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1、用集成触发电路触发的三相桥式全控整流电路设计摘 要对于整流电路的研究，主要体现在触发电路的研究上。本文在深入理解三相桥式整流电路工作原理的基础上，设计了一种新式的三相桥式整流电路的触发电路，更好的实现了整流的功能。触发电路设计方面分析了KC04,KC41,KC42,3DK6,3DG27等集成电路构成的各功能模块的工作原理，其中着重分析了KC04实现宽、窄脉冲两种工作模式的原理及KC41和KC42之间的关系。关键词：整流电路，触发电路，移相触发脉冲 Using integrated circuit trigger trigger of three-phase full-bridge contro
2、lled rectifier circuit designABSTRACTFor the research of the rectifier circuit, mainly embodies in the research of trigger circuit. Based on in understanding the basis of the principle, the paper design a new-style trigger circuit of the three-phase bridge rectifier circuit, the better to achieve re
3、ctification function. Trigger circuit design of the KC04, KC41, KC42, 3DK6,3DG27 and other integrated circuits consisting of the working principle of each functional module, which analyzes the KC04 realization of wide, narrow pulse principle of two modes and KC41 and KC42 relationship.KEY WORDS:：Rec
4、tifier circuit， Trigger circuit， Change appearance trigger pulse目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1绪论12 主电路设计及原理22.1总体框架图22.2 三相桥式全控整流电路的原理22.2.1 三相全控桥的工作特点42.2.2 阻感负载时的波形分析43 晶闸管63.1晶闸管的结构63.2晶闸管的工作原理64 触发电路设计94.1 集成触发电路94.2 KJ004的工作原理94.3 集成触发器电路图104.4 KC04移相触发器114.5同步电压为锯齿波的触发电路124.5.1同步环节134.5.2锯齿波形成及脉冲移相环
5、节134.5.3脉冲形成、放大和输出环节144.5.4双脉冲形成环节144.5.5强触发及脉冲封锁环节154.5.6特点155 保护电路的设计165.1 晶闸管的保护电路165.2 交流侧保护电路175.3 直流侧阻容保护电路176 结论196.1国际技术和市场形势分析196.2中国集成电路产业继续突围发展的基本要领19致 谢21参 考 文 献22附录 总电路图23附录2 三相桥式全控整流电路图24附录3 三相桥式全控整流电路正弦波图25附录3 三相桥式全控整流电路正弦波图261绪论整流电路技术在工业生产上应用极广。如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。整流电路就是把交流电能转换为直流电
6、能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。把交流电变换成大小可调
7、的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压U2。由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究是电阻性负载、电阻电感负载（如直流电动机的励磁绕组，滑差电动机的电枢线圈等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制。2 主电路设计及原理2.1 总体框架图交流源220V主变压器触发脉冲主电路
8、保护电路图2-1 总体框架图2.2 三相桥式全控整流电路的原理一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（2）对触发脉冲的要求：1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。2)共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。3)同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。（3）Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路
9、为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。 6 个晶闸管导通的顺序是按 VT6 VT1 VT1 VT2 VT2 VT3 VT3 VT4 VT4 VT5 VT5 VT6 依此循环，每隔 60 有一个晶闸管换相。为了保证在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路
10、，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为 60 。三相桥式全控整流电路原理图如右图所示。 三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。由整流状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的 a 90 ，使 U d 为负值。图2-2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 原理图2-3 三相桥式全控整流电路带电动机（阻感）负载原理图2.2.1 三相全控桥的工作特点 2个晶闸管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组 各1个，且不能为同1相器件。 对触发脉冲的要
11、求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极 组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120。共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6， VT5与VT2，脉冲相差180。 ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样, 故该电路为6脉波整流电路。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。2.2.2 阻感负载时的波形分析三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电机传动），下面主要分析阻感负载时的情况，因为带反电动势阻感负载的情况，与带阻感
12、负载的情况基本相同。 当600时，ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于负载不同时，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流 id 波形不同，电阻负载时 ud 波形与 id 的波形形状一样。而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。图2-4和图2-5分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载=00和=300的波形。 图2-4中除给出ud波形和id波形外，还给出了晶闸管VT1电流 iVT1 的波形，可与带电阻负载时的情况进行比较。由波
13、形图可见，在晶闸管VT1导通段，iVT1波形由负载电流 id 波形决定，和ud波形不同。 图2-5中除给出ud波形和 id 波形外，还给出了变压器二次侧a相电流 ia 的波形，在此不做具体分析。 图2-4 触发角为00时的波形图 图2-5 触发角为300时的波形图当600时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分。图2-6给出了=900时的波形。若电感L值足够大，ud中正负面积将基本相等，ud平均值近似为零。这说明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为900。图2-6 触发角为900时的波形图
14、3 晶闸管3.1晶闸管的结构晶闸管是一种4层功率半导体器件，具有3个PN结，其内部的构造、外形和电路符号如图3 -1所示。其中，最外层的P区和N区分别引出两个电极，称为阳极A和阴极K，中间的P区引出控制极（或称门极）。图3-1 晶闸管的结构3.2晶闸管的工作原理晶闸管组成的实际电路如图3-2所示图3-2 晶闸管组成的实际电路为了说明晶闸管的工作原理，可将其看成NPN和PNP两个三极管相连，用三极管的符号来表示晶闸管的等效电路，如图3-3所示。图3-3 晶闸管的等效电路其工作过程如图3-4所示。当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压UZ而控制极K不加电压时，中间的PN结处于反向偏置，管子不导通，
15、处于关断状态。图3-4 晶闸管的伏安特性当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压UA，且控制极G和阴极K之间也加正向电压UG时，外层靠下的PN结处于导通状态。若V2管的基极电流为IB2，则集电极电流Ic2为2IB2，V1管的基极电流IB1等于Vz管的集电极电流，因而V2的集电极电流Icl为l2如，该电流又作为V2管的基极电流，再一次进行上述的放大过程，形成正反馈。在很短的时间（一般几微秒）两只二极管均进入饱和状态，使晶闸管完全导通。当晶闸管完全导通后，控制极就失去了控制作用，管子依靠内部的正反馈始终维持导通状态。此对管子压降很小，一般为0. 61.2 V，电源电压几乎全部加在负载电阻R上，晶闸管
