两颗电容解决可控硅产生的二次放电问题

原因不明的二次放电

修改了过零检测电路、可控硅触发变压器驱动电路，

安排上了通过二次电流、二次电压采用积分、微分计算的软件闪络检测算法，

甚至加上通过微分电路实现的硬件闪络检测方法；

然而，在上周末的测试时，仍然碰到无法及时控制电场闪络的情况。

当把放电锤固定在一个位置，可控硅导通角上升，升到某个电压时，电场被击穿放电，发生闪络；

此时，控制应该及时检测到闪络，并迅速关闭可控硅输出，然后又控制导通角上升，如此循环，就能听到有规律的清脆的电场放电声音；

在实测时，时不时听得到并不是那么清脆的放电声，像是第一次放电没有及时控制住，马上又发生了电流更大的放电，发生更响的拖尾声。

抽丝剥茧，找出问题

正常运行时，二次电压为锯齿状的波形，二次电流为馒头形状的波形。

图1. 正常运行时的二次电流、二次电压的波形

当发生闪络时，二次电压快速降低，二次电压快速升高。

图2. 发生闪络时二次电流、二次电压的波形

为了方便测量，定时器中断时检测到闪络时，翻转用于测试的GPIO口，通过二次电流的触发电平，让示波器捕捉未能及时关闭的闪络波形。

图3. 未及时控制闪络时的二次电流、二次电压波形

从波形上看，软件已经检测到了闪络，那为什么二次电流仍在下一个半波急剧升高。

既然闪络检测没有问题，难道是软件没有及时关闭可控硅触发脉冲串？

图4. 未及时控制闪络时的触发脉冲串波形

用示波器同时测量DSP输出的脉冲串波形，发现DSP在检测到闪络之后的下一个半波已经及时关闭了脉冲串输出。

及时检测到闪络又及时关闭了触发脉冲串，为什么二次电流仍然在下一个半波急剧上冲，难道是因为发生闪络时，电流剧变产生强大的干扰通过有线传导或者无线辐射在可控硅的GK极之间产生异常电压，导致了可控硅的误触发。

图5. 触发变压器初级的波形

用示波器观测可控硅触发变压器初级的波形，果然有发现，

闪络发生瞬间，即使DSP关闭了触发脉冲串的输出，仍然观测到小的干扰脉冲。

图6. 可控硅触发变压器驱动电路，注意光耦初级和次级应该是两个不同的地

其实，在上个星期设计该驱动电路时，我也对其可靠性深表怀疑。

但是，因为以下的限制，只能做这样的修改，

1) 客户厂里只有光耦6N137能达到10KHz触发信号的响应速度

2) 6N137的内部由集成检测器组成，其5脚必须接地，8脚的最高供电电压为7V

3) 采用推挽电路经过电容隔直成交流驱动触发变压器是客户正在使用的方案，不能直接改成触发变压器厂家推荐的电路

4)需要解决+5V电源上电延后于+24V电源的上电，导致设备合闸瞬间在触发变压器初级产生脉冲，误触发可控硅的问题

5)需要考虑极性变换、电平变换等问题

反复思考之后，我最后通过三个三极管设计了这样的电路，整个电路的信号放大倍数很大，电路复杂，器件多，线路长，很容易经过导线或者空中串入干扰信号；

由于三极管需要响应时间，而且由于走线寄生电感等原因，最终干扰信号可能会串入到推换三极管的输入端，造成触发变压器误导通，可控硅被误触发。

应该采用电容滤除这些干扰信号！

两颗电容解决问题

图7. 增加滤波电容

我让客户在电容R2以及电容R11两端分别并上容量为1nF的电容C7及C8；

脉冲串的周期为100us，高、低电平的持续时间分别为50us，

R3、C7，R5、C8所组成的低通滤波电路的时间常数为5.1kΩ*1nF=5.1us，相比如高低电平的持续时间，已经是允许并接的最大电容容量。

改完之后，再把电流闪络判断的阈值整为额定电流的150%，即关闭通过电流积分判断的功能；

关闭通过电流、电压微分判断闪络的功能；

关闭通过硬件微分电路判断闪络的功能；

只留下通过电压积分判断闪络的功能，整个厂区就开始回荡起了非常有规律的清脆的电场放电声，再也听不到改之前能时不时听到的由于未及时关闭可控硅产生的二次放电的声音。

虽然通过两颗电容完美解决了这个问题，但是我仍然对该触发驱动电路的可靠性和抗干扰能力持怀疑态度，接下来准备帮客户改成触发变压器厂家推荐的电路。

图8.准备采用的电路

编辑：黄飞