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1、CA610 0可控硅触发板原理和应用CA 6100通用数字型可控硅触发电路技术说明书北方交通大学电气工程系目录摘要 3概述 3基本工作原理 41. 锁相环 52. 触发脉冲驱动电路 6CA6100触发板的特点 8实际应用 81两相限桥式变换器 82四相限桥式变换器 113. 交流控制器 144. 感应发电机控制器 145. 双反星型整流器 17安装须知 17附录 21 触发板的主要技术参数 21 CA12100 与 CA2100 简介 21摘要CA6100触发板具有通用特性，用于控制可控硅的门极延迟触发角， 从而实现移相控制。它在计 算机、模拟或数字调节器与大功率主电路之间形成了一个良好的缓冲
2、界面，一方面，保证可靠而且 有效地传输控制信号，实现系统设定的控制功能；另一方面，易大大减轻了主电路对控制器的于扰， 在计算机及控制电路失控时能够自动保证主电路安全，提高了系统工作的可靠性。概述随着电力电子技术的发展，各种新型功率器件也不断出现。由于晶闸管具有电压、电流容量很 大这一其它器件所无法比拟的优势，因此目前其应用领域最为广泛。而触发电路的可靠性和稳定性 是所有电力电子装置与系统能够正常而有效地工作的关键。国内传统的三相可控硅触发电路普遍采用小规模集成块KC或KJ系列的模拟芯片来组成。这类电路每一相的触发脉冲都是通过同步变压器送来的同步信号转换为锯齿波信号，再与给定的直流电 压相比较来
3、取得移相信号的，三相锯齿波信号的斜率、占空比和幅度等与分离的每相元器件参数关 系密切，比较信号中小的干扰可能造成较大的相移误差。此外三相脉冲的对称平衡亦取决于三个锯 齿波斜率的调整，至少要调整四个以上的电位器才能使这种电路正常工作，电路的可靠性及自动平 衡能力较差。在干扰严重或电位器接触不良造成严重失衡时，触发信号甚至会造成主回路元件的损 坏。由模拟芯片组成的触发电路，对不同的用途通常需要重新设计；不同相序的输入电源、同步变 压器及触发脉冲所对应的可控硅也需用示波器严格查对。此外，对诸如缺相保护、软起停等附属电 路亦需另外设计电路解决。整个电路系统在设计和调试时相当复杂。CA6100通用可控硅
4、触发板是以40芯CMO大规模集成电路（专用芯片）为核心，利用锁相环技 术（PLL）,和多芯片合成技术（MCM ），根据压控振荡器（VCO锁定的三相同步信号间的逻辑关系 设计出的一种可控硅触发系统。0-5V的直流输入电压信号，可以控制输出脉冲的移相范围从 51-1751! 可调。任何调节器或手动输出的电压都可以很方便地与其相联接（包括计算机送出的D/A信号），以控制大功率可控硅的工作，在调节器或计算机PID调节与大功率可控硅之间，这块触发板是一个很好的缓冲界面，它保证了调节器失控时系统的安全。一基本工作原理CA6100通用可控硅触发板的原理框图如图 1所示。W*|i | UteWefiH林1和1
5、 mi*B軸If I 卄 wmv相位控制vddy大规模隼板电路厂二一丄-trJmJ MJ i-tJimJ去：Ji-iJuJ】J 2-1*Mv220VacJ佃相序检测JsJli-a门鑫令峯u卡50Hz相序倍号輸出MM WWV MMVss*F昨捕 mm 禁止选通. 逻辑解码:Bn3 R J脉冲变压器 脉冲 放大I 禁止悟生J 选通信号JTOVdc i 土 12VdG_ T -HSVd c i cgM4 亍电S5ISm4晒加法 放大校正 电路ssi p v rnj n11.SE4CTPCA610QS触发板8kffW4*HW*Wii Ml“il IN i i M i il I 卄汕甘机! HII* 冲
6、M w片舁 I CA6100辅助触发板HllllilHMIllHIHIrCH3= Z rCHr 加放大 脉冲 变压器图1CA6100触发板原理万框图触发板主要由以下几个部分构成：相位基准（参考）电路，缓冲放大器及软起动/软停止电路，锁相环，缺相检测及禁止电路，相 序检测和选择开关，监控电路，脉冲放大器和脉冲变压器等。下面就触发板的核心技术-锁相环进行详细地分析，从而了解系统的工作一原理。而后分析脉 冲驱动电路，介绍驱动能力。1.锁相环因为锁相环是整个触发电路的核心，使得输出的触发脉冲与电源实现同步，所以对这一部分进 行详细的分析。锁相环门延角发生器电路如图 2所示，加法放大器，压控振荡器（VC
7、O，80分频器，5/6分频-# - PDF文件由北京普尔盛电子技术有限公司制作口CA610 0可控硅触发板原理和应用器，三相裂相器，三个彼此独立的异或非门相位检测器和一个压控振荡器组成三相位锁相环。门命晋(V5V-CKl(24kHz J相沱遴通三三三三础辑瞎$眶-# - PDF文件由北京普尔盛电子技术有限公司制作口CA610 0可控硅触发板原理和应用-# - PDF文件由北京普尔盛电子技术有限公司制作口CA610 0可控硅触发板原理和应用图2锁柑环门延角发生器电路图中，各元件的参数为；R = l(K)kR, = 33kR.二 16k=51kR4 = 15k旺C: =0J5F此锁相环具有很高的频
8、率响应，可以在一个电源周期内达到锁相。压控振荡器输出信号的角频率受控于输入控制电压的大小，而在图示锁相环路中，三异或非门 鉴相器的输出信号以及门延命令经缓冲放大后的输出信号相叠加，再经底通滤波后输出的信号作为 控制电压送到VCO的输入端，控制其振荡频率。当环路锁定后，VC出为480倍电源频率的振荡器 号信号即CK1信号。信号CK1经80分频后得到CK2信号，其频率为电源频率的6倍。CK2信号再经六分频器和裂相 器得到三个信号即延迟基准信号 Aa Ba、Ca,其频率为电源频率，宽度为180】，但彼此间相位互差 1201。这三个信号与相位基准电路产生的电源基准信号A、B、C被分别送入三个异或非门鉴
9、相器，从而产生相位差值信号Da Db Dco当压控振荡器(VCO的输出信号频率琐定在电源频率数倍(如 480倍)的数值时，VCO勺控制 电压必须保持为一个恒定的数值，即相位差值信号与缓冲后的门延命令电压之和为一恒值。这样， 当门延命令电压值上升时，缓冲后的电压下降，为保持频率锁定及VCO控制电压的恒定，相位差值信号平均电压值要上升，因而电源基准与延迟基准信号间的相位差值减少。而延迟基准信号直接决 -# - PDF文件由北京普尔盛电子技术有限公司制作口CA610 0可控硅触发板原理和应用定了触发脉冲延迟角的大小，从而实现可控硅的移相控制。不同的主电路形式，可能要求触发脉冲延迟角的最小值和最大值也
10、不一样。这可以通过调节偏 置电阻R3与范围电阻R2的大小而达到要求，前者决定了逆变角B的起始参考位置（即触发脉冲的 最大延迟角），而后者决定了脉冲的移相范围。为了能够同样工作在电源频率为 60Hz的工况，触发板上设置了插座J10,通过改变各脚的联接 关系而满足要求。当电源频率为 50Hz时，使得J10的1、2脚短接，5/6分频器工作在6分频；当电 源频率为60Hz时，使得J10的2、3脚短接，5/6分频器工作在5分频，达到稳定锁相的目的。2.触发脉冲驱动电路脉冲驱动电路包括脉冲放大电路和脉冲变压器，其中任意一个可控硅（例如 +A相）的脉冲驱动 原理如图3所示。+AP的波形、输出脉冲P波形如图4
11、所示。珞6SQ+A脉冲变压器+30Vcfc033I-4200 Q图3脉冲驱动电路P120*图4典型+AP波形与脉冲波形-# - PDF文件由北京普尔盛电子技术有限公司制作口CA610 0可控硅触发板原理和应用图4典型+AP波形与脉冲波形-# - PDF文件由北京普尔盛电子技术有限公司制作口CA610 0可控硅触发板原理和应用双脉冲波形120”宽脉沖波形图4典型+AP波形与脉冲波形-# - PDF文件由北京普尔盛电子技术有限公司制作口CA610 0可控硅触发板原理和应用当+AP端开始有信号时，晶体管立即进入导通状态，由于0.33uF电容的瞬间短路作用，使得脉冲变压器的原边得到+30V的电源电压，
12、因此此时副边得到的信号为 +15V的尖峰脉冲，它可以用作可 控硅的强触发脉冲，加快其导通速度，从而提高了触发的可靠性。而后+AP端的高频调制脉冲使得脉 冲变压器的副边得到持续的幅度较低（7.5V ）的高频调制脉冲，继续给可控硅提供触发脉冲，以提 高电流断续时工作的稳定性；同时可以降低驱动电路的功率等级。采用上述驱动电路，输出的触发脉冲功率可达15V/2A，完全适合于各种大功率（例如 1000A以上）可控硅的触发，且同时适合触发 5A以上的小功率可控硅。二.CA6100触发板的特点综上所述，可知CA6100触发板具有以下一些特点：输出的三相触发脉冲通过高频同步脉冲分频计数输出，因而具有高度的对称
13、性、均衡性和良好 的控制线性度，克服了 KC KJ系列的同类产品的诸多缺点。触发板无需同步变压器，同步信号直接用高值电阻R31-R33取而与可控硅相连的主回路（无单独联线），自动实现与电网同步；而且具备相序自动测控核对能力，从而使其在主电路与调节器的联 线上变得异常简易、可靠，无需作任何调测便能投入运行。高值电阻R31-R33根据主电路的线电压的不同而选择不同的阻值，如表 1所示：表1:主电路线电压480V-280V 280V-120V120V-24V采样电阻阻值2M Q 1M Q 220K Q触发板集缺相保护、软起停等功能为一体，功能密集成度较高，设计者不必再去另外设计检测 控制电路。板上设
14、置了八位拔码开关，不同的组合方式可以得到不同的脉冲形式。例如输出脉冲的起始参 考相位为0【或30】；调制或非调制脉冲；调制脉冲为双 301 （即2-30】）脉冲还是120J宽脉冲（如 前面所述）或者双窄脉冲（间隔 60U ）。主触发板与辅助触发板相结合，可以很方便地实现输出12个门脉冲信号，而不再需要另外一个 独立的门极延迟发生器。得到互差 30“的12个脉冲，其方法是：将J6的（19）端即P端（选通命令端） 与端即CK2端相联即可。因为当P端为高电平时，主触发板输出脉冲；而当 P端为低电平时，辅 助触发板输出脉冲。而CK2端为300Hz的占空比50%为的频率信号，且与输出的触发脉冲有固定的相 位关系。此时建议脉冲采用 2-30 U形式。三.实际应用-# - PDF文件由北京普尔盛电子技术有限公司制作口CA610 0可控硅触发板原理和应用-# - PDF文件由北京普尔盛电子技术有限公司制作口CA610 0可控硅触发板原理和应用1 .两象限桥式变换器电路原理如图5所示B C+A +B k k JA -B *C k g k B 112 4 3 7 81 24 5 7 |JlAJ2AU5CA6100S4三相可控硅1
