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1、1基于专用芯片 TC787 的三相六脉冲晶闸管触发板的研制苏州大学机电工程学院 吴坚 张茂青 胡庆何 秦强 陈德炯(电子工程师 187/E157)摘要:本文介绍了以 TC787 专用集成电路为核心的三相六脉冲晶闸管触发板的设计和调试，对 TC787 专用集成电路的性能特点、工作原理和使用注意事项也作了简要介绍。关键词：TC787 晶闸管 触发电路 一、引言TC787 是参照国外最新集成移相触发集成电路而设计的单片专用集成电路。它可单电源工作，亦可双电源工作，适用于三相晶闸管移相触发，它是目前国内外市场上广泛使用的 TCA785 及 KJ（或 KC）系列移相触发集成电路的换代产品，与 TCA78
2、5及 KJ（或 KC）系列移相触发集成电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件少等优点。只需要一块这样的集成电路，就可以完成三块 TCA785 与一块 KJ041、一块 KJ042 或五块 KJ（三块 KJ004、一块 KJ042、一块 KJ041、或 KC）系列器件组合才能具有的三相移相功能。因此 TC787 可广泛应用于三相全控、三相半控、三相过零等电力电子、机电一体化产品的移相触发系统，从而取代 TCA785、KJ009、KJ004、KJ041、KJ042 等同类电路，可提高触发板的可靠性、缩小体积和降低成本。二、TC787 基本结构及其工作原理1.基
3、本参数和特点电路单双源均可工作，单电源 8V-18V，双电源4V9V。 三相触发脉冲调相角可在 0-180之间连续同步改变。 识别零点可靠，可方便地用作过零开关。 器件内部设计有交相锁定电路，抗干扰能力强。可用于三相全控触发（6 脚接 VDD） ，也可用于三相半控触发（6 脚接地） 。 电路具有输出保护禁止端，可在过流过压时保护系统安全。 TC787 输出为调制脉冲列，适用于触发晶闸管及感性负载。 A 型器件典型应用于同步信号为 50Hz，B 型器件典型应用于同步信号为 400Hz。 调制脉冲或方波的宽度可根据需要通过改变电容 Cx 而选择。（1） TC787 适用于主功率器件是晶闸管的三相全
4、控桥或其他拓扑电路结构的系统中作为功率晶闸管的移相触发电路。它可同时产生六路相序互差 60的输出脉冲。2（2） TC787 在单双电源下均可工作，使其适用电源的范围较广泛。输出三相触发脉冲的触发控制角可在 0180范围内之间连续同步改变。对零点的识别可靠，使它也可作为过零开关使用。器件内部设计有移相控制电压与同步锯齿波电压交点（交相）的锁定电路，抗干扰能力强。电路自身具有输出禁止端，使用户可在过电流、过电压时进行保护，保证系统安全。（3） TC787 具有 A 型及 B 型器件，使用户可方便地根据自己应用系统所需要的工作频率来选择（工频时选 A 型器件，中频 100400Hz 时选 B 型器件
5、） 。TC787 输出为脉冲列，适用于触发晶闸管及感性负载.（4） TC787 可方便地通过改变引脚 6 的电平高低来设置其输出为双脉冲还是单脉冲。2. 引脚排列、功能和用法 TC787 是一标准双列直插式 18 引脚的集成电路。它的引脚排列见图 1，引脚的名称、功能及用法如下。图 1 TC787 的引脚排列（1）同步电压输入端：引脚 1（Vc） 、引脚 2（Vb ）及引脚 18（Va）分别为三相同步输入电压连接端，应用中分别经输入滤波后的同步电压，同步电压的峰峰值应不超过TC787 或 TC788 的工作电源电压 VDD。（2）脉冲输出端：在半控单脉冲工作模式下，引脚 8（C） 、引脚 10
6、（B） 、引脚12（A）分别为与三相同步电压正半周对应的同相触发脉冲输出端，而引脚 7（B） ，引脚 9（A） ，引脚 11（C）分别为与三相同步电压负半周对应的反相触发脉冲输3出端。当 TC787 被设置为全控双窄脉冲工作方式时（双窄脉冲相隔 60） ，引脚 8 为与三相同步电压中 C 相正半周及 B 相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚 11 为与三相同步电压中 C 相负半周及 B 相正半周对应的两个脉冲输出端；引脚 9 为与三相同步电压中 A 相同步电压负半周及 C 相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚 7 为与三相同步电压中 B 相电压负半周及 A 相正半周应的两个脉冲输出端；引脚 1
7、0 为与三相同步电压中 B 相电压正半周及 A 相负半周对应的两个脉冲输出端。（3）控制端1） 引脚 5（Pi）为输出脉冲禁止端。该端用来进行故障状态下封锁 TC787 的输出，高电平有效，应用中接保护电路的输出。2） 引脚 14（Cb） 、引脚 15（Cc） 、引脚 16（Ca）分别为对应三相同步电压的锯齿波电容值的大小决定了移相锯齿波的斜率及幅值，应用中分别通过一个相同容量的电容接地。3） 引脚 6（Pc）为 TC787 工作方式设置端。当该端接到电平时，TC787 输出双脉冲；而当该端接低电平时，输出单脉冲。4） 引脚 4（Vr）为移相控制电压输入端。该端输入电压的高低，决定了 TC78
8、7 输出脉冲的移相角，应用中接给定环节的输出，其电压幅值最大为 TC787 的工作电源电压Vdd。5） 引脚 13（Cx） 。该端连接的电容 Cx 的容量决定着 TC787 输出脉冲的宽度，电容的容量越大，则脉冲宽度越宽。（4）电源端该芯片可单电源工作，亦可双电源工作。单电源工作时引脚 3（V ss）接地，而引脚17（VDD）允许施加的电压为 818V。双电源工作时，引脚 3（Vss）接负电源，其允许施加的电压幅值为49V，引脚 17（VDD）接正电源，允许施加的电压为49V。3. 内部结构及工作原理简介TC787 的原理框图见图 2。4图 2 TC787 原理框图由图可见，在它们内部集成了三
9、个过零和极性检测单元、三个锯齿波形成单元、三个比较器、一个脉冲发生器、一个抗干扰锁定电路、一个脉冲形成电路、一个脉冲分配及驱动电路。它们的工作原理可简述如下：经滤波后的三相同步电压通过过零和极性检测单元检测出零点和极性后，作为内部三个恒流源的控制信号。三个恒流源输出的恒值电流给三个等值电容 Ca、Cb、Cc 恒流充电，形成良好的等斜率锯齿波。锯齿波形成单元输出的锯齿波与移相控制电压 Vr 比较后取得交相点经集成块内部的抗干扰锁定电路锁定，保证交相唯一而稳定，使交相点以后的锯齿波后移相电压的波动不影响输出。该交相信号与脉冲发生器输出的脉冲（TC787 为调制脉冲）信号经脉冲形成电路处理变为三相输
10、入同步信号相位对应且与移相电压大小适应的脉冲信号送到脉冲分配及驱动电路。假设系统未发生过电流、过电压后其他非正常情况，则引脚 5禁止端的信号无效，此时脉冲分配电路根据拥护在引脚 6 设定的状态完成双脉冲（引脚 6 为高电平）或单脉冲（引脚 6 为低电平）的分配功能，并经输出驱动电路功率放大后输出，一旦系统发生过电流、过电压或其他非正常情况，则引脚 5 禁止信号有效，脉冲分配及驱动电路内部的逻辑电路动作，封锁脉冲输出，确保集成块12、11、10、9、8、7 六个引脚输出全为低电平。55、元件选择注意事项、在同步信号为 50HZ 时，电容 Ca、Cb、Cc 建议采用 0.15F 电容，相对误差小于
11、 5%，以锯齿波线性好，幅度大，不平顶为宜，幅度小可减小电容值，产生平顶则增大电容值。、电容 Cx 决定调制脉冲或输出方波的宽度，用 0.01F 电容，脉冲宽度约为1mS。、在同步信号为 50HZ 的情况下，如希望输出调制脉冲或方波在 080范围满幅可调，则 Cx 的值应大于 0.1F。三、三相六脉冲晶闸管触发板的设计与调试由 TC787 构成的三相六脉冲晶闸管触发板原理框图如图 3 所示。该装置可分成直流稳压电源、触发器和主电路三部分。稳压电源由整流桥、7815 和 7915 组成 ,可提供给 TC787 的 15V 工作电压和脉冲变压器的 24V 电压。 触发器为一块 TC787 和少量外
12、接元件组成。其三相同步信号 A，B，C 从电位器 W1，W2，W3 经 RC T 型网络滤波 ,产生 30的相位移。电位器 W1，W2，W3 可微调各相电压的相位 ,以保证同步信号与主系统的适配。同步电压取 30V。TC787 为单电源供电且同步电压的零点为 1 / 2 电源电压，将同步电压 Va， Vb，Vc 输入电路的 18，2 ，1 脚。Ca, Cb, Cc 为积分电容。改变电容值 ,可改变锯齿波的斜率。Cx 决定脉冲宽度。6图 3 三相六脉冲晶闸管触发板原理框图调节 4 号脚输入电压使移相电压在 (0 1 2 ) V 之间连续变化 ,其输出脉冲应在 0 180之间变化。Kk 为输出控制
13、开关。拨动 Kk,可方便地选择全控双脉冲输出或半控单脉冲输出。7 1 2 脚的输出端有大于 2 5m A 的输出能力 ,采用 6 只驱动管扩展电流 ,经脉冲变压器隔离后将脉冲接到晶闸管的控制极（G）和阴极（K）之间，以触发晶闸管。完整的电路图如图 4 所示。标有脉冲变压器组的框体中有 6 个如图 5 所示的隔离及释放电路。 T6TRANS1D31DIODE D32DIODER16RES2D78LEDD351N4007D361N4007R17RES2R18160C60.047+24Vg1K1G1D34IN4742D33IN4742图 5 脉冲变压器构成的隔离及释放电路7W110k W210k W
14、310kC51u C61u C71ur362k R462k R562kR651k R751k R851kR920k R1020k R1120kR1220k R13220k R1420k R15220k R1620k R17220k1 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415161718 TC787APCA0.15u CC0.15u CB0.15u CX4700p-15V+15VABCC810u C910u C1010uVin1GND 2+15V3 U?7815 Vin2GND1 -15V37915D1DIODED2DIODED3DIODED4DIODEC1470u/35vC247
15、0u/35vAC18 AC18C3220u C4220uR1100 R2100T1NPNT2NPNT3NPNT4NPNT5NPNT6NPND5DIODED6DIODED7DIODED8DIODED9DIODED10DIODEC110.1uD17DIODER30220kR31R3210k s kuR182kR192kR202kR212kR222kR232kD182CW23+24VT7NPNT8NPNT9NPNT10NPNT11NPNT12NPND11DIODED12DIODED13DIODED14DIODED15DIODED16DIODER242kR252kR262kR272kR282kR292
16、kDLL2DLL1图 4 完整的电路图8图 5 中使用了 2 个 IN4742（12V）稳压管串联。其作用是当开关管关断时，脉冲变压器原边感应出高于 24V 电压时其释放回路有一动态电阻限流。在实际使用过程中我们发现锯齿波形成环节是保证整流输出电压波形稳定的重要条件。由于 TC787 芯片的锯齿波的线性、幅度由 Ca, Cb, Cc 电容决定，因此为了保证锯齿波有良好的线性及三相锯齿波斜率的一致性，选择 Ca, Cb, Cc 时要求其 3 个电容值的相对误差要非常小（必须进行筛选） ，以产生的锯齿波线性好、幅度大且不平顶为宜 , Ca、Cb 、Cc 电容量的参考值为 0 .15 F 。若要求锯齿波幅度小 ,可减小Ca、Cb、Cc 电容值 ；若要求锯齿波产生平顶 ,则增大 Ca、Cb、Cc 电容值。脉冲宽度是由 Cx 电容来
