巧用TCA785構(gòu)成適應(yīng)寬頻率范圍的晶閘管觸發(fā)器

1、巧用tca785構(gòu)成適應(yīng)寬頻率范圍的晶閘管觸發(fā)器觸發(fā)器是晶閘管類設(shè)備中必不行少的單元。自從1957年晶閘管問世至今，經(jīng)過近50年的討論和探究，陪同著晶閘管容量的不斷增大，派生器件的日益增多，有關(guān)晶閘管觸發(fā)器的討論也在不斷進(jìn)展，盡管如今可供電力行業(yè)工程技術(shù)人員用法的晶閘管觸發(fā)器種類繁多，但從大的方面可把它們歸納為模擬式、數(shù)字式、數(shù)?；旌鲜?大類。對模擬式晶閘管觸發(fā)器來說，常用的又可分為正弦波同步和鋸齒波同步的兩大家族。采納正弦波同步的觸發(fā)器，因為對同步信號幅值和正弦波的波形要求較嚴(yán)，如今已較少應(yīng)用，而鋸齒波同步的模擬式觸發(fā)器在當(dāng)今晶閘管電力電子設(shè)備中獲得了甚為廣泛的應(yīng)用。然而這種觸發(fā)器因為是通過

2、恒流源對充電來得到鋸齒波的，往往電容和恒流源輸出在觸發(fā)器制作過程中便設(shè)定為定值，當(dāng)同步頻率降低時，則鋸齒波寬度增強(qiáng)，充電時光變長，造成鋸齒波幅值增高，相反當(dāng)同步電壓頻率上升時，鋸齒波寬度變窄，充電時光變短，造成鋸齒波幅值降低，因此，當(dāng)移相控制電壓一定時，因為同步電壓頻率變幻，導(dǎo)致輸出觸發(fā)脈沖的控制角不相同，便很難達(dá)到穩(wěn)定輸出的要求，自然很難適應(yīng)同步電壓頻率的變幻，本文介紹的新型晶閘管觸發(fā)器可以彌補(bǔ)這些不足。1 實現(xiàn)適應(yīng)寬頻率范圍觸發(fā)器的關(guān)鍵常規(guī)模擬式鋸齒波同步觸發(fā)器不能適應(yīng)同步電壓頻率寬范圍變幻的根本緣由在于，這種觸發(fā)器是以恒流源給定值電容充電來形成鋸齒波的，因而當(dāng)同步電壓頻率大范圍變幻時，給

3、該電容充電的時光便有較大的變幻，導(dǎo)致了鋸齒波幅值隨頻率變幻而大幅度變幻，這種觸發(fā)器要適應(yīng)同步電壓的寬范圍變幻，必需保證鋸齒波的寬度尾隨同步電壓的頻率變幻。要求鋸齒波的幅值保持恒定，可以通過兩種辦法來實現(xiàn)：一是維持恒流源輸出電流不變，而使電容的電容量尾隨同步電壓頻率變幻，當(dāng)同步電壓頻率增強(qiáng)時，使電容的電容量減小，而當(dāng)同步電壓頻率降低時，使電容的電容量增強(qiáng)，從而實現(xiàn)電壓的幅值不變；另一種方法是保持電容的電容量不變，而使給電容充電的恒流源輸出電流伴同步電壓的頻率變幻，當(dāng)同步電壓頻率增強(qiáng)時，使該恒流源輸出電流增強(qiáng)，而當(dāng)同步電壓頻率降低時，使該恒流源輸出電流減小。事實上要實現(xiàn)電容量伴同步電壓頻率延續(xù)變幻

4、的可變電容是極為困難的，而構(gòu)成輸出電流伴同步電壓頻率延續(xù)變幻的恒流源卻較簡單，本文介紹的寬頻率范圍晶閘管觸發(fā)器正是按后者來t作的。2 適應(yīng)寬頻率范圍的單相晶閘管觸發(fā)器實現(xiàn)圖1給出了可適應(yīng)寬頻率范圍的單相晶閘管觸發(fā)器的電路原理圖，從圖l可知，該觸發(fā)器共用法了一片lm324四運(yùn)算、一個lm331頻率電壓變換器和一個單相晶閘管觸發(fā)器tca785，圖2給出了該觸發(fā)器各主要部分的工作波形，其工作原理可分析如下。2.1圖1中(lm324的a單元)用作比較器，其作用是把正弦波同步電壓與零電平比較變?yōu)橥芷诘姆讲ㄐ盘枺?jīng)此處理使觸發(fā)器的工作與同步電壓的幅值和正弦波的波形失真與否沒有多大關(guān)系。2.2 頻率電壓變

5、換器lm33l為標(biāo)準(zhǔn)的頻率電壓及電壓頻率變換器集成電路，圖l中的使用為頻率電壓變換器，它與運(yùn)算放大器lm324的b單元一起構(gòu)成精度較高、線性度很好的頻率電壓變換器電路。該電路通過電容c1把比較器a輸出的方波微分成疊加有微分尖脈沖的電壓信號(為了保證頻率電壓變換器的辨別率，電容c1不宜過大，且應(yīng)隨頻率增高電容量有所減小)，lm331在內(nèi)部把此頻率信號轉(zhuǎn)化為與同步電壓頻率成比例的電壓信號，并從腳l輸出，頻率電壓變換器輸出電壓的凹凸除與同步電壓的頻率ft成正比外，還與圖1中的r4與電容c2成正比，該頻率電壓變換器的轉(zhuǎn)換精度與電容c2的取值有關(guān)，當(dāng)頻率較高時，則電容c2的取值應(yīng)相應(yīng)減小，否則高頻段將失

6、真，不利于提高轉(zhuǎn)換的線性度。2.3 恒流源圖1中運(yùn)算放大器lm324的d單元構(gòu)成恒流源，用法中為保證恒流源的線性度，應(yīng)充分保證電阻r16與r17阻值不小于r14與r15的10倍，且r14與r15、r16與r17兩兩之間阻值誤差要盡可能地小，惟獨這樣才干保證鋸齒波的線性度，調(diào)試時有時測得的鋸齒波為下凹的，這是因為r14與r15或r16與r17兩個電阻之間阻值有較大的差值造成的。2.4 觸發(fā)脈沖形成圖1中專用集成電路tca785承擔(dān)觸發(fā)脈沖的形成環(huán)節(jié)，它的腳13接高電平則輸出為窄脈沖，脈沖的寬度由腳12所接的電容cp打算，腳11為移相電壓輸入端，腳5為同步電壓輸入端，腳15與腳14分離為對應(yīng)同步電

7、壓負(fù)正半周的觸發(fā)脈沖輸出端，在tca785的內(nèi)部集成了給腳10外接的電容充電的恒流源，該恒流源輸出電流的大小由其引腳9對接地端(引腳1)所接電阻的大小唯一打算，圖l中引腳9懸空，相當(dāng)于內(nèi)部恒流源的輸出電流為零，因而通過外部恒流源給電容ct充電形成鋸齒波，這是該觸發(fā)器最巧妙的地方，該鋸齒波與腳11輸入的移相控制電壓舉行比較，從而形成移相觸發(fā)脈沖。圖1中c4與c為抗干擾電容，而整流管d1與d2是由于tca785單電源工作用來削波的，也就是說tca785單電源工作時要求的同步電壓峰值為%26;177;o7v。2.5 鋸齒波幅值調(diào)整用放大器圖1中l(wèi)m324的c單元構(gòu)成反相輸入放大器，用以來對頻率電壓變

8、換器的輸出電壓舉行放大，電位器rp用來調(diào)整恒流源輸入電壓的大小，也就調(diào)節(jié)了給電容c7充電電流的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)了鋸齒波的幅值。可適應(yīng)同步電壓寬頻率范圍的單相晶閘管觸發(fā)器的主要工作波形，2所示。3 適應(yīng)寬頻率范圍的三相晶閘管觸發(fā)器圖3給出了應(yīng)用圖1所示的單相晶閘管觸發(fā)器構(gòu)成的三相晶閘管觸發(fā)器的原理圖，圖3中為提高頻率電壓轉(zhuǎn)換器的辨別率，由c1、c2、c3構(gòu)成或門，使頻率電壓變換器的輸入頻率相對圖l提高3倍，圖3中每個虛線框內(nèi)的電路與圖l中虛線框內(nèi)的電路相同，6路雙脈沖形成器集成電路kj04l在此處用來把三相6路單脈沖變換成為6路相位彼此瓦差60%26;176;的雙窄脈沖，圖4給出了圖3所示的三相晶

9、閘管觸發(fā)器的工作波形圖。4 有用效果圖3所示的晶閘管觸發(fā)器已由陜西高科電力電子有限責(zé)任公司批量生產(chǎn)，并已勝利地應(yīng)用于該公司為某討論單位核聚變模擬實驗裝置(hl一2a磁場電源裝置)配套牛產(chǎn)的8臺晶閘管可控整流電源(容量為looov12ka與600v12 ka各4臺)中。該晶閘管電源由采納飛輪儲能的發(fā)電機(jī)供電，在供電的過程中，因為飛輪儲存能量的下降，因而使發(fā)電機(jī)輸出溝通電壓的頻率在80120hz范圍內(nèi)變幻，但用戶負(fù)載又要求在給定控制信號一定時，輸出直流電壓不隨溝通輸入電壓頻率而變幻，因而對觸發(fā)器的頻率跟蹤性能提出了很高的要求。圖5"圖7分離給出了在同一移相控制電壓vk下，同步電壓頻率分離

10、為50hz、80hz、100hz時，同步電壓(上)與同步鋸齒波(中)及輸出觸發(fā)脈沖(下)的對應(yīng)關(guān)系示圖，從圖5"圖7可顯然看出同步電壓頻率從50hz到100hz大范圍變幻時，同步鋸齒波的幅值(97 v)與觸發(fā)控制角始終保持在相對同步鋸齒波中間位置90%26;176;不變，經(jīng)實測，當(dāng)同步輸入電壓的頻率在30160hz范圍內(nèi)變幻時，該觸發(fā)器的鋸齒波幅值及同一移相給定電壓下的觸發(fā)脈沖相位都保持不變，徹低勝任了同步電壓頻率的寬范圍變幻，更應(yīng)提到的是，因為工作現(xiàn)場二十幾臺大直流電源同時運(yùn)行，磁場干擾及電場干擾都極為嚴(yán)峻，該觸發(fā)器的抗干擾性能亦得到了檢驗。5 結(jié)語1)與鋸齒波同步的晶閘管觸發(fā)器適應(yīng)同步電壓頻率大范圍變幻的關(guān)鍵，是保證同步鋸齒波的頻率跟蹤同步電壓頻率，但其幅值應(yīng)保持恒定不變。2)實現(xiàn)變頻率恒幅值鋸齒波的核心是構(gòu)成線性度優(yōu)良的頻率電壓變換器，以該頻率電壓變換器的輸出形成高精度恒流源，給電容線性充電。3)tca785是一個專用觸發(fā)脈