晶闸管三相整流电路触发电路本章要点;三相可控整流电路PPT课件

1、二、常用的触发脉冲信号第1页/共60页 （a）为正弦波触发脉冲信号。前沿不陡，触发准确性差，仅用在触发要求不高的场合； （b）尖脉冲。生成较容易，电路简单，也用于触发要求不高的场合； （c）矩形脉冲； （d）强触发脉冲。前沿陡，宽度可变，有强触发功能，适用于大功率场合； （e）双窄脉冲。有强触发功能，变压器耦合效率高，用于控制精度较高，感性负载的装置； （f）脉冲列。具有双窄脉冲的优点，应用广泛。第2页/共60页三、脉冲电路与晶闸管的连接方式1.直接连接：操作不安全，主电路干扰触发电路。 2.光耦合器连接：输入和输出间电隔离，绝缘性能好，抗干 扰能力强。3.脉冲变压器耦合连接：有良好的电气绝缘

2、。第3页/共60页晶闸管的简易触发电路一、几种简易移相触发实用电路第4页/共60页二、单结晶体管触发电路1、单结晶体管 单结晶体管的结构、等效电路、图形符号及外形第5页/共60页2、单结晶体管自激振荡电路第6页/共60页3、单结晶体管同步触发电路第7页/共60页同步信号为锯齿波的触发电路第8页/共60页 1、 脉冲形成与脉冲形成与放大环节放大环节 脉冲形成环节由V4、V5构成；放大环节由V7、V8组成。控制电压uco加在V4基极上，触发脉冲由脉冲变压器TP二次输出。 第9页/共60页 当V4的基极电压uco=0时，V4截止。电源+E1经R11供给V5基极电流，使V5饱和导通。所以V5集电极电压

3、接近-E1，V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电源+E1经R9、V5的发射极到-E1对电容C3充电，充满后电容端电压接近2E1，极性如图所示。 当uco0.7V时，V4导通。A点电位从+E1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-2E1，V5基射极反偏置，V5立即截止。它的集电极电压由-E1迅速上升到钳位电压2.1V时，使得V7、V8导通，输出触发脉冲。 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 -E1，V5又重新导通。这时V5集电极电压立即降到-E1，使V7、V8截止，输出脉冲终止。脉冲前沿由V4导

4、通时刻确定，脉冲宽度由反向充电时间常数R11C3决定。 第10页/共60页 2、锯齿波的形成和锯齿波的形成和脉冲移相环节脉冲移相环节 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。 第11页/共60页 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。 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周期性地导通和关断时，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

5、影响。 V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电压up三者叠加所定，它们分别通过电阻R6、R7、R8 与V4基极连接。 tICdtIuC1C1c1第12页/共60页 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 控制电压uco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； 仍为一条与uco平行的直线，但绝对值比uco小。 )/(/87687e3hRRRRRuu)/(/76876ppRRRRRuu)/(/86786c0c0RR

6、RRRuupuc0upuc0u第13页/共60页 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=90度；当uco=0时，调节up的大小使产生脉冲的M点对应=90度的位置。当uco为0，=90度，则输出电压为0；如uco为正值，M点就向前移，控制角90度，处于逆变状态。 cophuuu第14页/共60页同步信号为锯齿波的触发电路的工作波形 第15页/共60页 3、 同步环节同步环节

7、 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，用同步变压器的二次电压来控制V2的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。 第16页/共60页 同步是指锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。锯齿波是由开关管V2控制的，也就是由V2的基极电位决定的。 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。 在负半周的上升段，+E1电源通过R1给电容C1充电，其上升速度比u

8、TS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放电后又被充电，V2截止。 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。 第17页/共60页 4、双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节 触发电路自身在一个周期内可输出两个间隔60度的脉冲，称内双脉冲电路。而在触发器外部通过脉冲变压器的连接得到双脉冲称为外双脉冲。 本触发电路属于内双脉冲电路。当

9、V5、V6都导通时，V7、V8截止，没有脉冲输出。只要V5、V6有一个截止，就会使V7、V8导通，有脉冲输出。因此本电路可产生符合要求的双脉冲。 第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角使V4由截止变导通造成V5瞬时截止，使得V8输出脉冲。隔60度的第二个脉冲是由后一相触发单元通过连接到引脚Y使本单元V6截止，使本触发电路第二次输出触发脉冲。其中VD4和R17的作用主要是防止双脉冲信号相互干扰。 第18页/共60页 在三相桥式全控整流电路中，双脉冲环节的可按下图接线。六个触发器的连接顺序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。 第19页/共60页 5、强

10、触发环节强触发环节 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。 第20页/共60页集成触发电路(简介) 目前国内生产的集成触发器有KJ系

11、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。 第21页/共60页1、KC04移相触发器 （1）KC04移相触发器的主要技术指标如下： 电源电压：DCl5V，允许波动5%； 电源电流：正电流l5mA，负电流8mA； 移相范围： ( =30V， =l5K)； 脉冲宽度：400 s2ms； 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第22页/共60页（2）内部结构第23页/共60页（3）KC04移相触发器的内部线

12、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 。 同步环节 V1V4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us0.7V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us0.7V时，V4导通。 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，每周期形成两个锯齿波。锯齿波宽度小于180。第24页/共60页 移相环节 V6及外接元件组成移相环节，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

13、基极电位，V6导通时刻随之改变，实现脉冲移相。 脉冲形成 V7等组成脉冲形成环节，平时V7导通，电容C2充电为左正右负。V6导通时，其集电极电位突然下降，同时引起V7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180的两个脉冲。 脉冲分选 V8、V12组成脉冲分选环节，脉冲分选保证同步电压正半周V8截止，同步电压负半周V12截止，使得触发电路在一周内有两个相位上相差180的脉冲输出。第25页/共60页 KC04移相触发器的管脚分布 KC04移相触发器各脚的波形 第26页/共60页 KC04移相触发器主要用于单相

14、或三相全控桥式装置。KC系列中还有KC0l，KC09等。KJ00l主要用于单相、三相半控桥等整流电路中的移相触发，可获得宽脉冲。KC09是KC04的改进型，两者可互换，适用于单相、三相全控式整流电路中的移相触发，可输出两路相位差180度的脉冲。它们都具有输出负载能力大、移相性能好以及抗干扰能力强的特点。第27页/共60页2、KC04的一个典型应用电路 第28页/共60页3、KC4lC六路双窄脉冲形成器 KC4lC是六路双脉冲形成集成电路 KC4lC的输入信号通常是KC04的输出，把三块KC04移相触发器的l脚与15脚产生的6个主脉冲分别接到KC4lC集成块的16脚，经内部集成二极管完成“或”功

15、能，形成双窄脉冲，再由内部6个集成三极管放大，从1015脚输出，还可以在外部设置VlV6晶体管作功率放大，可得到800mA的触发脉冲电流，供触发大电流的晶闸管用。KC4lC不仅具有双窄脉冲形成功能，而且还具有电子开关控制封锁功能，当7脚接地或处于低电位时，内部集成开关管截止，各路正常输出脉冲；当7脚接高电位或悬空时，饱和导通，各路无脉冲输出。第29页/共60页4、KC4lC与KC04组成的双窄脉冲触发电路 第30页/共60页2.2 全控型电力电子器件的门极驱动电路(简介)的驱动信号和驱动电路 1、对、对GTO门极驱动信号的要求门极驱动信号的要求 GTO门极电流电压控制波形分为开通和关断两部分，

16、推荐波形如下图所示。图中实线为 波形，虚线为 波形。GFiGFu第31页/共60页 开通时，门极电流脉冲前沿陡度大，一般为510A/S，门极正脉冲电流的幅度比规定的额定直流触发电流应大310倍，正脉冲宽度一般为1060S，而后沿应尽量平缓些。 关断时，关断脉冲电流上升率一般为1050A/S。脉冲应具有一定的宽度，关断脉冲电流的幅度一般为(1/81/3) ，其后沿也应尽量平缓些。ATOI第32页/共60页 1、可关断晶闸管的门控电路(1)GTO的门控供电方式b）单电源方式 （a）单电源方式 （c）双电源方式 （d）脉冲变压器方式第33页/共60页(2)GTO的门控驱动电路实例v2）用P-MOSF

17、ET关断GTO的门控电路v下图是用P-MOSFET关断GTO的门控电路原理图。第34页/共60页第35页/共60页的驱动信号和驱动电路 1、GTR的驱动信号的驱动信号 GTR理想的基极电流波形如下图所示。第36页/共60页 2、GTR的驱动电路的驱动电路 固定反偏互补驱动电路如图示。当ui为高电平时，晶体管V1及V2导通，正电源+VCC经过电阻R3及V2 向GTR提供正向基极电流，使GTR导通。当ui 为低电平时， V1 及V2 截止而V3导通，负电源- VCC 加于GTR的发射结上，GTR迅速关断。第37页/共60页的驱动信号和驱动电路 1、P-MOSFET对驱动信号的要求对驱动信号的要求

18、（1）触发脉冲要有足够快的上升和下降速度。 （2）触发脉冲电压应高于开启电压，但不超过最大触发额定电压BUGS。但也不能过低，否则会使通态电阻增大。 （3）驱动电路的输出电阻应较低，以提高P-MOSFET的开关速度。 （4）由于栅极输入电容Cin的存在，在开通和关断过程中仍需一定的驱动电流来给Cin充放电，且Cin越大，所需的驱动电流越大。 （5）为防止误导通，在P-MOSFET截止时需提供负的栅源电压。 （6）驱动电源须并联旁路电容，它不仅能滤除噪声，也可给负载提供瞬时电流，加快MOSFET的开关速度。第38页/共60页2、P-MOSFET的驱动电路的驱动电路 （1）栅极直接驱动电路栅极直接

19、驱动的电路原理图（a）用一个晶体管直接驱动 （b）用推挽电路驱动第39页/共60页 (2(2）隔离式栅极驱动电路 根据隔离元件的不同可分为电磁隔离和光电隔离两种。 隔离第40页/共60页 光电耦合隔离驱动电路 第41页/共60页的驱动信号和驱动电路 1、IGBT对驱动信号的要求对驱动信号的要求 （1）充分陡的脉冲上升沿和下降沿。 （2）足够大的驱动功率。 （3）合适的正向驱动电压UGE 。 （4）合适的负偏压-UGE。 （5）合理的栅极电阻RG。 （6）IGBT多用于高压场合，故驱动电路与整个控制电路应严格隔离。 （7）利用门极控制特性，实现对IGBT的过电流、短路等保护。 符合上述要求的IG

20、BT典型驱动电压波形如下图所示。 第42页/共60页 符合基本要求的IGBT典型驱动电压波形第43页/共60页2、IGBT的驱动电路的驱动电路 （1）阻尼滤波门极驱动电路 阻尼滤波门极驱动电路如下图a所示，为消除可能的振荡，IGBT的栅射极间接上RC网络组成的阻尼滤波器，且连线采用双绞线。第44页/共60页 （2）光耦合器门极驱动电路 如图b所示，它使信号电路与门极驱动电路隔离。驱动电路的输出级采用互补电路以降低驱动源的内阻，同时加速IGBT的关断过程。第45页/共60页 （3）脉冲变压器直接驱动IGBT的电路 该电路由控制脉冲形成单元产生的脉冲信号经晶体管V进行功率放大后，加到脉冲变压器Tr

21、，并由Tr隔离耦合经稳压管VDZ1、VDZ2限幅后驱动IGBT，由于是电磁隔离方式，驱动级不需要专门直流电源，简化了电源结构，且工作频率较高。第46页/共60页 (4)定时器555组成的IGBT驱动电路 555外接适当的电阻和电容就能构成多谐振荡器、单稳态电路和双稳态电路。在IGBT的驱动电路中，555的2、6端子接在一起，组成了双稳态电路结构。控制脉冲信号经光耦VL隔离后将信号经由、传送至555的2、6端。当控制信号为高电平时，2端有效，使555输出端3为低电平；当控制信号为低电平时，6端有效，使555输出端3为高电平。额定输出电流为200mA。第47页/共60页 (5)IGBT专用驱动模块

22、的应用 大多数IGBT生产厂都生产与其相配套的混合集成驱动电路，如日本富士的EXB系列、东芝的TK系列、三菱的M579XX系列，美国摩托罗拉的MPD系列等。东芝的M57962L型IGBT专用驱动模块是N沟道大功率IGBT模块的驱动电路，能驱动600V/400A和l200V/400A的IGBT，其原理方框图如下左图，应用电路如下右图。第48页/共60页2.3 电力电子器件的保护(简介) 的保护 GTO主要应用于大容量变流器中，最严重的问题是由各种原因造成的短路过电流现象。 一、过电流产生的原因 过电流包括过载和短路两种情况。严重的是短路过电流，其产生的原因如下： （1）逆变器的桥臂短路 在GTO

23、组成的逆变器中，若同一桥臂上的两个GTO同时导通，则会产生桥臂短路现象，亦称桥臂直通故障。 （2）输出端的线间短路 若输出端发生线间短路，则短路电流流经相应支路的GTO，其短路电流相当大。 （3）输出端线对地短路。第49页/共60页 二、GTO的过电流保护 针对上述过电流产生的原因，可采取多种措施对GTO进行过电流保护。具体保护方法有以下4种。 （1）熔断器保护法 （2）撬杠保护法 （3）自关断保护法 （4）门极电路的过流保护第50页/共60页 的保护 因GTR存在二次击穿问题，其过程很快，诸如快熔之类的过电流保护对GTR类器件基本无用。它依赖于特殊的保护电路。 1、电压状态识别保护 2、桥臂互锁保护 3、欠饱和及过饱和保护第51页/共60页 的保护 P-MOSFET的薄弱之处是栅极绝缘层易被击穿损坏。在使用时必须注意采取保护措施。主要有下列保护方法： （1）防止静电击穿 （2）栅源间的过电压保护 （3）漏源间的过电压保护