TCA785晶闸管和晶体管移相触发控制集成电路

TCA785是德国Siemens公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路，它是取代TCA780及TCA780D的更新换代产品，其引脚排列与TCA780及TCA780D和国产的KJ785完全相同，因此可以互换。目前它在国内变流行业中已广泛应用。与原有的KJ系列或KC系列晶闸管移相触发电路相比，它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，而移相范围更宽，且由于它输出脉冲的宽度可人为自由调节，所以适用范围较广。

1.基本设计特点它的基本设计特点有：能可靠地对同步交流电源的过零点进行识别，因而可方便地用作过零触发而构成零点开关，具有宽的应用范围，可用来触发普通晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管及作为功率晶体管的控制脉冲，故可用于由这些电力电子器件组成的单管斩波、单相半波、半控桥、全控桥或三相半控、全控整流电路及单相或三相逆变系统或其他拓扑结构电路的变流系统，它的输出输入与CMOS及TTL电平兼容，具有较宽的应用电压范围和较大的负载驱动能力，每路可直接输出250mA的驱动电流，其电路结构决定了自身锯齿波电压的范围较宽，对环境温度的适应性较强，可应

用于较宽的环境温度范围(-25～+85℃)和工作电源电压范围(一0.5~+18V)。

2.引脚排列及各引脚的功能和用法TCA785是双列直插式的16引脚大规模集成电路，它的管脚排列见图12-5。各引脚的名称、功能和用法如下：

引脚16(Vs):电源端。TCA785的电源范围为—0.5~+18V,应用中一般取+8～+18V。

引脚1(Os):接地端。应用中与直流电源Vs、同步电压VsyNc及移相控制信号V的地端相连接。

引脚4(Q)和2(Q₂):输出脉冲1与2的非端。该两端可输出宽度变化的脉冲信号，其相位互差180°,两路脉冲的宽度均受非脉冲宽度控制端13脚L的控制，它们的高电平的最高幅值为电源电压Vs,允许最大负载电流为10mA,若该两端输出脉冲在系统中不用时，电路自身结构允许其开路。

引脚14(Q)和15(Q₂):输出脉冲1和2端。该两端也可输出宽度变化的脉冲，相位同样互差180°,脉冲宽度受它们的脉宽控制端引脚12(Ci₂)的控制，两路脉冲输出高电平的最高幅度为Vs,允许最大脉冲负载为400mA,低电平脉冲的电压幅值最低为0.3V,允许最大灌电流负载为250mA。

引脚13(L):非输出脉冲宽度控制端。该端允许施加电平的范围为-0.5V~Vs,当该端接地时，夏、Q₂为最宽脉冲输出，而当该端接电源电压Vs(最大18V)时、Q、Q₂为最窄脉冲输出。

引脚12(C₁₂):输出Q、Q₂脉宽控制端。应用中，通过一电容接地，电容C₁₂的电容量范围为150～1000pF,当C₁₂在150~1000pF范围内变化时，Q、Q₂输出脉冲的宽度亦在变化，该两端输出窄脉冲的最窄宽度为100μs,而输出宽脉冲的最宽宽度为760μs。

引脚11(Vu):输出脉冲Q、Q₂或Q、Q₂移相控制直流电压输入端。应用中，通过输入电阻接用户控制电路输出，当TCA785工作于50Hz,且自身工作电源电压Vs为15V时，则该电阻的典型值为15kΩ,移相控制电压V的有效范围为0.2V~Vs-2V,当其在此范围内连续变化时，输出脉冲Q₁、Q₂及Q,、Q₂

的相位便在整个移相范围内变化，其触发脉冲出现的时刻为

t=(V₁R₉C¹)/(VREFK)

式中Rg、C₁0、VREF——连接到TCA785的9脚的电阻、10脚的电容及8脚输出的基准电压；

K------常数。

为降低干扰，应用中11脚通过0.1μF的电容接地，通过2.2μF的电容接正电源。

引脚10(C₁0):外接锯齿波电容连接端。C₁₀的实用范围为500pF~1μF。该电容的最小充电电流为10μA。最大充电电流为1mA,它的大小受连接于9脚的电阻R,控制，C两端锯齿波的最高峰值为Vs-2V,其典型后沿下降时间为80μs。

引脚9(R₉):锯齿波电阻连接端。该端的电阻R₉决定着Co的充电电流

I₁0=VREFK/R₉

连接于9脚的电阻亦决定了10脚锯齿波电压幅度的高低。

V₁0=VREFKt/(R₉C10)

电阻R,的应用范围为3～300kQ。

引脚8(VREP):TCA785自身输出的高稳定基准电压端。负载能力为驱动10块CMOS集成电路，随着TCA785应用的工作电源电压Vs及其输出脉冲频率的不同，VREP的变化范围为2.8~3.4V,当TCA785应用的工作电源电压为15V,输出脉冲频率为50Hz时，VREF的典型值为3.1V,若用户电路中不需要应用VREF,则该端可以开路，

引脚7(Q₂)和3(Qv):TCA785输出的两个逻辑脉冲信号端。其高电平脉冲幅值最大为Vs-2V,高电平最大负载能力为10mA。Qz为窄脉冲信号，它的频率为输出脉冲Q₂与Q₁或Q,与Q₂的两倍，是Q₁与Q₂或Q,与Q₂的或信号，Qv为宽脉冲信号，它的宽度为移相控制角φ+180°,它与Q₁、Q₂或Q、Q₂同步，频率与Q₁、Q₂或Q、Q。相同，该两逻辑脉冲信号可用来提供给用户的控制电路作为同步信号或其他用途的信号，不用时可开路。

引脚6(I):脉冲信号禁止端。该端的作用是封锁Q、Q₂及Q、Q₂的输出脉冲，该端通常通过阻值10k2的电阻接地或接正电源，允许施加电压范围为-0.5V~Vs,当该端通过电阻接地，且该端电压低于2.5V时，则封锁功能起作用，输出脉冲被封锁。而该端通过电阻接正电源，且该端电压高于4V时，则封锁功能不起作用。该端允许低电平最大灌电流为0.2mA,高电平最大拉电流为0.8mA。

引脚5(VsYnc):同步电压输入端。应用中需对地端接两个正反向并联的限幅二极管，该端吸取的电流为20～200μA,随着该端与同步电源之间所接的电阻阻值的不同，同步电压可以取不同的值，当所接电阻为200kΩ时，同步电压可直接取～220V。

3.内部结构及工作原理简述TCA785的内部结构框图见图12-6。它由零点鉴别器ZD、同步寄存器SR、恒流源SC、控制比较器CC、放电晶体管VD、放电监控器DM、电平转换及稳压电路PC、锯齿波发生器RG及输出逻辑网络LN等九个单元组成。它的工作过程为来自同步电压源的同步电压经高阻值的电阻后送给电源零点鉴别器ZD,经ZD检测出其过零点后送同步寄存器寄存，同步寄存器中的零点寄存信号控制锯齿波发生器，锯齿波发生器的电容C₁0由电阻R₉决定的恒流源SC充电，当电容C₁0两端的锯齿波电压V₁。大于移相控制电压V₁时，便产生一个脉冲信号送到输出逻辑单元、由此可见，触发脉冲的移相是受移相控

制电压V₁₁的大小控制，因而触发脉冲可在0°~180°范围内移相。对每一个半周，在输出端Q,和Q:出现大约30μs宽度的脉冲，该脉冲宽度可由12脚的电容C₁₂扩展到180°,如果12脚接地，则输出脉冲Q、Q₂的宽度为180°的宽脉冲，图12-7给出了TCA785各主要管脚的输入输出电压波形。

a)同步电压b)锯齿波电压V₅及移相控制电压V(V¹0为最小锯齿波电压，V₁02为最大锯齿波电压)c)Q₂(管脚12接电容)d)Q:(管脚12接电容)e)Q₂(管脚12接地))Q:(管脚12接地)g)Q₂(管脚13接地)b)Q(管脚13接地)i)Q₂(管脚13接Vs)j)夏(管脚13接Vs)k)Qv1)Qz

4.典型应用举例由于TCA785自身的优良性能，决定了它可以方便地用于主电路为单个晶闸管或晶体管，单相半控桥、全控桥及三相半控桥、全控桥及其他主电路型式的电力电子设备中触发晶闸管或晶体管、进而实现用户需要的控温、调压、直流调速、交流调速、直流输电等目的。限于篇幅，本文仅举几例说明其应用。

(1)用于温控系统。温度控制在电力电子技术领域中有着广泛的应用，如晶闸管及晶体管等电力电子器件制造工艺中的扩散、烧结；晶闸管出厂寿命测试的热疲劳、高温阻断试验等等，都需要精确的温度控制，图12-8给出了TCA785用于这类系统中触发

双向晶闸管来控温的详细电路图，图中应用TCA785输出的Q₁及Q₂脉冲分别在+1交流电源的正负半周-220v13-来直接触发晶闸管，移相控制电压V来自温度调节器TA的输出，TCA785自身的工作电源直接由电网电压半波整流滤波、稳压管稳压后得到，这种结构省去了常规需要的控制变压器，使整个电路得以简化，温度反馈应用温度传感器得到，故这种温控系统有较高的控温精度。

(2)用于晶闸管交流调压系统。晶闸管交流调压系统在大功率电解电镀装置和交流电动机的调压调速系统中有着广泛的应用，TCA785用于这种系统的原理电路见图12-9。图中仅给出了应用一片TCA785构成的单相交流调压电路原理图，应用相同的三块电路便可构成三相交流调压系统。图中为了增强触发能力，便于应用大功率晶闸管，对TCA785的输出能力进行了扩大，且采用脉冲变压器隔离，使主回路与移相控制电路完全隔离。

(3)用于单相、三相桥式半控、全控整流电路中。由于TCA785可输出两路相位互差180°的脉冲信号，所以可方便地用于单相全控、单相半控桥或全控桥式整流电路中，三片TCA785可用于三相半波、三相桥式全控或半控整流电路中。图12-10以一片TCA785用于单相半控整流电路为例给出了TCA785的这种应用示图。为简化电路，图中仅用了一个脉冲变压器，

(4)用于AC-DC-AC电源变换系统中，AC-DC-AC电源变换系统是变频电源、变频调速、不间断电源等电力电子装置中经常用到的方案，TCA785由于自身移相范围可达0°~180°,故可方便地用于这种系统中，图12-11给出了六片TCA785用于三相变频

调速系统中的原理图，图中1#、2#、3#TCA785的移相控制角为0~90°,而4"、5#、6"TCA785的移相控制角为90°~180°,各TCA785的同步电压均来自同步变压器。