可控硅移相开启集成电路芯片TCA785运用

TCA785是德国西门子(Siemens)企业于1988年前后左右开发设计的第三代可控硅片式移相开启集成电路芯片，它是替代TCA780及TCA780D的升级换代商品，其脚位排序与TCA780、TCA780D和国内的KJ785完全一致，因而能够交换。现阶段，它在中国变流器领域中已广泛运用。与原先的KJ系列产品或KC系列产品可控硅移相开启电源电路对比，它对零点的鉴别更为靠谱，輸出脉冲信号的整齐度更强，而移相范畴更宽，且因为它輸出脉冲信号的总宽可人为因素随意调整，因此应用领域比较广泛。
一、脚位排序、各针脚的功用及使用方法
TCA785是调心轴承直插入式的16脚位规模性集成电路芯片。它的脚位排布如图所示1所显示。

图1 TCA785的脚位排序(脚朝下)

各针脚的名字、作用及使用方法以下:
脚位16(VS)：开关电源端。应用中立即接客户为该集成电路芯片工作中给予的工作中开关电源正端。
脚位1(OS)：接地装置端。运用中与直流稳压电源VS、同歩工作电压VSYNC及移相操纵数据信号V11的地端相互连接。
脚位4(Q1)和2(Q2)：輸出单脉冲1与2的非端。该两边可輸出总宽转变 的差分信号，其相位差互差180°，双路单脉冲的总宽均受非脉冲宽度操纵端脚位13(L)的操纵。他们的上拉电阻最大幅度值为电源电压VS，容许较大负荷工作电流为10mA。若该两边輸出单脉冲在操作系统中无需时，电源电路本身构造容许其引路。
脚位14(Q1)和15(Q2)：輸出单脉冲1和2端。该两边也可輸出总宽转变 的单脉冲，相位差一样互差180°，脉冲宽度受他们的占空比操纵端脚位12(C12)的操纵。双路单脉冲輸出上拉电阻的最大幅度值为VS。
脚位13(L)：非輸出脉冲宽度操纵端。该端容许增加脉冲信号的标准为-0.5V~VS，当该端接地装置时，Q1、Q2为最宽单脉冲輸出，而当该线接电源电压VS时，Q1、Q2为最薄单脉冲輸出。
脚位12(C12)：輸出Q1、Q2占空比操纵端。运用中，根据一电容器接地装置，电容器C12的容量范畴为150~4700pF，当C12在150~1000pF范畴内变动时，Q1、Q2輸出脉冲信号的总宽亦在转变 ，该两边輸出窄单脉冲的最薄总宽为100μs，而輸出宽单脉冲的最宽总宽为2000μs。
脚位11(V11)：輸出单脉冲Q1、Q2或Q1、Q2移相操纵交流电压键入端。运用中，根据输入电阻接客户控制回路輸出，当TCA785工作中于50Hz，且本身工作中电源电压Vs为15V时，则该电阻器的典型值为15kΩ，移相操纵工作电压V11的合理范畴为0.2V~Vs-2V，当其在这里区域内持续转变 时，輸出单脉冲Q1、Q2及Q1，Q2的相位差便在全部移相范畴内转变 ，其开启单脉冲产生的时间为
trr=(V11R9C10)/(VREFK)
式中 R9、C10、VREF── 各自为联接到TCA785脚位9的电阻器、脚位10的电容器及脚位8輸出的标准工作电压
K── 参量
为降低干扰，运用中脚位11根据0.1μF的电容器接地装置，根据2.2μF的电容器正接开关电源。
脚位10(C10)：外接锯齿状波电容器连接端。C10的适用范畴为500pF~1μF。该电容器的最少电流为10μA。较大电流为1mA，它的尺寸受联接于脚位9的电阻器R9操纵，C11两边锯齿状波的最高点数值VS-2V，其典型性后沿上升幅度为80μs。
脚位9(R9)：锯齿状波电阻器连接端。该端电阻器R9决策着C10的电流，其电流可按住式测算：
I10=VREFK/R9
联接于脚位9的电阻器亦决策了脚位10锯齿状波工作电压力度的多少，锯齿状波动幅度数值： V10=VREFKt/(R9C10) 电阻器R9的运用范畴为3~300kΩ。
脚位8(VREF)：TCA785本身导出的高平稳标准工作电压端。负荷水平为推动10块CMOS集成电路芯片，伴随着TCA785运用的工作中电源电压VS以及輸出单脉冲次数的不一样，VREF的变动范畴为2.8~3.4V，当TCA785运用的工作中电源电压为15V，輸出单脉冲頻率为50Hz时，VREF的典型值为3.1V，如客户电源电路中不用运用VREF，则该端能够引路。
脚位7(QZ)和3(QV)：TCA785輸出的2个逻辑性差分信号端。其上拉电阻单脉冲幅度值较大为VS-2V，上拉电阻较大负荷水平为10mA。QZ为窄差分信号，它的次数为輸出单脉冲Q2与Q1或Q1与Q2的二倍，是Q1与Q2或Q1与Q2的或数据信号，QV为宽差分信号，它的总宽为移相操纵角φ 180°，它与Q1、Q2或Q1、Q2同歩，頻率与Q1、Q2或Q1、Q2同样，该两逻辑性差分信号可以用来保证给客户的控制回路做为同歩数据信号或其他主要用途的数据信号，无需时可引路。
脚位6(I)：差分信号严禁端。该端功效是封禁Q1、Q2及Q1、Q2的輸出单脉冲，该端一般根据电阻值10kΩ的电阻器接地装置或正接开关电源，容许增加的电流标准为-0.5V~VS，当该端根据电阻器接地装置，且该直流电压小于2.5V时，则封禁作用起功效，輸出单脉冲被封禁。而该端根据电阻器正接开关电源，且该直流电压高过4V时，则封禁作用失灵。该端容许低电频较大灌电流量为0.2mA，上拉电阻较大拉电流量为0.8mA。
脚位5(VSYNC)：同歩工作电压键入端。运用中需对地线接2个正反面向串联的限幅二极管，该端汲取的工作电流为20~200μA，伴随着该端与同歩开关电源中间所接的电阻器电阻值的不一样，同歩工作电压能够取不一样的值，当所接电阻器为200kΩ时，同歩工作电压可立即取~220V。

二、基本上设计方案特征和極限主要参数

1．关键设计方案特性
TCA785的基本上设计方案特性有：能稳定地对同歩交流电的过零点开展鉴别，因此可便于地作为过零开启而组成零点电源开关；它有着宽的运用范畴，可以用来开启一般可控硅、迅速可控硅、双向晶闸管及做为输出功率二极管的调节单脉冲，故可用作由这种电力工程电子元器件构成的单管系统换流器、单相电半波、半控桥、全控桥或三相半控、全控逆变电路及单相电或三相逆变电源系统软件或其他网络拓扑结构电源电路的变流器系统软件；它的键入、輸出与CMOS及TTL电平兼容，具备较宽的运用工作电压标准和很大的负荷推动工作能力，各路可同时輸出250mA的工作电压；其线路构造确定了本身锯齿状波工作电压的区域较宽，对工作温度的适应能力较强，可使用于较宽的工作温度范畴(-25~ 85°C)和工作中电源电压范畴(-0.5~ 18V)。
2．極限主要参数
(1)电源电压： 8~18V或±4~9V；
(2)移直流电压范畴：0.2V~VS-2V;
(3)輸出单脉冲较大总宽：180°；
(4)最大输出功率：10~500Hz；
(5)上拉电阻单脉冲负荷电流量：400mA；
(6)低电频容许较大灌电流量：250mA；
(7)輸出单脉冲高、低电频幅度值各自为VS和0.3V；
(8)同歩工作电压随功率电阻不一样能为任何值；
(9)最大输出功率：10~500Hz；
(10)操作温度范畴：军用品 -55~ 125℃ 工业用品 -25~ 85℃ 民品 0~ 70℃

三、 典型性使用举例说明

因为TCA785本身的优质特性，决策了它能够便捷地用以主电源电路为单独可控硅或晶体三极管，单相电半控桥、全控桥和三相半控桥、全控桥以及它主电源电路方式的电力工程电子产品中开启可控硅或晶体三极管，从而完成使用者须要的温度控制、变压、直流电变速、沟通交流变速及直流输电等目地。应用中理应留意TCA785的运行为负逻辑性，即操纵工作电压V11提升，輸出脉冲信号的α角扩大，等同于可控硅的导通角减少。以其用以温度控制系统软件为例子。
温控在电力电子技术技术领域中具有普遍的运用，如可控硅和三极管等电力工程电子元器件生产制造技术中的蔓延、煅烧，可控硅在出厂老化测试的热疲惫、高溫阻隔实验等，都必须精准的温控。图2得出了TCA785用以这类系统软件中开启双向晶闸管来温度控制的详尽原理图。

图上运用TCA785輸出的Q1及Q2单脉冲各自在交流电的正负极自感电动势来立即开启可控硅，移相操纵工作电压V11来源于溫度控制器TA的輸出，TCA785本身的工作中开关电源立即由电力网工作电压半波整流过滤、稳压极管稳压管后获得。这类构造省掉了基本必须的变压器，使整体电源电路得到简单化，溫度意见反馈运用温度感应器获得，故这类温度控制系统软件有较高的温度控制精密度。

图2 TCA785在溫度自动控制系统中的运用

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TCA785移相操纵集成ic运用方式 的改善

引言：TCA785是德国西门子公司制造的一种特性优异的移相操纵集成ic，该元件具备溫度适用区域宽，对过零点的鉴别更为靠谱，輸出脉冲信号的工整度更强，移相范畴更宽等优势，除此之外，因为TCA785的輸出脉冲宽度能够手动式随意调整，因而，该元器件可广泛运用在可控硅自动控制系统中。文章内容依据TCA785集成ic的应用优点及其在逆变电源具体应用中将会产生的一些难题，明确提出了一种改善的设计方法。

关键字：TCA785；移相操纵集成ic；可控硅

１　前言

现阶段功率大的变频电源的直流电一部分一般运用三相桥式整流方法来完成，能够使用全控或是不控方法。全控桥式整流关键根据更改可控硅开启相位差的办法来调整直流电母相电压的多少，

这时必须检验三相交流电压的相位差以保持同歩开启，这一般需要应用专门的移相操纵集成ic完成。小编在研发一台三相直流键入、輸出为１１５Ｖ的３０ｋＶＡ舰用４００Ｈｚ中频感应炉的可控性整流器一部分时，选用ＴＣＡ７８５集成ic取得成功地完成了三相整流桥的移相操纵。

２　ＴＣＡ７８５移相操纵集成ic介绍

ＴＣＡ７８５是德国西门子（Ｓｉｅｍｅｎｓ）企业研发的第三代可控硅片式移相开启集成电路芯片，与其他集成ic对比，ＴＣＡ７８５具备溫度应用范围宽，对过零点的鉴别更为靠谱，輸出脉冲信号的工整度更强，移相范畴更宽等优势。此外，因为它輸出脉冲信号的总宽可手动式随意调整，因此应用领域更加普遍。

ＴＣＡ７８５的基本上脚位波型如图所示１所显示。在其中５脚为外接同歩数据信号端，用以检验交流电流过零点。１０脚为片内造成的同歩锯齿状波，其陡坡较大及极小值由９、１０两脚的外置电阻器与电容器决策。根据与１１脚的调节工作电压相较为，在１５和１４脚可輸出同歩的差分信号，因而，更改１１脚的调节工作电压，就可以完成移相操纵，单脉冲的总宽则由１２脚外接电容器值决策[1]，当挑选双窄单脉冲的推动方法时，１２脚该接１５０ｐＦ电容器。事实上，有几十个微秒的脉冲宽度就可以使可控硅一切正常通断。

３ 应用ＴＣＡ７８５完成相控整流器

完成三相桥式相控整流器的一般方式是运用三相同歩变电器从开关电源三相五线端引进三路同歩数据信号，那样，将同歩数据信号整形美容后各自输到三片ＴＣＡ７８５（序号为Ａ、Ｂ、Ｃ）的５脚，就能操纵６只可控硅，随后根据脚位重复使用就可以完成双窄单脉冲方法推动。双窄单脉冲方法因为推动脉宽度，因此能够合理地减少推动用脉冲变压器的容积，避免磁心饱和状态[２]。该办法的主线路及同歩变电器如图所示２所显示，三片ＴＣＡ７８５集成ic的脚位与所操控的可控硅的对应关系如表１所列。可控硅根据一个△／Ｙ型同歩变电器为ＴＣＡ７８５给予同时数据信号，当三相五线零线火线（如图所示２所显示）为正序Ａ、Ｂ、Ｃ时，同歩变电器的三个輸出端所相对应的中性线的具体工作电压空间向量为ＡＣ、ＢＡ、ＣＢ，将ＡＣ引至ＴＣＡ７８５（Ａ），ＢＡ引至ＴＣＡ７８５（Ｂ），ＣＢ引至ＴＣＡ７８５（Ｃ），就可以完成正序键入时可控硅的同歩推动。现以Ｔ５～Ｔ１换流器为例子开展剖析：Ｔ５至Ｔ１管当然换流器点落后于Ａ相由负到正过零点３０°，即ＴＣＡ７８５（Ａ）的１５脚輸出最少应当落后于该过零点３０°，而工作电压ＡＣ由负到正过零点恰好落后于Ａ相３０°，因此用ＡＣ做为ＴＣＡ７８５（Ａ）的同歩数据信号就可以完成较大区域的移相操纵[３]。

表1 三片TAC785脚位以及相应的可控硅

TCA785脚位 可控硅 可控硅 785（A）15脚 T1 T6 785（C）14脚 T2 T1 785（B）15脚 T3 T2 785（A）14脚 T4 T3 785（C）15脚 T5 T4 785（B）14脚 T6 T5

其他可控硅的剖析与此相近，即用对应的相电压替代直流电压做为同歩数据信号。图３所显示是一个周期时间的推动时钟频率。从Ａ相的当然换流器点逐渐，上、下桥臂可控硅推动次序各自为：１→１→３→３→５→５→１和６→２→２→４→４→６→６。

４　ＴＣＡ７８５应用中产生的难题

４．１ 开关电源进相电压的零线火线难题及解决方案

试验发觉，假如可以直接运用同歩变电器的輸出做为同歩数据信号，只有在一种键入零线火线（正序或是反序）下工作中，一旦键入零线火线接线方法更改，整流器就无法一切正常开展。当键入零线火线为正序时，依据上述情况电线接法，能够使相控整流器一切正常工作中，可是当键入零线火线变成反序Ａ、Ｃ、Ｂ时，ＴＣＡ７８５（Ａ）的同歩数据信号变成ＡＢ，ＴＣＡ７８５（Ｂ）的同歩数据信号将变成ＣＡ，ＴＣＡ７８５（Ｃ）的同歩数据信号变成ＢＣ，而集成ic的导出与可控硅的对应关系不会改变，因此，这时上、下桥臂可控硅的推动次序将各自变成：５→５→３→３→１→１→５和６→４→４→２→２→６→６，而合理的推动次序理应为：１→１→５→５→３→３→１和２→６→６→４→４→２→２。由此可见，具体的推动次序比准确的推动次序超前的１２０°，这时运作便会发生常见故障。在试验中发觉，当键入连接成反序的时候会发生一相三相五线沒有电流量的状况，且设备运作时直流电平波电抗器有震动，这在开关电源功率过大的时候会毁坏可控硅。

事实上，因为三相全控桥式整流各管能够交换，因而根据改善同歩数据信号得到电源电路就可以保证整流器与键入零线火线不相干，进而预防了零线火线插错毁坏可控硅的难题，与此同时还可提升调节高效率。根据剖析发觉，当键入为反序时，收到ＴＣＡ７８５（Ａ）上的同歩数据信号应该是ＢＣ，而收到ＴＣＡ７８５（Ｂ）上的同歩数据信号应该是ＡＢ，ＴＣＡ７８５（Ｃ）上的同歩数据信号应该是ＣＡ，这恰好比具体超前的了１２０°，因而，假如将同歩变电器副方是ＴＣＡ７８５联接改成图４所显示电源电路，并根据６个开与关连接点的直流继电器将同歩变电器与３个ＴＣＡ７８５的同歩键入端相互连接，３个标为Ｊ１的汽车继电器为一组，３个标为Ｊ２的汽车继电器为一组，每一组汽车继电器与此同时开启或是与此同时合闭。那麼，完成一切键入零线火线下整流器控制回路开启单脉冲的恰当次序就只须要使Ｊ１与Ｊ２组里相位滞后１２０°的那一组通断来给予同时数据信号就可以。

运用单稳态触发器原理７４１２１和Ｄ触发器原理能够组成相位差辨别与光耦电路[４]，其线路联接方式如图所示５所显示，图上，收到ＴＣＡ７８５（Ａ）上的2个汽车继电器Ｊ１和Ｊ２的键入端在历经削波、整形美容后可获得同歩数据信号Ｖ１ 和Ｖ２，这能够根据运放电路完成。该检验电源电路各工作电压波型如图所示６所显示。能够看得出，假如用Ｄ触发器原理的Ｑ端推动Ｊ１组汽车继电器，而用Ｑ非端推动Ｊ２组汽车继电器，就可以使ＴＣＡ７８５获得恰当的同歩数据信号。理应特别注意的是：设计方案时要合理挑选７４１２１集成ic的Ｒｅｘｔ和Ｃｅｘｔ外接电阻器电容器的主要参数，以使７４１２１Ｑ１非脚位低电频情况延迟时间低于Ｄ触发器原理的Ｄ键入脚位的延迟时间，与此同时应低于同歩数据信号周期时间的１／６。

不难看出，根据应用汽车继电器挑选准确的同歩数据信号，能够完成整流器零线火线的不相干性。

４．２ ＴＣＡ７８５的过零点震动难题及解决方案

三相全控桥式整流进线电流是一种不持续的兔耳状顶峰电流量。当开关电源感性负载负荷较重（感性负载电流量超过１５０Ａ）时，因为需用大批量的功率因素，因而该顶峰电流量最高值很大（如本设备顶峰电流量最高值做到１２０Ａ）。顶峰电流量在开关电源三相五线电阻器上面造成一定的损耗。该电流量形成的损耗与键入正弦波形累加后送至同歩变电器键入端，可做为同歩数据信号给予给ＴＣＡ７８５集成ic。试验发觉，该累加工作电压在过零点周边存有颤动状况。因为ＴＣＡ７８５对过零点检验极其灵巧，进而造成 集成ic第１０脚锯齿状波圆弧也产生颤动，那样，由輸出意见反馈到１１脚的调节工作电压即便沒有更改，ＴＣＡ７８５輸出的推动单脉冲也会存有移相，造成的结论是进线电流最高值发生变化，从而在直流电平波电抗器上造成剧烈的震动，乃至对国家电网产生冲击性。处理的方法是在三相五线处再加上３个电感器过滤，以光滑进线电流，滤掉谐波电流。本设备取７５μＨ上下的电感器，而同歩数据信号仍然从电力网侧获得。试验证实：该设备会使电流量震动状况消退。

４．３ 同歩数据信号的整形美容

从同歩变电器回来的数据信号全是正弦函数数据信号，因为ＴＣＡ７８５是使用检验过零点的基本原理来完成数据同步的，因而，假如正弦波形的幅度值过小，那麼，就无法给予明确的过零点，与此同时，干扰信号也有可能致使过零点检验不正确，可是，正弦波形的幅度值过大又会超出集成ic的同歩工作电压键入范畴，因此应该将同歩数据信号整产生波形，实际的整形电路如图所示７所显示。

图７电源电路主要是根据６８ｋΩ电阻器完成过流保护分压电路的，并运用Ｄ１、Ｄ２反并限幅（管损耗为１Ｖ上下）将以正弦波形变成波形。本开关电源中，同歩变电器的变比为５．１／１，副边工作电压为７５Ｖ，副边工作电压往往选对较高，是由于正弦波形幅度值越高，过零点处的切线斜率越大，二极管通断越快速，輸出越贴近理想化波形。但耦合电容Ｃ１不能过大，不然会造成同歩数据信号相位差的偏位。

５　结语

文中剖析了功率大的中频感应炉的三相全控桥式整流电源电路中的一些具体难题，在该中频感应炉中，逆变电源阶段选用的是工作电压型二重化累加方法，因而，在运用整流器阶段完成变压时，该阶段的稳定工作极其重要。根据试验认证，根据文中所介紹的改善方式 ，其中频感应炉工作中一切正常，做到了预订指标值。

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