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1、晶闸管移相触发集成电路晶闸管移相触发集成电路 TCA785 应用应用TCA785 是德国西门子(Siemens)公司于 1988 年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路，它是取代 TCA780 及 TCA780D 的更新换代产品，其引脚排列与 TCA780、 TCA780D 和国产的 KJ785 完全相同，因此可以互换。目前，它在国内变流行业中已广泛应用。与原有的 KJ 系列或 KC 系列晶闸管移相触发电路相比，它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，而移相范围更宽，且由于它输出脉冲的宽度可人为自由调节，所以适用范围较广。一、引脚排列、各引脚的功能及用法 TCA785 是双列直插式
2、的 16 引脚大规模集成电路。它的引脚排列如图 1 所示。图 1 TCA785 的引脚排列(脚朝下)各引脚的名称、功能及用法如下:引脚 16(VS)：电源端。使用中直接接用户为该集成电路工作提供的工作电源正端。引脚 1(OS)：接地端。应用中与直流电源 VS、同步电压 VSYNC 及移相控制信号 V11 的地端相连接。引脚 4(Q1)和 2(Q2)：输出脉冲 1 与 2 的非端。该两端可输出宽度变化的脉冲信号，其相位互差 180，两路脉冲的宽度均受非脉冲宽度控制端引脚 13 (L)的控制。它们的高电平最高幅值为电源电压 VS，允许最大负载电流为 10mA。若该两端输出脉冲在系统中不用时，电路自
3、身结构允许其开路。 引脚 14(Q1)和 15(Q2)：输出脉冲 1 和 2 端。该两端也可输出宽度变化的脉冲，相位同样互差 180，脉冲宽度受它们的脉宽控制端引脚 12(C12)的控制。两路脉冲输出高电平的最高幅值为 VS。引脚 13(L)：非输出脉冲宽度控制端。该端允许施加电平的范围为-0.5VVS，当该端接地时，Q1、Q2 为最宽脉冲输出，而当该端接电源电压 VS 时，Q1、Q2 为最窄脉冲输出。 引脚 12(C12)：输出 Q1、Q2 脉宽控制端。应用中，通过一电容接地，电容 C12 的电容量范围为1504700pF，当 C12 在 1501000pF 范围内变化时，Q1、Q2 输出脉
4、冲的宽度亦在变化，该两端输出窄脉冲的最窄宽度为 100s，而输出宽脉冲的最宽宽度为 2000s。引脚 11(V11)：输出脉冲 Q1、Q2 或 Q1、Q2 移相控制直流电压输入端。应用中，通过输入电阻接用户控制电路输出，当 TCA785 工作于 50Hz，且自身工作电源电压 Vs 为 15V 时，则该电阻的典型值为15k，移相控制电压 V11 的有效范围为 0.2VVs-2V，当其在此范围内连续变化时，输出脉冲 Q1、Q2 及 Q1，Q2 的相位便在整个移相范围内变化，其触发脉冲出现的时刻为trr=(V11R9C10)/(VREFK)式中 R9、C10、VREF 分别为连接到 TCA785 引
5、脚 9 的电阻、引脚 10 的电容及引脚 8 输出的基准电压K 常数 为降低干扰，应用中引脚 11 通过 0.1F 的电容接地，通过 2.2F 的电容接正电源。引脚 10(C10)：外接锯齿波电容连接端。C10 的实用范围为 500pF1F。该电容的最小充电电流为10A。最大充电电流为 1mA，它的大小受连接于引脚 9 的电阻 R9 控制，C11 两端锯齿波的最高峰值为VS-2V，其典型后沿下降时间为 80s。引脚 9(R9)：锯齿波电阻连接端。该端的电阻 R9 决定着 C10 的充电电流，其充电电流可按下式计算：I10=VREFK/R9连接于引脚 9 的电阻亦决定了引脚 10 锯齿波电压幅度
6、的高低，锯齿波幅值为： V10=VREFKt/(R9C10) 电阻 R9 的应用范围为 3300k。引脚 8(VREF)：TCA785 自身输出的高稳定基准电压端。负载能力为驱动 10 块 CMOS 集成电路，随着TCA785 应用的工作电源电压 VS 及其输出脉冲频率的不同，VREF 的变化范围为 2.83.4V，当 TCA785应用的工作电源电压为 15V，输出脉冲频率为 50Hz 时，VREF 的典型值为 3.1V，如用户电路中不需要应用 VREF，则该端可以开路。引脚 7(QZ)和 3(QV)：TCA785 输出的两个逻辑脉冲信号端。其高电平脉冲幅值最大为 VS-2V，高电平最大负载能
7、力为 10mA。QZ 为窄脉冲信号，它的频率为输出脉冲 Q2 与 Q1 或 Q1 与 Q2 的两倍，是 Q1 与Q2 或 Q1 与 Q2 的或信号，QV 为宽脉冲信号，它的宽度为移相控制角 +180，它与 Q1、Q2 或Q1、Q2 同步，频率与 Q1、Q2 或 Q1、Q2 相同，该两逻辑脉冲信号可用来提供给用户的控制电路作为同步信号或其它用途的信号，不用时可开路。引脚 6(I)：脉冲信号禁止端。该端的作用是封锁 Q1、Q2 及 Q1、Q2 的输出脉冲，该端通常通过阻值10k 的电阻接地或接正电源，允许施加的电压范围为-0.5VVS，当该端通过电阻接地，且该端电压低于 2.5V 时，则封锁功能起
8、作用，输出脉冲被封锁。而该端通过电阻接正电源，且该端电压高于 4V 时，则封锁功能不起作用。该端允许低电平最大灌电流为 0.2mA，高电平最大拉电流为 0.8mA。引脚 5(VSYNC)：同步电压输入端。应用中需对地端接两个正反向并联的限幅二极管，该端吸取的电流为20200A，随着该端与同步电源之间所接的电阻阻值的不同，同步电压可以取不同的值，当所接电阻为200k 时，同步电压可直接取220V。二、基本设计特点和极限参数1主要设计特点TCA785 的基本设计特点有：能可靠地对同步交流电源的过零点进行识别，因而可方便地用作过零触发而构成零点开关；它具有宽的应用范围，可用来触发普通晶闸管、快速晶闸
9、管、双向晶闸管及作为功率晶体管的控制脉冲，故可用于由这些电力电子器件组成的单管斩波、单相半波、半控桥、全控桥或三相半控、全控整流电路及单相或三相逆变系统或其它拓扑结构电路的变流系统；它的输入、输出与 CMOS 及TTL 电平兼容，具有较宽的应用电压范围和较大的负载驱动能力，每路可直接输出 250mA 的驱动电流；其电路结构决定了自身锯齿波电压的范围较宽，对环境温度的适应性较强，可应用于较宽的环境温度范围(-25+85 C)和工作电源电压范围(-0.5+18V)。2极限参数(1)电源电压：+818V 或49V；(2)移相电压范围：0.2VVS-2V;(3)输出脉冲最大宽度：180；(4)最高工作
10、频率：10500Hz；(5)高电平脉冲负载电流：400mA；(6)低电平允许最大灌电流：250mA；(7)输出脉冲高、低电平幅值分别为 VS 和 0.3V；(8)同步电压随限流电阻不同可为任意值；(9)最高工作频率：10500Hz；(10)工作温度范围：军品 -55+125 工业品 -25+85 民品 0+70三、 典型应用举例由于 TCA785 自身的优良性能，决定了它可以方便地用于主电路为单个晶闸管或晶体管，单相半控桥、全控桥和三相半控桥、全控桥及其它主电路形式的电力电子设备中触发晶闸管或晶体管，进而实现用户需要的控温、调压、直流调速、交流调速及直流输电等目的。使用中应当注意 TCA785
11、 的工作为负逻辑，即控制电压 V11 增加，输出脉冲的 角增大，相当于晶闸管的导通角减小。以其用于温控系统为例。 温度控制在电力电子技术领域中有着广泛的应用，如晶闸管和晶体管等电力电子器件制造工艺中的扩散、烧结，晶闸管出厂寿命测试的热疲劳、高温阻断试验等，都需要精确的温度控制。图 2 给出了 TCA785用于这类系统中触发双向晶闸管来控温的详细电路图。图中应用 TCA785 输出的 Q1 及 Q2 脉冲分别在交流电源的正负半周来直接触发晶闸管，移相控制电压V11 来自温度调节器 TA 的输出，TCA785 自身的工作电源直接由电网电压半波整流滤波、稳压管稳压后得到。这种结构省去了常规需要的控制
12、变压器，使整个电路得以简化，温度反馈应用温度传感器得到，故这种温控系统有较高的控温精度。 图 2 TCA785 在温度控制系统中的应用用用 TCA785 构成适应宽频率范围的晶闸管触发器构成适应宽频率范围的晶闸管触发器作者：李宏 邹 文章来源：电源技术应用 摘要摘要：介绍了一种应用 TCA785 及频率电压变换器构成的三相同步电压频率自适应触发器，该触发器可自动跟踪同步输入电压频率的大范围变化。不但详细介绍了该触发器的工作原理和工作波形，而且给出了其实用效果。关键词关键词：TCA785；频率自适应；触发器 0 引言引言触发器是晶闸管类电力电子设备中必不可少的单元。自从 1957 年晶闸管问世至
13、今，经过近 50 年的研究和探索，伴随着晶闸管容量的不断增大，派生器件的日益增多，有关晶闸管触发器的研究也在不断发展，尽管如今可供电力电子行业工程技术人员使用的晶闸管触发器种类繁多，但从大的方面可把它们归纳为模拟式、数字式、数模混合式 3 大类。对模拟式晶闸管触发器来说，常用的又可分为正弦波同步和锯齿波同步的两大家族。采用正弦波同步的触发器，由于对同步信号幅值和正弦波的波形要求较严，如今已较少应用，而锯齿波同步的模拟式触发器在当今晶闸管电力电子设备中获得了甚为广泛的应用。然而这种触发器由于是通过恒流源对电容充电来得到锯齿波的，往往电容和恒流源输出电流在触发器制作过程中便设定为定值，当同步电压频
14、率降低时，则锯齿波宽度增加，充电时间变长，造成锯齿波幅值增高，相反当同步电压频率升高时，锯齿波宽度变窄，充电时间变短，造成锯齿波幅值降低，因此，当移相控制电压一定时，由于同步电压频率变化，导致输出触发脉冲的控制角不相同，便很难达到稳定输出的要求，自然很难适应同步电压频率的变化，本文介绍的新型晶闸管触发器可以弥补这些不足。l 实现适应宽频率范围触发器的关键实现适应宽频率范围触发器的关键常规模拟式锯齿波同步触发器不能适应同步电压频率宽范围变化的根本原因在于，这种触发器是以恒流源给定值电容充电来形成锯齿波的，因而当同步电压频率大范围变化时，给该电容充电的时间便有较大的变化，导致了锯齿波幅值随频率变化
15、而大幅度变化，这种触发器要适应同步电压的宽范围变化，必须保证锯齿波的宽度跟随同步电压的频率变化。要求锯齿波的幅值保持恒定，可以通过两种方法来实现：一是维持恒流源输出电流不变，而使电容的电容量跟随同步电压频率变化，当同步电压频率增加时，使电容的电容量减小，而当同步电压频率降低时，使电容的电容量增加，从而实现电压的幅值不变；另一种办法是保持电容的电容量不变，而使给电容充电的恒流源输出电流随同步电压的频率变化，当同步电压频率增加时，使该恒流源输出电流增加，而当同步电压频率降低时，使该恒流源输出电流减小。实际上要实现电容量随同步电压频率连续变化的可变电容是极为困难的，而构成输出电流随同步电压频率连续变
16、化的恒流源却较容易，本文介绍的宽频率范围晶闸管触发器正是按后者来 T 作的。2 适应宽频率范围的单相晶闸管触发器实现电路适应宽频率范围的单相晶闸管触发器实现电路图 1 给出了可适应宽频率范围的单相晶闸管触发器的电路原理图，从图 l 可知，该触发器共使用了一片 LM324 四运算放大器、一个 LM331 频率电压变换器和一个单相晶闸管触发器集成电路 TCA785，图 2 给出了该触发器各主要部分的工作波形，其工作原理可分析如下。2.1 比较器比较器图 1 中运算放大器(LM324 的 A 单元)用作比较器，其作用是把正弦波同步电压与零电平比较变为同周期的方波信号，经此处理使触发器的工作与同步电压的幅值和正弦波的波形失真与否没有多大关系。2.2 频率电压变换器频率电压变换器LM33l 为标准的频率电压及电压频率变换器集成电路，图 l 中的用法为频率电压变换器，它与运算放大器 LM324 的 B 单元一起构成精度较高、线性度很好的频率电压变换器电路。该电路通过电
