一种晶闸管触发板的应用

电子设计工程Electronic Design Engineering第19卷Vol.19第4期No.42011年2月Feb.2011一种晶闸管触发板的应用江琳1，李宏1，张小龙2（1.西安石油大学陕西西安710065；2.长庆油田第五采油厂陕西西安710018）摘要：大功率可控硅半导体器件具有使用寿命长、电压高、电流大、环境适应性强等优点，因此在高功率脉冲技术方面得到了广泛的应用。

本文介绍一种基于专用集成触发芯片TCA785的晶闸管触发器，同时介绍了一种以TCA785集成触发器为核心的大功率晶闸管触发电路系统的应用实例。

关键词：TCA785；晶闸管电路；移相控制；大功率中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1674－6236（2011）04-0173-03Application of a SCR trigger boardJIANG Lin 1，LI Hong 1，ZHANG Xiao -long 2（1.Xi ’an Petroleum University ，Xi ’an 710065，China ；2.Fifth oil Production Plant of PCOC ，Xi ’an 710018，China ）Abstract:High -power SCR semiconductor has many advantages ，such as long life -span ，high voltage and current ，and strong adaptability.So it is widely used in high -power pulse technology .The paper introduced a SCR trigger based on TCA785and cited a concrete example of high -power SCR trigger circuit system ，centering with TCA785integrate trigger.Key words:TCA785；thyristor circuit ；phase -shifting control ；high -power收稿日期：2009-02-23稿件编号：200902051作者简介：江琳（1980—），男，湖北黄石人，硕士研究生。

研究方向：现代电力电子变流技术。

晶闸管具有弱电控制、强电输出的特点，只需要很小的功率，就可以控制较大的电流，它的出现及应用带动了电力电子技术的发展。

晶闸管脉冲触发系统在电力、电子等工业领域（如整流、有源逆变、交流调压、变频器及斩波器等方面）有着极其广泛的应用。

本文介绍了一种基于专用集成触发芯片TCA785的晶闸管触发板，同时介绍以该触发板为核心的晶闸管整流系统在高海拔恶劣环境下的电解铜工业中的实际应用。

1触发板的主要技术指标[1]1）输入工作电源电压：单相380V ，50Hz ；2）输出脉冲幅值：6路双窄脉冲，幅值24V ；3）具有三相同步电压频率自适应及自跟踪功能，可自跟踪与自适应同步电压频率变化范围45~160Hz ；4）移相控制电压范围U K ：0~10V ；5）输出脉冲为双窄脉冲，脉冲宽度可以通过改变板内的电容来进行调节，输出六路触发脉冲的不平衡度或不对称度小；6）可用于三相全控或三相半控系统中作为晶闸管的触发控制单元；7）板内带有六路脉冲是否正常的指示灯；8）板上可向外部给定及保护信号检测电路和脉冲隔离和放大环节提供+24V 、+15V 、-15V 电源。

2工作原理控制板从主要功能块方面可分为7部分:电源（DY ）部分、同步信号处理（TBCL ）单元、频压转换（PYZH ）、恒流源电路（HLY ）、触发脉冲形成（MCXC ）、故障保护（GZBH ）单元、脉冲隔离和整形单元（MCZX ），下面分别介绍各部分的工作原理。

1）电源（DY ）部分电源部分采用线性电源，输入交流380V/0.05A ，在控制板板内可生成工作所需要的+24V 、+15V 、-15V 3路直流电源，其工作原理可简述为来自电网的380V 经变压器降压后形成两路18V 电源，由后续单相整流电路整流，电容滤波后，形成±24V ，再经三端稳压器稳压形成+15V 、-15V 供控制板自身使用，同时也可提供给外部的给定及保护信号检测电路和脉冲隔离和放大环节使用[2]。

2）同步信号处理（TBCL ）单元针对用户系统工作频率的大范围变化而添加的，由于该控制触发板可适应同步电压频率在30~160Hz 范围的变化，为避免干扰引起同步电压波形畸变，保证通用性而设计，因而在同步电压的通道中增加了同步电压的整形环节，既先将正弦波同步信号变换为方波同步信号，该三路方波信号直接送后续触发脉冲产生单元作为最终同步信号。

3）频压转换（PYZH ）环节由于该控制触发板可适应同步电压频率在30~160Hz 范围的变化，所以要保证无论同步电压频率如何变化，在同一个移相控制电压条件下，触发器输出的触发脉冲的相位角都不能变化，因而在同步电压通道中增加了同步电压整形环节，既当同步电压频率变化时，给－173－《电子设计工程》2011年第4期5）触发脉冲形成（MCXC ）图2给出了触发脉冲形成环节的原理图[4]。

从该图可看出该触发控制板是应用TCA785担当触发脉冲的形成芯片，该电路是一个专用的集成电路，它的引脚13接高电平则输出为窄脉冲，脉冲的宽度由引脚12的所接的电容值决定，引脚11为移相电压输入端，引脚5为同步电压输入端，引脚15与引脚14分别为对应同步电压负正半周的触发脉冲输出端，在TCA785的内部集成了给外接于引脚10的锯齿波电容充电的恒流源，该恒流源输出电流的大小由其引脚9对接地端（引脚1）所接电阻的大小唯一决定，图2中引脚9悬空，相当于内部恒流源的输出电流为零，因而通过外部恒流源给接于引脚10的锯齿波电容充电形成锯齿波，该锯齿波与引脚11输入的移相控制电压进行比较，从而形成移相触发脉冲，图中C 11与R 8为抗干扰电容与电阻，而二极管V D4与V D5、V D9与V D10、V D15与V D14是因为TCA785单电源工作用来削波的，也就是说TCA785单电源工作时要求的同步电压峰值为±0.7V 。

图中应用专用集成电路KJ041（如图3所示）专用双脉冲形成器集成电路对3个TCA785输出的6路脉冲进行处理，从而在该触发板的输出形成6路相位彼此互差60°的触发脉冲。

图2触发脉冲形成（MCXC ）电路的原理图Fig.2Schematic diagram of MCXC circuit6）故障保护（GZBH）单元触发控制板内设计有故障保护功能，该部分的原理电路如图4所示，当用户从该控制板的故障保护输入端F与参考地端输入一高电平信号，则晶体管VT不导通，不置TCA785的引脚6为低电平，使KJ041的引脚7变为低电平，不封锁TCA785输出的触发脉冲，反之，当用户从该控制板的故障保护输入端F与参考地端输入一低电平信号或F端悬空时，则晶体管VT导通，置TCA785的引脚6为低电平，使KJ041的引脚7变为高电平，封锁TCA785输出的触发脉冲。

7）冲隔离和整形电路为使脉冲形成部分的电位与电力电子设备中主开关晶闸管的门-阴极电位隔离，满足统一系统中各晶闸管门-阴极电位不同的这一特殊问题，因此必须对脉冲形成部分的输出或经脉冲功率放大换届后的输出进行隔离，常用隔离电路有脉冲变压器隔离和光耦合器的隔离。

脉冲整形电路的作用有：一是消去负半脉冲波，保证加到被触发晶闸管门-阴极的触发脉冲为正电压脉冲；二是如采用脉冲变压器，必须从电路结构上保证防止脉冲变压器饱和。

图5给出了应用脉冲变压器实现脉冲隔离时的常用电路，图中发光二极管V L1用来指示脉冲是否正常；稳压管V S1、V S2相串联是为了扩大稳压管的功率，以避免造成脉冲变压器单端工作而饱和，确保脉冲变压器输出脉冲的前、后沿陡度；接于脉冲变压器2次侧的二极管V D1、V D2用来消去负波；电阻R及电容C起抗干扰作用，防止干扰脉冲造成被控晶闸管的误触发[5-6]。

3应用中的数据记录在某铜矿的电解铜种板车间，种板整流系统直流输出母线电压仅60V，主电路选用双反星形同相逆并联。

整流变压器网侧电压10kV；晶闸管整流柜设计为由两台双反星形同相逆并联整流柜并联构成十二脉波整流方式。

图6、图7为现场的部分波形数据记录。

4结论采用脉冲变压器作为大功率可控硅的触发元件能产生幅值、脉宽和上升沿符合要求的脉冲。

实际应用结果表明，采用以TCA785为核心的可控硅移相触发电路，该电路设计合理、可靠性好，可有效地保证生产的高效、安全进行，具有较好的经济效益和社会效益.参考文献[1]黄俊，王兆安．电力电子技术[M]．北京：机械工业出版社，2004．[2]王兆安，张明勋．电力电子设备设计和应用手册[M]．北京：人民邮电出版社，2005．[3]方大千.实用晶闸管电路[M].北京：中国水利水电出版社，2002．[4]朱剑．一种大功率可控硅触发板应用[J]．科学技术与工程，2008，8（10）:2674-2677.ZHU Jian.Application of a high-power trigger board of SCR [J].Science Technology and Engineering，2008，8（10）: 2674-2677.[5]张杰．恶劣环境下晶闸管强触发脉冲系统的抗干扰措施[J]．煤炭技术，2004，23（10）:18．ZHANG Jie.Anti-interference measures of stong trigger pulse thyristor system in harsh environment[J].Coal Technology，2004，23（10）:18.[6]郝新，徐文立，张曾科，等.大功率晶闸管数字触发电路的设计[J].电气传动，2001，31（3）:29-31.HAO Xin，XU Wen-li，ZHANG Zeng-ke，et al.The design of high-power SCR digital trigger circuit[J].Electric Drive，2001，31（3）:29-31.图6α角为150°触发脉冲，带负载后存在波型畸变Fig.6Wave distortion whenα=150°with load图7全导通时的整流输出电压波型Fig.7Output voltage wave when complete break over图4故障保护（GZBH）单元的原理电路图Fig.4Schematic diagram of GZBHcircuit江琳，等一种晶闸管触发板的应用－175－。