下载文档原格式
晶闸管门极串联电容电流触发在这个现代化的科技大潮中，晶闸管（SCR）可是个不容小觑的角色。
说它是电力控制的“明星”一点也不为过。
大家可能觉得电力控制好像离自己很远，其实不然，晶闸管每天都在我们身边默默工作，帮我们控制电流，调节家里的电器。
今天，我们就来聊聊其中一个技术亮点——门极串联电容电流触发，听起来是不是很高大上？别担心，我们慢慢来，一步步揭开它的神秘面纱。
1. 晶闸管的基本原理首先，得给大家普及一下晶闸管是个啥。
简单来说，晶闸管就是一种可以控制电流的电子开关。
它有三个主要的引脚，分别是阳极、阴极和门极。
阳极和阴极就像是电流的主线，而门极则是控制这个开关的“指挥官”。
当门极输入一个适当的信号时，晶闸管就会打开，电流开始流动；一旦信号消失，晶闸管则会保持导通，直到电流降到一定程度。
这样，它就能在电力系统中发挥巨大的作用。
1.1 门极的“调皮”说到门极，其实它在晶闸管中的作用可大了去了！就像是你家里那位爱搞事情的调皮孩子，想干啥就得看他高不高兴。
门极的信号可影响整个晶闸管的开关状态，所以我们需要给它提供一个合适的触发信号。
而这个触发信号，往往就是通过电流来实现的。
1.2 串联电容的妙用这时候，串联电容就登场了。
电容可以储存电能，就像是个小水库，可以在需要的时候释放出来。
将电容与门极串联，就可以在短时间内提供一股强劲的电流，快速触发晶闸管。
嘿，你想想，如果把这个电容比作一辆蓄势待发的赛车，门极就是驾驶员，一声令下，赛车立马就冲出发车线，速度可快得很！2. 触发过程中的乐趣好啦，既然我们明白了基本原理，接下来就看看实际操作中会发生啥有趣的事情。
这个触发过程可不是单一的，而是一个小小的“互动游戏”。
2.1 开始触发当电容充满电时，电压达到一定值，门极就像是被按下的开关，哐的一声，晶闸管立刻进入导通状态，电流开始流动。
这时候，门极的电流就像是打了鸡血的运动员，瞬间冲刺，整个过程既迅速又有趣。
2.2 调整与优化不过，触发并不是一帆风顺的哦！我们需要根据不同的情况调整电容的大小和充电速度。
第六章晶闸管触发电路6．1 晶闸管对触发电路的基本要求6．1．1 触发信号的种类晶闸管由关断到开通，必须具备两个外部条件：第一是承受足够的正向电压；第二是门极及阴极之间加一适当反向电压、电流信号(触发信号)。
门极触发信号有直流信号、交流信号和脉冲信号三种基本形式。
(1)直流信号在晶闸管加适当的阳极正向电压的情况下，在晶闸管门极及阴极间加适当的直流电压，则晶闸管将被触发导通，如图6．1(a)、(b)所示。
这种触发方式在实际中应用极少。
因为晶闸管在其导通后就不需要门极信号继续存在。
若采用直流触发信号将使晶闸管门极损耗增加，有可能超过门极功耗；在晶闸管反向电压时，门极直流电压将使反向漏电流增加，也有可能造成晶闸管的损坏。
(2)交流信号如图6．1(c)所示，在晶闸管门极及阴极间加入交流电压，当交流电压Dc，uc，时，晶闸管导通。
uc，是保证晶闸管可靠触发所需的最小门极电压值，改变u。
值，可改变触发延迟角o。
这种触发形式也存在许多缺点，如：在温度变化和交流电压幅值波动时，触发延迟角(不稳定；改变交流电压u。
值来调节。
的变化范围较小(0’《。
《90‘)，精度低徊l／dc不能太大等。
(3)脉冲信号脉冲信号如图6．1(d)·(h)所示，其中(d)为尖脉冲；(e)为宽脉冲；(f)为脉冲列；(s)为双脉冲；(h)为强触发脉冲。
在晶闸管门极触发电路中使用脉冲信号，不仅便于控制脉冲出现时刻，降低晶闸管门极功耗，还可以通过变压器的双绕组或多绕组输出，实现信号的隔离输出。
因此，触发信号多采用脉冲形式。
第118页6．1．2 晶闸管对门极触发电路的要求晶闸管门极触发信号由触发电路提供，由于晶闸管电路种类很多，如整流、逆变、交流调压、变频等；所带负载的性质也不相同，如电阻性负载、电阻—电感性负载、反电势负载等。
仅管不同的情况对触发电路的要求也不同，但其基本要求却是相同的，具体如下：(1)触发信号应有足够的功率(电压、电流)这些指标在产品样本中均已标明，由于晶闸管元件门极参数分散性大，且触发电压、电流值受温度影响会发生变化。
晶闸管触发电路1. 引言晶闸管（Thyristor）是一种重要的电子元件，在电力控制和功率电子领域具有广泛的应用。
晶闸管的触发电路是控制晶闸管导通或截止的关键部分。
本文将介绍晶闸管触发电路的工作原理、分类以及常见的电路设计。
2. 工作原理晶闸管触发电路的核心原理是通过控制一定的触发电压或电流，使晶闸管从关断状态转变为导通状态。
在正常工作状态下，晶闸管是一个双向控制的开关，其阻断能力较强。
晶闸管触发电路一般由触发电源、触发信号处理电路和触发脉冲发生电路组成。
触发电源提供所需的触发信号电压或电流；触发信号处理电路对来自触发电源的信号进行滤波、放大等处理；触发脉冲发生电路根据控制要求产生一定的触发脉冲。
3. 分类根据晶闸管触发电路的工作原理和触发方式的不同，晶闸管触发电路可以分为以下几类：3.1 瞬态触发电路瞬态触发电路是指在很短的时间内产生一个高幅值的触发脉冲，以确保晶闸管能够迅速地达到导通状态。
常见的瞬态触发电路包括单脉冲触发电路和多脉冲触发电路。
3.2 交流触发电路交流触发电路主要用于控制交流电源下的晶闸管。
交流触发电路可以根据触发方式的不同分为电流触发电路和电压触发电路。
3.3 直流触发电路直流触发电路主要用于控制直流电源下的晶闸管。
直流触发电路可以根据触发方式的不同分为电流触发电路和电压触发电路。
4. 常见电路设计4.1 单脉冲触发电路设计单脉冲触发电路设计是一种常见的瞬态触发电路设计。
下面是一个基于电流触发方式的单脉冲触发电路设计示意图：4.2 电流触发电路设计电流触发电路设计主要用于控制直流电源下的晶闸管。
下面是一个基于电流触发方式的电流触发电路设计示意图：4.3 电压触发电路设计电压触发电路设计主要用于控制交流电源下的晶闸管。
下面是一个基于电压触发方式的电压触发电路设计示意图：5. 总结晶闸管触发电路是控制晶闸管导通或截止的关键部分。
《电力电子课程设计》课题名称：晶闸管触发电路的设计学院:班级：姓名：学号：指导教师：目录内容摘要2晶闸管触发电路设计的目的及任务要求3 2.1 触发电路设计目的32.2 设计的任务指标及要求3三触发电路设计方案的选择33.1可供选择的方案种类33.2 方案选择的论证3四锯齿波同步移相触发电路44.1 触发电路的基本组成环节44.2 触发电路的工作原理图44.3 各元器件参数明细表5五基本环节的工作原理55.1 锯齿波形成和同步移相控制环节5 5.2 脉冲形成，整形放大和输出环节7 5.3 强触发和双脉冲形成环节85.4 触发电路的工作波形9六心得体会10七参考文献11内容摘要晶闸管电路是电力电子电路常用电路之一，在生产，生活中应用非常广泛，是一弱强电电路的过渡的桥梁。
要使晶闸管开始导通，必须有足够能量的触发脉冲，在晶闸管电路中必须有触发电路。
用于晶闸管可控整流电路等相控电路的驱动控制，即晶闸管的触发电路。
本课题针对晶闸管的触发电路进行设计，其电路的主要组成部分有移相控制电路，触发脉冲形成电路，同步电压环节，脉冲形成，整形放大和输出环节等电路环节组成，涉及触发电路的方案选择以及选择方案后电路的设计，包括电路的工作原理和电路工作过程中的输出波形。
由于知识有限，此次课题设计并不全面，有待于进一步完善。
晶闸管触发电路设计的目的及任务要求2.1 触发电路设计目的要使晶闸管开始导通，必须施加触发脉冲，在晶闸管触发电路中必须有触发电路，触发电路性能的好坏直接影响晶闸管电路工作的可靠性，也影响系统的控制精度，正确设计触发电路是晶闸管电路应用的重要环节。
2.2 设计的任务指标及要求1输入电压：直流+15V,-15V.2 交流同步电压：20V.3 移相电压：0-10V.4移相范围：大于等于170度.5对电路进行设计，计算元器件参数.三触发电路设计方案的选3.1 可供选择的方案种类1 单结晶体管触发电路2 正弦波同步触发电路3 锯齿波同步触发电路4 集成触发电路3.2 方案选择的论证1单结晶体管触发电路：脉冲宽度窄，输出功率小，控制线性度差；移相范围一般小于180度，电路参数差异大，在多相电路中使用不易一致，不付加放大环节。
晶闸管串联使用触发技术探讨摘要本文介绍了一种高压大功率晶闸管串联使用触发电路，其特征是脉冲触信号通过光纤输入，通过光分电路，将一路输入光信号分成多路光信号输出；利用光的传播速度优势，采用串联分光电路使输入光信号分光后保持时差≤40ns，从而保证串联晶闸管触发信号的高度同步性。
关键词晶闸管串联；触发脉冲；光分电路；同步性随着电力电子设备向高压、大电流、高功率方向的发展，越来越多的场合需用到数只可控硅（晶闸管）串联、并联连接作为一个臂使用。
为保证各晶闸管工作时电压及电流的均衡，需要在器件的选择及使用中采取必要的措施。
1 串联晶闸管工作过程分析串联晶闸管使用时，各元器件的均压是技术难点问题。
如果将串联器件的一个工作周期分成五个阶段，可包括正向阻断、开通、通态、反向恢复及反向阻断阶段。
在正向及反向阻断阶段，串联器件的电压分配主要由其阻断伏安特性决定，即特性硬、相同漏电流下阻断电压高的器件将承受较高的电压。
在开通阶段，器件由断态向通态过渡，如果器件开通的时间不一致，则后开通的器件在短时间内将承受过电压。
在反向恢复阶段，器件由通态向反向阻断状态过渡，主电流反向抽取一定量的反向恢复电荷Qrr后，器件恢复反向阻断能力。
如果串联器件的反向恢复特性不一致，则先恢复的器件将承受过电压[1]。
根据上述分析，串联器件的均压使用主要需解决正反向阻断、开通及恢复三种状态下的电压分配问题。
近年来，针对晶闸管在不同领域的串并联应用要求，通过优化设计和工艺控制，大大提高了器件开通及恢复参数的一致性，同时开发了中、低频晶闸管串并联试验设备，对串并联器件进行进一步筛选。
晶闸管串联实际使用中由于参数总会存在差异，因此使用中还需采取必要的技术措施予以改善串联使用条件。
技术措施主要有稳态和动态均压措施、串联器件的热平衡措施、门极触发脉冲措施；其中门极触发脉冲在高压应用场合是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
2 晶闸管门极触发脉冲的要求晶闸管的开通过程受其门极触发脉冲影响很大，强触发脉冲可以减小器件开通时间，促使串联器件同时开通。
摘要为了控制晶闸管的导通，必须在控制级至阴极之间加上适当的触发信号（电压及电流），完成此任务的就是触发电路。
本课题针对晶闸管的触发电路进行设计，其电路的主要组成部分由触发电路，交流电路，同步电路等电路环节组成。
有阻容移相桥触发电路、正弦波同步触发电路、单结晶体触发电路、集成UAA4002、KJ004触发电路。
包括电路的工作原理和电路工作过程以及针对相关参数的计算。
关键词：晶闸管；触发电路；脉冲；KJ004目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (1)2.1 概述 (1)2.2 系统组成整体结构 (2)2.3 设计方案 (2)第3章电路设计 (4)3.1 UAA4002集成芯片构成的触发器 (4)3.2 阻容移相桥触发电路 (5)3.3正弦波同步触发电路 (6)3.4单结晶体管触发电路 (8)3.5集成KJ004触发电路 (9)第4章课程设计总结 (12)参考文献 (14)绪论晶闸管是晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器，以前被简称为可控硅。
在电力二极管开始得到应用后不久，1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管，到1957年美国通用电气公司开发出世界上第一只晶闸管产品，并在1958年达到商业化。
由于其开通时刻可以控制，而且各方面性能均明显胜过以前的汞弧整流器，因而立即受到普遍欢迎，从此开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，其标志就是以晶闸管为代表的电力半导体器件的广泛应用，有人称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术革命。
自20世纪80年代以来，晶闸管的地位开始被各种性能更好的全控型器件取代，但是由于其所能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。
20世纪80年代以来，信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件，从而将电力电子技术又带入一个崭新时代。
高压晶闸管串联阀触发电路的设计
随着柔性交流输电和高压直流输电设备在电力系统中越来越多的应用，使晶闸管在高电压大电流场合下的设计使用受到越来越多的关注。
晶闸管串联阀在工作时，为了延长晶闸管的使用寿命，防止由于个别晶闸管未开通或开通不一致而导致工作时部分晶闸管承受过高的电压而击穿，从而导致整个阀组的损坏，要求阀组中的每个晶闸管均能快速可靠开通，并且具有良好的开通和关断一致性。
这就要求晶闸管串联阀具有良好可靠的触发电路，能同时产生多路高尖峰脉冲，来驱动晶闸管串联阀组中各个晶闸管快速可靠开通。
本文研究的内容就是一种在实际项目中应用的晶闸管阀组的触发电路设计。
1 触发电路设计
触发脉冲电流的上升沿时间越短、峰值越大，晶闸管开通扩散的速度就越快，当所有晶闸管开通时间都大大缩短后，晶闸管之间开通的相对一致性就大大提高，从而降低了串联阀中个别晶闸管长时间承受过高电压而损坏的几率。
1.1 触发电路组成与工作原理
触发电路结构图如图1 所示，主要包括如下几个部分。
1）单相隔离供电变压器T1 变比为AC220/AC220、一次侧与二次侧间绝缘电压
35 kV，为脉冲回路提供产生脉冲电流所需的能量。
2）充电限流电阻R3 限制电容C1的充电电流。
3）防反流二极管D0 防止电容C1向变压器T1倒送能量。
4）储能脉冲电容器C1 储存产生脉冲所需的能量，最高充电电压Uc可达310 V。
5）阻容回路部分的R2和C2 起调整脉冲波形形状的作用。
6）脉冲CT 变比20/1，通过脉冲CT 形成最终触发脉冲。
7）放电电阻R1 限制放电电流。
8）非线性电阻R4 其转折电压为400 V，用于保护MOSFET。
9）脉冲信号板用来接收控制器通过光纤发来的脉冲光信号，经过光电转换，驱动MOSFET（IR FP460）开通与关断，使电容C1 受控制器的控制进行放电。
脉冲信号板从变压器T1 二次侧取能，通过单相变压器AC220/AC20，经过整流滤波，由7805 和7812 输出稳定的+5 V和+12 V电源，为脉冲信号板提供供电电源。
10）BOD 模块用来保护晶闸管在承受过电压时触发导通，防止晶闸管被高压击穿。
触发电路工作原理：隔离变压器T1 一次侧接AC220 V电源，二次侧通过电阻R3和二极管D0向电容C1充电，当C1上的电压达到峰值AC220 V，即310 V左右时，二极管反向截止，电容C1 上保持310 V左右的电压。
当控制器发出触发脉冲信号，信号经过光纤传导至脉冲信号板，经光电转换后驱动MOSFET开通，电容C1开始通过电阻R1放电，这样就有瞬间大电流通过8 个接在晶闸管门极的CT，通过CT同时产生8 路晶闸管触发电流信号。
1.2 触发电路的电位
在高压条件下，晶闸管串联阀的绝缘问题是非常重要的一个环节，如果绝缘问题处理不好，那将会严重影响设备运行的安全性与可靠性。
触发电路的高电位部分和低电位部分之间的隔离主要是靠触发CT 和穿过CT 的10 kV 绝缘的电流线，为了降低对触发CT 绝缘等级的要求，减小在高压条件下串联阀主回路对脉冲回路的影响，同时降低对脉冲回路绝缘等级的要求，将变压器T1 二次侧的地直接接在晶闸管串联阀的第4和第5 个晶闸管之间，即串联阀主回路的中点电位，将脉冲回路的电位拉高至1/2 高电位，如图1中标记为中点电位点的地方。
从而使整个串联阀结构的电位全部提高，这样，绝缘的要求就加到隔离供电变压器T1 的一次侧和二次侧之间，而这里选用的变压器T1 的一次侧与二次侧绝缘水平达到35 kV，能够很好的满足10 kV 电压等级的要求。
这样设计能够大大降低串联阀结构设计当中对绝缘的要求，也降低了对触发电路的绝缘要求。
脉冲信号板的地与变压器T1 一次侧的中点电位点相连，使脉冲信号板的电位也拉到高电平，从而使脉冲信号板能够在高电压下可靠工作。
1.3 触发电路参数对脉冲波形的影响
本设计中使用的晶闸管串联阀是由8 支额定电压6 000 V、额定电流1000 A 的晶闸管串联压接成的，适用于10 kV电压等级。
触发脉冲电流的产生是利用电容充电储能后放电，形成尖峰大电流，再通过接在每个晶闸管门极上的脉冲CT转换为触发脉冲，来驱动晶闸管。
影响触发脉冲波形的因素主要有两个方面：一是电容放电回路的寄生电感；二是触发电路电阻、电容的参数配置。
这里为了减小电容放电回路的寄生电感，放电回路的电阻采用无感电阻，大电流线走线方式采用往返走线，即大电流线穿过触发CT后再按原路从CT外部折回，这样走线的目的是为了最大限度地减小大电流线所围的面积，以及最大限度地减小回路寄生电感。
触发电路电阻电容参数对触发脉冲波形的影响如下。
各参数中对触发波形影响较大的是放电电阻R1、阻容回路电容C2、储能脉冲电容器的最高充电电压Uc。
R1阻值越小，脉冲峰值越高，上升沿越陡；阻容回路电容C2 越小，脉冲峰值越小；Uc值越高，脉冲峰值越高，上升沿越陡。
阻容回路的工作原理如图1 所示，当电容C1 充电储能后，MOSFET受控制信号的控制开通，C1 通过电阻R1瞬间放电，阻容回路中的电容C2 瞬间短路，将电阻R2 旁路掉，触发脉冲瞬间上升，之后C1 开始向C2 充电，当C2 充电完毕，电阻R2接入放电回路中，此时脉冲上升沿结束，脉冲电流开始减小。
表1 是实验中所选电路参数与所测得波形参数的对照表。
需要说明的是，表1 中的波形上升时间为10%脉冲峰值电流到90%脉冲峰值电流时间。
达到2A时间为电流从0耀2 A的时间。
由表1 中的数据分析可得如表2 所列的波形分析。
从表2 可以看出当C1、R1 不变，C2 减小时，脉冲波形的峰值电流减小、波形上升时间减小、电流达到2 A的时间增大、脉冲宽度增大；当C1、C2不变，R1 减小时，脉冲波形的峰值电流增大、波形上升时间减小、电流达到2 A的时间减小、脉冲宽度减小；当R1 不变、C2 =1 滋F，C1减小时，脉冲波形的峰值电流不变、波形上升时间不变、电流达到2 A的时间不变、脉冲宽度减小；当R1 不变、C2 =0.5 滋F，C1减小时，脉冲波形的峰值电流减小、波形上升时间减小、电流达到2 A的时间减小、脉冲宽度不变，可见C1与C2 共同作用影响脉冲波形，但是C1的作用要弱。
由表2 的分析对比可以看出C2、R1、C1的参数对脉冲波形的影响，要想得到图2 所示的理想波形可以通过调整参数实现。
另外提高C1的充电电压也可以增大脉冲的峰值电流、减小电流达到2 A的时间。
触发电路各个参数选择的最终目标是输出所需的触发脉冲波形。
根据不同条件的要求输出不同的触发脉冲，总的来说是要使串联晶闸管快速可靠开通，对于触发脉冲，要求其有一定的电流上升率di/dt>2 A/滋s；有一定的电流峰值Imax，其大小与晶闸管尺寸有关，一般几英寸的管子就需要几A。
2 晶闸管串联阀开通一致性
采用本文所设计的触发电路可使晶闸管串联阀导通的一致性大大提高。
图11 是串联阀中7只晶闸管开通与关断的电压波形、图12 是串联阀中7 只晶闸管开通瞬间电压波形，从图中可以看出串2 晶闸管串联阀开通一致性采用本文所设计的触发电路可使晶闸管串联阀导通的一致性大大提高。
图11是串联阀
中7只晶闸管开通与关断的电压波形、图12 是串联阀中7 只晶闸管开通瞬间电压波形，从图中可以看出。
3 结语
通过实验验证，本触发电路设计能够大大提高串联晶闸管的开通一致性，触发脉冲到达2 A电流的时间已达到1.3 滋s，并且触发电路运行稳定可靠，已通过了国家标准要求的串联阀型式试验。
该设计大大延长了晶闸管的使用寿命，配合BOD模块，使串联阀能够在高电压大电流条件下长期稳定运行。
