断。 GTO在关断机理上与SCR是不同的。门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽出饱和导通时储存的大量载流子），强烈正反馈使器件退出饱和而关断。
3 主电路的设计
3.1系统总设计框图
系统原理方框图如3.1所示：
保护电路
单相电源输出 驱动电路 整流电路 负载电路 图3.1系统原理方框图
3.2系统主体电路原理及说明
带电阻负载的电路图及波形图
带电感负载的电路图及波形图
?L??R ， 假设工作于稳定状态，负载电流连续，近似为一平直的直线。 (1) 工作原理
在电源电压u2正半周期间，VT1、VT4承受正向电压，若在?t??时触发，VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT4和T二次侧形成回路，但由于大电感的存在，u2过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT4继续导通，直到VT3、VT2被触发导通时，VT1、VT4承受反相电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。
在电源电压u2负半周期间，晶闸管VT3、VT2承受正向电压，在?t????时触发，VT3、VT4导通，VT1、VT2受反相电压截止，负载电流从VT1、VT4中换流
5
至VT3、VT2中在?t?2?时，电压u2过零，VT3、VT2因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期VT1、VT4导通时，VT3、VT2因加反向电压才截止。值得注意的是，只有当???时，负载电流id才连续，当???时，负载电流不连
22续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种电路控制角的移相范围是0??2。
Ud和输出电流平均值Id输出电压平均值（1）
1???22U2???cos???0.9U2?cos??U?2Usin?td?t?d2 (3-2-1) ??ππUId?d (3-2-2) R（2）晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT
1 (3-2-3) IT?Id2 (3-2-4) 1IdT?Id2（3）输出电流有效值I和变压器二次电流有效值I2 (3-2-5) I?I2?Id2U2（4）晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为 3.3原理图的分析
该电路主要由四部分构成，分别为电源，过电保护电路，整流电路和触发电路构成。输入的信号经变压器变压后通过过电保护电路，保证电路出现过载或短路故障时，不至于伤害到晶闸管和负载。在电路中还加了防雷击的保护电路。然后将经变压和保护后的信号输入整流电路中。整流电路中的晶闸管在触发信号的作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。
在电路中,过电保护部分我们分别选择的快速熔断器做过流保护,而过压保
6
护则采用RC电路。这部分的选择主要考虑到电路的简单性，所以才这样的保护电路部分。整流部分电路则是根据题目的要求，选择的我们学过的单相桥式整流电路。该电路的结构和工作原理是利用晶闸管的开关特性实现将交流变为直流的功能。触发电路是由设计题目而定的，题目要求了用单结晶体管直接触发电路。单结晶体管直接触发电路的移相范围变化较大，而且由于是直接触发电路它的结构比较简单。一方面是方便我们对设计电路中变压器型号的选择。
4 辅助电路的设计
4.1驱动电路的设计
对于使用晶闸管的电路，在晶闸管阳极加正向电压后，还必须在门极与阴极之间加触发电压，使晶闸管在需要导通的时刻可靠导通。驱动电路亦称触发电路。根据控制要求决定晶闸管的导通时刻，对变流装置的输出功率进行控制。触发电路是变流装置中的一个重要组成部分，变流装置是否能正常工作，与触发电路有直接关系，因此，正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证晶闸管变流装置安全，可靠，经济运行的前提。
4.1.1触发电路
晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求：
① 触发信号可为直流、交流或脉冲电压。
② 触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。
由闸管的门极伏安特性曲线可知，同一型号的晶闸管的门极伏安特性的分散性很大，所以规定晶闸管元件的门极阻值在某高阻和低阻之间，才可能算是合格的产品。晶闸管器件出厂时，所标注的门极触发电流Igt、门极触发电压U是指该型号的所有合格器件都能被触发导通的最小门极电流、电压值，所以在接近坐标原点处以触发脉冲应一定的宽度且脉冲前沿应尽可能陡。由于晶闸管的触发是有一个过程的，也就是晶闸管的导通需要一定的时间。只有当晶闸管的阳极电流即主回路电流上升到晶闸管的掣住电流以上时，晶闸管才能导通，所以触发信号
7
应有足够的宽度才能保证被触发的晶闸管可靠的导通，对于电感性负载，脉冲的宽度要宽些，一般为0.5~1MS，相当于50HZ、18度电度角。为了可靠地、快速地触发大功率晶闸管，常常在 触发脉冲的前沿叠加上一个触发脉冲。 ③ 触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
触发脉冲的宽度要能维持到晶闸管彻底导通后才能撤掉，晶闸管对触发脉冲的幅值要求是：在门极上施加的触发电压或触发电流应大于产品提出的数据，但也不能太大，以防止损坏其控制极，在有晶闸管串并联的场合，触发脉冲的前沿越陡越有利于晶闸管的同时触发导通。
④ 触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。 例如单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，要求触发脉冲的移项范围是0度~180度，带大电感负载时，要求移项范围是0度~90度；三相半波可控整流电路电阻性负载时，要求移项范围是0度~90度。 ⑤触发脉冲与主电路电源必须同步。
为了使晶闸管在每一个周期都以相同的控制角?被触发导通，触发脉冲必须与电源同步，两者的频率应该相同，而且要有固定的相位关系，以使每一周期都能在同样的相位上触发。触发电路同时受控于电压uc与同步电压us控制。
4.2保护电路的设计
在电力电子器件电路中，除了电力电子器件参数要选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护，过电流保护，du/dt保护和di/dt保护也是必不可少的。
4.2.1 主电路的过电压保护电路设计
所谓过压保护，即指流过晶闸管两端的电压值超过晶闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Um都称为过电压。
产生过电压的原因一般由静电感应、雷击或突然切断电感回路电流时电磁感应所引起。其中，对雷击产生的过电压，需在变压器的初级侧接上避雷器，以保护变
8
压器本身的安全；而对突然切断电感回路电流时电磁感应所引起的过电压，一般发生在交流侧、直流侧和器件上，因而，下面介绍单相桥式全控整流主电路的电压保护方法。
1.交流侧过电压保护
过电压产生过程：电源变压器初级侧突然拉闸，使变压器的励磁电流突然切断，铁芯中的磁通在短时间内变化很大，因而在变压器的次级感应出很高的瞬时电压。
保护方法：阻容保护
2.直流侧过电压保护
过电压产生过程：当某一桥臂的晶闸管在导通状态突然因果载使快速熔断器熔断时，由于直流住电路电感中储存能量的释放，会在电路的输出端产生过电压。 保护方法：阻容保护
交流侧直流侧整流主电路
图3.4主电路的过电压保护
4.2.2主电路的过电流保护电路设计
电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流现象。过电流分载和短路两种情况。一般电力电子均同时采用几种过电压保护措施，怪提高保护的可靠性和合理性。在选择各种保护措施时应注意相互协调。通常，电子电路作为第一保护措施，快速熔断器只作为短路时的部分区断的保护，直流快速断路器在电子电力动作之后实现保护，过电流继电器在过载时动作。 在选择快熔时应考虑：
1、电压等级应根据快熔熔断后实际承受的电压来确定。
2、电流容量应按照其在主电路中的接入方式和主电路连接形式确定。快熔
9
