【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5所示的等效電路來(lái)表示。 IC1 = ? 1IA + ICBO1 （ 21） IC2 = ? 2IK + ICBO2 （ 22） IK = IA + IG （ 23） IA = IC1 + IC2 （ 24） 式中 ? 1和 ? 2分別是晶體管 V1和 V2的共基極電流增益； ICBO1和 ICBO2分別是 V1和 V2的共基極漏電流。由以上式（ 21）～（ 24）可得 IA = )(1 I I I21C BO 2C BO 1G2 ??? ?? ?? （ 25） 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 11 圖 25 晶閘管原 理圖 晶閘 管的特性是：在低發(fā)射極電流下 ? 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起 來(lái)之后， ? 迅速增大。 阻斷狀態(tài)： IG=0， 21 ??? 很小。流過晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電 流之和； 開通（門極觸發(fā)）：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致 21 ??? 趨 近于 1的話，流過晶閘管的電流 IA（陽(yáng)極電流）將趨近于無(wú)窮大，實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。 IA實(shí)際由外電路決定。 其他幾種可能導(dǎo)通的情況： 1）陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)； 2）陽(yáng)極電壓上升率 du/dt 過高； 3）結(jié)溫較高； 4）光直接照射硅片，即光觸發(fā)，光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間 的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中之外，其它都因不易控制而難以應(yīng)用于實(shí) 踐，稱為光控晶閘管（ Light Triggered Thyristor—— LTT）。只有門極觸發(fā)（包 括光觸發(fā)）是最精確、迅速而可靠的控制手段。 晶閘管的基本特性 靜態(tài)特性 承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都 不會(huì)導(dǎo)通； 承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通； 晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用； 要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。 晶閘管的陽(yáng)極伏安特性是指晶閘管陽(yáng)極電流和陽(yáng)極電壓之間的關(guān)系曲線， 如圖 26所示。其中：第 I象限的是正向特性；第 III象限的是反向特性。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 12 圖 26 晶閘管陽(yáng)極伏安曲線圖 IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過，正向電壓超過臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓 Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。這種開通叫“硬開通 ”，一般不允許硬開通； 隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低； 導(dǎo)通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿； 晶閘管本身的壓降很小，在 1V左右； 導(dǎo)通期間，如果門極電流為零，并且陽(yáng)極電流降至接近于零的某一數(shù)值 IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。 IH稱為維持電流。 晶閘管上施加反向電壓時(shí)，伏安特性類似二極管的反向特性； 陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端； 晶閘管的門極觸發(fā)電流從門極流入晶閘管，從陰極流出，門極觸發(fā)電流也往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的。 晶閘管的門極和陰極之間是 PN結(jié) J3，其伏安特性稱為門極伏安特性，如圖 27所示。圖中 ABCGFED所圍成的區(qū)域?yàn)榭煽坑|發(fā)區(qū)；圖中陰影部分為不觸發(fā)區(qū)；圖中 ABCJIH所圍成的區(qū)域?yàn)椴豢煽坑|發(fā)區(qū)。 為保證可靠、安全的觸發(fā)，觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)電壓、電流和功率應(yīng)限制在可靠觸發(fā)區(qū)。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 13 圖 27 晶閘管門極伏安圖 動(dòng)態(tài)特性 晶閘管的動(dòng)態(tài)特性主要是指晶閘管的開通與關(guān)斷過程，動(dòng)態(tài)特性如圖 28所 示。 圖 28 晶閘管動(dòng)態(tài)特性圖 開通過程 : 開通時(shí)間 tgt包括延遲時(shí)間 t d與上升時(shí)間 t r，即 tgt=td +tr （ 26） 延遲時(shí)間 td：門極電流階躍時(shí)刻開始，到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的 10%的時(shí)間。 上升時(shí)間 tr：陽(yáng)極電流從 10%上升到穩(wěn)態(tài)值的 90%所需的時(shí)間。 普通晶閘管延遲時(shí)間為 ～ ，上升時(shí)間為 ～ 3ms。 關(guān)斷過程 : 關(guān)斷時(shí)間 tq ：包括反向阻斷恢復(fù)時(shí)間 trr 與正向阻斷恢復(fù)時(shí)間 tgr，即 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 14 tq=trr +tgr （ 27） 普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒。 反向阻斷恢復(fù)時(shí)間 trr：正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時(shí)間 。 正向阻斷恢復(fù)時(shí)間 tgr：晶閘管要恢復(fù)其對(duì) 正向電壓的阻斷能力還需要一段時(shí)間 。 注 : 1）在正向阻斷恢復(fù)時(shí)間內(nèi)如果重新對(duì)晶閘管施加正向電壓，晶閘管會(huì)重新正向?qū)ā? 2）實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對(duì)晶閘管施加足夠長(zhǎng)時(shí)間的反向電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作。 核心板 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 29 控制芯片 MICROCHIP公司的 PIC系列單片機(jī)產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)是體積小，功耗低，精簡(jiǎn)指令集，抗干擾性能好，可靠性高，有較強(qiáng)的模擬接口，代碼保密性好，大部分芯片有其兼容的 FLASH程序存儲(chǔ)器芯片。 PIC16F1947是 其公司的一款高 性能的 8位單片機(jī)。它是帶 LCD安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 15 驅(qū)動(dòng)器、采用 nanoWatt XLP技術(shù)的 64引腳 8位 CMOS閃存單片機(jī)。 I/O口多，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，具有集成的 LCD控制器模塊、電容觸摸傳感模塊、 10位 14通道的 AD轉(zhuǎn)換模塊、多達(dá) 5個(gè)不同位數(shù)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器模塊、比較 /捕捉 /PWM模塊、 SPI/IIC/串口通行模塊、 SR鎖存器模塊等模塊。 本論文主要用到 PIC16F1947單片機(jī)中的定時(shí)器模塊，外部電平變化中斷模塊、 PWM模塊、 SPI通信模塊、 EEPROM模塊 等 。 RE11RE02RG03RG1/AN15/TX24RG2/AN14/RX25RG3/AN136MCLR7RG4/AN128Vss9Vdd10RF7/AN511RF6/AN1112RF5/AN1013RF4/AN914RF3/AN815RF2/AN716RF1/AN617RF0/AN1618AVdd19AVss20RA3/AN321RA2/AN222RA1/AN123RA0/AN024Vss25Vdd26RA5/AN427RA428RC129RC030RC6/TX131RC7/RX132RC233RC334RC435RC536PB7/ICSPDAT/IOC37Vdd38OSC139OSC240Vss41PB6/ICSPCLK/IOC42RB5/IOC43RB4/IOC44RB3/IOC45RB2/IOC46RB1/IOC47RB0/INT/IOC48RD749RD650RD551RD452RD353RD254RD155Vss56Vdd57RD058RE759RE660RE561RE462RE363RE264P?PIC16F1947VCCGNDC13930pC14030pY112MHzR131MGNDAJ1AJ2AJ3OSC1OSC2INT0INT1INFOOT1INFOOT2INFOOT3INFOOT4CLKDATTX1RX1OUT1OUT2OUT3OUT4VppPA1PA2PA3PA4AJ4AJ5AD0AD1AD2AD3RF5RF6RF7RG0TX2RX2KKGRG4OSC1OSC2123456J2CON6RP?A10KVCCGNDDATCLK1234567J20CON7TX1RX1TX2RX2SCK1SDI1SDO1GNDVCCC81104C82104C83104C84104GNDVCCC14104C15104C16104C17104C18104C191041 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20J1VCCGNDCH164_CLR_1CH164_CLR_2 CH164_CLK_1CH164_CLK_2PA1 PA2PA3 PA4AJ1AJ2 AJ3AJ4 AJ5AJ6 AJ7CH164_1CH164_2AJ6AJ7CH164_1CH164_2CH164_CLK_1CH164_CLR_1CH164_CLK_2CH164_CLR_2BuzzerSCK1SDI1SDO1RE4RE5RE6RE71234567J21CON71234567J22CON7RE4RE5RE6RE7RF5RF6RF7AD0AD1AD2AD3INT1RG0RG4 圖 210 最小系統(tǒng) 可控硅驅(qū) 動(dòng)電源電路 D1R2C111000uF/50VC10104C9104C81000uF/50V123IN OUTGNDVR 7824D31N40072575 +24VAGND~24a~24b1 23 4DB1+~~ 圖 211 可控硅驅(qū)動(dòng)電源電路 本系統(tǒng)為了晶閘管可靠的導(dǎo)通與關(guān)斷，可控硅觸發(fā)信號(hào)要求一定要穩(wěn)定。上圖即安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 16 為觸發(fā)信號(hào)的電源。交流 220V經(jīng)過電壓器變換為交流 24V，交流 24V再經(jīng)過整流橋 DB1后成半波。半波經(jīng)過電容 C C9的濾波成較為平穩(wěn)的直流 24V，即圖上的 2575點(diǎn)為直流 24V，這一電源也為后面的單片機(jī)系統(tǒng)提供電源。此時(shí)得到的較為平穩(wěn)的直流 24V電中，還是含有著波動(dòng)和諧波，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，再通過三端集成穩(wěn)壓器 7824來(lái)進(jìn)一步的平穩(wěn)和去諧波處理。經(jīng)過三端集成穩(wěn)壓器處理后，將會(huì)得到 穩(wěn)定的，低諧波污染的直流 24V電壓。 電路中發(fā)光二極管 D1和限流電阻 R2回路是該電源指示作用。 三端集成穩(wěn)壓器 7824有著穩(wěn)定性高和內(nèi)部電路有完善的保護(hù)措施，又具有使用方便、可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在得到廣泛的應(yīng)用。 本電路的三端集成穩(wěn)壓器 7824電路中，兩個(gè) 104電容 C9和 C10用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生的高頻自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾，在具體的電路設(shè)計(jì)中，要盡可能的將這兩個(gè)電容靠近三端集成穩(wěn)壓器。 C11是電解電容，以減少穩(wěn)壓器電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。 D3是保護(hù)二極管，當(dāng)穩(wěn)壓器的輸入 端短路時(shí)，給輸出電容 C11一個(gè)放電通路，防止電容 C11兩端電壓作用于穩(wěn)壓器上造成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路的損壞。 單片機(jī)電源電路 圖 212 單片機(jī)電源電路 本系統(tǒng)的主控芯片 PIC16F1947工作電壓為 ，因此需要獨(dú)立出一路5V直流電源。將控硅驅(qū)動(dòng)電源電路中的直流 24V電源（即電路圖中 2575點(diǎn)）作為穩(wěn)壓器LM2575的輸入，再經(jīng)過儲(chǔ)能電感 L3和濾波電容 C13后將得到直流 5V電源。圖中 D4是續(xù)流二極管，其選擇應(yīng)滿足正向額定電流必須大于負(fù)載電流，耐壓值必須大于輸人電壓。儲(chǔ)能電感 L3的容量按 L = V0 (1 Vo/Vi)/(2 f I0min)來(lái)計(jì)算。其中 Vi為 LM2576輸入電壓，Iomin為開關(guān)穩(wěn)定器輸出電流的最小值， f為開關(guān)管工作頻率， Vo為輸出電壓。本系統(tǒng)中，V0為 5V, Vi為 24V，穩(wěn)壓器的開關(guān)管工作頻率查手冊(cè)為 52KHZ，利用上述公式粗略計(jì)算約為 330uH。出輸出端濾波電容 C13的計(jì)算，按 C = V0 (1 Vo/Vi)/(8 f2 L △ Vo)公式計(jì)算。其中 △ Vo為開關(guān)穩(wěn)定器輸出電壓紋波分量。同理粗略計(jì)算取 470uF的電解電容。 L3330uH1 2345IN OUTGNDFBON/OFFVR3D41N5819C13470uF2575GNDVCC安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 17 圖 213 本系統(tǒng)中所用的穩(wěn)壓器 是寬電壓輸入，固定直流 5V 電壓輸出的開關(guān)型降壓穩(wěn)壓器。 上圖是 集成穩(wěn)壓器的引腳排列。其引腳功能如下： Vin：未穩(wěn)壓電壓輸入端； Output：開關(guān)電壓輸出，接電感及快恢復(fù)二極管； Ground：公共