晶闸管触发电路

晶闸管触发电路第1页，课件共123页，创作于2023年2月4.1对触发电路的要求

图4-1晶闸管门极伏安特性

第2页，课件共123页，创作于2023年2月1）

对触发信号功率的要求

触发信号应有足够的功率（电压与电流）。由晶闸管原理可知，门极与阴极之间可近似看成一个PN结，其典型伏安特性曲线如图4-1所示。由于同一型号元件的门极伏安特性分散性很大，因此规定元件的门极阻值在某高阻（曲线OD）和低阻（曲线OG）之间，才可能算合格产品。

第3页，课件共123页，创作于2023年2月元件出厂时，给出的触发电流IGT和触发电压UGT不是元件的触发容许值，而是指该型号的所有合格元件都能被触发的最小门极电流、电压值。因此，在接近坐标原点以IGT、UGT为界划出OABCO区域，在此区域内为不可靠触发区。在元件门极极限电流、电压和功率曲线包围下，面积ABCDEFG（图中剖面线部分）为允许可靠触发区，所有合格的元件其触发电流与触发电压均应落在这个区域。在正常使用时，触发电路送至门极的触发电流与触发电压均应处于这个区域。

第4页，课件共123页，创作于2023年2月另外，即使是同一个元件，在温度不同时，其触发电流与触发电压也不同。通常可这样估算，在100℃高温时，其触发电流与触发电压值比约为室温时的1/2～1/3；在-40℃低温时，其触发电流与触发电压比室温时高2～3倍。因此，为使所有合格的元件在各种可能的工作条件下都能可靠触发，触发电路送出的触发电流与触发电压必须大于元件门极规定触发电流IGT与触发电压UGT的最大值，并留有足够的裕量。当触发电压为脉冲形式时，只要触发功率不超过规定值，则电压、

电流的幅值短时间内可大大超过额定值。

第5页，课件共123页，创作于2023年2月２）对触发信号波形的要求触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，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。对于大电感负载，由于电感的阻碍作用，电流上升较慢，当触发脉冲宽度不够而阳极电流还没有上升到掣住电流时，脉冲就已经消失，因此触发脉冲通常要大于1ms，相当于工频50Hz、18°电度角。即使是电阻性负载，因受元件动态参数上升时间的影响，脉宽也要大于20～50μs。为了快速而可靠地触发大功率晶闸管，通常在窄脉冲的前沿叠加上一个强触发脉冲，波形如图4-2所示。强触发脉冲前沿t1时间内的电流上升率应大于0.5A/μs，强脉冲宽度t2应大于50μs，脉冲持续时间t3应大于550μs，以达到快速触发与准时触发的目的。对于三相全控桥电路，脉宽要大于60°或采用双窄脉冲。第6页，课件共123页，创作于2023年2月图4-2理想触发脉冲波形第7页，课件共123页，创作于2023年2月图4-3整流装置图

第8页，课件共123页，创作于2023年2月3）触发脉冲的同步及移相范围为使晶闸管在每个周期都在相同的控制角α触发导通，触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压（也就是电源）同步，且脉冲与电源波形保持固定的相位关系。移相触发的结构如图4-3所示，触发电路同时受控制电压Uc与同步电压us（同步电压与晶闸管的阳极电压同频率且有一定的相位关系）控制。控制电压Uc使脉冲在要求范围内移相，同步电压us使脉冲与电源电压同步，保证每一个周期内控制角恒定，以得到稳定的直流电压。为了使电路在给定范围内工作，必须保证触发脉冲能在相应范围内进行移相。例如三相半波电路带电阻性负载，要求移相范围为0°~150°；带大电感负载（电流连续）时若只要求整流，则要求移相范围为0°~90°，若既要整流又要逆变，则移相范围为0°~180°；三相全控桥式整流电路若带电阻性负载，则移相范围为0°~120°，若既要整流又要逆变，则移相范围为0°~180°。为保证逆变工作可靠，对最小逆变角βmin应加以限制。第9页，课件共123页，创作于2023年2月图4-3整流装置图第10页，课件共123页，创作于2023年2月4）防止干扰与误触发晶闸管的误导通往往是由于干扰信号进入门极电路而引起的，因此需要对触发电路进行屏蔽、

隔离等抗干扰措施。

第11页，课件共123页，创作于2023年2月4.2单结晶体管触发电路

4.2.1单结晶体管的结构与工作原理1．结构单结晶体管结构示意图如图4-4（a）所示。在一块高电阻率的N型硅半导体基片上引出两个电极：第一基极b1与第二基极b2。这两个基极之间的电阻Rbb即是基片的电阻，约2～12kΩ。在两基极之间，靠近b2极处设法掺入P型杂质铝，引出电极称为发射极e。所以，它是一种特殊的半导体器件，有三个引出端，只有一个PN结，故称单结晶体管，又称双基极二极管。其等效电路、符号与管脚如图4-4（b）、（c）、（d）所示，Rb1、Rb2分别为e极与b1、b2之间的基片电阻。第12页，课件共123页，创作于2023年2月图4-4单结晶体管的构造与符号

第13页，课件共123页，创作于2023年2月

2．特性及工作原理将单结晶体管接成如图4-5所示的实验电路，称Ubb为基极电压，Ue随发射极电流变化，称为发射极电压。

图4-5单结晶体管试验电路

第14页，课件共123页，创作于2023年2月(1)当S1断开、S2闭合时，外加基极电压Ubb由Rb1、Rb2分压，则管子中A点对b1点之间的电压UA为

（A点在管子内部，无法直接测量）

（4-1）

式中η单结晶体管分压比，由管子内部结构决定，通常在0.3～0.9之间。

第15页，课件共123页，创作于2023年2月(2)当Ubb断开，Ibb=0，S1闭合加上Ue时，二极管VD与Rb1组成串联电路。发射极电压与电流的伏安特性如图4-6中最下边一条曲线所示，与二极管正向特性接近。

(3)若管子加上一定的基极电压Ubb(10V),Ue从零开始增大，当Ue<UA=ηUbb时，二极管VD反偏，只有很小的反向漏电流，Ie为负值。当Ue增大到与UA相等时，二极管VD零偏，Ie=0，对应于图4-6中曲线①上b点。当Ue再增大，Ue<UA+UD（UD为二极管VD的导通压降），通常为0.7V时,二极管VD开始正偏,但还未充分导通，大于零，不过数值很小。

第16页，课件共123页，创作于2023年2月图4-6单结晶体管伏安特性第17页，课件共123页，创作于2023年2月当Ue继续增大，达到UP值（UP=ηUbb+UD）时，则二极管VD充分导通,Ie显著增大。由于发射极P区的空穴不断注入N区，使N区Rb1段中的载流子大量增加，阻值迅速减小。Rb1阻值的减小导致UA值降低，使Ie进一步增大，而Ie的增大又进一步使Rb1阻值减小，因此，在元件内部形成一个强烈的正反馈过程。当Rb1阻值的减小超过Ie的增大时，从元件e、b1极看进去，出现一个与常规相反的现象：Ue随Ie的增大而减小，即动态电阻为负值。这就是单结晶体管所特有的负阻特性。在曲线上对应P、V两点之间的一段，称负阻区。P点电压称峰点电压UP，V点电压称谷点电压UV。当Ue>UP后，单结晶体管从截止区迅速经过负阻区到达谷点V，在负阻区不能停留。第18页，课件共123页，创作于2023年2月当Ie再继续增大，空穴注入N区增大到一定程度时，部分空穴来不及与基区电子复合而出现空穴剩余，使空穴继续注入遇到阻力，相当于Rb1变大。因此在谷点V之后，元件又恢复正阻特性，Ue随Ie的增大而缓慢增大，工作由负阻区进入饱和区。显然，UV是维持管子导通时的最小发射极电压，一旦出现Ue<UV时，管子将重新截止。当Ubb改变时，UP也随之改变，由此可以得到一组伏安特性。在触发电路里，通常选用分压比η较大、谷点电压UV小一些以及IV大的管子，这样可使输出脉冲幅值大，调节电阻范围宽。第19页，课件共123页，创作于2023年2月表4-1单结晶体管参数表

第20页，课件共123页，创作于2023年2月4.2.2单结晶体管自激振荡电路利用单结晶体管的负阻特性与RC电路的充放电特性可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲，其电路如图4-7（a）所示。当加上直流电压U后，一路经R2、R1在单结晶体管两个基极之间按分压比η分压；另一路经Re对电容C充电。发射极电压ue为电容两端电压uC，按指数曲线渐渐上升，如图4-7（b）所示。当uC<Up时，管子e、b1之间处于截止状态。随着uC（ue）值的增大，电容电压uC充到刚开始大于Up的瞬间，管子e、b1间的电阻突然变小（降为20Ω左右）而开始导通，电容上的电荷通过e、b1迅速向电阻R1放电。由于放电回路电阻很小，放电时间很短，因此在R1上得到很窄的尖脉冲。当uC（ue）小于谷点电压UV时，管子从导通又转为截止，电容C又开始充电，电路不断振荡，在电容上形成锯齿波电压，在R1上输出前沿很陡的尖脉冲。振荡频率为第21页，课件共123页，创作于2023年2月(4-2)

改变Re可方便地改变振荡频率，波形如图4-7（b）所示。

第22页，课件共123页，创作于2023年2月图4-7单结晶体管振荡电路与波形

第23页，课件共123页，创作于2023年2月4.2.3单结晶体管同步触发电路触发电路送出的触发脉冲必须与晶闸管阳极电压同步，保证管子在阳极电压的每个正半周内以相同的控制角α触发，从而获得稳定的直流电压。图4-8（a）为单相半控桥式单结晶体管同步触发电路。同步变压器一次侧与晶闸管整流桥路接在同一交流电源上，同步变压器二次侧正弦交流电压经桥式整流与稳压管削波，得到梯形波电压uV，它与晶闸管阳极电压过零点一致，作为触发电路的电源，波形如图4-8（b）所示。因此，每当电源波形半周过零时，uV=ubb=0，单结晶体管A点电压UA=0，可使电容上的电荷很快放掉。在下一半周开始时，基本上从零开始充电，这样才能保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零点的时刻(即α)一致，起到同步作用。

第24页，课件共123页，创作于2023年2月图4-8单相半控桥单结晶体管触发电路及波形

第25页，课件共123页，创作于2023年2月为了保证脉冲电压的正确产生，需要合理地选择电路参数。其中，满足振荡条件的关键是充电电阻Re的取值。由Re决定的负载线应该与单结晶体管的负阻特性相交，即Re的取值应满足:(4-3)当Re增大时，单结晶体管充电到峰点电压的时间t充增大，第一个脉冲出现的时刻推迟，即α增大，桥路输出直流电压Ud下降。所以，这个触发电路既能保证同步，又能在一定范围内移相。为了简化电路，单结晶体管输出脉冲同时触发晶闸管VT1、VT2，因只有阳极电压为正的管子才能触发导通，所以能保证桥式半控整流两个晶体管轮流导通。为了扩大移相范围，要求同步电压梯形波uV的两腰边尽量接近垂直，这时可提高同步变压器二次电压U2，如稳压管V选用20V，U2电压通常要大于60V。第26页，课件共123页，创作于2023年2月触发脉冲可直接由R1上取出，这种方式简单、经济，但触发电路与主电路的电源有直接电联系，不安全，对于晶闸管串联接法的半控桥电路，就无法工作。因此，很多场合采用脉冲变压器输出。从以上分析可知，单结晶体管触发电路只能产生窄脉冲。对于电感较大的负载，由于晶闸管在触发导通时阳极电流上升较慢，在阳极电流还未上升到掣住电流IL时，触发脉冲已经消失，使晶闸管在触发期间导通后又重新关断。所以，单结晶体管如不采取脉冲扩展措施，是不宜触发感性负载的晶闸管整流电路的，而只能用于要求不太高的单相整流装置场合。第27页，课件共123页，创作于2023年2月图4-9单结晶体管实用电路

第28页，课件共123页，创作于2023年2月4.3锯齿波同步触发电路

4.3.1叠加原理叠加原理的方法是，将同步电压与一个或几个直流控制电压叠加，改变晶体管从截止到导通的时刻，达到触发脉冲移相的目的。根据信号叠加的方式不同，可分为串联叠加和并联叠加。

下面以正弦波电压作为同步电压来介绍其工作原理。

第29页，课件共123页，创作于2023年2月串联叠加是将同步电压与各直流电压通过串联相加来控制晶体管的导通时刻。图4-10（a）为串联叠加控制原理图。晶体管V1的基极由正弦波同步电压uS与直流控制电压Uc的不同交点来实现移相，当Uc=0时，近似可认为在ωt2时刻V1管正偏导通，其集电极输出经电容微分产生负脉冲，再由脉冲形成放大电路产生触发脉冲；当Uc=+Uc1时（左“+”右“-”），V1管在ωt3时刻导通，输出触发脉冲；当Uc=-Uc2时（左“-”右“+”），V1管在ωt4时刻输出触发脉冲。如果Uc在±UsM范围变化，则触发脉冲将会在ωt1～ωt5区间内移相，波形如图4-10（b）所示。第30页，课件共123页，创作于2023年2月图4-10串联叠加控制原理(a)原理图；(b)波形

第31页，课件共123页，创作于2023年2月图4-11并联叠加控制原理及转换等效电路

第32页，课件共123页，创作于2023年2月4.3.2锯齿波同步触发电路

图4-12为锯齿波同步触发电路,具有强触发、双脉冲和脉冲封锁等环节，可触发200A的晶闸管。同步电压采用锯齿波时，不直接受电网波动与波形畸变的影响，移相范围宽，在大、中容量中得到广泛应用。锯齿波同步触发电路由锯齿波形成、同步移相与脉冲形成放大两个环节组成，下面分别叙述。第33页，课件共123页，创作于2023年2月图4-12同步电压为锯齿波的触发电路

第34页，课件共123页，创作于2023年2月

1．脉冲形成放大部分图4-12中右下部为脉冲形成放大环节，受同步移相控制，当晶体管V4截止时，V5、V6分别经R14、R13供给足够的基极电流使之饱和导通，因此⑥点电位为-13.7V(二极管正向压降以0.7V，晶体管饱和压降以0.3V计算)，V7、V8处于截止状态，无触发脉冲输出。此时，电容C3经R11→C3→V5发射结→V6→VD4充电至接近30V，极性为左正右负。第35页，课件共123页，创作于2023年2月

2．锯齿波形成、同步移相环节锯齿波同步移相的原理是利用受正弦同步信号电压控制的锯齿波电压作为同步电压，再与直流控制电压Uc和直流偏移电压Ub组成并联控制，进行电流叠加，去控制晶体管V4的截止与饱和导通来实现的。图4-12左面即为锯齿波形成、同步移相电路。电路中采用恒流源（V1、V9、R3、R4）对电容C2充电来形成锯齿波电压。当V2截止时，恒流源电流IC1对C2恒流充电，电容两端电压为第36页，课件共123页，创作于2023年2月其充电斜率为，恒流充电电流。因此，调节电位器RP1即可调节锯齿波斜率。

晶体管V2饱和导通时，由于R5阻值小，电容C2经R5、V2管迅速放电，因此，只要V2管周期性关断导通，电容C2两端就能得到线性很好的锯齿波电压。为了减小锯齿波电压与控制电压Uc、偏移电压Ub之间的影响，锯齿波电压uC2经射极输出与Uc、Ub进行并联叠加，分别通过R7、R8、R9与V4管基极相连。第37页，课件共123页，创作于2023年2月根据电路基础的叠加原理，在分析V4管基极电位时，可看成锯齿波电压ue3（③）、控制电压Uc（正值）、偏移电压Ub（负值）三者单独作用的叠加。当V4基极b4断开，只考虑锯齿波电压ue3时，其等效电路如图4-13(a)所示。直接作用到b4点的电压为

(4-4)第38页，课件共123页，创作于2023年2月图4-13移相控制的等效电路

第39页，课件共123页，创作于2023年2月由此可见，ue3′仍为锯齿波，但斜率比ue3小。同理,只考虑Uc与Ub时，等效电路如图4-13(b)所示，其数值为(4-5)(4-6)所以，V4基极电流有三个分量，即

第40页，课件共123页，创作于2023年2月式中：Rbe4——V4发射结正向电阻；

ub4——合成电压，由时间函数的锯齿波电压与直流电压

（Uc′-Ub′）叠加。

第41页，课件共123页，创作于2023年2月图4-14锯齿波触发电路各点电压波形

第42页，课件共123页，创作于2023年2月

3．其它环节1）强触发晶闸管采用强触发时，可缩短开通时间，提高管子承受电流上升率的能力，有利于改善串、并联元件的动态均压与均流，增加触发的可靠性。因此，在大、中容量系统的触发电路中都带有强触发环节。图4-12中，右上角的强触发环节由单相桥式整流获得近50V的直流电压作电源，在V8导通前，50V直流电源经R19对C6充电，N点电位为50V。当V8导通时，C6经脉冲变压器一次侧、R17与V8迅速放电，由于回路电阻很小，N点电位迅速下降，当N点电位下降到14.3V时,VD10导通,脉冲变压器TP改由+15V稳压电源供电。这时，虽然50V电源也在向C6充电，使C6的电位回升，但由于充电回路时间常数很大，因此N点电位只能被15V电源箝制在14.3V。电容C5的作用是为了提高强触发脉冲前沿。

第43页，课件共123页，创作于2023年2月2）双脉冲形成双脉冲触发是三相全控桥式或带平衡电抗器双反星形电路的特殊要求，要求接连送出两个间隔为60°的窄脉冲去触发晶闸管。产生双脉冲的方法有两种。一种是每个触发电路在每个周期内只产生一个脉冲，而其输出同时触发两个桥臂的晶闸管，这种方法称为“外双脉冲”法。每个触发电路的负载是两个桥臂的晶闸管门极，输出功率与脉冲变压器均要求增大。另一种是每个触发电路在每个周期内连续送出两个间隔为60°的窄脉冲，只供给一个桥臂的晶闸管门极，称为“内双脉冲”法，

此种方法应用较多。

第44页，课件共123页，创作于2023年2月对于三相全控桥式整流主电路，电源a、b、c为正相序时，则元件触发的次序为VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6，彼此相隔60°。为了得到内双脉冲，6块触发板的X、Y端可按图4-15所示方式连接，使后相的X端与前相的Y端相连。这样，当2CF触发电路工作，对VT2管发出第一个脉冲Ug2的同时，由X端到1CF的Y端送出负跳变，使1CF对VT1补发一个滞后60°的附加脉冲。依此类推，每一块触发块都能输出相隔60°的两只窄脉冲，保证三相桥式电路正常工作。第45页，课件共123页，创作于2023年2月图4-15触发电路X、Y端的连接

第46页，课件共123页，创作于2023年2月需要特别强调的是：使用这种触发电路的晶闸管装置，要求三相电源有确定的相序。在新装置安装使用时，必须先确定电源的相序，按照装置要求正确连接后才能正常使用。如电源的相序接反了，虽然装置的主电路与同步变压器同时反相序，同步没有破坏，但因主电路晶闸管的导通次序在管子下标不变时，改为VT6→VT5→VT4→VT3→VT2→VT1，与原来正好相反，即原来先导通的管子变成后导通。此时，6个触发电路的X、Y端之间的连接关系未变。由于管子先后导通次序反了，使得原来由后相对前相补发附加脉冲变为前相对后相补发附加脉冲，使补发的附加脉冲变为触发脉冲，导致原来调整好的脉冲移相范围向左（前）移60°，因此出现控制电压Uc减小时，Ud仍有较大数值，Uc增大时,Ud出现间隔为60°的两次最大值，使装置不能正常工作。第47页，课件共123页，创作于2023年2月3）脉冲封锁在事故情况下或在可逆逻辑无环流系统中，要求一组晶闸管桥路工作，另一组桥路封锁，这时可将脉冲封锁引出端接零电位或负电位，则晶体管V7、V8就无法导通，触发脉冲无法输出。串接二极管VD5是为了防止封锁引出端接地时，经V5、V6和VD4到-15V端之间产生大电流通路。从以上分析可知，锯齿波同步触发脉冲不受电网电压波动与波形畸变的直接影响，抗干扰能力强，而且移相范围宽。它的缺点是：整流装置的输出电压Ud与控制电压Uc之间不是线性关系，

电路比较复杂。

第48页，课件共123页，创作于2023年2月4.4集成触发电路的应用

4.4.1KC04集成移相触发器图4-16为KC04集成移相触发器的内部原理图。

第49页，课件共123页，创作于2023年2月图4-16KC04集成移相触发器电路图

第50页，课件共123页，创作于2023年2月它与分立元件组成的锯齿波同步触发电路一样，由同步信号、锯齿波产生、移相控制、脉冲形成和整形放大输出等环节组成。管脚7、8通过R4接同步电压us，在us过零点时，V1、V2、V3均截止，V4饱和导通使积分电容C1放电。同步电压过零结束后V4恢复截止，积分电容C1接在V5的集电极与基极，组成密勒积分。这是一种电容负反馈的锯齿波发生器，在V4截止瞬间，±15V电源经R10、R6、RP1向电容C1充电，V5管集电极电位升高。V5管从饱和状态过渡到放大状态，基极电流减小，集电极电流也相应下降，使流经C1、、R6、RP1的电流基本恒定，V5管集电极电位升高到得到锯齿波电压。RP1是调节锯齿波斜率的电位器。锯齿波电压uC5与偏移电压Ub（-）、控制电压UC（+）在V6基极并联综合，改变US值V6导通时刻随之改变。V7截止时间即为输出脉冲的宽度，由R8、C2值决定。第51页，课件共123页，创作于2023年2月V7集电极每个周期输出相隔180°的两个脉冲，经脉冲选择环节，V8和V12分别截去负半周和正半周的脉冲，使1＃脚输出正脉冲，15＃脚输出负脉冲，13＃、14＃脚提供脉冲列调制和脉冲封锁控制端。KC04的同步电压可以是任意值，限流电阻R4按下式估算：

对于不同值的控制电压Uc与偏移电压Ub，只要改变电阻R1、R2的比例，则仍可工作。若此触发电路的控制电压Uc增加，则晶闸管输出电压Ud也增加。第52页，课件共123页，创作于2023年2月KC04集成移相触发器主要用于单相或三相全控桥式装置。其主要技术数据如下：电源电压：DC±15V，允许波动±5%电源电流：正电流≤15mA，负电流≤8mA移相范围：≥170°（同步电压=30V，R4=15kΩ）

脉冲宽度：400μs～2ms脉冲幅值：≥13V最大输出能力：100mA正负半周脉冲相位不均衡范围：±3°环境温度：-15°～70°KC09是KC04的改进型，

二者可互换使用。KC04电路各点的电压波形如图4-17所示。

第53页，课件共123页，创作于2023年2月图4-17KC04电路各点的电压波形

第54页，课件共123页，创作于2023年2月4.4.2KC41C六路双脉冲形成器KC41C与3块KC04（KC09）可组成三相全控桥双脉冲触发电路，内部电路如图4-18所示。其1＃～6＃脚接3块KC04的6个脉冲输出（Ai、-Ci、B、-Ai、Ci、-Bi）。每个脉冲由输入二极管送到本相与前相形成双脉冲，再由6个三极管放大，从10＃～15＃脚输出。如外接3DK4作为功率放大器，则可得到800mA的触发脉冲电流。本脉冲形成器还具有控制脉冲封锁的功能，当7＃脚接地或处于低电位时，开关管V7截止，各路可正常输出脉冲；当7＃脚接高电位或悬空时，V7饱和导通，封锁脉冲输出。KC41C的内部电路结构及外部接线图如图4-19所示。第55页，课件共123页，创作于2023年2月图4-18三相全控桥集成触发电路第56页，课件共123页，创作于2023年2月图4-19KC41C六路双脉冲形成器(a)电路图；(b)外部接线图

第57页，课件共123页，创作于2023年2月4.4.3TC787（788）集成移相触发器1．TC787（788）集成移相触发器的特点(1)电路单、双电源均可工作，单电源8～18V，双电源±4～±9V。(2)三相触发脉冲调相角可在0°~80°之间连续同步改变。(3)识别零点可靠，可方便地用作过零开关。(4)器件内部设计有交相锁定电路，抗干扰能力强。(5)既可用于三相全控触发，也可用于三相半控触发。(6)电路具有输出保护禁止端，可在过流过压时保护系统安全。(7)TC787输出为调制脉冲列，TC788输出为方波。A型器件典型应用于同步信号为50Hz；B型器件典型应用于同步信号为400Hz。(8)调制脉冲或方波的宽度可通过改变外接电容Cx进行选择。第58页，课件共123页，创作于2023年2月2．TC787的引脚排列及功能

图4-20TC787(788)引脚排列图

第59页，课件共123页，创作于2023年2月各引脚的名称、功能及用法如下所述：(1)同步电压输入端：引脚1（Vc）、引脚2（Vb）及引脚18（Va）分别为三相同步电压连接端，应用中分别接经输入滤波后的三相同步电压。同步电压的峰值不应超过TC787（788）的工作电源电压UDD。第60页，课件共123页，创作于2023年2月(2)脉冲输出端：在半控单脉冲工作模式下，引脚8（C）、10（B）、12（A）分别为三相同步电压正半周对应的同相触发脉冲输出端,而引脚7（-B）、9（-A）、11（-C）分别为三相同步电压正半周对应的反相触发脉冲输出端。当TC787（788）被设置为全控双窄脉冲工作方式时，引脚8为三相同步电压中C相正半周和B相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚12为三相同步电压中A相正半周和C相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚11为三相同步电压中B相正半周和C相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚9为三相同步电压中C相正半周和A相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚7为三相同步电压中A相正半周和B相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚10为三相同步电压中B相正半周和A相负半周对应的两个脉冲输出端。应用中，均接脉冲功率放大环节或脉冲变压器驱动开关管的控制极。第61页，课件共123页，创作于2023年2月(3)控制端：引脚5（Pi）为输出脉冲封锁端。该端用于故障状态下封锁TC787（788）的输出，高电平有效，应用中接保护电路的输出。引脚14（Cb）、15（Cc）、16（Ca）分别为对应三相同步电压的锯齿波电容连接端。该端连接的电容值的大小决定了移相锯齿波的斜率和幅值。应用中，分别通过一个相同容量的电容值接地。引脚6（Pc）为TC787（788）工作方式设置端。当该端接高电平时，TC787（788）输出双列脉冲列，而接低电平时，输出单列脉冲列。第62页，课件共123页，创作于2023年2月引脚4（Vr）为移相控制电压输入端。该端输入电压的高低直接决定着TC787（788）输出脉冲的移相范围。应用中，接给定环节输出，其电压幅值最大为TC787（788）的工作电压UDD。引脚13（Cx）端连接的电容C1的容量决定着TC787（788）输出脉冲的宽度，C1的容量越大，则输出的脉冲越宽。

第63页，课件共123页，创作于2023年2月(4)电源端：TC787（788）可单电源工作，也可双电源工作。单电源工作时，引脚3（VCC）接地，而引脚17（VDD）推荐施加的电压为8～18V。双电源工作时，引脚3（VCC）接负电源，允许施加的电压为-4~-9V；引脚17（VDD）接正电源，允许施加的电压为4~9V。

第64页，课件共123页，创作于2023年2月

3．TC787（788）典型应用电路图4-21给出了TC787单电源工作时的典型接线图。这种使用方法需要加一些外部辅助元件。其中，图中电容C2、C4及C6为隔直耦合电容；每路的2只R电阻为同步输入端建立中点偏压；C1、C3及C5与R1～R9构成滤波环节，用于滤除同步电压中的毛刺。另外，调节RP1～RP3三个电位器，可实现0°～60°的移相，从而适应不同主变压器接法的需要。第65页，课件共123页，创作于2023年2月图4-21TC787单电源工作时的典型接线图

第66页，课件共123页，创作于2023年2月4．TC787（788）极限值和推荐工作条件TC787（788）极限值和推荐工作条件如表4-2所示。

表4-2极限值和推荐工作条件

第67页，课件共123页，创作于2023年2月说明：（1）在同步信号为50Hz时，电容Ca、Cb、Cc建议采用0.15μF电容，相对误差小于5%，以锯齿波线性好、幅度大、不平顶为宜。幅度小可减小电容值，产生平顶则增大电容值。（2）电容Cx决定调制脉冲或输出方波的宽度，用0.01μF电容，脉冲宽度约为1ms。（3）在同步信号为50Hz的情况下，如希望输出调制脉冲或方波在0°～80°范围满幅可调，则Cx的值应大于0.1μF。（4）实际使用时的PR1、PR2和PR3的均衡调节非常重要。一般情况下，只有通过细致的调整才能保证三相输出的一致性。

第68页，课件共123页，创作于2023年2月4.5基于MCU的触发电路及其应用

图4-22所示是基于MCU的数字触发器。它采用自带转换通道的MCS-96系列单片机，具有高速输入口HSI和高速输出口HSO，对于脉冲的检测和生成极其方便。其中六路并行的高速输出HSO可以按程序规定的时间去触发某一事件。当HSO的触发时刻在内容定址存储区CAM中确定以后，规定的时间一到，在HSO端口上即可产生触发脉冲，而且触发脉冲的上升沿和下降沿产生的时刻可以同时设定。利用HSO的这一特点，能够很方便地构成晶闸管整流器的触发电路。

第69页，课件共123页，创作于2023年2月图4-22基于MCU的数字触发器

第70页，课件共123页，创作于2023年2月4.5.1触发器的硬件设计1．同步脉冲产生电路在各种晶闸管整流电路中，各晶闸管的触发脉冲必须与加在晶闸管上的交流主电源电压有相对固定的相位关系（即各管的触发时刻与主电源电压的某一个固定的相位点之间相差一个控制角α），对应这一触发时刻的脉冲称为同步脉冲，完成这一任务的电路就是同步脉冲产生电路。数字触发器根据同步脉冲的不同触发方式分为绝对触发和相对触发方式。所谓绝对触发方式是指每一触发脉冲的形成时刻均由同步基准决定，这在三相桥式电路中就需要有六个同步基准交流电压；而相对触发方式仅需一个同步基准。当第一个脉冲由同步基准产生后，再以第一个触发脉冲作为下一个触发脉冲的基准。在三相桥式电路中，两相邻触发脉冲之间相差60°电角度，但由于电网频率会在50Hz附近波动，因此必须进行电网周期的跟踪测量。第71页，课件共123页，创作于2023年2月同步脉冲电压可以用相电压Ua，也可以用线电压Uac。当用线电压Uac作为同步电压时，同步基准在三相桥式电路中，它的上跳沿正好是α=0°的基准；而当用相电压Ua作同步电压时，就有-30°的相位差。在本装置的同步脉冲电路中，以线电压Uac作为同步电压，电路如图4-23所示。线电压Uac经降压后加至LM339组成的电压比较器，输出高、低电平等宽的方波，经光电隔离器TIL117及电容、电阻组成的微分电路，形成微分信号，这个微分信号就是同步相位脉冲，其周期为电网的周期。第72页，课件共123页，创作于2023年2月图4-23同步脉冲产生电路

第73页，课件共123页，创作于2023年2月

2．触发脉冲隔离、驱动与输出电路为了防止干扰和满足晶闸管的门极对触发脉冲功率的要求，由单片机发出的触发脉冲必须经隔离、驱动才能加至晶闸管的门极。此电路由缓冲器、光电隔离器、变压器等器件组成，

如图4-24所示。

当单片机8096的高速输出口HSO无脉冲信号时，光电隔离器TIL117截止，三极管BG截止，变压器无脉冲输出；当HSO有脉冲信号时，光电隔离器TIL117导通，从而使相应的三极管BG导通，这样触发脉冲经脉冲变压器T输出，促使晶闸管触发导通。

第74页，课件共123页，创作于2023年2月图4-24脉冲隔离、

驱动输出电路

第75页，课件共123页，创作于2023年2月3．输入信号预处理电路输入信号预处理电路的主要作用是产生脉冲移相控制信号。由于8096具有四路10位A/D转换通道，因此不需要再外接A/D转换电路。但8096单片机A/D转换器对外加控制电压有一定要求，它只允许0～+5V的标准电压进行转换。而实际的输入不仅有幅值的大小不同，而且有极性的不同，因此需设置输入信号预处理电路。它的任务主要是判断输入信号的极性，提取输入信号的幅值，将外加电压信号转换成0～5V的标准电压信号。此外，在微机数字触发器电路中，由于8096单片机具有64KB的寻址空间，除了256个内部特殊存储器外，其余空间均需扩展，因此硬件电路中还包括用来存放系统控制程序、实时采样数据、各种中间结果等的存储器扩展电路，以及复位电路、模拟基准高精度5V电源、12MHz晶振和用于显示的单片机附属电路。

第76页，课件共123页，创作于2023年2月4.5.2触发器的软件设计1．主程序主程序是系统程序，主要完成系统初始化、α角度的显示及等待中断等功能。主程序流程图如图4-25所示。

图4-25主程序流程图

第77页，课件共123页，创作于2023年2月

2．脉冲同步与移相

在此装置中，当同步脉冲信号的上跳沿发生时，80C96的HSI.0中断立即响应，获取并计算α值，以实现脉冲的同步与移相。利用相邻同步信号上升沿之间的时间差来计算电网周期。设前一个同步脉冲基准到来时定时器T1计数值为t1，当前同步基准到来时定时器T1计数值为t2，则电网周期T=t2-t1。单位电角度对应时间为T/360°；电角度对应的时间T1U=αT/360°，T1U即为在同步脉冲上升沿发生后第一个脉冲触发时间。第一个脉冲产生时间的变化就意味着脉冲移相。脉冲同步与移相的子程序框图如图4-26所示。第78页，课件共123页，创作于2023年2月图4-26脉冲同步与移相的子程序框图

第79页，课件共123页，创作于2023年2月

3．脉冲的形成与输出利用8096软件定时器、高速输出通道HSO和高速输入通道HSI的功能，采用软件定时中断方式，可在HSO口实现六路触发脉冲的输出。当同步信号的正跳沿发生时，立即引起HSI.0外中断，由脉冲同步与移相的子程序计算每周期第一个脉冲上升沿对应的定时值T1U。脉冲下降沿定时值T1D由其脉宽决定，设脉宽对应的电角度为15°，则T1D=（α+15°）T/360°。将T1U、T1D值置入HSO的内容定址存储区CAM中，HSO通过与定时器T1比较，在T1U时刻输出高电平，在T1D时刻输出低电平，这样就形成了1号触发脉冲。第80页，课件共123页，创作于2023年2月当1号脉冲上升沿到来时，HSO产生中断，根据当前值，加上两相邻脉冲之间的相位差Δα（在三相桥电路中Δα=60°），则2号脉冲的定时值为：上升沿定时值T2U=（α+60°）T/360°，下降沿定时值T2D=(α+75°)T/360°。同理，当2号至5号脉冲的上升沿产生时，也分别引起HSO中断，产生3号至6号触发脉冲。中断服务程序流程图见图4-27。

第81页，课件共123页，创作于2023年2月图4-27HSI.0中断服务程序流程图第82页，课件共123页，创作于2023年2月4.6集成数字式触发电路

4.6.1集成数字式移相触发电路的工作原理集成数字式移相触发电路的工作原理框图如图4-28所示。

图4-28集成数字式移相触发电路的工作原理框图

第83页，课件共123页，创作于2023年2月图中，A/D为模拟转换器，它将控制电压Uc转换为与Uc成正比的脉冲。当Uc=0时，计数脉冲频率f1=13～14kHz;Uc=10V时，f1=130～140kHz。将此频率的脉冲分别送到三个分频器f1/f2（7位二进制计数器），分频器每输入128个脉冲后输出第一个正弦波同步电压，经滤波、相移器补偿相移后削波限幅，形成梯形同步电压UT。UT过零时对分频计数器清零，同时使脉冲发生器接触封锁，使A/D输入计算器的脉冲开始计数，在记至128个脉冲时，脉冲发生器输出触发脉冲。Uc电压升高，脉冲频率f1、f2增大，同时出现128个脉冲的时间缩短，使产生第一脉冲的时间提前即α减小。发生器每半周输出脉冲经脉冲选择整形放大，正半周输出脉冲触发其阴极组晶闸管，负半周输出脉冲触发其阳极组管子，达到三相桥式高精度移相触发控制的目的。第84页，课件共123页，创作于2023年2月4.6.2集成数字触发电路的应用1．三相全数字移相触发集成芯片JH001JH001是对大、中型功率电机进行功率控制的全数字专用集成电路芯片，用一直流电平来控制两路与输入同步的正弦信号的正、负半周，分别对应调制脉冲平滑地由180°移动到0°，来控制晶闸管的导通角，达到调节功率输出的目的。芯片采用先进的硅栅CMOS工艺。本产品质量可靠，性能优良，使用方便，在工业上有广泛的用途，是控制盒中的核心芯片。

产品采用28脚SOP形式封装，

如图4-29所示。

第85页，课件共123页，创作于2023年2月图4-29JH001芯片引脚图

第86页，课件共123页，创作于2023年2月2．电路描述JH001的电路原理框图如图4-30所示。

图4-30JH001原理框图

第87页，课件共123页，创作于2023年2月正弦同步信号通过过零比较器形成与正弦信号相位一致的矩形波。在矩形波的前沿时刻置过零比较器的输出高电平至信号触发器。直流控制信号通过A/D变换形成9位的数字量，为减数计数器提供初值。在信号触发器过零脉冲的控制下，计数器对计数初值进行减数，当计数器减为零时，信号触发器输出翻转，控制脉冲调制器产生触发脉冲输出，以达到控制相位的目的。

第88页，课件共123页，创作于2023年2月3．性能特点

·JH001无相序要求的限制，由电路对输入的47～63Hz三相同步信号进行识别，使输出脉冲相序同主电源相序一致，保证主电路输入端子可任意互换。

·相移由输入直流电平连续调节，相移范围不小于176°。

·输出脉冲信号用100～125kHz方波调制，且有两种脉冲工作模式：双窄脉冲模式，脉宽27°，两脉冲前沿间隔60°；单宽脉冲模式，脉宽87°。

·每路输出可为负载提供25mA驱动电流。

第89页，课件共123页，创作于2023年2月

·带有全通控制端及输出禁止端。

·具有缺相保护功能，设有三路保护输入端子。有相线断开时切断输出，同时点亮相应的LED指示。电路加电后处于正常工作状态，保护电路动作切断输出后，必须手动复位才能再次正常工作。

·工作温度：-25～85℃。

第90页，课件共123页，创作于2023年2月4．

性能规范

表4-3性能规范

第91页，课件共123页，创作于2023年2月5．管脚描述JH001的管脚功能如表4-4所示。

表4-4管

脚

功

能

表

第92页，课件共123页，创作于2023年2月表4-4管

脚

功

能

表

第93页，课件共123页，创作于2023年2月4.7触发脉冲与主电路电压的同步

4.7.1定相的概念由以上分析可知，触发脉冲必须在管子阳极电压为正时的某一区间内出现，晶闸管元件才能被触发导通。而在常用的锯齿波移相触发电路中，送出脉冲的时刻是由接到触发电路不同相位的同步电压us来定位的，由控制电压Uc与偏移电压Ub的大小来决定移相。因此，必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位，为各触发电路提供特定相位的同步信号电压，才能使触发电路分别在各晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲，以确保整流电路正常工作。这种正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步信号电压的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。

第94页，课件共123页，创作于2023年2月现以三相全控桥式电路来说明，图4-31(a)为其主电路。电网电压UA1、UB1、UC1经整流变压器TR供给整流桥，对应三相电压为UA、UB、UC，波形如图4-31（c）所示。假定控制角α=0，则ug1～ug6六个触发脉冲出现在各自的自然换流点ωt1～ωt6，依次相隔60°。为了得到六个相位差均为60°的同步电压，通常采用具有两组二次侧的三相变压器，六个二次电压分送到六个触发电路，如图4-31（b）所示。第95页，课件共123页，创作于2023年2月图4-31三相全控桥主电路与触发电路的同步说明图

第96页，课件共123页，创作于2023年2月4.7.2定相的原理及确定方法

晶闸管整流装置是通过三相同步变压器的不同连接方式或配合阻容滤波产生的移相，得到所需相位的同步电压。三相变压器绕组可接成星形或三角形。由于同步变压器二次绕组要分别接至六个触发电路，有公共接地端，二次侧不允许接成三角形，因此同步变压器只有Dy（△/Y）与Yy（Y/Y）两种接线型式。三相同步变压器共有12种接法，可用终点数来表示。以变压器一次侧任一线电压为参考矢量，垂直向上作为钟面长针指在12点钟位置，然后根据相位差画出对应二次线电压矢量作为短针，短针指在几点钟就称几点钟接法。如短针指在3点钟，从矢量逆时针旋转来看，短针滞后长针90°，说明此种接法变压器二次侧线电压滞后对应的一次侧线电压90°。三相同步变压器12种接法与钟点表示列于图4-32。第97页，课件共123页，创作于2023年2月图4-32三相同步变压器的接法与钟点数

第98页，课件共123页，创作于2023年2月4.7.3具体电路中的应用实现同步的具体步骤如下：(1)根据不同触发电路与脉冲移相范围的要求，确定同步信号电压US与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系。(2)根据整流变压器TR的接法与钟点数，以电网某线电压作参考矢量，画出整流变压器二次侧也就是晶闸管阳极电压的矢量位置;再根据步骤(1)确定的US与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系，画出对应的同步相电压与线电压矢量。第99页，课件共123页，创作于2023年2月(3)根据同步变压器一次、二次线电压位置，定出同步变压器TS的钟点数与接法;然后只需把同步变压器二次电压USA、USB、USC分别接晶闸管VT1、VT2、VT3的触发电路：US（-A）、US（-B）、US（-C）。

第100页，课件共123页，创作于2023年2月

例三相全控桥式整流电路，整流变压器TR为Dy5（△/Y-5）接法，采用NPN锯齿波移相的触发电路，要求电路工作在整流与逆变状态。同步变压器TS二次电压US经阻容滤波后为Us′，再接到触发电路，Us′滞后Us30°，电路如图4-33（a）所示。试求：①同步信号线电压USA与对应晶闸管阳极电压UA的相位关系。②确定同步变压器TS的终点数与接法。第101页，课件共123页，创作于2023年2月解：①NPN锯齿波移相电路要求同步电压

滞后对应晶闸管阳极电压UA180°，由于滤波已滞后30°，故同步信号电压USA滞后UA150°。

②根据整流变压器TR为Dy5（Δ/Y-5）接法，画出一次电压矢量图，晶闸管VT1的阳极电压UA与电网线电压UA1B1反相，再在滞后UA150°的位置画出USA，超前USA30°位置画出USAB，即在10点钟位置。US（-AB）在4点钟位置如图b所示，因变压器终点数为双数，因此，一、二次相同接法，所以同步变压器两组连接分别为Yy10（Y/Y-10）与Yy（Y/Y-4）连接如图（c）所示。USA、USB、USC接VT1、VT3、VT5管触发电路；US(-A)、US(-B)、US(-C)接VT4、VT6、VT2管触发电路，电路即能正常工作。第102页，课件共123页，创作于2023年2月图4-33NPN管锯齿波移相、

带滤波触发电路的同步

第103页，课件共123页，创作于2023年2月4.7.4脉冲变压器的选择及注意事项1．脉冲变压器触发电路的输出级中常采用脉冲变压器，它的主要用途为：①起阻抗匹配作用，降低脉冲电压幅值,增大输出电流，以更好地触发晶闸管；②可改变脉冲正负极性或同时送出两组独立脉冲；③将低电压的触发电路与高电压的主电路在电气上加以隔离，有利于防止干扰与保证安全，并且可使触发器之间在电气上隔离。根据工程实践经验，若主电路电压在500V以上，则脉冲变压器的耐压能力应不低于3kV。由于脉冲变压器要求体积小,结构紧凑，漏感尽量小，一次与二次侧之间的耐压高，因此在设计上要有专门要求。

第104页，课件共123页，创作于2023年2月脉冲变压器与一般变压器的主要区别在于：一般变压器传递的是交流正弦电压，而脉冲变压器传递的是前沿陡峭的单方向脉冲电压。若要求传递脉冲信号不失真，则与脉冲变压器的铁心材料和制造工艺有重要关系，现分析如下。

1）一般变压器传递的是交流正弦电压：其铁芯在交流激磁电流作用下，如图4-38中沿着磁滞回线①工作，最大磁密变化为△B=+Bm-（-Bm）=2Bm。而单向脉冲的磁滞回线为曲线②所示（Br为剩磁密），△B=+Bm-Br，要小得多。故脉冲变压器的铁芯未能充分利用。为了提高铁心利用率，要求剩磁密Br低、最大磁密Bm和导磁率μ要求高。因此脉冲变压器的铁心截面要选得大一些，材料要好一些，如冷轧硅钢片或坡莫合金、铁淦氧，在要求不高的场合，也可用热轧硅钢片。在设计脉冲变压器时，不能使最大工作磁密Bm达到铁心的饱和磁密BS，因为这时的激磁电流极大，通常取Bm≤（0.8~0.85）BS。为了减小剩磁密Br，甚至故意使变压器有一点气隙。

第105页，课件共123页，创作于2023年2月图4-34铁心的磁化曲线第106页，课件共123页，创作于2023年2月(2)脉冲变压器传递的波形是前沿陡峭、顶部平坦的脉冲波形。前沿电压（电流）变化大，在谐波展开中相当于高次谐波分量；平顶电压变化小，相当于低频和直流分量。它们对变压器的要求不高，现分述如下。①变压器的漏抗对脉冲前沿的影响。分析方法与普通变压器一样，脉冲变压器的等效电路如图4-35（a）所示。

第107页，课件共123页，创作于2023年2月图4-35脉冲变压器的等效电路第108页，课件共123页，创作于2023年2月图中R1、LB1为一次绕组电阻与漏感；R2、LB2为折算到一次侧的二次侧电阻与漏感；R0为铁损等效电阻，因脉冲变压器的铁损小，分析时可略去；L0为变压器励磁电感；Rg为变压器二次负载电阻，近似为晶闸管的门极电阻折算到初级的值。对于脉冲前言，L0产生的感抗很大可看成开路，电路简化为图4-39（b），图中R=R1+R2=LB1+LB2。列出图4-39（b）的电压方程，得第109页，课件共123页，创作于2023年2月输出电压

（4-7）

式中，

，

为脉冲前沿时间常数。

由式（4-7）可见，脉冲变压器要传递前沿很陡的信号，除了触发电路输出极晶体管采用开关管、设法提高输入脉冲Usr的前沿外