1、第五章晶闸管的触发电路 主编第一节单结管触发电路一、单结晶体管单结晶体管的结构及其图形符号如图5 2所示,该器件只有一个PN结，但有两个基极，所以称其为“单结晶体管”或“双基极管”。图5-2单结晶体管a)结构示意b)电路模型c)图形符号d)外形及管脚第一节单结管触发电路表5-1单结晶体管的主要参数第一节单结管触发电路图5-3单结晶体管伏安特性a)单结晶体管实验电路b)单结晶体管伏安特性c)特性曲线族1.截止区aP段当开关Q闭合，电压Ubb通过单结晶体管等效电路中的rb1和rb2分压，得A点电位UA，可表示为第一节单结管触发电路2.负阻区PV段当UeUP时，等效二极管VD导通，Ie增大，这时大量
2、的空穴载流子从发射极注入A点到b1的硅片，使rb1迅速减小，导致UA下降，因而Ue也下降。UA的下降，使PN结承受更大的正偏电压，引起更多的空穴载流子注入到硅片中，使rb1进一步减小，形成更大的发射极电流Ie，这是一个强烈的正反馈过程。当Ie增大到一定程度，硅片中载流子的浓度趋于饱和，rb1已减小至最小值，A点的分压UA最小，因而Ue也最小，得曲线上的V点。V点称为谷点，谷点所对应的电压和电流称为谷点电压UV和谷点电流IV。这一区间称为特性曲线的负阻区。3.饱和区VN段当硅片中载流子饱和后，欲使Ie继续增大，必须增大电压Ue，单结晶体管处于饱和导通状态。第一节单结管触发电路二、单结晶体管自激振
3、荡电路利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，可以组成单结晶体管自激振荡电路,如图5 4所示。图5-4单结晶体管自激振荡电路第一节单结管触发电路三、具有同步环节的单结晶体管触发电路如采用上述单结晶体管自激振荡电路输出的脉冲电压去触发可控整流电路中的晶闸管，得到的电压Ud的波形将是不规则的，无法进行正常的控制，这是因为触发电路缺少与主电路晶闸管保持电压同步的环节。图5-5晶体管同步触发电路图5-6单结晶体管触发电路其他形式第二节锯齿波触发电路一、同步环节如图5 7所示，同步环节由同步变压器T、晶体管V2、VD1、VD2、R1及C1等组成。在锯齿波触发电路中，同步就是要求锯齿波的频率与主回
4、路电源的频率相同。锯齿波是由开关V2控制的，V2由导通变截止期间产生锯齿波，V2截止持续时间就是锯齿波的宽度，V2开关的频率就是锯齿波的频率。要使触发脉冲与主回路电源同步，必须使V2开关的频率与主回路电源频率达到同步。同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器二次侧电压来控制V2的通断，这就保证了触发脉冲与主回路电源的同步。第二节锯齿波触发电路图5-7同步电压为锯齿波的触发电路第二节锯齿波触发电路二、锯齿波形成及脉冲移相环节电路中由V1组成恒流源向电容C2充电，V2作为同步开关控制恒流源对C2的充放电过程。V3为射极跟随器，起阻抗变换和前后级隔离作用，以减小后级对锯齿波线性的影响。图5
5、-8、和单独作用的电路第二节锯齿波触发电路图5-9锯齿波触发电路各点电压波形第二节锯齿波触发电路三、脉冲形成、放大和输出环节 如图5 7所示，脉冲形成环节由晶体管V4、V5、V6组成；放大和输出环节由V7、V8组成；同步移相电压加在晶体管V4的基极，触发脉冲由脉冲变压器二次侧输出。图5-7同步电压为锯齿波的触发电路第二节锯齿波触发电路五、强触发及脉冲封锁环节在晶闸管串并联使用或全控桥式电路中，为了保证被触发的晶闸管同时导通。可采用输出脉冲幅值高、前沿陡的强触发电路。图5-10触发电路实现双脉冲连接的示意图四、双脉冲形成环节三相全控桥式电路要求触发脉冲为双脉冲，相邻两个脉冲间隔为60，该电路可以
6、实现双脉冲输出。第三节集成触发电路及数字触发电路一、KC04、KC41C组成的三相集成触发电路如图5 11所示，由三块KC04与一块KC41C外加少量分立元件，可以组成三相全控桥集成触发电路，它比分立元件电路要简单得多。图5-11三相全控桥双窄脉冲集成触发电路第三节集成触发电路及数字触发电路1.KC04移相触发器KC04与分立元件的锯齿波触发电路相似，也是由同步、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成及放大输出等环节组成。该器件适用于单相、三相全控桥式装置中作晶闸管双路脉冲移相触发。它输出的两路相位差180的移相脉冲可方便地构成全控桥式触发电路。这种电路带负载能力强，移相范围宽。第三节集成触发电路及数
7、字触发电路2.KC41C六路双脉冲形成器图5 13所示为KC41C内部电路及外部接线图。使用时KC41C与三块KC04可组成三相全控桥双脉冲触发电路，如图5 11所示。把三块KC04触发器的6个输出端分别接到KC41C的16端，KC41C内部二极管具有的“或”功能形成双窄脉冲，再由集成电路内部6只晶体管放大，从1015端外接的V1V6(3DK6)晶体管作功率放大可得到800mA触发脉冲电流，可触发大功率的晶闸管。KC41C不仅具有双脉冲形成功能，还可作为电子开关提供封锁控制的功能，集成内部V7管为电子开关，当引脚7端接地时，V7管截止，各路可输出触发脉冲。反之，7端置于高电位，V7管导通，各路
8、无输出脉冲。图5 11所示三相全控桥双窄脉冲集成触发电路中，KC41C各引脚的脉冲波形如图5 12b所示。第三节集成触发电路及数字触发电路图5-12KC04与KC41C电路各点电压波形第三节集成触发电路及数字触发电路图5-13KC41C六路双窄脉冲形成器a)内部原理电路b)外形及引脚第三节集成触发电路及数字触发电路二、集成电路MC787和MC788集成电路MC787和MC788与KC系列相比较，具有功能强、外接元件少、不需要双电源供电、功耗少等优点，对于电力电子产品的小型化和方便设计具有重要意义。图5 14所示为该电路的结构框图。图5-14MC787和MC788内部电路组成框图第三节集成触发电
9、路及数字触发电路表5-2MC787和MC788的最大绝对额定值和推荐工作条件第三节集成触发电路及数字触发电路图5-15MC787和MC788组成的三相触发电路原理图第三节集成触发电路及数字触发电路1)同步电压的零点取在1/2电源电压处，所以，同步信号的“地”若与电路共地，电路的同步信号输入端应用电阻进行1/2分压，然后将同步信号用电容耦合到输入端；1/2分压将影响同步信号的零点，应选用相对误差小于2%的电阻。2)电容容量误差的选取应小于5%，当频率为50Hz时，电容可取0.15F左右，当频率较高时，为保证电容积分幅值，电容应减小。3)电路的半控/全控控制端(端)，使用时不要悬空。4)MC787
10、/MC788独特而巧妙的设计，使它们可方便地用于主功率器件为普通晶闸管、双向晶闸管、门极关断晶闸管、非对称晶闸管的电力电子设备中作移相触发脉冲形成的电路。第三节集成触发电路及数字触发电路图5-16计算机控制数字触发系统组成框图4)MC787/MC788独特而巧妙的设计，使它们可方便地用于主功率器件为普通晶闸管、双向晶闸管、门极关断晶闸管、非对称晶闸管的电力电子设备中作移相触发脉冲形成的电路。第三节集成触发电路及数字触发电路三、数字触发电路1.系统工作原理MCS-51系列8031单片机内部有两个16位可编程定时器/计数器T0、T1，若将其设置为定时器方式1，即以16位对机器周期进行计数。首先将初
11、值装入TL(低8位)及TH(高8位)，启动定时器即开始从初值加1计数，当计数值溢出时，向CPU发出中断申请，CPU响应后执行相应的中断程序。在中断程序中让单片机发出触发信号，因此改变计数器的初值，就可改变定时长短。图5-17三相全控桥电路及脉冲触发第三节集成触发电路及数字触发电路图5-18输出脉冲程序流程图第三节集成触发电路及数字触发电路2.微机触发系统的硬件设置系统硬件配置框图如图5 19所示。8031CPU芯片共有4个并行的I/O口，我们用P0口作为数据总线和外部存储器的低8位地址总线，数据和地址为分时控制，由ALE进行地址锁存。P2口作为外部存储器的高8位地址总线口。图5-19系统硬件配
12、置框图第四节触发电路与主电路电压的同步一、同步的意义所谓同步，是指给触发电路提供与晶闸管所承受的电源电压保持合适相位关系的电压，使其触发脉冲的相位出现在被触发的晶闸管承受正向电压的区间，确保主电路各晶闸管在每一个周期内按相同的顺序和控制角被触发导通。我们将提供给触发电路合适相位的电压称为同步信号电压，正确选择同步信号电压与晶闸管主电压的相位关系称为同步或定相。同步或定相问题是三相变流电路的重要组成部分，对于采用集成触发器的电路而言，其同步定相问题相对简单。第四节触发电路与主电路电压的同步二、实现同步的方法触发电路要与主电路电压取得同步，首先二者应由同一电网供电，保证电源频率一致；其次要根据主电
13、路的型式选择合适的触发电路；最后依据整流变压器的接线组别、主电路线路型式、负载性质确定触发电路的同步电压，并通过同步变压器的正确连接实现之。方法。第四节触发电路与主电路电压的同步三、定相举例例5-1三相桥式全控电路如图5-20a所示，直流电动机负载，要求可逆运行，整流变压器TR为D，y1接线组别，采用图5-7所示锯齿波为同步信号的触发电路。锯齿波的齿宽为240考虑锯齿波起始段的非线性，故留出60余量。电路要求的移相范围是：30150。试按简化相量图的方法来确定同步变压器的接线组别及变压器绕组连接方法。图5-20同步定相例图第四节触发电路与主电路电压的同步解选择以某一只晶闸管的同步定相为例(如以
14、V1管)，其余五管可根据相位关系依次确定，具体步骤如下。(1)确定VT1管的同步电压与主电路电压的相位关系根据题意，主电路所要求的移相范围是在=30150之间，如图5-20b所示相电压波形uU(或线电压波形uUV)的粗线段所示。(2)确定同步变压器的结线组别根据整流变压器TR已知的Dy1接线组别及由上一步确定的相位关系，画出uU1V1与uU相位关系矢量图、同步电压uSU与主电路电压uU的两组矢量关系图，确定同步电压二次侧线电压SUV与主电路线电压之间的相位关系。第四节触发电路与主电路电压的同步(3)确定同步电压与各触发电路的连线根据同步变压器的接线组别，正确连接同步变压器绕组，然后将同步变压器的二次电压uSU、uSV、uSW及-uSU、-uSV、-uSW分别接到晶闸管VT1、VT3、VT5的触发电路的同步电压输入端；uS（-U）、uS(-V)、uS(-W)分别接到VT4、VT6、VT2管的触发电路的同步电压输入端，便完成了同步定相的有关步骤，接线如图5-20所示。
