晶闸管触发电路设计

摘要为了控制晶闸管的导通，必须在控制级至阴极之间加上适当的触发信号（电压及电流），完成此任务的就是触发电路。

本课题针对晶闸管的触发电路进行设计，其电路的主要组成部分由触发电路，交流电路，同步电路等电路环节组成。

有阻容移相桥触发电路、正弦波同步触发电路、单结晶体触发电路、集成UAA4002、KJ004触发电路。

包括电路的工作原理和电路工作过程以及针对相关参数的计算。

关键词：晶闸管；触发电路；脉冲；KJ004目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (1)2.1 概述 (1)2.2 系统组成整体结构 (2)2.3 设计方案 (2)第3章电路设计 (4)3.1 UAA4002集成芯片构成的触发器 (4)3.2 阻容移相桥触发电路 (5)3.3正弦波同步触发电路 (6)3.4单结晶体管触发电路 (8)3.5集成KJ004触发电路 (9)第4章课程设计总结 (12)参考文献 (14)绪论晶闸管是晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器，以前被简称为可控硅。

在电力二极管开始得到应用后不久，1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管，到1957年美国通用电气公司开发出世界上第一只晶闸管产品，并在1958年达到商业化。

由于其开通时刻可以控制，而且各方面性能均明显胜过以前的汞弧整流器，因而立即受到普遍欢迎，从此开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，其标志就是以晶闸管为代表的电力半导体器件的广泛应用，有人称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术革命。

自20世纪80年代以来，晶闸管的地位开始被各种性能更好的全控型器件取代，但是由于其所能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。

20世纪80年代以来，信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件，从而将电力电子技术又带入一个崭新时代。

门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管就是全控型电力电子器件的典型代表。

晶闸管的种类较多，有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、直流开关晶闸管（即门级可关断晶闸管）、寄生晶闸管（即功率场效应管IGBT）、无控制极晶闸管等。

晶闸管在电力电子技术上有很广泛的应用，整流电路（交流变直流）、逆变电路（直流变交流）、交频电路（交流变交流）、斩波电路（直流变直流），此外，还可用作无触点开关。

又晶闸管是半控型器件，因此在控制极和阴极间的触发信号是必不可少的。

而触发电路的作用是产生符合要求的门级触发脉冲，保证在需要是晶闸管立即由阻断状态变为导通状态。

广义上讲，触发电路包括对其触发时刻进行控制的相位控制环节、放大和输出环节。

而触发电路的形成又有许多种形式。

本课程设计研究的是基于螺旋式晶闸管KP50的触发电路。

课程设计的方案概述要使晶闸管开始导通，必须施加触发脉冲，在晶闸管触发电路中必须有触发电路，触发电路性能的好坏直接影响晶闸管电路工作的可靠性，也影响系统的控制精度，正确设计触发电路是晶闸管电路应用的重要环节。

本设计要求采用KP50晶闸管，经查阅相关资料，KP50为螺旋式晶闸管，其通态电流T I 为50A ，通态峰值电压TM V ≤1.9V ，正反向重复峰值电压REM V 为100-2000V ，正反向重复峰值电流DEM I ≤5mA ，触发电压GT V ≤2V 。

门极触发电压小于25V ，门极触发电流小于150mA ，维持电流小于200mA 。

根据给出的技术参数指标，要求触发电压不小于3.5V ，触发电流不小于100mA 。

触发信号不许超过规定的门极最大允许峰值电压与峰值电流。

触发脉冲要有一定的宽度，前沿要陡。

电阻性负载时脉冲宽度应大于10μs ，电感性负载时则应大于100μs 。

触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步，即采同步电路从而保持输出电压的平稳。

系统组成整体结构图2.1 系统整体结构图整个设计主要分为电源、交流电路、同步电路、触发电路。

当接通电源时，系统工作，给晶闸管电路一个触发信号，晶闸管电路导通，当触发信号变为反向时，晶闸管迅速关断，电路停止工作。

如图2.1所示。

2.3 设计方案方案一 ：采用UAA4002集成芯片UAA4002是法国汤姆逊公司生产的大规模集成电路，在国内市场上已能够购到。

较其他集成芯片，使用它可以实现对开关功率晶体管的最优基极驱动，同时实现对开关功率晶体管的就地非集中保护，保证其运行在参数最优的条件下。

这大大加快了高性能晶体管开关产品的开发。

是当前一种较好的基极驱动和保护方法。

方案二：阻容移相桥触发电路由电位器R、电容C和带中心抽头的同步变压器T组成的桥式电路就是最简单的一种触发电路，它本身就包含同步电压形成、移相、脉冲形成与输出三个部分。

同步变压器初级电压相位与晶闸管主电路电压相位相同。

无需外接同步电路。

是一个极易调整，精度不高的晶闸管触发装置。

方案三：正弦波同步触发电路触发电路由移相控制环节和输出脉冲形成环节两大部分组成，分别有不同的功能。

移相控制环节自身含有电感，可以防止高频干扰。

该电路理论上移相范围为0度到180度，实际应用多在0度到150度左右。

由于有正反馈，抗干扰能力差。

但正反馈电流能提高输出脉冲的陡度和加大脉冲宽度。

同时交流电源电压的波动，会影响到移相角的变化。

方案四：单结晶体管触发电路由单结晶体管等组成的触发电路，又称单结晶体管驰张振荡器。

单结晶体管触发电路简单易调，脉冲前沿陡峭，抗干扰能力强，可靠性高。

但由于脉冲较窄，触发功率小，移相范围也较小，所以多用于50A及以下晶闸管的中、小功率系统中。

方案五：集成触发电路集成触发电路KJ004，KJ004可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中，作可控硅的双路脉冲移相触发。

KJ004器件输出两路相差180度的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式触发器线路。

KJ004电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽的特点。

对同步电压要求低，有脉冲列调制输出端等功能与特点。

电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。

电路设计UAA4002集成芯片构成的触发器其内部结构图如图3.1所示。

图3.1 UAA4002内部结构UAA4002的特点：1.标准的16脚双排直插式结构。

2.UAA4002将接收到的以逻辑信号输入导通信号转变为加到晶闸管上的门极电流，这一门级电流可以自动调节，保证晶闸管总处于导通状态。

UAA4002输出的最大电流为0.5A，可以外接晶闸管扩大。

3.U AA4002可以给晶闸管加-3A的反向门极电流，保证晶闸管快速关断。

这个负的门极电流亦可通过外接晶闸管扩大。

4. UAA4002内装高速逻辑处理器保护晶闸管，监控导通期间晶闸管门极电流，亦监控集成电路的正负电源电压和芯片温度，对被驱动的晶闸管实现就地保护（非集中保护）。

5.与通常的驱动模块不一样，其输入端可接收电信号和交变脉冲信号,如果需要对输入端隔离,可外加光电藕合器或微分变压器。

根据给出的技术参数指标，完成晶闸管触发电路设计，晶闸管选用KP50。

要求触发电压不小于3.5V ，触发电流不小于100mA 。

触发信号不许超过规定的门极最大允许峰值电压与峰值电流。

触发脉冲要有一定的宽度，前沿要陡。

电阻性负载时脉冲宽度应大于10us ，电感性负载时则因大于100us 。

触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求。

触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步。

由于电路的结构部分，由检测电路可以保证触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步,并且由芯片资料可得，芯片触发脉冲的电压幅值为15V ，满足触发电压不小于3.5V 的要求，而且，芯片的正向导通电流可以达到0.5A ，同时也满足触发电流不小100mA ，由于芯片内部存在自身的保护电路，触发信号不会超过规定的门极最大允许峰值电压与峰值电流。

其中关于触发脉冲要有一定的宽度,由芯片资料，我们可知，触发脉冲的宽度由芯片6引脚、8引脚和芯片10引脚共同决定，其中6引脚接入电阻，8引脚接入电阻、10引脚接入电容，其参数与脉冲宽度的关系为： T=2·2C ×45.0R R d （3-1） R=)51(2min V R d + （3-2） minmin 5I U R d = （3-3） C=min min3U I （3-4）由于题目要求，触发脉冲的移相范围应可调节，并且范围尽可能大，可以满足0-170度之间任意调节，由芯片资料可知，芯片的15引脚控制移相范围。

且移相范围在0-180度以内。

阻容移相桥触发电路同步变压器初级电压相位与晶闸管主电路电压相位相同，其次级有一个中心抽头O 将次级绕组分成OA 、OB 两组作为桥路的两臂，桥路的另两臂是电阻R 和电容C 。

对角线OD 为输出端。

如图3.2所示。

图3.2 阻容移向桥触发电路根据KP50参数查到，要使晶闸管正常工作，其最起码的触发电压为3.5V ，最起码的触发电流为100mA 。

故同步变压器次级电压应取大于2×3.5,取 OD u =10V 。

取移相桥对角线电流OD I =100mA ，则C ≥OD OD u I 3=10100×3=30（μF ） （3-5） R ≥OD OD RI u K =10010×3=0.3(K Ω) (3-6) 故取C=30μF 、R=300Ω就能满足移相要求。

工作原理由矢量图可知:AB U ~ = AD U ~ +DB U ~=R U ~+C U ~ (3-7)同时，D 一直在以AB 为直径的半圆上移动，从而保证了OD U ~在数量上永远等于AB U ~的一半。

如果以OD U ~作为触发信号，就可以利用改变电阻R 的大小，实现对晶闸管的移相控制。

即α角由AB U ~决定即R U ~和C U ~共同决定。

其中R U ~由可变电阻的分压情况决定，C U ~由电解电容两端电流积分值来决定。

两部分电压代数和决定了AB U ~两端电压，即可调的触发角。

单相阻容移相触发电路的特点是简单，但触发电压是正弦波，因此触发不够准确，移相角受电网电压波动等影响较大，而且触发功率不大。

正弦波同步触发电路触发电路如图3.3。

图3.3 触发电路图触发脉冲的形成：，脉冲的移相：αααα图3.5 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路原理图如图3.6所示。

图3.6 单结晶体管触发电路图交流正弦电压经整流桥VC 整流、电阻w R 降压、限流、稳压管VW 削波。

取自主电路的正弦交流电通过同步变压器T 降压，变为较低的交流电压，然后经二极管整流桥变成脉动直流。

稳压管VW 和电阻RW 的作用是“削波”，脉动电压小于稳压管的稳压值时，VW 不导通，其两端的电压与整流输出电压相等；如果脉动电压大于稳压管的稳压值，将使VW 击穿，其两端电压保持稳压值，整流桥输出电压高出稳压值的部分降在电阻RW 上。