如何缓冲晶闸管

如何缓冲晶闸管？

对电感性负载(例如电动机，螺线管等)来说，电流与电压并不同相、这就对功率双向可控硅开关构成一个问题。

要记住的一个重要事实是，由于双向可控硅开关两个方向都能导电，因此正弦电流经过零值的时间是很短暂的。对于感性负载，电流和电压之间的相位差意味着当功率控制双向可控硅开关的功率降低到低于维持电流而使双向可控硅开关截止时，在双向可控硅开关两端仍可能存在—定的电压。

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如果这—电压出现得太迅速，可使双向可控硅开关恢复导通从而发生失控。为了用感性负载进行控制，必须用一个与功率双向可控硅开关并联的RC网络来限制电压上升率(dv／dt)，如图1所示。电容Cs将来限制跨越双向可控硅开关的dv／dt值。

当双向可控硅开关导通时，电阻Rs可限制来自Cs的冲激电流，并对电容Cs和电感Ll之间的阻尼振荡起衰减作用。这种RC网络通常被称为“缓冲器”。

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图2a、2b显示了功率双向可控硅开关的电流与电压波形。

一个电阻性负载的整流dv／dt值，在240V、50Hz电源情况下为0.13V/us，在120V、60Hz电源的情况下为0.063V／us。

对电感性负载来说，关断时间和整流dv／dt值是很难确定的，并且受诸如电动机的反电动势和电感与电阻的比率(功率因数)等许多因素的影响。

尽管可从电感性负载上看出，其上升速率是非常快的，但对电路进行仔细的研究后发现所产生的dv／dt值通常被限制在某个有限值，该值为负载阻抗Ll和器件电容C的一个函数。但仍然有可能超过双向可控硅开关元件的临界dv／dt值(大约为50v／us)。在双向可控硅开关两端加上一个RC减振器来把上升速率(dv／dt)限制在最大允许额定值是一种有益的作法。这个缓冲网络不仅限制了在转换过程中的电压上升，而且也抑制了由于交流电压波动而产生的瞬态电压。 没有一个简单的方法可以用来选取缓冲网络的Rs与Cs的值。图1所示的电路是一个由Rs、Cs、Rl、Ll和一个很小的双向可控硅的结电容组成的阻尼调谐电路。

当双向可控硅开关停止导通时(这种现象发生在当电流低于维持电流时的电源电压的每半个周期)。双向可控硅开关就受到一个与负载的功率因子有关的步进脉冲的作用。给定负载后就确定了Rs和Cs的值。然后电路的设计者可以选用不同的Rs与Cs。通过增大Cs可以降低整流dv／dt的值。而为了减小调谐电路的共振，可增大Rs的值。

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图3给出了一个用于分析的等效电路，在这儿双向可控硅开关己由一个理想开关所替代。当双向可控硅开关元件处于用一个打开的开关表示的阻断即非导通状态时，该电路就是由一个交流电压源所驱动的标准RLC串联网络，通过把回路电压加起来可得到下述微分方程：

其中i(t)为开关打开以后的瞬时电流，qc(t)为电容上的瞬时电荷，Vm为峰值电源电压，ψ为开关打开前电压超前电流的相位角。通过微分和化简，这个方程将变成一个标准的带常系数的二阶微分方程。

代人边界条件i(o)＝0，q(o)＝0，和所选取的RL，L，Rs，Cs值后，该方程可由计箕机求解。在确定了晶闸管两端的峰值电压的大小和发生时间之后，就可计算在电压值为峰值的l0％和60％时的值和时间。为计算出由dv/dt＝(V2-V1)/(t2-t1)定义的dv／dt的值，就必须这样做。这里V1与t1为电压值为峰值的l0％时的电压值及其发生的时间。V2和t2为电压值为峰值的60％时的电压值及其发生时间。

在假定的负载条件下该微分方程的解将给电路设计人员提供一个选择Rs和Cs的出发点。

由于缓冲器的设计与负载有关，所以几乎不可能估计和测试实际工作条件下的每一种可能的组合。建议用一个示波器测试峰值的振幅和双向可控硅两端电压的上升速率。然后用实验确定Rs和Cs的值。