晶闸管触发驱动电路设计-张晋远.doc

宁波广播电视大学机械设计制造及其自动化专业机电接口技术课程设计 题 目 晶闸管触发驱动电路设计 姓 名 张晋远 学号 1533101200119 指导教师 李亚峰 学校 宁波广播电视大学 日 期 2017 年 4 月 20 摘 要 晶闸管是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，为了控制晶闸管的导通，必须在控制级至阴极之间加上适当的触发信号（电压及电流），完成此任务的就是触发电路。 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由触发电路，交流电路，同步电路等电路环节组成。有阻容移相桥触发电路、正弦波同步触发电路、单结晶体触发电路、集成UAA4002、KJ006触发电路。包括电路的工作原理和电路工作过程以及针对相关参数的计算。 关键词：晶闸管；触发电路；脉冲；KJ006；abstractThyristor is a kind of switch components, can work under high voltage, high current conditions, in order to control thyristor conduction, must be between control level to the cathode with appropriate trigger signal (voltage and current), complete the task is to trigger circuit. This topic in view of the thyristor trigger circuit design, the main part of the circuit by the trigger circuit, communication circuit, synchronous circuit and other circuit link. There is a blocking phase bridge trigger circuit, the sine wave synchronous trigger circuit, the single crystal trigger circuit, the integrated UAA4002, the KJ006 trigger circuit. This includes the working principle of the circuit and the circuit working procedure and the calculation of the relevant parameters.Keywords: thyristor; Trigger circuit; Pulse; KJ006;目 录第一章 绪论1.1设计背景与意义1.2 晶闸管的现实应用1.3设计要求与任务第二章 晶闸管对触发脉冲的要求第三章 锯齿波移相触发电路原理第四章 KJ006 集成触发电路4.1 内部结构4.2 KJ006 集成触发电路的工作原理4.3 分析各管脚波 4.4 KJ006 典型接线图第五章 总结: 5.1 接线5.2 KJ006 各管脚波形5.3 触发双向晶闸管电路第六章 设计体会参考文献第一章 绪 论1.1设计背景与意义晶闸管是晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器，以前被简称为可控硅。在电力二极管开始得到应用后不久，1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管，到1957年美国通用电气公司开发出世界上第一只晶闸管产品，并在1958年达到商业化。由于其开通时刻可以控制，而且各方面性能均明显胜过以前的汞弧整流器，因而立即受到普遍欢迎，从此开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，其标志就是以晶闸管为代表的电力半导体器件的广泛应用，有人称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术革命。自20世纪80年代以来，晶闸管的地位开始被各种性能更好的全控型器件取代，但是由于其所能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。 20世纪80年代以来，信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件，从而将电力电子技术又带入一个崭新时代。门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管就是全控型电力电子器件的典型代表。晶闸管的种类较多，有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、直流开关晶闸管（即门级可关断晶闸管）、寄生晶闸管（即功率场效应管IGBT）、无控制极晶闸管等。 晶闸管在电力电子技术上有很广泛的应用，整流电路（交流变直流）、逆变电路（直流变交流）、交频电路（交流变交流）、斩波电路（直流变直流），此外，还可用作无触点开关。 晶闸管是半控型器件，因此在控制极和阴极间的触发信号是必不可少的。而触发电路的作用是产生符合要求的门级触发脉冲，保证在需要是晶闸管立即由阻断状态变为导通状态。广义上讲，触发电路包括对其触发时刻进行控制的相位控制环节、放大和输出环节。而触发电路的形成又有许多种形式。1.2 晶闸管的现实应用近年来，随着我国科学技术行业的迅猛发展，晶闸管整流电路作为电力电子技术重要的组成部分，被广泛应用于工业等各个行业中，同时，可控硅整流的发展更是促进了电力电子技术的发展和应用。又因为晶闸管整流电路其特有的性质，能承受较高容量的电压和电流，并且整流电路可以根据其本质的不同来划分为单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电、单相半波可控整流电路以及单相全波可控整流电路。晶闸管整流电路在实际中起着重要的作用，因此对其研究具有重大的意义。1.3 设计要求与任务1、针对设计题目及具体的元器件的接口和实现功能，拟订设计方案。2、根据具体的接口特点和实现功能绘制电路原理图，并加以详细的说明。3、根据要求，对接口电路的参数进行设计4、对接口电路中的数据进行计算和选型。5、对系统的安装、调试、运行及维护进行必要的说明。6、按照课程设计论文的具体要求进行内容补充和排版。第二章.晶闸管对触发脉冲的要求触发电路的形式多种多样.常用的触发电路主要有阻容移相桥触发电路、单结晶体管移相触发电路、同步信号为正弦波的触发电路、同步信号为锯齿波的触发电路以及KC和KJ系列的专用集成触发电路等。晶闸管装置种类很多，工作方式也不同，故对触发电路的要求也不同。具体如下：1. 触发脉冲应有足够的幅度 触发脉冲幅度太低,晶闸管因门极触发电压幅度不够而不能触发导通, 触发电压大小应根据晶闸管门极参数确定, 1000A以下晶闸管,门极正向峰值电压在616V之间,门极不触发电压小于等于4V。2. 触发脉冲应有足够的宽度 触发脉冲应保证晶闸管阳极电流 Ia 上升到大于擎住电流IL 时才能消失,否则,晶闸管不能导通,一般晶闸管要求脉冲宽度180,全控桥脉冲宽度为 600120 0。电感性负载一般要求宽脉冲触发。3. 触发脉冲应有足够的陡度所谓陡度是指脉冲前沿的上升率,可以减小晶闸管的起始导通时间,对于晶闸管多串、多并的电路,足够的上升率可以使晶闸管可靠地导通。4. 触发脉冲应有足够的移相范围为保证输出电压在要求的电压范围内连续可调,触发脉冲移相范围应足大,防止输出电压升不上去或降不下来的现象发生。5. 触发电路应能输出双窄脉冲或宽脉冲为满足三相全控桥晶闸管的导通要求,触发电路应能输出双脉冲或宽脉冲。6. 触发电路应有 min 、 min 限制为满足反并联可逆电路的要求,防止逆变失败,触发电路应有 min 、 min限制。7.触发电路应能输出强触发脉冲对于大功率变流设备的晶闸管多串、多并电路,为使晶闸管同时导通,触发电路应能实现强触发,脉冲前沿陡度应大于1A/us。第三章. 锯齿波移相触发电路原理锯齿波同步的触发电路输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。由脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节三个基本环节组成。此外，还有强触发、双窄脉冲形成和脉冲输出等环节。如下图所示。图中晶体管V6用来控制V5的工作状态形成双窄脉冲。锯齿波同步移相触发电路I、II由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其原理图如图3-6所示。图3-6锯齿波同步移相触发电路I原理图由 V3、VD1、VD2、C1 等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压 UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。由V1、V2等元件组成的恒流源电路，当 V3 截止时，恒流源对 C2 充电形成锯齿波；当 V3 导通时，电容 C2 通过 R3、V3放电；调节电位器RP1可以调节恒流源的电流大小，改变对电容的充电时间，从而改变了锯齿波的斜率；控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在V5基极综 合叠加，从而构成移相控制环节，RP2、RP3 分别调节控制电压 Uct 和移电压 Ub的大小；V6、V7构成脉冲形成放大环节，C5为强触发电容用于改善脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲。第四章 KJ006 集成触发电路4.1 内部结构4.2 KJ006 集成触发电路的工作原理KJ006 引脚图 KJ006 是由同步检波、锯齿波形成电路、电流综合比较放大电路、功率放大电路和失交保护电路等部分组成。外电路接线如图所示。锯齿波斜率决定于 R7、RPl 和 Cl 的数值， 对不同的电网电压，KJ006 电路同步限流电阻 R，的选择按下式计算KJ006可控硅移相集成触发电路主要适用于直接由交流电供电的双向可控硅或反向。KJ006可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中，作可控硅的双路脉冲移相触发。KJ006器件输出两路相差180度的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式触发器线路。该电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低，有脉冲列调制输出端等功能与特点。一、电路工作原理：该电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。电原理见下图：锯齿波的斜率决定于外接电阻 R6、RW1，流出的充电电流和积分电容 C1 的数值。对不同的移相控制电压VY，只有改变权电阻R1、R2的比例，调节相应的偏移电压VP。同时调整锯齿波斜率电位器RW1，可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。R7和C2形成微分电路，改变 R7 和 C2 的值，可获得不同的脉宽输出。KJ006 的同步电压为任意值。4.3 分析各管脚波4.4 KJ006 典型接线图交流供电时的接线图直流供电时的接线图直流供电的扩展电流电路如图所示：第五章 总结5.1 接线晶闸管触发电路（正面）晶闸管触发电路（反面）5.2 KJ006 各管脚波形P4 脚 P10 管脚 P3 管脚 5.3 触发双向晶闸管电路5.4 实验现象直流侧加+15V直流电，交流侧加+30V交流电压（经变压器220V降压至30V），输出侧二极管两端接霓虹灯泡，开始灯不亮，调节电位器改变晶闸管触发角从而改变锯齿波与基准线交点来改变输出电压大小，当电压达到30V左右时霓虹灯被点亮，随着电位器的调节霓虹灯逐渐变亮。第六章 设计体会通过这次设计,虽不敢说受益匪浅,但对课程有了更进一步的了解,三个人一组很快读懂了电路图并熟悉其原理，这为后来焊接硬件电路打下了基础。有不懂的地方和其他组一起讨论交流并在老师的指导下完成硬件电路并测出正确波形，这本课程设计可能有地方与其他相同,其实有些图啊之类的借鉴了.做课程设计无非就是把书本里所学的东西运用到实际罢了,把理论与实际结合起来.可以说是对综合知识的融合贯通,可能我还有好多地方不懂,不过同过这种做课程设计的方式还不错,我们可以自己尝式为自己定设计任务,多想想,就多查查啊,东西就渐渐学到了.总之体会到好处,做完了还感觉不错,更加认识了解了晶闸管触发电路。在此一方面可以结合课程的教学内容循序渐进地进行设计方面的实践训练，另一方面，在参与一系列子项目的实践过程中，还能提高如何综合运用所学知识解决实际问题的能力，以及获得有关项目管理和团队合作等等众多方面的具体经验，增强对相关课程具体内容的理解和掌握能力，培养对整体课程知识综合运用和融会贯通能力。最后，向此次课程设计的指导老师以及在课程设计中帮助、支持我的同学表示衷心的感谢。参考文献 1 王岚.机电接口技术.北京：中央广播电视大学出版社，2003.8：TH-39. 2 周慧潮,孙晓峰.常用电子器件及典型应用.北京：电子工业出版社.2010年： 300-303. 3 王兆安,刘进军.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2013：15-19. 4 王大为.实用电子电路大全.北京.电子工业出版社.2013：278-295. 5 金轶锋.可控硅移相触发电路的设计.渭南师范学院学报.2012,19(5):2-3 6 方亚平，朱征涛.晶闸管触发电路的设计.哈尔滨工业大学学 报.2013,2(4):1-2 7 芮长颖,RUI Chang-ying .可控硅触发电路的设计.巢湖学院学报 2014,9(3):2-3. 8 刘力伟,黄文霞.晶闸管电路与触发电路的相互影响.信阳师范学院学报(自然 科学版).2011,16(1):1-2. 9 黄德胜,HUANG De-sheng.可控硅触发电路.中国氯碱2008(4):6-9. 10 冯平,巫世远.可控硅移相触发模块设计.广西工学院学报 2014(3):1-2.11 刘晶维,王金艳，田野.大功率可控硅高性能触发电路.黑龙江交通科技 2009,12(3):4-7. 12 张玉奎,陈元平，李树君.可控硅触发电路的改进.继电器2008,31(6):5-6. 13 徐龙广.可控硅零触发电路.科技资讯.2008(7):1-2. 14 邵红,纪明霞,任秀芳.一种简单的触发电路.科学时代（上半月） 2010(3):2-3. 15 李文,魏学勇,赵慧敏.可控硅触发角移相定时方法探讨.大连铁道学院学报 2011,22(4):4-5.