CN109150145A - 一种晶闸管门极恒流驱动电路 - Google Patents

一种晶闸管门极恒流驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种晶闸管门极恒流驱动电路，属于驱动电路技术领域，解决了现有晶闸管驱动电路中晶闸管的触发电流不可控的问题。包括：隔离脉冲变压器的正边两端与脉冲信号源相连，副边的一端与恒流控制电路的一端相连，另一端与三极管驱动电路的一端、晶闸管的阴极相连；恒流控制电路的另一端与三极管的发射相连；三极管驱动电路的另一端与三极管的基极相连；三极管的集电极与所述晶闸管的门极相连；晶闸管的阳极与阴极分别与主回路相连。该电路形式新颖，结构简单，成本低，可以保持晶闸管门极驱动电流恒定，不受变压器副边输出电压大小或由晶闸管开关等高压带来的干扰的影响，增强了驱动电路的稳定性和可靠性。

Description

一种晶闸管门极恒流驱动电路
技术领域
本发明涉及驱动电路技术领域，尤其涉及一种晶闸管门极恒流驱动电路。
背景技术
晶闸管是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，并且其工作过程可以控制，被广泛用于可控整流、交流调压、电子开关、逆变及变频等电路中，是典型的小电流控制大电流的设备。
晶闸管在工作过程中，阳极(A)和阴极(K)与电源和负载连接，组成主电路；门极(G)和阴极(K)与驱动电路连接，组成控制电路。在门极电压为正，且本身承受正电压时，晶闸管进入导通状态；若承受电压一直为正，则晶闸管一直导通，直到主电路电压或电流减小到零时关断，因此门极只起到触发作用。
常用的一种晶闸管触发电路如图1所示，其工作原理是：由控制电路送来的脉冲信号经三极管Q4、Q5放大后送到变压器T2的一次绕组，二次绕组感应到的脉冲信号经二极管V5和电阻R6送达送晶闸管Q3的门极，控制晶闸管导通。常用晶闸管驱动电路基本满足晶闸管触发的需求，但是无法精确控制晶闸管的触发电流。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种晶闸管门极恒流驱动电路，用以解决现有晶闸管驱动电路中晶闸管的触发电流不可控的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
提供了一种晶闸管门极恒流驱动电路，包括：隔离脉冲变压器、三极管、三极管驱动电路、恒流控制电路；
所述隔离脉冲变压器的正边两端与脉冲信号源相连，副边的一端与所述恒流控制电路的一端相连，另一端与所述三极管驱动电路的一端、晶闸管的阴极相连；
所述恒流控制电路的另一端与所述三极管的发射极相连；
所述三极管驱动电路的另一端与所述三极管的基极相连；
所述三极管的集电极与所述晶闸管的门极相连；
所述晶闸管的阳极与阴极分别与主回路相连。
本发明有益效果如下：
本发明电路形式新颖，结构简单，成本低，电路中使用高频脉冲隔离变压器进行电气隔离；可以保持晶闸管门极驱动电流恒定，不受变压器副边输出电压大小或由晶闸管开关等高压带来的干扰的影响，增强了驱动电路的稳定性和可靠性。该电路可以满足小功率晶闸管触发和驱动的需求，可以运用到各类电气设备中，具有很强的适用性及经济性优点。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
进一步，还包括：三极管保护电路，所述三极管保护电路的一端与三极管的基极相连，另一端与三极管的发射极相连。
采用上述进一步方案的有益效果是：保护三极管Q1的驱动不承受反压。
进一步，还包括：整流电路，所述整流电路的两端分别与所述隔离脉冲变压器的副边的一端、所述恒流控制电路的一端相连。
采用上述进一步方案的有益效果是：避免了电路中电流不稳定带来的干扰。
进一步，所述恒流控制电路包括：第二二极管、第四二极管、第一电阻；所述第二二极管的正极与所述整流电路的一端、第一电阻的一端相连，负极与所述第四二极管的正极相连，所述第四二极管的负极与所述三极管的基极相连；所述第一电阻的另一端与所述三极管的发射极相连。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过使用通用二极管搭建了恒流控制电路，栅极触发电流可准确计算，电路结构小巧，恒流控制方便稳定。
进一步，所述三极管驱动电路，包括：第二电阻，所述第二电阻的一端与所述三极管的基极相连，另一端与所述晶闸管的阴极相连。
进一步，所述三极管保护电路，包括：第三二极管，所述第三二极管的正极与所述三极管的基极相连，负极与所述三极管的发射极相连。
进一步，所述三极管保护电路，包括：稳压二极管、限流电阻；所述稳压二极管的正极与所述三极管的基极相连，负极与所述限流电阻的一端相连；所述限流电阻的另一端与所述三极管的发射极相连。
进一步，所述整流电路,包括整流二极管，所述整流二极管的正极与所述隔离脉冲变压器T1副边的正端相连；负极与所述第二二极管的正极相连。
进一步，所述隔离脉冲变压器T1的正边两端，经过信号放大电路与脉冲信号源相连。
采用上述进一步方案的有益效果是：经过信号放大电路，增强脉冲信号，以便更好的驱动晶闸管。
进一步，所述第一电阻的阻值为：
式中，IQ为晶闸管的门极设置电流；VF1、VF2分别为第二二极管、第四二极管的导通压降，VBE(SAT)为三极管的饱和压降。
采用上述进一步方案的有益效果是：当晶闸管型号确定后，即可求取电路中第一电阻的阻值，无需其他复杂计算，方便易操作，适用性强。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为传统晶闸管触发电路图；
图2为本发明实施例中晶闸管门极恒流驱动电路结构图；
图3为本发明实施例中晶闸管门极恒流驱动电路原理图；
图4为本发明实施例中晶闸管门极恒流控制电路原理图。
附图标记：T1-隔离脉冲变压器、R1-第一电阻、R2-第二电阻、R3-第三电阻、R4-第四电阻、R5-第五电阻、R6-第六电阻、R7-第七电阻、R8-第八电阻、V1-整流二极管、V2-第二二极管、V3-第三二极管、V4-第四二极管、V5-第五二极管、V6-第六二极管、Q1-第一三极管、Q2-第一晶闸管、Q3-第二晶闸管、Q4-第二三极管、Q5-第三三极管、Q6-第四三极管、Q7-第五三极管。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，公开了一种晶闸管门极恒流驱动电路，如图2所示，包括：隔离脉冲变压器T1、三极管Q1、三极管驱动电路、恒流控制电路；
隔离脉冲变压器的正边两端与脉冲信号源相连，副边的一端与恒流控制电路的一端相连，另一端与三极管驱动电路的一端、晶闸管的阴极相连；
恒流控制电路的另一端与三极管的发射极(E)相连；
三极管驱动电路的另一端与三极管的基极(B)相连；
三极管的集电极(C)与晶闸管的门极(G)相连；
晶闸管的阳极(A)与阴极(K)分别与主回路相连。
与现有技术相比，本实施例提供的晶闸管门极恒流驱动电路。电路形式新颖，结构简单，成本低，电路中使用高频脉冲隔离变压器进行电气隔离；可以保持晶闸管门极驱动电流恒定，不受变压器副边输出电压大小或由晶闸管开关等高压带来的干扰的影响，增强了驱动电路的稳定性和可靠性。该电路可以满足小功率晶闸管触发和驱动的需求，可以运用到各类电气设备中，具有很强的适用性及经济性优点。
具体地，隔离脉冲变压器为开关电源所用高频变压器，由骨架、磁芯、线圈和绝缘材料等组成，在隔离脉冲变压器T1的正边两端，可以经过信号放大电路与脉冲信号源相连。
三极管为PNP型三极管，可以选用MMBT2907A等低压三极管，驱动电流由晶闸管驱动电流大小确定；本实施例通过使用1个三极管代替现有复杂的恒流源电路，即可满足实际使用需求，节约成本，稳定性更强；
恒流控制电路包括：第二二极管V2、第四二极管V4、第一电阻R1；第二二极管V2的正极与整流电路的一端、第一电阻R1的一端相连，负极与第四二极管V4的正极相连，第四二极管V4的负极与三极管的基极相连；第一电阻R1的另一端与三极管的发射极相连。通过使用通用二极管搭建了恒流控制电路，栅极触发电流可准确计算，电路结构小巧，恒流控制方便稳定。优选的，二极管V2、V4均为1N4148。
三极管驱动电路，包括：第二电阻R2，第二电阻R2的一端与三极管的基极相连，另一端与晶闸管的阴极相连。
为了保护三极管Q1的驱动不承受反压，该电路还包括三极管保护电路，三极管保护电路的一端与三极管的基极相连，另一端与三极管的发射极相连。示例性的，包括：第三二极管V3，第三二极管V3的正极与三极管的基极相连，负极与所述三极管的发射极相连；优选的，采用1N4148等通用二极管。示例性的，三极管保护电路还可使用一个稳压管和一个限流电阻串联的方式进行，具体地，包括：稳压二极管、限流电阻；稳压二极管的正极与三极管的基极相连，负极与限流电阻的一端相连；限流电阻的另一端与三极管的发射极相连。
考虑到脉冲信号经过变压器后电路中电流不稳定带来的干扰，本发明中驱动电路还包括：整流电路，整流电路的两端分别与隔离脉冲变压器的副边的一端、恒流控制电路的一端相连。示例性的，可以采用整流二极管，整流二极管的正极与所述隔离脉冲变压器T1副边的正端相连；负极与第二二极管V2的正极相连；优选的，整流二极管可使用S100等肖特基二极管。
本实施例中驱动电路中流入晶闸管门极的电流IQ为：
其中VF1、VF2分别为第二二极管V2、第四二极管V4的导通压降，VBE(SAT)为三极管Q1的饱和压降，R1为第一电阻R1的阻值。
实施时，晶闸管触发脉冲信号经变压器原边调制后输送到副边绕组，产生驱动电压；驱动电压经第一二极管V1和第一电阻R1、第二电阻R2加到三极管Q1的基极，三极管Q1进入导通状态，电流经整流二极管V1、第一电阻R1、三极管Q1的发射极(E)和集电极(C)流入晶闸管Q2的门极(G)，此时若晶闸管主电路承受正压，则晶闸管进入导通状态。第二二极管V2和第四二极管V4限制了晶闸管的驱动电流。此发明电路流入晶闸管门极的电流一定，大小由上述公式计算求取，不受变压器副边输出电压大小或由晶闸管开关等高压带来的干扰的影响。
本发明的电路形式新颖，结构简单，成本低，可以满足小功率晶闸管(优选的，电压在1200V以下，电流在100A以下)触发和驱动的需求，可以运用到各类电气设备中。当晶闸管型号确定后，即可计算出电路的元器件具体参数。
示例性的，如晶闸管使用VISHAY公司的VS-40TPS12LHM3，其耐压为1200V，额定电流35A，门极触发电流150mA，设置电流为200mA；三极管选用MMBT2907A，由手册查出200mA电流时的VBE(SAT)值为1.3V，则由式1计算出所用电阻为(第二二极管V2、第四二极管V4使用1N4148)：
第一电阻R1的功率为：
保留2～4倍裕量，选取功率为0.5W的电阻即可。电阻R2的阻值可以根据三极管的门极电流及隔离脉冲变压器T1副边的电压获取。
需要说明的是，本实施例中，对晶闸管的恒流控制还可以通过采用另一恒流源电路进行，优选的，采用双三极管构成的恒流源电路，如图4所示；包括：隔离脉冲变压器T1、第七电阻R7、第八电阻R8、第六二极管V6、第一晶闸管Q2、第四三极管Q6、第五三极管Q7；其中，隔离脉冲变压器T1副边一端与第六二极管V6的正极相连，第六二极管V6的负极与第五三极管Q7的集电极相连，第五三极管Q7的发射极与第七电阻R7的一端、第四三极管Q6的基极相连，第五三极管Q7的基极于第四三极管Q6的集电极、第八电阻R8的一端相连；第七电阻R7的另一端与晶闸管Q2的门极相连；第四三极管Q6的发射极与晶闸管Q2的阴极相连；第八电阻R8的另一端与隔离脉冲变压器T1副边的另一端相连。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶闸管门极恒流驱动电路，其特征在于，包括：隔离脉冲变压器、三极管、三极管驱动电路、恒流控制电路；
所述隔离脉冲变压器的正边两端与脉冲信号源相连，副边的一端与所述恒流控制电路的一端相连，另一端与所述三极管驱动电路的一端、晶闸管的阴极相连；
所述恒流控制电路的另一端与所述三极管的发射极相连；
所述三极管驱动电路的另一端与所述三极管的基极相连；
所述三极管的集电极与所述晶闸管的门极相连；
所述晶闸管的阳极与阴极分别与主回路相连。
2.根据权利要求1所述的晶闸管门极恒流驱动电路，其特征在于，还包括：三极管保护电路，所述三极管保护电路的一端与三极管的基极相连，另一端与三极管的发射极相连。
3.根据权利要求2所述的晶闸管门极恒流驱动电路，其特征在于，还包括：整流电路，所述整流电路的两端分别与所述隔离脉冲变压器的副边的一端、所述恒流控制电路的一端相连。
4.根据权利要求3所述的晶闸管门极恒流驱动电路，其特征在于，所述恒流控制电路包括：第二二极管、第四二极管、第一电阻；所述第二二极管的正极与所述整流电路的一端、第一电阻的一端相连，负极与所述第四二极管的正极相连，所述第四二极管的负极与所述三极管的基极相连；所述第一电阻的另一端与所述三极管的发射极相连。
5.根据权利要求4所述的晶闸管门极恒流驱动电路，其特征在于，所述三极管驱动电路，包括：第二电阻，所述第二电阻的一端与所述三极管的基极相连，另一端与所述晶闸管的阴极相连。
6.根据权利要求5所述的晶闸管门极恒流驱动电路，其特征在于，所述三极管保护电路，包括：第三二极管，所述第三二极管的正极与所述三极管的基极相连，负极与所述三极管的发射极相连。
7.根据权利要求5所述的晶闸管门极恒流驱动电路，其特征在于，所述三极管保护电路，包括：稳压二极管、限流电阻；所述稳压二极管的正极与所述三极管的基极相连，负极与所述限流电阻的一端相连；所述限流电阻的另一端与所述三极管的发射极相连。
8.根据权利要求7所述的晶闸管门极恒流驱动电路，其特征在于，所述整流电路,包括整流二极管，所述整流二极管的正极与所述隔离脉冲变压器T1副边的正端相连；负极与所述第二二极管的正极相连。
9.根据权利要求8所述的晶闸管门极恒流驱动电路，其特征在于，所述隔离脉冲变压器T1的正边两端，经过信号放大电路与脉冲信号源相连。
10.根据权利要求1-9之一所述的晶闸管门极恒流驱动电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值为：
式中，IQ为晶闸管的门极设置电流；VF1、VF2分别为第二二极管、第四二极管的导通压降，VBE(SAT)为三极管的饱和压降。
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