CA6100通用数字型可控硅触发板的应用

CA6100通用数字型可控硅触发板的应用

我厂KGCFA－150/200~360型硅整流充电装置，自投入运行以来已有十年以上，由于设备的老化及其技术上的局限性，经常发生输出电压、电流振荡，甚至跳闸等事故。严重影响我厂直流系统的稳定性，对全厂机组的正常运行埋下了隐患。从1997年开始，我厂更换了新型GFM（Z）阀控密封铅酸蓄电池。该种电池要求硅整流充电装置具有较高的稳压、稳流精度，同时还要具有限流恒压的充电方式。因此，原硅整流充电装置已不能满足实际生产要求，需要对其进行改进。

KGCFA－150/200~360型硅整流充电装置的控制电路由电源板、信号板、直流放大器、触发板、直流互感器等组成。分析其工作原理，我们认为造成硅整流充电装置运行不稳定的原因有以下几个方面：

1.反馈采集元件性能差，至使反馈回来的电压、电流信号不稳

定，且线性度差。

2.直流放大器调节性能下降。直流放大器主要由分立电子元件

组成，由于运行时间较长，大部分元件都已老化，工作特性

发生变化，使直流放大器对信号的处理能力下降。

3.触发板采用正弦同步电压和直流控制电压叠加的垂直控制原

理，直流控制电压与同步电压的交点决定触发脉冲发出的时

刻。改变直流控制电压与同步电压的交点，就可以改变脉冲

发出的时刻（即移相）。三相同步电压是经过同步变压器获得

的，由于同步变压器制造工艺上的原因，致使三相同步电压

在幅值、宽度及对称平衡性上都有一定的差异，使得同一直

流控制电压与每相同步电压交叉点的相序不平衡（即触发时

间相序发生变化），从而造成充电装置输出电压和电流波动。

通过以上分析，在不改变原硅整流充电装置主体结构的情况下，只要对其控制电路的调节与触发部分进行重新设计和改进就可以满足实际生产要求。

目前国内传统的三相可控硅触发电路普遍采用小规模集成块KC或KJ系列的模拟芯片来组成。这类电路每一相的触发脉冲都是通过同步变压器送来的同步信号转换为锯齿波信号，再与给定的直流电压相比较来取得移相信号的。三相锯齿信号的斜率、占空比和幅度等与分离的每相元器件参数关系密切，比较信号中小的干扰可能造成较大的移相误差。此外，三相脉冲的对称平衡亦取决于三个锯齿波斜率的调整，至少要调整四个以上的电位器才能使这种电路正常工作，电路的可靠性及自动平衡能力较差。在干扰严重或电位器接触不良造成严重失衡时，触发信号甚至造成主回路元件的损坏。

由模拟芯片组成的触发电路，对不同的用途通常需要重新设计，不同相序的输入电源、同步变压器及触发脉冲所对应的可控硅也需用示波器严格查对。此外，对诸如缺相保护、软起停等附属电路也需另外设计电路解决，整个电路系统在设计和调试时相当繁杂。

经过认真调研，我们采用了以CA6100通用数字型可控硅触发电路板为核心的控制电路，其原理框图如图1所示。该控制电路由电压模块、电流模块、PI调节板、CA6100型触发电路板等组成。

现将各部分的原理和作用简述如下：

1、电压模块KV 、电流模块KT

作为采集元件为控制电路提供稳定的电压和电流反馈信号。

1

2345687654321

1

2345678G1K1G2K2G3K3G4K4G5K5G6

K654321

KV KT

R

sig

A

B

C

三相全控桥

P I 调节板

C A 6100触发板

电源开关

小型变压器

－

＋

AC220V

-12V

+15V COM -15V

+12V +5V

AC220V

图1 控制回路图简图

2、PI 调节板（比例积分调节板） 其原理简图如图2所示

+

-

LM324+

-

LM324+

-

LM324电压调节器

电流调节器

YT

LT

滤波器

图2 PI调节板原理简图

COM

SIG

CA6100接口

Vdd Vf Vdd Vd

Id

If

6.2k

滤波器

滤波器

滤波器

该调节板由高质量的集成运算放大器和积分电容组成。其作用将给定的电压、电流信号与电压、电流反馈信号进行比例积分运算，并加以放大后向触发板提供触发信号SIG 。由于电压环和电流环在调节

板上形成“或”的逻辑关系，可以保证硅整流充电装置实现限流恒压的充电方式。同时该调节板还能向控制电路提供+5V和±12V控制电源。

3、CA6100触发板

CA6100型触发板是以40芯CMOS大规模集成电路为核心，，利用锁相环技术PLL和多芯片合成技术MCM，根据压控振荡器VCO锁定三相同步信号间的逻辑关系设计出的一种可控硅触发系统。0~5V的直流输入电压信号，可以控制输出脉冲的移相范围从5º~175º可调。

CA6100型触发板由以下几部分构成：

禁止选通逻辑解码电 路

6分频

80分频

异或门鉴相器

压控振荡器

相序检测

相序信号输出

相位基准补尝

相序选择开关

低通滤波器

衰减器校正电路

加法放大

低通滤波器

缓冲放大 软起停缺相检测禁止电路电源

＋5V

RN1

R31-R33

衰减器

Ua

Ub Uc

Vss

+12V Vdd

300Hz

24kHz

禁止信号选通信号

＋30Vdc

+12Vdc +5Vdc COM

220VAC

CK2

CK1

SIG 门延命令

板外同步信号

+AP +BP

+CP -AP -BP

-CP

g k

脉冲放大

脉冲变

图3　CA6100触发板原理方框图

相位基准电路、缓冲放大器及软起动/软停止电路、锁相环、缺相检测及禁止电路、相序检测和选择开关、监控电路、脉冲放大器和脉冲变压器等。其原理框图如图3所示

下面以触发板的核心技术――锁相环进行详细分析，从而了解系统的工作原理，而后分析脉冲驱动电路，介绍驱动能力：

⑴ 锁相环

锁相环是整个触发电路的核心，使得输出的触发脉冲与电源实现同步。锁相环门延角发生器电路如图4所示，加法放大器，压控振荡器（VCO ），80分频器，6分频器，三相裂相器，三个彼此独立的异或非门相位检测器和一个缓冲放大器组成三相位锁相环。