6種晶閘管（可控硅）保護(hù)電路解析（上）

眾所周知，晶閘管的應(yīng)用十分廣泛，晶閘管是一種非常精密的半導(dǎo)體器件。在使用過程中，我們必須在其指定的范圍內(nèi)才能獲得所需要的輸出，但是由于過電壓、過電流等原因，晶閘管在運(yùn)行過程中會(huì)面臨不同類型的威脅，因此為了保證電路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證晶閘管的使用壽命，我們可以采取不同類型的晶閘管保護(hù)方案。

接下來將詳細(xì)講一下晶閘管保護(hù)的方法。

1、過壓保護(hù)

2、過流保護(hù)

3、高 dv/dt 保護(hù)

4、高 di/dt 保護(hù)

5、熱保護(hù)

6、門保護(hù)

電子技術(shù)控

，贊18

一、晶閘管（可控硅）過壓保護(hù)

晶閘管（可控硅）對(duì)電壓非常敏感，當(dāng)正向電壓超過斷態(tài)重復(fù)峰值電壓（UDRM）的某個(gè)值時(shí)，晶閘管會(huì)誤導(dǎo)通，導(dǎo)致電路故障。

當(dāng)施加的反向電壓超過反向重復(fù)峰值電壓（URRM）的某個(gè)值時(shí)，將立即損壞。因此，有必要研究過電壓的原因和抑制過電壓的方法。

過電壓主要是由于供給的電力或系統(tǒng)的儲(chǔ)能發(fā)生劇烈變化，使系統(tǒng)沒有足夠的時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原本積累的電磁能沒有及時(shí)消散。

下圖為過壓示例圖。

過壓示例

過電壓的種類

過電壓主要有兩種：一種是由雷擊等外部沖擊引起的，另一種是開關(guān)分閘和合閘引起的沖擊電壓。

雷擊或高壓斷路器動(dòng)作產(chǎn)生的過電壓是幾微秒到幾毫秒的電壓尖峰，對(duì)晶閘管來說是非常危險(xiǎn)的。而開關(guān)開合引起的沖擊電壓又分為以下幾類：

1）交流電源開合產(chǎn)生的過電壓

過電壓可能是由于交流開關(guān)的開合或交流熔斷器的熔斷引起的。由于變壓器繞組的分布電容、漏抗引起的諧振電路，過電壓值變?yōu)檎Ｖ档?～10倍。一般開合速度越快，過電壓就越高，在空載情況下斷開電路時(shí)該值會(huì)更高。

直流側(cè)產(chǎn)生的過電壓

如果電路的電感大或者我們切斷電路時(shí)的電流值大，都會(huì)產(chǎn)生比較大的過電壓。這種情況經(jīng)常發(fā)生在電流突變時(shí)，由切斷負(fù)載、導(dǎo)通晶閘管開路或熔斷器快速熔斷引起。

換相沖擊電壓

換相過電壓是晶閘管電流下降到0時(shí)，器件結(jié)層中殘留的載流子復(fù)合引起的，所以也稱為載流子積累效應(yīng)引起的過電壓。

換相過電壓后，會(huì)發(fā)生換相振蕩過電壓。它是由電感和電容的諧振引起的振蕩電壓。其值與換相后的反向電壓有關(guān)。反向電壓越高，換向振蕩過電壓越大。

晶閘管（可控硅）保護(hù)電路--D 類：脈沖換向

晶閘管（可控硅）過電壓保護(hù)措施

針對(duì)形成過電壓的不同原因，可采用不同的抑制方法，如減小過電壓源、衰減過電壓幅值等；抑制過電壓能量的上升速率，延緩產(chǎn)生能量的耗散速率，增加其耗散路徑；使用電子電路進(jìn)行保護(hù)。

最常見的方法是在回路中連接能量吸收元件以耗散能量，通常稱為吸收回路或緩沖電路。

當(dāng)設(shè)備上出現(xiàn)浪涌電壓時(shí)，這些設(shè)備會(huì)在晶閘管上提供低電阻路徑。下圖顯示了使用晶閘管二極管和緩沖網(wǎng)絡(luò)對(duì)晶閘管進(jìn)行過電壓保護(hù)。

晶閘管電壓保護(hù)電路圖

晶閘管（可控硅）保護(hù)電路--阻容（RC）緩沖電路

通常，過電壓的頻率很高，因此電容通常用作吸收元件。為防止振蕩，常加阻尼電阻，形成阻容吸收電路。阻容吸收電路可以連接在電路的交流側(cè)和直流側(cè)，也可以并聯(lián)在晶閘管的正負(fù)極之間。吸收電路最好使用無感電容，布線盡量短。

晶閘管（可控硅）保護(hù)電路--反向極化 RC 緩沖電路

晶閘管（可控硅）保護(hù)電路--非極化緩沖電路

2）晶閘管（可控硅）保護(hù)電路--過壓撬棒電路

晶閘管過壓保護(hù)電路或保護(hù)電路連接在電源的輸出和地之間，選擇齊納二極管電壓略高于輸出軌的電壓。

通常，5 V電源可以與 6.2 V齊納二極管一起運(yùn)行，當(dāng)達(dá)到齊納二極管電壓時(shí)，電流將流過齊納二極管并觸發(fā)可控硅或晶閘管。

然后，這將提供對(duì)地短路，從而保護(hù)正在供電的電路免受任何損壞，并且還會(huì)熔斷保險(xiǎn)絲，然后從串聯(lián)調(diào)節(jié)器中移除電壓。

晶閘管過壓保護(hù)電路

3）由非線性元件組成的吸收回路

上述阻容吸收電路的時(shí)間常數(shù)RC是固定的，有時(shí)不能將時(shí)間短、峰值高、能量大的過電壓放電，抑制過電壓的效果很差。因此，通常在轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出線上也并聯(lián)了硒堆或壓敏電阻等非線性元件。

硒堆的工作電壓與溫度有關(guān)，溫度越低，耐壓越高。此外，硒堆具有自恢復(fù)性，可反復(fù)使用。過電壓作用后，硒基片上的燒孔又被溶解的硒覆蓋，工作特性再次恢復(fù)。

壓敏電阻是一種基于氧化鋅的金屬氧化物非線性電阻器。它有兩個(gè)電極，電極之間填充了粒徑為10-50μm的不規(guī)則ZNO微晶。并且在晶體之間存在約1μm的氧化鉍顆粒層。

該晶界層在正常電壓下處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，只有小于 100 μA 的小漏電流。當(dāng)施加電壓時(shí)，引起電子雪崩，晶界層迅速進(jìn)入低阻抗?fàn)顟B(tài)。電流迅速增加，泄漏能量并抑制過電壓，從而保護(hù)晶閘管。浪涌后，晶界層恢復(fù)到高電阻狀態(tài)。

非線性電阻也稱為電壓鉗位裝置，如下圖所示：