CA6100可控硅触发电路

CA 6100

通用数字型可控硅触发电路

技术说明书

北方交通大学

电气工程系

目录

摘要 (3)

概述 (3)

基本工作原理 (4)

⒈锁相环 (5)

⒉触发脉冲驱动电路 (6)

CA6100触发板的特点 (8)

实际应用 (8)

⒈两相限桥式变换器 (8)

⒉四相限桥式变换器 (11)

⒊交流控制器 (14)

⒋感应发电机控制器 (14)

⒌双反星型整流器 (17)

安装须知 (17)

附录 (21)

⑴触发板的主要技术参数 (21)

⑵ CA12100 与 CA2100 简介 (21)

摘要

CA6100触发板具有通用特性，用于控制可控硅的门极延迟触发角，从而实现移相控制。它在计算机、模拟或数字调节器与大功率主电路之间形成了一个良好的缓冲界面，一方面，保证可靠而且有效地传输控制信号，实现系统设定的控制功能；另一方面，易大大减轻了主电路对控制器的于扰，在计算机及控制电路失控时能够自动保证主电路安全，提高了系统工作的可靠性。

概述

随着电力电子技术的发展，各种新型功率器件也不断出现。由于晶闸管具有电压、电流容量很大这一其它器件所无法比拟的优势，因此目前其应用领域最为广泛。而触发电路的可靠性和稳定性是所有电力电子装置与系统能够正常而有效地工作的关键。

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，三相锯齿波信号的斜率、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相移误差。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，触发信号甚至会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、软起停等附属电路亦需另外设计电路解决。整个电路系统在设计和调试时相当复杂。

CA6100通用可控硅触发板是以40芯CMOS大规模集成电路（专用芯片）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）锁定的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5-175可调。任何调节器或手动输出的电压都可以很方便地与其相联接（包括计算机送出的D/A信号），以控制大功率可控硅的工作，在调节器或计算机PID调节与大功率可控硅之间，这块触发板是一个很好的缓冲界面，它保证了调节器失控时系统的安全。

一基本工作原理

CA6100通用可控硅触发板的原理框图如图1所示。

图1CA6100触发板原理方框图

触发板主要由以下几个部分构成：

相位基准（参考）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。

下面就触发板的核心技术--锁相环进行详细地分析，从而了解系统的工作一原理。而后分析脉冲驱动电路，介绍驱动能力。

1.锁相环

因为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，所以对这一部分进行详细的分析。

锁相环门延角发生器电路如图2所示，加法放大器，压控振荡器（VCO），80分频器，5/6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压控振荡器组成三相位锁相环。

此锁相环具有很高的频率响应，可以在一个电源周期内达到锁相。

压控振荡器输出信号的角频率受控于输入控制电压的大小，而在图示锁相环路中，三异或非门鉴相器的输出信号以及门延命令经缓冲放大后的输出信号相叠加，再经底通滤波后输出的信号作为控制电压送到VCO的输入端，控制其振荡频率。当环路锁定后，VCO输出为480倍电源频率的振荡器号信号即CK1信号。

信号CK1经80分频后得到CK2信号，其频率为电源频率的6倍。CK2信号再经六分频器和裂相

器得到三个信号即延迟基准信号Aa、Ba、Ca，其频率为电源频率，宽度为180，但彼此间相位互差120。这三个信号与相位基准电路产生的电源基准信号A、B、C被分别送入三个异或非门鉴相器，从而产生相位差值信号Da、Db、Dc。

当压控振荡器（VCO）的输出信号频率琐定在电源频率数倍（如480倍）的数值时，VCO的控制电压必须保持为一个恒定的数值，即相位差值信号与缓冲后的门延命令电压之和为一恒值。这样，当门延命令电压值上升时，缓冲后的电压下降，为保持频率锁定及VCO控制电压的恒定，相位差值信号平均电压值要上升，因而电源基准与延迟基准信号间的相位差值减少。而延迟基准信号直接决

定了触发脉冲延迟角的大小，从而实现可控硅的移相控制。

不同的主电路形式，可能要求触发脉冲延迟角的最小值和最大值也不一样。这可以通过调节偏置电阻R3与范围电阻R2的大小而达到要求，前者决定了逆变角β的起始参考位置（即触发脉冲的最大延迟角），而后者决定了脉冲的移相范围。

为了能够同样工作在电源频率为60Hz的工况，触发板上设置了插座J10，通过改变各脚的联接关系而满足要求。当电源频率为50Hz时，使得J10的1、2脚短接，5/6分频器工作在6分频；当电源频率为60Hz时，使得J10的2、3脚短接，5/6分频器工作在5分频，达到稳定锁相的目的。2.触发脉冲驱动电路

脉冲驱动电路包括脉冲放大电路和脉冲变压器，其中任意一个可控硅（例如+A相）的脉冲驱动原理如图3所示。

+AP的波形、输出脉冲P波形如图4所示。

图3脉冲驱动电路

图4典型+AP波形与脉冲波形