晶闸管移相触发集成电路TCA785使用

    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

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。