晶闸管触发电路

晶闸管触发电路1.4晶闸管触发电路1.4.1晶闸管的型号很多，其应用电路种类也很多，不同的晶闸管型号、不同的晶闸管应用电路对触发信号都会有不同的具体要求。归纳起来，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。不管是哪种触发电路，对它产生的触发脉冲都有如下要求：（1）触发信号可为直流、交流或脉冲电压。由于晶闸管触发导通后，门极触发信号即失去控制作用，为了减小门极的损耗，一般不采用直流或交流信号触发晶闸管，而广泛采用脉冲触发信号。（2）触发脉冲应有足够的功率。触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并留有一定的裕量。触发功率的大小是决定晶闸管元件能否可靠触发的一个关键指标。由于晶闸管元件门极参数的分散性很大，随温度的变化也大，为使所有合格的元件均能可靠触发，可参考元件出厂的试验数据或产品目录来设计触发电路的输出电压和电流值。(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。普通晶闸管的导通时间约为6μs，故触发脉冲的宽度至少应有6μs以上。对于电感性负载，由于电感会抵制电流上升，因而触发脉冲的宽度应更大一些，通常为0.5～1ms。此外，某些具体的电路对触发脉冲的宽度会有一定的要求，如后续将要讨论的三相全控桥等电路的触发脉冲宽度要求大于60°或采用双窄脉冲。为了快速可靠地触发大功率晶闸管，常在触发脉冲的前沿叠加上一个强触发脉冲，其波形如图1-14所示。强触发电流的幅值igm可达最大触发电流的5倍，前沿t1约几微秒。tt10igmig图1-14强触发电流波形（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。为保证控制的规律性，要求晶闸管在每个阳极电压周期都必须在相同的控制角触发导通，这就要求触发脉冲的频率与阳极电压的频率一致，且触发脉冲的前沿与阳极电压应保持固定的相位关系，这叫做触发脉冲与阳极电压同步。不同的电路或者相同的电路在不同负载、不同用途时，要求α的变化范围（移相范围）亦即触发脉冲前沿与阳极电压的相位变化范围不同，所用触发电路的脉冲移相范围必须能满足实际的需要。2.6.2单结晶体管也称为双基极二极管，它有一个发射极和两个基极,外形和普通三极管相似。单结晶体管的结构是在一块高电阻率的N型半导体基片上引出两个欧姆接触的电极：第一基极B1和第二基极B2；在两个基极间靠近B2处，用合金法或扩散法渗入P型杂质，引出发射极E。单结晶体管共有上述三个电极，其结构示意图和电气符号如图1-15所示。B2、B1间加入正向电压后，发射极E、基极B1间呈高阻特性。但是当E的电位达到B2、B1间电压的某一比值（例如59%）时，E、B1间立刻变成低电阻，这是单结晶体管最基本的特点。图1-15单结晶体管的结构示意图和电气符号发射极E欧姆接触电阻B2第二基极B1第一基极EB2B1图1-16所示为单结晶体管特性实验电路及其等效电路。将单结晶体管等效成一个二极管和两个电阻RB1、RB2组成的等效电路，那么当基极上加电压UBB时，RB1BBBBBBBBBBBBAUURRURRRU1211式中，η为分压比，是单结晶体管的主要参数，η一般为0.5～0.9。图1-16(a)特性实验电路；(b)等效电路调节RP，使UE从零逐渐增加。当UE＜ηUBB时，单结晶体管PN结处于反向偏置状态，只有很小的反向漏电流。当发射极电位UE比ηUBB高出一个二极管的管压降UVD时，单结晶体管开始导通，这个电压称为峰点电压Up，故Up=ηUBB+UVD,此时的发射极电流称为峰点电流Ip,Ip是单结晶体管导通所需的最小电流。图1-17单结晶体管发射极伏安特性曲线PVUpIpUvIvIE0UE当IE增大至一定程度时，载流子的浓度使注入空穴遇到阻力，即电压下降到最低点，这一现象称为饱和。欲使IE继续增大，必须增大电压UE。由负阻区转化到饱和区的转折点V称为谷点。与谷点对应的电压和电流分别称为谷点电压Uv和谷点电流Iv。谷点电压是维持单结晶体管导通的最小电压，一旦UE小于Uv，则单结晶体管将由导通转化为截止。综上所述，单结晶体管具有以下特点：（1）当发射极电压等于峰点电压Up时，单结晶体管导通。导通之后，当发射极电压小于谷点电压Uv时，单结晶体管就恢复截止。（2）单结晶体管的峰点电压Up与外加固定电压及其分压比η有关。（3）不同单结晶体管的谷点电压Uv和谷点电流Iv都不一样。谷点电压大约在2～5V之间。在触发电路中，常选用η稍大一些，Uv低一些和Iv大一些的单结晶体管，以增大输出脉冲幅度和移相范围。1.4.3图1-18(a)电路；(b)波形R2R1RECEuR100uCUpUvttuR1(a)(b)＋－uC设电源未接通时，电容C上的电压为零。电源接通后，C经电阻RE充电，电容两端的电压uC逐渐升高，当uC达到单结晶体管的峰点电压Up时，单结晶体管导通，电容经单结晶体管的发射极、电阻RB1向电阻R1放电,在R1上输出一个脉冲电压。当电容放电至uC=Uv并趋向更低时，单结晶体管截止，R1上的脉冲电压结束。之后电容从Uv值又开始充电，充电到Up时，单结晶体管又导通，此过程一直重复下去，在R1上就得到一系列的脉冲电压。由于C的放电时间常数τ1=（R1+RB1）C,远小于充电时间常数τ2=REC，故脉冲电压为锯齿波。uC和uR1的波形如图1-18所示。改变RE的大小，可改变C的充电速度，从而改变电路的自振荡频率。应该注意，当RE的值太大或太小时，不能使电路振荡。当RE太大时，较小的发射极电流IE能在RE上产生大的压降，使电容两端的电压uC升不到峰点电压Up，单结晶体管就不能工作到负阻区。当RE太小时，单结晶体管导通后的IE将一直大于Iv，单结晶体管不能关断。欲使电路振荡，RE的值应满足下列条件VVEPPIUERIUE如忽略电容的放电时间，上述电路的自振荡频率11111nCRTfE电阻R2的作用是温度补偿。无电阻R2时，若温度升高，则二极管的正向电压降UD降低，单结晶体管的峰点电压Up也就随之下降，导致振荡频率f不稳定。有电阻R2时，若温度升高，则电阻RBB增加，进而使UBB增加。这样，虽然二极管的正向压降UD随温度升高而下降，但管子的峰点电压Up=ηUBB+UD仍基本维持不变，保证振荡频率f基本稳定。通常R2取200～600Ω。电容C的大小由脉冲宽度和RE的大小决定，通常取0.1～1μF。1.4.4单结晶体管触发电路～220V60VTVD5VD6VD3VD4RVDWRPR2BTR1V1V2VD1VD2Rd(a)C图1-19(a)电路；(b)波形图1-19(a)电路；(b)波形0uCt0ugt0udt(b)uVDWuVDWuVDW1．同步电源同步电压由变压器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再经稳压管VDW削波为梯形波uVDW，它的最大值UW，uVDW既是同步信号，又是触发电路的电源。当uVDW过零时，单结晶体管的电压UBB=uVDW=0，UA=0，故电容C经单结晶体管的发射极E、第一基极B1、电阻R1迅速放电。也就是说，每半周开始，电容C都基本上从零开始充电，进而保证每周期触发电路送出一个距离过零时刻一致的脉冲。距离过零时刻一致即控制角α在每个周期相同，这样就实现了同步。2．移相控制当调节电阻RP增大时，单结晶体管充电到峰点电压Up的时间(即充电时间)增大，第一个脉冲出现的时刻后移，即控制角α增大，实现了移相。3．触发脉冲由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。可以采用脉冲变压3．单结晶体管触发电路3）波形分析单结晶体管触发电路的调试以及在今后的使用过程中的检修主要是通过几个点的典型波形来判断个元器件是否正常。①桥式整流后脉动电压的波形将探头的测试端接于“A”点，接地端接于“E”点，测得波形。（a）实测波形（b）理论波形3．单结晶体管触发电路②、削波后梯形波电压波形将探头的测试端接于“B”点，测得B点的波形（a）实测波形（b）理论波形（2）脉冲移相与形成1）电路组成脉冲移相由电阻RE和电容C组成，脉冲形成由单结晶体管、温补电阻R3、输出电阻R4组成。改变张驰振荡电路中电容C的充电电阻的阻值，就可以改变充电的时间常数，图中用电位器RP来实现这一变化，例如：RP↑→τC↑→出现第一个脉冲的时间后移→α↑→Ud↓（2）脉冲移相与形成2）波形分析①、电容电压的波形将探头的测试端接于“C”点（a）实测波形（b）理论波形半个周期（2）脉冲移相与形成调节电位器RP的旋钮，观察C点的波形的变化范围。②、输出脉冲的波形将探头的测试端接于“D”点（a）实测波形（b）理论波形调节电位器RP的旋钮，观察D点的波形的变化范围。3．触发电路各元件的选择（1）、充电电阻的选择改变充电电阻的大小，就可以改变张驰振荡电路的频率，但是频率的调节有一定的范围，如果充电电阻选择不当，将使单结晶体管自激振荡电路无法形成振荡。充电电阻的取值范围为：其中：——加于图中B-E两端的触发电路电源电压——单结晶体管的谷点电压——单结晶体管的谷点电流——单结晶体管的峰点电压——单结晶体管的峰点电流PPEVVIUURIUU（2）、电阻的选择电阻是用来补偿温度对峰点电压的影响，通常取值范围为：200～600。（3）、输出电阻的选择输出电阻的大小将影响将影响输出脉冲的宽度与幅值，通常取值范围为：50～100。（4）、电容C的选择电容C的大小与脉冲宽窄和的大小有关，通常取值范围为：0.1～1。实验电路实验电路实验记录2.6.3同步信号为锯齿波的触发电路总结由此可见，若锯齿波的频率与主电路电源频率同步即能使触发脉冲与主电路电源同步，锯齿波是由V2管来控制的，V2管由导通变截止期间产生锯齿波，V2管截止的持续时间就是锯齿波的脉宽，V2管的开关频率就是锯齿波的频率。在这里，同步变压器TS和主电路整流变压器接在同一电源上，用TS次级电压来控制V2的导通和截止，从而保证了触发电路发出的脉冲与主电路电源同步。所以只要V2管周期性导通关断，电容C2两端就能得到线性很好的锯齿波电压。脉冲产生的时刻是由V4导通时刻决定（锯齿波和Ub、Uc之和达到0.7Ｖ时），工作时，把负偏移电压Ub调整到某值固定后，改变控制电压Uc，就能改变ub4波形与时间横轴的交点，就改变了V4转为导通的时刻，即改变了触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的。电路中增加负偏移电压Ub的目的是为了调整Uc＝０时触发脉冲的初始位置。由此可见，脉冲产生时刻由Ｖ４导通瞬间确定，脉冲宽度由V5、V6持续截止的时间确定。所以脉宽由C3反充电时间常数(τ=C3R11)来决定。2.4.3集成触发电路目前国内生产的集成触发器有KJ系列和KC系列，国外生产的有TCA系列，下面简要介绍由KC系列的KC04移相触发器和KC4lC六路双脉冲形成器所组成的三相全控桥集成触发器的工作原理。1、KC04移相触发器主要用于单相或三相全控桥装置（1）KC04移相触发器的主要技术指标如下：电源电压：DC±l5V，允许波动±5%；电源电流：正电流≤l5mA，负电流≤8mA；移相范围：≥(=30V，=l5KΩ)；脉冲宽度：400s～2ms；脉冲幅值：≥13V；最大输出能力：100mA；正负半周脉冲不均衡：≤土；环境温度：-——。C100C700030170su4R（2）内部结构（3）KC04移相触发器的内部线路组成KC04移相触发器的内部线路是由同步环节、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成及整形放大、脉冲输出等环节组成。①同步环节V1～V4等组成同步环节，同步电压us经限流电阻R20加到V1、V2的基极。在同步电压正半波us＞0.7V时，V1导通，V4截止；在同步电压负半波us＜-0.7V时，V2、V3导通，V4截止；只有在│us│＜0.7V时，V4导通。②锯齿波形成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