第五章 晶闸管触发电路

的结构和触发脉冲信号波形均有一定的要求。
一 、 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,门极不触发电 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Ia 上升到大于擎住电流IL 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。
U e U bb∶
VD反偏、截止
U bb U D U e U∶ VD正偏、但<UD，仍截止 bb
U e U bb U D∶
VD正偏、导通
, 阻值
P 区空穴 N 区 , 使 N 区载流子增加
R b 1 U
A
U bb PN 结正偏 I e
1 C2
I 1c t
同步电压Us（UT）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+ RP2 ）C2来确定,因此， RP2是 用来调节锯齿波斜率的。下降斜率则 由V2导通时放电回路的时间常数 τ =R4C2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5-3所示。 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 Up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。
Uc= 0
UP ω t
0
0 a 90
图
锯齿波的移相控制原理
三 、单结晶体管触发电路
（一）单结晶体管（双基极二极管） 1.结构
基区电阻Rbb=Rb1+Rb2 Rb1随Ie而变化
2. 实验电路
(1) e极开路
U
A
U bb
R b1 R bb
U bb
η分压比，一般取0.3~0.9
(2) e，b1间加Ee 调节Ee，Re，可以改变Ue大小
图 锯齿波同步触发电路的各点波形
图
移相环节的等效电路及波形
U
u 3e u 4b R6 1 R6

Uk R7 1 R7

p
R8 1 R8

R R6
u 3e ຫໍສະໝຸດ R R7Uk R R8
U
p
kt U 0
/( k——锯齿波斜率，k=（ RI 1 c ） R 6 C 2 ) ；
——锯齿波起点纵坐标，
实际上 U e E e I e R e , I e U e , 但 U A
峰点P: IP管子导通最小电流 谷点V: UV维持导通最小发射极电压
选η，Iv较大，Uv较小的单结晶体管，使输出 脉冲幅值大，调节电压范围大。
（二）振荡电路 利用负阻特性及RC充放电电路
合电源 C 经 R e 充电（ R e C ） U c U c U bb U （ P 点） PN 结导通 e ， D b1 通，进入负阻态 C 经 eb ，向 R 1 放电（ 2 R 1 R b 1） C ） I e R b 1 R b 2 （
V4基极电压是锯齿波 电压、偏移电压Up和控 制电压Uc的综合信号。 Ub4＜0.7V时,V4截止,V5 （V6）饱和导通, Uc5接 近-15V,V7（V8）截止。 无脉冲输出。此时,电容 C3经+15V、R9、V5发 射结到-15V充电至30V。
+15V
R18
TS
图
同步信号为锯齿波的触发电路
Ub4＞0.7V时,V4导通,A点电位从15V突降到1V,电容C3两端电压不能突变, V5基极 电位也突降到-30V,V5（V6）截止, V5集电极电位迅速上升到2.1V时,V7（V8）导通,输 出触发脉冲。同时，V4的导通,使电容C3由+15V经R11、VD4、V4放电并反充电, V5基 极电位逐渐上升。直到Ub5＞-15时, V5由阻断变为导通, Uc5又立即由2.1V下降为-15V, 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的截止时间 就是输出脉冲的宽度,由时间常数τ =R11C3来确定。窄脉冲脉宽整定在1ms（180）。
E U R e max
P
Ip
③ 欲使I<Iv, 应
振荡条件，
E UV R e min
IV
E U P IP
Re
E UV IV
2 R1
R1↑→UR1↑,压降可能误通晶闸管 3 R2
UD负温度系数，Rbb正温度系数
UP = UD+ηUbb = UD+(Rb1/Rbb)Ubb
温度t↑→UP ↓
U
0
。
0 .7 R R6

R R7
U
k

R R8
U
p

2 脉冲形成与放大环节
V4、V5 —脉冲形成 V7、V8 — 脉冲放大 控制电压uco加在V4基极上
R15 VD 11~VD 14 220V C7 + C6 VD 15 B VD 7 RP2 VS R3 V1 R1 I1c V3 VD 1 VD 2 R Q uts C1 R2 R4 V2 R7 C2 R5 R8 R6 V4 R17 C3 VD 10 up RP1 uco -15V X Y -15V 接封锁信号 V6 VD 5 V8 R9 A VD 4 C3 V5 R10 VD 6 V7 R11 R12 R13 C5 R14 VD 9 R16 TP VD 8 +15V 36V
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。
隔60的第二个脉冲是由滞后60相位的后一相触发单元产生 （通过V6）。
5.脉冲封锁
二极管 VD5阴极接零电位或负电位,使V7（V8）截止,可以实 现脉冲封锁。VD5用来防止接地端与负电源之间形成大电流通 路。
6.强触发
强触发环节中的220V交流电压经整流、滤波后得到50V直 流电压,50V电源经R15对C6充电,B点电位为50V。当V8导通 时,C6经脉冲变压器一次侧、R16、V8迅速放电,形成脉冲尖峰, 由于R16阻值很小,B点电位迅速下降。当B点电位下降到15V 时VD15导通,B点电位被15V电源箝位在15V,形成脉冲平台。 R16、C5组成加速电路,用来提高触发脉冲前沿陡度。强触发 可以缩短晶闸管开通时间,提高电流上升率承受能力,有利于 改善串、并联元件的均压和均流,提高触发可靠性。
常数R1C1。
4 双窄脉冲形成环节
R12、C4组成内双脉冲形成环节。 在触发器外部通过脉冲变压器的联结得到的双脉冲 称为外双脉冲。 V5、V6构成“或”门
当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。 只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。
第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角a 产生。
加R2(零温度系数)
t↑→Rbb↑→UR2↓→ Ubb↑(补偿UD ↓ )
4 C的选择
放电∶
2 R 1 R b 1） C （
1 R e C ln 1 1
C过小→脉宽窄，不能触通元件 C过大→与Re选择矛盾， f一定时，C↑→Re↓ C取0.1-1μF
f
四、集成触发器
可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。 晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电 路。
相控电路：
晶闸管可控整流电路，通过控制触发角 a 的大小即控制触发脉 冲起始相位来控制输出电压大小。
采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路。
相控电路的驱动控制
为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a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。 晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。
（二）锯齿波同步的触发电路 锯齿波同步的触发电路输出可为双窄脉冲（适用于有两个 晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。由脉冲的形成与 放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节三个基本环节组成 。此外，还有强触发、双窄脉冲形成和脉冲输出等环节。如下 图所示。图中晶体管V6用来控制V5的工作状态形成双窄脉冲。
图
同步信号为锯齿波的触发电路
1 锯齿波的形成和脉冲移相环节
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；本电路采用恒流源电路。
图 同步信号为锯齿波的触发电路
等元件组成V1、VS、RP2和R3为一恒流源 电路
恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2
u c2
1 C2

i c 2 dt
大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路， 其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。
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
（三） 同步振荡电路
变压器 双半波整流 调 R e 充电时间
削波 对 C 充电 放电，产生
U
g
变a 始充电， R e 不变时，每个半周
C 在下半周过零点重新开
a 均相同。
R e 充电 a U d
（四）参数选择 1．Re的确定
保证在截止区和负阻区来回变化 工作负载线：E=IeRe+Ue ① 欲使I>Ip，应
三、锯齿波的移相控制原理 锯齿 波 电 压 与 偏 移 电压综合 , 得到了具有交点的锯齿波 , Uc=0时,交点位于α=900,此时,输出电压Ud=0。Uc＞0时,Uc与锯齿 波的交点左移,脉冲在α区, Uc＜0时, Uc与锯齿波的交点右移, 脉 冲在β区,实现了移相。如图 所示。
u
Uc＜ 0
Uc＞ 0
二 、同步信号为锯齿波的触发电路
（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,如图所示。
u
升
u 0
ω t
上
下 降
0
ω t
段
a）
图 锯齿波的上升段和下降段
b）
为了得到类似正弦波与ω t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）Up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。
（ I e I b 2） U b 1出现
U c U v时，放电结束， R
b1
I e E e / R（ R e 较大） I v , 不通， e C 重新充电。
U A PN 结反偏 单结管截止，
R e R 1 R b 1， 1 R e C 2 R 1 R b 1） C （
电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组 接在V8集电极电路中。
3 同步环节
同步——要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相 同且相位关系确定。 锯齿波是由开关V2管来控制的。
V2开关的频率就是锯齿波的频率——由同步变压器所接的交流 电压决定。 V2由导通变截止期间产生锯齿波——锯齿波起点基本就是同步 电压由正变负的过零点。 V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度——取决于充电时间
1.6.2 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。