TCA785移相控制芯片應用方法的改進

TCA785移相控制芯片應用方法的改進

摘要：TCA785是德國西門子公司生產(chǎn)的一種性能優(yōu)秀的移相控制芯片，該器件具有溫度適應范圍寬，對過零點的識別更加可靠，輸出脈沖的整齊度更好，移相范圍更寬等優(yōu)點，此外，由于TCA785的輸出脈沖寬度可以手動自由調節(jié)，因此，該器件可廣泛應用在晶閘管控制系統(tǒng)中。文章根據(jù)TCA785芯片的使用特點以及在逆變器實際運用中可能出現(xiàn)的一些問題，提出了一種改進的設計方法。

１　引言

目前大功率逆變電源的直流部分一般利用三相橋式整流方式來實現(xiàn)，可以采用全控或者不控方式。全控橋式整流主要通過改變晶閘管觸發(fā)相位的方法來調節(jié)直流母線電壓的高低，此時需要檢測三相交流電壓的相位以實現(xiàn)同步觸發(fā)，這通常必須使用專用的移相控制芯片實現(xiàn)。筆者在研制一臺三相工頻輸入、輸出為１１５Ｖ的３０ｋＶＡ艦用４００Ｈｚ中頻電源的可控整流部分時，采用ＴＣＡ７８５芯片成功地實現(xiàn)了三相整流橋的移相控制。

２　ＴＣＡ７８５移相控制芯片簡介

ＴＣＡ７８５是德國西門子（Ｓｉｅｍｅｎｓ）公司開發(fā)的第三代晶閘管單片移相觸發(fā)集成電路，與其它芯片相比，ＴＣＡ７８５具有溫度適用范圍寬，對過零點的識別更加可靠，輸出脈沖的整齊度更好，移相范圍更寬等優(yōu)點。另外，由于它輸出脈沖的寬度可手動自由調節(jié)，所以適用范圍更為廣泛。

ＴＣＡ７８５的基本引腳波形如圖１所示。其中５腳為外接同步信號端，用于檢測交流電壓過零點。１０腳為片內產(chǎn)生的同步鋸齒波，其斜坡最大及最小值由９、１０兩腳的外接電阻與電容決定。通過與１１腳的控制電壓相比較，在１５和１４腳可輸出同步的脈沖信號，因此，改變１１腳的控制電壓，就可以實現(xiàn)移相控制，脈沖的寬度則由１２腳外接電容值決定[1]，當選擇雙窄脈沖的驅動方式時，１２腳應接１５０ｐＦ電容。實際上，有幾十個微秒的脈沖寬度即可使晶閘管正常導通。

３ 使用ＴＣＡ７８５實現(xiàn)相控整流

實現(xiàn)三相橋式相控整流的一般方法是利用三相同步變壓器從電源進線端引入三路同步信號，這樣，將同步信號整形后分別輸?shù)饺�片ＴＣＡ７８５（編號為Ａ、Ｂ、Ｃ）的５腳，就能控制６只晶閘管，然后通過引腳復用即可實現(xiàn)雙窄脈沖方式驅動。雙窄脈沖方式由于驅動脈寬窄，因而可以有效地減小驅動用脈沖變壓器的體積，防止磁芯飽和[２]。該方法的主電路及同步變壓器如圖２所示，三片ＴＣＡ７８５芯片的引腳與所控制的晶閘管的對應關系如表１所列。晶閘管通過一個△／Ｙ型同步變壓器為ＴＣＡ７８５提供同步信號，當進線相序（如圖２所示）為正序Ａ、Ｂ、Ｃ時，同步變壓器的三個輸出端所對應的中性點的實際電壓向量為ＡＣ、ＢＡ、ＣＢ，將ＡＣ接至ＴＣＡ７８５（Ａ），ＢＡ接至ＴＣＡ７８５（Ｂ），ＣＢ接至ＴＣＡ７８５（Ｃ），即可實現(xiàn)正序輸入時晶閘管的同步驅動。現(xiàn)以Ｔ５～Ｔ１換流為例進行分析：Ｔ５至Ｔ１管自然換流點滯后于Ａ相由負到正過零點３０°，即ＴＣＡ７８５（Ａ）的１５腳輸出至少應該滯后于該過零點３０°，而電壓ＡＣ由負到正過零點正好滯后于Ａ相３０°，因而用ＡＣ作為ＴＣＡ７８５（Ａ）的同步信號就可以實現(xiàn)最大范圍的移相控制[３]。

表1 三片TAC785引腳及其對應的晶閘管

TCA785引腳晶閘管晶閘管785（A）15腳T1T6785（C）14腳T2T1785（B）15腳T3T2785（A）14腳T4T3785（C）15腳T5T4785（B）14腳T6T5

其它晶閘管的分析與此類似，即用相應的線電壓代替相電壓作為同步信號。圖３所示是一個周期的驅動時序。從Ａ相的自然換流點開始，上、下橋臂晶閘管驅動順序分別為：１→１→３→３→５→５→１和６→２→２→４→４→６→６。

４　ＴＣＡ７８５使用中出現(xiàn)的問題

４．１ 電源進線電壓的相序問題及解決方法

實驗發(fā)現(xiàn)，如果直接利用同步變壓器的輸出作為同步信號，只能在一種輸入相序（正序或者逆序）下工作，一旦輸入相序接法改變，整流就不能正常進行。當輸入相序為正序時，根據(jù)前述接線方法，可以使相控整流正常工作，但是當輸入相序變?yōu)槟嫘颍痢ⅲ谩ⅲ聲r，ＴＣＡ７８５（Ａ）的同步信號變?yōu)椋粒拢�ＴＣＡ７８５（Ｂ）的同步信號將變�(yōu)椋茫粒?IMG onmousewheel="return bbimg(this)" onclick=ImgClick(this) height=215 hspace=1 src="/Freepaper/UploadFiles_paper/200608/200682320135630.gif" width=347 align=right vspace=1 border=0 resized="0">ＴＣＡ７８５（Ｃ）的同步信號變?yōu)椋拢茫�而芯片的輸出與晶閘管的對應關系不變，于是，此時上、下橋臂晶閘管的驅動順序將分別變?yōu)椋海怠�５→３→３→１→１→５和６→４→４→２→２→６→６，而正確的驅動順序應當為：１→１→５→５→３→３→１和２→６→６→４→４→２→２。可見，實際的驅動順序比正確的驅動順序超前１２０°，此時運行就會出現(xiàn)故障。在實驗中發(fā)現(xiàn)，當輸入接成逆序時會出現(xiàn)一相進線沒有電流的情況，且裝置啟動時直流平波電抗器有振動，這在電源輸出功率過大時會損壞晶閘管。

實際上，由于三相全控橋式整

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