触发电路

第五章晶闸管触发电路内容提要与目的要求1．了解晶闸管对触发电路和脉冲的要求。

2．了解单结晶体管触发电路的工作原理与测试方法。

3．了解正弦波同步触发电路的工作原理与测试方法。

4．了解锯齿波同步触发电路的工作原理与测试方法。

5．了解IC集成触发电路的工作原理与测试方法。

6．掌握同步分析方法。

了解了晶闸管的结构特性、技术参数和主电路工作原理以后,更重要的是要了解触发电路的工作原理。

主电路是强电部分,触发电路是弱电部分,变流装置具有弱电控制、强电输出的特点,触发电路工作不正常,整套装置就会工作不正常。

晶闸管对触发电路的结构和触发脉冲信号波形均有一定的要求。

第一节晶闸管对触发电路的要求1. 触发脉冲应有足够的幅度触发脉冲幅度太低,晶闸管因门极触发电压幅度不够而不能触发导通, 触发电压大小应根据晶闸管门极参数确定, 1000A以下晶闸管,门极正向峰值电压在6～16V之间,门极触发电压小于等于4V。

2. 触发脉冲应有足够的宽度触发脉冲应保证晶闸管阳极电流I a 上升到大于擎住电流I L 时才能消失,否则,晶闸管不能导通,一般晶闸管要求脉冲宽度τ＞180 ,全控桥脉冲宽度为 600＜τ＜1200。

电感性负载一般要求宽脉冲触发。

3. 触发脉冲应有足够的陡度所谓陡度是指脉冲前沿的上升率,可以减小晶闸管的起始导通时间,对于晶闸管多串、多并的电路,足够的上升率可以使晶闸管可靠地导通。

4. 触发脉冲应有足够的移相范围为保证输出电压在要求的电压范围内连续可调,触发脉冲移相范围应足够大,防止输出电压升不上去或降不下来的现象发生。

5. 触发电路应能输出双窄脉冲或宽脉冲为满足三相全控桥晶闸管的导通要求,触发电路应能输出双脉冲或宽脉冲。

6. 触发电路应有αmin、βmin限制为满足反并联可逆电路的要求,防止逆变失败,触发电路应有αmin、βmin限制。

7.触发电路应能输出强触发脉冲对于大功率变流设备的晶闸管多串、多并电路,为使晶闸管同时导通,触发电路应能实现强触发,脉冲前沿陡度应大于1A/us。

第二节正弦波同步的触发电路一、正弦波的特点正弦波与ωt轴有交点,每半周期过零点都与ωt轴相交,它是一个正、负交变的波形,有上升段和下降段,如图5-1所示。

对于正弦波的上升段,从负峰点到正峰点的范围是1800,正弦波上升段与ωt轴的交点是控制角的900。

0t tuua) 上升段b) 下降段图5-1 正弦波的上升段和下降段二、正弦波同步的触发电路正弦波同步的触发电路由同步、移相、脉冲形成、脉冲输出三部分组成,如图5-2所示。

图5-2 正弦波同步的触发电路（m2-24）V1～V3:3DG12B V4:3DD4 VD1～VD5:2CP12 VD6～VD8:2CP12F R1=15kΩR2=47kΩR3、R5=3.9kΩR4=36kΩC1=100pF C2、C3=0.047uF R6=150ΩR b、R c=15kΩR=2kΩ、C=1uF由滤波移相确定同步电压U s1（U T）由同步变压器供给,通过RC滤波环节得到滞后600的正弦波同步电压U s （U T）,再与控制电压U c进行电流并联叠加。

电流并联叠加时各控制信号具有公共点,由于各信号串入大电阻,信号间相互影响小。

1.静态工作分析根据晶体管的饱和条件（βR c≥R b），选择R2、R3的参数,使晶体管V2工作在饱和状态。

静态工作时,令同步电压U s1（U T）=0,控制电压U c=0,电源电压U≠0（+15V）,V2饱和导通,管压降为0.3V,V1、V3截止,晶体管V1、V2、V3的工作状态分别是:截止－导通－截止。

触发电路晶体管的静态工作状态见表5-1。

在此状态下,电容C1充电,极性为左正右负,U c1 =15V。

同时电容C3充电,极性为左负右正。

用万用表进行静态测试,测得V1集电极为高电位（+15V）,V2集电极为低电位（0.3V）,V3集电极为高电位（+15V）,否则,电路工作不正常,应检查原因,排除故障,才能保证电路静态工作正常。

2.动态工作分析动态工作时,同步电压U s1（U T）≠0,控制电压U c≠0（为某选定值）,电源电压U=+15V。

当晶体管V1基极电位U N≥0.7V时,V1导通,忽略V1管压降（0.3V）,则A点电压U A=0,B点电压为负,U B≈-15V,二极管VD2导通,F点电压为负,U F＜0.7V,V2截止。

由于V2截止, V2集电极电压升高,当升高到大于2.1V时,V3（V4）导通,脉冲变压器有脉冲输出。

晶体管V1、V2、V3的工作状态变成为:导通－截止－导通。

触发电路晶体管动态工作状态见表5-2。

V2的截止是暂态的,其基极电位受电容C1的影响。

在此状态下,电容C1放电并反充电,极性由左正右负变成了左负右正,使B点、F点电位上升,当U F≥0.7V时, V2导通,其集电极变成为低电平（0.3V）,V3（V4）截止,输出脉冲结束。

由此可见, V2截止的时间就是脉冲的宽度τ。

同时电容C3放电并反充电,极性为左正右负,也影响F点的电位上升, V2基极F点的电位越负,则脉冲越宽。

C3、R4是脉冲加宽环节,该支路的接通与断开,明显地改变脉冲的宽度,在R4＜R2范围内, R4↑增大则脉宽减小τ↓。

触发电路各点波形如图5-3所示。

图5-3 正弦波同步触发电路的各点波形(m2-25)三、脉冲的移相控制原理正弦波同步脉冲移相控制原理如图5-4所示, 控制电压U c与同步电压U s1（U T）的交点就是脉冲的产生时刻。

控制电压U c=0时,恰巧是正弦波上升段与ωt轴的交点。

该交点是脉冲的初始位置是移相范围的900,感性负载时输出电压U d=0。

U c＞0时, U c与正弦波交点左移,控制角减小, U c＜0时, U c与正弦波交点右移,控制角增大。

u图5-4 正弦波同步脉冲移相控制原理正弦波同步的触发电路（NPN晶体管）,同步电压U s1（U T）滞后主电压1200。

如果考虑滤波600,同步电压U s1（U T）应滞后主电压600。

四、αmin、βmin限制控制电压U c与同步电压U s1（U T）如果没有交点,触发电路就不会输出脉冲。

例如,α角减小,则U d增大,如α角继续减小,U d非但不增大,反而减小,这就说明控制电压U c与同步电压U s1（U T）负峰点失去了交点。

同样,U c与U s1（U T）正峰点失去交点,也会造成脉冲丢失。

为了防止脉冲丢失,保证U c与U s1（U T）有交点,必须在同步电压波形上叠加电压信号。

在同步电压波形负半波的α=300处叠加正弦半波负半波,在同步电压波形正半波的β=300处叠加正弦半波正Uβ滞后对应同步电压600,电路与波形如图5-5所示。

半波,Uα超前对应同步电压600,a) b)图5-5 αmin、βmin限制(m2-27)正弦波同步触发电路的优点是输出电压与控制电压成正比关系,该触发电路能部分补偿交流电网波动对整流电压的影响。

其缺点是容易受干扰,受电网波形畸变的影响,所以,同步输入有RC 滤波环节。

第三节 锯齿波同步的触发电路一、锯齿波的特点锯齿波有上升段和下降段,与ωt 轴没有交点，没有正、负波形之分,如图5-6 所示。

u 0ua ）b ）图5-6 锯齿波的上升段和下降段为了得到类似正弦波与ωt 轴有交点的正、负交变的锯齿波,可以取二分之一锯齿波幅值的负电压（偏移电压）U p 与锯齿波电压综合,交点对应于控制角的900。

因此,与正弦波同步的触发电路相比多了一个锯齿波的形成环节。

二、锯齿波同步的触发电路锯齿波同步的触发电路由锯齿波形成、同步移相、脉冲形成与脉冲输出等部分组成,如图5-7所示。

图中晶体管V 6用来控制V 5的工作状态形成双窄脉冲。

图5-7 锯齿波同步的触发电路(m2-28)R1、R6=10kΩR2、R4=4.7kΩ R5=500ΩR7=3.3kΩR8=12kΩ R12=1kΩR13、R14=30kΩR9、R15=6.2kΩR16=200ΩR17=30ΩR18=20ΩR19=300ΩR3、R10=1.5 kΩC1、C2、C6=1uF C3、C4=0.1uF C5=0.47uF C7=2000uFV1 3CG1D V2～V7 3DG12B V8 3DA1B V9 2CW12 VD1～VD9 2CP12 VD10～VD14 2Cz11A1. 锯齿波形成同步电压U s（U T）用来控制V2管的工作状态,V2管截止时,形成锯齿波的上升段,V2管导通时,形成锯齿波的下降段。

锯齿波的上升斜率由V1构成的恒流源的充电时间常数τ=（R3+R4）C2来确定,下降斜率则由V2导通时放电回路的时间常数τ=R5C2来确定。

锯齿波的底部宽度由电阻电容R1C1的大小来确定。

锯齿波触发电路的各点波形如图5-8所示。

(m2-29)图中①点同步电压U s（U T）波形处于负半波（0～900）下降段时,电容C1经VD1充电,极性为上负下正,忽略VD1管压降, ②点波形与①点一致, V2管基极电位为负而截止。

在①点同步电压U s（U T）波形负半波（900以后）上升段时,电容C1经R1、+15V电源先放电而后反充电, ②点电位上升比①点缓慢（具有600的滞后）,VD1反偏。

当②点电位反充到≥1.4V时,V2管导通,直到同步电压U s（U T）下一个负半波开始时V2重新截止。

电容C2两端的锯齿波底部宽度由τ=R1C1确定,可以达到2400。

锯齿波电压经射极输出器V3输出得到的是单极性的锯齿波,它与偏移电压U p并联,就得到了有交点的正负变化的锯齿波。

采用射极输出器是为了减小各信号电压之间的相互影响。

锯齿波同步的触发电路（NPN晶体管）,同步电压与主电压反相。

或者说同步电压U s （U T）滞后主电压1800。

2.工作状态分析为了分析方便,把晶体管V6去掉,V5管的发射极直接接地,V7、V8管接成复合管的形式,这样,V4、V5、V7（V8）就与正弦波同步电路的V1、V2、V3（V4）对应起来,工作原理基本相同,如表5-3所示。

V5管的截止时间就是脉冲的宽度。

V5管每截止一次,电路就输出一个脉冲,V6管与V5管串联的目的就是通过V6的截止使V5再截止一次,以便形成双窄脉冲（内双脉冲）。

3.脉冲形成V4基极电压是锯齿波电压、偏移电压U p和控制电压U c的综合信号。

U b4＜0.7V时,V4截止,V5（V6）饱和导通,⑥点电位为-13.7V,V7（V8）截止。

此时,电容C3经+15V、R11、V6、V5发射结、VD4、-15V充电至30V。

U b4＞0.7V时,V4导通,④点电位从15V突降到1V,电容C3两端电压不能突变,⑤点电位也突降到-27.3V,V5（V6）截止,⑥点电位为2.1V时,V7（V8）导通,输出触发脉冲。