电力电子技术第3章 晶闸管的触发驱动电路

3.1 触发驱动装置的选择 3.1.1 晶闸管对移相触发电路的要求 为了使晶闸管变流器准确无误地工作，对触发 电路必须有一定要求： 1）触发脉冲信号对门-阴极来说必须是正极性 的。为了减少门极损耗，一般不用交流或直流触发 信号，常采用脉冲形式的触发信号。 2）触发信号应有足够的功率（电压、电流） ，但以不超过门-阴极安全工区为限。 3）触发脉冲信号应有一定的宽度。保证被触 发的晶闸管可靠导通，该脉冲的宽度一般为 20 ～ 50 μs。
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3.3.1 锯齿波形成和脉冲移相控制环节 锯齿波同步触发电路的移相原理，是将锯齿波 电压与直流控制电压 UC叠加，使锯齿波可以垂直 上下移动，锯齿波形斜面对应的电压值能控制形成 脉冲的晶体管开通时刻，即改变对应控制角 α的大 小。
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3.3.2 脉冲形成、整形和放大输出环节 当锯齿波电压ue3与控制电压Uc、偏置电压Ub 叠加在V4管基极进行并联叠加的电压ub4<0.7V时， V4管截止，电源分别经及R13与R14向V6管与V5管供 给足够大的基极电流，使V6，V5管饱和导通。
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3.2 单结晶体管触发电路 单结晶体管（Unijuncting Transistor）的结构 及图形符号、等效电路如图3.3所示。单结晶体管 是在一块高电阻率的N型硅片两端，用欧姆接触方 式引出第一基极b1和第二基极b2，b1和b2之间的 电阻为N硅片的体电阻，约为3～12kΩ，在硅片靠 近b2极渗入P型杂质，形成PN结，由P区引出发射 极 e。
图 3.1 常用脉冲的波形
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图 3.2 脉冲电路与晶闸管连接方式
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2）光耦合器连接。光耦合器是一种将电信号 转为光信号，又将光信号转为电信号的半导体器件 。光耦合器由于具有可实现输入和输出间电隔离， 且绝缘性能好，抗干扰能力强等优点。在用微机组 成的触发电路中采用，如图 3.2（b）所示。
3）脉冲变压器耦合连接。在导磁率较高的铁 磁材料上绕制的变压器，能够很好地把一次的脉冲 信号传输到二次绕组，二次绕组与晶闸管连接，使 主电路与控制电路有良好的电气绝缘。
第3章 晶闸管的触发驱动电路
本章提要 晶闸管的导通控制信号由触发电路提供，触发 电路的类型按组成元件的不同可分为：单结晶体 管触发电路、锯齿波同步触发电路、集成触发电 路和数字触发电路等。本章介绍这些电路的组成 单元、工作原理、调试方法。特别是对晶闸管变 流装置的示波器定相操作步骤作了详实的叙述。
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图 3.5 单结晶体管同步触发电路
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3.3 同步电压为锯齿波的触发电路 锯齿波同步的触发电路，由于同步电压采用锯 齿波，所以不受电网电压波动的影响，增强了电路 抗Βιβλιοθήκη Baidu扰能力，在晶闸管为 200 A 以下的变流电路中 得到广泛应用。电路组成如图 3.7所示。
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图 3.6 用晶体管来代替 RP 的单结晶体管触发电路
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3.1.3 移相触发器的主要技术指标 （1）同步信号波形 同步信号有正弦波，方波和锯齿波，三者各有 特点，但集成模拟触发器多用锯齿波；数字式触发 器同步信号多用方波。 （2）同步信号幅值 同步信号的幅值随所应用触发器外接元件的不 同而有差别，一般为 6 ～ 30 V。 （3）移相范围 移相范围指当移相控制电压 UC，从零至最大 变化时，输出触发脉冲对于同步信号相位的变化量 。
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4）触发脉冲的前沿要陡，有强触发的能力。 5）触发脉冲应与被触发晶闸管阳-阴极的电压 同步，并通过控制电压 UC，脉冲保证能有足够的 移相范围。 6）不触发时，触发脉冲电路输出加到晶闸管 门极-阴极间的漏电压应小 0.15 ～0.25 V。
3.1.2 脉冲电路与晶闸管连接方式 1）直接相连。主电路和触发电路采用导线直 接连接。由于主电路电压经常高于触发控制电路， 采用直连，造成操作不安全，主电路又往往干扰触 发电路。在简单的设备中采用到，如图 3.2（a） 所示。 3
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图 3.3 单结晶体管的结构及图形符号、等效电路
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图 3.4 单结晶体管自激振荡电路
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3.2.2 单结晶体管同步触发电路 前边讨论的振荡电路具有输出尖脉冲的能力，可 以用于晶闸管的触发。依照晶闸管对触发电路的要求 ，触发电路送出的触发脉冲必须与晶闸管所加阳极电 压同步，才能保证在管子阳极电压每个正半周内以相 同的控制角 α 控制导通，才能得到稳定的输出直流电 压 Ud。 12
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图3.9 内双窄脉冲的形成连接图
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3.3.5 其他说明 图3.7中脉冲封锁信号线的作用：在事故情况 下或在可逆逻辑无环流系统中，系统要求当一组变 流器工作时，另一组变流器要封锁，这时可将脉冲 封锁信号线置于零电位或负电位，于是V7与V8就无 法导通，触发电路无脉冲输出，变流组就被封锁而 停止工作，达到了保护或逻辑控制的要求。
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图 3.8 锯齿波同步的触发电路的波形
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3.3.3 强触发环节 采用强触发脉冲可以缩短晶闸管开通的时间， 以用来提高晶闸管承受电流变化率的能力。另一方 面，强触发脉冲也有利于改善晶闸管串联或并联使 用时的动态均压或动态均流，以提高系统的可靠性 。因此，一些大中容量系统的触发电路常带有强触 发环节，如图 3.7右上方点划线框所示。
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3.3.4 双窄脉冲的产生 由两个具有强触发功能的窄脉冲（脉宽约为 1ms，第二脉冲滞后第一脉冲60°）组成双窄脉冲 ，双窄脉冲是三相全控桥和三相双反星形可控整流 电路的特殊要求。实现双窄脉冲控制有两种电路： 一种是“外双窄脉冲电路”，它每一触发单元在一 周期内只产生一个脉冲，是通过脉冲变压器的两个 二次绕组，同时去触发本相和前相的晶闸管。
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（4）脉冲幅值 脉冲幅值一般指电压幅值与电流幅值。当脉 冲触发器输出的脉冲电压幅值在不接晶闸管时可以 为 12 ～25 V。而电流幅值随被触发晶闸管容量的 不同有差异。 （5）脉冲宽度 为了保证触发的可靠性，触发脉冲常采用宽 脉冲、双窄脉冲，或宽脉冲列、双窄脉列。宽脉冲 宽度应大于 60°小于 120°，双窄脉冲每个脉冲 的宽度应大于 18°小于 30°。