《门极触发电路》PPT课件.ppt

3-1,第三章.门极触发电路,l）.直流信号2）.交流信号3）.脉冲信号,3.1.概述,3.1.1.门极触发信号的种类,3-2,直流信号,交流信号,脉冲信号,尖脉冲,宽脉冲,双脉冲,强脉冲,脉冲列,3-3,3.1.2.晶闸管对门极触发电路的要求,l）触发脉冲应有一定的幅值和功率；2）触发脉冲要有一定的宽度；当用窄脉冲控制时脉冲宽度至少要大于阳极电流上升到掣住电流IL的时间，否则当触发脉冲消失，晶闸管将又恢复阻断,对于三相桥式全控电路，要求触发脉冲宽度大于60O或者用间隔60O 的双窄脉冲代替宽脉冲。其他晶闸管电路，对脉宽有时也有不同的要求。,3-4,3）触发脉冲前沿要陡晶闸管元件门极参数较分散，触发脉冲陡峭的前沿可使触发延迟角稳定，减小门极参数分散性对角的影响。另外，触发脉冲前沿越陡，元件开通时间越短，从而可提供精确的触发延迟角。4）.触发脉冲要与主电路同步并有一定的移相范围。,3-5,在整流和有源逆变等由交流电源供电的电路中，为了使每一周波重复在相同的相位上触发，触发信号必须与主电路交流电源电压同步。同时，触发延迟角应能根据控制信号的要求而改变，即应有一定的移相范围，例如全控电路要在整流和逆变状态运行，则移相范围需0O180O。,3-6,3.2.单结晶体管触发电路,l）单结晶体管(双基极二极管)结构,3.2.1.单结晶体管（UJT）,发射极,第一基极,第二基极,3-7,b1与b2之间仅有n型硅片电阻Rbb，一般在312K之间。Rbb亦可看作是由第一基极b1与发射极e位置之间n型硅片的体电阻Rb1和第二基极b2与发射极e位置之间n型硅片体电阻Rb2之和：Rbb=Rb1+Rb2,3-8,2）.单结晶体管特性,据单结晶体管的结构，其等效电路可由图3.3（a）表示，其中二极管VD表示单结晶体管的PN结。,若Ubb0，则为一般二极管特性。当b1、b2之间加电压VBB，则特性Ue=f（Ie）如图3.3（b）所示。,3-9,3-10,AB段特性：在Ubb作用下的漏电流；另外，,称为单结晶体管的分压比，其值由单结晶体管的制造工艺决定，一般在0.3到0.85之间。,BC段特性：Up称为峰点电压，对应的电流IP称为峰点电流。,3-11,CD段特性：UeUbb+UVD=UP 后d与b1之间电阻Rbl减小而形成负阻区，使分压比减小，由此更进一步促使负阻区的形成，直至最低点D。UV称为谷点电压，对应的电流IV称为谷点电流，在D点，若再增加电压，则电流将急剧加。,3-12,3.2.2 单结晶体管脉冲形成电路,1）.工作原理电路及波形见图3.4：,3-13,当电路接通电源U以后，电容器C经电阻R充电，充电电流为iR，电容器端电压按指数规律上升。在ucUP以前，单结晶体管截止，只有很小的漏电流，电阻R1输出电压亦很小；当电容器C继续充电，电容器C端电压UCUP时，单结晶体管导通，电容器C经eb1R1放电，由于导通时，单结晶体管Rb1进人负阻状态，而外接电阻R1又较小，因此电容器c经电阻R1放电时间很短，于是放电电流在R1两端产生一个尖脉冲输出。,3-14,当电容器上电压降到谷点电压时，由于R阻值较大，经由R供给单结晶体管的发射极电流小于谷点电流，不能满足单结管的导通条件，电阻Rbl迅速增大，单结晶体管恢复阻断状态。由于充电时间常数 1=RC大于放电时间常数2=（Rb1+R1）C，故电容器端电压为锯齿波。此后电容器C又重复充放电过程，于是得到一连串的尖脉冲输出。,3-15,2）.振荡条件（1）.R最大值由电容器充电电压达到单结晶体管的峰值电压后，流过电阻R的电流应大于峰点电流IP，以保证单结晶体管能工作在负区来确定：（U-UP）/IPR（2）.电阻R最小值则由电容器放电完毕后，从电阻R流入单结晶体管的电流要小于谷点电流IV，以保证单结晶体管能够关断来确定：（U-UV）/IV R,3-16,所以，单结晶体管的振荡条件是：（U-UP）/IP R（U-UV）/IV或：IViRIPR太大时，负载线为直线1交于Ue=f（Ie）峰点C左侧，不能使单结晶体管从截止转入到负阻区导通；R太小，负载线交于单结晶体管特性谷点D的右侧，如直线3，这时单结晶体管保持导通，不能恢复截止，从而振荡中止。,3-17,3-18,3.2.3.用电位控制移相的单结晶体管触发电路,下图是一个用正电位控制移相的单结晶体管触发电路，也是一个实际电路。控制信号为UC，当控制信号UC为零时，调整R3使电路无脉冲输出（一般VT1截止即无输出）；当UC为某一常值时，流过VT2的集电极电流IC2亦为某个常值。与UC成反比例关系，即增加UC可减小延迟角，获得移相控制特性。,3-19,控制信号,UCUC1IC2,3-20,3-21,用单结晶体管构成触发电路；线路简单，脉冲前沿陡峭，但是脉冲很窄，功率较小，所以，一般只在单相或三相半波电路、触发50A以下的晶闸管电路中应用。,3-22,3.3.晶体管触发电路,利用晶体管开关工作状态构成的触发电路形式很多，这些触发电路一般均由同步与移相、脉冲形成与输出等几个部分组成。,3.3.1.锯齿波移相的晶体管触发电路,电路图示于图3.6，它除包括脉冲形成和输出、同步与移相电路外，还有一个正反馈抗干扰电路。,幻灯片 57,3-23,脉冲形成与输出,抗干扰电路,同步与移相,3-24,l）.脉冲形成与输出,脉冲形成由图3.6中的晶体管TV3TV6组成，它们都工作在开关状态，其中TV3由同步和移相电路控制，VT4、TV5、TV6组成一个复合晶体管，起功率放大作用。TV3截止时，C3充电：0VVD5C3RC-15VTV3由截止转导通时，Vd=0V，UC3不能突变，UT4、5、6通，C3放电：dVD6VT6VT3。补脉冲输入：相隔60O，由其他相输入或输给其他相；提高抗干扰能力：-15VR11VT4，形成负偏压，以防干扰。,3-25,充电回路,放电回路,3-26,2）.同步和移相,同步和移相环节由晶体管VT1、VT2构成；VT1工作在开关状态，TV2工作在恒流状态。（l）.同步电压这里的同步电路信号是由两个同步电压叠加而成。,3-27,（2）.移相控制,UCOUC C2充电时间长。若减小控制电压UCO的值，由于充电电流恒定，C点电压uc锯齿波的斜率不变，则输出脉冲提前，即延迟角减小；反之，UCO 增加，则增加。可见变化范围可在Ubo的正波区间，约有300O的移相范围。由此可见，用两个同步电压来得到同步信号，目的是使移相范围扩大，以增加触发电路的通用性和与主电路配合的灵活性。如果只用单一同步电压，其移相范围不可能超过180O。,3-28,3-29,（3）.正反馈抗干扰电路,由上述分析可知，每当VT3由截止变为导通时，电路便给门极发出触发脉冲。假定在VT3导通时，由于干扰使VT3 从导通转为截止，而当干扰消失后VT3又从截止恢复到原来的导通状态，则电路就产生了由于干扰而引起的误触发脉冲。,3-30,正反馈抗干扰环节由稳压管VD及电阻R1518和晶体管VT7组成。,VT3截止，Vd=-15V，VT7饱和，UK=0V，不影响VT3截止；VT3导通，Vd=0V，VT7截止，VT3R15R16-15V提供附加基流，使VT3导通更可靠。,K,-15V,3-31,（4）.输入放大器电平变换电路,根据前面分析，知触发器特性如左图，但这并不符合控制习惯，为此增加一个输入放大器，以满足控制规律的需要。,3-32,3-33,3-34,输入放大器由于实际上是一个射极跟随器(VT2未饱和，VT1是射极跟随器，VT2饱和，则对VT1限幅），除电平和极性变换外对其前后级还有阻抗匹配作用；其输入信号可正可负，但输出总是正值，特性可以通过偏移电压灵活调节。Uout=0.5Uin+UBO Uin=0时，Uout=UBO；而Uin正负变化时，Uout始终为正。,3.4.集成触发器,3-35,3.6.触发器的定相,3.6.1.概述触发器输出脉冲要与主电路交流电源同步，为此不论什么类型的触发器均需有一个与主电路交流电源电压频率相同、相位差固定的交流电压（称为同步电压）作为触发器输出脉冲相位的基准，在控制电压不变的情况下使得触发器输出脉冲对于交流电压相位稳定。变流器的组成，如图所示：要求触发器输出脉冲90O时变流器工作在整流状态；90O 时变流器工作在有源逆变状态。,3-36,3.6.2.触发器的定相方法触发器的定相就是根据触发器特性、主电路情况、主变压器和同步变压器的连接组，将触发器与同步变压器之间、主变压器与主电路之间以及主变压器和同步变压器与交流电源之间正确地连接起来，以保证变流器的正常工作。,3-37,触发器定相是有关变压器接法、触发器及主电路等方面知识的综合应用。由于变压器有多种接法，触发器也有不同类型，因此触发器定相有其灵活性，即正确的答案不是唯一的，但要求却是一致的，也就是说不管用什么方法连接都必须保证变流器正常工作。一般从三个方面来分析与综合：（1）.根据触发器特性，分析触发器输出脉冲相对于它的同步电压相位关系，即找出=0O至=max相对于同步电压的相位区间。,3-38,（2）.根据主电路图，以主电路中任一只晶闸管（一般以编号为1的晶闸管）为例，分析晶闸管=0O至=max 时相对于主电路交流电压的相位区间。当触发器=0O与主电路=0O相对应，且触发器最大移相范围能满足主电路需要时，说明该触发器已能满足主电路要求，从而分析出同步电压与主电路交流电压的相位区间。（3）.确定主变压器和同步变压器的连接组以保证满足上述同步电压与主电路交流电压的相位差，确定其中一只触发器的同步电压及触发器输出，其余触发器的同步电压可类推，以完成触发器的定相。三相变压器的常用连接组见图3.12：,3-39,3-40,由于三相变压器有12种连接组别，可获得30O为单位的相位差；此外，利用阻容移相电路来获得30O 60O 的相位差，这样满足一定相位差的三相变压器连接组可有多种，都能满足定相要求。从定相分析可知，变流器的交流电源相序不能随意变化，否则就不能满足触发脉冲的同步关系，当相序接反时，整流的输出得不到要求的平滑调节波形，逆变工作甚至会造成设备事故。在有的设备中设置了相序相示和保护，当相序不正确时系统不能工作并有指示。,3-41,习题和思考题,3-42,3.4.集成触发器,集成触发器与分立元件电路相比，提高了电路的可靠性和通用性，具有体积小、耗电少、成本低、调试方便等优点。但由于电容、大电阻、输出脉冲变压器等元件集成化有困难，因此集成触发器必须有适当的外接电路配合使用。在选择和使用集成电路触发器时必须根据它的性能，结合使用需要选择合适型号的集成触发器，并根据外接电路要求，配合使用。集成触发器使用方便，但要注意外接电阻值的选取应参照使用说明书的规定，否则将使器件损坏或不能正常工作。,3-43,3.4.1.集成触发器原理及应用,对集成触发器首先要了解各引脚的功能和作用、外接元器件情况；了解典型应用；应用最新器件；简单测试，仿真实验。,3-44,3-45,3-46,3-47,KJ400在同步电源一周内可得到相位差180O的两个脉冲，这样仅需一只KJ400集成块即可满足单相全控桥式整流电路的需要。在三相电路的应用中，仅需三只集成块即可但应注意，三相全控桥式电路需双窄脉冲或宽脉冲，在应用KJ400时，其输出脉冲应拓宽或形成双脉冲才行。,3-48,3.4.2.集成触发器类型,KJ001集成触发器，在同步电压的负半波有移相脉冲输出，用于单相、三相半控桥式主电路移相触发。KJ006集成触发器，主要用于双向晶闸管交流调压的移相触发，它由交流电网直接供电，不需外加同步电压直流工作电源及输出脉冲隔离变压器。KJ008过零集成触发器，在交流电压（或电流）过零时触发，不能移相，主要用于无触点开关的零触发。KJ009集成触发器，与KJ004可以互换使用；主要是提高了抗干扰及触发脉冲的前沿陡度。,3-49,KJ041六路双脉冲形成集成电路，具有6路单脉冲输入，6路双脉冲输出，同时具有输出脉冲控制端，可以控制输出脉冲的有或无。KJ042脉冲列调制集成电路，它可将输入宽脉冲调制成脉冲列输出。KC系列的产品与KJ系列具有相同的功能。KC05集成触发器，单路间隔180O输出触发脉冲，用于双向晶闸管门极触发，与KC06不同的是，KC05须外加直流工作电源及隔离输出变压器。KC07电流过零触发器；KC08电压过零触发器。,3-50,KC10KCll可取代KC01，分别在同步灵敏度、抗干扰性等方面作了改进。集成触发组件：KCZ2集成化二脉冲触发组件，用于单相桥式主电路；KCZ3集成化三脉冲触发组件，用于三相半控桥主电路或三相半波主电路；KCZ6集成化六脉冲触发组件，用于三相全控桥主电路；这些组件是将集成触发器及外围电路组装在一块电路板上。,3-51,3.5.数字触发器,前面介绍的几种触发器，包括集成触发器，都是利用控制电压的幅值与交流同步电压综合（又称垂直控制）来获得同步和移相脉冲，即用控制电压的模拟量来直接控制触发相位角的，称为模拟触发电路。由于电路元件参数的分散性，各个触发器的移相控制必然存在某种程度的不一致，这样，用同一幅值的电压去控制不同的触发器，将产生各相触发脉冲延迟角（或超前角）误差，导致三相波形的不对称，这在大容量装置的应用中，将造成三相电源的不平衡，中线出现电流。一般模拟式触发电路各相脉冲不均衡度为3O，甚至更大。,3-52,晶闸管触发信号，本质上是一种离散量，完全可由数宇信号实现,由硬件构成的数字触发器,3-53,3-54,3.5.2.微机数字触发器,随着微机的广泛应用，构成计算机控制的系统或装置越来越多。在有计算机参与的晶闸管变流装置中，计算机除了完成系统有关参数的控制与调节外，还可实现数字触发器的功能，使系统控制更加准确与灵活，且省去多路模拟触发电路。,3-55,3.6.,3-56,习题和思考题,1.掌握单结晶闸管的结构、特点、符号及作用；2.理解单结晶闸管基本触发电路的工作原理；3.题3.1、3.2、3.3、3.7、3.8、3.12、3.13。,3-57,3-58,该触发电路分成同步电压、锯齿波形成和脉冲移相、脉冲形成与放大、强触发和双窄脉冲形成等环节。,1.脉冲形成与放大环节,脉冲的形成环节由晶体管V4、V5组成(将V5的发射极直接接-15V，暂不考虑V6)，V7、V8组成脉冲功率放大环节。控制电压uct和负偏移电压uP分别分别经过电阻R6、R7、R8并联组成。在分析该环节时，暂不考虑锯齿波电压ue3和负偏移电压uP对电路的影响（设ue30，uP0）。,3-59,2、锯齿波形成与脉冲移相环节,该环节主要由V1、V2、V3、C2、VS等元件组成，锯齿波是由恒流源电流对C2充电形成的。在图225中，VS、RP2、R3、V1组成了一个恒流源电路，当V2截止时，恒流源电流IC1对电容C2进行充电，电容C2两端的电压uC2为,要想改变锯齿波的斜率，只要改变充电电流的大小，即只要改变RP2的阻值即可。,3-60,如果把偏移电压uP调整到某特定值而固定时，调节控制电压uct就能改变ub4波形上升到0.7V的时刻，也就改变了V4管转为导通的时刻，即改变了输出脉冲产生的时刻，也就是说，改变控制电压uct就可以移动脉冲的相位，从而达到脉冲移相的目的。,3-61,3-62,锯齿波是由开关管V2控制的，V2管由导通变截止期间产生锯齿波，V2截止持续时间就是锯齿波的宽度，V2开关的频率就是锯齿波的频率，要使触发脉冲与主回路电源同步，只要使V2开关的频率与主回路电源同步就可达到。为了控制V2的开关频率与主回路电源频率相同，同步环节设置了一个同步变压器TS，用TS次级电压来控制V2管的通断，从而就保证了触发电路发出的脉冲与主回路电源同步。,3、同步电压环节,3-63,4、双窄脉冲形成环节,三相全控桥式电路要求触发电路提供宽脉冲或者间隔60的双窄脉冲。前者要求触发电路的输出功率较大，所以采用较少，一般多采用后者。在三相全控桥式电路中，六个晶闸管的触发顺序是VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，而且彼此间隔60，所以与六个晶闸管对应的各相触发单元之间信号传送线路具体连接方法是：后一个触发单元的X端接至前一个触发单元的Y端。例如：VT2管触发单元的X端应接至VT1管触发单元的Y端，而VT1管触发单元的X端应接至VT6管触发单元的Y端。,3-64,各相触发单元之间双脉冲环节的连接方法如下图所示：,锯齿波同步触发电路,