２００７年第９卷第３期 总第８４期 巢湖学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｏｈｕ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｎｏ．３．，Ｖｏ１．９．２００７ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．８４ 可控硅触发电路的设计 芮长颖 （无锡职业技术学院， 江苏无锡 ２１４１２１） 摘 要：针对变频器在启动过程中用的短路继电器容易产生打火、拉弧的现象，及机械寿命 ９电气寿命有限的问题．本设计提出一套基于双向可控硅过零触发的可控硅整流电路代替 继电器的方案。 关键词：可控硅；继电器；过零触发；ｍｏｃ３０８３；ＲＣ吸收回路 中图分类号：ＴＭ１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—２８６８（２００７）０３—００７９—０４ １前言 传统的利用接触器一继电器控制的变频器原 理电路如图１。该图中的继电器ＫＭ触点是为了 变频器广泛应用于工业企业及民用电器设 备之中，其传统的控制电路为有触点控制．但有 触点设备在大功率系统的使用中存在打火、拉弧 的现象。致使触点轻则烧毛，重则熔接而损坏电 正常工作时短接启动过程中起限流作用的电阻 Ｒ。为了实现相同的功能．今将上述原理图改造为 如图２．该电路在启动之初由一个二极管整流桥 通过限流电阻给电容充电．当电容Ｃ的电压达到 路乃至整个设备．因而近年来工业大功率设备中 用无触点控制取代有触点控制已经成为一种趋 势。可控硅作为无触点开关能快速通断电路，不 存在电弧及噪声等现象，安全可靠，使用寿命长， 是进行无触点改造的理想元件．但是它在变频器 设备中的使用却一直没有被广泛推广．原因在于 变频器可控硅系统的特别要求：变频器中可控硅 不但要取代原有的接触器．还要承担整流的功 能，而且在可控硅之后，是一个电容量大的电容 器Ｃ。由于可控硅需要反向电流关断，而电容则 是电流超前的．致使在这个电路中的可控硅设备 定程度之后，控制系统启动可控硅系统．由可 我们也考虑过使用可控硅导通角控制．以控 控硅整流电路工作。 制整个充电过程。经过反复商讨和多次的实验． 最终放弃了这个方案。原因是多方面的：首先，在 实验中我们尝试了多种导通角控制电路．其中不 乏一些经典实用电路和现成的控制模块．但实际 情况却并不理想，经常在通电瞬间或者充电过程 中出现错误的全导通．致使外部断路器产生过流 而断开；其次，整体对比该控制电路和传统电阻 充电电路的成本，最终决定放弃使用导通角控制 电路，转而使用传统的电阻充电电路。 变得非常难以控制。 作者在无锡某工业自动化有限公司教科研 结合实践期间，与公司科研人员合作，对可控硅 触发电路在变频器设备中的应用做了探索。 收稿日期：２００７—０２—１９ 作者简介：芮长颖（１９７９一），女，天津人。无锡职业技术学院助教，南京航空航天大学机电学院研究生。研究方向：电 力电子技术应用。 ７９ 图１传统变频器主电路图 图２改进后的变频器主电路图 ２可控硅控制电路的基本要求 限度的实现全导通．使可控硅尽可能的像二极管 对可控硅控制电路最基本的要求是可靠性 样工作。 与稳定性。为了达到这一要求，控制电路应满足 ２（３）必须适应强电磁干扰的工作环境，供 如下条件： 电电压的纹波必须考虑得较大 ２（１）控制电路在通电之初必须能够确保可 ３电路组成与动作原理 控硅不会被错误地打开．以防止快速充电所形成 为了满足可控硅整流电路触发脉冲的基本要 的大电流导致外部的过流保护动作。 求，设计了如图３所示的触发电路。 ２（ｚ）控制电路在打开可控硅的时候应最大 图３双向可控硅过零触发电路 ３．１电路组成 的５Ｖ电压的输出 电路中采用的三端集成稳压 本套电路主要由稳压电源、信号处理、电流 器７（７８０５增强了电路对环境电压的适应能力． 放大以及过零触发光耦四部分组成。 为控制电路提供稳定可靠直流电源 ３．１．１稳压电源该稳压电源将交流电源电 ３．１．２信号处理该信号处理电路主要采用 压经变压、桥式整流、电容滤波后的不稳定直流 光电耦合器来实现强电与弱电的隔离 本方案中 电压加至７８０５的输入端（Ｖｉｎ）和公共端ＧＮＤ，于 采用的是ＴＬＰ５２１光电耦合器 在控制板发高电 是在输出端（ＯＵＴ）和公共端ＧＮＤ之间得到固定 平信号时（主控板信号接于图３中Ｈｅａｄｅｒ２的２ ８０ 脚，１脚接地），ＴＬＰ５２１中的发光二极管有电流而 发光．光敏三极管导通，ＣＴＲＬ处为高电平。该 要求的特点：光耦内使用双向可控硅作为输出， 能够提供很大的输出电流．足以满足可控硅的触 发电流要求：同时，ＭＯＣ３０８３具有过零触发的能 ＣＴＲＬ高电平信号送入控制电路。主控板送高电 平时．应使流过发光二极管的电流大于使光敏三 力．只在过零信号点附近输出触发脉冲，使得可 控硅尽可能的达到全导通的运行状态。 ３．２工作原理 极管导通的最小电流即上门限电流．保证光敏三 极管可靠地饱和导通：而当主控板送低电平时， 流过发光二极管的电流小于使光敏三极管截止 本套触发电路在变频器中由变频器主控板控 的最大允许电流即下门限电流．保证光敏三极管 可靠地截止 故在设计时应合理选择Ｒ２和Ｒ３ 制。当主控板发出高电平信号时，由光耦的隔离送 入可控硅控制电路内．经过ＵＬＮ２００３Ａ反相器放 的阻值 由于光电耦合器件的初级和次级之间没 有电路的直接联系．因而控制信号能准确地引入 控制电路而不带入任何电源干扰。 大电流后，使ＭＯＣ３０８３的２脚出现低电平．则 ＭＯＣ３０８３处于导通状态。此时．光耦的输出部分 处于工作状态．当每次交流信号过零点时．光耦都 将输出一个脉冲，用于触发可控硅，使其导通。当 收到低电平信号时．由于过零触发光耦没有电流 通过，处于关断状态，不会触发可控硅，这时可控 硅断开 为了满足电路的稳定性要求．就必须考虑到 电容的容性特征。为了防止电流过度超前于电 压，因此在可控硅之后安装一个电抗器．用于适 当抵消一定的电容影响。 ４测试部分 ３．１．３电流放大由于主控板信号经光电耦 合器后送入控制电路的电流很小．不足以驱动 ＭＯＣ３０８３过零触发光电耦合器．故在前级设置了 电流放大电路。此处选用ＵＬＮ２００３Ａ反相器．它 不仅可以起到放大电流的作用．而且当主控板发 高电平信号时．可将ＣＴＲＬ处的高电平信号反 向．使送入ＭＯＣ３０８３过零触发耦合２脚的信号 为低电平，从而使ＭＯＣ３０８３导通工作。 ３．１．４过零触发光耦ＭＯＣ３０８３过零触发光 电耦合器是本套方案中最重要的功能器件。触发 可控硅电路就是通过该过零触发光电耦合器来 实现的。该光耦拥有很多适用于可控硅控制电路 为了验证上述电路．我们作了一个小型的可 控硅开关模拟实验电路．对触发电路进行测 试．如图４。 ： — ｊ ＦＭ Ｚ ＵＯｂ Ｉ一 【 ］Ｒ Ｚ ｊ 万用表 ｊ — 图４可控硅开关模拟测试电路图 ４．１开通、关断测试如表１。 表１可控硅控制电路正常工作测试 项目 实验条件 实验过程 实验结果 结论 Ｕ＾Ｂ＝６Ｖ，２４Ｖ，１１０Ｖ单片 首先按下ＳＢ１使测试电 ＬＥＤ１～ＬＥＤ７发光．且万用 开通测试 机送低电平 路通电．同时给光耦发低 表读数分别为８．４Ｖ，３４Ｖ， 电平 １５４Ｖ 可控硅全开通 Ｕ＾Ｂ＝６Ｖ，２４Ｖ，１１０Ｖ单片 在可控硅开通的情况下同 ＬＥＤ１～ＵｌＤ７由发光转为 关断测试 机送高电平 时给光耦发高电平 熄灭．且万用表读数都为 ＯＶ 可控硅关断 ８１ 由此可见．可控硅在正常工作时能可靠的开 通和关断。 ２ｕ（１．５—２．０） Ｍ一三相电压的有效值 ４．２干扰测试通过上述实验我们可以看出， 该可控硅触发电路在正常工作时的抗干扰能力 很强。但是，晶闸管有一个重要的特性参数一断态 电压临界上升率ｄｖ，ｄｔ．若电压上升率超过可控硅 的电压临界上升率ｄｖ／ｄｔ的值，则会在无门极信 号的情况下开通，即造成误触发。此类问题多发 根据上述公式计算出的Ｒ、Ｃ参数应用于测 试电路： 表二可控硅控制电路干扰测试 实验条件 实验过程 实验数据 评价 单片机发低 电平．即 循环按下 品闸管整 生于电源的接通与断开的瞬间。为了电路电 压上升率过大，确保可控硅安全运行，我们在可 控硅两端并联ＲＣ阻容吸收电路。Ｒ、Ｃ的参数可 通过下列公式选择： 电容的选择： ｍｏｃ３０８３不工 ＳＢ１和ＳＢ２ 万用表读 流电路没 作．可控硅处 连续１０００ 数为零 于断开状态 次 有误动作 结论：在晶闸管两端并接ＲＣ吸收回路可以 较好地抑制ｄｖ／ｄｔ的干扰。 ５结束语 Ｃ＝（２．５－５）×１０＿ｓ× ，，＝０．３６７Ｉ￣ 厶一直流电流值 电阻的选择： Ｒ＝（（２－４）×５３５）／，， 此设计电路简单实用．克服了原有电路有电 弧、机械寿命与电气寿命较短的缺陷，而且无噪 声，速度快，可靠性高。大大减轻了体积与重量， 降低了成本 （１．５×（ ×２ ：厂ｃ） ｘｌ０ ×Ｒ）／２ ＴＨＥ ＤＥＳｌＧ Ｕ量’ＴＲＩＡＣ ＴＲＩＧＧＥＲＥＤ ＣＩＲＣＵＩＴ ＲＵＩ Ｃｈａｎｇ－ｙｉｎｇ （Ｗｕｘｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｘｉ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１４１２１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｓｐａｒｋ ａｎｄ ａｒｃ ｐｒｏｃｅｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｒｅｌａｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒ ａｕｐ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ，ａｎｄ ｐｒｏｌｏｎｇ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ａ ｔｒｉａｃ ｃｏｍｍｕｔｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｏｕｂｌｅ ｔｒｉａｃ ｚｅｒｏ－ｃｒｏｓｓ ｔｉｒｇｇｅｒｅｄ ｉｓ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｅｌａｙ Ｓ ｐｒｏｊｅｃｔ， ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒｉａｃ；ｒｅｌａｙ；ｚｅｒｏ—ｃｒｏｓｓ ｔｉｒｇｇｅｒｅｄ；ｍｏｃ３０８３；ＲＣ Ｓｏｂｂｉｎｇ Ｌｏｏｐ 责任编辑：宏彬 ８２
