《触发电路》PPT课件.ppt

第四章 晶闸管的触发电路,第一节 对触发电路的基本要求 在晶闸管装置中，触发电路的基本作用是在确定的时刻向对应的晶闸管提供控制极电流使其导通。,基本要求如下：,触发信号可以是交流，直流或脉冲，但触发信号只能在它使控制极为正，阴极为负时起作用。由于晶闸管在触发导通后控制极就失去控制作用，为减少控制极损耗，一般采用脉冲形式。,触发脉冲必须有足够的电压和电流，这些指标在产品样本中均已标明；为可靠起见，可再实测数据，按所测数据给以裕量，一般可取两倍左右所触发电流大小（按电流大小决定电压）。,触发脉冲宽度，应要求触发脉冲消失前阳极电流已大于擎住电流，以保证晶闸管的导通。桥式全控整流电路采用单脉冲触发时，脉宽应为60120，而采用双脉冲时，脉宽取10即可，最后可通过实验决定。对较宽的触发信号，也可采用脉冲列的形式代替。,触发脉冲与主回路电源电压必须同步，即保持某种相位关系。触发脉冲的移相范围应满足变流装置提出的要求。它与主电路形式，负载性质及变流装置的用途有关。,此外，还要求触发电路具有动态响应快，抗干扰能力强，温度稳定性好等性能。,第二节 单结晶体管触发电路,一单结晶体管 单结晶体管又称双基极二极管，它只有一个PN结，但有三个极发射极e和两个基极。,如图4-1示，第一基极 及第二基极 用欧姆接触方式从一块高电阻率的N型硅片上引出，间呈现较高内阻，用 表示，,在靠近 侧，渗入P型杂质形成一个PN结，将P引出作发射极e，e对极 都是一个PN结，具有二极管单向导电性，故称单结晶体管或双基极二极管。,单结晶体管的伏安特性，测试电路如图4-2(a)，所测的是当 一定时发射极电压 和发射极电流 的关系曲线。,单结晶体管的等效电路:表示 至PN结间硅片电阻，表示 至PN结间的硅片电阻，显然=+。D代表PN结所形成的二极管。,设电路开关K接通，当=0 时 通常分压比 此时二极管 D 受 电压反向偏置，所以当=0时将有反向漏电流-，如图4-3。,当 增长时，二极管D所受的反向偏置电压将减小，因而漏电流减小。当=，二极管D处于零偏置，=0。,当，但+时，显著增长，同时 显著减小。关系曲线如图。,P-V段为负阻区，从截止区转变为负载区的转折点P称为峰点，该点的电压称为峰点电压，其值为=+对应 的电流称峰点电流。,负载特性结束的转折点V称谷点，对应谷点电压，谷点电流。越过谷点后，不再减小，又 随 增大而加大，称为饱和，自谷点以后的区域称饱和区。谷点电压是维持单结晶体管导通的最小电压。只要 时，单结晶体管将由导通转化为截止。,电力电子基础,第 二十八 讲,主讲教师：王念春,东南大学远程教育,二 单结晶体管弛张振荡电路,利用单结晶体管发射极达峰点电压时晶体管由截止区进入负载区转为导通状态，以及达谷点电压后又由导通转变为截止状态的特性，加入适当电阻电容组成弛张振荡电路。其电路及波形如图4-4。,电路接通后，电源E经电阻 向电容C充电，充电时间常数为 C。当电容电压达到峰点电压 时，结导通，单结晶体管进入负载区，电容C通过 经 放电，在 上产生脉冲电压。在放电过程中，按指数曲线下降到谷点电压，单结晶体管由导通迅速转为截止，上脉冲电压终止。,此后C又充电，重复上述过程。结果在电容两端产生锯齿波电压，在电阻 上获得脉冲电压。,振荡条件,主要是确定 的大小。为此如图4-5作负载线：,当 较大时，负载线为直线1与单结管伏安特性相交于截止区，电流小于峰点电流，管子不能进入负阻区，电容C不能放电，不能形成振荡。,当，则当 达到 时，经 的电流大于，管子进入负载区，负载线为图4-5中直线2。,当 即过小时，负载线则为直线3，与伏安特性曲线相交于谷点右侧，此时单结管导通后，由于 太小，电源E经 可以提供比 更大的电流，于是管子直通工作于饱和区稳定点，电路不能振荡。,为保证电路振荡，取值应满足(4-1)的取值范围较大的。,2.振荡频率,设电容C充电电压从0上升到的时间为，略去放电时间，则振荡频率可近似由下式计算：(4-2),三单结晶体管的同步和移相触发器,在可控整流电路中，要求触发脉冲与主电源同步。图4-7示，单结晶体管同步振荡电路就能满足上述要求。,图中采用变压器T，使副边电压 与供给可控整流电路的主电源电压 为同一交流电源，保证了 与 频率相同，相位一致。T称同步变压器。交流电压 全波整流后，经稳压管DW削波呈梯形波，供给单结晶体管组成的振荡器。,在 供电下，振荡器工作，过0时振荡停止，电容C放电完毕，保证了在交流电源每半周期开始电容C从0开始给电容充电。振荡器电容电压 为锯齿波，端获得系列脉冲 用于触发晶闸管 和。但关键起作用的是第一个脉冲。,由于电路保证了交流电源电压每半周期从0开始给电容充电，所以充电时间就决定了第一个脉冲的相位，即控制角 的大小。只要振荡频率不变，控制角就是固定的。改变电阻可改变振荡频率，则可达到调节 角大小的目的。,单结晶体管触发电路比较简单，但由于它的参数差异大，在多相电路中使用不易一致。其输出功率较小，脉冲较窄，控制线性度差。虽可有温度补偿，但在较宽温度内难于一致。适用于单相晶闸管系统要求不高的场合。,第三节 同步信号为锯齿波的 晶闸管触发电路,同步信号为锯齿波的触发电路由于受电网电压波动影响较小，所以广泛应用于整流和逆变电路。图4-8为一个晶闸管的触发电路，该电路可分为：脉冲形成和放大，锯齿波形成及脉冲移相，同步，双脉冲形成和强触发等环节。,电力电子基础,第 二十九讲,主讲教师：王念春,东南大学远程教育,第三节 同步信号为锯齿波的 晶闸管触发电路,同步信号为锯齿波的触发电路由于受电网电压波动影响较小，所以广泛应用于整流和逆变电路。图4-8为一个晶闸管的触发电路，该电路可分为：脉冲形成和放大，锯齿波形成及脉冲移相，同步，双脉冲形成和强触发等环节。,一脉冲形成与放大,如图4-9（a）示，管组成脉冲形成环节，组成复合功率放大，触发脉冲经脉冲变压器T次级输出。参图4-9（b）波形，当控制电压=0时，截止。+电源经 供给 管足够的基极电流使 管饱和。管集电极电压，处于截止状态，无脉冲输出。同时，+(+15)伏电源经 基射结到(-15伏)，对电容 充电；稳定时，电容 两端电压（30伏）。,当 伏时，导通，的集电极电压近似为0，A点电位降至1伏左右。由于电容 两端电压不能突变，所以 基极电压迅速下降到（-30伏），管立即截止。它的集电极电压迅速上升，当 伏时，,管导通，有脉冲输出。与此同时，+电源通过，向电容 反向充电，逐渐从-2（-30伏）上升，当-时，管又重新导通，使 管关断，输出脉冲结束。可见输出脉冲的时刻和宽度决定于 管的导通时间，并与时间常数 有关。,二锯齿波形成及脉冲移相,此部分电路如图4-10（a），由 组成恒流源向电容 充电，组成的同步开关控制恒流源对 的充放电过程。组成射随器，使前后级隔离，以减小后级对锯齿波线性的影响。,电路工作过程如下，当 截止时，由 管，DW稳压管，组成的恒流源以恒流 对 充电，两端电压 呈线性增长，即 管基极 呈线性增长（图4-10（b）。,调节 可改变 的大小，从而调节锯齿波斜率。,当 管导通时因 很小，将迅速放电，迅速降为0伏左右，形成锯齿波的下降沿。管周期的关断与导通（受同步电压控制），两端电压()便形成锯齿波，为射极跟随器，所以 也是锯齿波。,图4-11（a）为 组成的移相控制电路，基极电压由锯齿波电压，直流控制电压，负直流偏压 分别经电阻 的分压值 叠加而成，由三个电压比较而控制 的截止与导通。波形见图4-11（b）。,是为了选择锯齿波电压的原始工作点而加的负偏压电压。控制电压，当 可使M前移，则可使M点后移。M点是 从负变正的转折点，也是 管从截止到导通的转折点，也就是电路发出触发脉冲的时间。,以三相桥式全控电路电感性负载电流连续时为例，当 时，输出平均电压 为最大正值；当 时，输出为 0；时，输出-最大负值。所以此时偏置电压 应使 M 点对应于，即在锯齿波中点。锯齿波宽度理论上 可满足要求，考虑到锯齿波的非线性，适当给以余量，故可取宽度为。,三锯齿波同步电压的形成,触发电路的同步，就是要求锯齿波与主电源频率相同，同时满足控制角 相位和移相的要求。由前分析已知晶体管 的开关频率就是锯齿波频率，所以应使 管的开关频率等于主电源频率。,从图4-10可知，同步环节是由同步变压器BT和作同步开关的 所组成，同步变压器BT接于主回路电源上，次级电压控制 的通断。,同步变压器次级电压（波形图4-12）在负半周的下降段时，导通，电容 被迅速充电，极性为下正上负。因反向偏置而截止，锯齿波即开始。,在 波形处于负半周的上升段时，R点电位将高于Q点电位，截止。这时电源+E将通过 使 放电并反向充电，Q点电位上升。因Q点电位上升比 R 点电位上升缓慢，故 维持截止，当Q点电位上升到1.4伏时，管导通，Q点电位被箝位在1.4伏，此时锯齿波结束。,直到下一个负半周到来时，D1重新导通，迅速放电并反向充电，建立下正上负的电压使 截止，锯齿波再度开始。,可见锯齿波振荡频率和主电源频率达到了两者完全一致，锯齿波宽度与Q点从负值上升到+1.4伏的时间长短有关，调节时间常数 则可调节锯齿波宽度。,电力电子基础,第 三十讲,主讲教师：王念春,东南大学远程教育,图4-12同时画出了主电源的三相交流电压波形，按图示相位关系，锯齿波中点M相当于。,这一触发电路的触发脉冲应用来触发+a相晶闸管，显然应选择-a相电压作为这一触发电路的同步变压器交流输入电压，这样相位也满足了触发要求，完全达到同步要求。对于其它各相道理一样。,第八节 触发电路同步电源电压的选择,所谓同步，就是给各晶闸管触发器提供与电源电压保持合适相位关系的电压，让触发脉冲的相位出现在应被触发的晶闸管承受正向电压的区间，确保主电路各晶闸管能按要求的顺序触发导通。,提供给触发器合适相位的电压称为同步信号电压，同步信号电压是由同步电源电压 供给的。由于触发电路不同，要求的同步电源电压的相位也不一样，可以根据变压器的不同连接方式来得到。,先以用于三相桥式全控可逆电路中同步电压为锯齿波的触发电路为例，来说明如何选择同步电源电压。,三相全控桥电路六个晶闸管的触发脉冲依次相隔，所以输入的同步电源电压相位也必须依次相隔。这六个同步电压通常用一台具有两组二次绕组的三相变压器获得。,因此只要一块触发板的同步电压相位符合要求，即可获得其它五个合适的同步电压。下面以某一相为例，分析如何确定同步电源电压。,从图4-12的相位关系可知，锯齿波的起点与交流同步电压 的负半周起点一致，调节 可使同步信号电压锯齿波宽度为。,考虑到可逆整流电路对触发脉冲的要求，可加直流偏置电压 使锯齿波中点M与横轴相交，作为触发脉冲的初始相位，对应于，此时置控制电压，输出电压。,的起算点是自然换相点，对应于主电源电压相角。所以 的位置即主电源电压 相角处。,因此，由某一相交流同步电压形成的锯齿波，它的相位及移相范围刚好对应于与它相位相反的主电路电源，即主电路+A相晶闸管的触发电路应选择-a相作为交流同步电压。,图4-12中示出了主电路电压与同步电压（虚线所示）的相位关系。对于其它晶闸管触发电路的同步电压，同理推之。,根据以上分析，当主电源变压器接法为Y/Y-12时，同步变压器应采用Y/Y-6接法获得-a,-b,-c各相同步电压，采用Y/Y-12接法以获得+a,+b,+c各相同步电压。图4-37中画出了变压器及同步变压器的联接与电压向量图，以及对应关系。,表4-1 三相变压器的联接形式,防止晶闸管误触发的措施,晶闸管触发电路工作时，可能受到环境的电磁干扰而影响正常工作的可靠性，可能产生的干扰与防止措施有：1 由于电力电子装置的大量使用及非线性负荷的增加，交流电网正弦波质量不好，因此现在多采用锯齿波为同步电压的触发信号，可以避免电网电压波动的影响；,2 晶闸管的误导通，多数由于干扰信号进入控制极电路而引起。采用脉冲变压器隔离、控制电路加入阻容元件、以及在各种电路输入端加滤波电路等措施外，一般还可使用如下方法：脉冲变压器初、次级问加静电隔离；避免电感元件靠近控制极电路；控制极回路导线加屏蔽；选用触发电流较大的晶闸管；在控制极和阴极间并联一个小的电容；在控制极和阴极间加反向偏置电压。,