智能型單片全數字化集成晶閘管三相觸發器ICl88李宏范湘軍岳喬東西安石油學陜西高科電力電子有限責任公摘要本文介紹了一種最新開發成功的全數字化智能單片集成晶閘管觸發器，它可以輸出六路彼位差為60。的雙調制脈沖列，且不需鋸智能型單片全數字化集成晶閘管三相觸發器ICl88李宏范湘軍岳喬東西安石油學陜西高科電力電子有限責任公摘要本文介紹了一種最新開發成功的全數字化智能單片集成晶閘管觸發器，它可以輸出六路彼位差為60。的雙調制脈沖列，且不需鋸齒波電容。具有相位自適應功能及缺相或三相嚴重不平Thyristormee—GaoEIectronicsLimiCompanyOiaoDongAsingletypeoutsixfntreducedintrainsneedn’tarewhichthree—phase-Keywords：thyri一眾所周知．晶閘管是當今人類可使用的單管容量(電壓乘以電流)最大的電力電子器件，也我國現今每年投運的電力設備中裝機容量僅次于整流二極管的功率半導體器件。1997行業基本狀況調查分析報告表明，該年度我國電力電子行業起主導作用的廠家生產的電力電子設備中，以晶閘管為功率器件韻設備占總產量的34．37％，并且行業預測表明今后幾年國內對大功率晶閘管構成的電化學電源直流傳動和交流變頻調速裝置仍有很大的需求It]。晶閘管必須在陽陰極承受正向電壓時，在門陰極間施加正觸發脈沖才可以導通工作。自從1957年人類第一只晶閘管問世行業廣泛應用過或正應用的晶閘管觸發電路可以概括為以下幾分立元這類觸發器在七十年代至八十年代中期曾占主導地位，但因對一個三流系統需多塊控制板，現今已逐漸退出歷以KJ(或KC)系列或TCA78系列為代表的模擬這類觸發器是如今變流行業泛應用的集成電路，它把分立器件的多塊控制板歸一為單塊控制扳，然而由于這些觸發器對常三相全控撟整流或逆變這一構成大功率變流系統最基本單元來說，一般需5片電路才能完成如今電力電子行業普遍應用的雙脈沖列六路輸出功能，何況無論是Kc還是KJ甚至TCA78系列均需外接鋸以TC787為代表的三相單片模擬集成移相觸發器Tc787的出現，使KJ或Kc及系列需五片電路(三片KJ004或三片TCA785加一片K．1041，一片KJ042)變為單一培引腳的電路，使觸發器的性能上了一個新的臺階，是如今國內廣泛應用的觸發器之一。然而由于TC787圍電路仍較復雜，還需要鋸齒波電容且應用時需要確定同步電壓的相序，所以使用起來仍覺不便以CA6100為代表的門陣歹q數字式三相觸發器控這類觸發器多以可編程門核心單元，一般為整板使用．自身具有相位自適應功能，但關鍵芯片不能單獨構成觸發器。必一102如何發揮上述幾種觸發器的優點如何發揮上述幾種觸發器的優點，而拋棄其缺點，本文介紹的KCl88三相全控橋智能單片數字化觸發器研制成功．正是為了解決這一電力電子行業的迫切需求二、單片智能數字化集成觸發器ICl88簡KCl88是應用現代電力電子技術與最先進微電子技術結合的產物，它內部全為數字化運算，編程產生觸發脈沖，所以可由工廠掩膜編程制作，便于大規模生產和進入電力電子行業及電氣自化領域使用主要設④觸發器采用單片集成屯路實現了智能化，具有很高的精確度②具有相位自適應功能．使用時不需要象常規觸發器那樣確定同步電壓的相序，輸出觸③輸出六路彼此嚴格互差604的雙窄調制脈沖列，調制脈沖頻率為10圈z，雙窄脈沖每④具有外部故障集中保護功能，能在外部故障狀態下封鎖輸出脈沖，封鎖信號高電平有效⑤可進行同步電壓缺相或三相嚴重不平衡保護，保護迅⑥模擬式給定(0～5V)，由內部的A／D轉化為數字式給定．誤差⑦一改傳統的觸發器需外接鋸齒波電容，使用中不需外接鋸齒波電容環節，故外圍電路內部結構及工Kcl88的內部結構及工作原理如圖l所示，從圖顯見在它的內部包含有三個同步檢側單元個異或門，一個MD轉換器，一個觸發脈沖形成單元，一個自然換相點識別環節，一個輸出脈圖KCl88的內部結構及工作原理該智能化觸發器的工作原理可簡析為：來自三相電網或同步變壓器的三相電壓，輸入該觸的三個同步信號輸入端，由內部電路檢測出其過零點及高低電平時刻，經內部的異或邏輯后由自然換相點識別單元記憶六個a卸。的位置，并送給觸發脈沖形成環節，另一方面用戶給定的移相電壓經A／D轉換后變為數字量也提供給觸發脈沖形成單元，該單元根據自然換相點識別單元記憶的a=0。的六個時刻，并按A／D轉換的輸出值確定輸出脈沖的相位，進而輸出調制脈沖，該調制脈沖由脈沖分配與補脈沖形成單元處理后確定從六個輸出管腳中的哪兩個管腳輸出。一旦發生三相電源缺相或三相嚴重不平衡或外部故障時則輸出脈沖控制單元迅速使脈沖分配與補脈沖形成單元停止輸出脈沖．并使六個輸出管腳同時變為低電平．再應看到．由于該芯片內部邏輯及巧妙的設計使其具有相位自適應功能，因而不論三個同步輸入管腳(13)、(12)、(11)所接同步電壓相序如何組合，均可實現輸出管腳(1)、(8)嚴格與輸入管腳(13)的同步電壓正負半周在相位上——對應一103管腳(2)、(9)嚴格與輸入管腳(Ii)的同步電壓正負管腳(2)、(9)嚴格與輸入管腳(Ii)的同步電壓正負半周在相位上一一對應，輸出管腳(7)、嚴格與輸入管腳(12)的同步電壓正負半周在相位上一一對應，所以使用中沒有考慮同步電壓的必要，也避免了常規觸發器需確定同步電壓相序的麻控制精度及觸發器的精度是高性能晶閘管類電力電子設備的基礎，本觸發器的精度可從分辨率與控制兩個方面來考慮(1由于本系列觸發器集成電路有兩個系列，A系列工作時鐘為4刪z，B系列工作時鐘為對內部計算邏輯來講，程序設計滿足了最長的延時為同步電壓的六分之一周期即60。，也就是3．33ms盯％：些_0018’／選用4MHz晶振的A系列，指令周期為lus，其分辨選用20E{z晶振的B系列．指令周期為i／5us，其分辨盯％：罷嘗：00036‘(2)控制精控制精度是指移相控制電壓變化一個數字量時輸出角的變化值，因該觸發器內部均為8位數字量運算，A／D轉換最大數字量值為255，程序設計保證了256對應移相范圍60。，故其控制精度為口=60。／256=0．7。／3=0．223雖然控制精度受NT內部8位A／D轉換精度的限制，但足以滿足一般變流系統的需三、應用技術及應用KCl88的上述優良性能及設計特點決定了它可以用于三相半波、三相橋式半控、三相橋整流電路及三相橋式逆變電路或其它電路拓樸的三相電路中來作為晶閘管的觸發器輸出脈沖驅動—盞—爿過圈蛋lKCl88的引腳排列示圖(腿一104圖KCl88采用雙列直插式18引腳標準封裝．它的引腳排列如圖2所示，各引腳的名稱、功能表功能或名1端KCl88采用雙列直插式18引腳標準封裝．它的引腳排列如圖2所示，各引腳的名稱、功能表功能或名1端(虛擬C相)正負半周移相脈沖輸分別為對應于引腳12所接同步KCl88的引腳使用方分別接三相可控整流電路中4#與晶閘管的脈沖功放電路輸入l8分別接三相可控整流電路中5#與晶閘管的脈沖功放電路輸入29PHC分別接三相可控整流電路中6#與晶閘管的脈沖功放電路輸入P衄73使用中空RES復位4與硬件復位電路或復位開關接用戶提供的工作同步信號為方波，使用中與把交流正弦波變為三相方波的整形電路輸出連5嘲輸入脈沖封6虛擬C相同步電壓信號輸虛擬B相同步電壓信號輸入虛擬A相同步電壓信號輸接用戶為本集成塊工作提供的供源，一可在此兩端直接接晶分別為輸入時鐘的兩連KCl88開環使用時，接給定電位滑動端，閉環使用時接調節器的端移相電壓輸3．應用注意(L)復位電路：KCl88低電平復位，所以可采用上電復位也可人工隨時復位，復位電路可圖3所示的簡易電路，圖中RC組成上電復位電路，而并于C旁邊的開關K為人工復位開關圖KCl88的復位電一(2)同步電壓：KCl88的同步電壓為(2)同步電壓：KCl88的同步電壓為方波，所以使用時需把用戶的三相交流電壓轉化為方壓，圖4給出了兩種可滿足要求的簡易電輸圖4將交流同步電壓轉化為方波的實用(3)輸出功放隔離環節的考～般功放環節采用晶體管放大，脈沖變壓罌隔離，由于KCl88為數字化觸發集成電路，輸出為調制脈沖列，且脈沖的上升下降沿較陡，所以為保證輸出脈沖上升下降沿的快速性，建議功放管采用MOSFET管，而脈沖變壓器選用非晶材料或鐵氧體為磁芯的高頻脈沖變壓器，這樣既有利于保證輸出脈沖的上升下降沿之陡度，又便于縮小功放部分的體積，同時減少KCl88的輸出電流與功耗。4(1)用于三相半波可控整流電三相半波可控整流電路是大功率整流設備的最基本單元，圖5給出了KCl88在這種系統中應用的原理簡圖，圖中應用從集電極輸出的晶體管來進行同步交流電壓到方波電壓的轉化，而應用了KCl88輸出的P}IA+、PHB+、PilE+來觸發三相半波可控整流電路中的三只晶閘管元件。系統工作于開環狀態，并且有過流保護功能及三相缺相與三相嚴重不平衡保護功能．圖中應用電阻分壓來作為同圖(2KCl88用于三相半波可控整流系統一三相全控整流三相全控整流電路是直流調速、中頻電源、電力回收等類電力電子漫備常用的電路結構，也是多相大功率整流的最基本單元電路之一。KCl88在這類系統中的應用電路如圖6所示-圖中給出的是一個直流調速的例子．L為電流傳感器，該調速系統應用轉速、電流雙閉環，Kl88來自雙閉環調節器的輸出，系統具有過壓、過流及電流截止等保護功能。圖中同步變壓器降壓隔離圖6KCl88用于三相全控整流系統(3)用于三相交流調壓設備KCl87X光機成像管制作過程中的真空排氣臺控溫設備中。該類設各要求連續工作50小時不停電．KCl88的成功應用證明了其抗擾性能的優良．該系統用光電隔離器來直接完成將交流同步電壓轉化為方波同步電壓。系統省去了同步變壓器，所以體積大為縮小圖KCl88用于三相交流調功及控溫系統一107(4)多片KCl88有源逆變是電力回收、交一直一交變頻電源、串級調速等電力電子設備中常用的線路，KCl88優良的特性決定了它可以方便地用于這類系統中．圖8給出了三片(4)多片KCl88有源逆變是電力回收、交一直一交變頻電源、串級調速等電力電子設備中常用的線路，KCl88優良的特性決定了它可以方便地用于這類系統中．圖8給出了三片KCl88用于這類系統中的2601講晶閘管電力回收裝置中的原理筒圖，該系統中KCl881#；工作于o<90。的整流控制狀態。而KC2#與KCl883#輸出的脈沖運行在Ⅱ>90。的逆變控制角狀態，因而決定了整流橋RECl把柴油發發出的交流電整流成直流電，而由2#及3#分別控制的兩個晶閘管逆變橋INVI、INV2把直電逆變為交流方波電壓并經變壓器實現波形合成后反饋到電網。圖中應用光電隔離器完成從交步到方波同步電壓的轉換。其給定與控制輸入分別來自相應的調節器，保護信號來自用戶保護!電圖多片KCl88用于有源逆變系統中的原理四、綜上所述，我們可得下述幾點結KCl88自身具有相位自適應功能，使用中可省去常規觸發器需確實同步電壓的序的麻煩KCl88自身具有三相缺相及三相嚴重不平衡保護，滿足了一般電力電子變流系統的需4．KCl88可用于一切以三相晶閘管為電路拓樸的電力電子設備中作晶取代現已大量應用的KC系列1℃A78系列及TC787等模擬集成觸發器發電路，用KCl88為數字式觸發器，輸出脈沖精度好，分辨率高，不均衡度小，抗干擾力強KCl88可用于以上三相半波整流為最基本單元的一切電力交流系統中作晶閘管的移相控制務需贅述．KCI李宏．TC787、TC788晶閘管觸發器．電氣自動董業莊．TC787移相觸發器及研制．電力電子技于蘇華．高性能晶閘管電力回收裝置，電氣傳動自動一智能型單片全數字化2集成晶閘管三相觸發器KC188的研制及李宏，孫濤基于