晶闸管相控触发电路

1、第五章 晶闸管相控触发电路5.1 5.1 对相控触发电路的基本要求对相控触发电路的基本要求5.2 5.2 控制角控制角a a 的移相控制方法的移相控制方法5.3 5.3 相控触发电路的同步方式及输出相控触发电路的同步方式及输出5.4 5.4 单结晶体管移相触发电路单结晶体管移相触发电路5.1 5.1 垂直移相相控触发电路举例垂直移相相控触发电路举例晶闸管相控触发电路晶闸管相控触发电路晶闸管门极驱动电路也称为触发电路；晶闸管通常采用相位控制方式。一般晶闸管变流电路的控制框图晶闸管相控触发电路晶闸管相控触发电路u控制电路：综合系统信息进行处理，产生和负载所需电压相适应的相位控制信号。u同步电路：获

2、得与交流源同步的正弦交流信号,确定各元件自然换相点和移相范围。u驱动电路：移相脉冲信号进行整形处理,产生所需的触发脉冲信号。u移相控制电路：由相位控制信号和同步信号结合，产生移相 脉冲信号。同时有隔离电路：通常采用脉冲变压器，光电耦合器和光导纤维。5.1 5.1 对相控触发电路的基本要求对相控触发电路的基本要求一一. .晶闸管的门极伏安特性晶闸管的门极伏安特性D EKBC12GLFA032468GFMIAIGGFMUWPGM15GTIGTUVUG0GTIGTUABCGDIHIJ(a)(b)GDU晶闸管门极伏安特性图(a)为门极伏安特性区域，0D为低阻特性，0G为高阻特性。图(b)为图(a)中0

3、ABC0的放大图形。0HIJ0区域为不触发区：当晶闸管门极施加的触发电压，电流在该范围内时，任何合格的晶闸管元件都不会被触发，从而确定了晶闸管的抗干扰性能。ABCJIHA区域为不可靠触发区：当晶闸管门极施加的触发电压，电流在该区域时，有的晶闸管可以触发开通，有的则不能触发开通。因此，触发电路产生的触发信号也不应该落在该区域中。对相控触发电路的基本要求对相控触发电路的基本要求D EKBC12GLFA032468GFMIAIGGFMUWPGM15GTIGTUVUG0GTIGTUABCGDIHIJ(a)(b)GDU晶闸管门极伏安特性ADEFGCBA区域为可靠触发区：当晶闸管门极施加的触发电压，电流在

4、该范围时，所有合格元件均能可靠触发开通，则可以保证合格元件的通用性。GTI ：指在规定的环境温度和阳极与阴极间加一定正向电压的条件下，使晶闸管从阻断状态到导通状态所需要的最小门极直流电流。一般为几十到门极触发电流几百毫安。1 5GTVUV：指与门极触发电流相对应的门极直流电压门极触发电压，一般为二二. .对相控触发电路的基本要求对相控触发电路的基本要求(1)触发电路的触发信号必须在晶闸管门极伏安特性的可靠触发区。 同时要求脉冲功率不超过允许瞬时最大功率限制线和平均功率限制线。(2)触发脉冲应具有一定的宽度，触发脉冲消失前，阳极电流应能上升至 擎住电流，保证晶闸管可靠开通。能陡。触发脉冲的前沿要

5、尽可。，一般取好不小于电感性负载脉冲宽度最负载脉冲宽度应有在实际应用中，电阻性。以上，应有足够的裕量要通常晶闸管开通时间需msssss1100;50206(3)触发脉冲应满足晶闸管电路的工作要求。左右。列的频率脉冲或双窄脉冲，脉冲也可以用脉冲列组成宽的宽脉冲或双窄脉冲，大于电路，应采用脉冲宽度对于三相桥式全控变流KHz7600应采用强触发脉冲。管的高电压装置，流变流装置及串联晶闸对于并联晶闸管的大电对相控触发电路的基本要求对相控触发电路的基本要求采用强触发脉冲的目的是：缩小晶闸管管间开通时间的差异，有利于动态均流和均压。12351 1.51GMGtttIIAAAs为前沿时间； 为强脉冲宽度；

6、为脉冲持续时间；为强触发脉冲幅值，是触发电流 的 倍左右。大容量晶闸管门极触发电流要求脉冲峰值在以上，前沿的电流上升率大于(4)触发脉冲与主电路电源电压必须同步，并保持与工作状态相适应的相 位关系。(5)触发电路应保证变流电路各元件触发脉冲的对称性。(6)相控触发电路应采取电磁兼容技术措施，防止因各方面的电磁干扰而 出现失控。5.2 5.2 控制角控制角的移相控制方法的移相控制方法 晶闸管相控触发电路中，实现触发脉冲随控制信号变化作相位移动的控制为移相控制。一一. .延时移相控制方法延时移相控制方法 延时移相控制方法由同步环节提供自然换相点，再由自然换相点开始计时，以控制角对应的延时时间确定触

7、发脉冲产生的时刻。)1 (00RCtCCeUuRCut则电路响应，零初始条件下的时，当)1 (,_RCGGCeUUUut代入上式得：时，令)1ln(UUCRG求得：。控制角通常采用可变电阻调节为非线性关系。与，也可调节控制角压为定值时，改变电源电当；便可调节控制角为线性关系，改变电阻与为定值时，由上式可知：当UURURRUUGG,控制角控制角的移相控制方法的移相控制方法二二. .垂直移相控制方法垂直移相控制方法为控制电压为移相信号电压，ksyuu垂直移相控制电路11112sykVuuVVRR由构成一个比较器，与接于基极，进行比较。假定 为理想元件，且1320,sykuuVCRVD当时， 截止，

8、电容 经充电，电容电压极性为左正右负；10sykuuVA当 时， 由截止变为饱和导通，由 点输出一负脉冲。用。时刻，起到移相控制作就可以改变产生脉冲的改变应为定值。态，对应于一个稳定工作状,kkuu1.1.线性垂直移相控制方法：线性垂直移相控制方法：syu即移相信号电压在移相范围内线性变化。线性垂直移相控制方法：控制信号：负偏移电压：锯齿波信号kphsyphuuuuuu0, 01, 0oksyoksyuuuuuu2020202kkksypuuuuu处过零，则恰好在，使调整垂直移相控制方法垂直移相控制方法线性垂直移相控制方法symsymsyUUu2由图知：symkksyUuuu22由上式得：的脉

9、冲，角时，产生一对应于控制当minmin002kksymkksymkduuUuuUuU将随线性变化：时， ；时，；时， 。通过对 的限幅，可以实现最小控制角和最小逆变角的限制。但不能实现对输出电压的线性控制。线性垂直移相控制方法线性垂直移相控制方法垂直移相控制方法垂直移相控制方法2.2.余弦交点移相控制方法：余弦交点移相控制方法：syu即移相信号电压在移相范围内余弦变化。余弦交点移相控制方法cos(0)2sysymsyuUut 取为移相信号电压时，在移相范围内单调增加，且在时过零。202020kkkuuusymkksyUuuucos由上式得：的脉冲，对应于控制角时比较器翻转，产生一当余弦交点移

10、相控制方法余弦交点移相控制方法余弦交点移相控制方法minmin002ksymkksymkuUuuUu当时， ；时， ；时， 。通过对 的限幅，可以实现最小控制角和最小逆变角的限制。00cosddddksymdkdkUUUUuUUuUu当电流连续时，所以即与 为线性关系，可以实现对输出电压的线性控制。当电流断续时，与 为非线性关系且与负载时间常数有关。cosksymuU5.3 5.3 相控触发电路的同步方式及输出相控触发电路的同步方式及输出一一. .同步方式同步方式同步信号：与电网电压严格同步的基准信号。阻容移相滤波电路及电压相位关系 主电路电源电压经同步变压器降压，再经阻容移相，便可获得符合要

11、求的同步信号。尽管利用同步变压器可以获得适宜相位的电压信号，为了滤除电网电压中有影响的干扰信号，提供抗干扰性能，同步变压器输出端通常设有如图所示的阻容滞后移相滤波电路。1121111sssuRCjucjRcjuRCuussarctanRC)(1212解得：同步方式同步方式同步方式的分类：同步方式的分类：单相同步利用各晶闸管自然换相点间有固定的相位关系特点，用一个元件的同步电路准确提供各元件的自然换相点。按相同步独立同步每个晶闸管都有相对独立的相控触发电路。为使各晶闸管具有相同的控制角，各相触发电路采用同一控制电压进行移相控制。利用全控桥式变流电路中两晶闸管元件间相位差为 的特点，每相设置一个触

12、发电路。为实现三相主电路工作的对称性，要求三相移相控制的一致性，故三相触发电路由同一个控制电压控制。相控触发电路的同步方式及输出相控触发电路的同步方式及输出二二. .触发脉冲的功率放大和输出触发脉冲的功率放大和输出 触发电路一般是由相对独立的低压直流电源供电的单元,为保证触发电路工作安全,应使其与主电路隔离,这样可减少主电路对触发电路及控制电路的干扰，提高可靠性。1.1.隔离措施：隔离措施：光导纤维光导纤维传递能量小，高压，价格高。光电耦合器光电耦合器脉冲变压器脉冲变压器应用最多传递能量小触发脉冲的功率放大和输出触发脉冲的功率放大和输出脉冲变压器输出的典型电路脉冲变压器电路和磁路212RCVD

13、：限流电阻；：加速电容；：反向保护二极管；1111222VddBuEWW AdtdtddBuWW AdtdtBA当饱和导通时，脉冲变压器有如下关系：式中，为磁路中的磁通； 为磁通密度；为磁路截面积112dBdBuEW Adtdtu若脉宽 内，磁路不饱和，则：为常数则 为恒值，从而可把矩形电压传输到二次侧。相控触发电路的同步方式及输出相控触发电路的同步方式及输出Ebu1R2R3R1VD2VD1V1C1VW2CVT脉冲变压器输出的典型电路脉冲变压器电路和磁路决定。和变压器初级绕组内阻由电源电压，的电流，流过当磁路完全饱和时，减小。减小，内，磁路饱和，则若脉宽21220RVuudtdB1V关断后，脉

14、冲变压器内的磁场储能经续流电路释放。(),TT采用脉冲列触发方式时，脉冲宽度 较小，有利于减小脉冲变压器的体积，但应使脉冲列满足 为脉冲列的周期；磁场能量释放时间 否则会形成剩磁累累积，使脉冲变压器饱和。5.4 5.4 单结晶体管移相触发电路单结晶体管移相触发电路单结晶体管移相触发电路是一种较简单的触发电路，采用延时移相方法，主要用于小功率单相或三相半波晶闸管整流装置。一一. .单结晶体管单结晶体管单结晶体管图形符号和等效电路，常称为双基极二极管一个发射极和两个基极：单结晶体管有三个电极1211bbbVDRRVDbR在等效电路中：当截止时，和为定值；当导通并经 形成电流通路时，受发射极影响，是

15、变化的。为硅片本身电阻21bbbbRRR1.结构2.2.单结晶体管工作原理单结晶体管工作原理PV0截止区bbUeUeIPUVUPIVI)(sateUmA50负阻区饱和区1Seb断开时， 和 间构成一个普通二极管，其伏安特性与普通二极管相似；2111112,bbbbAbbbbbbbbbbSb bUVDAbRRUUUURRR闭合时，间加入电压，截止，则 点对 点的电位为：单结晶体管分压比。eU当从零开始上升时，单结晶体管工作状态将随之发生变化，可划分为三个工作状态：有极小的漏电流；反向截止时，当,VDUUbbebbebbVDUUUUVD当时，正向截止，正向电流很小；上述工作区域为单结晶体管的截止区

16、11单结晶体管工作原理单结晶体管工作原理PV0截止区bbUeUeIPUVUPIVI)(sateUmA50负阻区饱和区ebbVDeeUUUIU当时， 将显著增加，反而下降，呈现负阻特性。PPPbbVDPPUIUUUI从截止区转为负阻区的转折点 称为峰点，其对应的电压和电流分别称为峰点电压和峰点电流 。是使单结晶体管进入通态的最小电流。1单结晶体管工作原理单结晶体管工作原理PV0截止区bbUeUeIPUVUPIVI)(sateUmA50负阻区饱和区()(50)eeeVVeme satIVUIVUIImAU当 增大到 点后，转为随 的增加而上升，负阻区结束，进入饱和区。点是由负阻区转为饱和区的转折点

17、，称为谷点。谷点对应的电压，电流分别称为谷点电压和谷点电流 。发射极电流为最大值约为时，发射极电压称为饱和电压。bbU所以，单结晶体管伏安特性是以为参量的。1二二. .单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路及波形的端电压为零。断开时，电容CS21,eCSUb bVDURCu闭合时，电源加于两极间，决定了单结晶体管的伏安特性。截止，电源经给电容 充电，基本按指数规律上升。11122,CPbCeebeCeREuUVDCRRuIRIUbIICiURi当时，导通， 通过放电。不突变， 突然增大，单结晶体管将越过负阻区进入饱和区。此时，电阻 上流过的电流包括发射极电流 和电源

18、经形成的电流。其中 由电容 放电电流和电源经供给的电流合成，前者是主要成分。1.电路结构2.工作原理111单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路eRUSoUCV1R单结晶体管弛张振荡电路及波形CeeViIIIC 随着 的衰减， 下降，当 下降到谷点电流 时，单结晶体管越过负阻区，进入截止区。电容 将再次充电，重复上述过程，形成振荡工作状态。1oRu 单结晶体管导通期间，在 上形成输出脉冲电压 。因为充电回路时间常数远大于放电回路时间常数，放电过程很快。eCR该电路产生振荡的条件是：在充电过程中，电容 充电电压可达到峰点电压；在放电过程中，发射极电流可低于谷点电流。该条件主要靠合理选择来实

19、现。eVPePVRUUUURII满足振荡条件的取值为：5.5 5.5 垂直移相相控触发电路举例垂直移相相控触发电路举例 输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路）， 也可为单窄脉冲。 五个基本环节：同步环节、锯齿波的形成和脉冲移相、脉冲的形成与放大 。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。锯齿波垂直移相相控触发电路锯齿波垂直移相相控触发电路1.同步环节同步环节同步同步要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。11122,T R C VDVD V和为同步信号电路。工作过程11122sCsuVDCuuVV负半周下降段时，导通，端电压跟随 变化，晶闸管基极为反向偏置，截止。35

20、同步环节同步环节工作过程11111121( 15 )1.4sCsCCsuVDEVRCuuuVVuu进入负半周上升段时，截止，电源经 为反向充电，因为选取较大时间常数，上升较 缓慢。当上升到约时，由截止转为导通状态，箝位。直到 再次过零变负，重复上述过程。362.2.锯齿波的形成和移相控制锯齿波的形成 由V1、V2、V3、R3、R4、R5、C2、RP1、RW1组成；其中： V1、 RP1、R3 、RW1组成恒流源；V3、R5为射级输出器。2242221212211022222,11CetCeeCVCR VuVICVCuI dtI tCCuVC当饱和导通时，电容经迅速放电，近于零。在转为截止状态时，恒流源以恒定电流给电容充电，忽略基极电流的影响，充电过程中电容端电压为： 线性增长，直到再次饱和导通，放电为止。372.2.锯齿波的形成和移相控制锯齿波的形成 同步开关V2周期性变化时，C2端形成一锯齿波。锯齿波是由开关V2管来控制的：锯齿波的频率锯齿波的频率由同步变压器所接的交流电压决定。 V2管的开关频率锯齿波起点锯齿波起点 V2由导通变截止期间产生锯齿波，起点基本就是同步 电压由正变负的过零点。斜率由RP1调节锯齿波的宽度锯