锯齿波触发电路的分析介绍

1.相控电路的驱动控制

相控电路指晶闸管可控整流电路，通过控制触发角α的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压的大小。为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角α的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。对于相控电路这种使用晶闸管的场合，也称为触发控制，相应的电路称为触发电路。

大、中功率的变流器对触发电路的精度要求较高，对输出的触发功率要求较大，故广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。

1）同步信号为锯齿波的触发电路

图2.36 所示为同步信号为锯齿波的触发电路，其输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲，其工作波形如图2.37 所示。电路包括三个基本环节： 脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。

图2.36　同步信号为锯齿波的触发电路

（1）脉冲形成环节。

V4、V5为脉冲形成，V7、V8为脉冲放大。

控制电压uco加在V4基极上。当uco=0 时，V4截止，V5饱和导通，V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1（30 V）时，V4导通，A 点电位由+E1（ +15 V）下降到1.0 V 左右，V5基极电位下降约-2E1（-30 V），V5立即截止。V5集电极电压由-E1（-15 V）上升为+2.1 V，V7、V8导通，输出触发脉冲。电容C3放电，然后反向充电，使V5基极电位上升，直到ub5>-E1（-15 V），V5又重新导通。使V7、V8截止，输出脉冲终止。脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。电路的触发脉冲由脉冲变压器TP 二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。

（2）锯齿波的形成和脉冲移相环节。

锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等。锯齿波电路由V1、V2、V3和C2等元件组成，V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。锯齿波是由开关V2管来控制的。

当V2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电，调节RP2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可见RP2是用来调节锯齿波斜率的。当V2导通时，因R4很小，故C2迅速放电，ub3电位迅速降到零附近。V2周期性地通断，ub3便形成锯齿波，同样ue3也是一个锯齿波。射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响。

V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电压up三者作用的叠加确定。如果uco=0，up为负值时，b4点的波形由uh+up确定。当uco为正值时，b4点的波形由uh+up+uco确定。

M 点是V4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿。加up的目的是确定控制电压uco=0 时脉冲的初始相位。

在三相全控桥电路中，接感性负载电流连续时，脉冲初始相位应定在α=90°； 如果是可逆系统，需要在整流和逆变状态下工作，理论上要求脉冲的移相范围为180° （考虑αmin和βmin，实际一般为120°），由于锯齿波波形两端的非线性，因此要求锯齿波的宽度大于180°，例如240°，此时，令uco=0，调节up的大小使产生脉冲的M 点移至锯齿波的中央（120°处），相当于α=90°的位置。

如uco为正值，M 点就向前移，控制角α<90°，晶闸管电路处于整流工作状态。

如uco为负值，M 点就向后移，控制角α>90°，晶闸管电路处于逆变状态。

（3）同步环节。

同步指要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同，相位关系相对应。

V2开关的频率就是锯齿波的频率，由同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，锯齿波起点基本上就是同步电压由正变负的过零点。V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度，其大小取决于充电时间常数R1C1。

（4）双窄脉冲形成环节。(www.xing528.com)

双窄脉冲形成电路由V5、V6构成，当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出； 只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。前脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角α产生。相隔60°的后脉冲是由滞后60°相位的后一相触发单元产生（通过V6）。

图2.37　同步信号为锯齿波的触发电路的工作波形

2）集成触发器

集成触发器具有可靠性高、技术性能好、体积小、功耗低、调试方便等特点。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，逐步取代分立式电路。目前国内常用的有KJ 系列和KC 系列，下面以KJ 系列为例。

KJ004 集成触发器与分立元件的锯齿波移相触发电路相似，分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大等六个环节。图2.38 所示为三相全控桥整流电路的集成触发电路，由3 个KJ004 集成块和1 个KJ041 集成块构成，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。KJ041 内部是由12 个二极管构成的6 个或门，也有厂家生产了将图2.38 全部电路集成的集成块，但目前应用还不多。如果触发电路为模拟的，则称之为模拟触发电路，其优点是结构简单、可靠，但易受电网电压影响，触发脉冲不对称度较高、精度低。如果触发电路为数字的，则称之为数字触发电路，其脉冲对称度很好，例如基于8位单片机的数字触发器精度可达0.7°～1.5°。

图2.38　三相全控桥整流电路的集成触发电路

3）触发电路的定相

触发电路的定相是指触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。将同步变压器原边接入为主电路供电的电网，保证频率一致。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系，如图2.39 所示。

图2.39　三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图

三相桥式整流器，在采用锯齿波同步触发电路时，同步信号负半周的起点对应锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为240°，上升段起始的30°和终了的30°线性度不好，舍去不用，使用中间的180°。锯齿波的中点与同步信号的300°位置对应，使Ud=0 的触发角α为90°。当α<90°时为整流工作，当α>90°时为逆变工作。

将α=90°确定为锯齿波的中点，锯齿波向前、向后各有90°的移相范围，于是α=90°与同步电压的300°对应，也就是α=0°与同步电压的210°对应。由图2.39 及关于三相桥的介绍可知，α=0°对应ua的30°的位置，同步信号的180°与ua的0°对应，说明VT1的同步电压应滞后于ua180°。

2.变压器接法

主电路整流变压器为D，Y-11 连接： 即一次侧三角形接法、二次侧星形接法，二次侧线电压超前于一次侧对应的线电压30°，如图2.40 所示。

同步变压器为D，Y-11，5 连接： 即一次侧三角形接法、二次侧星形接法，二次侧分两组输出，线电压分别超前于一次侧对应的线电压30°和210°，如图2.40 所示。

图2.40　同步变压器和整流变压器的接法及矢量图

（a）接法； （b）矢量图

三相全控桥各晶闸管的同步电压如表2.2 所示。

表2.2　三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图2-40 变压器接法时）

为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行R-C 滤波，当R-C 滤波器滞后角为60°时，同步电压选取结果如表2.3 所示。

表2.3　三相桥各晶闸管的同步电压（有R-C 滤波滞后60°）