电路电子——晶闸管的触发电路设计.ppt

电路电子晶闸管的触发电路设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 对于触发电路的基本要求：对于触发电路的基本要求：对于触发电路的基本要求：对于触发电路的基本要求：n n触发信号的形式：常用脉冲信号，如触发信号的形式：常用脉冲信号，如触发信号的形式：常用脉冲信号，如触发信号的形式：常用脉冲信号，如图图图图1 1 1 1n n触触触触发发发发信信信信号号号号的的的的触触触触发发发发功功功功率率率率：要要要要求求求求脉脉脉脉冲冲冲冲必必必必须须须须具具具具有有有有足足足足够够够够的的的的功功功功率率率率，且且且且不超过晶闸管门极最大允许功率不超过晶闸管门极最大允许功率不超过晶闸管门极最大允许功率不超过晶闸管门极最大允许功率n n触发脉冲的宽度：要求脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡触发脉冲的宽度：要求脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡触发脉冲的宽度：要求脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡触发脉冲的宽度：要求脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡n n触发脉冲的移相范围：要求能满足主电路移相范围的要求触发脉冲的移相范围：要求能满足主电路移相范围的要求触发脉冲的移相范围：要求能满足主电路移相范围的要求触发脉冲的移相范围：要求能满足主电路移相范围的要求n n触触触触发发发发脉脉脉脉冲冲冲冲与与与与主主主主电电电电路路路路的的的的相相相相位位位位关关关关系系系系：要要要要求求求求触触触触发发发发电电电电路路路路必必必必须须须须与与与与晶晶晶晶闸闸闸闸管的主电压保持同步管的主电压保持同步管的主电压保持同步管的主电压保持同步n n其它。其它。其它。其它。正弦波正弦波尖脉冲尖脉冲方脉冲方脉冲强触发脉冲强触发脉冲脉冲序列脉冲序列图图1 常见的触发脉冲电压波形常见的触发脉冲电压波形n n 常见的触发脉冲电压波形如下：常见的触发脉冲电压波形如下：常见的触发脉冲电压波形如下：常见的触发脉冲电压波形如下：n n触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为：单触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为：单触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为：单触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为：单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器、结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器、结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器、结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器、计算机控制数字触发电路等。计算机控制数字触发电路等。计算机控制数字触发电路等。计算机控制数字触发电路等。n n单结晶体管触发电路只用于控制精度要求不高的单相晶单结晶体管触发电路只用于控制精度要求不高的单相晶单结晶体管触发电路只用于控制精度要求不高的单相晶单结晶体管触发电路只用于控制精度要求不高的单相晶闸管系统闸管系统闸管系统闸管系统 。n n晶体管触发电路按同步电压的形式不同，分为正弦波和晶体管触发电路按同步电压的形式不同，分为正弦波和晶体管触发电路按同步电压的形式不同，分为正弦波和晶体管触发电路按同步电压的形式不同，分为正弦波和锯齿波两种。锯齿波两种。锯齿波两种。锯齿波两种。n n晶闸管触发电路的基本环节：同步环节、触发脉冲的形晶闸管触发电路的基本环节：同步环节、触发脉冲的形晶闸管触发电路的基本环节：同步环节、触发脉冲的形晶闸管触发电路的基本环节：同步环节、触发脉冲的形成与放大环节、触发移相环节、触发脉冲的输出环节成与放大环节、触发移相环节、触发脉冲的输出环节成与放大环节、触发移相环节、触发脉冲的输出环节成与放大环节、触发移相环节、触发脉冲的输出环节晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 一、一、一、一、单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路二、二、二、二、同步电压为锯齿波的触发电路同步电压为锯齿波的触发电路同步电压为锯齿波的触发电路同步电压为锯齿波的触发电路三、三、三、三、集成触发电路集成触发电路集成触发电路集成触发电路小结小结小结小结1 1、单结晶体管、单结晶体管 单结晶体管的结构、图形符号及等效电路如图所示。单结晶体管的结构、图形符号及等效电路如图所示。一、一、单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路图图2 单结晶体管单结晶体管(a)结构示意结构示意 (b)等效电路等效电路 (c)图形符号图形符号 (d)外形及管脚外形及管脚 U Ue eU UA A ：PNPN结反偏置，结反偏置，只有很小的反向漏电流只有很小的反向漏电流 U Ue e=U UA A ：I Ie e，特性曲线与横坐标交点处特性曲线与横坐标交点处 U Ue e 上升上升 ：U Ue eU UP PUUbbbbU UD D ，单结晶体管导通，单结晶体管导通，该转折点称为峰点该转折点称为峰点P P 分压比分压比IP图图图图3 3 单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性 (a)(a)单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路 (b)(b)单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性截止区截止区截止区截止区（apap段）段）段）段）U Ue e U UP P：I Ie e增大增大 ，r rb1b1急剧下降急剧下降 ，U UA A达到最小，达到最小，U Ue e也最小也最小 ，达到谷点，达到谷点V V负阻区负阻区负阻区负阻区（PVPVPVPV段）段）段）段）达到达到U UV V后，单结晶体管处于饱和导通状态后，单结晶体管处于饱和导通状态 饱和区饱和区饱和区饱和区（VNVN段）段）段）段）图图图图4 4 单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性 (a)(a)单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路 (b)(b)单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性2 2 2 2、单结晶体管自激振荡电路、单结晶体管自激振荡电路、单结晶体管自激振荡电路、单结晶体管自激振荡电路 1.1.电源接通：电源接通：电源接通：电源接通：E E通过通过通过通过R Re e对对对对C C充电，充电，充电，充电，时间常数为时间常数为时间常数为时间常数为R Re eC C2.2.U Uc c增大，达到增大，达到增大，达到增大，达到 U UP P ，单结晶体管单结晶体管单结晶体管单结晶体管导通，导通，导通，导通，C C通过通过通过通过R R1 1放电放电放电放电3.3.U Uc c减少，达到减少，达到减少，达到减少，达到U Uv v，单结晶体管截单结晶体管截单结晶体管截单结晶体管截止，止，止，止，R1R1 下降，接近于零下降，接近于零下降，接近于零下降，接近于零4.4.重复充放电过程重复充放电过程重复充放电过程重复充放电过程5.1 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路R Re e的值不能太大或太小，的值不能太大或太小，满足电路振荡的满足电路振荡的满足电路振荡的满足电路振荡的R R R Re e e e的取值范围的取值范围的取值范围的取值范围 图图5 5 单结晶体管自激振荡电路单结晶体管自激振荡电路 n n为了防止为了防止为了防止为了防止R R R Re e e e取值过小电路不能振荡，一般取一固定电取值过小电路不能振荡，一般取一固定电取值过小电路不能振荡，一般取一固定电取值过小电路不能振荡，一般取一固定电阻阻阻阻r r r r与另一可调电阻与另一可调电阻与另一可调电阻与另一可调电阻R R R Re e e e串联，以调整到满足振荡条件的串联，以调整到满足振荡条件的串联，以调整到满足振荡条件的串联，以调整到满足振荡条件的合适频率。若忽略电容合适频率。若忽略电容合适频率。若忽略电容合适频率。若忽略电容C C C C放电时间，电路的自激振荡频放电时间，电路的自激振荡频放电时间，电路的自激振荡频放电时间，电路的自激振荡频率近似为：率近似为：率近似为：率近似为：一、一、一、一、单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路n n电路中电路中电路中电路中R R R R1 1 1 1上的脉冲电压宽度取决于电容放电时间常数。上的脉冲电压宽度取决于电容放电时间常数。上的脉冲电压宽度取决于电容放电时间常数。上的脉冲电压宽度取决于电容放电时间常数。R R R R2 2 2 2是温度补偿电阻，作用是保持振荡频率的稳定。是温度补偿电阻，作用是保持振荡频率的稳定。是温度补偿电阻，作用是保持振荡频率的稳定。是温度补偿电阻，作用是保持振荡频率的稳定。3 3 3 3、具有同步环节的单结晶体管触发电路、具有同步环节的单结晶体管触发电路、具有同步环节的单结晶体管触发电路、具有同步环节的单结晶体管触发电路 一、一、单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路图图图图6 6 6 6 晶体管同步触发电路晶体管同步触发电路晶体管同步触发电路晶体管同步触发电路 注意：注意：注意：注意：n每周期中电容每周期中电容C C的充放电不的充放电不止一次，晶闸管由第一个脉止一次，晶闸管由第一个脉冲触发导通，后面的脉冲不冲触发导通，后面的脉冲不起作用。起作用。n改变改变R Re e的大小，的大小，可改变电容可改变电容充电速度，达到调节充电速度，达到调节 角的目角的目的。的。n削波的目的：增大移相范围，削波的目的：增大移相范围，使输出的触发脉冲的幅度基本使输出的触发脉冲的幅度基本一样。一样。一、一、一、一、单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路n实际应用中，常用晶体管实际应用中，常用晶体管2 2代替电位器代替电位器R Re e，以便实现以便实现自动移相。自动移相。nTPTP：脉冲变压器，脉冲变压器，脉冲变压器，脉冲变压器，实现触发电路与主电路的电气隔离。实现触发电路与主电路的电气隔离。恒流源恒流源一、一、单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路 图图7 7单结管触发电路其它形式单结管触发电路其它形式 n n单结晶体管触发电路简单，输出功率较小，脉冲较窄，单结晶体管触发电路简单，输出功率较小，脉冲较窄，单结晶体管触发电路简单，输出功率较小，脉冲较窄，单结晶体管触发电路简单，输出功率较小，脉冲较窄，虽加有温度补偿，但对于大范围的温度变化时仍会出虽加有温度补偿，但对于大范围的温度变化时仍会出虽加有温度补偿，但对于大范围的温度变化时仍会出虽加有温度补偿，但对于大范围的温度变化时仍会出现误差，控制线性度不好。参数差异较大，对于多相现误差，控制线性度不好。参数差异较大，对于多相现误差，控制线性度不好。参数差异较大，对于多相现误差，控制线性度不好。参数差异较大，对于多相电路的触发时不易一致。因此单结晶体管触发电路只电路的触发时不易一致。因此单结晶体管触发电路只电路的触发时不易一致。因此单结晶体管触发电路只电路的触发时不易一致。因此单结晶体管触发电路只用于控制精度要求不高的单相晶闸管系统用于控制精度要求不高的单相晶闸管系统用于控制精度要求不高的单相晶闸管系统用于控制精度要求不高的单相晶闸管系统 。一、一、单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路二、同步电压为锯齿波的触发电路二、同步电压为锯齿波的触发电路n n晶闸管的电流容量越大，要求的触发功率越大。对于晶闸管的电流容量越大，要求的触发功率越大。对于晶闸管的电流容量越大，要求的触发功率越大。对于晶闸管的电流容量越大，要求的触发功率越大。对于大中电流容量的晶闸管，为了保证其触发脉冲具有足大中电流容量的晶闸管，为了保证其触发脉冲具有足大中电流容量的晶闸管，为了保证其触发脉冲具有足大中电流容量的晶闸管，为了保证其触发脉冲具有足够的功率，往往采用由晶体管组成的触发电路。够的功率，往往采用由晶体管组成的触发电路。够的功率，往往采用由晶体管组成的触发电路。够的功率，往往采用由晶体管组成的触发电路。n n晶体管触发电路按同步电压的形式不同，分为正弦波晶体管触发电路按同步电压的形式不同，分为正弦波晶体管触发电路按同步电压的形式不同，分为正弦波晶体管触发电路按同步电压的形式不同，分为正弦波和锯齿波两种。和锯齿波两种。和锯齿波两种。和锯齿波两种。n n同步电压为锯齿波的触发电路，不受电网波动和波形同步电压为锯齿波的触发电路，不受电网波动和波形同步电压为锯齿波的触发电路，不受电网波动和波形同步电压为锯齿波的触发电路，不受电网波动和波形畸变的影响，移相范围宽，应用广泛。畸变的影响，移相范围宽，应用广泛。畸变的影响，移相范围宽，应用广泛。畸变的影响，移相范围宽，应用广泛。二、二、同步电压为锯齿波的触发电路同步电压为锯齿波的触发电路输输输输出出出出可可可可为为为为双双双双窄窄窄窄脉脉脉脉冲冲冲冲（适适适适用用用用于于于于有有有有两两两两个个个个晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管同同同同时时时时导导导导通通通通的的的的电电电电路路路路），也可为单窄脉冲。也可为单窄脉冲。也可为单窄脉冲。也可为单窄脉冲。三三三三个个个个基基基基本本本本环环环环节节节节：同同同同步步步步环环环环节节节节、锯锯锯锯齿齿齿齿波波波波的的的的形形形形成成成成和和和和脉脉脉脉冲冲冲冲移移移移相相相相、脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的形成与放大形成与放大形成与放大形成与放大。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。图图8 同步电压为锯齿波的触发电路同步电压为锯齿波的触发电路1)1)同步环节同步环节同步环节同步环节同同同同步步步步要要求求触触发发脉脉冲冲的的频频率率与与主主电电路路电电源源的的频频率率相相同且相位关系确定。同且相位关系确定。二、同步电压为锯齿波的触发电路二、同步电压为锯齿波的触发电路 2)2)锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波的形成和脉冲移相环节锯锯锯锯齿齿齿齿波波波波电电电电压压压压形形形形成成成成的的的的方方方方案案案案较较较较多多多多，如如如如采采采采用用用用自自自自举举举举式式式式电电电电路路路路、恒恒恒恒流流流流源电路源电路源电路源电路等；本电路采用恒流源电路。等；本电路采用恒流源电路。等；本电路采用恒流源电路。等；本电路采用恒流源电路。恒流源电路方案，恒流源电路方案，由由V1、V2、V3和和C2等元件组成等元件组成 V1、VS、RP2和和R3为一恒流源电路为一恒流源电路图8 同步电压为锯齿波的触发电路二、同步电压为锯齿波的触发电路二、同步电压为锯齿波的触发电路锯齿波是由开关锯齿波是由开关V V2 2管来控制的。管来控制的。V V2 2开开关关的的频频率率就就是是锯锯锯锯齿齿齿齿波波波波的的的的频频频频率率率率由由同同步步变变压压器器所接的交流电压决定。所接的交流电压决定。V V2 2由由导导通通变变截截止止期期间间产产生生锯锯齿齿波波锯锯锯锯齿齿齿齿波波波波起起起起点点点点基基本就是同步电压由正变负的过零点。本就是同步电压由正变负的过零点。V V2 2截截止止状状态态持持续续的的时时间间就就是是锯锯锯锯齿齿齿齿波波波波的的的的宽宽宽宽度度度度取取决决于充电时间常数于充电时间常数R R1 1C C1 1。二、同步电压为锯齿波的触发电路二、同步电压为锯齿波的触发电路3)脉冲形成放大环节脉冲形成放大环节V V4 4、V V5 5 脉冲形成脉冲形成脉冲形成脉冲形成V V7 7、V V8 8 脉冲放大脉冲放大脉冲放大脉冲放大控制电压控制电压控制电压控制电压u ucoco加在加在加在加在V V4 4基极上基极上基极上基极上图8 同步电压为锯齿波的触发电路脉冲前沿由脉冲前沿由脉冲前沿由脉冲前沿由V V4 4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数常数常数常数R R1111C C3 3有关。有关。有关。有关。电路的触发脉冲由脉冲变压器电路的触发脉冲由脉冲变压器电路的触发脉冲由脉冲变压器电路的触发脉冲由脉冲变压器TPTP二次侧输出，其一次绕组接二次侧输出，其一次绕组接二次侧输出，其一次绕组接二次侧输出，其一次绕组接在在在在V V8 8集电极电路中。集电极电路中。集电极电路中。集电极电路中。二、同步电压为锯齿波的触发电路二、同步电压为锯齿波的触发电路4)4)双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节 内双脉冲电路内双脉冲电路内双脉冲电路内双脉冲电路 V V5 5、V V6 6构成构成构成构成“或或或或”门门门门当当当当V V5 5、V V6 6都导通时，都导通时，都导通时，都导通时，V V7 7、V V8 8都截止，没有脉冲输出。都截止，没有脉冲输出。都截止，没有脉冲输出。都截止，没有脉冲输出。只要只要只要只要V V5 5、V V6 6有一个截止，都会使有一个截止，都会使有一个截止，都会使有一个截止，都会使V V7 7、V V8 8导通，有脉冲输出。导通，有脉冲输出。导通，有脉冲输出。导通，有脉冲输出。第一个脉冲由本相触发单元的第一个脉冲由本相触发单元的第一个脉冲由本相触发单元的第一个脉冲由本相触发单元的u ucoco对应的控制角对应的控制角对应的控制角对应的控制角 产生。产生。产生。产生。隔隔隔隔6060 的的的的第第第第二二二二个个个个脉脉脉脉冲冲冲冲是是是是由由由由滞滞滞滞后后后后6060 相相相相位位位位的的的的后后后后一一一一相相相相触触触触发发发发单单单单元元元元产产产产生（通过生（通过生（通过生（通过V V6 6）。）。）。）。二、同步电压为锯齿波的触发电路二、同步电压为锯齿波的触发电路n双窄脉冲形成双窄脉冲形成n由由V5、V6形成门电路产生间隔形成门电路产生间隔60的双窄脉冲。的双窄脉冲。（如三相全桥触发电路）（如三相全桥触发电路）12XYXY34XYXY56XYXY只要只要V5、V6 中有一个截止，中有一个截止，V7、V8就导通，就导通，有脉冲输出。有脉冲输出。n n各点电压波形如图各点电压波形如图9 9所示。所示。图图9 9 锯齿波触发电路各点电压波形锯齿波触发电路各点电压波形 图8 同步电压为锯齿波的触发电路注意问题注意问题n如何调如何调UC及及-Ub？n调斜率一致，使脉冲间隔一致调斜率一致，使脉冲间隔一致n斜率要适中斜率要适中n斜率太高：斜率太高：n要使在规定范围内变化，要使在规定范围内变化，UC-Ub的变化量的变化量较大较大n斜率太低：斜率太低：n无交点，无法触发无交点，无法触发三、三、集成触发电路集成触发电路集集成成触触发发电电路路具具有有可可靠靠性性高高，技技术术性性能能好好，体体积积小小，功功耗耗低低，调调试试方便等优点。方便等优点。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。KJ004(KC04)KJ004(KC04)KJ004(KC04)KJ004(KC04)与与分分立立元元件件的的锯锯齿齿波波移移相相触触发发电电路路相相似似,分分为为同同步步、锯锯齿齿波波形形成成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。图10 KJ004电路原理图图图11 KC04电路原理图电路原理图1616脚：接脚：接脚：接脚：接+15+15V V电源电源电源电源7 7脚：接地脚：接地脚：接地脚：接地8 8脚：接同步电压脚：接同步电压脚：接同步电压脚：接同步电压4 4脚：形成锯齿波脚：形成锯齿波脚：形成锯齿波脚：形成锯齿波9 9脚：锯齿波、脚：锯齿波、脚：锯齿波、脚：锯齿波、U Ub b、U UC C综综综综合比较输入合比较输入合比较输入合比较输入1 1脚和脚和脚和脚和1515脚：输出脉冲脚：输出脉冲脚：输出脉冲脚：输出脉冲9 89 810 710 711 611 612 512 513 413 414 314 315 215 216 116 1+15VUSUO-15V接接4脚脚+15VUC图图12 KC04各点波形各点波形三、三、集成触发电路集成触发电路完整的三相全控桥触发电路完整的三相全控桥触发电路 3个个KJ004（KC04）集集成成块块和和1个个KJ041（KC41C）集集成成块块，可可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。图图12 三相全控桥整流电路的集成触发电路三相全控桥整流电路的集成触发电路 图图图图 KC41C KC41C KC41C KC41C 六路双脉冲形成器及波形六路双脉冲形成器及波形六路双脉冲形成器及波形六路双脉冲形成器及波形小结小结 晶晶闸闸管管的的导导通通控控制制信信号号由由触触发发电电路路提提供供，触触发发电电路路的的类类型型按按组组成成元元件件分分为为：单单结结晶晶体体管管触触发发电电路路、晶晶体体管管触触发发电电路路、集集成成触触发发电电路路和和计计算算机机数数字字触触发发电电路路等等。单单结结晶晶体体管管触触发发电电路路结结构构简简单单，调调节节方方便便，输输出出脉脉冲冲前前沿沿陡陡，抗抗干干扰扰能能力力强强，对对于于控控制制精精度度要要求求不不高高的的小小功功率率系系统统，可可采采用用单单结结晶晶体体管管触触发发电电路路来来控控制制；对对于于大大容容量量晶晶闸闸管管一一般般采采用用晶晶体体管管或或集集成成电电路路组组成成的的触触发发电电路路。计计算算机机数数字字触触发发电电路路常常用用于于控控制制精精度度要要求求较较高高的的复复杂杂系系统统中中。各各类类触触发发电电路路有有其其共共同同特特点点，一一般般由由同同步步环环节节、移移相相环环节节、脉脉冲形成环节和功率放大输出环节组成。冲形成环节和功率放大输出环节组成。