熊　凱，許正望

（1. 武漢加多寶飲料有限公司，武漢430056； 2.湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，武漢430068）

一種新型晶閘管陽極觸發(fā)電路

熊凱1，許正望2

（1. 武漢加多寶飲料有限公司，武漢430056； 2.湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，武漢430068）

針對晶閘管觸發(fā)電路中脈沖變壓器或隔離電源成本高、體積大的問題，參考傳統(tǒng)陽極觸發(fā)電路，提出一種以恒流二極管代替限流電阻的陽極觸發(fā)驅(qū)動電路方案，分析證明新方案具有成本、體積和功耗方面的優(yōu)點，但也有可能觸發(fā)不夠準(zhǔn)確的缺點，該方案可應(yīng)用于一些成本或體積敏感而觸發(fā)要求不高的場合。

晶閘管陽極觸發(fā)恒流二極管

0　引言

晶閘管具有電流容量大、耐沖擊能力強等優(yōu)點，尤其是目前國內(nèi)晶閘管生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)過關(guān)，因此作為半控器件的晶閘管在IGBT等全控器件的壓力下仍占據(jù)了一定的市場份額。晶閘管在工作中需要對其門極施加觸發(fā)才能導(dǎo)通，而觸發(fā)激勵需要一定的電壓和一定的電流，觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生電路往往不具有足夠的驅(qū)動能力，需要采用觸發(fā)驅(qū)動電路來增加脈沖的驅(qū)動能力。

常采用的觸發(fā)驅(qū)動電路以脈沖變壓器隔離控制電路和主電路，并將觸發(fā)脈沖信號耦合到輸出端，這種電路具有觸發(fā)可靠、適用范圍廣的優(yōu)點，但脈沖變壓器體積較大、成本較高，不太適用于在一些體積和/或成本敏感而性能要求不太高的系統(tǒng)中［1］。

若使用光纖或光耦隔離控制電路和主電路，則一般要求控制電路的電源和驅(qū)動電路的電源隔離，系統(tǒng)復(fù)雜度和體積、成本也較高［1］［2］。

1　普通陽極觸發(fā)電路

為了避免脈沖變壓器體積大、成本高的缺點，也避免使用隔離電源的麻煩，可以通過光耦將激勵脈沖耦合到驅(qū)動電路輸出端，而驅(qū)動脈沖的能量從晶閘管的陽極取得。這種驅(qū)動電路接在晶閘管的陽極和門極之間，不同于一般驅(qū)動電路接在晶閘管門極和陰極之間，因此被稱作陽極觸發(fā)電路，基本電路如圖1所示［1，3］。

如圖1，觸發(fā)脈沖信號從電路左側(cè)輸入，當(dāng)有觸發(fā)脈沖時觸發(fā)信號通過限流電阻R2在光耦的輸入端D中建立電流，將觸發(fā)信號耦合至輸出端，使光敏三極管T導(dǎo)通，在晶閘管承受正向壓降（即UA＞UB，或晶閘管的A端比K端電壓高）的時候，UA通過限流電阻R1和光敏三極管T加到晶閘管的門極G上，從而在門極產(chǎn)生觸發(fā)電流使晶閘管導(dǎo)通。

圖1　普通陽極觸發(fā)電路基本原理圖

上述陽極觸發(fā)電路具有無需脈沖變壓器也不用隔離電源，體積較小、成本也較低。但電路中限流電阻R1的取值不好選擇，過大則將導(dǎo)致晶閘管正向壓降不夠大時不能提供足夠的驅(qū)動電流觸發(fā)晶閘管，過小則將導(dǎo)致驅(qū)動電流過大引起晶閘管門極發(fā)熱和限流電阻R1功耗過大的問題，下面以典型數(shù)據(jù)計算說明。

假設(shè)交流線電壓為380 V有效值，晶閘管觸發(fā)電流為5 mA，忽略三極管導(dǎo)通壓降和晶閘管門極到陰極的壓降，則

1） 若電阻R1=2 k?，

當(dāng)線電壓等于10 V時，如果有觸發(fā)脈沖使三極管T導(dǎo)通，則通過R1的電流即晶閘管的門極電流則晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，表明當(dāng)線電壓為10 V即可觸發(fā)晶閘管，觸發(fā)動作比較靈敏。但另外一個方面，若線電壓上升到峰值380*1.414 V，則電阻R1上消耗的瞬時功率即使考慮晶閘管導(dǎo)通期間R1上基本不消耗功率，此瞬時功率也顯得過大。除能量浪費外，R1需要使用大尺寸封裝，還得考慮散熱問題。

2） 若電阻R1=20 k?，

當(dāng)線電壓上升到峰值380*1.414 V時，電阻R1上消耗的瞬時功率

此瞬時功率較R1=2 k?時要小很多，考慮晶閘管導(dǎo)通期間R1上基本不消耗功率，則平均功率很小，R1只需要使用普通小尺寸封裝即可，也不存在能量浪費和散熱的問題。

但是另外一個方面，需要線電壓等于100 V時，才能觸發(fā)晶閘管。此時，如果有觸發(fā)脈沖使三極管T導(dǎo)通，則通過R1的電流即晶閘管的門極電流：

則晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，表明觸發(fā)動作很不靈敏，在很多情況下有觸發(fā)脈沖輸出晶閘管也不一定導(dǎo)通。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析可知，R1的取值存在一定問題，取值大則功耗小但觸發(fā)不靈敏，取值小則觸發(fā)靈敏但功耗大。

2　改進的陽極觸發(fā)電路

根據(jù)上述分析，在陽極觸發(fā)電路中使用大的限流電阻R1則電路觸發(fā)靈敏度不高，在觸發(fā)要求較高的場合不能滿足要求，而使用較小的限流電阻會導(dǎo)致功耗過大的問題，使用電阻值可以變化的恒流二極管則可避免這個問題，恒流二極管的典型特性曲線如圖2所示。

在電壓較小的區(qū)間，流過恒流二極管的電流與電壓成線性關(guān)系，且隨著電壓上升而較快的上升，恒流二極管呈現(xiàn)出比較小的固定電阻值；當(dāng)電壓上升到某個電壓后，恒流二極管就呈現(xiàn)出阻值隨電壓變化而變化的特點，通過它的電流則保持恒定（如圖2中較平的一段）；當(dāng)電壓超過一定極限后，則發(fā)生過壓擊穿，電流急劇上升［4］。

圖2　恒流二極管特性曲線

使用恒流二極管取代限流電阻R1后的陽極觸發(fā)電路，由于恒流二極管在低電壓時表現(xiàn)出較小的電阻，使觸發(fā)電路的靈敏性得到保證，而當(dāng)電壓增大到一定程度則電流被限制在一定值，相當(dāng)于阻值隨電壓升高而變大，由于電流很小，其消耗的功率也很小，計算如下。

仍然同上假設(shè)交流線電壓為380 V有效值，恒流二極管的恒流值為6 mA，其進入恒流的轉(zhuǎn)換電壓值為10 V，忽略三極管導(dǎo)通壓降和晶閘管門極到陰極的壓降，則

當(dāng)線電壓等于10 V時，通過恒流二極管的電流即達到6 mA，即已超過觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通所需的觸發(fā)電流，表明電路的觸發(fā)靈敏度很高；

當(dāng)線電壓達到峰值時，由于恒流二極管的電流一直維持在6 mA，包括恒流二極管在內(nèi)整個回路上的消耗的功率僅為

該功率消耗比上述R1=20 k?時還要小很多，表明觸發(fā)電路的功率消耗也有很大的改善。

3　結(jié)論

使用阻值隨電壓升高而升高的恒流二極管代替限流電阻后，陽極觸發(fā)電路的靈敏度可以保持在比較高的程度，同時電路消耗功率則較原方案小很多。但是在線電壓小于恒流二極管轉(zhuǎn)折電壓（如上述10 V）的情況下，即使有觸發(fā)脈沖也不一定能夠使晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)的可靠性比傳統(tǒng)使用脈沖變壓器的方案要差一些，這種電路在一些觸發(fā)可靠性要求不那么高的場合可以得到應(yīng)用。

另外，目前恒流二極管的耐壓值一般最高只有100 V，在線電壓380 V的系統(tǒng)中需要使用至少6只100 V的恒流二極管串聯(lián)，若考慮電網(wǎng)電壓的波動則還需增加恒流二極管的數(shù)目。好在使用多個恒流二極管串聯(lián)可以提高整體耐壓值，而且這種串聯(lián)不需要均壓手段，非常方便，各個串聯(lián)恒流二極管的耐壓值之和即為整體的耐壓值。

［1］ 延匯文，邱阿瑞，劉玉偉.晶閘管的光纖觸發(fā)技術(shù).電力電子技術(shù)，2003.

［2］ 寧志毫等. 一種用于中高壓靜止無功補償?shù)木чl管光纖觸發(fā)改進電路及其設(shè)計. 電力自動化設(shè)備，2010.

［3］ 周華，張琳.陽極電壓觸發(fā)的晶閘管三相電子開關(guān)［J］.電力電子技術(shù)，1998.

［4］ 張曉東.接線簡便的恒流二極管［J］.無線電，2011，（10）：10-13.

A New Type of Thyristor Anode-trigger Circuit

Xiong Kai1，Xu Zhengwang2
（1. Wuhan Branch of Jiaduobao Beverage Co.，Ltd.，Wuhan 430056，China；2. School of Electrical and Electronic Engineering，Hubei University of technology，Wuhan 430068，China）

In thyristor triggering circuits, the pulse transistors or the isolating power sources are expensive and occupy a lot of room. Refer to traditional anode-trigger circuits, a new anode-trigger circuit is proposed, in which the current limiting resistor is replaced by a constant current diode. According to the analysis, the new design has advantages of lower cost, smaller bulk and lower dissipation. However, it has a shortcoming of not good triggering performance. The circuit can be used in some applications that the triggering performance is required highly from the cost and the size..

thyristor; anode trigger; constant current diode

TN342

A

1003-4862（2015）09-0008-03

2015-07-09

熊凱（1972-），男，工程師。研究方向：電氣自動化設(shè)備。