實驗五西門子集成觸發電路實驗第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2一、 實驗目的(1)加深理解鋸齒波集成同步移相觸發電路的工作原理及各元件的作用。(2)掌握西門子的TCA785集成鋸齒波同步移相觸發電路的調試方法。第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2二、實驗所需掛件及附件序號型號備注1TKDD-1電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DK05晶閘管觸發電路該掛件包含“單相集成觸發電路”等模塊。3雙蹤示波器YB4328第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2三、注意事項(1)雙蹤示波器有兩個探頭，可同時觀測兩路信號，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個探頭的地線不能同時接在同一電路的不同電位的兩個點上，否則這兩點會通過示波器外殼發生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個問題。當需要同時觀察兩個信號時，必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不發生意外。第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2三、注意事項(2)由于脈沖“G”、“K”輸出端有電容影響，故觀察輸出脈沖電壓波形時，需將輸出端“G”和“K”分別接到晶閘管的門極和陰極（或者也可用約100Ω左右阻值的電阻接到“G”、“K”兩端，來模擬晶閘管門極與陰極的阻值），否則，無法觀察到正確的脈沖波形。第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2三、注意事項(3)外接220V輸入端該掛件的電源及同步信號都是由外接220V輸入端提供的，注意的是輸入的電壓范圍為220V±10%，如超過此范圍會造成設備嚴重損壞。電源控制屏必須打到直流調速側第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2三、實驗線路及原理單相集成鋸齒波同步移相觸發電路的內部框圖如圖3-3所示。TCA785集成塊內部主要由“同步寄存器”、“基準電源”、“鋸齒波形成電路”、“移相電壓”和“鋸齒波比較電路”和“邏輯控制功率放大”等功能塊組成。第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2三、實驗線路及原理工業現場正在使用的新型晶閘管集成觸發電路，主要有西門子的TCA785，與KC04等相比它對零點的識別更加可靠，輸出脈沖的齊整度更好，而移相范圍更寬，且由于它輸出脈沖的寬度可人為自由調節。第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2TCA785內部框圖第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日TCA785內部框圖同步信號從TCA785的第5腳輸入，“過零檢測”部分對同步電壓信號進行檢測，當檢測到同步信號過零時，信號送“同步寄存器”?！巴郊拇嫫鳌陛敵隹刂其忼X波發生電路，鋸齒波的斜率大小由第9腳外接電阻和10腳外接電容決定；輸出脈沖寬度由12腳外接電容的大小決定；14、15腳輸出對應負半周和正半周的觸發脈沖，移相控制電壓從11腳輸入。第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2西門子TCA785外圍電路如圖1-15所示。第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日鋸齒波斜率由電位器RP1調節，RP2電位器調節晶閘管的觸發角。電位器RP1、RP2已安裝在掛箱的面板上，所有的測試信號都在面板上引出。第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2典型應用電路如上圖所示：第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2四、實驗內容電位器RP1主要調節鋸齒波的斜率，電位器RP2則調節輸入的移相控制電壓，脈沖從14、15腳輸出，輸出的脈沖恰好互差180O，可供單相整流及逆變實驗用，各點波形請參考下圖。第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日四、實驗內容單相集成鋸齒波觸發電路的各點電壓波形(α=900)電位器RP1、RP2均已安裝在掛箱的面板上，同步變壓器副邊已在掛箱內部接好，所有的測試信號都在面板上引出。第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2四、實驗內容(1)TCA785集成移相觸發電路的調試。(2)TCA785集成移相觸發電路各點波形的觀察和分析。第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2五、預習要求閱讀有關TCA785觸發電路的內容，弄清觸發電路的工作原理。第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2六、思考題(1)TCA785觸發電路有哪些特點?(2)TCA785觸發電路的移相范圍和脈沖寬度與哪些參數有關?第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實驗方法(1)將TKDD-1電源控制屏的電源選擇開關打到“直流調速”側,使輸出線電壓為200V（不能打到“交流調速”側工作，因為DK05的正常工作電源電壓為220V10%，而“交流調速”側輸出的線電壓為240V。如果輸入電壓超出其標準工作范圍，掛件的使用壽命將減少，甚至會導致掛件的損壞。第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實驗方法按下“啟動”按鈕，打開DK05電源開關，這時掛件中所有的觸發電路都開始工作；用雙蹤示波器一路探頭觀測15V的同步電壓信號，另一路探頭觀察TCA785觸發電路，同步信號“1”點的波形，“2”點鋸齒波，調節斜率電位器RP1，觀察“2”點鋸齒波的斜率變化，“3”、“4”互差1800的觸發脈沖；最后觀測輸出的四路觸發電壓波形，其能否在30°～170°范圍內移相?第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實驗方法①同時觀察同步電壓和“1”點的電壓波形，了解“1”點波形形成的原因。②觀察“2”點的鋸齒波波形，調節電位器RP1，觀測“2”點鋸齒波斜率的變化。③觀察“3”、“4”兩點輸出脈沖的波形，記下各波形的幅值與寬度。第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實驗方法(2)調節觸發脈沖的移相范圍調節RP2電位器，用示波器觀察同步電壓信號和“3”點U3的波形，觀察和記錄觸發脈沖的移相范圍。第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實驗方法(3)調節電位器RP2使α=60°，觀察并記錄U1～U4及輸出“G、K”脈沖電壓的波形，標出其幅值與寬度，并記錄在下表中(可在示波器上直接讀出，讀數時應將示波器的“V/DIV”和“t/DIV”微調旋鈕旋到校準位置)。第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實驗方法(α=60o)

測量項目測量數據正弦波梯形波鋸齒波脈沖矩形波脈沖矩形波脈沖矩形波脈沖矩形波

U1TP1TP2TP3G1K1TP4G2K2幅值(V)寬度(ms)第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實驗方法(α=60o)

測量項目測量數據正弦波梯形波鋸齒波方波方波方波方波

U1TP1TP2TP3G1K1TP4G2K2幅值(V)421.2140.810.81寬度(ms)10105.60.40.40.40.4第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2八、實驗報告(1)整理、描繪實驗中記錄的各點波形，并標出其幅值和寬度。(2)討論、分析實驗中出現的各種現象。第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2結束,謝謝!!!第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6

電力電子器件器件的驅動1.6.1電力電子器件驅動電路概述1.6.2晶閘管的觸發電路1.6.3典型全控型器件的驅動電路第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6.1電力電子器件驅動電路概述使電力電子器件工作在較理想的開關狀態，縮短開關時間，減小開關損耗。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護措施也往往設在驅動電路中，或通過驅動電路實現。驅動電路的基本任務：按控制目標的要求施加開通或關斷的信號。對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號。驅動電路——主電路與控制電路之間的接口第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6.1電力電子器件驅動電路概述

驅動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環節，一般采用光隔離或磁隔離。

光隔離一般采用光耦合器

磁隔離的元件通常是脈沖變壓器圖1-25光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6.1電力電子器件驅動電路概述按照驅動信號的性質分，可分為電流驅動型和電壓驅動型。驅動電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅動電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內的混合集成電路。為達到參數最佳配合，首選所用器件生產廠家專門開發的集成驅動電路。分類第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6.2晶閘管的觸發電路作用：產生符合要求的門極觸發脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通。晶閘管觸發電路應滿足下列要求：脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通。觸發脈沖應有足夠的幅度。不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發區域之內。有良好的抗干擾性能、溫度穩定性及與主電路的電氣隔離。tIIMt1t2t3t4圖1-26理想的晶閘管觸發脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時間（<1s）t1~t3強脈寬度IM強脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）晶閘管的觸發電路第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6.2晶閘管的觸發電路V1、V2構成脈沖放大環節。脈沖變壓器TM和附屬電路構成脈沖輸出環節。

V1、V2導通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發脈沖。圖1-27常見的晶閘管觸發電路常見的晶閘管觸發電路第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅動電路(1)GTOGTO的開通控制與普通晶閘管相似。GTO關斷控制需施加負門極電流。圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形OttOuGiG1)

電流驅動型器件的驅動電路正的門極電流5V的負偏壓GTO驅動電路通常包括開通驅動電路、關斷驅動電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅動電路直接耦合式驅動電路可避免電路內部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。目前應用較廣，但其功耗大，效率較低。圖1-29典型的直接耦合式GTO驅動電路第三十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅動電路開通驅動電流應使GTR處于準飽和導通狀態，使之不進入放大區和深飽和區。關斷GTR時，施加一定的負基極電流有利于減小關斷時間和關斷損耗。關斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負偏壓。tOib

圖1-30理想的GTR基極驅動電流波形(2)GTR第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅動電路GTR的一種驅動電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。圖1-31

GTR的一種驅動電路驅動GTR的集成驅動電路中，THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL較為常見。第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅動電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅動型器件。為快速建立驅動電壓，要求驅動電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅動電壓一般10~15V，使IGBT開通的驅動電壓一般15~20V。關斷時施加一定幅值的負驅動電壓（一般取-5~-15V）有利于減小關斷時間和關斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。2)電壓驅動型器件的驅動電路第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅動電路(1)電力MOSFET的一種驅動電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分圖1-32電力MOSFET的一種驅動電路專為驅動電力MOSFET而設計的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅動電壓+15V和-10V。

第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅動電路(2)IGBT的驅動圖1-33

M57962L型IGBT驅動器的原理和接線圖常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。

多采用專用的混合集成驅動器。第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.7電力電子器件器件的保護1.7.1過電壓的產生及過電壓保護1.7.2過電流保護1.7.3緩沖電路第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.7.1過電壓的產生及過電壓保護外因過電壓：主要來自雷擊和系統操作過程等外因操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起內因過電壓：主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯的二極管在換相結束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓。關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內因過電壓第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.7.1過電壓的產生及過電壓保護過電壓保護措施圖1-34過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應過電壓抑制電容RC1閥側浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側RC抑制電路RCD閥器件關斷過電壓抑制用RCD電路電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.7.2過電流保護過電流——過載和短路兩種情況保護措施負載觸發電路開關電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現保護，過電流繼電器整定在過載時動作。圖1-37過電流保護措施及配置位置第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.7.2過電流保護全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護：快熔只在短路電流較大的區域起保護作用。對重要的且易發生短路的晶閘管設備，或全控型器件，需采用電子電路進行過電流保護。常在全控型器件的驅動電路中設置過電流保護環節，響應最快?？烊蹖ζ骷谋Ｗo方式：全保護和短路保護兩種第四十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

緩沖電路關斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關斷損耗。開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。復合緩沖電路——關斷緩沖電路和開通緩沖電路的結合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路(SnubberCircuit)

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又稱吸收電路，抑制器件的內因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關損耗。第四十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2b)tuCEiCOdidt抑制電路無時didt抑制電路有時有緩沖電路時無緩沖電路時uCEiC

緩沖電路緩沖電路作用分析無緩沖電路：有緩沖電路：圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO

圖1-39關斷時的負載線第四十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

緩沖電路充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場合。圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路其中RC緩沖電路主要用于小容量器件，而放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件。圖1-40另外兩種常用的緩沖電路RC吸收電路放電阻止型RCD吸收電路第五十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.8電力電子器件器件的串聯和并聯使用1.8.1晶閘管的串聯1.8.2晶閘管的并聯1.8.3電力MOSFET和IGBT并聯運行的特點第五十一頁，共五