可控硅触发电路

中图分类号：ＴＱ１１４．２６ 文献标识码：Ｂ
文章编号：１００９－ １７８５（２００８）０４－ ００２５－ ０５
Ｔｈｙｒ ｉｓｔｅｒ ｔｒ ｉｇｇｅｒ ｃｉｒ ｃｕｉｔ
ＨＵＡＮＧ Ｄｅ－ ｓｈｅｎｇ （Ａｎｈｕｉ Ｂａｙｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｇｒｏｕｐ， Ｂｅｎｇｂｕ ２３３０００， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｃａｌ ａｎｄ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｔｒｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｒｉｇｇｅｒ ｏｆ ｈｉｇｈ － ｐｏｗｅｒ ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｔｈｙｒｉｓｔｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｉｒｕｉｔ ｔｒｉｇｇｅｒ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｔｒｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ； ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｒｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ； ｄｉｇｉｔａｌ ｔｒｉｇｇｅｒ ｃｉｒｕｉｔ
Ｑ１、Ｑ２ 在锯齿波电压高于控制电压时产生，Ｔ１、 Ｔ２ 经非门后产生 Ｑ１、Ｑ２，经异或非运算后得到 ＱＺ，故 只有当 Ｑ１、Ｑ２ 均为高电平时，ＱＺ 才高电平；ＱＵ 则是 随 Ｔ１、Ｔ２ 的到来而发生翻转的输出端。６ 脚接高电平 （高于 ８ Ｖ 时），Ｔ１、Ｔ２、Ｑ１、Ｑ２ 等输出信号正常；当 ６ 脚接低电平（低于 １．７ Ｖ）时，各输出端全被封锁，
３ 数字触发电路
随着数字技术的发展，晶闸管触发信号本质上 又是一种离散量，可由数字信号实现。目前，已有大 量的数字式触发器产品问世。这些数字触发器大体 由过零检测器、计数器、脉冲分配器等组成。随着微 型计算机的广泛应用，采用以单片机为控制核心设 计数字式触发器，可以大大简化硬件电路的组成并 可提高触发的控制精度，其中，触发角 α的分辨率 可达 ０．１０￣０．０１°，甚至更高。另外，由于软件的可编 程性，使微机数字触发器的调节范围相当灵活，能满 足多方面的需要。目前，国内使用的单片机数字触发 器分成 ２ 大类，即进口的如 ＡＢＢ 公司、西门子公司 生产的和国内拥有自主知识产权的数字触发器。进 口的数字触发器性能好，但价格昂贵。以比较先进的 单片机８０Ｌ１９６ＫＣ 为核心组成的数字触发板是我国 自主开发的数字融发器。 ３．１ 硬件
第４期
黄德胜：可控硅触发电路
２７
便地构成全控桥式触发器线路。该电路具有输出负 载能力大，移项性好，正负半周脉冲相位均衡性好、 移相范围宽、对同步电压要求低，有脉冲列调制输出 端等功能与特点。
该电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏移 电压、移电压综合比较放大电路和功相率放大电路 等部分组成。
电参数：电源电压为直流＋１５ Ｖ、－ １５ Ｖ，允许波 动 ±５％（±１０％时，功能正常）；电源电流为正电流 ≤１５ ｍＡ，负电流≤１０ ｍＡ。 同步电压为任意值；同 步输入端允许最大同步电流为６ ｍＡ（有效值）；移相 范围≥１７０°（同步电压 ３０ Ｖ，同步输入电阻 １５ ｋΩ）； 锯齿波幅度≥１０ Ｖ（幅度以锯齿波平顶为准）；输出 脉冲：（１）宽度 ４００ μｓ￣２ ｍｓ（通过改变脉宽阻容元件 的方法）；（２）幅度≥１３ Ｖ；（３）ＫＪ００４ 最大输出能力 为 １００ ｍＡ （流 出 脉 冲 电 流 ）；（４） 输 出 管 反 压 ＢＶＣＥＯ≥１８ Ｖ（测 试 条 件 Ｉｅ ≤１００ Ａ）；正 负 半 周 脉冲相位不 均 衡 ≤±３°；使 用 环 境 温 度 为 ４ 级 ， 即Ｃ ０￣７０ ℃；Ｒ － ５５￣８５ ℃；Ｅ － ４０￣８５ ℃；Ｍ－ ５５￣１２５ ℃。 ２．３．２ ＴＣＡ７８５ 触发电路
单结晶体管触发电路线性较差，温漂较大，对称 差，目前在直流电焊机和一些要求不很高的场所还 有应用。 ２．３ 模拟（集成）触发电路
随着集成电路的出现和发展，集成电路在可控 硅触发电路中也得到广泛应用。如 ＫＪ００４、ＫＪ００９、 ＴＣＡ７８５、ＴＣＡ７８７ 等。 ２．３．１ ＫＪ００４ 触发电路
ＫＪ００４ 可控硅移相触发电路适用于单相、三相 全控桥式供电装置，作可控硅的双路脉冲移相触发。 ＫＪ００４ 器件输出 ２ 路相差 １８０°的移项脉冲，可以方
Ｔ１、Ｔ２、Ｑ１、Ｑ２ 等输出信号均为低电平。 ＴＣＡ７８５ 采用标准双列直插 １６ 脚引脚封装。电
路的主要参数如下： 交流同步电压：任意值（由所加同步电阻阻值决
定）； 移相范围：０￣１８０°； 同步输入电流：≤５００ μＡ； 锯齿波幅度：≥１０ Ｖ； 输出脉冲宽度：３０ μＳ￣１８０°－ α； 输出脉冲幅度：≥１２ Ｖ； 最大输出脉冲电流：２５０ ｍＡ； 电源电压：±１５×（１±５％）Ｖ； 允许使用环境温度：－ １０￣７０ ℃。 ＴＣＡ７８５ 的典型应用电路如图 ５ 所示。
晶体管触发电路、单结晶体管触发电路是在 ＲＣ 触发电路基础上改进得来的，其原理基本上相同。
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触发电路。它通过同步 变压器输出电压整流成梯形波作为同步电压，通过 改变 Ｒｅ 的大小，可改变电容充电速度，也就改变了 第 １ 个脉冲出现的角度，达到调节 α角的目的。通 过脉冲变压器输出触发脉冲以实现触发电路与主电 路的电气隔离。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（４）无运动部件，无磨损，寿命长，安装方便； （５）仪器本身带有自检功能。
５ 结语
ＦＵＤ－ １ Ｍ－ ２２ 型超声波浓度计在连续生产使用
过程中，以最少的维护，连续提供准确的测量数据， 成为提高控制水平、保持产品质量的重要仪器，在生 产中发挥了重要作用。
第４期 ２００８ 年 ４ 月
中国氯碱 Ｃｈｉｎａ Ｃｈｌｏｒ－ Ａｌｋａｌｉ
Ｎｏ．４ Ａｐｒ．，２００８ ２５
可控硅触发电路
黄德胜 （安徽八一化工集团，安徽 蚌埠 ２３３０００）
摘 要：介绍了经典的，原始的触发电路和大规模使用可控硅元件用于大功率整流器装置的模拟电
路触发器，及数字电路触发器的特点。
关键词：触发电路；模拟触发电路；数字触发电路
（４）应能满足脉冲间隔对称、受温度影响小、有 良好的输入—输出特性、抗干扰、经济、可靠、体积 小、综合多种信号等要求。
２ 典型的可控硅触发电路
２．１ ＲＣ 触发电路 它是最原始、最基本的可控硅触发电路，其主要
特点是体积小、结构简单。 家用电风扇、调速器以及电烤炉调温器基本上
由这种电路结构组成，工业上基本不再采用此电路。 ２．２ 晶体管触发电路、单结晶体管触发电路
为可控硅门极提供触发电压与电流的电路称为 可控硅触发电路。当阳极加上一定的正向电压后，还 必须在阳极与阴极之间加上足够功率的正向控制电 压（触发电压），元件才能从阻断转化为导通，这种触 发电压可以是交流、直流也可以是短暂的脉冲电压， 为了减小极损耗与触发功率，常用脉冲电压信号触 发可控硅。
触发电路根据可控硅的通断状况可分为移相触 发与过零触发 ２ 类。移相触发是改变可控硅每周期 导通的起始点，即控制角的大小，达到改变输出电 压、功率的目的；而过零触发是使可控硅在设定的时 间间隔内改变导通的周期数来实现电压或功率的控 制。在氯碱行业，电解用整流器主要采用移相触发方 式，过零触发主要用于调功电路，本文主要介绍移相 了保证可控硅装置能正常可靠地工作，触发 电路必须满足以下要求。
（１）应有足够的功率（电压和电流）。触发电路送 出的触发信号作用于晶闸管的门极与阴极，其典型 的伏安特曲线如图１所示。由于同一型号元件的门极 伏安特性分散性很大，规定元件的门极阻值在某高 阻（曲线ＯＤ）和低阻（曲线ＯＧ）之间，才算合格产品。
另外，即使是同一个元件，温度不同时，元件的
触发电流与电压值也不同，通常可做如下估算。在
１００ ℃时，触发电流、电压值比室温时低两三倍，而
在－ ４０ ℃时，触发电流、电压值比室温时高两三倍。
因此，为使所有合格的元件在各种可能的工作条件
下都能可靠触发，触发电路送出的触发电压与电流，
必须大于元件门极规定的触发电压 ＵＧＴ 与触发电流 ＩＧＴ 的最大值，并留有足够的余量。如触发电压为脉 冲形式时，只要触发功率不超过规定值，电压、电流
ＴＣＡ７８５ 是西门子公司生产的单片晶闸管移相 触发专用集成电路，该电路内部由过零检测电路、 锯齿波产生电路、基准电源电路、移相比较器、同步 寄存器、放电监视比较器、定时控制与脉冲控制电 路、逻辑运算及功放电路等组成。ＴＣＡ７８５ 方框图见 图 ４。
过零检测电路把正弦波同步信号变换成与同步 信号频率相同、占空比为 ５０％的方波信号，并经同 步寄存器变换后，直接送入后级的逻辑运算电路。锯 齿波产生电路主要由恒流源、放电晶体管和外接于 ９ 脚、１０ 脚的电阻电容等组成。恒流源的输出电流由
收稿日期：２００８－ ０３－ ０７
２６
中国氯碱
２００８ 年第 ４ 期
电流极限
ＩＧＦＭ
Ｇ
Ｆ
低 阻 极 限
典型门极 伏安特性
功 率 极 限
ＩＧＴ
Ａ
０ 不可靠触发区
Ｂ
Ｃ ＵＧＦＭ
Ｅ 电 压 极 限 Ｄ
高阻极限 ＵＧＦＭ
可靠触发区
图１ 伏安特性曲线图
均应落在这个区域。在正常使用时，触发电路送至门
极的触发电流与电压都应处于这个区域。
电阻 Ｒ 决定，此电流对电容器 Ｃ 充电。由于充电电 流恒定，在电容器 Ｃ 的两端形成一个线性极佳的锯 齿波电压；由于定时控制电路输出脉冲的频率为同 步信号频率的 ２ 倍，锯齿波信号的频率为同步信号 频率的 ２ 倍。锯齿波电压加到移相比较器的反相输 入端，并与加在同相输入端的移相控制电压 ＶＹ 比 较。当锯齿波电压高于 ＶＹ 时，移相比较器输出翻转， 信号被送入逻辑运算电路。另一方面，锯齿波电压也 加到放电监视比较器的同相输入端。因为，放电监视 比较器反相输入端所加的基准电压很低 （几十毫 伏），只有在起始处，锯齿波电压才小于基准电压。 放电监视比较器输出 １ 个极窄的脉冲，为由 Ｄ 触发 器构成的同步寄存器提供开启信号。
冲，波形如图 ２ 所示，强触发脉冲的幅值 ｉｇｍ 可达最 大触发电流的 ５ 倍，前沿 ｔ１ 在几微秒以内。对于三 相全控桥电路用双窄脉冲，整流装置见图 ３。
（３）触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉
冲移相范围必须满足电路要求。为使晶闸管在每个
周期都在相同的控制角 α触发导通，触发电路同时
ｉｇ
ｉｇｍ
定时控制电路为锯齿波产生器和移相比较器提 供周期性的放电脉冲，使放电晶体管交替导通或截 止，在激励信号的作用下，１２ 脚的外接电容 Ｃ０ 的大 小控制输出脉冲的宽度 ｔｐ。
当该器件用于感性负载时，只需将 １２ 接地便可 得到 １８０°－ α的宽脉冲输出。１３ 脚为宽脉冲控制端， 此端只对输出 Ｑ１、Ｑ２ 起控制作用。当 １３ 脚接高电平 （大于 ８ Ｖ）时，Ｑ１、Ｑ２ 宽度相同，均由 Ｃ０ 决定；当 １３ 脚接低电平（低于 １．３ Ｖ）时，Ｑ１、Ｑ２ 为宽脉冲，其 脉冲与 １２ 脚接地时相同。逻辑运算及功放电路对前 几级输出信号进行逻辑运算，产生 Ｔ１、Ｔ２、Ｑ１、Ｑ２、ＱＺ、 ＱＵ 等信号并进行功放后输出。
元件出厂时，给出的触发电流 ＩＧＴ、电压 ＵＧＴ 不是 元件触发允许值，而是指该型号的所有元件都能被 触发的最小门极电流、电压值。因此，在接近坐标原 点以 ＩＧＴ、ＵＧＴ 划出 ＯＡＢＣＯ 区域，在此区域内为不可 靠触发区。在元件门极极限电流、电压和功率曲线包 围下的面积 ＯＡＢＣＤＥＦＧ（图 １ 中剖面线部分）为允 许可靠触发区，所有合格的元件，其触发电流与电压
０ ωｔ
ｔ１ 图 ２ 强触发脉冲波形
主电路 ＺＢ
负载
同步环节 ＵＴ
触
发
电
ＵＫ
路
控制电压
图 ３ 整流装置框图
受控制电压 ＵＫ 与同步电压 ｕｒ（同步电压与晶闸管阳 极电压同频率且有一定的相位关系）的控制。控制电 压 ＵＫ 使脉冲在要求范围内移相，同步电压使脉冲与 电源电压同步，保证每一个周期内控制角恒定，以得 到稳定的直流电压。为了使电路在给定范围内工作， 必须保证触发脉冲能在相应范围内进行移相。
的幅值短时间内可大大超过额定值。
（２）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可
能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上
升超过掣柱电流而维持导通。对于大电感负载，由
于电流上升较慢，触发脉冲宽度通常需为 １ ｍｓ，相
当于 ５０ Ｈｚ１８°电角度。为了快速而可靠地触发大功
率晶闸管，常在窄脉冲的前沿叠加上 １ 个强触发脉
Ｃｏ １２
５ Ｖｓ 过零检测器
同步寄存器
１６ Ｖｓｓ ８ Ｖｍｆ
基准电源 恒流源
放电监视比较器
定时控制与 脉冲控制
Ｒ９ Ｒ
放电管 Ｃ １０
１１ Ｖｙ
Ｌ １３
ＧＮＤ １
图 ４ ＴＣＡ７８５ 方框图
逻辑运算及功放
Ｔ１
１４
Ｔ２
４
Ｑ１
１５
Ｑ２
２
ＱＵ
３
ＱＺ
７
Ｉ６
２８
中国氯碱
２００８ 年第 ４ 期
图 ５ ＴＣＡ７８５ 典型电路图