高性能晶閘管三相移相觸發(fā)集成電路TC787/TC788應(yīng)用
TC787和TC788是采用獨(dú)有的先進(jìn)IC工藝技術(shù)，并參照國外最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計(jì)的單片集成電路。它可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種交流調(diào)速和變流裝置。它們是目前國內(nèi)市場(chǎng)上廣泛流行的TCA785及KJ(或KC)系列移相觸發(fā)集成電路的換代產(chǎn)品，與TCA785及KJ(或KC)系列集成電路相比，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)，而且裝調(diào)簡(jiǎn)便、使用可靠，只需一只這樣的集成電路，就可完成3只TCA785與1只KJ041、1只KJ042或5只KJ(3只KJ004、1只KJ041、1只KJ042)(或KC)系列器件組合才能具有的三相移相功能。因此TC787、TC788可廣泛應(yīng)用于三相半控、三相全控、三相過零等電力電子、機(jī)電一體化產(chǎn)品的移相觸發(fā)系統(tǒng)，從而取代TCA785、KJ004、KJ009、KJ041、KJ042等同類電路，為提高整機(jī)壽命、縮小體積、降低成本提供了一種新的、更加有效的途徑。
一、引腳排列、引腳功能和用法及主要參數(shù)限制
TC787及TC788是標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式18引腳的集成電路，它的引腳排列如圖1所示。
圖1 TC787(或TC788)的引腳排列(腳朝下)
各引腳的名稱、功能及用法如下：
(1)同步電壓輸入端：引腳1(Vc)、引腳2(Vb)及引腳18(Va)分別為三相同步輸入電壓連接端，應(yīng)用中分別接經(jīng)輸入濾波后的同步電壓，同步電壓的峰值應(yīng)不超過TC787或TC788的工作電源電壓VDD。
(2)脈沖輸出端：在半控單脈沖工作模式下，引腳8(C)、引腳10(B)、引腳12(A)分別為與三相同步電壓正半周對(duì)應(yīng)的同相觸發(fā)脈沖輸出端，而引腳7(-B)、引腳9(-A)、引腳11(-C)分別為與三相同步電壓負(fù)半周對(duì)應(yīng)的反相觸發(fā)脈沖輸出端。當(dāng)TC787或TC788被設(shè)置為全控雙窄脈沖工作方式時(shí)，引腳8為與三相同步電壓中C相正半周及B相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端，引腳12為與三相同步電壓中A相正半周及C相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端，引腳11為與三相同步電壓中C相負(fù)半周及B相正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端，引腳9為與三相同步電壓中A相同步電壓負(fù)半周及C相電壓正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端，引腳7為與三相同步電壓中B相電壓負(fù)半周及A相電壓正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端，引腳10為與三相同步電壓中B相正半周及A相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端，應(yīng)用中均接脈沖功率放大環(huán)節(jié)或脈沖變壓器。
(3)控制端
①引腳5(Pi)為輸出脈沖禁止端。該端用來進(jìn)行故障狀態(tài)下封鎖TC787或TC788的輸出，高電平有效，應(yīng)用中接保護(hù)電路的輸出。 ②引腳14(Cb)、引腳15(Cc)、引腳16(Ca)分別為對(duì)應(yīng)三相同步電壓的鋸齒波電容連接端。該端連接的電容值大小決定了移相鋸齒波的斜率和幅值，應(yīng)用中分別通過一個(gè)相同容量的電容接地。
③引腳6(Pc)為TC787或TC788工作方式設(shè)置端。當(dāng)該端接高電平時(shí)，TC787或TC788輸出雙脈沖；而當(dāng)該端接低電平時(shí)，輸出單脈沖。
④引腳4(Vr)為移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低，直接決定著TC787或TC788輸出脈沖的移相范圍，應(yīng)用中接給定環(huán)節(jié)輸出，其電壓幅值最大為TC787或TC788的工作電源電壓VDD。
⑤引腳13(Cx)。該端連接的電容Cx的容量決定著TC787或TC788輸出脈沖的寬度，電容的容量越大，則脈沖寬度越寬。
(4)電源端：TC787或TC788可單電源工作，亦可雙電源工作。單電源工作時(shí)引腳3(VSS)接地，而引腳17(VDD)允許施加的電壓為8~18V。雙電源工作時(shí)，引腳3(VSS)接負(fù)電源，其允許施加的電壓幅值為-4~-9V，引腳17(VDD)接正電源，允許施加的電壓為+4~+9V。
二、基本設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1．主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)
(1)TC787適用于主功率器件是晶閘管的三相全控橋或其它拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中作為功率晶閘管的移相觸發(fā)電路。而TC788適用于以功率晶體管(GTR)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為功率單元的三相全橋或其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的系統(tǒng)中作為脈寬調(diào)制波產(chǎn)生電路，且仍一種芯片均可同時(shí)產(chǎn)生六路相序互差60°的輸出脈沖。
(2)TC787及TC788在單、雙電源下均可工作，使其適用電源的范圍較廣泛，它們輸出三相觸發(fā)脈沖的觸發(fā)控制角可在0~180°范圍內(nèi)連續(xù)同步改變。它們對(duì)零點(diǎn)的識(shí)別非常可靠，使它們可方便地用作過零開關(guān)，同時(shí)器件內(nèi)部設(shè)計(jì)有移相控制電壓與同步鋸齒波電壓交點(diǎn)(交相)的鎖定電路，抗干擾能力極強(qiáng)。電路自身具有輸出禁止端，使用戶可在過電流、過電壓時(shí)進(jìn)行保護(hù)，保證系統(tǒng)安全。
(3)TC787及TC788分別具有A型和B型器件，使用戶可方便地根據(jù)自己應(yīng)用系統(tǒng)所需要的工作頻率來選擇(工頻時(shí)選A型器件，中頻100~400Hz時(shí)選B型器件)。同時(shí)，TC787輸出為脈沖列，適用于觸發(fā)晶閘管及感性負(fù)載；TC788輸出為方波，適用于驅(qū)動(dòng)晶體管。因兩種集成電路引腳完全相同，故增加了用戶控制用印制電路板的通用性，使同一印制電路板只需要互換集成電路便可用于控制晶閘管或晶體管。
(4)TC787或TC788可方便地通過改變引腳6的電平高低來設(shè)置其輸出為雙脈沖列還是單脈沖列。
2．主要電參數(shù)和限制
(1)工作電源電壓VDD：8~18V； (2)輸入同步電壓有效值：≤(1/2√2)VDD；
(3)輸入控制信號(hào)電壓范圍：0~VDD； (4)輸出脈沖電流最大值：20mA；
(5)鋸齒波電容取值范圍：0.1~0.15； (6)脈寬電容取值范圍：3300pF~0.01μF；
(7)移相范圍：0~177°； (8)工作溫度范圍：0~+55℃。
三、TC787或TC788應(yīng)用舉例
TC787、TC788獨(dú)特而巧妙的設(shè)計(jì)，使它們可方便地用于主功率器件為普通晶閘管、雙向晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管、非對(duì)稱晶閘管的電力電子設(shè)備中作移相觸發(fā)脈沖形成電路。而TC788可用于主功率器件為功率晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管、功率IGBT或功率MCT的電力電子設(shè)備中。限于篇幅，本節(jié)僅以TC787為例說明其應(yīng)用。
1．典型應(yīng)用接線圖
(1)單電源工作的典型接線
圖2給出了TC787單電源工作時(shí)的典型接線圖。這種使用方法需要加很多輔助元件，圖中電容C1~C3為隔直耦合電容，而C4~C6為濾波電容，它與R1~R3構(gòu)成濾去同步電壓中毛刺的環(huán)節(jié)。另一方面隨RP1~RP3三個(gè)電位器的不同調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)0~60°的移相，從而適應(yīng)不同主變壓器接法的需要。
圖2 需同步電平移位網(wǎng)絡(luò)的單電源使用方法