1、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： 电力电子课程设计1目录内容摘要 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 .8
2、5.4 触发电路的工作波形 .9六 心得体会 10七 参考文献 11晶闸管触发电路课程设计2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
3、设计并不全面，有待于进一步完善。电力电子课程设计3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
4、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。晶闸管触发电路课程设计43 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
5、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 VD112 VD4 VD6VD7815VD14VD105SR43RR5876R9R1213
6、R4R1R116RP1RP2V1345V2 6780+15v-v-vTs 36 接 封 锁 信 号xyC76C5CC3CC1 +v图 2-1电力电子课程设计54.3 各元器件参数明细表五 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 VD11VD2 VD4VSR4R3R2R5R876R9P1P2V1V3V4+15v -vTs C2C12图 2-2R1 10K R12 6.2K C3 0.1u VD6 2CP12 VT2 3DG1 2BR2 4.7K R13 200 C4 0.1u VD7 2CP12 VT3 3DG1 2BR3 4.7K R14 20 C5 0.047u VD8 2C
7、P12 VT4 3DG1 2BR4 200 R15 300 C6 1u VD9 2CP12 VT5 3DG1 2BR5 10K R16 30 C7 2000u VD10 2CP12 VT6 3DG 2BR6 3.3K R17 30 VS 2cw12 VD11 2CZI/A VT7 3DG1 2BR7 12K R18 20 VD1 2CP12 VD12 2CZI/A VT8 3DA 1BR8 6.2K RP1 1.5K VD2 2CP12 VD13 2CZI/AR9 6.2K RP2 1.5K VD3 2CP12 VD14 2CZI/AR10 30K C1 1u VD4 2CP12 VD15 2
8、CZI/AR11 30K C2 1u VD5 2CP12 VT1 3CC1D晶闸管触发电路课程设计6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cVbV加，去控制晶体管 的截止与饱和导通来实现的。4图 2-2 所示为恒流源电路方案，由 、 、 和 等无件组成，其中 、1232C1V、 和 为一恒流源电路。sV2RP3当 截止时，恒流源电流 对电容 充电，所以 两端电压 为cI122cU= =cUdtCtIc1按线性增长，即 的基极电位 按线性增攻。调节电位器 ，即改变cU3V3b 2RP的恒定充电流 ，可见
9、 是用来调节锯齿波斜率的。2CcI12RP当 导通时，由于 阻值很小，所以 迅速放电，使 电位迅速降到零43C3bU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2 b 3e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3V电压 的影响。3bU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4V cop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。76R8设 为锯齿波电压 单独作用在 基极 时的电压，其值为h3eu4Vb= 3e)/(876R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hU3eUpU4b电
10、压 为：p)/( 768Ru可见 仍为一条与 平行的直线，但绝对值比 小。pUp pU直流控制电压 单独作用时 的电压 为：co4bco=co)/(867R可见 仍为与 平行的一直线，但绝对值比 小。coco co如果 =0, 为负值时, 点的波形由 确定，如图 2-5 所示。当Up4bphU为 正值时， 点的波形由 确定。由于 的存在，上述电压波co4bcophU4V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4 4b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。4电力电子课程设计7由前面分析可知 经过 M 点时使电路输出脉
11、冲。因此当 为固定值时,改变4VpU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，coU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p coU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)，coUp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
12、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2V2V2V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2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2V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
13、加在 的基极上。当二次电TSU1VD2压波形在负半周的下降段时， 导通，电容 被迅速充电。因 O 点接地为零1C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，2V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2V1E11QU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TS!V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2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。1D!C2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一2V
14、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2V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。1CR5.2 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4V578V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coU4V接在 集电极电路中。8当控制电压 =0 时， 截止。+ （+15V）电源通过 供给 一个足够co41E1R5V晶闸管触发电路课程设计8大的基极电流，使 饱和导通，所以 的集电极电压 接近于-
15、(-15V)。5V5V5cU1E、 处于截止状态，无脉冲输出。另外，电源的+ (15V)经 、 发射结7V8 19R5V到- (-15V)，对电容 充电，充满后电容两端电压接近 2 (30V),极性如图1E3C2-3 所示: VD4 VD6VD78VD105R876R9R12R134R1R16R1V4567V8-15v 接 封 锁 信 号xyC5C4C3+当控制电压 近似等于 0.7V 时， 导通，A 点电位由+ (+15V)迅速降coU4V1E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-3C5V2E1(-30V),由于 发射结反偏置， 立即截止。它的集电极电压
16、由- (-15V)5V5 1迅速上升到钳位电压+2.1V（ 、 、 三个 PN 结正向压降之和） ，于是 、6D78 7V导通，输出触发脉冲。同时，电容 经电源+ 、 、 、 放电和反向8V31ER4D充电，使 基极电位又逐渐上升，直到 - (-15V), 又重新导通。这时5 5bU5V又立即将到- ,使 、 截止，输出脉冲终止。可见，脉冲前沿由 导通5cU1E7V8 5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56路时间常数 有关。31CR5.3 强触发和双脉冲形成环节电力电子课程设计9VD15VD14R120V36VC76+图 2-4强触发环节有单相桥式整流获得
17、近似 50V 直流电压作电源，在 导通前，8V50V 电源经 对 充电，N 点电位为 50V。当 导通时， 经脉冲变压器一15R6C15VD6C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68V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15D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，6N 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5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
18、、 都导通时,5V6 5V6约为-15V，使 、 都截止，没有脉冲输出。但只要 、 中有一个截止，5cU78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c 78V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56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cU4V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 605V8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66 8出一个脉冲，因而得到间隔 60 度
19、的双脉冲。其中 和 的作用，主要是防4VD17R止双脉冲信号相互干扰。5.4 触发电路的工作波形晶闸管触发电路课程设计10uQTSh+pe3ub4Aub5cBc8uTP50V-1V3010.7120240t=R1C3wtwtwtwtwt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1CR0131CR定， 312T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
20、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。电力电子课程设计11七 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http:/
