1、第三章 晶閘管的觸發電路 學習目標學習目標 1. 能根據晶閘管主電路的特點選擇能根據晶閘管主電路的特點選擇合適的觸發電路，并能進行正確地合適的觸發電路，并能進行正確地連接與調試。連接與調試。 2. 熟悉幾種常用觸發電路的組成和熟悉幾種常用觸發電路的組成和工作原理。工作原理。 3. 能用示波器測試觸發電路關鍵點能用示波器測試觸發電路關鍵點的波形，根據現象能夠排除觸發電的波形，根據現象能夠排除觸發電路的故障。路的故障。常見的觸發脈沖電壓波形常見的觸發脈沖電壓波形 3-1 3-1 常見的觸發脈沖電壓波形常見的觸發脈沖電壓波形 a) a)正弦波正弦波 b) b)尖脈沖尖脈沖 c) c)方脈沖方脈沖 d

2、) d)強強觸發脈沖觸發脈沖 e) e)脈沖列脈沖列第一節第一節 單結晶體管觸發電路單結晶體管觸發電路 一、單結晶體管 圖3-2單結晶體管 a)結構示意 b)等效電路 c)圖形符號 d)外形及管腳 用萬用表來判別單結晶體管的好壞：選擇R1k電阻擋進行測量，若某個電極與另外兩個電極的正向電阻小于反向電阻，則該電極為發射極e，接著測量另外兩個電極的正反向電阻值應該相等。 單結晶體管的伏安特性單結晶體管的伏安特性 圖3-3 單結晶體管伏安特性 a)單結晶體管實驗電路 b)單結晶體管伏安特性 c)特性曲線族 二、單結晶體管自激振蕩電路二、單結晶體管自激振蕩電路 利用單結晶體管的負阻特性和RC電路的充放

3、電特性，可以組成單結晶體管自激振蕩電路，如圖3-4所示。 圖3-4 單結晶體管自激振蕩電路及波形 滿足電路振蕩的滿足電路振蕩的ReRe的取值范圍為的取值范圍為 為了防止為了防止ReRe取值過小電路不能振蕩，一般取一固定電阻取值過小電路不能振蕩，一般取一固定電阻r r與另一可調電阻與另一可調電阻ReRe串聯，以調整到滿足振蕩條件的合適頻率。串聯，以調整到滿足振蕩條件的合適頻率。若忽略電容若忽略電容C C放電時間，電路的自激振蕩頻率近似為放電時間，電路的自激振蕩頻率近似為VVePPIUERIUE11ln11eCRTf 三、具有同步環節的單結晶體管觸發電路三、具有同步環節的單結晶體管觸發電路 圖3-

4、5 單結晶體管同步觸發電路 圖圖3-53-5是加了同步環節的單結晶體管觸發電路，主電路是加了同步環節的單結晶體管觸發電路，主電路為單相半波整流電路。要求圖中為單相半波整流電路。要求圖中VTVT在每個周期內以同樣在每個周期內以同樣的觸發延遲角的觸發延遲角被觸發導通，即觸發脈沖必須在電源電被觸發導通，即觸發脈沖必須在電源電壓每次過零后滯后壓每次過零后滯后角出現。為了使觸發脈沖與電源電角出現。為了使觸發脈沖與電源電壓的相位配合需要同步，我們采用一個同步變壓器，它壓的相位配合需要同步，我們采用一個同步變壓器，它的一次側接主電路電源，二次側經二極管半波整流、穩的一次側接主電路電源，二次側經二極管半波整流

5、、穩壓削波后得梯形波，作為觸發電路電源，也作為同步信壓削波后得梯形波，作為觸發電路電源，也作為同步信號。當主電路電壓過零時，觸發電路的同步電壓也過零，號。當主電路電壓過零時，觸發電路的同步電壓也過零，單結晶體管的單結晶體管的UbbUbb電壓也降為零，使電容電壓也降為零，使電容C C放電到零，保放電到零，保證了下一個周期電容證了下一個周期電容C C從零開始充電，起到了同步作用。從零開始充電，起到了同步作用。從圖從圖3-5b3-5b可以看出，每周期中電容可以看出，每周期中電容C C的充放電不止一次，的充放電不止一次，晶閘管由第一個脈沖觸發導通，后面的脈沖不起作用。晶閘管由第一個脈沖觸發導通，后面的

6、脈沖不起作用。改變改變ReRe的大小，可改變電容充電速度，也就改變了第一的大小，可改變電容充電速度，也就改變了第一個脈沖出現的角度，達到調節個脈沖出現的角度，達到調節角的目的。角的目的。 實際應用中，常用晶體管實際應用中，常用晶體管V V代替可調電阻器代替可調電阻器ReRe，以便實現自動移相，以便實現自動移相，同時脈沖的輸出一般通過脈沖變壓器同時脈沖的輸出一般通過脈沖變壓器TPTP，以實現觸發電路與主電路的電，以實現觸發電路與主電路的電氣隔離，如圖氣隔離，如圖3-63-6所示。所示。 圖圖3-6 3-6 帶輸出脈沖變壓器的單結晶體管觸發電路帶輸出脈沖變壓器的單結晶體管觸發電路第二節第二節 同步

7、電壓為鋸齒波的觸發電路同步電壓為鋸齒波的觸發電路 一、鋸齒波同步觸發電路組成一、鋸齒波同步觸發電路組成 圖圖3-73-7為鋸齒波同步觸發電路，該電路由以下五個基本為鋸齒波同步觸發電路，該電路由以下五個基本環節組成：同步環節。鋸齒環節組成：同步環節。鋸齒 波形成及脈沖移相環波形成及脈沖移相環節。脈沖形成、放大和輸出環節。雙脈沖形成環節。節。脈沖形成、放大和輸出環節。雙脈沖形成環節。強觸發環節。強觸發環節。鋸齒波同步觸發電路鋸齒波同步觸發電路 圖圖3-7 3-7 同步電壓為鋸齒波的觸發電路同步電壓為鋸齒波的觸發電路CSBIi二、工作原理波形分析二、工作原理波形分析 圖圖3-8 3-8 鋸齒波觸發電

8、路各點電鋸齒波觸發電路各點電壓波形壓波形 三、雙脈沖形成環節三、雙脈沖形成環節 對于三相全控橋電路，電源三相對于三相全控橋電路，電源三相U U、V V、W W為正相序時，為正相序時，6 6只晶閘管的觸發順序為只晶閘管的觸發順序為VT1 VT2VT3VT4VT5VT6VT1 VT2VT3VT4VT5VT6彼此間隔彼此間隔6060，為了得到雙脈沖，為了得到雙脈沖，6 6塊觸發板的塊觸發板的X X、Y Y可按可按圖圖3-93-9所示方式連接，即后相的所示方式連接，即后相的X X端與前相的端與前相的Y Y端相連。端相連。 圖圖3-9 3-9 實現雙脈沖連接的示意圖實現雙脈沖連接的示意圖 第三節第三節

9、集成觸發電路集成觸發電路 一、一、KC04KC04、KC41CKC41C組成的三相集成觸發電組成的三相集成觸發電路路 如圖如圖3-103-10所示，由三塊所示，由三塊KC04KC04與一塊與一塊KC41CKC41C外加少量分立元器件，可以組成三相全控橋外加少量分立元器件，可以組成三相全控橋的集成觸發電路，它比分立元器件電路要簡的集成觸發電路，它比分立元器件電路要簡單得多。單得多。 圖圖3-10 3-10 三相全控橋雙窄三相全控橋雙窄 脈沖集成觸發電路脈沖集成觸發電路 1 1KC04KC04移相觸發器移相觸發器 KC04 KC04與分立元器件的鋸與分立元器件的鋸齒波觸發電路相似，也是由同齒波觸發

10、電路相似，也是由同步、鋸齒波形成、移相控制、步、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成及放大輸出等環節組脈沖形成及放大輸出等環節組成。該器件適用于單相、三相成。該器件適用于單相、三相全控橋式裝置中作晶閘管雙路全控橋式裝置中作晶閘管雙路脈沖相控觸發。脈沖相控觸發。 圖圖3-11 KC043-11 KC04與與KC41CKC41C電路各點電壓波形電路各點電壓波形 2 2KC41CKC41C六路雙脈沖形成器六路雙脈沖形成器 圖圖3-12 KC41C3-12 KC41C內部電路及封裝外形內部電路及封裝外形 二、集成電路二、集成電路MC787MC787和和MC788 MC788 集成電路集成電路MC787MC7

11、87和和MC788MC788與與KCKC系列相比較，具有功能強、外系列相比較，具有功能強、外接元器件少、不需要雙電源供電、功耗少等多項優點，對于接元器件少、不需要雙電源供電、功耗少等多項優點，對于電力電子產品的小型化和方便設計具有重要意義。圖電力電子產品的小型化和方便設計具有重要意義。圖3-133-13為為該電路的結構框圖。該電路的結構框圖。圖圖3-13 MC7873-13 MC787和和MC788MC788內部電路的結構框圖內部電路的結構框圖 集成塊由同步過零電路和極性檢測電路、鋸齒波形成電路、比較電集成塊由同步過零電路和極性檢測電路、鋸齒波形成電路、比較電路、抗干擾鎖定電路、路、抗干擾鎖定

12、電路、 調制脈沖發生器、脈沖形成電路、脈沖分配及調制脈沖發生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅動電路組成。電路采用單電源供電，同步電壓的零點設計在驅動電路組成。電路采用單電源供電，同步電壓的零點設計在1 12 2電源電源電壓處。三相同步電壓信號經電壓處。三相同步電壓信號經T T形網絡進入過零檢測和極性判別電路，檢形網絡進入過零檢測和極性判別電路，檢測出零點和極性后，在鋸齒波形成電路的測出零點和極性后，在鋸齒波形成電路的CUCU、CVCV、CWCW三個電容上積分形三個電容上積分形成鋸齒波。鋸齒波形成電路由于采用集中式恒流源，相對誤差很小，具成鋸齒波。鋸齒波形成電路由于采用集中式恒流源，相對誤差很小，

13、具有良好的線性度和一致性。因此要求選取的積分電容的相對誤差也應較有良好的線性度和一致性。因此要求選取的積分電容的相對誤差也應較小。小。 鋸齒波在比較器中與移相電壓比較取得交點，移相電壓由腳鋸齒波在比較器中與移相電壓比較取得交點，移相電壓由腳4 4通過電位通過電位器調節或由外電路控制得到。移相電壓為正極性，當移相電壓增加時，器調節或由外電路控制得到。移相電壓為正極性，當移相電壓增加時，輸出觸發延遲角增大。移相電壓的調整范圍可按積分電容的大小，在輸出觸發延遲角增大。移相電壓的調整范圍可按積分電容的大小，在0 015V15V間選取。間選取。 用用MC787MC787和和MC788MC788組成的三相

14、觸發電路原理圖組成的三相觸發電路原理圖 使用時應注意的幾個問題使用時應注意的幾個問題 1) 1)同步電壓的零點取在同步電壓的零點取在1 12 2電源電壓處，所以，同步電源電壓處，所以，同步信號的信號的“地若與電路共地，電路的同步信號輸入端需用地若與電路共地，電路的同步信號輸入端需用電阻進行電阻進行1 12 2分壓，然后將同步信號用電容耦合到輸入端；分壓，然后將同步信號用電容耦合到輸入端；1 12 2分壓精度將影響同步信號的零點，應選用相對誤差小分壓精度將影響同步信號的零點，應選用相對誤差小于于2 2的電阻。此外同步信號的峰值不應超過電源電壓數值。的電阻。此外同步信號的峰值不應超過電源電壓數值。

15、 2) 2)電容的相對誤差應小于電容的相對誤差應小于5 5，當頻率為，當頻率為50Hz50Hz時，電容可時，電容可取取0.15F0.15F左右，當頻率較高時，為保證電容積分幅值，電左右，當頻率較高時，為保證電容積分幅值，電容應減小。容應減小。 3) 3)電路的半控全控控制端，使用時不要懸空。電路的半控全控控制端，使用時不要懸空。 4)MC787 4)MC787MC788MC788可方便地用于普通晶閘管、雙向晶閘管、可方便地用于普通晶閘管、雙向晶閘管、門極關斷晶閘管、非對稱晶閘管的電力電子設備中作移相門極關斷晶閘管、非對稱晶閘管的電力電子設備中作移相觸發脈沖形成電路。改變觸發脈沖形成電路。改變C

16、XCX，它還可用于，它還可用于GTRGTR、電力、電力MOSFETMOSFET、IGBTIGBT或或MCTMCT的電力電子設備中。的電力電子設備中。 第四節第四節 數字觸發電路數字觸發電路 圖圖3-15 3-15 微機控制數字觸發系統框圖微機控制數字觸發系統框圖 一、系統工作原理一、系統工作原理 MCS-51 MCS-51系列系列80318031單片機內部有兩個單片機內部有兩個1616位可編位可編程定時器計數器程定時器計數器T0T0、T1T1，若將其設置為定時器方，若將其設置為定時器方式式1 1，即，即1616位對機器周期進行計數。首先將初值裝位對機器周期進行計數。首先將初值裝入入TL(TL(

17、低低8 8位位) )及及TH(TH(高高8 8位位) )，啟動定時器即開始從，啟動定時器即開始從初值加初值加1 1計數，當計數值溢出時，向計數，當計數值溢出時，向CPUCPU發出中斷發出中斷申請，申請，CPUCPU響應后執行相應的中斷程序。在中斷程響應后執行相應的中斷程序。在中斷程序中讓單片機發出觸發信號，因此改變計數器的序中讓單片機發出觸發信號，因此改變計數器的初值，就可改變定時長短。初值，就可改變定時長短。圖圖3-16 3-16 三相全控橋電路及觸發脈沖三相全控橋電路及觸發脈沖 圖圖3-17 3-17 輸輸出脈沖程序流程圖出脈沖程序流程圖 電路工作時，設電路工作時，設11為觸發延遲角，即第

18、一對為觸發延遲角，即第一對脈沖距離同步參考點的電角度，后面每隔脈沖距離同步參考點的電角度，后面每隔6060發發一對脈沖，共發一對脈沖，共發6 6對。各脈沖位置與時間關系如圖對。各脈沖位置與時間關系如圖3-16b3-16b所示，設所示，設 t1=t1 t1=t1 tn=t1+(n-1) t60 tn=t1+(n-1) t60 式中式中t11t11對應的時間；對應的時間； n n 觸發脈沖序號，觸發脈沖序號， n =1 n =1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6 tn tn第第n n個脈沖對應的時間；個脈沖對應的時間； t6060 t6060所對應的時間。所對應的時間。 二、微機觸發系統的硬

19、件設置二、微機觸發系統的硬件設置 圖圖3-18 3-18 系統硬件配置框圖系統硬件配置框圖第五節第五節 觸發電路與主電路電壓的同步觸發電路與主電路電壓的同步 所謂同步，是指把一個與主電路晶閘管所所謂同步，是指把一個與主電路晶閘管所受電源電壓保持合適相位關系的電壓提供給觸受電源電壓保持合適相位關系的電壓提供給觸 發電路，使得觸發脈沖的相位出現在被觸發晶發電路，使得觸發脈沖的相位出現在被觸發晶閘管承受正向電壓的區間，確保主電路各晶閘閘管承受正向電壓的區間，確保主電路各晶閘 管在每一個周期中按相同的順序和觸發延遲角管在每一個周期中按相同的順序和觸發延遲角被觸發導通。我們將提供給觸發電路合適相位被觸發

20、導通。我們將提供給觸發電路合適相位 的電壓稱為同步信號電壓，正確選擇同步信號的電壓稱為同步信號電壓，正確選擇同步信號電壓與晶閘管主電壓的相位關系稱為同步或定電壓與晶閘管主電壓的相位關系稱為同步或定 相。相。 一、實現同步的方法一、實現同步的方法 觸發電路要與主電路電壓取得同步，首先觸發電路要與主電路電壓取得同步，首先二者應由同一電網供電，保證電源頻率一致；二者應由同一電網供電，保證電源頻率一致； 其次要根據主電路的型式選擇合適的觸發電路；其次要根據主電路的型式選擇合適的觸發電路；最后依據整流變壓器的聯結組標號、主電路最后依據整流變壓器的聯結組標號、主電路 線路型式、負載性質確定觸發電路的同步電

21、壓，線路型式、負載性質確定觸發電路的同步電壓，并通過同步變壓器的正確連接加以實現。并通過同步變壓器的正確連接加以實現。 由于同步變壓器二次電壓要分別接到各單由于同步變壓器二次電壓要分別接到各單元觸發電路，而一套主電路的各單元觸發裝置元觸發電路，而一套主電路的各單元觸發裝置 一般有公共一般有公共“接地端點，所以，同步變壓器接地端點，所以，同步變壓器的二次只能是星形聯結。的二次只能是星形聯結。 二、定相舉例二、定相舉例 例例 三相橋式全控電路如圖三相橋式全控電路如圖3-19a3-19a所示，直流電動所示，直流電動機負載，要求可逆運行，整流變壓器機負載，要求可逆運行，整流變壓器 TR TR為為D D，y1y1聯結聯結組標號，采用圖組標號，采用圖3-73-7所示鋸齒波觸發電路。鋸齒波的齒所示鋸齒波觸發電路。鋸齒波的齒寬為寬為240240，考慮鋸齒波起始段的非線性，故留出，考慮鋸齒波起始段的非線性，故留出6060余量。電路要求的移相范圍是余量。電路要求的移相范圍是3030150150。試按簡化。試按簡化相量圖的方法來確定同步變壓器的聯結組標號及變壓相量圖的方法來確定同步變壓器的聯結組標號及變壓器繞組聯結方法。器繞組聯結方法。 解解 選擇以某一只