一种新型晶闸管阳极触发电路

熊　凯，许正望

（1. 武汉加多宝饮料有限公司，武汉430056； 2.湖北工业大学电气与电子工程学院，武汉430068）

一种新型晶闸管阳极触发电路

熊凯1，许正望2

（1. 武汉加多宝饮料有限公司，武汉430056； 2.湖北工业大学电气与电子工程学院，武汉430068）

针对晶闸管触发电路中脉冲变压器或隔离电源成本高、体积大的问题，参考传统阳极触发电路，提出一种以恒流二极管代替限流电阻的阳极触发驱动电路方案，分析证明新方案具有成本、体积和功耗方面的优点，但也有可能触发不够准确的缺点，该方案可应用于一些成本或体积敏感而触发要求不高的场合。

晶闸管阳极触发恒流二极管

0　引言

晶闸管具有电流容量大、耐冲击能力强等优点，尤其是目前国内晶闸管生产技术已经过关，因此作为半控器件的晶闸管在IGBT等全控器件的压力下仍占据了一定的市场份额。晶闸管在工作中需要对其门极施加触发才能导通，而触发激励需要一定的电压和一定的电流，触发脉冲的产生电路往往不具有足够的驱动能力，需要采用触发驱动电路来增加脉冲的驱动能力。

常采用的触发驱动电路以脉冲变压器隔离控制电路和主电路，并将触发脉冲信号耦合到输出端，这种电路具有触发可靠、适用范围广的优点，但脉冲变压器体积较大、成本较高，不太适用于在一些体积和/或成本敏感而性能要求不太高的系统中［1］。

若使用光纤或光耦隔离控制电路和主电路，则一般要求控制电路的电源和驱动电路的电源隔离，系统复杂度和体积、成本也较高［1］［2］。

1　普通阳极触发电路

为了避免脉冲变压器体积大、成本高的缺点，也避免使用隔离电源的麻烦，可以通过光耦将激励脉冲耦合到驱动电路输出端，而驱动脉冲的能量从晶闸管的阳极取得。这种驱动电路接在晶闸管的阳极和门极之间，不同于一般驱动电路接在晶闸管门极和阴极之间，因此被称作阳极触发电路，基本电路如图1所示［1，3］。

如图1，触发脉冲信号从电路左侧输入，当有触发脉冲时触发信号通过限流电阻R2在光耦的输入端D中建立电流，将触发信号耦合至输出端，使光敏三极管T导通，在晶闸管承受正向压降（即UA＞UB，或晶闸管的A端比K端电压高）的时候，UA通过限流电阻R1和光敏三极管T加到晶闸管的门极G上，从而在门极产生触发电流使晶闸管导通。

图1　普通阳极触发电路基本原理图

上述阳极触发电路具有无需脉冲变压器也不用隔离电源，体积较小、成本也较低。但电路中限流电阻R1的取值不好选择，过大则将导致晶闸管正向压降不够大时不能提供足够的驱动电流触发晶闸管，过小则将导致驱动电流过大引起晶闸管门极发热和限流电阻R1功耗过大的问题，下面以典型数据计算说明。

假设交流线电压为380 V有效值，晶闸管触发电流为5 mA，忽略三极管导通压降和晶闸管门极到阴极的压降，则

1） 若电阻R1=2 kΩ，

当线电压等于10 V时，如果有触发脉冲使三极管T导通，则通过R1的电流即晶闸管的门极电流则晶闸管触发导通，表明当线电压为10 V即可触发晶闸管，触发动作比较灵敏。但另外一个方面，若线电压上升到峰值380*1.414 V，则电阻R1上消耗的瞬时功率即使考虑晶闸管导通期间R1上基本不消耗功率，此瞬时功率也显得过大。除能量浪费外，R1需要使用大尺寸封装，还得考虑散热问题。

2） 若电阻R1=20 kΩ，

当线电压上升到峰值380*1.414 V时，电阻R1上消耗的瞬时功率

此瞬时功率较R1=2 kΩ时要小很多，考虑晶闸管导通期间R1上基本不消耗功率，则平均功率很小，R1只需要使用普通小尺寸封装即可，也不存在能量浪费和散热的问题。

但是另外一个方面，需要线电压等于100 V时，才能触发晶闸管。此时，如果有触发脉冲使三极管T导通，则通过R1的电流即晶闸管的门极电流：

则晶闸管触发导通，表明触发动作很不灵敏，在很多情况下有触发脉冲输出晶闸管也不一定导通。

根据上述数据分析可知，R1的取值存在一定问题，取值大则功耗小但触发不灵敏，取值小则触发灵敏但功耗大。

2　改进的阳极触发电路

根据上述分析，在阳极触发电路中使用大的限流电阻R1则电路触发灵敏度不高，在触发要求较高的场合不能满足要求，而使用较小的限流电阻会导致功耗过大的问题，使用电阻值可以变化的恒流二极管则可避免这个问题，恒流二极管的典型特性曲线如图2所示。

在电压较小的区间，流过恒流二极管的电流与电压成线性关系，且随着电压上升而较快的上升，恒流二极管呈现出比较小的固定电阻值；当电压上升到某个电压后，恒流二极管就呈现出阻值随电压变化而变化的特点，通过它的电流则保持恒定（如图2中较平的一段）；当电压超过一定极限后，则发生过压击穿，电流急剧上升［4］。

图2　恒流二极管特性曲线

使用恒流二极管取代限流电阻R1后的阳极触发电路，由于恒流二极管在低电压时表现出较小的电阻，使触发电路的灵敏性得到保证，而当电压增大到一定程度则电流被限制在一定值，相当于阻值随电压升高而变大，由于电流很小，其消耗的功率也很小，计算如下。

仍然同上假设交流线电压为380 V有效值，恒流二极管的恒流值为6 mA，其进入恒流的转换电压值为10 V，忽略三极管导通压降和晶闸管门极到阴极的压降，则

当线电压等于10 V时，通过恒流二极管的电流即达到6 mA，即已超过触发晶闸管导通所需的触发电流，表明电路的触发灵敏度很高；

当线电压达到峰值时，由于恒流二极管的电流一直维持在6 mA，包括恒流二极管在内整个回路上的消耗的功率仅为

该功率消耗比上述R1=20 kΩ时还要小很多，表明触发电路的功率消耗也有很大的改善。

3　结论

使用阻值随电压升高而升高的恒流二极管代替限流电阻后，阳极触发电路的灵敏度可以保持在比较高的程度，同时电路消耗功率则较原方案小很多。但是在线电压小于恒流二极管转折电压（如上述10 V）的情况下，即使有触发脉冲也不一定能够使晶闸管导通，触发的可靠性比传统使用脉冲变压器的方案要差一些，这种电路在一些触发可靠性要求不那么高的场合可以得到应用。

另外，目前恒流二极管的耐压值一般最高只有100 V，在线电压380 V的系统中需要使用至少6只100 V的恒流二极管串联，若考虑电网电压的波动则还需增加恒流二极管的数目。好在使用多个恒流二极管串联可以提高整体耐压值，而且这种串联不需要均压手段，非常方便，各个串联恒流二极管的耐压值之和即为整体的耐压值。

［1］ 延汇文，邱阿瑞，刘玉伟.晶闸管的光纤触发技术.电力电子技术，2003.

［2］ 宁志毫等. 一种用于中高压静止无功补偿的晶闸管光纤触发改进电路及其设计. 电力自动化设备，2010.

［3］ 周华，张琳.阳极电压触发的晶闸管三相电子开关［J］.电力电子技术，1998.

［4］ 张晓东.接线简便的恒流二极管［J］.无线电，2011，（10）：10-13.

A New Type of Thyristor Anode-trigger Circuit

Xiong Kai1，Xu Zhengwang2
（1. Wuhan Branch of Jiaduobao Beverage Co.，Ltd.，Wuhan 430056，China；2. School of Electrical and Electronic Engineering，Hubei University of technology，Wuhan 430068，China）

In thyristor triggering circuits, the pulse transistors or the isolating power sources are expensive and occupy a lot of room. Refer to traditional anode-trigger circuits, a new anode-trigger circuit is proposed, in which the current limiting resistor is replaced by a constant current diode. According to the analysis, the new design has advantages of lower cost, smaller bulk and lower dissipation. However, it has a shortcoming of not good triggering performance. The circuit can be used in some applications that the triggering performance is required highly from the cost and the size..

thyristor; anode trigger; constant current diode

TN342

A

1003-4862（2015）09-0008-03

2015-07-09

熊凯（1972-），男，工程师。研究方向：电气自动化设备。