摘要：介紹了TCA787集成芯片在江蘇索普集團(tuán)（股份）公司大功率可控硅整流控制系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：整流裝置；諧波；集成芯片；大功率；可控硅整流器；控制系統(tǒng)
在以電解為主的鋁加工及氯堿生產(chǎn)中，大功率硅整流設(shè)備中的晶閘管觸發(fā)器及控制器經(jīng)過近2O多年的改進(jìn)，逐步向集成化、數(shù)字化方向發(fā)展，越來越趨向于調(diào)試簡單、安裝方便和更換的便捷。下面是江蘇索普集團(tuán)（股份）公司（簡稱江蘇索普公司）使用的晶閘管控制觸發(fā)線路的升級改進(jìn)。
1 原晶閘管控制觸發(fā)線路簡介
1988年，江蘇索普公司開始使用硅整流技術(shù)時(shí)采用的控制部分比較簡單（見圖1），由于控制電路均為分立元件方式，所用的電子元件多，整個(gè)控制線路分布在6塊板上，分擔(dān)不同功能，相互間是通過插件卡簧相連，控制系統(tǒng)有6個(gè)環(huán)節(jié)，分別為：觸發(fā)器（CF）、功率放大器（NF）、相控角越限（XY）、電流調(diào)節(jié)器（LT）、±15V穩(wěn)壓板、+48V穩(wěn)壓板。其工作原理如下：此套控制系統(tǒng)在穩(wěn)流精度及觸發(fā)脈沖上均滿足生產(chǎn)要求，穩(wěn)流精度在50％～90％范圍內(nèi)，在負(fù)載上±10％波動時(shí)，穩(wěn)流精度為±1％。觸發(fā)部分形成脈沖的特點(diǎn)：范圍≥170、脈沖前沿幅值≥8V、脈沖后沿幅值≥4V、脈沖寬度14。、前沿陡度≤7S。在近1O年的使用中，比較好地適應(yīng)了江蘇索普公司生產(chǎn)發(fā)展的需要。
3個(gè)主要環(huán)節(jié)形成的電路圖如下。①觸發(fā)器電路：分相交流信號輸入一移相一方波形成一鋸齒波形成一比較器單穩(wěn)態(tài)（延時(shí)整形）一邏輯組合一復(fù)合放大。這是脈沖的形成所在，直接影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)。②電流調(diào)節(jié)穩(wěn)流電路：給定信號輸入一濾波一比較疊加一PID調(diào)節(jié)一推挽輸出一正負(fù)限幅。③相控角越限信號電路（對操作產(chǎn)生影響，有利于提高整流效率）：電壓比較一邏輯組合一單穩(wěn)態(tài)電路一輸出繼電器。各環(huán)節(jié)的輸入／出信號均為模擬量，各個(gè)環(huán)節(jié)獨(dú)立成單個(gè)印刷板，可完成不同的功能；各環(huán)節(jié)模擬量的產(chǎn)生受所用元器件數(shù)量多的影響，而且焊點(diǎn)質(zhì)量差導(dǎo)致的故障也會影響整個(gè)系統(tǒng)的脈沖輸出和電流的穩(wěn)定。
各環(huán)節(jié)的相互連接是通過控制板腳與卡簧來實(shí)現(xiàn)，而隨著使用時(shí)間的延長，卡簧表面會被氧化，簧也會松動，形成接觸上的問題，使各環(huán)節(jié)之間信號連接出錯(cuò)，從而影響脈沖的形成。從該套控制系統(tǒng)運(yùn)行10年的情況來看，出現(xiàn)元器件故障與由于卡簧故障而產(chǎn)生接觸出錯(cuò)的概率相當(dāng)，而卡簧接觸問題在維修中不受關(guān)注。這種控制的獨(dú)立性較強(qiáng)，任一單元出錯(cuò)可獨(dú)立更換，而不會影響其他部分。在運(yùn)行中，從信號檢測點(diǎn)引出關(guān)鍵點(diǎn)信號，便于檢測判斷。
2 晶閘管控制觸發(fā)線路的改造過程
1998年，江蘇索普公司整流系統(tǒng)改造時(shí)，生產(chǎn)廠家對此作了改進(jìn)，減少了控制環(huán)節(jié)，每臺機(jī)組只有兩塊控制板，一塊集中了電源、觸發(fā)、PID調(diào)節(jié)、過流保護(hù)，另一塊主要是信號，有載開關(guān)的升、降檔控制，省略了相控角越限，而增加了對有載開關(guān)的自動控制和主電源缺相的監(jiān)測，控制的自動化程度提高。特別是觸發(fā)部分，由于采用了單芯片6脈沖集成電路塊TCA787，大大簡化了觸發(fā)電路。整個(gè)觸發(fā)部分只有“信號輸入一移相一TCA787一場效應(yīng)管輸出”4個(gè)環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡單，由于場效應(yīng)管的使用，省略了脈沖功放回路，簡化了控制環(huán)節(jié)，而其他環(huán)節(jié)則變動不大。該系統(tǒng)控制也基本滿足生產(chǎn)的需要：穩(wěn)流精度≤±0．5％。觸發(fā)器形成脈沖的特點(diǎn)：范圍0～170。，脈沖幅值1OV，寬度12。，脈沖前沿陡度≤1s。TCA787芯片管腳示意圖見圖2。
該控制系統(tǒng)的特點(diǎn)在于其集成化程度高、組件少、線路相對簡單。①在電流調(diào)節(jié)方面，設(shè)置了兩組：一組通過內(nèi)外給定的切換來控制電位的改變；另一組通過一路給定與反饋的比較來實(shí)現(xiàn)控制電位的改變；②由于各環(huán)節(jié)基本集中在一塊板上，通過卡件連接的少，此控制板上舍棄了原系統(tǒng)的卡簧連接方式，而改為端子接線方式，這就大大減少了接觸方面的故障；③在給定電位的輸入上，采用了電子開頭電路（見圖3）。兩種線路比較看，原系統(tǒng)簡單，新系統(tǒng)較復(fù)雜，且控制受集成塊電源的影響，不很可靠，電流在實(shí)現(xiàn)切換過程中無擾動性能方面不如原系統(tǒng)。④廠家在系統(tǒng)電源部分的設(shè)計(jì)也有所創(chuàng)新，但電路的設(shè)計(jì)不夠精確，元件的選擇有偏差，在實(shí)際運(yùn)行中，會因電源部分的個(gè)別元件損壞而影響電源的正常工作，特別是當(dāng)外線電壓出現(xiàn)波動時(shí)，影響電源部分的輸出，甚至損壞電源。內(nèi)外給定電位受IC4的影響，三端運(yùn)放控制、三端允許端電位的變化決定內(nèi)外給定的作用。而原系統(tǒng)則采用了二極管控制（見圖4）。
由于廠家選用4個(gè)470F、50V的電解電容，而該電容對電路電壓波動的抑制有偏差，耐壓性能欠缺。當(dāng)網(wǎng)路出現(xiàn)一定的波動（1000V或瞬時(shí)波動）就會使電容損壞，從而影響±15V電源的輸出，特別會影響一15v電源的輸出（建議一15V電源在整個(gè)電路中只供給“’電路，以免造成其他的影響）。解決方法有兩方面：①在運(yùn)行中，用其他l5V而該電容對電路電壓波動的抑制有偏差，耐壓性能電源單獨(dú)供電，可保證電流的穩(wěn)定控制；②在停車欠缺。當(dāng)網(wǎng)路出現(xiàn)一定的波動（1000V或瞬時(shí)波時(shí)，用耐壓高的電容替代，增加電源的抗干擾能力。動）就會使電容損壞，從而影響±15V電源的輸出，近4年的使用證明，該套控制線路在實(shí)際應(yīng)用特別會影響一15v電源的輸出（建議一15V電源中比較實(shí)用，出錯(cuò)率較少、便于監(jiān)控，在大功率整流在整個(gè)電路中只供給“’電路，以免造成其他的影系統(tǒng)中可以大規(guī)模推廣。