电力电子ch5触发电路课件

PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT04 七月 2024电力电子电力电子ch5触发电路触发电路PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT相控电路：相控电路：晶闸管可控整流电路：晶闸管可控整流电路：通过控制触发角通过控制触发角a a 的大小即控制触发脉冲起始的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。相位来控制输出电压大小。采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路。采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路。相控电路的驱动控制：相控电路的驱动控制：为为保保证证相相控控电电路路正正常常工工作作，很很重重要要的的是是应应保保证证按按触触发发角角a a 的的大大小小在在正正确确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路晶体管触发电路，其中以，其中以同步信同步信号为锯齿波的触发电路号为锯齿波的触发电路应用最多。应用最多。PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT5.1 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路对于触发电路通常有如下要求：对于触发电路通常有如下要求：对于触发电路通常有如下要求：对于触发电路通常有如下要求：n n触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率n n触发脉冲必须与晶闸管的主电压保持同步触发脉冲必须与晶闸管的主电压保持同步触发脉冲必须与晶闸管的主电压保持同步触发脉冲必须与晶闸管的主电压保持同步n n触发脉冲能满足主电路移相范围的要求触发脉冲能满足主电路移相范围的要求触发脉冲能满足主电路移相范围的要求触发脉冲能满足主电路移相范围的要求n n触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT正弦波正弦波尖脉冲尖脉冲方脉冲方脉冲强触发脉冲强触发脉冲脉冲序列脉冲序列n n触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为：触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为：触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为：触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为：单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器、计算机控制数字触发电路发器、计算机控制数字触发电路发器、计算机控制数字触发电路发器、计算机控制数字触发电路等。等。等。等。n n 常见的触发脉冲电压波形如下：常见的触发脉冲电压波形如下：常见的触发脉冲电压波形如下：常见的触发脉冲电压波形如下：PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT一、单结晶体管一、单结晶体管 单结晶体管的结构、图形符号及等效电路如图所示。单结晶体管的结构、图形符号及等效电路如图所示。(a)(a)结构示意结构示意 (b)(b)等效电路等效电路 (c)(c)图形符号图形符号 (d)(d)外形及管脚外形及管脚 PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPTU Ue eU UA A ：PNPN结反偏置，结反偏置，只有很小的反向漏电流只有很小的反向漏电流 U Ue e=U UA A ：I Ie e，特性曲线与横坐标交点处特性曲线与横坐标交点处 U Ue e 上升上升 ：U Ue eU UP PUUbbbbU UD D ，单结晶体管导通，单结晶体管导通，该转折点称为峰点该转折点称为峰点P P 分压比分压比I IP P(a)(a)(a)(a)单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路 (b)(b)(b)(b)单结晶体管伏安特单结晶体管伏安特单结晶体管伏安特单结晶体管伏安特性性性性 截止截止截止截止区区区区（apapapap段）段）段）段）PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPTU Ue e U UP P：I Ie e增大增大 ，r rb1b1急剧下降急剧下降 ，U UA A达到达到最小，最小，U Ue e也最小也最小 ，达到谷点，达到谷点V V 负阻区负阻区负阻区负阻区（PVPVPVPV段）段）段）段）达到达到U UV V后，单结晶体管处于饱和导通状态后，单结晶体管处于饱和导通状态 饱和区饱和区饱和区饱和区（VNVNVNVN段）段）段）段）(a)(a)单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路单结晶体管实验电路 (b)(b)单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性单结晶体管伏安特性PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT二、单结晶体管自激振荡电路二、单结晶体管自激振荡电路 1.1.1.1.电源接通：电源接通：电源接通：电源接通：E E E E通过通过通过通过R R R Re e e e对对对对C C C C充电，充电，充电，充电，时间常数为时间常数为时间常数为时间常数为R R R Re e e eC C C C2.2.2.2.U U U Uc c c c增大，达到增大，达到增大，达到增大，达到 U U U UP P P P ，单结晶体管，单结晶体管，单结晶体管，单结晶体管导通，导通，导通，导通，C C C C通过通过通过通过R R R R1 1 1 1放电放电放电放电3.U3.U3.U3.Uc c c c减少，达到减少，达到减少，达到减少，达到U U U Uv v v v，单结晶体管截，单结晶体管截，单结晶体管截，单结晶体管截止，止，止，止，R1R1R1R1 下降，接近于零下降，接近于零下降，接近于零下降，接近于零4.4.4.4.重复充放电过程重复充放电过程重复充放电过程重复充放电过程R Re e的值不能太大或太小，的值不能太大或太小，满足电路振荡的满足电路振荡的满足电路振荡的满足电路振荡的R R R Re e e e的取值范围的取值范围的取值范围的取值范围 PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPTn n为了防止为了防止为了防止为了防止R R R Re e e e取值过小电路不能振荡，一般取一固定电取值过小电路不能振荡，一般取一固定电取值过小电路不能振荡，一般取一固定电取值过小电路不能振荡，一般取一固定电阻阻阻阻r r r r与另一可调电阻与另一可调电阻与另一可调电阻与另一可调电阻R R R Re e e e串联，以调整到满足振荡条件串联，以调整到满足振荡条件串联，以调整到满足振荡条件串联，以调整到满足振荡条件的合适频率。若忽略电容的合适频率。若忽略电容的合适频率。若忽略电容的合适频率。若忽略电容C C C C放电时间，电路的自激振放电时间，电路的自激振放电时间，电路的自激振放电时间，电路的自激振荡频率近似为：荡频率近似为：荡频率近似为：荡频率近似为：n n电路中电路中电路中电路中R R R R1 1 1 1上的脉冲电压宽度取决于电容放电时间常数。上的脉冲电压宽度取决于电容放电时间常数。上的脉冲电压宽度取决于电容放电时间常数。上的脉冲电压宽度取决于电容放电时间常数。R R R R2 2 2 2是温度补偿电阻，作用是保持振荡频率的稳定。是温度补偿电阻，作用是保持振荡频率的稳定。是温度补偿电阻，作用是保持振荡频率的稳定。是温度补偿电阻，作用是保持振荡频率的稳定。PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT 三、具有同步三、具有同步环节的的单结晶体管触晶体管触发电路路 同步电压同步电压形成环节形成环节脉冲移相脉冲移相环节环节脉冲形成脉冲形成及输出环及输出环节节PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPTn n单结晶体管触发电路简单，输出功率较小，脉冲较单结晶体管触发电路简单，输出功率较小，脉冲较单结晶体管触发电路简单，输出功率较小，脉冲较单结晶体管触发电路简单，输出功率较小，脉冲较窄，虽加有温度补偿，但对于大范围的温度变化时仍会窄，虽加有温度补偿，但对于大范围的温度变化时仍会窄，虽加有温度补偿，但对于大范围的温度变化时仍会窄，虽加有温度补偿，但对于大范围的温度变化时仍会出现误差，控制线性度不好。参数差异较大，对于多相出现误差，控制线性度不好。参数差异较大，对于多相出现误差，控制线性度不好。参数差异较大，对于多相出现误差，控制线性度不好。参数差异较大，对于多相电路的触发时不易一致。因此单结晶体管触发电路只用电路的触发时不易一致。因此单结晶体管触发电路只用电路的触发时不易一致。因此单结晶体管触发电路只用电路的触发时不易一致。因此单结晶体管触发电路只用于控制精度要求不高的单相晶闸管系统于控制精度要求不高的单相晶闸管系统于控制精度要求不高的单相晶闸管系统于控制精度要求不高的单相晶闸管系统 。PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT5.2 同步电压为锯齿波的触发电路同步电压为锯齿波的触发电路PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPTn组成环节组成环节同步环节同步环节锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波的形成和脉冲移相环节脉冲形成、放大和输出环节脉冲形成、放大和输出环节双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节强触发及脉冲封锁环节强触发及脉冲封锁环节PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT1.同步环节同步环节电源负半周下降段：电源负半周下降段：VD1开开通通C1充电充电V2截止截止PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT1.同步环节同步环节电源负半周上升段：电源负半周上升段：VD1截截止止C1反向充电，电压升高反向充电，电压升高V2开通开通当当C1电压上升至电压上升至+1.4V时：时：V2截截止止结论结论2：V2处于截止状态的时间决定锯齿波的宽度！处于截止状态的时间决定锯齿波的宽度！第一段：电源负半周下降段第一段：电源负半周下降段第二段：电源负半周上升段至第二段：电源负半周上升段至1.4V无法改变！无法改变！+15V通过通过R1向向C1充电充电改变改变R1C1，可改变，可改变V2截止时间，截止时间，进而改变锯齿波的宽度！进而改变锯齿波的宽度！结论结论4：锯齿波的宽度由：锯齿波的宽度由R1C1来决定！来决定！PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT1.同步环节同步环节同步：同步：要求触发脉冲的频率与主电路电源的要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同频率相同且且相位关系确定相位关系确定。锯齿波由开关锯齿波由开关V2管来控制：管来控制：V2开关的频率就是开关的频率就是锯齿波的频率：锯齿波的频率：由同由同步变压器所接的交流电压决定。步变压器所接的交流电压决定。V2由导通变截止期间产生锯齿波：由导通变截止期间产生锯齿波：锯齿锯齿波起点波起点基本就是同步电压由正变负的过基本就是同步电压由正变负的过零点。零点。V2截止状态持续的时间就是截止状态持续的时间就是锯齿波的宽锯齿波的宽度：度：取决于充电时间常数取决于充电时间常数R1C1。PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.锯齿波的形成环节锯齿波的形成环节恒流源电路恒流源电路PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.锯齿波的形成环节锯齿波的形成环节V2截止截止时时C2由由I1c充充电电C2电压线性增加电压线性增加调节调节RP2，改变，改变I1c，改变电压上升率，改变电压上升率结论结论1：RP2用来调节锯齿波的斜率用来调节锯齿波的斜率结论结论2：V2处于截止状态的时间决定锯齿波的宽度！处于截止状态的时间决定锯齿波的宽度！PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT2.锯齿波的形成环节锯齿波的形成环节V2导通导通时时C2通过通过R4-V2放电放电由于由于R4阻值较小，放电速度很快！阻值较小，放电速度很快！即：即：V2周期性开通关断时，周期性开通关断时，V3基极得到的是锯齿波的电压。基极得到的是锯齿波的电压。V3为射极跟随器，用于减少控制回路的为射极跟随器，用于减少控制回路的电流对锯齿波电压电流对锯齿波电压V3基极电位的影响基极电位的影响结论结论3：V2周期性开通关断时，周期性开通关断时，V3发射极得到的发射极得到的是锯齿波的电压！是锯齿波的电压！PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT3.脉冲移相环节脉冲移相环节V4基极电压是三个电压的叠加：基极电压是三个电压的叠加：1.锯齿波电压：锯齿波电压：Ue32.移相控制电压移相控制电压Uco3.直流偏移电压直流偏移电压UpPPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT3.脉冲移相环节脉冲移相环节根据叠加定理求解根据叠加定理求解V4基极电位：基极电位：(1)Ue3独立作用在独立作用在V4基极产生电压基极产生电压Uh(2)Uco独立作用在独立作用在V4基极产生电压基极产生电压Uco(3)Up独立作用在独立作用在V4基极产生电压基极产生电压UpV4基极电位：基极电位：Uh+Uco+UpPPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT3.脉冲移相环节脉冲移相环节根据叠加定理求解根据叠加定理求解V4基极电位：基极电位：(1)Ue3独立作用在独立作用在V4基极产生电压基极产生电压UhPPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT3.脉冲移相环节脉冲移相环节根据叠加定理求解根据叠加定理求解V4基极电位：基极电位：(2)Uco独立作用在独立作用在V4基极产生电压基极产生电压Uco(3)Up独立作用在独立作用在V4基极产生电压基极产生电压UpPPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT3.脉冲移相环节脉冲移相环节Uh+Uco+UpUh+UpUco0VV4基极电位：基极电位：当当V4基极电压基极电压Ub40.7V时，时，V4开通，输出脉冲；开通，输出脉冲；当改变控制电压当改变控制电压Uco时，改变了时，改变了V4开通时刻，实现移相！开通时刻，实现移相！PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT3.脉冲移相环节脉冲移相环节Uh+Uco+UpUh+UpUco0V加入加入Up的作用：的作用：通过改变通过改变Up，确定，确定Uco=0时，触发脉冲的初始相位！时，触发脉冲的初始相位！触发角触发角变化范围：变化范围：0 90 180 考虑到最小触发角和最小逆变角的限制：考虑到最小触发角和最小逆变角的限制：变化范围：变化范围：30 90 150 ，即为，即为120 变化范围。变化范围。由于锯齿两端的非线性，一般要求锯齿波宽度大于由于锯齿两端的非线性，一般要求锯齿波宽度大于180 ，通常为通常为240 。PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT3.脉冲移相环节脉冲移相环节Uh+Uco+UpUh+UpUco0V通常，令通常，令Uco=0，调节，调节Up，使得锯齿波与横轴的，使得锯齿波与横轴的交点为交点为240 的中央，对应于的中央，对应于=90。=90 Uco0时：交点前移，脉冲提前，时：交点前移，脉冲提前，0时：交点前移，脉冲提前，时：交点前移，脉冲提前，90；Uco90。PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT4.脉冲形成、放大和输出环节脉冲形成、放大和输出环节Ub4=0V4截止截止V5开通开通V6开通开通V5集电极电位：集电极电位：-15V+（0.7V+0.3V+0.3V）=-13.7VV7截止截止V8截止截止无无脉脉冲冲输输出出V5基极电位：基极电位：-15V+（0.7V+0.3V+0.7V）=-13.3V+15VUc3=15V-（-13.3V）=28.3VPPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT4.脉冲形成、放大和输出环节脉冲形成、放大和输出环节Ub4=0.7VV4导通导通V5截止截止V7导通导通V8导通导通脉脉冲冲输输出出C3电压不能突变，电压不能突变，V5基极：基极：1V-28.3V=-27.3VA点电位：点电位：0.3V+0.7V=1VV5集电极：集电极：0.7V+0.7V+0.7V=2.1VV6截止截止PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT4.脉冲形成、放大和输出环节脉冲形成、放大和输出环节Uco=0.7VV4导通导通V5截止截止V7导通导通V8导通导通脉脉冲冲输输出出C3通过图示支路放电和反向充电通过图示支路放电和反向充电当当V5基极电压大于基极电压大于-13.3V时，时，V5重新开通（重复）重新开通（重复）V6截止截止PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT4.脉冲形成、放大和输出环节脉冲形成、放大和输出环节Uco=0.7VV4导通导通V5截止截止V7导通导通V8导通导通脉脉冲冲输输出出结论：结论：(1)脉冲前沿由脉冲前沿由V4导通时刻确定；导通时刻确定；(2)V 5、V6截止持续的时间为脉冲截止持续的时间为脉冲宽度，由宽度，由R11C3确定！确定！V6截止截止PPTPPTPPTPPT文档演模板文档演模板文档演模板文档演模板 Office Office Office Office PPTPPTPPTPPT5.双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节V5，V6为或门：为或门：V5，V6全部导通时，全部导通时，V7、V8截止，无脉冲输出；截止，无脉冲输出；V5，V6有一个截止时，有一个截止时，V7、V8导通，输出脉冲。导通，输出脉冲。第一个脉冲：本相触发电路第一个脉冲：本相触发电路V4由截止由截止变为导通，变为导通，V5关断，输出脉冲！关断，输出脉冲！第二个脉冲：下一相触发电路触发时第二个脉冲：下一相触发电路触发时刻将信号作用到本相触发电路刻将信号作用到本相触发电路V6基极，基极，V6关断，输出脉冲！关断，输出脉冲！