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1、1简易晶闸管调压电路与触发元件简易晶闸管调压电路与触发元件对晶闸管的开通控制，一般采用触发方式。这种控制方式因晶闸管的结构工艺所决定，使其开通只需提供一个“瞬态信号”就可以了，内部电路的强烈正反馈作用，能将开通状态“维护住” ，施加“常态控制信号”是不必要的，甚至产生有害作用，如增加无谓的功率消耗，缩短使用寿命等。1、 “晶闸管效应”电路与晶闸管触发电路的比较在某些场合，用晶体三体管或运算放大器，组成具有晶闸管效应的电子电路，电路具有信号保持、信号记忆功能。下图 a 电路，晶体三极和 Q1、Q2 接成具有强烈正反馈作用的晶闸管效应电路。电路在静态状态时，R2 左端为 0V 低电平，Q1 无偏压
2、处于截止状态，Q2 无偏流通路，也处于截止状态；当 Q1 基极输入高电平信号时，Q1、Q2 因正反馈作用饱和导通，此时 R2 左端高电平信号消失，重新变为 0V，但 Q1、Q2 的饱和状态得以保持，继电器KA1 在电路输入信号消失后，能一直处于吸合状态。 +13V3k+5V HL165 141110kKA1R1R2D1DC12VQ1Q2KA1D1+12V+12V +12VR1 30kR2 10k2kR6R3 100kD2R5 30k0.1uC1SCR 2P4M2kHL1+12V5kR4+12Va、 、 、 、 、 、 、 、 1b、 、 、 、 、 、 、 、 2c、 、 、 、 、 、 、
3、、图 1 “晶闸管效应”电路与晶闸管触发控制电路上图 b 电路，是用带有正反馈环路的运算放大器组成的晶闸管效应电路。电路的静态输入信号为低电平，放大器反相端的电压高于同相端，输出为地电平。当高电平信号（峰值高于反相端分压值）经 D1 输入后，放大器输出端变为高电平，R5、D2 正反馈回路，将输出高电平电压引入同相端，此时输入信号消失，输入二极管反偏截止，放大器因正反馈作用，维持高电平输出。上图 c 电路，是采用小功率单向晶闸管 2P4M 的故障信号记忆电路。2P4M 的通态维持电流值仅为 3mA，开通后，回路产生流经发光二极管的 HL1 的 5mA 电流，故受高电平触发信号开通后，能维持开通状
4、态。R4 为触发电流限流电阻，触发电压的峰值为 12V 高电平。触发信号到来时，产生+12VR4晶闸管的 G 极晶闸管的阴极电源地的约 2mA 的正向触发电流，晶闸管受触发而开通。单向晶闸管的开通控制，相对简单。注意：单向晶闸管的触发信号必须是正向电压（电流）信号，即相对于阴极，控制极为正的信号；若施加反向电压（电流）信号，晶闸管不但不能开通，而且有可能损坏单向晶闸管！2上图 a、b、c 电路，电路形式不一，但工作原理相同，由此可以加深理解晶闸管器件的控制特性。图 1 电路，工作于稳定直流供电下，电路一旦被触发，能维持“电路通态”不变。运算放大器工作或晶闸管开通后，要使其停止工作的方法有两个：
5、1）关断电源，使晶闸管的工作电流小于维持电流值，晶闸管自行关断；2）在 Q1 的基极、运算放大器的同相输入端、晶闸管的控制极与电源地之间，或晶闸管的阳极和阴极之间，加装复位按钮，破坏 Q1 的正反馈条件、运算放大器的正反馈条件，使晶闸管的阳极、阴极之间的电压值为零，不能产生维持电流，都能使电路恢复到（原始）静止状态。2、用单向晶闸管组成的起/停控制电路利用晶闸管被触发后的开通保持功能，可以做成起/控制电路，电路中晶闸管器件起到对直流供电电源开、关的作用。下图 2 由晶闸管器件和常闭、常开按钮构成的对负载电路的直流供电，进行开、关控制的电路，同机电控制电路中的起、停控制电路十分相近，在这里用晶闸
6、管器件的开通保持功能，起到了电路“自锁”作用。电路工作原理简述：上电后，停止按钮（常闭）将电源+12V 引入到晶闸管 SCR 的阳极，未按下启动按钮（常开）前，SCR 得不到触发电流，处于关断状态，负载电路得不到电源供电；当按下启动按钮时，SCR 得到触发电流信号，受触发而开通。此时松开启动按钮后，虽触发电流回路断开，但因晶闸管开通保持特性，一直处于开通中，负载电路得到供电电源。3k+12V0V两两两两0.1uRCSCR 2P4M3k+12V0V两两两两0.1uRCSCR 2P4M两两两两两两两两图 2 用单向晶闸管构成的起/停控制电路图中左侧和右侧电路的启动控制是一样的，只是停止控制电路有所
7、差异。左侧电路的停止按键串接于控制电路中，当按下停止按钮时，控制回路断路电流为零，晶闸管关断，负载电路失去供电；右侧电路的停止按钮并接于晶闸管的阳极和阴极之间，当按下停止按钮时，停止按钮将晶闸管短接，使其正向电压为 0V，晶闸管的流通电流为零，同样能使晶闸管关断。3使其流通电流为零，或使其正向电压低于维持电流流通所需的最低电压差，都能使晶闸管关断。当晶闸管用于交流电路中，因交流电压有自然电压过零点，使晶闸管的正向电压瞬间为零，晶闸管能自行关断，不须人为控制。3、单向晶闸管调压的主电路形式和触发脉冲的基本特点1）单相晶闸管交、直流调压电路的主电路形式：AC220VAKGSCR RLRLAC220
8、VAKGSCR1AKGSCR2a、半波直流调压电路b、交流调压电路RLAC220Vc、交流调压电路GT2T1+-d、半控桥直流调压电路AC220V+-e、全控桥直流调压电路RLAC220VAKGf、交流调压电路SCRAC220V图 3 单相交、直流电电路晶闸管的组成方式交流调压与直流调压的区别仅在于晶闸管连接的方式不同，对每路单向闸管来说，都是一路半波可控整流电路。从绝对意义上讲，晶闸管调压电路，不存在交、直流调压的区别，都为半波可控整流（调压）电路，因为半波可控整流电路的组合方式不同，故形成了形形色色的交、直流调压电路。上图 a 电路为基本电路，其它电路都是在此基础上的组合。a 电路只取用电
9、网中的半波调压后供负载电路，为半波直流调压电路；b 电路是将两只单向晶闸管反并联，各自形成电网正、负半波的通路，在负载 RL 上得到交流调压输出；c 电路用 1 只双向晶闸管，可代替两只反并联单向晶闸管，完成交流调压的功能；d 电路为“全波” （正、负半波均由可控整流输出，但波形为缺口波）直流调压电路，是半控桥电路方式（半控桥有多种连接方式）之一，由 2 只二极管和 2 只单向晶闸管组成；e 电路为全控桥直流调压电路，用 4 只单向晶闸管组成；f 电路利用一个桥式整流电路与单向晶闸管配合，完成交流调压的功能，由四只二极管构成的桥式整流电路，先将电网的正、负半波，整流（调向）为单向（正向）电压，
10、再由单向晶闸管 SCR 的单向可控整流作用，使加在负载 RL 两端的交流电压产生变化，完成了交流调压的任务。F 电路与 b、c 电路完成的作用是一样的，1 只单向晶闸管与整流电路的结合，使单向可控整流电路变为了交流调压电路，是将单向晶闸管当作双向晶闸管来用。2）交、直流调压电路中，触发脉冲的特点：4晶闸管器件主要用于对交流电源进行交、直流调压后输出，用于直流稳定电源电路的，只是个例。其电源取自 50Hz 工频电网，对工频电网的固定单相 220V 或三相 380V 电源电压进行调节与控制，变为负载电路所需的任意交、直流电压或功率值，是晶闸管所要完成的最基本和最主要的任务。因为输入电源是按正弦波规
11、律变化的交变电压，其电压幅度变化是渐变的，而且有电压自然过零点。对单向晶闸管而言，承受正向电压是开通的一个必要条件，从本质上讲，晶闸管仍为整流（有单向导电特性）元件，双向晶闸管可看作两个单向晶闸管的反并联。所以无论单相或是三相的交、直流调压电路，其原理仍然是基于半波可控整流调压电路的，任何晶闸管复杂电路结构也可以化简为图 3 中的 a 电路进行分析。那么交、直流调压电路，需要什么性质的触发脉冲呢？通过下图 4 的几个电压波形进行说明。a0a1b0t0 t1 t2t3t4t0 t1 t2 t2t4t0 t1 t2t2t4 t0 t1 t2t3t4a0a1b0t0 t1 t2t3t4t0 t1 t
12、2 t3t4t0 t1 t2t3t4 t0 t1 t2t3t4两两两两两两两两两两两两两两两两图 4 交、直流调电压电路中对触发时刻的控制示意图电源电压：将工频（频率为 50Hz，周期为 20ms，正、负半波各 10ms）电网的一个周期的电压波形取出来，每半波分成 t0t4 的 5 个时间刻度，其中 a0、a1、b0 为电网电压过零点，b0、b1 为下一周期的过零点。全波整流：整流电路的作用是将电网正、负半波“调向”为单一方向的电压波形，图中为正向电压波形，整流后的单向电压波形仍具有与电网电压相对应的电压过零点，和对应的t0t4 的 5 个时间刻度。交流调压/直流调压：将电网电压过零点 t0
13、时刻作为触发脉冲参考基准，只有在每个半波期间，在同一个固定时刻如 t2 时刻，向晶闸管发出触发脉冲，输出电压波形才合乎要求，正、负半波才对称。若给出触发脉冲的时刻时是随机的，不一致的，两个相邻触发脉冲，若前一个脉冲在 t1时刻出现，第二个脉冲在 t3 时刻出现，作为交流调压电路，因正、负半波不对称，输出交流电压出现了直流分量，输出的不再是交流电压，交流调压失败；作为直流调压电路，输出电压幅度忽高忽低，不为所需要的固定值，直流调压失败。保障触发脉冲在任一半波期间出现的时刻相同，使晶闸管以电网电压过零点为时间基准，5总是在半波期间的同一固定时刻导通，这是对交、直流调压电路中，对触发脉冲的一个最基本
14、要求，也是触发脉冲的一个最基本的特点！控制电路，只要在电网半波期间，能按调压设置要求，使电路发送脉冲的时刻发生变化，并保证总是在半波期间的固定时刻，发送触发脉冲，就算完成了控制任务。这样一来，控制晶闸管在电网过零后的某一时刻导通，使晶闸管滞后于电压过零点后导通，将电网的完整正弦波变为电网电压过零点后其“面积大小”可变的“缺口波” ，使晶闸管开通时刻滞后于电网电压过零后的控制方法，称为移相触发控制方式。电网电压过零点，为基准零相位，晶闸管的导通时刻产生后移，称为移相，移相角度的大小，决定着晶闸管输出电压的高低。晶闸管调压电路，绝大部分采用移相触发方式。部分电路采用过零触发方式，下文有专章介绍。4
15、、交、直流调压电路的控制原理分析1）简易交、直流调压电路AC220V1u50VSCR1kR2+RLRP1 470kAC220VSCRD122u50V+RL10k3kV1220V15V330Ra、半波可控整流调压电路RP1R1 R2b、全波可控交流调压电路D1D2D4D3LNTB1C1C9013C1R1 5k图 5 简易交、直调调压电路上图 a 电路组成半波直流可控调压电路，只有当供电 L 端为正、N 端为-时，形成单向晶闸管 SCR 的正向电压（电流）通路，产生流经负载 RL 的工作电流。供电 L 端为负、N 端为正时，SCR 处于反向关断状态，因而在 RL 上只得到半波直流供电。TB1、D1
16、、C1、V1 等元件构成简易的移相触发电路，以生成移相触冲。电源变压器TB1，又兼有同步变压器功能，在二次的 15V 绕组取出电网步信号（二次绕组的 15V 电压信号，虽幅度较小，但变化规律与电网电压相同，电压过零点也与电网一致） ，RP1、C1 组成积分电路，调整 RP1 可调整电路积分时间，晶体三极管 V1 用于驱动单向晶闸管 SCR。电路的移相控制过程如下：当电源 L 端电压为正（电网处于正半波）时，TB1 同步变压器的 15V 绕组的同名端电压极性为正，D 正偏导通，整流电压经电位器 RP1 向电容 C1 充电，C1 正极产生以一定斜率上升的充电电压。假定 R1、V1 的发射结、R2、SCR 的控制极、阴极的串联电路（触发回路）的电压降为 3V，当 C 上充电电压达到 3V 时，V1 满足正向导通条件而导通，产生由V1 的集电极、发射极、R2 流向 SCR 栅阴结的触发电流，SCR 被触发开通。SCR 触发电流的通路形成以后，C1 上所充电荷经触发电路泄放，因为触发回路的时间常数较小，C1 上的6电压很快下降到一定的电压值，V1 因正向偏压不足而截止。触发电流为零。
