门极触发电路
晶闸管对触发电路的要求
晶闸管对触发电路的要求触发脉冲的作用各种电力电子器件的门极或控制极的控制电路都应提供符合一定要求的触发脉冲。
对于晶闸管的触发脉冲来说,其主要作用是决定晶闸管的导通时刻，同时还应提供相应的门极触发电压和门极触发电流。
触发脉冲除了包括脉冲的电压和电流参数外，还应有脉冲的陡度和后沿波形，脉冲的相序和相角以及与主电路的同步关系,同时还须考虑门控电路与主电路的绝缘隔离问题和抗干扰、防止误触发问题.由于晶闸管是半控型器件,管子导通后即失去控制作用，为了减少门极损耗，故门极输出不用直流而用单脉冲或双脉冲，有时还采用由许多单脉冲组成的脉冲列，以代替宽脉冲。
触发脉冲参数要求触发脉冲的主要参数有触发电流、脉冲宽度等，具体要求如下: （1)触发电流-—晶闸管是电流控制型器件，只有在门极里注入一定幅值的触发电流时才能触发导通。
由于晶闸管伏安特性的分散性,以及触发电压和触发电流随温度变化的特性，所以触发电路所提供的触发电压和触发电流应大于产品目录所提供的可触发电压和可触发电流，从而保证晶闸管的可靠触发,但不得超过规定的门极最大允许触发电压和最大允许触发电流。
实际触发电流可整定为3~5倍的额定触发电流。
（2）触发脉冲宽度--触发脉冲的宽度应能保证使晶闸管的阳极电流上升到大于擎住电流。
由于晶闸管的开通过程只有几微秒，但并不意味着几微秒后它已能维持导通。
若在触发脉冲消失时，阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管将不能维持导通而关断。
因此对脉冲宽度有一定要求，它和变流装置的负载性质及主电路的形式有关。
（3）强触发脉冲-—触发脉冲前沿越陡,越有利于并联或串联晶闸管的同时触发导通。
因此在有并联或串联晶闸管时,要求触发脉冲前沿陡度大于或等于10V/uS,通常采取强触发脉冲的形式。
另外,强触发脉冲还可以提高晶闸管承受di/dt的能力。
（4)触发功率——触发脉冲要有足够的输出功率，并能方便地获得多个输出脉冲，每相中多个脉冲的前沿陡度不要相差太大。
可控硅驱动电路
CBB规范可控硅驱动线路(VER: V1.0)拟制：辉时间：2010- 4-15批准：波时间：2010- 4-15文件评优级别：□A优秀□B良好□C一般1 功能介绍本电路为可控硅门极触发电路，SCRDRV为控制信号，当SCRDRV信号为高电平时，光耦PC1导通，CN1两端为高电平，SCRDRV信号为低电平时光耦PC1截止，CN1两端为低电平。
本电路的关键在于电路的输出信号能保证可控硅可靠触发。
2 详细原理图3 器件功能♦限流电阻R1、R2、R3，当SCRDRV信号为高电平时，限制流过光耦PC1的原边电流,以防止PC1因过流而可能损坏；♦光耦PC1，实现电气隔离，同时起信号传输作用；♦开关管Q1, 通过控制Q1的开通与关断控制光耦PC1的导通与截止；♦R6的作用是确保没有输入信号时Q1处于截止，R5的作用是限制基极电流。
♦稳压二极管Z1，电压箝位，防止可控硅门极电压过高；♦R10,R11为限流电阻，限制流过可控硅门极的电流，并起到分压作用。
♦Q2为PNP型晶体管，起放大作用。
♦Q3,Q4为对管，推挽输出，起功率放大作用。
♦LED1为发光二极管，当光耦导通时点亮LED1，光耦截止时熄灭LED1，起指示作用。
4 参数计算♦光耦PC1及R1,R2,R3的选取：流过光耦副边电流为（8V-0.6V-0.3V）/4.7K=1.5mA，选型号为PS2501的光耦，其Ic=50mA，If=80mA，Vfmax=1.2V，CTR的范围为200%-400%。
R1,R2的大小应时SCRDRV信号为高电平时光耦饱和导通， R1和R2选510Ω并联，此时光耦原边电流约为（5-1.2-0.3）/255=13.8mA，R1、R2功率约等于(0.0138/2)2*510=0.02W，选1\10W的电阻，满足降额要求，R3取2K,流过R3电流约为1.2V/2K=0.6mA♦R4,LED1的选取：按发光管通过1mA的电流计算，若Q1的饱和压降为0.5V，LED1的正向压降为1V，则通过LED1的电流为（5V-1V-0.5V）/R4=1mA，计算出的R4=3.5K，实际可以使流过的电流稍微大一点，选2K的电阻。
门极驱动板原理简单说明
门极驱动板原理说明香港地铁门极驱动板主要为逆变器IGBT模块提供各IGBT管的门极驱动电路，并为IGBT管提供故障检测功能。
该板由三相完全相同的电路组成（R相，S相，T相），每一相有A、B两路分别对应每一相的上管与下管。
下面取其中一相（T相）进行说明：T相电路主要由三个功能块构成：1. 门极驱动板电源电路；为门极驱动提供电源。
2. 门极驱动板脉冲分配电路；控制T相上管与下管的开通关断时间，死区时间及最小导通时间等。
3. 门极驱动板故障检测电路。
当某管通过电流过大时能及时检测到，并采取对该管的保护措施。
下面分别对以上三个功能进行详细描述：1.门极驱动板电源电路门极驱动板电源电路主要为IGBT管提供+15V及-6V的门极导通，关断电源，同时也为门极驱动板上各芯片提供工作电源。
该板通过变压器T21及T22实现高压端与低压端的隔离，其中变压器T21的次边电路为TB管提供电源，变压器T22的次边电路为TA管提供电源。
由于变压器T21的次边电路与变压器T22的次边电路完全相同，所以就以变压器T21的原边及次边电路为例进行说明：1.1 门极驱动板变压器T21的原边端电路（即低电压端电路）该电路如图1所示：图1该电路主要由PWM 控制器D15，场效应管驱动器N13及场效应管V10,V11构成，为变压器次边提供电源。
当D15芯片(PWM 控制器)的15脚输入+15V 电压时，此芯片开始工作，在其输出口11脚（OUTA ）与14脚(OUTB)产生如图2所示电压波形：图2电容C123，C124上的电压通过变压器T21，T22的原边及场效应管V11放电。
当OUTB(D15-14)脚输出高电平时, 场效应管驱动器 N13-5脚输出低电平，场效应管V10导通；此时OUTA(D15-11)脚输出低电平，场效应管V11关断。
15V 电压通过场效应管V10，变压器T21，T22的原边对电容C123,C124进行充电。
OUTA 与OUTB 间的死区时间T 用于防止场效应管V10，V11的同时导通。
可控硅阻容触发电路适用于中容量可控硅的触发
可控硅阻容触发电路适用于中容量可控硅的触发可控硅阻容触发电路是一种常用于控制可控硅工作状态的电路。
它由一个电阻和一个电容组成，通过改变电阻和电容的数值以及连接方式，可以实现对可控硅的触发和控制。
本文将对可控硅阻容触发电路的原理、应用和设计进行详细介绍。
可控硅是一种具有单向导通特性的半导体器件，其工作状态是通过控制它的触发电流而实现的。
可控硅有多种触发方式，其中常用的有门极触发、负极触发和阻容触发。
相比较其他触发方式，阻容触发电路具有简单、稳定、成本低等优点，因此在中容量可控硅的触发中被广泛应用。
可控硅阻容触发电路的原理相对简单。
当一个可控硅与电源正极相连时，需要通过触发电流来使可控硅导通。
而阻容触发电路则通过改变电阻和电容的数值以及连接方式，来实现触发电流的控制。
阻容触发电路的基本原理如下：当触发电路中的电容电压低于可控硅的触发电压时，电路处于触发状态；当电容电压高于可控硅的触发电压时，电路处于停止触发状态。
具体来说，阻容触发电路通过调整电阻和电容的数值和连接方式，使电容电压在可控硅所需触发电压附近波动。
具体设计可控硅阻容触发电路时，需要考虑以下几个方面：1.电阻和电容的选择：根据可控硅的规格和参数选择合适的电阻和电容。
电阻和电容的数值决定了电容电压波动的速度和幅度，需根据实际需求进行选择。
2.连接方式：电阻和电容可以采用串联或并联的方式连接，不同的连接方式会影响电路的工作特性。
串联连接可以提高电路的稳定性和减小电容电压波动幅度，而并联连接则有助于提高电路的触发速度。
3.触发电压的控制：通过改变电阻和电容的数值和连接方式，可以实现对触发电压的控制。
通过调整电路中的电阻和电容的数值，可以使电容电压在可控硅所需的触发电压附近波动，从而实现可控硅的触发。
可控硅阻容触发电路在实际应用中有广泛的用途。
其中，常见的应用包括电力电子变换器、交流调压、直流调压、电力系统谐波治理等。
在这些应用中，可控硅阻容触发电路可以实现对可控硅的触发和控制，从而实现对电力电子器件的工作状态的控制和调节。
课题5.单结晶体管触发电路
2. 为使触发时间准确，触发脉冲的前沿要陡。（前沿时间不大于 10μs）
3.触发脉冲必须与主电路晶闸管的阳极电压同步。 4.触发脉冲要有一定的宽度，以保证晶闸管可靠地导通。（电阻负 载电路，脉冲宽度应大于20μs） 5.脉冲的相位能平稳地移动，并有足够宽的移相范围。 6. 触发电路在不输出触发脉冲时 ，电路输出的漏电压不应大于 0.25V ，以免发生误触发。
二、单结晶体管
2.单结晶体管等效电路
二、单结晶体管
3.单结晶体管符号与实物
第一基极b1 发射极e 第二基极b2
二、单结晶体管
4.单结晶体管的伏安特性
单结晶体管测试电路
单结晶体管测试等效电路
二、单结晶体管
4.单结晶体管的伏安特性
当开关S闭合，电压Ubb通过单结 晶体管等效电路中的rbl和rb2分压， 得A点电位UA，可表示为
C
U GT
相对应的门极直流电压 ， 一般为1V ~ 5V
0
(b)
一、对触发电路的要求
常见的触发脉冲电压波形
正弦波
尖脉冲
方波
强触发脉冲
脉冲列
VT1
RP
R C
对于并联晶闸管的大电流变流装置及串联 晶闸管的高电压装置，应采用强触发脉冲。
VT2 RP
R C
一、对触发电路的要求
采用强触发脉冲的目的是：缩小晶闸管
注意：阳极加正向电压是指阳极电位高于阴极电位，阳极电位可
以是正也可以是负。门极正向电压是指门极电位高于阴极电位。
晶闸管关断条件：流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。 方法：可以通过降低晶闸管阳极－阴极间电压或增大主电路中的 电阻。
可控硅触发器原理
可控硅触发器原理可控硅触发器，又称为晶闸管，是一种半导体器件，具有双向导通特性。
它是由四层P-N结构组成的，具有三个引线，阳极、阴极和门极。
可控硅触发器的原理是基于P-N结和电流控制的特性，通过控制门极电流来实现对其导通和关断的控制。
在可控硅触发器的工作过程中，当门极电流大于一定的触发电流（也称为门极触发电流）时，可控硅触发器将导通，形成低阻态；当门极电流小于触发电流时，可控硅触发器将关断，形成高阻态。
这种通过门极电流来控制器件导通和关断的特性，使得可控硅触发器在电力控制和电能转换领域有着广泛的应用。
可控硅触发器具有很高的导通能力和耐压能力，能够承受较大的电流和电压，因此被广泛应用于各种电力控制设备中，如交流调压器、交流调速器、交流变频器等。
同时，可控硅触发器还具有响应速度快、动态特性好、寿命长等优点，使得它成为了电力控制领域中不可或缺的器件之一。
在实际的电路设计中，可控硅触发器的原理不仅仅是简单的导通和关断，还涉及到触发角、触发方式、触发电路等方面的内容。
触发角是指可控硅触发器在每个交流周期内的工作时间，它决定了器件的导通角度和导通时间，直接影响着电路的输出波形和性能。
触发方式有正半波触发、负半波触发和全波触发等多种方式，不同的触发方式适用于不同的电路需求。
触发电路则是指用来产生门极触发电流的电路，通常包括触发脉冲发生器、隔离放大器、触发变压器等部分。
总的来说，可控硅触发器是一种重要的电力控制器件，其原理基于P-N结和电流控制特性。
在实际应用中，需要根据具体的电路需求来选择合适的触发方式和触发电路，以实现对电力的有效控制和转换。
可控硅触发器的特点是导通能力强、耐压能力高、响应速度快、寿命长，因此在电力控制领域有着广泛的应用前景。
全控型器件的详细介绍
典型全控型器件的介绍班级学号 :姓名日期一．门极可关断晶闸管1.1门极可关断晶闸管的简介门极可关断晶闸管简称GTO,是一种全控型的晶闸管。
其主要特点为，当栅极加负向触发信号时晶闸管能自行关断，保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。
GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR），只是工作频纺比GTR低。
目前，GTO 已达到3000A、4500V的容量。
大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。
1.2门极可关断晶闸管的结构和工作原理GTO是PNPN四层半导体结构，外部引出阳极，阴极和门极，是多元件的功率集成器件，内部由许多的GTO元的阳极和门极并联在一起。
其工作原理可用双晶体管来分析P1N1P1和N1P2N2构成的两个晶体管V1,V2分别具有共基极电流增益α1和α2，普通的晶体管分析，α1+α2=1是器件的临界导电条件，当α1+α2>1时2，当α1+α2<1时不能维持饱和导通而关断。
1.3 GTO的驱动方式及频率当信号要求可关断晶闸管导通时，驱动电路提供上升率足够大的正栅极脉冲电流（其幅度视晶闸管容量不同在0.1到几安培范围内），其正栅极脉冲宽度应保证门极关断晶闸管可靠导通。
当信号要求门极关断晶闸管关断时，驱动电路提供上升率足够大的负栅极脉冲电流，脉冲幅度要求大于可关断晶闸管阳极电流的五分之一，脉冲宽度应大于可关断晶闸管的关断时间和尾部时间。
根据对驱动门极关断晶闸管的特性、容量、应用场合、电路电压、工作频率、可靠性要求和性价比等方面的不同要求，有多种形式的栅极驱动电路。
1.4存在的问题及其最新的发展GTO在使用中，导通时的管压降较大，增加了通态损耗。
对关断负脉冲的要求较高，门极触发电路需要严格设计，否则易在关断过程中烧毁管子。
门极电流应大于元件的擎住电流IL;正负触发脉冲其前沿要陡，后沿要平缓，中小功率电路上升沿小于0.5μs ，大功率电路小于1μs ；门极电路电阻要小，以减小脉冲源内阻由于多元集成，对制造工艺提出极高的要求，它要求必须保持所有GTO元特性一致，开通或关断速度不一致，会使GTO元因电流过大而损坏。
晶闸管的门极触发电路
晶闸管的门极触发电路在由晶闸管构成的整流电路中，晶闸管门极触发电路的作用通常是根据直流控制电压的大小决定触发角a的大小，从而起到调节整流输出电压的作用。
因为不同的触发角对应于不同的电源电压的相位，改变触发角即是移动触发脉冲所对应的相位，因此晶闸管的门极触发电路通常都是通过移相的方法来实现的。
<?XML:NAMESPACE PREFIX = O />垂直移相原理在晶闸管移相触发电路中，一般都把同步电压与直流控制电压叠加起来，用改变直流控制电压的大小来改变触发电路翻转的时刻，即触发脉冲的输出时刻，以达到移相的目的，这种移相方法称为垂直移相。
采用垂直移相时，其信号叠加的方法可以分为串联与并联两种，如图1（a）（b）所示。
图1串联垂直移相方法是将各信号的电压通过串联方式综合，从而作为晶体管的基极控制信号。
当串联信号电压过零时，晶体管状态翻转，这一瞬间就是产生触发，产的时刻。
因此触发时刻由同步信号与控制电压的交点决定，当控制电压垂直移动时，交点所对应的相位在水平变化，达到移相的目的。
如图1（c）所示。
在串联移相方法中，各输入信号相互影响较小，但要求各信号源的内阻要小，且各信号源必须是独立的，不能有公共接地点，因此实现起来比较麻烦。
并联垂直移相方法是对各信号的电流进行综合，实现比较方便。
但为了在调整时互不影响，信号源必须具有较大的内阻，因此要求输入信号有一定功率，以保证综合后的精度。
目前应用较普遍的是并联移相方式。
正弦波同步触发电路图2是常用的同步电压为正弦波的移相触发电路，一个周期能发出一个脉冲，适用于三相全控桥式电路，或用于大电感负载时的可控整流电路。
图2上图所示的同步电压为正弦波的触发移相电路共由四个环节组成：同步移相环节、脉冲形成环节、功率放大环节、脉冲输出环节。
同步移相环节的作用是使触发脉冲与主电路中各晶闸管的阳极电压建立一定的相位关系。
通过同步电压与直流控制电压的交点的改变决定不同的触发脉冲起始时刻。
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2) 锯齿波的形成和脉冲移相环节
锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电 路、恒流源电路等；本电路采用恒流源电路。
图3-2 同步信号为锯齿波的触发电路
恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成
V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路 8
当V2截止时，恒流源电流I1C对电容C2充电，所以C2两 端的电压uC为
3.1 门极电路的驱动控制·引言
3.1.1 门极触发信号的种类 1）直流信号 损耗增加 2）交流信号 温度变化和交流电压幅值变化
时，延迟角不稳定
3）脉冲信号 便于控制脉冲的出现时刻 ，降 低门极损耗。实现信号的同步传输。
1
3.1.2 晶闸管对触发电路的要求
1. 触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值， 并留有一定的裕量。
在V8集电极电路中。
6
当V4的基极电压uco=0时，V4截止。+E1电源通过R11提供 给V5一个足够大的基极电流，使V5饱和导通。所以V5集 电极电压接近于-E1，V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。 电源+E1经R9、V5的发射极到-E1对电容C3充电，充满后 电容两端电压接近2E1，极性如图所示。
up'
up
R8
R6 // R7 (R6 // R7 )
控制电压uco单独作用在V4基极时的电压 uc' 0为：
uc' 0
uc0
R7
R6 // R8 (R6 // R8 )
所以，
u
' p
仍为一条与up平行的直线，但绝对值比up小；uc'
0
仍为一条与uco平行的直线，但绝对值比uco小。
uc
I1Cdt
1 C
I1Ct
uC按线性增长,即ub3按线性增长。调节电位器RP2，可 以改变C2的恒定充电电流I1C。
当V2导通时，因R4很小所以C2迅速放电，使得ub3电位 迅速降到零伏附近。当V2周期性地导通和关断时，ub3 便形成一锯齿波。射极跟随器V3的作用是减小控制回 路电流对锯齿波电压ub3的影响。
大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路， 其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。
3
3.2同步信号为锯齿波的触发电路
输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同 时导通的电路），也可为单窄脉冲。 三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波 的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有 强触发和双窄脉冲形成环节。
V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电 压up三者叠加所定,它们分别通过电阻R6、R7、R8 与 V4基极连接。
9
根时的据电叠压加，原其理值，为先设uh为锯齿波电压ue3单独作用在基极
uh
ue3
R6
R7 // R8 (R7 // R8 )
所以uh仍为锯齿波，但斜率比ue3低。 同理，直流偏移电压up单独作用在V4基极时的电压 u'p为
晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发
脉冲起始相位来控制输出电压大小。 采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路 （第4章）。
相控电路的驱动控制
为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大
小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。 晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。
4
图3-1 同步信号为锯齿波的触发电路
5
3.2 同步信号为锯齿波的触发电路
R15
1) 脉冲形成环节
VD11~VD14
C7 + C6
+15V
220V 36V
VD15
B VD7 TP
VD8 +15V
V4、V5 —脉冲形成 V7、V8 — 脉冲放大 控制电压uco加在V4 基极上
VS R1
RP2
R3
V1 I1c V3R9 NhomakorabeaR11C3 A
VD4 R10
R6
R12
R14
R13
V5 C5
VD6 V7
R18 VD9 R16
TS R
VD1 VD2 Q
R4 V2
C2 R5
R7 R8
V4
R17
V6
C3
VD10
VD5
V8
uts
C1 R2
up
RP1
接封锁信号
uco -15V X Y -15V
图3-2 同步信号为锯齿波的触发电路
脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间 常数R11C3有关。 电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接
11
3) 同步环节
同步——要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相 同且相位关系确定。
锯齿波是由开关V2管来控制的。
V2开关的频率就是锯齿波的频率——由同步变压器所接的交流 电压决定。 V2由导通变截止期间产生锯齿波——锯齿波起点基本就是同步 电压由正变负的过零点。 V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度——取决于充电时间 常数R1C1。
当uco≥0.7V时，V4导通。A点电位从+E1突降到1V，由 于电容C3两端电压不能突变，所以V5基极电位也突降到2E1，V5基射极反偏置，V5立即截止。它的集电极电压由 -E1迅速上升到钳位电压2.1V时，使得V7、V8导通，输出 触发脉冲。
同时电容C3由+E1经R11、VD4、V4放电并反向充电，使 V5基极电位逐渐上升。直到V5基极电位ub5 >-E1，V5又重 新导通。这时V5集电极电压又立即降到-E1，使V7、V8截 止，输出脉冲终止。可见，脉冲前沿由V4导通时刻确定， 脉冲宽度由反向充电时间常数R11C3决定。
10
当V4不导通时，V4的基极b4的波形由 uh up' uc' o 确定。 当b4点电压等于0.7V后，V4导通。产生触发脉冲。改 变uco便可以改变脉冲产生时刻，脉冲被移相。加up的 目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。
以三相全控桥为例，当接反电势电感负载时，脉冲初 始相位应定在α=90 ；当uco=0时，调节up的大小使产 生脉冲的M点对应α=90 的位置。当uco为0，α=90 ， 则输出电压为0；如uco为正值，M点就向前移，控制角 α<90 ，处于整流工作状态；如uco为负值，M点就向 后移，控制角α>90 ，处于逆变状态。
2. 触发脉冲应满足要求的移相范围240°-300°。 3．触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步。 4．触发脉冲的应有足够的宽度，脉冲前沿陡度应大于
1A/us。 5．为满足三相全控桥的要求，触发电路应能输出双窄
脉冲或宽脉冲。 6．β 为min满限足制反。并联可逆电路的要求，触发电路应有αmin、
2
相控电路：