整流电路驱动课程设计

《电力电子技术》课程设计报告题目：整流电路驱动设计与实现学院：机电与自动化学院专业班级：电气自动化技术1201班学生姓名：xxxxxxx学号：20122822013指导老师：xxxxxxxx 2014年6月3日至2014年6月13日华中科技大学《电力电子技术》课程设计任务书目录1.触发电路的定义与功能 (1)1.1脉冲形成 (1)1.2 脉冲移相 (2)2.同步锯齿波触发电路的设计 (3)2.1电路原理 (3)2.2电路图的设计 (3)2.3脉冲的形成与放大环节 (4)2.4锯齿波形成与移相环节 (4)2.5同步环节 (4)2.6强触发环节 (8)2.7双窄脉冲环节 (8)2.8触发电路的工作状态及波形图 (10)3.常用控制触发驱动器件 (11)3.1 KJ004晶闸管移相触发器集成电路特点及应用 (11)3.2 结构及工作原理 (11)4.数字触发电路 (13)结论 (15)参考文献 (17)附录：组成员分工表 (18)1.触发电路的定义与功能在实际的生产与实践中，当采用晶闸管相控方式的时候，叫做相控电路。

为了保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角∂的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲，这就是如何实现对相控电路电路的相位控制。

由于相控电路都使用晶闸管器件，因此，习惯上也将相控电路相位控制的电路总称为触发电路。

1.1脉冲形成我们可以建模如下：如上图，是一个简单的晶体管控制开关。

我们假设该晶体管压降为0.7V，那么就是一个简单的控制开关，即是：当Ub>0.7V时，开关导通；当Ub<0.7V时，开关闭合。

由此可见脉冲形成，如下所示脉冲宽度由导通时间决定，通过对巨星图像的分析，可以直观的表现出脉冲的导通时间，脉冲出现的劣频率。

out0.71.2 脉冲移相因而达到一个简单的控制作用，这是最简单常见的控制开关。

从数学 的角度我们也可以通过图像进行分析：Y(Ub)x00.7t1t t2Y=x+D1(D1>0)Y=xY=x+D1(D1<0)通过对函数y=x 这个图像进行分析，我们其实大致的可以总结出一个一次函数y=x+D1+D2对于简单触发电路的实现与控制。

即是：我们可以当锯齿波的发射信号为y=x 这个简单正比例函数，通过D1的正负来调解锯齿波的前移后移来达到移相的目的。

而当我们需要触发电路与主电路的信号输出相位必须达到一致时，我们必须要将触发电路的信号同步定相，这就是D2的用途所在，其实就是一个初始定相的功能。

以上对于简单控制电路的分析来说，最开始的原理不外乎就是这些。

而随着时代的发展，我们有越来越多的手段，技术，跟创作思想在改进着这些触发控制电路。

比如，集成触发器，单片机，等等。

2.同步信号为锯齿波的触发电路的具体设计2.1.电路原理锯齿波同步触发电路由锯齿波形成、同步移相、脉冲形成放大环节、双脉冲、脉冲封锁等环节和强触发环节等组成，可触发200A的晶闸管。

由于同步电压采取锯齿波，不直接受电网波动与波形畸变的影响，移相范围宽，在大中容量中得到广泛的应用。

下面是一系列的环节电路图：2.2.电路图的设计脉冲形成环节由晶体管V4、V5组成，V7、V8起脉冲放大作用。

控制电压Uco加在V4基极上，电路的触发脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。

当控制电路中Uco=0时，V4截止。

+E1电源通过R11供给V5一个足够大的的基极电流，使V5饱和导通，所以V5的集电极电压Uc5接近于-E1。

V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。

另外，电源的+E1（15V）经R9、V5发射结到-E1（-15V），对电容C3的充电，充满后电容两端电压接近2E1（30V），极性如下图2.2-1-15V2.2-1同步信号为锯齿波的触发电路当控制电压Uco≈O.7V时，V4导通，A点电位由+E1(+15V)迅速降低至1.0V 左右，由于电容C3两端电压不能突变，所以V5基极电位迅速降至与-2E1（-30V），由于V5发射结反偏置，V5立即截止。

它的集电极电压-E1（-15V）迅速上升到+3.1V（VD6、V7、V8三个PN结正向压降之和），于是V7、V8导通，输出触发脉冲。

同时，电容C3经电源+E1、R11、VD4、V4放电和反向充电，使V5基极电位又逐渐上升，直到Ub5>-E1（-15V），V5又重新导通。

这时Uc5又立即降到-E1，使V7、V8截止，输出脉冲终止。

可见，脉冲前沿由V4导通时刻确定，V5（或V6）截止持续时间即为脉冲宽度。

所以脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。

2.3 脉冲的形成与放大环节2.3-1脉冲形成和放大环节2.4 锯齿波形成与移相环节锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等。

图2.2-1所示为恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成，其中V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。

当V2截止时，恒流源电源I1c 对电容C2充电，所以C2两端电压Uc 为1111c c Uc I dt I t C C ==⎰Uc 按线性增长，即V3的基极电位3b u 按线性增长。

调节电位器的RP2，即改变C2的恒定充电电流I1c ，可见RP2是用来调节锯齿波的斜率的。

当V2截止时，由于R4的阻值较小，所以C2迅速放电，使3b u 电位迅速降到零附近。

当V2周期性的导通个关段时，3b u 便形成一个锯齿波，，同样3b u 也是一个锯齿波电压。

射极跟随器V3的作用是减小控制回路的电流对锯齿波电压3b u 的影响。

V4管的基极电位由锯齿波电压、直流控制电压co u 、直流偏移电压Up 三个电压作用的叠加值所确定，它们分别通过电阻R6、R7、和R8与基极相接。

设Uh 为锯齿波电压3e u 单独作用在V4基极b4时的电压，其值为 783678()h e R R u u R R R =+可见Uh 仍为一锯齿波，但斜率比Ue3低。

同理偏移电压Up 单独作用时b4的电压Up ’为'67867()p pR R u u R R R =+可见Uco 仍为一条与Up 平行的直线，但绝对值比Uco 小。

直流控制电压uco 单独作用时b4的电压为 '68768()co coR R u u R R R =+可见Uco 仍为与Uco 平行的一直线，但绝对值比Uco 小。

如果Uco=0，Up 为负值时，b4点的波形由Ub+Up ’确定。

当Uco 为正值的时候，b4点的波形由''h p co u u u ++确定。

由于V4的存在，上述电压波形与实际波形有出入，当b4点电压等于0.7V 时，V4导通。

由前面分析可知，V4经过M 点使电路输出脉冲。

因此当Up 为为某固定值的时候，改变u 便可改变M 的时间坐标，即改变了脉冲产生的时刻，脉冲被移相。

可见加Up的目的时为了确定控制电压Uco=0时脉冲的初始相位。

当接感性负载电流连续时，三相全控桥的脉冲初始相位应该定在90∂= ；如果是可逆系统，需要在整流和逆变的状态下工作，这时要求脉冲的移相范围为180度，由于锯齿波波形两端非线性，因而要求锯齿波的宽度大于180度。

2.4-1锯齿波的形成和脉冲移相2.5 触发电路的同步环节+15V2.5-1同步环节在锯齿波的触发电路中，触发电路与主电路的同步是指在要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。

从图2.2-1可知，锯齿波是由开关V2来控制的。

V2由导通变成截止期间产生锯齿波，V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度，V2开关的频率就是锯齿波的频率。

要使触发脉冲与主电路电源同步，使V2的开关频率与主电路频率同步就可达到。

图4-1中的同步环节，是由同步变压器TS和作同步开关用的晶体管V2组成的。

同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器的二次电压来控制V2的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路同步。

同步变压器二次电压Uts经过二极管VD1间接加在V2的基极上。

当二次电压波形在负半周的下降段时，VD1导通，电容C1被迅速充电。

因O点接地为零电位，R点为负电位，Q点电位与R点相近，故在这一阶段V2基极为反向偏置，V2截止。

在负半周的上升段，+E1电源通过R1给C1反向充电，Uq为电容反向充电波形，其上升速度比Uts波形慢，故VD1截止，如图4-1.当Q点电位达1.4V 时，V2导通，Q点电位被钳位在1.4V。

直到TS二次电压的下一个负半周到来时，VD1重新导通，C1迅速放电后又被充电，V2截止。

如此周而复始。

在一个正弦波周期内，V2包括导通和截止两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源频率与相位完全相同，达到同步的目的。

可以看出，Q点电位冲同步电压负半周上升段开始时刻到达1.4V的时间越长，V2截止时间就越长，锯齿波就越宽。

可知锯齿波的宽度是由充电时间常数R1C1决定的。

2.6 触发电路的强触发环节VD11-VD14R152.6-1强触发环节2.7 触发电路的双窄脉冲环节2.7-1双窄脉冲环节本方案是采用性能价格比优越、每个触发单元的一个周期内输出两个间隔60°的脉冲的电路，称内双脉冲电路。

图6—1中V5、V6两个晶体管构成一个“或”门。

当V5、V6都导通时，Uc5约为-15V，使V7、V8都截止，没有脉冲输出。

但只要V5、V6中有一个截止，都会使Uc5变为正电压，使V7、V8导通，就有脉冲输出。

所以只要用适当的信号来控制V5或V6的截止（前后间隔60°），就可以产生符合要求的双脉冲。

其中，第一个脉冲由本相触发单元的Uco对应的控制角α使V4由截止变为导通造成V5瞬时截止，于是V8输出脉冲，隔60°的第二个脉冲由滞后60°相位的后一相触发单元在产生第一个脉冲时刻将其信号引至本相触发单元V6的基极使V6瞬时截止，于是本相触发单元的V8管又导通，第二次输出一个脉冲，因而得到间隔60°的双脉冲。

其中VD4和R17的作用，主要是防止双脉冲信号互相干扰。

在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6,彼此间隔60度，相邻器件成双接通。

因此触发电路中双脉冲环节的接线方式为：以VT1的触发器件的触发单元而言，图6-1电路中的Y端应该接VT2器件的触发单元的X端，因为VT2器件的第一个脉冲比VT1器件的第一个脉冲滞后60度。

所以当VT2触发单元电路的V4由截止变成导通时，本身输出一个脉冲，同时使VT1器件触发单元的V6截止，给VT1器件补送一个脉冲。

同理，VT1器件触发单元的X端应该接VT6器件触发电路的Y端。

以此类推，可以确定6个元器件相应触发单元电路的双脉冲环节间的互相接线。

2.8 触发电路的工作状态及波形图UtsUQUb52.8-1同步信号为锯齿波的触发电路的工作波形3.常用控制触发驱动器件电力半导体分为不控型、半控型和全控型三类，其中后两类都需要用触发信号来控制其导通（或关断）。