控制极触发电路晶闸管控制极

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又被称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和控制极； 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

控制极触发导通的晶闸管，总是在靠近控制极的阴极区域首先导通，然后逐渐向外扩展，直到整个面积导通。大面积的晶闸管需要50～100微秒以上才能全面积导通。初始导通面积小时，必须限制初始电流的上升速度，否则将发生局部过热现象，影响元件的性能，甚至烧坏。高频工作时这种现象更为严重。为此，仿造了集成电路的方法，在晶闸管同一硅片上做出一个放大触发信号用的小晶闸管。控制极触发小晶闸管后，小晶闸管的初始导通电流将横向经过硅片流向主晶闸管阴极，触发主晶闸管。从而实际强触发，加速了元件的导通，提高了耐电流上升率的能力。

触发电路是具有一些稳态的或非稳态的电路，其中至少有一个是稳态的，并设计成在施加一适当脉冲时即能启动所需的转变。

晶闸管最重要的特征是正向导通的可控性。当晶闸管的阳极与阴极间加上正向电压时，在阴极与控制极之间加上合适的触发电压与电流，晶闸管就断态转为通态。

向晶闸管供给触发电压、电流的电路，叫做触发电路。触发信号可以用交流电压、直流电压或者用短暂的脉冲电压，通常多采用脉冲电压作为触发信号。

触发板是通过调整控制极的导通角来实现电气设备的电压电流功率调整的一种移相型的电力控制器，其核心部件采用国外生产的高性能、高可靠性的军品级可控硅触发专用集成电路。

输出触发脉冲具有极高的对称性及稳定性，且不随环境温度变化，使用中不需要对脉冲对称度及限位进行调整。现场调试一般不需要示波器即可完成。它（GBC2M-1系列与zkd6三相全数控系列）可广泛的应用于工业各领域的电压电流调节，适用于电阻性负载、电感性负载、变压器一次侧及各种整流装置等，主要应用于以下负载：

*以镍铬、铁铬铝、远红外发热元件及硅钼棒、硅碳棒等为加热元件的温度控制。

*盐浴炉、工频感应炉、淬火炉、熔融玻璃的温度加热控制。

*整流变压器、调功机（纯电感线圈）、电炉变压器一次侧、直流电机控制。

*单相电焊机、电阻焊机、点焊机控制等各种调场合。

*单相风机水泵调速节能控制

*电压、电流、功率、灯光等无级平滑调节。

为保证能够可靠地触发，晶闸管对触发电路有一定的要求：

1、触发信号应有足够的触发电压和触发电流。触发电压和触发电流应能使合格元件都能可靠地触发。由于同一型号的晶闸管其触发电压、触发电流并不一样，同一元件在不同的温度下的触发电压与电流也不一样，为了保证每个晶闸管都能可靠触发，所设计的触发电路产生的触发电压和电流都应该较大。一般要求触发电压在2V以上、10V以下。

2、触发脉冲的波形应有一定的宽度，一般在10us以上（最好能有20us~50us），才能保证晶闸管可靠触发，这是由于晶闸管从截止状态到完全导通需要一段时间。如果负载是大电感，电流上升速度比较慢，触发脉冲的宽度还应该进一步增大，有时要达到1ms。否则如果脉冲太短，在脉冲终止时，主回路电流还不能上升到晶闸管的维持电流以上，晶闸管就会重新关断，不能导通。

3、触发脉冲前沿要陡，不能平缓上升，前沿最好能在10us以内。否则将会因温度、电压等因素的变化而造成晶闸管的触发时间不一致，导致不准确。

4、触发电路的干扰电压应小于晶闸管的触发电压，一般在不要求晶闸管触发时，触发电路所产生的脉冲电压应小于0.15V~0.2V。

5、触发脉冲必须与电源电压同步，即必须同频率并保持一定的相位关系。脉冲发出的时间应该能够平稳地前后移动，移相范围要足够大。

在规定的环境温度下，阳极---阴极间加一定电压，使可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电流和电压。 2100433B

触发滞后角是上述变流器中晶闸管开始承受正向阻断电压到门极触发脉冲间的电角度。改变触发滞后角可以改变可控整流器和交流调压器的输出电压，也可以改变有源逆变器的回馈功率。按一定的规律控制触发滞后角，还可以调节直接降频器的输出频率和电压。相控触发电路的脉冲输出器一般由脉冲放大器和脉冲变压器组成。放大器将移相器输出的脉冲信号放大为功率足够的门极触发脉冲。脉冲变压器完成主电路和控制电路之间的电位隔离。并将触发脉冲传送到晶闸管的门极。为了减小脉冲变压器的体积，常将触发脉冲调制为一列窄脉冲。

控制变流器中功率开关元件通断的电路。

包括脉冲输出器和脉冲发生器两部分(见图)。根据控制信号的要求，脉冲发生器产生一定频率，一定宽度或一定相位的脉冲；脉冲输出器将此脉冲的电平放大为适合变流器中功率开关元件的驱动信号。

变流器的触发电路变流器的触发电路按控制的功能分为相位控制（简称相控）触发电路、斩波控制（简称斩控）触发电路和频率控制（简称频控）触发电路。

相控式触发电路的形式很多。按相数可分为单相、三相和多相触发电路；按移相器的工作原理可分为水平控制、垂直控制和积分控制；按移相通道数可分为单通道、三通道和多通道；按触发电路的实现方法可分为模拟和数字触发电路。较常用的相控触发电路有以下4种。

相控触发电路①多通道相控触发电路

特点是多相变流器中各晶闸管触发电路的移相电路彼此独立，由同一控制信号进行相位控制。它的优点是电路简单，通用性强，触发角变化快速性好；缺点是各晶闸管的触发脉冲对称性较差。它的移相器可采用垂直控制、水平控制或积分控制进行移相。在垂直控制相控触发电路中，同步信号发生器产生锯齿波或正弦波同步移相电压，移相器将同步移相电压和控制电压进行比较，在两电压的交点上产生触发信号，改变控制电压的大小即可改变触发滞后角。与水平控制和积分控制相比，垂直控制的多通道相控式触发电路的各个触发脉冲的对称性最好，常被用于大中型变流装置中。垂直控制的移相器用RC移相的方法，控制正弦波门极触发电压过零的时间沿水平轴移动，从而改变触发滞后角。水平控制的相控触发器因门极触发脉冲对称性差，且触发强度不高，一般仅用于小功率特别是单相小功率变流器中。积分控制的移相器包括一个积分器和一个比较器。当同步脉冲到来后，积分器开始积分，积分的斜率决定于控制电压。当积分器输出电压等于一个恒定的比较电压，比较器翻转，输出一个触发脉冲。改变控制电压即可改变触发滞后角。

相控触发电路②单通道相控触发电路

特点是多相变流器的触发电路仅用同一个移相电路完成各相控制脉冲移相。因各相输出脉冲的移相通道相同，消除了各通道特性上差异的影响。输出脉冲的对称度较高，某些单通道电路输出脉冲的不对称度只有0.2°。单通道相控触发电路的控制电路较复杂，在移相器之后、脉冲输出器之前要用脉冲分配器进行脉冲分配。单通道相控触发电路不但可以用于可控整流器、有源逆变器、周波变流器和交流调压器，而且可以用于无源逆变器。

相控触发电路③三通道相控触发电路

特点是三相变流器中的每相的一对晶闸管触发电路的移相电路公用。它的输出脉冲对称度较好，结构简单，能确保每一相的两只晶闸管的触发脉冲互差180°，从而可以消除平衡电抗器和整流变压器的直流磁化。三通道电路的移相器之后也要有脉冲分配器， 但与单通道电路相比，它的脉冲分配器大为简化。

相控触发电路④数字式移相触发电路

由计数器和其他一些逻辑电路组成。当同步电压过零时，开始用某一频率的计数脉冲对计数器计数。当计入数与计数器的预置数相等时，触发电路就输出一个触发脉冲。根据不同的控制电压，改变计数脉冲的频率或改变预置数，即可改变触发滞后角。数字式移相触发电路的优点是控制精度高，温度特性好，输出脉冲的不对称度小。80年代末得到越来越广泛的应用。特别是利用单板机或单片机构成的变流器的直接数字控制系统，充分发挥了微机的功能，不但具有同步认相、移相控制和向晶闸管门极输出触发信号的数字触发器功能，还同时具有起动、停止、电流调节、保护等系统的功能。将相控触发电路的重要基本单元集成在一块单晶半导体上，可形成体积小、功耗低、调试方便、性能稳定可靠的集成式相控触发器。如西门子公司生产的TCA785单片集成相位控制触发器。中国也于1977年研制成功KC型单片集成移相触发电路，并已形成了KC系列单片集成晶闸管触发器，有10余个品种。