晶闸管触发电路的设计004.docx

电力电子课程设计 课题名称：晶闸管触发电路的设计学 院: 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 内容摘要2晶闸管触发电路设计的目的及任务要求32.1 触发电路设计目的32.2 设计的任务指标及要求3三 触发电路设计方案的选择33.1 可供选择的方案种类33.2 方案选择的论证3四 锯齿波同步移相触发电路44.1 触发电路的基本组成环节44.2 触发电路的工作原理图44.3 各元器件参数明细表5五 基本环节的工作原理55.1 锯齿波形成和同步移相控制环节55.2 脉冲形成，整形放大和输出环节75.3 强触发和双脉冲形成环节85.4 触发电路的工作波形9六 心得体会10七 参考文献11内容摘要晶闸管电路是电力电子电路常用电路之一，在生产，生活中应用非常广泛，是一弱强电电路的过渡的桥梁。要使晶闸管开始导通，必须有足够能量的触发脉冲，在晶闸管电路中必须有触发电路。用于晶闸管可控整流电路等相控电路的驱动控制，即晶闸管的触发电路。本课题针对晶闸管的触发电路进行设计，其电路的主要组成部分有移相控制电路，触发脉冲形成电路， 同步电压环节，脉冲形成，整形放大和输出环节等电路环节组成，涉及触发电路的方案选择以及选择方案后电路的设计，包括电路的工作原理和电路工作过程中的输出波形。由于知识有限，此次课题设计并不全面，有待于进一步完善。 晶闸管触发电路设计的目的及任务要求2.1 触发电路设计目的 要使晶闸管开始导通，必须施加触发脉冲，在晶闸管触发电路中必须有触发电路，触发电路性能的好坏直接影响晶闸管电路工作的可靠性，也影响系统的控制精度，正确设计触发电路是晶闸管电路应用的重要环节。2.2 设计的任务指标及要求 1 输入电压：直流+15V,-15V. 2 交流同步电压：20V. 3 移相电压：0 - 10 V. 4 移相范围：大于等于170度. 5对电路进行设计，计算元器件参数.三 触发电路设计方案的选3.1 可供选择的方案种类1 单结晶体管触发电路2 正弦波同步触发电路3 锯齿波同步触发电路4 集成触发电路3.2 方案选择的论证1 单结晶体管触发电路：脉冲宽度窄，输出功率小，控制线性度差；移相范围一般小于180度，电路参数差异大，在多相电路中使用不易一致，不付加放大环节。适用范围：可触发50A以下的晶闸管，常用于要求不高的小功率单相或三相半波电路中，但在大电感负载中不易采用。 2 正弦波同步触发电路：由于同步信号为正弦波，故受电网电压的波动及干扰影响大，实际移相范围只有150度左右。适用范围：不适用于电网电 压波动较大的晶闸管装置中。 3 锯齿波同步触发电路：它不受电网电压波动与波形畸变的直接影响，抗干扰能力强，移相范围宽，具有强触发，双脉冲和脉冲封锁等环节，可触发200A的晶闸管。适用范围：在大众中容量晶闸管装置中得到广泛的应用。4 集成触发电路：移相范围小于180度，为保证触发脉冲的对称度，要求交流电网波形畸变率小于5%。适用范围：应用于各种晶闸管。 根据晶闸管触发电路设计的任务和要求决定采用锯齿波同步触发电路的设计方案进行设计。四 锯齿波同步移相触发电路4.1 触发电路的基本组成环节 1 触发电路有三个基本环节组成：锯齿波形成和同步移相控制环节，脉冲形成、整形放大和输出环节，强触发和双脉冲输出环节。 4.2 触发电路的工作原理图 图 2-14.3 各元器件参数明细表R110KR126.2KC30.1uVD62CP12VT23DG1 2BR24.7KR13200C4 0.1uVD72CP12VT33DG1 2BR34.7KR1420 C50.047uVD82CP12VT43DG1 2BR4200R15300C61uVD92CP12VT53DG1 2BR510KR1630C72000uVD102CP12VT63DG 2BR63.3KR1730VS2cw12VD112CZI/AVT73DG1 2BR712KR1820VD12CP12VD122CZI/AVT83DA 1BR86.2KRP11.5KVD22CP12VD132CZI/AR96.2KRP21.5KVD32CP12VD142CZI/AR1030KC11uVD42CP12VD152CZI/AR1130KC21uVD52CP12VT13CC1D 五 基本环节的工作原理5.1 锯齿波形成和同步移相控制环节 图 2-2锯齿波同步移相的原理是利用受正弦同步信号电压控制的锯齿波电压作为同步电压，再与直流控制电压与直流偏移电压组成并联控制，进行电流叠加，去控制晶体管的截止与饱和导通来实现的。图2-2所示为恒流源电路方案，由、和等无件组成，其中、和为一恒流源电路。当截止时，恒流源电流对电容充电，所以两端电压为 =按线性增长，即的基极电位按线性增攻。调节电位器，即改变的恒定充电流，可见是用来调节锯齿波斜率的。当导通时，由于阻值很小，所以迅速放电，使电位迅速降到零伏附近周期性的导通和关断时，便形成了一个锯齿波，同样也是锯齿波电压，如图2-5所示。射极跟随器的作用是减小控制回路的电流对锯齿波电压的影响。管的基极电位由锯齿波电压、直流控制电压,直流偏移电压三个电压作用的叠加值所确定，它们分别通过电阻和与基极相接。设为锯齿波电压单独作用在基极时的电压，其值为=可见仍为一锯齿波，但斜率比低。同理偏移电压单独作用时的电压为： 可见仍为一条与平行的直线，但绝对值比小。 直流控制电压单独作用时的电压为：=可见仍为与平行的一直线，但绝对值比小。如果=0,为负值时,点的波形由确定，如图2-5所示。当为正值时，点的波形由确定。由于的存在，上述电压波形与实际波形有出入，当点电压等于0.7V后，导通。之后一直被钳位在0.7V。所以实际波形如图2-5所示。图中M点是由截止到导通的转折点。由前面分析可知经过M点时使电路输出脉冲。因此当为固定值时,改变便可改变M点的时间坐标，即改变了脉冲产生的时刻，脉冲被移相。可见，加的目的是为了确定控制电压=0时脉冲的初始相位。当接阻感负载电流连续时三项全控桥的脉冲初始相位应定在=90度;如果是可逆系统，需要在整流和逆变状态下工作，这时要求脉冲的移相范围理论上为180度，由于锯齿波波形两端的非线性，因而要求锯齿波的宽度大于180度，例如240度，此时，令=0，调节的大小使产生脉冲的M点移至锯齿波240度地的中央(120度)，对应于=90度的位置。这时，如为正值，M点就向前移，控制角90度，晶闸管电路处于逆变状态。在锯齿波同步的触发电路中，触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。从图2-2可知，锯齿波是由开关管来控制的。由导通变截止期间产生锯齿波，截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度，开关的频率就是锯齿波的频率。要使触发脉冲与主电路电源同步，使开关的频率与主电路电源频率同步就可达到。如图2-2中的同步环节，是有同步变压器TS和作同步开关用的晶体管组成的。同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器的二次电压来控制的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。同步变压器TS二次电压经二极管间接加在的基极上。当二次电压波形在负半周的下降段时，导通，电容被迅速充电。因O点接地为零电位，R点为负电位，Q点电位与R点相近，故在这一阶段基极为反向偏置，截止。在负半周的上升段，+电源通过给电容反向充电,为电容反向充电波形，其上升速度比波形慢，故截止，如图2-5所示。当Q点电位达1.4V时，导通，Q点电位被钳位在1.4V.直到TS二次电压的下一个负半周到来时，重新导通，迅速放电后又被充电，截止。如此周而复始。在一个正弦波周期内，包括截止和导通两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期,与主电路电源频率和相位完全同步，达到同步的目的。可以看出，Q点电位从同步电压负半周上升段开始时刻到达1.4V的时间越长，截止时间就越长，锯齿波就越宽。可知锯齿波的宽度是由充电时间常数决定的。5.2 脉冲形成，整形放大和输出环节脉冲形成环节由晶闸管、组成，、起脉冲放大作用。控制电压加在基极上，电路的触发脉冲有脉冲变压器TP二次侧输出，起一次绕组接在集电极电路中。 当控制电压=0时，截止。+（+15V）电源通过供给一个足够大的基极电流，使饱和导通，所以的集电极电压接近于-(-15V)。、处于截止状态，无脉冲输出。另外，电源的+(15V)经、发射结到-(-15V)，对电容充电，充满后电容两端电压接近2 (30V),极性如图2-3所示:当控制电压近似等于0.7V时，导通，A点电位由+(+15V)迅速降低至1.0V左右，由于电容两端电压不能突变，所以基极电位迅速将至约-2E1(-30V),由于发射结反偏置，立即截止。它的集电极电压由-(-15V)迅速上升到钳位电压+2.1V（、三个PN结正向压降之和），于是、导通，输出触发脉冲。同时，电容经电源+、放电和反向充电，使基极电位又逐渐上升，直到-(-15V),又重新导通。这时又立即将到-,使、截止，输出脉冲终止。可见，脉冲前沿由导通时刻确定，(或)截止持续时间即为脉冲宽度。所以脉冲宽度与反向充电回路时间常数有关。5.3 强触发和双脉冲形成环节 图2-4 强触发环节有单相桥式整流获得近似50V直流电压作电源，在导通前，50V电源经对充电，N点电位为50V。当导通时，经脉冲变压器一次侧，与迅速放电，由于放电回路电阻很小，N点电位迅速下降，当N点电位下降到14.3V时，导通，脉冲变压器TP改由+15V稳压电源供电。这时虽然50V电源也在向再充电使它电压回升，但由于充电回路时间常数较大，N点电位只能被15V电源钳位在14.3V。电容的作用是为了提高强触发脉冲前沿。加强触发后，脉冲变压器TP一次电压 近似如图2-5所示。如图2-2中、两个晶体管构成一个“或”门。当、都导通时,约为-15V，使、都截止，没有脉冲输出。但只要、中有一个截止，都会使变为正电压，使、导通，就有脉冲输出。所以只要用适当的信号来控制或的截止（前后间隔60度），就可以产生符合要求的双脉冲。其中，第一个脉冲有本相触发单元的对应的控制角所产生，使由截止变为导通造成瞬间截止，于是输出脉冲。相隔60度的第二个脉冲是由滞后60度相位的后一相触发单元产生，在其生成第一个脉冲时刻将其信号引至本相触发单元的基极，使瞬时截止，与是本相触发单元的管又导通，第二次输出一个脉冲，因而得到间隔60度的双脉冲。其中和的作用，主要是防止双脉冲信号相互干扰。5.4 触发电路的工作波形 图2-5锯齿波宽度有充电时间常数决定， 脉冲宽度由时间常数决定，六 心得体会 经过两周的课程设计，使我对晶闸管触发电路有了更深一步的了解。在此次课题的设计中，让我看到了团队合作，共同进步的重要性，并且通过对资料的查找搜集，归纳总结和独立思考，使自己又有了一次较好的锻炼机会。我逐渐意识到要想做好一件事情必须要动脑思考，有计划，有目的的进行实践，才会是办事的效率更高，效果更好。做事首先要通过自己的努力后，如果发现存在不明白的地方在想别人请教，采纳别人的意见，共同达到目标。我还发现了许多自身的毛病，自己有很多东西都不会，有很多只是需要去学习，就晶闸管触发电路的设计这一课题而言，发现许多以前学过的知识都记不太清了，学的不牢固，比如说制作电子版的课程设计需要用Word文档，里面还有一些知识没有掌握好，温故而知新，才会不断提高。以前没有学过的AutoCAD , protel等画图软件也通过本次课程设计学到了许多。本次课题设计可能不是最优方案，还存在漏洞和不足之处，在以后的学习过程中，还要不断的积累这方面的知识，也要加强学习电脑方面的知识，最重要的一点是我知道了只有不断的尝试才会有更多的收获。七 参考文献1.阮 忠 林金表 陈 强 综合电子电路应用指南 机械工业出版社2.周明宝 瞿文龙 电力电子技术 机械工业出版社3.王兆安 黄 俊 电力电子技术机械工业出版社4.李序葆 赵永建 电力电子器件及应用 机械工业出版社5.林忠岳 现在电力电子应用技术 科学出版社