門極觸發(fā)電路

關(guān)于門極觸發(fā)電路123.1.1門極觸發(fā)信號的種類

1）直流信號損耗增加

2）交流信號溫度變化和交流電壓幅值變化時，延遲角不穩(wěn)定

3）脈沖信號便于控制脈沖的出現(xiàn)時刻，降低門極損耗。實現(xiàn)信號的同步傳輸。3.1門極電路的驅(qū)動控制·引言第2頁,共27頁，星期六，2024年，5月33.1.2晶閘管對觸發(fā)電路的要求

1.觸發(fā)脈沖的電壓和電流應(yīng)大于晶閘管要求的數(shù)值，并留有一定的裕量。2.觸發(fā)脈沖應(yīng)滿足要求的移相范圍240°-300°。3．觸發(fā)脈沖與晶閘管主電路電源必須同步。4．觸發(fā)脈沖的應(yīng)有足夠的寬度，脈沖前沿陡度應(yīng)大于1A/us。5．為滿足三相全控橋的要求，觸發(fā)電路應(yīng)能輸出雙窄脈沖或?qū)捗}沖。

6．為滿足反并聯(lián)可逆電路的要求，觸發(fā)電路應(yīng)有αmin、βmin

限制。

第3頁,共27頁，星期六，2024年，5月4相控電路：晶閘管可控整流電路，通過控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。采用晶閘管相控方式時的交流電力變換電路和交交變頻電路（第4章）。相控電路的驅(qū)動控制為保證相控電路正常工作，很重要的是應(yīng)保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。晶閘管相控電路，習(xí)慣稱為觸發(fā)電路。大、中功率的變流器廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多。第4頁,共27頁，星期六，2024年，5月53.2同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。三個基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。第5頁,共27頁，星期六，2024年，5月6圖3-1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路第6頁,共27頁，星期六，2024年，5月73.2同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路1)脈沖形成環(huán)節(jié)V4、V5—脈沖形成V7、V8—脈沖放大控制電壓uco加在V4基極上圖3-2同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路脈沖前沿由V4導(dǎo)通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)R11C3有關(guān)。電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。第7頁,共27頁，星期六，2024年，5月8當(dāng)V4的基極電壓uco=0時，V4截止。+E1電源通過R11提供給V5一個足夠大的基極電流，使V5飽和導(dǎo)通。所以V5集電極電壓接近于-E1，V7、V8處于截止?fàn)顟B(tài)，無脈沖輸出。電源+E1經(jīng)R9、V5的發(fā)射極到-E1對電容C3充電，充滿后電容兩端電壓接近2E1，極性如圖所示。當(dāng)uco≥0.7V時，V4導(dǎo)通。A點(diǎn)電位從+E1突降到1V，由于電容C3兩端電壓不能突變，所以V5基極電位也突降到-2E1，V5基射極反偏置，V5立即截止。它的集電極電壓由-E1迅速上升到鉗位電壓2.1V時，使得V7、V8導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。同時電容C3由+E1經(jīng)R11、VD4、V4放電并反向充電，使V5基極電位逐漸上升。直到V5基極電位ub5>-E1，V5又重新導(dǎo)通。這時V5集電極電壓又立即降到-E1，使V7、V8截止，輸出脈沖終止。可見，脈沖前沿由V4導(dǎo)通時刻確定，脈沖寬度由反向充電時間常數(shù)R11C3決定。

第8頁,共27頁，星期六，2024年，5月92)鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等；本電路采用恒流源電路。恒流源電路方案，由V1、V2、V3和C2等元件組成V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路圖3-2

同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路第9頁,共27頁，星期六，2024年，5月10當(dāng)V2截止時，恒流源電流I1C對電容C2充電，所以C2兩端的電壓uC為uC按線性增長,即ub3按線性增長。調(diào)節(jié)電位器RP2，可以改變C2的恒定充電電流I1C。

當(dāng)V2導(dǎo)通時，因R4很小所以C2迅速放電，使得ub3電位迅速降到零伏附近。當(dāng)V2周期性地導(dǎo)通和關(guān)斷時，ub3便形成一鋸齒波。射極跟隨器V3的作用是減小控制回路電流對鋸齒波電壓ub3的影響。V4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓up三者疊加所定,它們分別通過電阻R6、R7、R8

與V4基極連接。

第10頁,共27頁，星期六，2024年，5月11根據(jù)疊加原理，先設(shè)uh為鋸齒波電壓ue3單獨(dú)作用在基極時的電壓，其值為

所以uh仍為鋸齒波，但斜率比ue3低。同理，直流偏移電壓up單獨(dú)作用在V4基極時的電壓為

控制電壓uco單獨(dú)作用在V4基極時的電壓為：

所以，仍為一條與up平行的直線，但絕對值比up?。蝗詾橐粭l與uco平行的直線，但絕對值比uco小。

第11頁,共27頁，星期六，2024年，5月12當(dāng)V4不導(dǎo)通時，V4的基極b4的波形由確定。當(dāng)b4點(diǎn)電壓等于0.7V后，V4導(dǎo)通。產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。改變uco便可以改變脈沖產(chǎn)生時刻，脈沖被移相。加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時脈沖的初始相位。以三相全控橋為例，當(dāng)接反電勢電感負(fù)載時，脈沖初始相位應(yīng)定在α=90

；當(dāng)uco=0時，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)對應(yīng)α=90

的位置。當(dāng)uco為0，α=90

，則輸出電壓為0；如uco為正值，M點(diǎn)就向前移，控制角α<90

，處于整流工作狀態(tài)；如uco為負(fù)值，M點(diǎn)就向后移，控制角α>90

，處于逆變狀態(tài)。

第12頁,共27頁，星期六，2024年，5月133)同步環(huán)節(jié)同步——要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。鋸齒波是由開關(guān)V2管來控制的。V2開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率——由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波——鋸齒波起點(diǎn)基本就是同步電壓由正變負(fù)的過零點(diǎn)。V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度——取決于充電時間常數(shù)R1C1。第13頁,共27頁，星期六，2024年，5月14同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶體管V2組成。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次電壓來控制V2的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。

第14頁,共27頁，星期六，2024年，5月15與主電路同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。鋸齒波是由開關(guān)管V2控制的，也就是由V2的基極電位決定的。同步電壓uTS經(jīng)二極管VD1加在V2的基極上。當(dāng)電壓波形在負(fù)半周的下降段時，因Q點(diǎn)為零電位，R點(diǎn)為負(fù)電位，VD1導(dǎo)通，電容C1被迅速充電。Q點(diǎn)電位與R點(diǎn)相近，故在這一階段V2基極為反向偏置，V2截止。在負(fù)半周的上升段，+E1電源通過R1給電容C1充電，其上升速度比uTS波形慢，故VD1截止，uQ為電容反向充電波形。當(dāng)Q點(diǎn)電位達(dá)1.4V時，V2導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位被鉗位在1.4V。直到TS二次電壓的下一個負(fù)半周到來，VD1重新導(dǎo)通，C1放電后又被充電，V2截止。如此循環(huán)往復(fù)，在一個正弦波周期內(nèi)，包括截止與導(dǎo)通兩個狀態(tài)，對應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個周期，與主電路電源頻率和相位完全同步，達(dá)到同步的目的?？梢钥闯鲣忼X波的寬度是由充電時間常數(shù)R1C1決定的。

第15頁,共27頁，星期六，2024年，5月16同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形

第16頁,共27頁，星期六，2024年，5月173.2同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路4)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)

內(nèi)雙脈沖電路

V5、V6構(gòu)成“或”門當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6有一個截止，都會使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應(yīng)的控制角

產(chǎn)生。隔60

的第二個脈沖是由滯后60

相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過V6）。三相橋式全控整流電路的情況(自學(xué))第17頁,共27頁，星期六，2024年，5月18觸發(fā)電路自身在一個周期內(nèi)可輸出兩個間隔60°的脈沖，稱內(nèi)雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部通過脈沖變壓器的連接得到雙脈沖稱為外雙脈沖。本觸發(fā)電路屬于內(nèi)雙脈沖電路。當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時，V7、V8截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6有一個截止，就會使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。因此本電路可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應(yīng)的控制角α使V4由截止變導(dǎo)通造成V5瞬時截止，使得V8輸出脈沖。隔60°的第二個脈沖是由后一相觸發(fā)單元通過連接到引腳Y使本單元V6截止，使本觸發(fā)電路第二次輸出觸發(fā)脈沖。其中VD4和R17的作用主要是防止雙脈沖信號相互干擾。

第18頁,共27頁，星期六，2024年，5月195強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)36V交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到50V直流電壓，經(jīng)R15對C6充電，B點(diǎn)電位為50V。當(dāng)V8導(dǎo)通時，C6經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)R16、V8迅速放電，形成脈沖尖峰，由于有R15的電阻，且電容C6的存儲能量有限，B點(diǎn)電位迅速下降。當(dāng)B點(diǎn)電位下降到14.3V時，VD15導(dǎo)通，B點(diǎn)電位被15V電源鉗位在14.3V，形成脈沖平臺。第19頁,共27頁，星期六，2024年，5月206脈沖封鎖二極管

VD5陰極接零電位或負(fù)電位，使V7、V8截止，可以實現(xiàn)脈沖封鎖。VD5用來防止接地端與負(fù)電源之間形成大電流通路。

第20頁,共27頁，星期六，2024年，5月213.3集成觸發(fā)器可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。KJ004

與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。第21頁,共27頁，星期六，2024年，5月22圖3-4KJ004電路原理圖第22頁,共27頁，星期六，2024年，5月23完整的三相全控橋觸發(fā)電路

3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進(jìn)行脈沖放大即可。

圖3-5

三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路第23頁,共27頁，星期六，2024年，5月24模擬與數(shù)字觸發(fā)電路以上觸發(fā)電路為模擬的，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、可靠；缺點(diǎn)：易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖不對稱度較高，可達(dá)3

~4

，精度低。數(shù)字觸發(fā)電路：脈沖對稱度很好，如基于8位單片機(jī)的數(shù)字觸發(fā)器精度可達(dá)0.7

~1.5

。KJ041內(nèi)部是由12個二極管構(gòu)成的6個或門。也有廠家生產(chǎn)了將圖3-5全部電路集成的集成塊，但目前應(yīng)用還不多。第24頁,共27頁，星期六，2024年，5月253.4觸發(fā)電路的定相

觸發(fā)電路的定相——觸發(fā)電路應(yīng)保證每個晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。措施：同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，保證頻率一致。