晶闸管双窄脉冲触发电路的设计(2)

以往的模拟触发电路都是利用控制电压的幅值与交流同步电压综合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角，而晶闸管触发信号本质上是一种离散量，完全可以由数字信号来实现。随着微电子技术的发展，特别是微型计算机的广泛应用，数字式触发器的控制精度和响应速度可大大提高，同时，由微处理器做成的晶闸管数字触发器因不存在模拟触发器的分散性以及一致性差等缺陷，故使触发器技术又向前推进了一步。最早的数字式触发器是由单板机最小系统实现的，后来开发了具有相序自适应功能及自对相功能的单片数字式触发器。后来，随着单片机技术的发展，人们采用单片机控制技术开发出了晶闸管数字触发器，该类触发器因为采用数字运算而性能稳定，产生的触发脉冲对称度好、易调整，弥补了模拟集成式触发器使用必须确定同步电压相序等不足，它仅用一片单片机，借助巧妙的软件设计便实现了模拟触发器的所有功能，并具有相序自适应、

缺相保护、内含数字PI调节器、参数在线调节等功能，还能实现系统的智能控制，是国内晶闸管触发器开发研究的一个热点。

1.3 晶闸管触发器的发展趋势及论文的主要内容

由于环境、能源、社会、高效化的要求，电力电子设备正向高性能化、智能化、数字化、系统化及绿色化发展，作为电力电子设备核心器件的晶闸管触发器也就必然要朝着数字化、模块化和智能化方向发展。

但究其根本其原理离不开分立式晶闸管触发器。本文主要以同步信号为锯齿波的触发电路为对象阐述其原理。为发展数字化、模块化和智能化的晶闸管触发器打下坚实基础继而对智能化触发电路的设计。

2 晶闸管

2.1 晶闸管及其控制方式

我国目前生产的晶闸管，从外形上分，有两种形式：螺栓式和平板式，晶闸管是一种大功率的PNPN四层半导体元器件，具有三个PN结，引出三个极，阳极A、阴极K、门极（控制极）G，其外形及符号如图2.1(a)所示，各管脚名称（阳极A、阴极K、具有控制作用的门极G）标于图中。图2.1(b)所示为晶闸管的图形符号及文字符号。

(b)电气图符号及

文字符号

(a)部分晶闸管的外形

图2.1 晶闸管的外形及符号

晶闸管的工作原理如下：

(1)当晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极是否有正向触发电压或者承受反向电压，晶闸管不导通，只有很小的的反向漏电流流过管子，这种状态称为反向阻断状态。说明晶闸管像整流二极管一样，具有单向导电性。

(2)当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上反向电压或者不加电压，晶闸管不导通，这种状态称为正向阻断状态。这是二极管所不具备的。

(3)当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上正向触发电压，晶闸管导通，这种状态称为正向导通状态。这就是晶闸管闸流特性，即可控特性。

(4)

晶闸管一旦导通后维持阳极电压不变，将触发电压撤除管子依然处于导通状态。即

门极对管子不再具有控制作用。

(5)若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降至接近于零的某一数值以下。

2.2 晶闸管的伏安特性

以上特点反映到晶闸管的伏安特性上如图 2.2所示。位于I区象限的是正向特性，位于III象限的是反向特性。当IG=0时，如果在其间两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。如果正向电压超过临界值即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通（由高阻区经虚线负阻区到低阻区）。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。即使通过较大的阳极电流，晶闸管本身的压降也很小，在1V左右。导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值Ih一下，则晶闸管又回到正向阻断状态。当在晶闸管上施加反向电压时，其伏安特性类似二极管反向特性。晶闸管处于反向阻断状态时，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增大，导致晶闸管发热损坏。

晶闸管的门极电流是从门极流入晶闸管，从阴极流出。阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端。门极触发电流往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的。为保证可靠、安全的触发，门极触发电路所提供的触发电压、触发电流和功率都应限制在晶闸管伏安特性曲线中的可靠触发区。

3 触发电路

3.1 变流器对触发电路的要求

变流器除主电路(分别为整流电路、逆变电路、交流变换电路和直流变换电路）外，还需有控制功率开关元件通断的触发电路（或称驱动电路）和实现对电能调节、控制的控制电路。变流器的触发电路包括脉冲发生器和脉冲输出器两部分组成。前者根据控制信号的要求产生一定的频率、一定的宽度和一定相位的脉冲；后者将此脉冲的电平放大为适合变流器中功率开关元件需要的驱动信号。

3.2 触发电路的类型

触发电路按控制的功能可分为相控触发电路路（用于可控整流器、交流调压器、直接降频器和有源逆变器）、斩控触发电路和频控触发电路。采用正弦波的频控电路不仅能控制逆变器的输出电压，还能改善输出电压的质量。

相控触发电路。应用于可控整流器、交流调压器、直接降频器和有源逆变器中。根据 变流器主电路相数分为单相、三相和多相相控触发电路。在多相相控触发电路中，各晶闸管，特别是同一相的一对晶闸管的触发滞后角的一致是非常重要的。如各晶闸管的触发电路移相通道相同，则触发滞后角相同。相控触发电路按移相通道还可分为单通道、三通道和多通道。单通道的相控触发电路的触发滞后角一致性好，三通道的次之，多通道的最差。

斩控触发电路。可按控制方式分为脉冲宽度控制、脉冲频率控制和宽度频率混合控制。脉冲宽度控制保持方波脉冲的周期不变，仅改变脉冲宽度。脉冲频率控制保持方波脉冲的宽度不变，仅改变方波的周期。在宽度频率混合控制中，方波脉冲的宽度和频率都改变。

频控触发电路。将控制信号转变为某一频率的脉冲或脉冲群，再由这些脉冲驱动无源逆变电路中的大功率晶体管或其他功率开关元件。频控触发电路按其能否控制逆变器的输出电压分为脉宽调制频控触发电路和导电角度恒定的频控触发电路。前者又可按调压方法分为单脉冲调制、多脉冲方波调制和正弦波调制的频控触发电路。采用正弦波调制的频控触发电路不但能控制逆变器的输出电压，还能改善输出电压的质量。

脉冲输出器。触发电路产生的脉冲信号经脉冲输出器产生驱动信号。按驱动对象可分为以下 4种。

(1)晶闸管驱动电路：当信号要求晶闸管导通时，产生幅度和宽度足够的正门极脉冲电流。

(2)可关断晶闸管驱动电路：当信号要求可关断晶闸管关断时，产生幅度和宽度足够的负门极脉冲电流。

(3)功率晶体管驱动电路：当信号要求功率晶体管导通时，产生足够的基极驱动电流；当信号要求功率晶体管关断时，使基极驱动电流降到零或变负。

(4)功率场效应晶体管驱动电路：根据信号的要求，提供场效应晶体管合适的栅极电压。在很多变流电路中，要求控制电路和功率开关元件之间电隔离。按完成隔离的器件种类，可分为光电耦合器件隔离和脉冲变压器隔离。光电耦合器件的输出信号功率较小，一般都得经过放大后才能驱动功率开关元件。脉冲变压器输出信号一般可以直接驱动功率开关元件。

3.3 晶闸管对触发电路的要求

晶闸管触发电路的作用是将控制信号Uk转变成延迟角α（或β）信号，向晶闸管提供门极 …… 此处隐藏：2278字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……