电力电子技术单相半控桥式晶闸管整流电路的设计

武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书

3.2.2 驱动电路的设计

晶闸管门极触发信号由触发电路提供，由于晶闸管电路种类很多，如整流、逆变、交流调压、变频等；所带负载的性质也不相同，如电阻性负载、电阻—电感性负载、反电势负载等。尽管不同情况对触发电路的要求也不同，但是其基本的要求却是相同的，具体如下

（a）触发信号应有足够的功率

这些指标在产品样本中均已标明，由于晶闸管元件门极参数分散性大，且触发电压、电流手温度影响会发生变化。例如元件温度为1000C时触发电流、电压值比在室温时低2—3倍；元件温度为-400C时触发电流、电压值比在室温时高2—3倍；为了使元件在各种工作条件下都能可靠的触发，可参考元件出厂的实验数据或产品目录，设计触发电路的输出电压、电流值，并留有一定的裕量。一般可取两倍左右的触发电流裕量，而触发电压按触发电流的大小来决定，但是应注意不要超过晶闸管门极允许的峰值功率和平均功率极限值。

（b）触发脉冲信号应有一定的宽度

普通晶闸管的导通时间一般为6us，故触发脉冲的宽度至少应有6us以上，对于电感性负载，由于电感会抑制电流的上升，触发脉冲的宽度应该更大些，通常为0.5ms—1ms，否则在脉冲终止时主电路电流还未上升到晶闸管的擎住电流时，此时将使晶闸管无法导通而重新恢复关断状态。

单结晶体管原理单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，它是一种只有PN结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2。在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e。其符号和等效电如下图3.3所示。

图 3.3 单结晶体管的符号和等效电路图

结晶体管的特性

从图（a）可以看出，两基极b1和b2之间的电阻称为基极电阻。 Rbb=rb1+rb2

式中：Rb1——第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流ie而变化，rb2为第二

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基极与发射结之间的电阻，其数值与ie无关；发射结是PN结，与二极管等效。 若在两面三刀基极b2，b1间加上正电压Vbb，则A点电压为： VA=[rb1/（rb1+rb2）]vbb=（rb1/rbb）vbb=ηVbb

式中：η——称为分压比，其值一般在0.3—0.85之间，如果发射极电压VE由零逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，见图3.4

图 3.4 单结晶体管的伏安特性

（1）当Ve〈ηVbb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流Iceo。 （2）当Ve≥ηVbb+VD VD为二极管正向压降（约为0.7V），PN结正向导通，Ie显著增加，rb1阻值迅速减小，Ve相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，称为负阻特性。管子由截止区进入负阻区的临界P称为峰点，与其对应的发射极电压和电流，分别称为峰点电压Ip和峰点电流Ip。Ip是正向漏电流，它是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然Vp=ηVbb。

（3）随着发射极电流Ie的不断上升，Ve不断下降，降到V点后，Ve不再下降了，这点V称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压Vv和谷点电流Iv。

（4）过了V后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以uc继续增加时，ie便缓慢的上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果Ve〈Vv，管子重新截止。 单结晶体管的主要参数

（1）基极间电阻Rbb发射极开路时，基极b1，b2之间的电阻，一般为2-10千欧，其数值随温度的上升而增大。

（2）分压比η由管子内部结构决定的参数，一般为0.3--0.85。

（3）eb1间反向电压Vcb1 b2开路，在额定反向电压Vcb2下，基极b1与发射极e之间的反向耐压。

（4）反向电流Ieo b1开路，在额定反向电压Vcb2下，eb2间的反向电流。 （5）发射极饱和压降Veo在最大发射极额定电流时，eb1间的压降。

（6）峰点电流Ip单结晶体管刚开始导通时，发射极电压为峰点电压时的发射极电流。 单结晶体管电路如下图3.5所示，波形图如图3.6所示

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图 3.5 单结晶体管触发电路图

图 3.6 触发信号波形

3.3 保护电路

3.3.1 变压器二次侧熔断器

采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广泛的一种过电流保护措施。在选择快速熔断时应考虑：

（1） 电压等级应根据熔断后快速熔断实际承受的电压来确定。

（2） 电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联接形式确定。快速熔断一般与电

力半导体器件串联连接，在小容量装置中也可串联于阀侧交流母线或直流母线中。 （3） 快速熔断It值应小于被保护器件的允许It值。

（4） 为保护熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。

因为晶闸管的额定电流为10A，快速熔断器电流大于1.5倍的晶闸管额定电流，所以快速熔断器的熔断电流为15A。

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3.3.2 晶闸管保护电流

过流保护：当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；以及交流电源电压过高或高低；均能引起装置或其它元件的电流超过正常的工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进行适当的过流保护。其保护原理图如下图3.7所示。 过压保护：设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行过程中以及非正常运行中也有过电压出现。因此，必须对电力电子装置进行适当的过压保护。其保护原理图如下图3.8所示。

图 3.7 过流保护原理图

图 3.8 过压保护原理图

3.4 触发电路

晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲有如下要求 。

第一，触发信号可为直流、交流或脉冲电压。

第二，触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。

由晶闸管的门极伏安特性曲线可知，同一型号的晶闸管的门极伏安特性的分散性很

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