逆變器時序觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路

         在大功率直流-交流三相逆變電源系統(tǒng)中，為達到將直流逆變?yōu)槿�相交流電的目的，對可控硅組系列的觸發(fā)脈沖是有嚴格要求的。如：要求每只可控硅的導(dǎo)通角相等，以保持相與相之間的波形一致；觸發(fā)脈沖占空比為0．5，以保持波形的對稱性；觸發(fā)脈沖的時序相差為T／6（即60°），以保證其相位差為120°；觸發(fā)脈沖的波形為方波并有足夠的脈寬，以滿足大電流可控硅的觸發(fā)需要；以及觸發(fā)脈沖應(yīng)用隔離方式輸出，來實現(xiàn)可控硅的不同聯(lián)接方式等。

        鑒于對觸發(fā)脈沖的要求條件十分苛刻，一般的時序觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路都較復(fù)雜，可靠性也差，故采用時基電路555為核心組成的逆變時序觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路，不僅時序準確，工作可靠性高、功耗小，而且電路簡單、元件少、成本低，適于批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)。

      逆變時序觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路如圖39-17所示。

圖39-17

（1）電路組成

IC1時基電路組成50Hz方波發(fā)生器；

BG1、C2、D2形成線性鋸齒波；

IC2、IC3時基電路組成脈沖移相；

IC4、IC5時基電路組成脈沖展寬；

三極管BG2～BG7組成脈沖功率放大。

（2）工作原理

①50Hz方波發(fā)生器

          當(dāng)電容C1以τ1＝R1·C1速率充電，且充電電壓＜2／3電源電壓時，IC1處于置位狀態(tài)，其③腳輸出高電平；當(dāng)C1上的充電電壓上升到2／3電源電壓時，IC1由置位狀態(tài)轉(zhuǎn)為復(fù)位狀態(tài)，則③腳輸出低電平，電容C1經(jīng)IC1內(nèi)部的放電管，以τ＝R2·C1的速率放電。當(dāng)電容C1的放電電壓降至1／3電源電壓時，IC1又由復(fù)位狀態(tài)轉(zhuǎn)為置位狀態(tài)，開始周而復(fù)始地循環(huán)，IC1③腳便輸出與電源電壓高低無關(guān)的50Hz方波。

②鋸齒波的形成

         場效應(yīng)管BG1與電位器W組成恒流源，提供一個恒定的漏極電流，隨時間增加，電容C2上的充電電壓以K·t（斜率K＝漏極電流 C2）的直線規(guī)律上升。當(dāng)時間達到方波結(jié)束財，輸入電壓躍變?yōu)榱悖珻2又以K·T充的速率經(jīng)二極管D2和IC1內(nèi)部的RS觸發(fā)器迅速放電，使電容C2兩端形成與輸入脈沖寬度，頻率均相等的50Hz斜率為K的鋸齒波形。

③脈沖移相

        時基電路IC2、IC3為移相電路。其中IC2時基移相電路，其電源是取自穩(wěn)壓管D3、D4，穩(wěn)壓值為十10V。當(dāng)鋸齒波電壓＜2／3穩(wěn)壓值時，IC2處于置位狀態(tài)，③腳輸出高電平；當(dāng)鋸齒波電壓≥2／3穩(wěn)壓值時，IC2由置位狀態(tài)轉(zhuǎn)為復(fù)位狀態(tài)，③腳輸出低電平。

        對于IC3時基移相電路，電源電壓是取自穩(wěn)壓管D4，穩(wěn)壓值為十5V。當(dāng)鋸齒波電壓＜2／3穩(wěn)壓值時，IC3處于置位狀態(tài)，③腳輸出高電平；當(dāng)鋸齒波電壓≥2／3穩(wěn)壓值時，IC3由置位狀態(tài)轉(zhuǎn)為復(fù)位狀態(tài)，③腳輸出低電平。

       顯而易見，IC2的③腳輸出脈沖下降沿比IC3③腳輸出脈沖下降沿滯后T／6時間（相當(dāng)60°），而IC1③腳輸出脈沖下降沿又滯后IC2③腳輸出脈沖下降沿T／6時間，故完成三脈沖移相任務(wù)。

④脈沖展寬

        脈沖展寬，是為了實現(xiàn)每個系列脈沖串的寬度及占空比的一致性。IC2、IC3輸出的脈沖下降沿為后一級的觸發(fā)信號，使IC4、IC5輸出相應(yīng)的脈沖寬度，IC4、IC5時基電路均工作在單穩(wěn)狀態(tài)。

        對于IC5單穩(wěn)電路，當(dāng)鋸齒波電壓＜2／3穩(wěn)壓值時，由于電容C5不與IC5的②腳相連，③腳輸出高電平的時間里，IC5是處于復(fù)位狀態(tài)，而電容C5處于充電狀態(tài)時，則IC5的③腳輸出低電平。當(dāng)時間到達一定時刻時，輸出的脈沖產(chǎn)生負跳變，使IC5由復(fù)位轉(zhuǎn)為置位，③腳輸出高電平，電容C5以τ=R9·C5的速率充電，待C5上的充電電壓達到2／3電源電壓時，IC3又轉(zhuǎn)為復(fù)位狀態(tài)，③腳輸出低電平，達到脈沖展寬的目的。

       對于IC4單穩(wěn)電路，所不同的是IC4被置位的時間滯后T／6，IC4的②腳置位輸入端接的是分壓器R6、R7，以獲得與IC5一致的觸發(fā)脈沖幅度。

⑤脈沖功率放大及脈沖分配

      由圖39-17可知，U1與U4、U2與U5、U3與U6的正脈沖均是交替出現(xiàn)，利用這一規(guī)律，可以使三相脈沖變?yōu)?組功率放大的順序脈沖，使電路簡化。

        以IC1和三極管BG6、BG7電路為例：當(dāng)IC1③腳輸出高電平正脈沖時，三極管BG6反偏截止，BG7管正偏導(dǎo)通，其集電極電流以線性增大，經(jīng)脈沖變壓器互感耦合，在次級上輸出矩形脈沖；當(dāng)IC1的③腳為低電平輸出時，BG，管零偏截止，BG6管因發(fā)射極電位升高而導(dǎo)通，其集電極電流也以線性增大，經(jīng)脈沖變壓器在次級上輸出矩形脈沖。由此可見，BG6、BG7兩管交替地導(dǎo)通與截止，在次級上輸出的U4滯后U1180°。同理U5滯后U2180°，U6滯后U3180°，而輸入脈沖U2滯后U160°，U3滯后U460°，U6滯后U560°，完成整個系列觸發(fā)脈沖時序分配及脈沖功率放大的任務(wù)。

（3）元件作用

       電位器W，用來調(diào)整場效管恒流值，控制充電速度，確保可靠移相。

       電阻R4、R5，分別用來改變IC2、IC3的觸發(fā)靈敏度，以補償穩(wěn)壓管D3、D4的參數(shù)不一致性。

       二極管D5～D10，是用來吸收脈沖變壓器產(chǎn)生的反峰電壓，保護三極管BG2～BG7。

       二極管D11、D12，是用來降低BG2、BG4、BG6的發(fā)射極電位，以保證在輸入為高電平情況下可靠地截止。

        電容C6、C7，是確保在電源接通后，時基電路IC4、IC5工作在復(fù)位狀態(tài)。

       電容C3、C4，為電源去耦電容。

（4）元件選擇

      IC為時基集成電路，選用NE555或5G1555。

二極管D1、D2，選用反向電壓大于20V、反向電流小于20μA型的2AK2開關(guān)管。

D3、D4為穩(wěn)壓管，穩(wěn)壓值為5V，溫度系數(shù)小于士0．04％的2CW12。

電容C1、C2、C4、C5為CA型鉭電容，切記勿使用電解電容。

BG1為場效應(yīng)管，選用IDSS＞2mA的3DJ6F。

BG2、BG4、BG6選用ICBO＜10μA、β＞70、BVCEO≥20V的PNP型3CK系列中功率管。

BG3、BG5、BG7選用β＞70、BVCEO≥20V的PNP型中功率管3DG12A。

D11、D12為整流二極管，可選用最大整流電流300mA的2CP系列管。

        脈沖變壓器B的參數(shù)，由逆變可控硅最大觸發(fā)電流決定，對于100A以下的可控硅，可用XE8X16型鐵芯，初級繞組用φ0．2mm的漆包線繞150圈；次級繞組用φ0．38mm的漆包線繞75圈。

R1、R2、R8、R914．3kΩ

R3100ΩR4、R568kΩ

R6、R710kΩR10～R151kΩ

C1、C2、C4、C51μF

C3、C8220μFC6、C70．047μF

三相逆變電源可控硅序號圖如圖39-18所示。

圖39-18

逆變時序觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路的印刷電路如圖39-19所示。

圖39-19

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