第23卷第4期
vot.23
No.4
硬质合金2006年12月
Dec.20D6
cEMENTEDcARBlDE
畚纂囊骤毒
采用TCA785对晶闸管触发电路改造
杨嘉昌鲁五一张宏亮
≯业业业坐%
(中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410083)
摘要目前许多设备的晶闸管触发系统采用单结晶体管、晶体管组成的触发电路,本文介绍了采用单结晶体管组成的触发电路、晶体管组成的触发电路及采用TCA785组成的触发电路,可以看出,采用TGA785组成的触发电路所具有的优点,对上述设备改造,使这些设备具有更优良的性能,节约成本。关键词单结晶体管触发电路移相
同步
.
零。T2、R7构成恒流源。ul输入移相电压,u1增大,
1前言
晶闸管一电动机直流调速系统具有良好的起、制动性能,宜于在广泛范围内平滑调速,在矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动领域得到了广泛的应用。
输出的脉冲移相角变小,ul减小,输出的脉冲移相角变大;u2为保护端,当主电路过流时,u2电压增加,使T5导通,T4不工作,触发电路无触发脉冲输出;u3、u4为脉冲输出端,输出端采用脉冲变压器隔离,提高输出能力,同时还能保护内部电路。
电路受移相电压u1、T1、移相范围收到限制,其次,因为同步电压为梯形波,梯形电压两腰使单结晶
2采用分立元件的触发电路
目前许多设备的晶闸管触发系统采用分立元件
组成。其典型电路主要有两种:
2.1采用单结晶体管组成的移相触发电路
图1所示电路中稳压管Dz-两端产生梯形波电
体管电压太小,这就限制了最小控制角仪血的大小,
从而也限制了移相范围。
该电路的优点是:电路简单、使用元件少、体积
小、脉冲前沿陡、峰值大;缺点只能产生窄脉冲,移相范围受到限制。因此该电路只适用于50A以下的晶闸管装置及非大电感负载的移相范围要求不高的情况。
’
压,该电压既是电路的同步信号,又是触发电路的电源,每当梯形波电压过零时,单结晶体管的电压亦为
2.2采用晶体管的触发电路
采用晶体管的触发电路,如图2所示。脉冲形成
T
耵s—
n
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….
1上TP”0一・
】‘D5
—R2j‘D6
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3113
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职2均
匕
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r栩crl
广
《。I、甜j
图1单结晶体管脉冲移相触发电路
作者简介:杨裹昌。男(1984一),现就读于中南大学信息科学与工程学院.主要从事电子电路的研发与改造。
硬质合金第23卷
“∞一15V
XY
—15V
图2晶体管触发电路
环节由晶体管V4、V5组成,V7、V8起脉冲放大作用,触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出。冲移相环节为恒流源电路方案,由V1、V2、V3和C2等元件组成,其中V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。锯齿波是由开关V2管来控制的。同步变压器,11s和做同步开关用的晶体管V2组成同步环节。同步变
压器和整流变压器接在同一电源上,用同步变压器
Os
i23‘S67
龟
QvQl
'VSY-NC
:2:2
似∞出
b
的二次电压来控制V2的通断作用,这就保证了触
发脉冲与主电路电源同步。
l
¨.撼姑n№
霉
Q2
纠¨∞
砌
该电路的优点:整流输出电压与控制电压u。成
线性关系;网压波动时对整流输出电压无影响,适用
魄EF
图3
8
与大、中功率,对触发电路精度要求高的整流器。缺
点:电路元件很多,故障点多;不适用于网压波动过大的场合;电路输出脉冲的移相范围在30。-150。之间,移相范围小。
TCA785的引脚排列(脚朝下)
移相触发器集成电路。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。
TCA785采用标准的双列直插式16引脚(DIP一16)封装,它的引脚排列见图3。
从以上分析可以看出,采用分立元件组成的触发电路都存在的缺点,主要是移相范围小,对网压要求高,可靠性不高,路体积大,耗高,调试复杂。
主要引脚的名称、功能及用法如下:
引脚16(VS):电源端,电源电压US:+8-18V或±
4-9V。
3采用TCA785集成芯片的移相触发电路
随着集成电路制作技术的提高,集成触发器克服分立元件组成的触发电路的缺点,得到广泛应用,
因此可以采用集成触发电路(如TCA785)改造现有设备以提高设备性能。
3.1
引脚I(OS):接地端。应用中与直流电源US、同步电压USYNC及移相控制信号U11的地端相连
接。
引脚14(Q1)和引脚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1800,脉冲宽度受脉宽控制端(引脚12)的控制。两路脉冲输出高电平的最高幅值为us。
引脚12(c12):输出Q1、Q2的脉宽控制端。应用
TCA785简介
TCA785是西门子公司开发的第三代晶闸管单片
第4期
杨囊昌,鲁w--,张宏亮:采用TEA785对■闱管麓发电路改造
图4TCA785组成的触发电路
中,通过电容接地,电容C12的电容量范围为150-
构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Q2输出脉冲的宽度亦在变化,该两端输出窄脉冲的
及直流输电等目的。使用中应当注意TCA785的工
作为负逻辑,即控制电压U11增加,输出脉冲的d为2000p。s。
角增大,相当于晶闸管的导通角减小。引脚1l(U11):输出脉冲Q1、Q2及Q1、Q2移相
3.2.1脉冲形成环节
控制直流电压输入端。应用中,通过输入电阻接用户脉冲由14、15脚形成,通过T3将脉冲放大,由控制电路输出,当TCA785工作于50Hz,且自身工
脉冲变压器TP二次侧输出。
3.2.2锯齿波的形成和脉冲移相环节
15k11,移相控制电压.U11的有效范围为(o.2-U._2)V,
引脚的电阻R9决定着C10的充电电流,其充当其在此范围内连续变化时,输出脉冲Qi、Q2及
电电流可按下式计算I。o=UREFKffR9连接于引脚9Q1、Q2的相位便在整个移相范围内变化,为降低干的电阻亦决定了引脚10锯齿波电压幅值的高低,锯
齿波幅值为U10=UREFKt/(R9xClO)(按照典型电路,
过2.2¨F的电容接正电源。
Kt=1.1),为了调试方便R9可以采用电位器。引脚IO(CIO):外接锯齿波电容连接端。C10的3.2.3同步环节
实用范围为500pF—l雎F。该电容的最小充电电流为从同步变压器过来的信号都是正弦信号,由于
101xA,最大充电电流为lmA,它的大小受连接于引TCA785是利用检测过零点的原理来实现同步的,脚9的电阻R9控制,C11两端锯齿波的最高峰值因此,如果正弦波的幅值过小,那么,就不能提供清为Us-2V,其典型后沿下降时间为80斗s。
晰的过零点,同时,电磁干扰也可能导致过零点检测引脚、9(R9):锯齿波电阻连接端。该端的电阻R9错误,但是,正弦波的幅值过大又会超过芯片的同步
决定着C10的充电电流,电阻R9的应用范围为
电压输入范围,所以应当将同步信号整形成方波,具3kQ~300kQ。
体的整形电路如图4中C3、R6、D6、D7中所示。
引脚8(UREF):TCA785自身输出的高稳定基准图4中电路主要是通过R6电阻实现限流分压电压端。如用户电路中不需要应用UREF,则该端可的,并利用D6、D7反并限幅(管压降为1V左右)将
以开路。
以正弦波变为方波。本电源中,同步变压器的变比为
引脚6(I):脉冲信号禁止端。当该端通过电阻接4.4:1,副边电压为50V,副边电压之所以选得较高,是因为正弦波幅值越高,过零点处的斜率越大,二极出脉冲被封锁;而该端通过电阻接正电源或该端电管导通越迅速,输出越接近理想方波。但滤波电容压高于4V时,则封锁功能不起作用。
C3不可过大,否则会引起同步信号相位的偏移。引脚5(USYNC):同步电压输入端。
3.2.4脉冲相位控制
3.2典型应用
斗2外部反馈端,可以从整流电压反馈获取,一般由于TCA785自身的优良性能,决定了它可以肛2端是随着整流电压的增大而增大,而TCA785脉方便地用于主电路为单个晶闸管或晶体管,单相半冲相位控制端11脚是电压为0.2V即:电压最小相
控桥、全控桥和三相半控桥、全控桥及其它主电路结
位角为00即晶闸管整流输出最大,因此需要增加调
4700pF,当C12在150-1000pF范围内变化时,Q1、
最窄宽度为1001xs,而输出宽脉冲的最宽宽度作电源电压US为15V时,则该电阻的典型值为
扰,应用中引脚11通过0.1斗F的电容接地,通地或该端电压低于2.5V时,则封锁功能起作用,输
硬质合金
第23卷
45B型塑料挤出机使用,调速效果明显提高见下表:
矾l
[^2
图5减法电路
整电路,以保证电路形成负反馈。
图4中的运算放大器Ul、R8、R7、R10、R11、Rf
5结论
采用TCA785构成的脉冲触发电路具有同步更可靠,脉冲输出的整齐度更好,移相范围更宽,且由于它的输出脉冲宽度可自由调节,所以适用范围更
组成减法电路实现调整,C6为控制电压滤波,保证系统控制的准确,D恐稳压管保证控制电压在允许范
围内。
图5为减法电路,运算放大器输入端外接电阻的平衡条件是:
R1∥Rf=R2//R3
在此条件下,Uo与各输入电压的函数关系式:
广,可用来触发普通晶闸管、快速晶闸管及作为功率
晶体管的控制脉冲。广泛用于直流调速、发电机励磁
调节、高精度温度控制等。对单结晶体管触发电路改
造更具有良好的经济效益。
uo=鲁u泣一鲁ut-
当Rf=R1=R2=R3时,则上式变为:
因此,图3中可取R7=R8=Rf=(R10+R11),TCA785的11脚电压V11=15-p。2,实现调整。3.2.5保护电路
电路正常工作时,TCA785的6脚电压为高电平。当主电路过流时,肛2端产生一个高电平,给C2
参考文献
【l】童诗白.模拟电子技术.北京:高等教育出版社,1987【2】王兆安,黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2000[3】高玉奎,王建国.半导体变流技术.北京:兵器工业出版社,1997【4】潘孟春,胡嫒嫒.电力电子技术实践教程.长沙:国防科技大学出版社.2005
【5】龙飞,李晓帆,蔡志开.TCA785移相控制芯片应用方法的改进.国外电子元器件,2004,3
充电,延时T4导通,TCA785的6脚电压为低电平,
14脚、15脚禁止输出触发脉冲,使晶闸管关断,主电
路电压下降,从而保护电路。
收稿日期(2006—07—28)
4应用实例
采用TCA785芯片组成的触发电路,在KSJ一
RebuildingTriggingCircuitwithTCA785
YangJiachang
LuWuyi
ZhangHongliang
(CollegeofInformationgScienteandEngineering,CentralSouthUniversity,HunanChangsha412000,China)
ABSTRACT
Manyequipment’SCRtriggingsystem
USeS
trigging
circuitwithsinglecrystaltransistorandtransistor.Thispaperintroduces
triggingcircuitwithsingecrystaltransistor,transistorandTCA785.ItisknownthatthetriggingcircuitwithTCA785possessesmerits.RebuildingequipmentsandequipmentspossessmoreexceUentcapabilityandKEY
can
economizecost.
WORDS
sirIglecrystaltransistor,triggingcircuit,phase—shifted,synchronization
第23卷第4期
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No.4
硬质合金2006年12月
Dec.20D6
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采用TCA785对晶闸管触发电路改造
杨嘉昌鲁五一张宏亮
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(中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410083)
摘要目前许多设备的晶闸管触发系统采用单结晶体管、晶体管组成的触发电路,本文介绍了采用单结晶体管组成的触发电路、晶体管组成的触发电路及采用TCA785组成的触发电路,可以看出,采用TGA785组成的触发电路所具有的优点,对上述设备改造,使这些设备具有更优良的性能,节约成本。关键词单结晶体管触发电路移相
同步
.
零。T2、R7构成恒流源。ul输入移相电压,u1增大,
1前言
晶闸管一电动机直流调速系统具有良好的起、制动性能,宜于在广泛范围内平滑调速,在矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动领域得到了广泛的应用。
输出的脉冲移相角变小,ul减小,输出的脉冲移相角变大;u2为保护端,当主电路过流时,u2电压增加,使T5导通,T4不工作,触发电路无触发脉冲输出;u3、u4为脉冲输出端,输出端采用脉冲变压器隔离,提高输出能力,同时还能保护内部电路。
电路受移相电压u1、T1、移相范围收到限制,其次,因为同步电压为梯形波,梯形电压两腰使单结晶
2采用分立元件的触发电路
目前许多设备的晶闸管触发系统采用分立元件
组成。其典型电路主要有两种:
2.1采用单结晶体管组成的移相触发电路
图1所示电路中稳压管Dz-两端产生梯形波电
体管电压太小,这就限制了最小控制角仪血的大小,
从而也限制了移相范围。
该电路的优点是:电路简单、使用元件少、体积
小、脉冲前沿陡、峰值大;缺点只能产生窄脉冲,移相范围受到限制。因此该电路只适用于50A以下的晶闸管装置及非大电感负载的移相范围要求不高的情况。
’
压,该电压既是电路的同步信号,又是触发电路的电源,每当梯形波电压过零时,单结晶体管的电压亦为
2.2采用晶体管的触发电路
采用晶体管的触发电路,如图2所示。脉冲形成
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图1单结晶体管脉冲移相触发电路
作者简介:杨裹昌。男(1984一),现就读于中南大学信息科学与工程学院.主要从事电子电路的研发与改造。
硬质合金第23卷
“∞一15V
XY
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图2晶体管触发电路
环节由晶体管V4、V5组成,V7、V8起脉冲放大作用,触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出。冲移相环节为恒流源电路方案,由V1、V2、V3和C2等元件组成,其中V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。锯齿波是由开关V2管来控制的。同步变压器,11s和做同步开关用的晶体管V2组成同步环节。同步变
压器和整流变压器接在同一电源上,用同步变压器
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的二次电压来控制V2的通断作用,这就保证了触
发脉冲与主电路电源同步。
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该电路的优点:整流输出电压与控制电压u。成
线性关系;网压波动时对整流输出电压无影响,适用
魄EF
图3
8
与大、中功率,对触发电路精度要求高的整流器。缺
点:电路元件很多,故障点多;不适用于网压波动过大的场合;电路输出脉冲的移相范围在30。-150。之间,移相范围小。
TCA785的引脚排列(脚朝下)
移相触发器集成电路。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。
TCA785采用标准的双列直插式16引脚(DIP一16)封装,它的引脚排列见图3。
从以上分析可以看出,采用分立元件组成的触发电路都存在的缺点,主要是移相范围小,对网压要求高,可靠性不高,路体积大,耗高,调试复杂。
主要引脚的名称、功能及用法如下:
引脚16(VS):电源端,电源电压US:+8-18V或±
4-9V。
3采用TCA785集成芯片的移相触发电路
随着集成电路制作技术的提高,集成触发器克服分立元件组成的触发电路的缺点,得到广泛应用,
因此可以采用集成触发电路(如TCA785)改造现有设备以提高设备性能。
3.1
引脚I(OS):接地端。应用中与直流电源US、同步电压USYNC及移相控制信号U11的地端相连
接。
引脚14(Q1)和引脚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1800,脉冲宽度受脉宽控制端(引脚12)的控制。两路脉冲输出高电平的最高幅值为us。
引脚12(c12):输出Q1、Q2的脉宽控制端。应用
TCA785简介
TCA785是西门子公司开发的第三代晶闸管单片
第4期
杨囊昌,鲁w--,张宏亮:采用TEA785对■闱管麓发电路改造
图4TCA785组成的触发电路
中,通过电容接地,电容C12的电容量范围为150-
构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Q2输出脉冲的宽度亦在变化,该两端输出窄脉冲的
及直流输电等目的。使用中应当注意TCA785的工
作为负逻辑,即控制电压U11增加,输出脉冲的d为2000p。s。
角增大,相当于晶闸管的导通角减小。引脚1l(U11):输出脉冲Q1、Q2及Q1、Q2移相
3.2.1脉冲形成环节
控制直流电压输入端。应用中,通过输入电阻接用户脉冲由14、15脚形成,通过T3将脉冲放大,由控制电路输出,当TCA785工作于50Hz,且自身工
脉冲变压器TP二次侧输出。
3.2.2锯齿波的形成和脉冲移相环节
15k11,移相控制电压.U11的有效范围为(o.2-U._2)V,
引脚的电阻R9决定着C10的充电电流,其充当其在此范围内连续变化时,输出脉冲Qi、Q2及
电电流可按下式计算I。o=UREFKffR9连接于引脚9Q1、Q2的相位便在整个移相范围内变化,为降低干的电阻亦决定了引脚10锯齿波电压幅值的高低,锯
齿波幅值为U10=UREFKt/(R9xClO)(按照典型电路,
过2.2¨F的电容接正电源。
Kt=1.1),为了调试方便R9可以采用电位器。引脚IO(CIO):外接锯齿波电容连接端。C10的3.2.3同步环节
实用范围为500pF—l雎F。该电容的最小充电电流为从同步变压器过来的信号都是正弦信号,由于
101xA,最大充电电流为lmA,它的大小受连接于引TCA785是利用检测过零点的原理来实现同步的,脚9的电阻R9控制,C11两端锯齿波的最高峰值因此,如果正弦波的幅值过小,那么,就不能提供清为Us-2V,其典型后沿下降时间为80斗s。
晰的过零点,同时,电磁干扰也可能导致过零点检测引脚、9(R9):锯齿波电阻连接端。该端的电阻R9错误,但是,正弦波的幅值过大又会超过芯片的同步
决定着C10的充电电流,电阻R9的应用范围为
电压输入范围,所以应当将同步信号整形成方波,具3kQ~300kQ。
体的整形电路如图4中C3、R6、D6、D7中所示。
引脚8(UREF):TCA785自身输出的高稳定基准图4中电路主要是通过R6电阻实现限流分压电压端。如用户电路中不需要应用UREF,则该端可的,并利用D6、D7反并限幅(管压降为1V左右)将
以开路。
以正弦波变为方波。本电源中,同步变压器的变比为
引脚6(I):脉冲信号禁止端。当该端通过电阻接4.4:1,副边电压为50V,副边电压之所以选得较高,是因为正弦波幅值越高,过零点处的斜率越大,二极出脉冲被封锁;而该端通过电阻接正电源或该端电管导通越迅速,输出越接近理想方波。但滤波电容压高于4V时,则封锁功能不起作用。
C3不可过大,否则会引起同步信号相位的偏移。引脚5(USYNC):同步电压输入端。
3.2.4脉冲相位控制
3.2典型应用
斗2外部反馈端,可以从整流电压反馈获取,一般由于TCA785自身的优良性能,决定了它可以肛2端是随着整流电压的增大而增大,而TCA785脉方便地用于主电路为单个晶闸管或晶体管,单相半冲相位控制端11脚是电压为0.2V即:电压最小相
控桥、全控桥和三相半控桥、全控桥及其它主电路结
位角为00即晶闸管整流输出最大,因此需要增加调
4700pF,当C12在150-1000pF范围内变化时,Q1、
最窄宽度为1001xs,而输出宽脉冲的最宽宽度作电源电压US为15V时,则该电阻的典型值为
扰,应用中引脚11通过0.1斗F的电容接地,通地或该端电压低于2.5V时,则封锁功能起作用,输
硬质合金
第23卷
45B型塑料挤出机使用,调速效果明显提高见下表:
矾l
[^2
图5减法电路
整电路,以保证电路形成负反馈。
图4中的运算放大器Ul、R8、R7、R10、R11、Rf
5结论
采用TCA785构成的脉冲触发电路具有同步更可靠,脉冲输出的整齐度更好,移相范围更宽,且由于它的输出脉冲宽度可自由调节,所以适用范围更
组成减法电路实现调整,C6为控制电压滤波,保证系统控制的准确,D恐稳压管保证控制电压在允许范
围内。
图5为减法电路,运算放大器输入端外接电阻的平衡条件是:
R1∥Rf=R2//R3
在此条件下,Uo与各输入电压的函数关系式:
广,可用来触发普通晶闸管、快速晶闸管及作为功率
晶体管的控制脉冲。广泛用于直流调速、发电机励磁
调节、高精度温度控制等。对单结晶体管触发电路改
造更具有良好的经济效益。
uo=鲁u泣一鲁ut-
当Rf=R1=R2=R3时,则上式变为:
因此,图3中可取R7=R8=Rf=(R10+R11),TCA785的11脚电压V11=15-p。2,实现调整。3.2.5保护电路
电路正常工作时,TCA785的6脚电压为高电平。当主电路过流时,肛2端产生一个高电平,给C2
参考文献
【l】童诗白.模拟电子技术.北京:高等教育出版社,1987【2】王兆安,黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2000[3】高玉奎,王建国.半导体变流技术.北京:兵器工业出版社,1997【4】潘孟春,胡嫒嫒.电力电子技术实践教程.长沙:国防科技大学出版社.2005
【5】龙飞,李晓帆,蔡志开.TCA785移相控制芯片应用方法的改进.国外电子元器件,2004,3
充电,延时T4导通,TCA785的6脚电压为低电平,
14脚、15脚禁止输出触发脉冲,使晶闸管关断,主电
路电压下降,从而保护电路。
收稿日期(2006—07—28)
4应用实例
采用TCA785芯片组成的触发电路,在KSJ一
RebuildingTriggingCircuitwithTCA785
YangJiachang
LuWuyi
ZhangHongliang
(CollegeofInformationgScienteandEngineering,CentralSouthUniversity,HunanChangsha412000,China)
ABSTRACT
Manyequipment’SCRtriggingsystem
USeS
trigging
circuitwithsinglecrystaltransistorandtransistor.Thispaperintroduces
triggingcircuitwithsingecrystaltransistor,transistorandTCA785.ItisknownthatthetriggingcircuitwithTCA785possessesmerits.RebuildingequipmentsandequipmentspossessmoreexceUentcapabilityandKEY
can
economizecost.
WORDS
sirIglecrystaltransistor,triggingcircuit,phase—shifted,synchronization