控制極觸發(fā)電路

觸發(fā)板是通過調(diào)整控制極的導(dǎo)通角來實現(xiàn)電氣設(shè)備的電壓電流功率調(diào)整的一種移相型的電力控制器，其核心部件采用國外生產(chǎn)的高性能、高可靠性的軍品級可控硅觸發(fā)專用集成電路。

輸出觸發(fā)脈沖具有極高的對稱性及穩(wěn)定性，且不隨環(huán)境溫度變化，使用中不需要對脈沖對稱度及限位進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)場調(diào)試一般不需要示波器即可完成。它（GBC2M-1系列與zkd6三相全數(shù)控系列）可廣泛的應(yīng)用于工業(yè)各領(lǐng)域的電壓電流調(diào)節(jié)，適用于電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載、變壓器一次側(cè)及各種整流裝置等，主要應(yīng)用于以下負(fù)載：

*以鎳鉻、鐵鉻鋁、遠(yuǎn)紅外發(fā)熱元件及硅鉬棒、硅碳棒等為加熱元件的溫度控制。

*鹽浴爐、工頻感應(yīng)爐、淬火爐、熔融玻璃的溫度加熱控制。

*整流變壓器、調(diào)功機(jī)（純電感線圈）、電爐變壓器一次側(cè)、直流電機(jī)控制。

*單相電焊機(jī)、電阻焊機(jī)、點(diǎn)焊機(jī)控制等各種調(diào)場合。

*單相風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能控制

*電壓、電流、功率、燈光等無級平滑調(diào)節(jié)。

為保證能夠可靠地觸發(fā)，晶閘管對觸發(fā)電路有一定的要求：

1、觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流。觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流應(yīng)能使合格元件都能可靠地觸發(fā)。由于同一型號的晶閘管其觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流并不一樣，同一元件在不同的溫度下的觸發(fā)電壓與電流也不一樣，為了保證每個晶閘管都能可靠觸發(fā)，所設(shè)計的觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)電壓和電流都應(yīng)該較大。一般要求觸發(fā)電壓在2V以上、10V以下。

2、觸發(fā)脈沖的波形應(yīng)有一定的寬度，一般在10us以上（最好能有20us~50us），才能保證晶閘管可靠觸發(fā)，這是由于晶閘管從截止?fàn)顟B(tài)到完全導(dǎo)通需要一段時間。如果負(fù)載是大電感，電流上升速度比較慢，觸發(fā)脈沖的寬度還應(yīng)該進(jìn)一步增大，有時要達(dá)到1ms。否則如果脈沖太短，在脈沖終止時，主回路電流還不能上升到晶閘管的維持電流以上，晶閘管就會重新關(guān)斷，不能導(dǎo)通。

3、觸發(fā)脈沖前沿要陡，不能平緩上升，前沿最好能在10us以內(nèi)。否則將會因溫度、電壓等因素的變化而造成晶閘管的觸發(fā)時間不一致，導(dǎo)致不準(zhǔn)確。

4、觸發(fā)電路的干擾電壓應(yīng)小于晶閘管的觸發(fā)電壓，一般在不要求晶閘管觸發(fā)時，觸發(fā)電路所產(chǎn)生的脈沖電壓應(yīng)小于0.15V~0.2V。

5、觸發(fā)脈沖必須與電源電壓同步，即必須同頻率并保持一定的相位關(guān)系。脈沖發(fā)出的時間應(yīng)該能夠平穩(wěn)地前后移動，移相范圍要足夠大。

觸發(fā)電路是具有一些穩(wěn)態(tài)的或非穩(wěn)態(tài)的電路，其中至少有一個是穩(wěn)態(tài)的，并設(shè)計成在施加一適當(dāng)脈沖時即能啟動所需的轉(zhuǎn)變。

晶閘管最重要的特征是正向?qū)ǖ目煽匦?。?dāng)晶閘管的陽極與陰極間加上正向電壓時，在陰極與控制極之間加上合適的觸發(fā)電壓與電流，晶閘管就斷態(tài)轉(zhuǎn)為通態(tài)。

向晶閘管供給觸發(fā)電壓、電流的電路，叫做觸發(fā)電路。觸發(fā)信號可以用交流電壓、直流電壓或者用短暫的脈沖電壓，通常多采用脈沖電壓作為觸發(fā)信號。

晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又被稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；1957年美國通用電氣公司開發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個極：陽極，陰極和控制極； 晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。

控制極觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管，總是在靠近控制極的陰極區(qū)域首先導(dǎo)通，然后逐漸向外擴(kuò)展，直到整個面積導(dǎo)通。大面積的晶閘管需要50～100微秒以上才能全面積導(dǎo)通。初始導(dǎo)通面積小時，必須限制初始電流的上升速度，否則將發(fā)生局部過熱現(xiàn)象，影響元件的性能，甚至燒壞。高頻工作時這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。為此，仿造了集成電路的方法，在晶閘管同一硅片上做出一個放大觸發(fā)信號用的小晶閘管?？刂茦O觸發(fā)小晶閘管后，小晶閘管的初始導(dǎo)通電流將橫向經(jīng)過硅片流向主晶閘管陰極，觸發(fā)主晶閘管。從而實際強(qiáng)觸發(fā)，加速了元件的導(dǎo)通，提高了耐電流上升率的能力。

在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽極---陰極間加一定電壓，使可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。 2100433B

觸發(fā)滯后角是上述變流器中晶閘管開始承受正向阻斷電壓到門極觸發(fā)脈沖間的電角度。改變觸發(fā)滯后角可以改變可控整流器和交流調(diào)壓器的輸出電壓，也可以改變有源逆變器的回饋功率。按一定的規(guī)律控制觸發(fā)滯后角，還可以調(diào)節(jié)直接降頻器的輸出頻率和電壓。相控觸發(fā)電路的脈沖輸出器一般由脈沖放大器和脈沖變壓器組成。放大器將移相器輸出的脈沖信號放大為功率足夠的門極觸發(fā)脈沖。脈沖變壓器完成主電路和控制電路之間的電位隔離。并將觸發(fā)脈沖傳送到晶閘管的門極。為了減小脈沖變壓器的體積，常將觸發(fā)脈沖調(diào)制為一列窄脈沖。

控制變流器中功率開關(guān)元件通斷的電路。

包括脈沖輸出器和脈沖發(fā)生器兩部分(見圖)。根據(jù)控制信號的要求，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率，一定寬度或一定相位的脈沖；脈沖輸出器將此脈沖的電平放大為適合變流器中功率開關(guān)元件的驅(qū)動信號。

變流器的觸發(fā)電路變流器的觸發(fā)電路按控制的功能分為相位控制（簡稱相控）觸發(fā)電路、斬波控制（簡稱斬控）觸發(fā)電路和頻率控制（簡稱頻控）觸發(fā)電路。

相控式觸發(fā)電路的形式很多。按相數(shù)可分為單相、三相和多相觸發(fā)電路；按移相器的工作原理可分為水平控制、垂直控制和積分控制；按移相通道數(shù)可分為單通道、三通道和多通道；按觸發(fā)電路的實現(xiàn)方法可分為模擬和數(shù)字觸發(fā)電路。較常用的相控觸發(fā)電路有以下4種。

相控觸發(fā)電路①多通道相控觸發(fā)電路

特點(diǎn)是多相變流器中各晶閘管觸發(fā)電路的移相電路彼此獨(dú)立，由同一控制信號進(jìn)行相位控制。它的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，通用性強(qiáng)，觸發(fā)角變化快速性好；缺點(diǎn)是各晶閘管的觸發(fā)脈沖對稱性較差。它的移相器可采用垂直控制、水平控制或積分控制進(jìn)行移相。在垂直控制相控觸發(fā)電路中，同步信號發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波或正弦波同步移相電壓，移相器將同步移相電壓和控制電壓進(jìn)行比較，在兩電壓的交點(diǎn)上產(chǎn)生觸發(fā)信號，改變控制電壓的大小即可改變觸發(fā)滯后角。與水平控制和積分控制相比，垂直控制的多通道相控式觸發(fā)電路的各個觸發(fā)脈沖的對稱性最好，常被用于大中型變流裝置中。垂直控制的移相器用RC移相的方法，控制正弦波門極觸發(fā)電壓過零的時間沿水平軸移動，從而改變觸發(fā)滯后角。水平控制的相控觸發(fā)器因門極觸發(fā)脈沖對稱性差，且觸發(fā)強(qiáng)度不高，一般僅用于小功率特別是單相小功率變流器中。積分控制的移相器包括一個積分器和一個比較器。當(dāng)同步脈沖到來后，積分器開始積分，積分的斜率決定于控制電壓。當(dāng)積分器輸出電壓等于一個恒定的比較電壓，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出一個觸發(fā)脈沖。改變控制電壓即可改變觸發(fā)滯后角。

相控觸發(fā)電路②單通道相控觸發(fā)電路

特點(diǎn)是多相變流器的觸發(fā)電路僅用同一個移相電路完成各相控制脈沖移相。因各相輸出脈沖的移相通道相同，消除了各通道特性上差異的影響。輸出脈沖的對稱度較高，某些單通道電路輸出脈沖的不對稱度只有0.2°。單通道相控觸發(fā)電路的控制電路較復(fù)雜，在移相器之后、脈沖輸出器之前要用脈沖分配器進(jìn)行脈沖分配。單通道相控觸發(fā)電路不但可以用于可控整流器、有源逆變器、周波變流器和交流調(diào)壓器，而且可以用于無源逆變器。

相控觸發(fā)電路③三通道相控觸發(fā)電路

特點(diǎn)是三相變流器中的每相的一對晶閘管觸發(fā)電路的移相電路公用。它的輸出脈沖對稱度較好，結(jié)構(gòu)簡單，能確保每一相的兩只晶閘管的觸發(fā)脈沖互差180°，從而可以消除平衡電抗器和整流變壓器的直流磁化。三通道電路的移相器之后也要有脈沖分配器， 但與單通道電路相比，它的脈沖分配器大為簡化。

相控觸發(fā)電路④數(shù)字式移相觸發(fā)電路

由計數(shù)器和其他一些邏輯電路組成。當(dāng)同步電壓過零時，開始用某一頻率的計數(shù)脈沖對計數(shù)器計數(shù)。當(dāng)計入數(shù)與計數(shù)器的預(yù)置數(shù)相等時，觸發(fā)電路就輸出一個觸發(fā)脈沖。根據(jù)不同的控制電壓，改變計數(shù)脈沖的頻率或改變預(yù)置數(shù)，即可改變觸發(fā)滯后角。數(shù)字式移相觸發(fā)電路的優(yōu)點(diǎn)是控制精度高，溫度特性好，輸出脈沖的不對稱度小。80年代末得到越來越廣泛的應(yīng)用。特別是利用單板機(jī)或單片機(jī)構(gòu)成的變流器的直接數(shù)字控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮了微機(jī)的功能，不但具有同步認(rèn)相、移相控制和向晶閘管門極輸出觸發(fā)信號的數(shù)字觸發(fā)器功能，還同時具有起動、停止、電流調(diào)節(jié)、保護(hù)等系統(tǒng)的功能。將相控觸發(fā)電路的重要基本單元集成在一塊單晶半導(dǎo)體上，可形成體積小、功耗低、調(diào)試方便、性能穩(wěn)定可靠的集成式相控觸發(fā)器。如西門子公司生產(chǎn)的TCA785單片集成相位控制觸發(fā)器。中國也于1977年研制成功KC型單片集成移相觸發(fā)電路，并已形成了KC系列單片集成晶閘管觸發(fā)器，有10余個品種。