第三章 晶闸管的触发电路
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《电力电子技术》
满足电路振荡的R源自文库的取值范围为
E UV E UP Re IP IV
为了防止 Re 取值过小电路不能振荡，一般取一固定电阻 r 与另一可调电阻Re串联，以调整到满足振荡条件的合适频率。 若忽略电容C放电时间，电路的自激振荡频率近似为
1 f T 1 Re C ln 1 1
《电力电子技术》
图3-16 三相全控桥电路及触发脉冲
图3-17
输出脉冲程序流程图
《电力电子技术》
电路工作时，设α1为触发延迟角，即第一对脉 冲距离同步参考点的电角度，后面每隔 60°发一 对脉冲，共发6对。各脉冲位置与时间关系如图 316b所示，设 t1=tα1 tn=tα1+(n-1) t60 式中t1——α1对应的时间； n—— 触发脉冲序号， n =1、2、3、4、5、6 tn——第n个脉冲对应的时间； t60——60°所对应的时间。
1．KC04移相触发器
KC04与分立元器件的锯 齿波触发电路相似，也是由同 步、锯齿波形成、移相控制、 脉冲形成及放大输出等环节组 成。该器件适用于单相、三相 全控桥式装置中作晶闸管双路 脉冲相控触发。
图3-11
《电力电子技术》
KC04与KC41C电路各点电压波形
2．KC41C六路双脉冲形成器
图3-12 KC41C内部电路及封装外形
《电力电子技术》
一、实现同步的方法
触发电路要与主电路电压取得同步，首先 二者应由同一电网供电，保证电源频率一致； 其次要根据主电路的型式选择合适的触发电路； 最后依据整流变压器的联结组标号、主电路 线路型式、负载性质确定触发电路的同步电压， 并通过同步变压器的正确连接加以实现。 由于同步变压器二次电压要分别接到各单 元触发电路，而一套主电路的各单元触发装置 一般有公共“接地”端点，所以，同步变压器 的二次只能是星形联结。
图3-9 实现双脉冲连接的示意图
《电力电子技术》
第三节
集成触发电路
一、KC04、KC41C组成的三相集成触发电路 如图 3-10 所示，由三块 KC04 与一块 KC41C 外加少 量分立元器件，可以组成三相全控桥的集成触发电 路，它比分立元器件电路要简单得多。
《电力电子技术》
《电力电子技术》
三相全控桥双窄脉冲集成触发电路
《电力电子技术》
实际应用中，常用晶体管 V 代替可调电阻器 Re ，以便实 现自动移相，同时脉冲的输出一般通过脉冲变压器 TP ，以 实现触发电路与主电路的电气隔离，如图3-6所示。
图3-6
带输出脉冲变压器的单结晶体管触发电路
《电力电子技术》
第二节
同步电压为锯齿波的触发电路
一、锯齿波同步触发电路组成 图 3-7 为锯齿波同步触发电路，该电路由以下 五个基本环节组成：①同步环节。②锯齿 波形 成及脉冲移相环节。③脉冲形成、放大和输出环 节。④双脉冲形成环节。⑤强触发环节。
《电力电子技术》
常见的触发脉冲电压波形
a)正弦波
3-1 常见的触发脉冲电压波形 b)尖脉冲 c)方脉冲 d)强触发脉冲
e)脉冲列
《电力电子技术》
第一节
一、单结晶体管
单结晶体管触发电路
图3-2单结晶体管 a)结构示意 b)等效电路 c)图形符号 d)外形及管脚 用万用表来判别单结晶体管的好坏：选择 R×1k 电阻挡进行测量，若某个电 极与另外两个电极的正向电阻小于反向电阻，则该电极为发射极 e ，接着测量另 外两个电极的正反向电阻值应该相等。
《电力电子技术》
图3-19
三相全控桥同步定相实例图
《电力电子技术》
本章小结
晶闸管的导通控制信号由触发电路提供，触发电路的 类型按组成器件分为：单结晶体管触发电路、晶体管触发 电路、集成触发电路和计算机数字触发电路等。单结晶体 管触发电路结构简单，调节方便，输出脉冲前沿陡，抗干 扰能力强，对于控制精度要求不高的小功率系统，可采用 单结晶体管触发电路来控制；对于大容量晶闸管一般采用 晶体管或集成电路组成的触发电路。计算机数字触发电路 常用于控制精度要求较高的复杂系统中。各类触发电路有 其共同特点，它们一般由同步环节、移相环节、脉冲形成 环节和功率放大输出环节组成。
《电力电子技术》
二、微机触发系统的硬件设置
图3-18 系统硬件配置框图
《电力电子技术》
第五节
触发电路与主电路电压的同步
所谓同步，是指把一个与主电路晶闸管所 受电源电压保持合适相位关系的电压提供给触 发电路，使得触发脉冲的相位出现在被触发晶 闸管承受正向电压的区间，确保主电路各晶闸 管在每一个周期中按相同的顺序和触发延迟角 被触发导通。我们将提供给触发电路合适相位 的电压称为同步信号电压，正确选择同步信号 电压与晶闸管主电压的相位关系称为同步或定 相。
《电力电子技术》
用MC787和MC788组成的三相触发电路原理图
《电力电子技术》
使用时应注意的几个问题
1) 同步电压的零点取在 1 ／ 2 电源电压处，所以，同步 信号的“地”若与电路共地，电路的同步信号输入端需用 电阻进行 1 ／2分压，然后将同步信号用电容耦合到输入端； 1／ 2分压精度将影响同步信号的零点，应选用相对误差小 于2％的电阻。此外同步信号的峰值不应超过电源电压数值。 2)电容的相对误差应小于5％，当频率为50Hz时，电容可 取0.15μ F左右，当频率较高时，为保证电容积分幅值，电 容应减小。 3)电路的半控／全控控制端，使用时不要悬空。 4)MC787 ／ MC788 可方便地用于普通晶闸管、双向晶闸管、 门极关断晶闸管、非对称晶闸管的电力电子设备中作移相 触发脉冲形成电路。改变CX，它还可用于GTR、电力MOSFET、 IGBT或MCT的电力电子设备中。
《电力电子技术》
第四节
数字触发电路
图3-15
微机控制数字触发系统框图
《电力电子技术》
一、系统工作原理
MCS-51 系列 8031 单片机内部有两个 16 位可编 程定时器计数器T0、T1，若将其设置为定时器方式 1，即16 位对机器周期进行计数。首先将初值装入 TL( 低 8 位 ) 及 TH( 高 8 位 ) ，启动定时器即开始从初 值加 1 计数，当计数值溢出时，向 CPU 发出中断申 请，CPU响应后执行相应的中断程序。在中断程序 中让单片机发出触发信号，因此改变计数器的初 值，就可改变定时长短。
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三、具有同步环节的单结晶体管触发电路
图3-5 单结晶体管同步触发电路
《电力电子技术》
图 3-5 是加了同步环节的单结晶体管触发电路，主电 路为单相半波整流电路。要求图中 VT 在每个周期内以同 样的触发延迟角α被触发导通，即触发脉冲必须在电源电 压每次过零后滞后α角出现。为了使触发脉冲与电源电压 的相位配合需要同步，我们采用一个同步变压器，它的 一次侧接主电路电源，二次侧经二极管半波整流、稳压 削波后得梯形波，作为触发电路电源，也作为同步信号。 当主电路电压过零时，触发电路的同步电压也过零，单 结晶体管的Ubb电压也降为零，使电容C放电到零，保证了 下一个周期电容C从零开始充电，起到了同步作用。从图 3-5b可以看出，每周期中电容C的充放电不止一次，晶闸 管由第一个脉冲触发导通，后面的脉冲不起作用。改变Re 的大小，可改变电容充电速度，也就改变了第一个脉冲 出现的角度，达到调节α角的目的。
《电力电子技术》
集成块由同步过零电路和极性检测电路、锯齿波形成电路、比较电 路、抗干扰锁定电路、 调制脉冲发生器、脉冲形成电路、脉冲分配及 驱动电路组成。电路采用单电源供电，同步电压的零点设计在 1 ／ 2 电源 电压处。三相同步电压信号经T形网络进入过零检测和极性判别电路，检 测出零点和极性后，在锯齿波形成电路的CU、CV、CW三个电容上积分形成 锯齿波。锯齿波形成电路由于采用集中式恒流源，相对误差很小，具有 良好的线性度和一致性。因此要求选取的积分电容的相对误差也应较小。 锯齿波在比较器中与移相电压比较取得交点，移相电压由脚4通过电位 器调节或由外电路控制得到。移相电压为正极性，当移相电压增加时， 输出触发延迟角增大。移相电压的调整范围可按积分电容的大小，在0～ 15V间选取。
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二、定相举例
例 三相桥式全控电路如图 3-19a 所示，直流电动 机负载，要求可逆运行，整流变压器 TR为D，y1联结 组标号，采用图3-7所示锯齿波触发电路。锯齿波的齿 宽为240°，考虑锯齿波起始段的非线性，故留出60° 余量。电路要求的移相范围是30°～150°。试按简化 相量图的方法来确定同步变压器的联结组标号及变压 器绕组联结方法。 解 选择以某一只晶闸管的同步定相为例 ( 如以 VT1 管)，其余五管可根据相位关系依 次确定。具体步骤 如下： 1．确定VT1管的同步电压与主电路电压的相位关系 2．确定同步变压器的联结组标号 3．确定同步电压与各触发电路的连线
《电力电子技术》
锯齿波同步触发电路
iB
I CS
图3-7 同步电压为锯齿波的触发电路
《电力电子技术》
二、工作原理波形分析
图3-8 锯齿波触发电路各点电压波形
《电力电子技术》
三、双脉冲形成环节
对于三相全控桥电路，电源三相 U 、 V 、 W 为正相序 时 ， 6 只 晶 闸 管 的 触 发 顺 序 为 VT1→ VT2→VT3→VT4→VT5→VT6 彼此间隔 60°，为了得到双 脉冲， 6 块触发板的 X 、 Y 可按图 3-9 所示方式连接，即后 相的X端与前相的Y端相连。
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单结晶体管的伏安特性
图3-3 单结晶体管伏安特性 a)单结晶体管实验电路 b)单结晶体管伏安特性 c)特性曲线族
《电力电子技术》
二、单结晶体管自激振荡电路
利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，可 以组成单结晶体管自激振荡电路，如图3-4所示。
图3-4 单结晶体管自激振荡电路及波形
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二、集成电路MC787和MC788
集成电路 MC787 和 MC788 与 KC 系列相比较，具有功能强、外 接元器件少、不需要双电源供电、功耗少等多项优点，对于 电力电子产品的小型化和方便设计具有重要意义。图3-13 为 该电路的结构框图。
图3-13 MC787和MC788内部电路的结构框图
满足电路振荡的R源自文库的取值范围为
E UV E UP Re IP IV
为了防止 Re 取值过小电路不能振荡，一般取一固定电阻 r 与另一可调电阻Re串联，以调整到满足振荡条件的合适频率。 若忽略电容C放电时间，电路的自激振荡频率近似为
1 f T 1 Re C ln 1 1
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图3-16 三相全控桥电路及触发脉冲
图3-17
输出脉冲程序流程图
《电力电子技术》
电路工作时，设α1为触发延迟角，即第一对脉 冲距离同步参考点的电角度，后面每隔 60°发一 对脉冲，共发6对。各脉冲位置与时间关系如图 316b所示，设 t1=tα1 tn=tα1+(n-1) t60 式中t1——α1对应的时间； n—— 触发脉冲序号， n =1、2、3、4、5、6 tn——第n个脉冲对应的时间； t60——60°所对应的时间。
1．KC04移相触发器
KC04与分立元器件的锯 齿波触发电路相似，也是由同 步、锯齿波形成、移相控制、 脉冲形成及放大输出等环节组 成。该器件适用于单相、三相 全控桥式装置中作晶闸管双路 脉冲相控触发。
图3-11
《电力电子技术》
KC04与KC41C电路各点电压波形
2．KC41C六路双脉冲形成器
图3-12 KC41C内部电路及封装外形
《电力电子技术》
一、实现同步的方法
触发电路要与主电路电压取得同步，首先 二者应由同一电网供电，保证电源频率一致； 其次要根据主电路的型式选择合适的触发电路； 最后依据整流变压器的联结组标号、主电路 线路型式、负载性质确定触发电路的同步电压， 并通过同步变压器的正确连接加以实现。 由于同步变压器二次电压要分别接到各单 元触发电路，而一套主电路的各单元触发装置 一般有公共“接地”端点，所以，同步变压器 的二次只能是星形联结。
图3-9 实现双脉冲连接的示意图
《电力电子技术》
第三节
集成触发电路
一、KC04、KC41C组成的三相集成触发电路 如图 3-10 所示，由三块 KC04 与一块 KC41C 外加少 量分立元器件，可以组成三相全控桥的集成触发电 路，它比分立元器件电路要简单得多。
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三相全控桥双窄脉冲集成触发电路
《电力电子技术》
实际应用中，常用晶体管 V 代替可调电阻器 Re ，以便实 现自动移相，同时脉冲的输出一般通过脉冲变压器 TP ，以 实现触发电路与主电路的电气隔离，如图3-6所示。
图3-6
带输出脉冲变压器的单结晶体管触发电路
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第二节
同步电压为锯齿波的触发电路
一、锯齿波同步触发电路组成 图 3-7 为锯齿波同步触发电路，该电路由以下 五个基本环节组成：①同步环节。②锯齿 波形 成及脉冲移相环节。③脉冲形成、放大和输出环 节。④双脉冲形成环节。⑤强触发环节。
《电力电子技术》
常见的触发脉冲电压波形
a)正弦波
3-1 常见的触发脉冲电压波形 b)尖脉冲 c)方脉冲 d)强触发脉冲
e)脉冲列
《电力电子技术》
第一节
一、单结晶体管
单结晶体管触发电路
图3-2单结晶体管 a)结构示意 b)等效电路 c)图形符号 d)外形及管脚 用万用表来判别单结晶体管的好坏：选择 R×1k 电阻挡进行测量，若某个电 极与另外两个电极的正向电阻小于反向电阻，则该电极为发射极 e ，接着测量另 外两个电极的正反向电阻值应该相等。
《电力电子技术》
图3-19
三相全控桥同步定相实例图
《电力电子技术》
本章小结
晶闸管的导通控制信号由触发电路提供，触发电路的 类型按组成器件分为：单结晶体管触发电路、晶体管触发 电路、集成触发电路和计算机数字触发电路等。单结晶体 管触发电路结构简单，调节方便，输出脉冲前沿陡，抗干 扰能力强，对于控制精度要求不高的小功率系统，可采用 单结晶体管触发电路来控制；对于大容量晶闸管一般采用 晶体管或集成电路组成的触发电路。计算机数字触发电路 常用于控制精度要求较高的复杂系统中。各类触发电路有 其共同特点，它们一般由同步环节、移相环节、脉冲形成 环节和功率放大输出环节组成。
《电力电子技术》
二、微机触发系统的硬件设置
图3-18 系统硬件配置框图
《电力电子技术》
第五节
触发电路与主电路电压的同步
所谓同步，是指把一个与主电路晶闸管所 受电源电压保持合适相位关系的电压提供给触 发电路，使得触发脉冲的相位出现在被触发晶 闸管承受正向电压的区间，确保主电路各晶闸 管在每一个周期中按相同的顺序和触发延迟角 被触发导通。我们将提供给触发电路合适相位 的电压称为同步信号电压，正确选择同步信号 电压与晶闸管主电压的相位关系称为同步或定 相。
《电力电子技术》
用MC787和MC788组成的三相触发电路原理图
《电力电子技术》
使用时应注意的几个问题
1) 同步电压的零点取在 1 ／ 2 电源电压处，所以，同步 信号的“地”若与电路共地，电路的同步信号输入端需用 电阻进行 1 ／2分压，然后将同步信号用电容耦合到输入端； 1／ 2分压精度将影响同步信号的零点，应选用相对误差小 于2％的电阻。此外同步信号的峰值不应超过电源电压数值。 2)电容的相对误差应小于5％，当频率为50Hz时，电容可 取0.15μ F左右，当频率较高时，为保证电容积分幅值，电 容应减小。 3)电路的半控／全控控制端，使用时不要悬空。 4)MC787 ／ MC788 可方便地用于普通晶闸管、双向晶闸管、 门极关断晶闸管、非对称晶闸管的电力电子设备中作移相 触发脉冲形成电路。改变CX，它还可用于GTR、电力MOSFET、 IGBT或MCT的电力电子设备中。
《电力电子技术》
第四节
数字触发电路
图3-15
微机控制数字触发系统框图
《电力电子技术》
一、系统工作原理
MCS-51 系列 8031 单片机内部有两个 16 位可编 程定时器计数器T0、T1，若将其设置为定时器方式 1，即16 位对机器周期进行计数。首先将初值装入 TL( 低 8 位 ) 及 TH( 高 8 位 ) ，启动定时器即开始从初 值加 1 计数，当计数值溢出时，向 CPU 发出中断申 请，CPU响应后执行相应的中断程序。在中断程序 中让单片机发出触发信号，因此改变计数器的初 值，就可改变定时长短。
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三、具有同步环节的单结晶体管触发电路
图3-5 单结晶体管同步触发电路
《电力电子技术》
图 3-5 是加了同步环节的单结晶体管触发电路，主电 路为单相半波整流电路。要求图中 VT 在每个周期内以同 样的触发延迟角α被触发导通，即触发脉冲必须在电源电 压每次过零后滞后α角出现。为了使触发脉冲与电源电压 的相位配合需要同步，我们采用一个同步变压器，它的 一次侧接主电路电源，二次侧经二极管半波整流、稳压 削波后得梯形波，作为触发电路电源，也作为同步信号。 当主电路电压过零时，触发电路的同步电压也过零，单 结晶体管的Ubb电压也降为零，使电容C放电到零，保证了 下一个周期电容C从零开始充电，起到了同步作用。从图 3-5b可以看出，每周期中电容C的充放电不止一次，晶闸 管由第一个脉冲触发导通，后面的脉冲不起作用。改变Re 的大小，可改变电容充电速度，也就改变了第一个脉冲 出现的角度，达到调节α角的目的。
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集成块由同步过零电路和极性检测电路、锯齿波形成电路、比较电 路、抗干扰锁定电路、 调制脉冲发生器、脉冲形成电路、脉冲分配及 驱动电路组成。电路采用单电源供电，同步电压的零点设计在 1 ／ 2 电源 电压处。三相同步电压信号经T形网络进入过零检测和极性判别电路，检 测出零点和极性后，在锯齿波形成电路的CU、CV、CW三个电容上积分形成 锯齿波。锯齿波形成电路由于采用集中式恒流源，相对误差很小，具有 良好的线性度和一致性。因此要求选取的积分电容的相对误差也应较小。 锯齿波在比较器中与移相电压比较取得交点，移相电压由脚4通过电位 器调节或由外电路控制得到。移相电压为正极性，当移相电压增加时， 输出触发延迟角增大。移相电压的调整范围可按积分电容的大小，在0～ 15V间选取。
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二、定相举例
例 三相桥式全控电路如图 3-19a 所示，直流电动 机负载，要求可逆运行，整流变压器 TR为D，y1联结 组标号，采用图3-7所示锯齿波触发电路。锯齿波的齿 宽为240°，考虑锯齿波起始段的非线性，故留出60° 余量。电路要求的移相范围是30°～150°。试按简化 相量图的方法来确定同步变压器的联结组标号及变压 器绕组联结方法。 解 选择以某一只晶闸管的同步定相为例 ( 如以 VT1 管)，其余五管可根据相位关系依 次确定。具体步骤 如下： 1．确定VT1管的同步电压与主电路电压的相位关系 2．确定同步变压器的联结组标号 3．确定同步电压与各触发电路的连线
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锯齿波同步触发电路
iB
I CS
图3-7 同步电压为锯齿波的触发电路
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二、工作原理波形分析
图3-8 锯齿波触发电路各点电压波形
《电力电子技术》
三、双脉冲形成环节
对于三相全控桥电路，电源三相 U 、 V 、 W 为正相序 时 ， 6 只 晶 闸 管 的 触 发 顺 序 为 VT1→ VT2→VT3→VT4→VT5→VT6 彼此间隔 60°，为了得到双 脉冲， 6 块触发板的 X 、 Y 可按图 3-9 所示方式连接，即后 相的X端与前相的Y端相连。
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单结晶体管的伏安特性
图3-3 单结晶体管伏安特性 a)单结晶体管实验电路 b)单结晶体管伏安特性 c)特性曲线族
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二、单结晶体管自激振荡电路
利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，可 以组成单结晶体管自激振荡电路，如图3-4所示。
图3-4 单结晶体管自激振荡电路及波形
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二、集成电路MC787和MC788
集成电路 MC787 和 MC788 与 KC 系列相比较，具有功能强、外 接元器件少、不需要双电源供电、功耗少等多项优点，对于 电力电子产品的小型化和方便设计具有重要意义。图3-13 为 该电路的结构框图。
图3-13 MC787和MC788内部电路的结构框图