可控硅整流電路廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造工業(yè)和冶金工業(yè)中，它不僅要求電源的技術(shù)指標(biāo)高，還要求體積小、重量輕、可靠性高。如果采用可控硅(SCR)作為整流元件，可以通過控制門極觸發(fā)脈沖的時刻來控制輸出電壓的大小，這種整流稱為可控整流。目前由于SCR能承受的電壓，電流容量仍是目前器件中最高的，而且工作可靠，所以許多大容量場合仍大量使用SCR。

可控硅整流電路中的可控硅是由觸發(fā)電路提供觸發(fā)信號而導(dǎo)通的，觸發(fā)電路的工作性能直接影響著可控硅的工作。因此，觸發(fā)電路是可控硅電路可靠、有效工作的關(guān)鍵。

觸發(fā)電路主要采用兩種方法：采用分離元件設(shè)計(jì)的觸發(fā)電路存在各相電路分散性大、調(diào)試不方便、穩(wěn)定性和可靠性差等缺點(diǎn)；采用專門集成觸發(fā)電路芯片設(shè)計(jì)的觸發(fā)電路成本高，芯片的質(zhì)量難以保證。在此利用通用集成電路設(shè)計(jì)了一種簡約整流觸發(fā)電路，觸發(fā)三相橋式全控整流電路。

1 電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

整流電路的結(jié)構(gòu)如圖1所示。


1．1 同步移相電路

同步移相電路由鋸齒波發(fā)生器和電壓比較器組成。

同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的次級電壓控制鋸齒波的發(fā)生器中三極管的導(dǎo)通，從而保證了觸發(fā)脈沖和主電路電源同步。

鋸齒波與直流電平通過電壓比較器比較可得到寬度變化的矩形波。調(diào)節(jié)電壓比較器的輸入電壓即可改變輸出波形的前沿位置，從而達(dá)到了移相的目的。

該設(shè)計(jì)由LM311構(gòu)成電壓比較器。LM311在使用應(yīng)注意：電源由0．01μF的瓷片電容旁路；兩個輸入腳之間接一個100～1 000 pF的電容，以便產(chǎn)生更整齊的比較器輸出波形；短接管腳5和管腳6；為濾除和減弱輸出信號的震蕩，在比較器輸出端的上拉電阻兩端并接一個容量適當(dāng)?shù)碾娙?。如圖2所示。


1．2 寬脈沖的形成電路
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鎖相環(huán)與CD4017組成的6倍頻電路，是利用分頻器實(shí)現(xiàn)倍頻功能的電路，倍頻電路的輸出信號頻率是輸入信號頻率的6倍。電路原理圖如圖3所示。


6分頻器CD4017可輸出Q0～Q5六路間隔、脈寬都為60°的脈沖，通過或門關(guān)系可得到與之相對應(yīng)的6路信號，彼此間隔為60°，脈寬為120°的脈沖，波形圖如圖4所示。


觸發(fā)電路根據(jù)觸發(fā)脈沖的寬度有單寬觸發(fā)和雙窄觸發(fā)。實(shí)踐證明單寬觸發(fā)比雙窄觸發(fā)穩(wěn)定。

鎖相環(huán)入鎖時，具有“捕捉”信號的能力，可在某一范圍內(nèi)自動跟蹤輸入信號的變化。若電網(wǎng)頻率變化時，鎖相環(huán)會自動追蹤，增強(qiáng)了電路的可靠性。

1．3 脈沖列觸發(fā)原理

在觸發(fā)脈沖裝置中，單寬觸發(fā)一般用光耦隔離，脈沖寬度可得到保持，但光耦需獨(dú)立電源供電，增加了相應(yīng)的配套設(shè)備；雙窄觸發(fā)一般用脈沖變壓器隔離。若單寬用脈沖變壓器隔離，會出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象。為了避免過飽和現(xiàn)象，采用一高頻信號分別和寬脈沖相與，得出與之相對用的6組脈沖信號。

1．4 放大驅(qū)動電路

放大驅(qū)動電路是由三極管和脈沖變壓器組成。該電路的作用是對6組脈沖信號進(jìn)行放大隔離，得到具有足夠功率、可靠觸發(fā)可控硅的觸發(fā)信號。
2 與傳統(tǒng)整流電路的比較
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與傳統(tǒng)六脈波整流電路相比，此電路的復(fù)雜程度很低，如表1所示。


3 實(shí)驗(yàn)波形

圖5(a)的波形是同步移相電路中LM311的兩個輸入端的波形，調(diào)節(jié)同步移相電路的R3，得到波形較陡的鋸齒波；調(diào)節(jié)R7，可改變它第3腳的輸入電平，得到前沿位置的變化的矩形波，從而達(dá)到移相的目的，且頻率為工頻頻率50 Hz，如圖5(b)所示的信號線1。信號線1輸入到6倍頻電路中，可得到是對應(yīng)的倍頻波形，即圖5(b)所示的信號線2，它的頻率是300 Hz，是輸入信號1的6倍。



為了安全，采用峰值為40 V的三相交流電源進(jìn)行整流。當(dāng)三相橋式全控整流電路的負(fù)載是電阻時，可得到如圖6所示的整流波形，可發(fā)現(xiàn)每一個周期中整流輸出電壓波形都由6段線電壓組成。圖6(a)是控制角α=30°時的整流波形，最大值為40 V；圖6(b)是α=60°時的整流波形，此時整流輸出電壓仍連續(xù)。α=60°是整流輸出電壓連續(xù)和斷續(xù)的臨界點(diǎn)，當(dāng)α>60°時，整流輸出電壓斷續(xù)。圖6中示波器的參數(shù)：CH120．0 V，M5．00ms。

4 結(jié)語

該電路的核心是利用鎖相環(huán)的倍頻原理產(chǎn)生6組觸發(fā)信號。實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試少，元件少，故障少，成本低，經(jīng)濟(jì)效益高。若加以完善，會帶來很高的社會價值。

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