胡青长

(维蒙特工业(中国)有限公司，上海 200122)

一种大功率相控整流触发电路

胡青长

(维蒙特工业(中国)有限公司，上海 200122)

分析了一种以PUT(程控单结晶体管)为核心的新型晶闸管相控整流触发电路的工作原理，该触发电路适用于六相半波整流，提高了变压器的使用效率。详细说明了其与传统单结晶体管触发电路相比的优点以及与数字集成触发电路相比的经济性。采用此种触发电路具有性能可靠、电路结构简单、性价比高的优点，特别适宜于低电压、大电流的工作场合，如电镀电解和大功率弧焊电源。

晶闸管触发电路；程控单结晶体管；电路分析

0 前言

在电力电子技术中，几乎所有的电力电子装置都需应用整流电路，故AC／DC变换电路始终是人们关注和研究的重点。自半导体材料发明以来，人们就致力于利用半导体二极管的单向导电性来实现AC／DC的变换，但是由于二极管的不可控性，使其应用受到限制。

目前在电力电子整流电路中应用最多的是利用可控整流器件来实现可控整流。而其中由晶闸管VT构成的相控整流电路是实际工业设备中应用最为广泛的。由于晶闸管不具备自关断性，所以为了实现大功率、高可靠的可控整流，晶闸管的触发电路就至关重要。在此讨论的是一种性能稳定、生产成本较低的以程控单结晶体管PUT为核心的六相半波晶闸管相控整流触发电路。

1 电路原理

晶闸管相控整流式电源系统如图1所示，它是利用正常的漏磁降压变压器电压，然后再采用晶闸管整流将交流电变成直流电。

图1 晶闸管相控整流电源系统框图

晶闸管触发电路在可控整流电路中的作用是向晶闸管提供门极电压和电流，使晶闸管在需要导通的时候导通，并根据控制要求决定晶闸管的导通时刻，对电源的输出电压、电流进行控制。触发电路就是通过输出触发信号来实现对晶闸管的控制，其电路原理如图2所示。

图2 触发电路作用示意

在大功率相控整流电路中，由于三相半波可控整流的变压器流过直流易使铁心饱和，变压器效率差。如果变压器二次侧有两组三相绕组，一组为a1，b1，c1；另一组为a2，b2，c2；且两组三相电压相等，但极性相反，它们分别供给同一个负载，则分别构成两个三相半波可控整流电路即形成六相半波可控整流电路。由于这个电路使用同一个变压器，提高了变压器的使用效率，克服了三相半波整流电路变压器流过直流的缺点。其整流波形与三相桥式全控整流相似，输出电压每周期有六个波峰，脉动较小。但六相半波可控整流电路的触发电路较为简单，每个晶闸管在一个周期内最多只导通60°；而三相桥式全控整流为120°，触发电路复杂，增加了调试与维修的难度。另外由于六相半波可控整流电路的晶闸管和变压器的负载率相对三相桥式全控整流较低，故特别适合用于大功率的可控整流电路。六相半波整流电路的原理如图3所示。

六个晶闸管VT1～VT6如图3a所示；各相电压波形如图3c所示。显然相电压Ua1的相角60°处是六相半波可控整流电路的自然换相点，即此时α＝0°。在0°≤α≤60°时输出波形连续，且有Ud＝1.35U2cosα；在60°＜α时输出波形不连续，且有Ud＝1.35U2cos[1+ (60°+α)]。

可见其输出电压的平均值Ud随α的增大而减小，当α＝120°时Ud＝0，即六相半波纯阻性负载的理论移相范围为120°，但实际应用中如有大电感负载时，当α＝90°时Ud＝0，即移相范围变为90°。由于六相半波可控整流电路的特点，故其特别适合用于低电压、大电流场合，如电解、电镀加工以及大功率弧焊电源。

2 电路原理和过程分析

以PUT(程控单结晶体管)为核心的六相半波同步触发电路如图4所示。

该电路是对六相中的正反两相的触发控制，其余两组正反两相的触发控制是相同的，故只需分析其中一组即可。

该触发电路的特点如下：

(1)在同步信号输入端的电压为76 V AC，在输入端并联一压敏电阻RV，对触发电路进行过电压保护，也就是对VT1、VT2进行过电压保护。

(2)同步信号引入后由VLD1发光二极管对其进行显示，如因某种原因造成整流输出不稳定，就可以快速查找故障原因以便及时排除。

(3)VD1、VD2、VD3、VD5构成VT1、VT2的回路，在VT1、VT2触发导通后给主回路的大功率VT提供足够功率的触发脉冲，VD1、VD5起半波整流作用，其型号是IN4007普通整流二极管。

(4)VD1、VD2与VD4、VD5构成PUT的阳极-阴极回路，将同步电压信号加在PUT的阳极上，以形成使PUT张弛振荡所需的峰点电压Up，如图5所示。

(5)R4、C1和R5、C2是对VT1、VT2的阻容串联保护，进一步对VT1、VT2进行过电压保护。

(6)R6与VS1构成PUT张弛振荡所需的梯形波电压UB(见图6)；其中R6＝1.5 kΩ，VS1齐纳稳压二极管起削波作用，其型号是IN4747A，稳压值为20 V。

(7)R7、R8构成PUT的分流回路，以保证PUT的负载电流小于PUT谷点所对应的阳极电流Iv，确保PUT工作在振荡状态。

(8)由于PUT本身的参数存在分散性，即使它们的型号相同，参数也不尽相同，为避免由于各组晶闸管的导通角不同造成的三相不平衡，需要调整电路参数，图中的RP*电位器就是用来弥补PUT之间参数的不一致，调节此电位器可使三组(六套)输出脉冲对称。

(9)PUT张弛振荡及脉冲输出。

根据图5、图6可知，在C3刚开始充电时，由于C3的电位低，VD8导通，来自R6的电流经RP*及R7同时对C3进行充电，使C3在充电初期电位上升较快，随着C3电位的上升VD8反偏，仅有RP*对C3进行充电，故上升较慢。

当C3上的电压达到Up(PUT的峰点电压)后，由图5可知，PUT即进入负阻区，并在R11上形成一脉冲电压Ug。

由于Uk是外加控制移相电压，而只要Up比Uk高出一个二极管的正向电压就可通过C3经PUT的突然导通而放电，输出一脉冲电压。

故只要改变Uk外加控制移相电压，则使PUT进入负阻区的电容C3的充电电压相应改变，根据电容充电的V-t曲线可知：

式中 Uc为C3上的充电电压。

由于UB，k，τ为常数，所以当Uc高时所需的充电时间就长一些，反之则短一些，这样通过选择不同参数的RP*、R7、R8、C3；在最小Uk确定后就能得到不同的最小脉冲产生时间t0。通过Uk外加控制移相电压的变化，就可使初始脉冲在t0后的某一时刻形成，从而触发VT1、VT2，而后又通过VT1、VT2对此触发信号进行功率放大，形成大功率的触发信号触发主电路的晶闸管，最终实现对主电路的晶闸管的移相控制。这样一旦电路参数确定后，Uk越高，则α就越大，也即输出越小，Uk一般取15～25 V。

另外VD7在正常情况下截止，如一旦因某种原因突然断电，则VD7由截止变成导通，使C3内的充电电荷快速通过VD7、R7、R8进行释放，保护PUT。

(10)该电路采用PUT代替传统的UJT触发电路。

由于PUT比传统的UJT灵敏度高，而UJT的正向压降较高(PUT的动态电阻一般为UJT的1／10，仅为2Ω)，故UJT的能耗高，相应结温也高，所以PUT比传统的UJT更安全可靠。UJT的分压比η和峰点电压不能自由调节，故由其构成的触发电路一般都需经过在三极管基极加上输入控制电压信号进行移相；不能像PUT那样直接在控制极加一控制电压，所以PUT触发电路更加简单可靠；PUT的移相范围容易调节，不会出现传统UJT触发电路中由于移相使晶闸管达到某一导通角后，再调大导通角时使UJT产生张弛振荡的电容充不上电而关断。

(11)该电路采用VT1、VT2对由PUT产生的触发脉冲进行功率放大，取代了传统脉冲变压器功放输出。避免了在变压器上形成的反电动势和磁饱和问题，且与传统的脉冲变压器相比成本低、体积小、易于在电路板上安装。该电路采用的VT1、VT2是小功率晶闸管，型号为T106D1。

由于触发电路中的R20、R21仅为5Ω，故VT1、VT2的输出极与主电路的晶闸管之间不存在不等电位问题，因此采用了脉冲信号经小功率晶闸管功放后直接输出到主电路的晶闸管，使该电路结构更加简单、可靠。

主电路采用的晶闸管是采用KTA平板式(半凸型)金属壳封装的大功率晶闸管，其正向额定电流470 A，正向阻断峰值电压300 V，该晶闸管适宜于低电压、大电流的工作场合。

(12)电路中的R16与发光二极管VLD2共同构成触发信号输出显示电路，一旦该触发电路正常工作则VLD2灯亮，否则熄灭，以便快速排除故障。

Research on a high-power phase control trigger circuit

HU Qing-chang
(Valmont Industries(China)Ltd.，Shanghai 200122，China)

This artical make a deep analysis of a new type of SCR trigger circuit which use PUT.This trigger circuit is used for the 6 phase half wave rectifier circuit with higher efficiency.It has a simple structure but higher stablity than the traditional UJT trigger circuit.And compare with the sophisticate digital-IC trigger circuit and a low manufacture cost.In brief，this 6 phase half wave trigger circuit is very suitable for low voltage and large current output requirement such as the power source for electroplate，electrolysis and arc welding.

SCR trigger；programmable unijunction transistor；electronic circuit analyisis

TG403

A

1001-2303(2010)01-0051-04

2009-02-16；

2009-10-23

胡青长(1966—)，男，上海人，学士，主要从事主要从事公司出口产品的安装、售后服务及公司新产品的开发工作。