC及-Ub？調斜率一致，使脈沖間隔一致斜率要適中斜率太高：要使在規(guī)定范圍內變化，UC-Ub的變化量較大斜率太低：無交點，無法觸發(fā)第25頁，共32頁，2022年，5

12、月20日，7點53分，星期五三、集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路具有可靠性高，技術性能好，體積小，功耗低，調試方便等優(yōu)點。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。KJ004(KC04) 與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。圖10 KJ004電路原理圖第26頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五圖11 KC04電路原理圖第27頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五16腳：接+15V電源7腳：接地8腳：接同步電壓4腳：形成鋸齒波9腳：鋸齒波、Ub、UC綜合比較輸入1腳和15腳：輸出脈沖9

13、810 711 612 513 414 315 216 1+15VUSUO-15V接4腳+15VUC第28頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五圖12 KC04各點波形第29頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五三、集成觸發(fā)電路完整的三相全控橋觸發(fā)電路 3個KJ004（KC04）集成塊和1個KJ041（KC41C）集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大即可。 圖12 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路 第30頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五圖 KC41C 六路雙脈沖形成器及波形第31頁，共32頁，2022年，5月20日，7點53分，星期五小結 晶閘管的導通控制信號由觸發(fā)電路提供，觸發(fā)電路的類型按組成元件分為：單結晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路和計