门极触发电路

1、3-1第三章第三章. .门极触发电路门极触发电路 l l）. .直流信号直流信号 2 2）. .交流信号交流信号 3 3）. .脉冲信号脉冲信号3.1.3.1.概述概述3.1.1.3.1.1.门极触发信号的种类门极触发信号的种类3-2直流信号直流信号交流信号交流信号脉冲信号脉冲信号尖脉冲尖脉冲宽脉冲宽脉冲双脉冲双脉冲强脉冲强脉冲脉冲列脉冲列3-3 3.1.2. 3.1.2.晶闸管对门极触发电路的要求晶闸管对门极触发电路的要求 l l）触发脉冲应有一定的幅值和功率；触发脉冲应有一定的幅值和功率； 2 2）触发脉冲要有一定的宽度；）触发脉冲要有一定的宽度； 当用窄脉冲控制时脉冲宽度至少要大于阳当用

2、窄脉冲控制时脉冲宽度至少要大于阳极电流上升到掣住电流极电流上升到掣住电流I IL L的时间，否则当触发的时间，否则当触发脉冲消失，晶闸管将又恢复阻断脉冲消失，晶闸管将又恢复阻断, ,对于三相桥对于三相桥式全控电路，要求触发脉冲宽度大于式全控电路，要求触发脉冲宽度大于6060O O或者或者用间隔用间隔6060O O 的双窄脉冲代替宽脉冲。其他晶闸的双窄脉冲代替宽脉冲。其他晶闸管电路，对脉宽有时也有不同的要求。管电路，对脉宽有时也有不同的要求。3-4 3 3）触发脉冲前沿要陡）触发脉冲前沿要陡 晶闸管元件门极参数较分散，触发脉冲陡峭晶闸管元件门极参数较分散，触发脉冲陡峭的前沿可使触发延迟角的前沿可

3、使触发延迟角稳定，减小门极参稳定，减小门极参数分散性对数分散性对角的影响。另外，触发脉冲前角的影响。另外，触发脉冲前沿越陡，元件开通时间越短，从而可提供精沿越陡，元件开通时间越短，从而可提供精确的触发延迟角确的触发延迟角 。 4 4）. .触发脉冲要与主电路同步并有一定的移触发脉冲要与主电路同步并有一定的移相范围。相范围。3-5 在整流和有源逆变等由交流电源供电的电路在整流和有源逆变等由交流电源供电的电路中，为了使每一周波重复在相同的相位上触中，为了使每一周波重复在相同的相位上触发，触发信号必须与主电路交流电源电压同发，触发信号必须与主电路交流电源电压同步。同时，触发延迟角应能根据控制信号的步

4、。同时，触发延迟角应能根据控制信号的要求而改变，即要求而改变，即应有一定的移相范围，例应有一定的移相范围，例如全控电路要在整流和逆变状态运行，则移如全控电路要在整流和逆变状态运行，则移相范围需相范围需0 0O O180180O O。3-63.23.2* *. .单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路l l）单结晶体管单结晶体管( (双基极二极管双基极二极管) )结构结构3.2.1.3.2.1.单结晶体管（单结晶体管（UJTUJT）发射极发射极第一基极第一基极第二基极第二基极3-7 b b1 1与与b b2 2之间仅有之间仅有n n型硅片电阻型硅片电阻R Rbbbb，一般在一般在3 31212K

5、K之间。之间。 R Rbbbb亦可看作是由第一基极亦可看作是由第一基极b b1 1与发与发射极射极e e位置之间位置之间n n型硅片的体电阻型硅片的体电阻R Rb1b1和第二基和第二基极极b b2 2与发射极与发射极e e位置之间位置之间n n型硅片体电阻型硅片体电阻R Rb2b2之之和：和： R Rbbbb = =R Rb1b1 + +R Rb2b2 3-82 2）. .单结晶体管特性单结晶体管特性 据单结晶体管的结构，其等效电路可由图据单结晶体管的结构，其等效电路可由图3.33.3（a a）表示，其中二极管表示，其中二极管VDVD表示单结晶体管的表示单结晶体管的PNPN结。结。若若U Ub

6、bbb0 0，则为一般二则为一般二极管特性。极管特性。当当b b1 1、b b2 2之间之间加电压加电压V VBBBB，则特性则特性U Ue e= =f f（I Ie e）如图如图3.33.3（b b）所所示。示。3-9ABCDIeUeIVIPUPUV3-10 ABAB段特性：在段特性：在U Ubbbb作用下的漏电流；另外，作用下的漏电流；另外，bbbbbbbbbbbbdURRURRRUU1211bbbRR1称为单结晶体管的称为单结晶体管的分压比分压比，其值由单结晶其值由单结晶体管的制造工艺决定，体管的制造工艺决定，一般在一般在0.30.3到到0.850.85之间。之间。 BCBC段特性：段特

7、性：U Up p称为称为峰点电压峰点电压，对应的电流，对应的电流I IP P称称为为峰点电流峰点电流。3-11 CDCD段特性：段特性：U Ue e UUbbbb+U+UVDVD=U=UP P 后后d d与与b b1 1之间电阻之间电阻RblRbl减小而形成负阻区，使分压比减小，由此减小而形成负阻区，使分压比减小，由此更进一步促使负阻区的形成，直至最低点更进一步促使负阻区的形成，直至最低点D D。 U UV V称为称为谷点电压谷点电压，对应的电流，对应的电流I IV V称为称为谷点电流谷点电流，在在D D点，若再增加电压，则电流将急剧加。点，若再增加电压，则电流将急剧加。3-123.2.2 3

8、.2.2 单结晶体管脉冲形成电路单结晶体管脉冲形成电路 1 1）. .工作原理工作原理 电路及波形见图电路及波形见图3.43.4：3-13 当电路接通电源当电路接通电源U U以后，电容器以后，电容器C C经电阻经电阻R R充电，充电，充电电流为充电电流为i iR R，电容器端电压按指数规律上升。电容器端电压按指数规律上升。在在u uc cU UP P以前，单结晶体管截止，只有很小的以前，单结晶体管截止，只有很小的漏电流，电阻漏电流，电阻R R1 1输出电压亦很小；输出电压亦很小； 当电容器当电容器C C继续充电，电容器继续充电，电容器C C端电压端电压U UC CU UP P时，时，单结晶体管

9、导通，电容器单结晶体管导通，电容器C C经经ebeb1 1RR1 1放电，放电，由于导通时，单结晶体管由于导通时，单结晶体管R Rb1b1进人负阻状态，而进人负阻状态，而外接电阻外接电阻R R1 1又较小，因此电容器又较小，因此电容器c c经电阻经电阻R R1 1放电放电时间很短，于是放电电流在时间很短，于是放电电流在R R1 1两端产生一个尖两端产生一个尖脉冲输出。脉冲输出。3-14 当电容器上电压降到谷点电压时，由于当电容器上电压降到谷点电压时，由于R R阻值阻值较大，经由较大，经由R R供给单结晶体管的发射极电流小供给单结晶体管的发射极电流小于谷点电流，不能满足单结管的导通条件，于谷点电

10、流，不能满足单结管的导通条件，电阻电阻R Rblbl迅速增大，单结晶体管恢复阻断状态。迅速增大，单结晶体管恢复阻断状态。 由于充电时间常数由于充电时间常数 1 1=RC=RC大于放电时间常数大于放电时间常数2 2= =（R Rb1b1+R1+R1）C C，故电容器端电压为锯齿波。故电容器端电压为锯齿波。 此后电容器此后电容器C C又重复充放电过程，于是得到一又重复充放电过程，于是得到一连串的尖脉冲输出。连串的尖脉冲输出。3-15 2 2）. .振荡条件振荡条件 （1 1）.R.R最大值由电容器充电电压达到单结晶最大值由电容器充电电压达到单结晶体管的峰值电压后，流过电阻体管的峰值电压后，流过电阻

11、R R的电流应大于的电流应大于峰点电流峰点电流I IP P，以保证单结晶体管能工作在负区以保证单结晶体管能工作在负区来确定来确定： （U-UU-UP P）/I/IP PRR （2 2）. .电阻电阻R R最小值则由电容器放电完毕后，最小值则由电容器放电完毕后，从电阻从电阻R R流入单结晶体管的电流要小于谷点电流入单结晶体管的电流要小于谷点电流流I IV V，以保证单结晶体管能够关断来确定：以保证单结晶体管能够关断来确定： （U-UU-UV V）/I/IV V R R R （U-UU-UV V）/I/IV V 或：或： I IV V i iR RIIP P R R太大时，负载线为直线太大时，负载

12、线为直线1 1交于交于U Ue e= =f f（I Ie e）峰点峰点C C左侧，不能使单结晶体管从截止转入到负阻左侧，不能使单结晶体管从截止转入到负阻区导通；区导通；R R太小，负载线交于单结晶体管特性太小，负载线交于单结晶体管特性谷点谷点D D的右侧，如直线的右侧，如直线3 3，这时单结晶体管保，这时单结晶体管保持导通，不能恢复截止，从而振荡中止。持导通，不能恢复截止，从而振荡中止。3-173-183.2.3.3.2.3.用电位控制移相的单结晶体管触发用电位控制移相的单结晶体管触发电路电路 下图是一个用正电位控制下图是一个用正电位控制移相的单结晶体移相的单结晶体管触发电路，也是一个实际电路

13、。管触发电路，也是一个实际电路。 控制信号为控制信号为U UC C ，当控制信号当控制信号U UC C为零时，调整为零时，调整R R3 3使电路无脉冲输出（一般使电路无脉冲输出（一般VT1VT1截止即无输出）；截止即无输出）；当当U UC C为某一常值时，流过为某一常值时，流过VT2VT2的集电极电流的集电极电流I IC2C2亦为某个常值。亦为某个常值。与与U UC C成反比例关系，即成反比例关系，即增加增加U UC C可减小延迟角可减小延迟角，获得移相控制特性。获得移相控制特性。3-19控制信号控制信号U UC CUUC1C1IIC2C23-203-21 用单结晶体管构成触发电路；线路简单，

14、脉用单结晶体管构成触发电路；线路简单，脉冲前沿陡峭，但是脉冲很窄，功率较小，所冲前沿陡峭，但是脉冲很窄，功率较小，所以，一般只在单相或三相半波电路、触发以，一般只在单相或三相半波电路、触发5050A A以下的晶闸管电路中应用。以下的晶闸管电路中应用。3-223.3.2.2.晶体管触发电路晶体管触发电路 利用晶体管开关工作状态构成的触发电路形利用晶体管开关工作状态构成的触发电路形式很多，这些触发电路一般均由同步与移相、式很多，这些触发电路一般均由同步与移相、脉冲形成与输出等几个部分组成。脉冲形成与输出等几个部分组成。3.3.2.1.2.1.锯齿波移相的晶体管触发电路锯齿波移相的晶体管触发电路电路

15、图示于图电路图示于图3.3.2 2，该触发电路分成同步电压、，该触发电路分成同步电压、锯齿波形成和脉冲移相、脉冲形成与放大、强锯齿波形成和脉冲移相、脉冲形成与放大、强触发和双窄脉冲形成等环节。触发和双窄脉冲形成等环节。 3-233-243-253-261.1.脉冲形成与放大环节脉冲形成与放大环节 脉冲的形成环节由晶体管V4、V5组成(将V5的发射极直接接-15V，暂不考虑V6)，V7、V8组成脉冲功率放大环节。控制电压uct和负偏移电压uP分别分别经过电阻R6、R7、R8并联组成。在分析该环节时，暂不考虑锯齿波电压ue3和负偏移电压uP对电路的影响（设ue30，uP0）。 3-272、锯齿波形

16、成与脉冲移相环节 该环节主要由V1、V2、V3、C2、VS等元件组成，锯齿波是由恒流源电流对C2充电形成的。在图225中，VS、RP2、R3、V1组成了一个恒流源电路，当V2截止时，恒流源电流IC1对电容C2进行充电，电容C2两端的电压uC2为C1C1iC1 IC1t dtuC2 要想改变锯齿波的斜率，只要改变充电电流的大小，即只要改变RP2的阻值即可。 3-28 如果把偏移电压uP调整到某特定值而固定时，调节控制电压uct就能改变ub4波形上升到0.7V的时刻，也就改变了V4管转为导通的时刻，即改变了输出脉冲产生的时刻，也就是说，改变控制电压uct就可以移动脉冲的相位，从而达到脉冲移相的目的

17、。 3-293-30 锯齿波是由开关管V2控制的，V2管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，只要使V2开关的频率与主回路电源同步就可达到。为了控制V2的开关频率与主回路电源频率相同，同步环节设置了一个同步变压器TS，用TS次级电压来控制V2管的通断，从而就保证了触发电路发出的脉冲与主回路电源同步。3、同步电压环节3-314、双窄脉冲形成环节 三相全控桥式电路要求触发电路提供宽脉冲或者间隔60的双窄脉冲。前者要求触发电路的输出功率较大，所以采用较少，一般多采用后者。 在三相全控桥式电路中，六个晶闸管的触发顺序

18、是VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，而且彼此间隔60，所以与六个晶闸管对应的各相触发单元之间信号传送线路具体连接方法是：后一个触发单元的X端接至前一个触发单元的Y端。例如：VT2管触发单元的X端应接至VT1管触发单元的Y端，而VT1管触发单元的X端应接至VT6管触发单元的Y端。3-32各相触发单元之间双脉冲环节的连接方法如下图所示：锯齿波同步触发电路锯齿波同步触发电路3-333.3.3.3.集成触发器集成触发器 集成触发器与分立元件电路相比，提高了电集成触发器与分立元件电路相比，提高了电路的可靠性和通用性，具有体积小、耗电少、路的可靠性和通用性，具有体积小、耗电少、成本低、调试方

19、便等优点。但由于电容、大成本低、调试方便等优点。但由于电容、大电阻、输出脉冲变压器等元件集成化有困难，电阻、输出脉冲变压器等元件集成化有困难，因此集成触发器必须有适当的外接电路配合因此集成触发器必须有适当的外接电路配合使用。使用。 在选择和使用集成电路触发器时必须根据它在选择和使用集成电路触发器时必须根据它的性能，结合使用需要选择合适型号的集成的性能，结合使用需要选择合适型号的集成触发器，并根据外接电路要求，配合使用。触发器，并根据外接电路要求，配合使用。 集成触发器使用方便，但要注意外接电阻值集成触发器使用方便，但要注意外接电阻值的选取应参照使用说明书的规定，否则将使的选取应参照使用说明书的

20、规定，否则将使器件损坏或不能正常工作。器件损坏或不能正常工作。3-343.3.3.1.3.1.集成触发器原理及应用集成触发器原理及应用 对对集成触发器首先要了解各引脚的功能和作集成触发器首先要了解各引脚的功能和作用、外接元器件情况；用、外接元器件情况； 了解典型应用；了解典型应用； 应用最新器件；应用最新器件； 简单测试，简单测试， 仿真实验。仿真实验。3-353-363-373-38 KJ400KJ400在同步电源一周内可得到相位差在同步电源一周内可得到相位差180180O O的的两个脉冲，这样仅需一只两个脉冲，这样仅需一只KJ400KJ400集成块即可满集成块即可满足单相全控桥式整流电路的

21、需要。足单相全控桥式整流电路的需要。 在三相电路的应用中，仅需三只集成块即在三相电路的应用中，仅需三只集成块即可但应注意，三相全控桥式电路需双窄脉可但应注意，三相全控桥式电路需双窄脉冲或宽脉冲，在应用冲或宽脉冲，在应用KJ400KJ400时，其输出脉冲应时，其输出脉冲应拓宽或形成双脉冲才行。拓宽或形成双脉冲才行。3-393.3.3.2.3.2.集成触发器类型集成触发器类型 KJ001KJ001集成触发器，在同步电压的负半波有移集成触发器，在同步电压的负半波有移相脉冲输出，用于单相、三相半控桥式主电相脉冲输出，用于单相、三相半控桥式主电路移相触发。路移相触发。 KJ006KJ006集成触发器，主

22、要用于双向晶闸管交流集成触发器，主要用于双向晶闸管交流调压的移相触发，它由交流电网直接供电，调压的移相触发，它由交流电网直接供电，不需外加同步电压直流工作电源及输出脉不需外加同步电压直流工作电源及输出脉冲隔离变压器。冲隔离变压器。 KJ008KJ008过零集成触发器，在交流电压（或电流）过零集成触发器，在交流电压（或电流）过零时触发，不能移相，主要用于无触点开过零时触发，不能移相，主要用于无触点开关的零触发。关的零触发。 KJ009KJ009集成触发器，与集成触发器，与KJ004KJ004可以互换使用；可以互换使用；主要是提高了抗干扰及触发脉冲的前沿陡度。主要是提高了抗干扰及触发脉冲的前沿陡度

23、。3-40 KJ041KJ041六路双脉冲形成集成电路，具有六路双脉冲形成集成电路，具有6 6路单路单脉冲输入，脉冲输入，6 6路双脉冲输出，同时具有输出脉路双脉冲输出，同时具有输出脉冲控制端，可以控制输出脉冲的有或无。冲控制端，可以控制输出脉冲的有或无。 KJ042KJ042脉冲列调制集成电路，它可将输入宽脉脉冲列调制集成电路，它可将输入宽脉冲调制成脉冲列输出。冲调制成脉冲列输出。 KCKC系列的产品与系列的产品与KJKJ系列具有相同的功能。系列具有相同的功能。 KC05KC05集成触发器，单路间隔集成触发器，单路间隔180180O O输出触发脉冲，输出触发脉冲，用于双向晶闸管门极触发，与用

24、于双向晶闸管门极触发，与KC06KC06不同的是，不同的是，KC05KC05须外加直流工作电源及隔离输出变压器。须外加直流工作电源及隔离输出变压器。 KC07KC07电流过零触发器；电流过零触发器； KC08KC08电压过零触发器。电压过零触发器。3-41 KC10KC10KCllKCll可取代可取代KC01KC01，分别在同步灵敏度、分别在同步灵敏度、抗干扰性等方面作了改进。抗干扰性等方面作了改进。 集成触发组件：集成触发组件： KCZ2KCZ2集成化二脉冲触发组件，用于单相桥式集成化二脉冲触发组件，用于单相桥式主电路；主电路； KCZ3KCZ3集成化三脉冲触发组件，用于三相半控集成化三脉冲

25、触发组件，用于三相半控桥主电路或三相半波主电路；桥主电路或三相半波主电路； KCZ6KCZ6集成化六脉冲触发组件，用于三相全控集成化六脉冲触发组件，用于三相全控桥主电路；桥主电路； 这些组件是将集成触发器及外围电路组装在这些组件是将集成触发器及外围电路组装在一块电路板上。一块电路板上。3-423.3.4.4.数字触发器数字触发器 前面介绍的几种触发器，包括集成触发器，前面介绍的几种触发器，包括集成触发器，都是利用控制电压的幅值与交流同步电压综都是利用控制电压的幅值与交流同步电压综合（又称垂直控制）来获得同步和移相脉冲，合（又称垂直控制）来获得同步和移相脉冲，即用控制电压的模拟量来直接控制触发相

26、位即用控制电压的模拟量来直接控制触发相位角的，称为模拟触发电路。角的，称为模拟触发电路。 由于电路元件参数的分散性，各个触发器的由于电路元件参数的分散性，各个触发器的移相控制必然存在某种程度的不一致，这样，移相控制必然存在某种程度的不一致，这样，用同一幅值的电压去控制不同的触发器，将用同一幅值的电压去控制不同的触发器，将产生各相触发脉冲延迟角（或超前角）误差，产生各相触发脉冲延迟角（或超前角）误差，导致三相波形的不对称，这在大容量装置的导致三相波形的不对称，这在大容量装置的应用中，将造成三相电源的不平衡，中线出应用中，将造成三相电源的不平衡，中线出现电流。一般模拟式触发电路各相脉冲不均现电流。

27、一般模拟式触发电路各相脉冲不均衡度为衡度为3 3O O，甚至更大。，甚至更大。3-43 晶闸管触发信号，本质上是一种离散量，完晶闸管触发信号，本质上是一种离散量，完全可由数宇信号实现全可由数宇信号实现3.3.4.14.1由硬件构成的数字触发器由硬件构成的数字触发器由晶振产生由晶振产生控制计数时间控制计数时间控制计数起点控制计数起点计数到规定数计数到规定数后发出脉冲后发出脉冲3-443-453.3.4.2.4.2.微机数字触发器微机数字触发器 随着微机的广泛应用，构成计算机控制的系随着微机的广泛应用，构成计算机控制的系统或装置越来越多。统或装置越来越多。 在有计算机参与的晶闸管变流装置中，计算在

28、有计算机参与的晶闸管变流装置中，计算机除了完成系统有关参数的控制与调节外，机除了完成系统有关参数的控制与调节外，还可实现数字触发器的功能，使系统控制更还可实现数字触发器的功能，使系统控制更加准确与灵活，且省去多路模拟触发电路。加准确与灵活，且省去多路模拟触发电路。3-463.6.3-473.3.5.5.触发器的定相触发器的定相 3.5.1.3.5.1.概述概述 触发器输出脉冲要与主电路交流电源同步，触发器输出脉冲要与主电路交流电源同步，为此不论什么类型的触发器均需有一个与主为此不论什么类型的触发器均需有一个与主电路交流电源电压频率相同、相位差固定的电路交流电源电压频率相同、相位差固定的交流电压

29、（称为同步电压）作为触发器输出交流电压（称为同步电压）作为触发器输出脉冲相位的基准，在控制电压不变的情况下脉冲相位的基准，在控制电压不变的情况下使得触发器输出脉冲对于交流电压相位稳定。使得触发器输出脉冲对于交流电压相位稳定。 变流器的组成，如图所示：变流器的组成，如图所示： 要求触发器输出脉冲要求触发器输出脉冲9090O O时变流器工作在时变流器工作在整流状态；整流状态； 90 90O O 时变流器工作在有源逆时变流器工作在有源逆变状态。变状态。3-483.5.2.3.5.2.触发器的定相方法触发器的定相方法触发器的定相就是根据触发器特性、主电路情触发器的定相就是根据触发器特性、主电路情况、主

30、变压器和同步变压器的连接组，将触发况、主变压器和同步变压器的连接组，将触发器与同步变压器之间、主变压器与主电路之间器与同步变压器之间、主变压器与主电路之间以及主变压器和同步变压器与交流电源之间正以及主变压器和同步变压器与交流电源之间正确地连接起来，以保证变流器的正常工作。确地连接起来，以保证变流器的正常工作。3-49 触发器定相是有关变压器接法、触发器及主触发器定相是有关变压器接法、触发器及主电路等方面知识的综合应用。电路等方面知识的综合应用。 由于变压器有多种接法，触发器也有不同类由于变压器有多种接法，触发器也有不同类型，因此触发器定相有其灵活性，即正确的型，因此触发器定相有其灵活性，即正确

31、的答案不是唯一的，但要求却是一致的，也就答案不是唯一的，但要求却是一致的，也就是说不管用什么方法连接都必须保证变流器是说不管用什么方法连接都必须保证变流器正常工作。正常工作。 一般从三个方面来分析与综合：一般从三个方面来分析与综合： （1 1）. .根据触发器特性，分析触发器输出脉根据触发器特性，分析触发器输出脉冲相对于它的同步电压相位关系，即找出冲相对于它的同步电压相位关系，即找出=0=0O O至至= = maxmax相对于同步电压的相位区间。相对于同步电压的相位区间。3-50 （2 2）. .根据主电路图，以主电路中任一只晶根据主电路图，以主电路中任一只晶闸管（一般以编号为闸管（一般以编号为1 1的晶闸管）为例，分析的