晶閘管觸發(fā)驅(qū)動電路設(shè)計-張晉遠(yuǎn)

1、寧波廣播電視大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)機(jī)電接口技術(shù)課程設(shè)計題目晶閘管觸發(fā)驅(qū)動電路設(shè)計姓名張晉遠(yuǎn)學(xué)號1533101200119指導(dǎo)教師李亞峰學(xué)校寧波廣播電視大學(xué)日期2017年4月20摘要晶閘管是一種開關(guān)元件，能在高電壓、大電流條件下工作，為了控制晶閘管的導(dǎo)通，必須在控制級至陰極之間加上適當(dāng)?shù)挠|發(fā)信號（電壓及電流），完成此任務(wù)的就是觸發(fā)電路。本課題針對晶閘管的觸發(fā)電路進(jìn)行設(shè)計，其電路的主要組成部分由觸發(fā)電路，交流電路，同步電路等電路環(huán)節(jié)組成。有阻容移相橋觸發(fā)電路、正弦波同步觸發(fā)電路、單結(jié)晶體觸發(fā)電路、集成UAA4002KJ006觸發(fā)電路。包括電路的工作原理和電路工作過程以及針對相關(guān)參數(shù)的計算。

2、關(guān)鍵詞：晶閘管；觸發(fā)電路；脈沖；KJ006;abstractThyristorisakindofswitchcomponents,canworkunderhighvoltage,highcurrentconditions,inordertocontrolthyristorconduction,mustbebetweencontrolleveltothecathodewithappropriatetriggersignal(voltageandcurrent),completethetaskistotriggercircuit.Thistopicinviewofthethyristortrigg

3、ercircuitdesign,themainpartofthecircuitbythetriggercircuit,communicationcircuit,synchronouscircuitandothercircuitlink.Thereisablockingphasebridgetriggercircuit,thesinewavesynchronoustriggercircuit,thesinglecrystaltriggercircuit,theintegratedUAA4002,theKJ006triggercircuit.Thisincludestheworkingprinci

4、pleofthecircuitandthecircuitworkingprocedureandthecalculationoftherelevantparameters.Keywords:thyristor;Triggercircuit;Pulse;KJ006;第一章緒論1.1 設(shè)計背景與意義一1.2 晶閘管的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用1.3 設(shè)計要求與任務(wù)第二章晶閘管對觸發(fā)脈沖的要求第三章鋸齒波移相觸發(fā)電路原理第四章KJ006集成觸發(fā)電路4.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.2 KJ006集成觸發(fā)電路的工作原理4.3 分析各管腳波4.4 KJ006典型接線圖第五章總結(jié)：5.1 接線5.2 KJ006各管腳波形5.3 觸發(fā)雙向晶

5、閘管電路第六章設(shè)計體會參考文獻(xiàn)第一章緒論1.1 設(shè)計背景與意義晶閘管是晶體閘流管的簡稱，又稱為可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅。在電力二極管開始得到應(yīng)用后不久，1956年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管，到1957年美國通用電氣公司開發(fā)出世界上第一只晶閘管產(chǎn)品，并在1958年達(dá)到商業(yè)化。由于其開通時刻可以控制，而且各方面性能均明顯勝過以前的汞弧整流器，因而立即受到普遍歡迎，從此開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時代，其標(biāo)志就是以晶閘管為代表的電力半導(dǎo)體器件的廣泛應(yīng)用，有人稱之為繼晶體管發(fā)明和應(yīng)用之后的又一次電子技術(shù)革命。自20世紀(jì)80年代以來，晶閘管的地位開始被各種性能更好的全控型器件取代，

6、但是由于其所能承受的電壓和電流容量仍然是目前電力電子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的應(yīng)用場合仍然具有比較重要的地位。20世紀(jì)80年代以來，信息電子技術(shù)與電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合而產(chǎn)生了一代高頻化、全控型、采用集成電路制造工藝的電力電子器件，從而將電力電子技術(shù)又帶入一個嶄新時代。門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙極晶體管就是全控型電力電子器件的典型代表。晶閘管的種類較多，有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、直流開關(guān)晶閘管（即門級可關(guān)斷晶閘管）、寄生晶閘管（即功率場效應(yīng)管IGBT）、無控制極晶閘管等。晶閘管在電力電子技術(shù)上有很廣泛的應(yīng)用，整流電路（交流

7、變直流）、逆變電路（直流變交流）、交頻電路（交流變交流）、斬波電路（直流變直流），此外，還可用作無觸點(diǎn)開關(guān)。晶閘管是半控型器件，因此在控制極和陰極間的觸發(fā)信號是必不可少的。而觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門級觸發(fā)脈沖，保證在需要是晶閘管立即由阻斷狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。廣義上講，觸發(fā)電路包括對其觸發(fā)時刻進(jìn)行控制的相位控制環(huán)節(jié)、放大和輸出環(huán)節(jié)。而觸發(fā)電路的形成又有許多種形式。1.2 晶閘管的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)行業(yè)的迅猛發(fā)展，晶閘管整流電路作為電力電子技術(shù)重要的組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)等各個行業(yè)中，同時，可控硅整流的發(fā)展更是促進(jìn)了電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。又因?yàn)榫чl管整流電路其特有的性質(zhì)

8、，能承受較高容量的電壓和電流，并且整流電路可以根據(jù)其本質(zhì)的不同來劃分為單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電、單相半波可控整流電路以及單相全波可控整流電路。晶閘管整流電路在實(shí)際中起著重要的作用，因此對其研究具有重大的意義。1.3 設(shè)計要求與任務(wù)1、針對設(shè)計題目及具體的元器件的接口和實(shí)現(xiàn)功能，擬訂設(shè)計方案。2、根據(jù)具體的接口特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)功能繪制電路原理圖，并加以詳細(xì)的說明。3、根據(jù)要求，對接口電路的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計4、對接口電路中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和選型。5、對系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、運(yùn)行及維護(hù)進(jìn)行必要的說明。6、按照課程設(shè)計論文的具體要求進(jìn)行內(nèi)容補(bǔ)充和排版。第二章.晶閘管對觸發(fā)脈沖的要求觸發(fā)電路的形式多種多

9、樣.常用的觸發(fā)電路主要有阻容移相橋觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管移相觸發(fā)電路、同步信號為正弦波的觸發(fā)電路、同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路以及K（KJ系列的專用集成觸發(fā)電路等。晶閘管裝置種類很多，工作方式也不同，故對觸發(fā)電路的要求也不同。具體如下：1 .觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度觸發(fā)脈沖幅度太低，晶閘管因門極觸發(fā)電壓幅度不夠而不能觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)電壓大小應(yīng)根據(jù)晶閘管門極參數(shù)確定，1000A以下晶閘管，門極正向峰值電壓在616V之間，門極不觸發(fā)電壓小于等于4V。2 .觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的寬度觸發(fā)脈沖應(yīng)保證晶閘管陽極電流Ia上升到大于擎住電流IL時才能消失，否則，晶閘管不能導(dǎo)通，一般晶閘管要求脈沖寬度t180,全控橋脈沖

10、寬度為600vv1200。電感性負(fù)載一般要求寬脈沖觸發(fā)。3 .觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的陡度所謂陡度是指脈沖前沿的上升率，可以減小晶閘管的起始導(dǎo)通時間，對于晶閘管多串、多并的電路，足夠的上升率可以使晶閘管可靠地導(dǎo)通。4 .觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的移相范圍為保證輸出電壓在要求的電壓范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，觸發(fā)脈沖移相范圍應(yīng)足大，防止輸出電壓升不上去或降不下來的現(xiàn)象發(fā)生。5 .觸發(fā)電路應(yīng)能輸出雙窄脈沖或?qū)捗}沖為滿足三相全控橋晶閘管的導(dǎo)通要求，觸發(fā)電路應(yīng)能輸出雙脈沖或?qū)捗}沖。6 .觸發(fā)電路應(yīng)有amin、3min限制為滿足反并聯(lián)可逆電路的要求，防止逆變失敗，觸發(fā)電路應(yīng)有amin、3min限制。7 .觸發(fā)電路應(yīng)能輸出強(qiáng)觸發(fā)脈

11、沖對于大功率變流設(shè)備的晶閘管多串、多并電路，為使晶閘管同時導(dǎo)通，觸發(fā)電路應(yīng)能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)觸發(fā)，脈沖前沿陡度應(yīng)大于1A/us。第三章.鋸齒波移相觸發(fā)電路原理鋸齒波同步的觸發(fā)電路輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。由脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)三個基本環(huán)節(jié)組成。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)、雙窄脈沖形成和脈沖輸出等環(huán)節(jié)。如下圖所示。圖中晶體管V6用來控制V5的工作狀態(tài)形成雙窄脈沖。鋸齒波同步移相觸發(fā)電路I、II由同步檢測、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成，其原理圖如圖3-6所示。+15VRP1H3乩ctRP2R9R7RL：jfKJIQTP6V

12、4TF4iTF1R4RHTP3二C2R5R8VDKAC7V15VolhVD5ZJLd_VD5二ciR12T1VD7叱*二IfYD還VU9rf-r0GlG4圖3-6鋸齒波同步移相觸發(fā)電路I原理圖由V3、VD1VD2C1等元件組成同步檢測環(huán)節(jié)，其作用是利用同步電壓UT來控制鋸齒波產(chǎn)生的時刻及鋸齒波的寬度。由VI、V2等元件組成的恒流源電路，當(dāng)V3截止時，恒流源對C2充電形成鋸齒波；當(dāng)V3導(dǎo)通時，電容C2通過R3、V3放電；調(diào)節(jié)電位器RP何以調(diào)節(jié)恒流源的電流大小，改變對電容的充電時間，從而改變了鋸齒波的斜率；控制電壓Uct、偏移電壓Ub和鋸齒波電壓在V5基極綜合疊加，從而構(gòu)成移相控制環(huán)節(jié)，RP2RP

13、3分別調(diào)節(jié)控制電壓Uct和移電壓Ub的大小；V6、V7構(gòu)成脈沖形成放大環(huán)節(jié)，C5為強(qiáng)觸發(fā)電容用于改善脈沖的前沿，由脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖。第四章KJ006集成觸發(fā)電路4.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)2915J3910?14f16圖1KJ。6內(nèi)部電路圖4.2 KJ006集成觸發(fā)電路的工作原理KJ006引腳圖KJ006是由同步檢波、鋸齒波形成電路、電流綜合比較放大電路、功率放大電路和失交保護(hù)電路等部分組成。外電路接線如圖所示。鋸齒波斜率決定于R7、RPl和Cl的數(shù)值，對不同的電網(wǎng)電壓，KJ006電路同步限流電阻R,的選擇按下式計算Ri=電f呷壓x103aKJ006可控硅移相集成觸發(fā)電路主要適用于直接由交流電供電的

14、雙向可控硅或反向。KJ006可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。KJ006器件輸出兩路相差180度的移相脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。該電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低，有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點(diǎn)。一、電路工作原理：該電路由同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏形電壓、移相電壓及鋸齒波電壓綜合比較放大電路和功率放大電路四部分組成。電原理見下圖：鋸齒波的斜率決定于外接電阻R6、RW1流出的充電電流和積分電容C1的數(shù)值。對不同的移相控制電壓VY,只有改變權(quán)電阻R1、R2的比例，調(diào)節(jié)相應(yīng)的

15、偏移電壓VP。同時調(diào)整鋸齒波斜率電位器RW1可以使不同的移相控制電壓獲得整個移相范圍。觸發(fā)電路為正極性型，即移相電壓增加，導(dǎo)通角增大。R芯DC呢成微分電路，改變R7和C2的值，可獲得不同的脈寬輸出。KJ006的同步電壓為任意值。4.3 分析各管腳波廣p3bn_JLPiohT=T=-p9aH7p2Gor161514131211KJ006Li21546874.4KJ006典型接線圖交流供電時的接線圖直流供電的擴(kuò)展電流電路如圖所示:500k/第五章總結(jié)5.1接線晶閘管觸發(fā)電路（正面）晶閘管觸發(fā)電路（反面）P4腳5.2KJ006各管腳波形P10管腳P3管腳5.3 觸發(fā)雙向晶閘管電路5.4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直流

16、側(cè)加+15Vt流電，交流側(cè)加+30收流電壓（經(jīng)變壓器220V#壓至30V）,輸出側(cè)二極管兩端接霓虹燈泡，開始燈不亮，調(diào)節(jié)電位器改變晶閘管觸發(fā)角從而改變鋸齒波與基準(zhǔn)線交點(diǎn)來改變輸出電壓大小，當(dāng)電壓達(dá)到30V左右時霓虹燈被點(diǎn)亮，隨著電位器的調(diào)節(jié)霓虹燈逐漸變亮。第六章設(shè)計體會通過這次設(shè)計，雖不敢說受益匪淺，但對課程有了更進(jìn)一步的了解，三個人一組很快讀懂了電路圖并熟悉其原理，這為后來焊接硬件電路打下了基礎(chǔ)。有不懂的地方和其他組一起討論交流并在老師的指導(dǎo)下完成硬件電路并測出正確波形，這本課程設(shè)計可能有地方與其他相同，其實(shí)有些圖啊之類的借鑒了.做課程設(shè)計無非就是把書本里所學(xué)的東西運(yùn)用到實(shí)際罷了，把理論與實(shí)

17、際結(jié)合起來.可以說是對綜合知識的融合貫通，可能我還有好多地方不懂，不過同過這種做課程設(shè)計的方式還不錯，我們可以自己嘗式為自己定設(shè)計任務(wù)，多想想，就多查查啊，東西就漸漸學(xué)到了.總之體會到好處，做完了還感覺不錯，更加認(rèn)識了解了晶閘管觸發(fā)電路。在此一方面可以結(jié)合課程的教學(xué)內(nèi)容循序漸進(jìn)地進(jìn)行設(shè)計方面的實(shí)踐訓(xùn)練，另一方面，在參與一系列子項(xiàng)目的實(shí)踐過程中，還能提高如何綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，以及獲得有關(guān)項(xiàng)目管理和團(tuán)隊合作等等眾多方面的具體經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)對相關(guān)課程具體內(nèi)容的理解和掌握能力，培養(yǎng)對整體課程知識綜合運(yùn)用和融會貫通能力。最后，向此次課程設(shè)計的指導(dǎo)老師以及在課程設(shè)計中幫助、支持我的同學(xué)表示衷

18、心的感謝。參考文獻(xiàn)1王嵐.機(jī)電接口技術(shù).北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，2003.8:TH-39.2周慧潮,孫曉峰.常用電子器件及典型應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社.2010年：300-303.3王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013:15-19.4王大為.實(shí)用電子電路大全.北京.電子工業(yè)出版社.2013:278-295.5金軼鋒.可控硅移相觸發(fā)電路的設(shè)計.渭南師范學(xué)院學(xué)報.2012,19(5):2-36方亞平，朱征濤.晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2013,2(4):1-27芮長穎,RUIChang-ying.可控硅觸發(fā)電路的設(shè)計.巢湖學(xué)院學(xué)報2014,9(3):2-3.8劉力偉，黃文霞.晶閘管電路與觸發(fā)電路的相互影響.信陽師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版).2011,16(1):1-2.9黃德勝，HUANGDe