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晶闸管移相触发集成电路TCA785使用

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TCA785是德国西门子(Siemens)公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路,它是取代TCA780及TCA780D的更新换

晶闸管移相触发集成电路TCA785运用


TCA785是德国西门子(Siemens)公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路,它是替代TCA780及TCA780D的更新换代产品,其引脚摆放与TCA780、TCA780D和国产的KJ785完全相同,因而能够交换。现在,它在国内变流职业中已广泛运用。与原有的KJ系列或KC系列晶闸管移相触发电路比较,它对零点的辨认愈加牢靠,输出脉冲的规整度更好,而移相规模更宽,且因为它输出脉冲的宽度可人为自在调理,所以适用规模较广。
一、引脚摆放、各引脚的功用及用法
TCA785是双列直插式的16引脚大规模集成电路。它的引脚摆放如图1所示。







图1 TCA785的引脚摆放(脚朝下)



各引脚的称号、功用及用法如下:
引脚16(VS):电源端。运用中直接接用户为该集成电路作业供给的作业电源正端。
引脚1(OS):接地端。运用中与直流电源VS、同步电压VSYNC及移相操控信号V11的地端相衔接。
引脚4(Q1)和2(Q2):输出脉冲1与2的非端。该两头可输出宽度改动的脉冲信号,其相位互差180°,两路脉冲的宽度均受非脉冲宽度操控端引脚13(L)的操控。它们的高电平最高幅值为电源电压VS,答应最大负载电流为10mA。若该两头输出脉冲在体系中不用时,电路本身结构答应其开路。
引脚14(Q1)和15(Q2):输出脉冲1和2端。该两头也可输出宽度改动的脉冲,相位相同互差180°,脉冲宽度受它们的脉宽操控端引脚12(C12)的操控。两路脉冲输出高电平的最高幅值为VS。
引脚13(L):非输出脉冲宽度操控端。该端答应施加电平的规模为-0.5V~VS,当该端接地时,Q1、Q2为最宽脉冲输出,而当该端接电源电压VS时,Q1、Q2为最窄脉冲输出。
引脚12(C12):输出Q1、Q2脉宽操控端。运用中,经过一电容接地,电容C12的电容量规模为150~4700pF,当C12在150~1000pF规模内改动时,Q1、Q2输出脉冲的宽度亦在改动,该两头输出窄脉冲的最窄宽度为100μs,而输出宽脉冲的最宽宽度为2000μs。
引脚11(V11):输出脉冲Q1、Q2或Q1、Q2移相操控直流电压输入端。运用中,经过输入电阻接用户操控电路输出,当TCA785作业于50Hz,且本身作业电源电压Vs为15V时,则该电阻的典型值为15kΩ,移相操控电压V11的有用规模为0.2V~Vs-2V,当其在此规模内接连改动时,输出脉冲Q1、Q2及Q1,Q2的相位便在整个移相规模内改动,其触发脉冲呈现的时间为
trr=(V11R9C10)/(VREFK)
式中 R9、C10、VREF── 别离为衔接到TCA785引脚9的电阻、引脚10的电容及引脚8输出的基准电压
K── 常数
为下降搅扰,运用中引脚11经过0.1μF的电容接地,经过2.2μF的电容接正电源。
引脚10(C10):外接锯齿波电容衔接端。C10的有用规模为500pF~1μF。该电容的最小充电电流为10μA。最大充电电流为1mA,它的巨细受衔接于引脚9的电阻R9操控,C11两头锯齿波的最高峰值为VS-2V,其典型后沿下降时间为80μs。
引脚9(R9):锯齿波电阻衔接端。该端的电阻R9决议着C10的充电电流,其充电电流可按下式核算:
I10=VREFK/R9
衔接于引脚9的电阻亦决议了引脚10锯齿波电压起伏的凹凸,锯齿波幅值为: V10=VREFKt/(R9C10) 电阻R9的运用规模为3~300kΩ。
引脚8(VREF):TCA785本身输出的高安稳基准电压端。负载才能为驱动10块CMOS集成电路,跟着TCA785运用的作业电源电压VS及其输出脉冲频率的不同,VREF的改动规模为2.8~3.4V,当TCA785运用的作业电源电压为15V,输出脉冲频率为50Hz时,VREF的典型值为3.1V,如用户电路中不需求运用VREF,则该端能够开路。
引脚7(QZ)和3(QV):TCA785输出的两个逻辑脉冲信号端。其高电平脉冲幅值最大为VS-2V,高电平最大负载才能为10mA。QZ为窄脉冲信号,它的频率为输出脉冲Q2与Q1或Q1与Q2的两倍,是Q1与Q2或Q1与Q2的或信号,QV为宽脉冲信号,它的宽度为移相操控角φ+180°,它与Q1、Q2或Q1、Q2同步,频率与Q1、Q2或Q1、Q2相同,该两逻辑脉冲信号可用来供给给用户的操控电路作为同步信号或其它用处的信号,不用时可开路。
引脚6(I):脉冲信号制止端。该端的作用是封闭Q1、Q2及Q1、Q2的输出脉冲,该端一般经过阻值10kΩ的电阻接地或接正电源,答应施加的电压规模为-0.5V~VS,当该端经过电阻接地,且该端电压低于2.5V时,则封闭功用起作用,输出脉冲被封闭。而该端经过电阻接正电源,且该端电压高于4V时,则封闭功用不起作用。该端答应低电平最大灌电流为0.2mA,高电平最大拉电流为0.8mA。
引脚5(VSYNC):同步电压输入端。运用中需对地端接两个正反向并联的限幅二极管,该端汲取的电流为20~200μA,跟着该端与同步电源之间所接的电阻阻值的不同,同步电压能够取不同的值,当所接电阻为200kΩ时,同步电压可直接取~220V。



二、根本规划特色和极限参数


1.首要规划特色
TCA785的根本规划特色有:能牢靠地对同步沟通电源的过零点进行辨认,因而可方便地用作过零触发而构成零点开关;它具有宽的运用规模,可用来触发一般晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管及作为功率晶体管的操控脉冲,故可用于由这些电力电子器材组成的单管斩波、单相半波、半控桥、全控桥或三相半控、全控整流电路及单相或三相逆变体系或其它拓扑结构电路的变流体系;它的输入、输出与CMOS及TTL电平兼容,具有较宽的运用电压规模和较大的负载驱动才能,每路可直接输出250mA的驱动电流;其电路结构决议了本身锯齿波电压的规模较宽,对环境温度的习惯性较强,可运用于较宽的环境温度规模(-25~+85°C)和作业电源电压规模(-0.5~+18V)。
2.极限参数
(1)电源电压:+8~18V或±4~9V;
(2)移相电压规模:0.2V~VS-2V;
(3)输出脉冲最大宽度:180°;
(4)最高作业频率:10~500Hz;
(5)高电平脉冲负载电流:400mA;
(6)低电平答应最大灌电流:250mA;
(7)输出脉冲高、低电平幅值别离为VS和0.3V;
(8)同步电压随限流电阻不同可为恣意值;
(9)最高作业频率:10~500Hz;
(10)作业温度规模:军品 -55~+125℃ 工业品 -25~+85℃ 民品 0~+70℃



三、 典型运用举例


因为TCA785本身的优异功能,决议了它能够方便地用于主电路为单个晶闸管或晶体管,单相半控桥、全控桥和三相半控桥、全控桥及其它主电路办法的电力电子设备中触发晶闸管或晶体管,然后完成用户需求的控温、调压、直流调速、沟通调速及直流输电等意图。运用中应当留意TCA785的作业为负逻辑,即操控电压V11添加,输出脉冲的α角增大,相当于晶闸管的导通角减小。以其用于温控体系为例。
温度操控在电力电子技术范畴中有着广泛的运用,如晶闸管和晶体管等电力电子器材制作工艺中的分散、烧结,晶闸管出厂寿数测验的热疲惫、高温阻断试验等,都需求准确的温度操控。图2给出了TCA785用于这类体系中触发双向晶闸管来控温的详细电路图。


图中运用TCA785输出的Q1及Q2脉冲别离在沟通电源的正负半周来直接触发晶闸管,移相操控电压V11来自温度调理器TA的输出,TCA785本身的作业电源直接由电网电压半波整流滤波、稳压管稳压后得到。这种结构省去了惯例需求的操控变压器,使整个电路得以简化,温度反应运用温度传感器得到,故这种温控体系有较高的控温精度。




图2 TCA785在温度操控体系中的运用





TCA785移相操控芯片运用办法的改善

    摘要:TCA785是德国西门子公司出产的一种功能优异的移相操控芯片,该器材具有温度习惯规模宽,对过零点的辨认愈加牢靠,输出脉冲的规整度更好,移相规模更宽等长处,此外,因为TCA785的输出脉冲宽度能够手动自在调理,因而,该器材可广泛运用在晶闸管操控体系中。文章依据TCA785芯片的运用特色以及在逆变器实践运用中或许呈现的一些问题,提出了一种改善的规划办法。


    关键词:TCA785;移相操控芯片;晶闸管


1 导言


现在大功率逆变电源的直流部分一般运用三相桥式整流办法来完成,能够选用全控或许不控办法。全控桥式整流首要经过改动晶闸管触发相位的办法来调理直流母线电压的凹凸,


 


此刻需求检测三相沟通电压的相位以完成同步触发,这一般有必要运用专用的移相操控芯片完成。笔者在研发一台三相工频输入、输出为115V的30kVA舰用400Hz中频电源的可控整流部分时,选用TCA785芯片成功地完成了三相整流桥的移相操控。

2 TCA785移相操控芯片简介


TCA785是德国西门子(Siemens)公司开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路,与其它芯片比较,TCA785具有温度适用规模宽,对过零点的辨认愈加牢靠,输出脉冲的规整度更好,移相规模更宽等长处。别的,因为它输出脉冲的宽度可手动自在调理,所以适用规模更为广泛。


TCA785的根本引脚波形如图1所示。其间5脚为外接同步信号端,用于检测沟通电压过零点。10脚为片内发作的同步锯齿波,其斜坡最大及最小值由9、10两脚的外接电阻与电容决议。经过与11脚的操控电压比较较,在15和14脚可输出同步的脉冲信号,因而,改动11脚的操控电压,就能够完成移相操控,脉冲的宽度则由12脚外接电容值决议[1],当挑选双窄脉冲的驱动办法时,12脚应接150pF电容。实践上,有几十个微秒的脉冲宽度即可使晶闸管正常导通。

3 运用TCA785完成相控整流


完成三相桥式相控整流的一般办法是运用三相同步变压器从电源进线端引进三路同步信号,这样,将同步信号整形后别离输到三片TCA785(编号为A、B、C)的5脚,就能操控6只晶闸管,然后经过引脚复用即可完成双窄脉冲办法驱动。双窄脉冲办法因为驱动脉宽窄,因而能够有用地减小驱动用脉冲变压器的体积,避免磁芯饱满[2]。该办法的主电路及同步变压器如图2所示,三片TCA785芯片的引脚与所操控的晶闸管的对应联系如表1所列。晶闸管经过一个△/Y型同步变压器为TCA785供给同步信号,当进线相序(如图2所示)为正序A、B、C时,同步变压器的三个输出端所对应的中性点的实践电压向量为AC、BA、CB,将AC接至TCA785(A),BA接至TCA785(B),CB接至TCA785(C),即可完成正序输入时晶闸管的同步驱动。现以T5~T1换流为例进行剖析:T5至T1管天然换流点滞后于A相由负到正过零点30°,即TCA785(A)的15脚输出至少应该滞后于该过零点30°,而电压AC由负到正过零点正好滞后于A相30°,因而用AC作为TCA785(A)的同步信号就能够完成最大规模的移相操控[3]。

表1 三片TAC785引脚及其对应的晶闸管

TCA785引脚晶闸管晶闸管
785(A)15脚T1T6
785(C)14脚T2T1
785(B)15脚T3T2
785(A)14脚T4T3
785(C)15脚T5T4
785(B)14脚T6T5

其它晶闸管的剖析与此相似,即用相应的线电压替代相电压作为同步信号。图3所示是一个周期的驱动时序。从A相的天然换流点开端,上、下桥臂晶闸管驱动次序别离为:1→1→3→3→5→5→1和6→2→2→4→4→6→6。

4 TCA785运用中呈现的问题


4.1 电源进线电压的相序问题及处理办法


试验发现,假如直接运用同步变压器的输出作为同步信号,只能在一种输入相序(正序或许逆序)下作业,一旦输入相序接法改动,整流就不能正常进行。当输入相序为正序时,依据前述接线办法,能够使相控整流正常作业,可是当输入相序变为逆序A、C、B时,TCA785(A)的同步信号变为AB,TCA785(B)的同步信号将变为CA,TCA785(C)的同步信号变为BC,而芯片的输出与晶闸管的对应联系不变,所以,此刻上、下桥臂晶闸管的驱动次序将别离变为:5→5→3→3→1→1→5和6→4→4→2→2→6→6,而正确的驱动次序应当为:1→1→5→5→3→3→1和2→6→6→4→4→2→2。可见,实践的驱动次序比正确的驱动次序超前120°,此刻运转就会呈现毛病。在试验中发现,当输入接成逆序时会呈现一相进线没有电流的状况,且设备启动时直流平波电抗器有振荡,这在电源输出功率过大时会损坏晶闸管。


实践上,因为三相全控桥式整流各管能够交换,因而经过改善同步信号获取电路即可做到整流与输入相序无关,然后避免了相序接错损坏晶闸管的问题,一起还可进步调试功率。经过剖析发现,当输入为逆序时,接到TCA785(A)上的同步信号应该是BC,而接到TCA785(B)上的同步信号应该是AB,TCA785(C)上的同步信号应该是CA,这正比如实践超前了120°,因而,假如将同步变压器副方与TCA785衔接改为图4所示电路,并经过6个常开节点的直流继电器将同步变压器与3个TCA785的同步输入端相衔接,3个标为J1的继电器为一组,3个标为J2的继电器为一组,每组继电器一起翻开或许一起闭合。那么,完成任何输入相序下整流操控电路触发脉冲的正确次序就只需求使J1与J2组中相位滞后120°的那一组导通来供给同步信号即可。


运用单稳态触发器74121和D触发器能够构成相位辨别与驱动电路[4],其电路衔接办法如图5所示,图中,接到TCA785(A)上的两个继电器J1和J2的输入端在经过削波、整形后可得到同步信号V1 和V2,这能够经过运算放大器完成。该检测电路各电压波形如图6所示。能够看出,假如用D触发器的Q端驱动J1组继电器,而用Q非端驱动J2组继电器,就能够使TCA785得到正确的同步信号。应当留意的是:规划时要恰当挑选74121芯片的Rext和Cext外接电阻电容的参数,以使74121Q1非引脚低电平状况持续时间小于D触发器的D输入引脚的持续时间,一起应小于同步信号周期的1/6。


由此可见,经过运用继电器挑选正确的同步信号,能够完成整流相序的无关性。


4.2 TCA785的过零点振荡问题及处理办法


三相全控桥式整流进线电流是一种不接连的兔耳状尖峰电流。当电源阻性负载较重(阻性电流大于150A)时,因为需求很多的有功功率,因而该尖峰电流峰值较大(如本设备尖峰电流峰值到达120A)。尖峰电流在电源进线电阻上会发作必定的压降。该电流发作的压降与输入正弦波叠加后送到同步变压器输入端,可作为同步信号供给给TCA785芯片。试验发现,该叠加电压在过零点邻近存在颤动现象。因为TCA785对过零点检测极为活络,然后导致芯片第10脚锯齿波斜边也发作颤动,这样,由输出反应到11脚的操控电压即便没有改动,TCA785输出的驱动脉冲也会存在移相,引起的结果是进线电流峰值改动很大,然后在直流平波电抗器上引起激烈的振荡,乃至对电网形成冲击。处理的办法是在进线处加上3个电感滤波,以滑润进线电流,滤除谐波。本设备取75μH左右的电感,而同步信号仍然从电网侧获取。试验证明:该设备会使电流振荡现象消失。


4.3 同步信号的整形


从同步变压器过来的信号都是正弦信号,因为TCA785是运用检测过零点的原理来完成同步的,因而,假如正弦波的幅值过小,那么,就不能供给明晰的过零点,一起,电磁搅扰也或许导致过零点检测过错,可是,正弦波的幅值过大又会超越芯片的同步电压输入规模,所以应当将同步信号整形成方波,详细的整形电路如图7所示。


图7电路首要是经过68kΩ电阻完成限流分压的,并运用D1、D2反并限幅(管压降为1V左右)将以正弦波变为方波。本电源中,同步变压器的变比为5.1/1,副边电压为75V,副边电压之所以选得较高,是因为正弦波幅值越高,过零点处的斜率越大,二极管导通越敏捷,输出越挨近抱负方波。但滤波电容C1不行过大,不然会引起同步信号相位的偏移。

5 结束语


本文剖析了大功率中频电源的三相全控桥式整流电路中的一些实践问题,在该中频电源中,逆变环节选用的是电压型二重化叠加办法,因而,在运用整流环节完成调压时,该环节的安稳作业极为重要。经过试验验证,经过本文所介绍的改善办法,其间频电源作业正常,到达了预订目标。


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