如何緩沖晶閘管？
對(duì)電感性負(fù)載(例如電動(dòng)機(jī)，螺線管等)來(lái)說(shuō)，電流與電壓并不同相、這就對(duì)功率雙向可控硅開關(guān)構(gòu)成一個(gè)問題。
要記住的一個(gè)重要事實(shí)是，由于雙向可控硅開關(guān)兩個(gè)方向都能導(dǎo)電，因此正弦電流經(jīng)過零值的時(shí)間是很短暫的。對(duì)于感性負(fù)載，電流和電壓之間的相位差意味著當(dāng)功率控制雙向可控硅開關(guān)的功率降低到低于維持電流而使雙向可控硅開關(guān)截止時(shí)，在雙向可控硅開關(guān)兩端仍可能存在—定的電壓。
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如果這—電壓出現(xiàn)得太迅速，可使雙向可控硅開關(guān)恢復(fù)導(dǎo)通從而發(fā)生失控。為了用感性負(fù)載進(jìn)行控制，必須用一個(gè)與功率雙向可控硅開關(guān)并聯(lián)的RC網(wǎng)絡(luò)來(lái)限制電壓上升率(dv／dt)，如圖1所示。電容Cs將來(lái)限制跨越雙向可控硅開關(guān)的dv／dt值。
當(dāng)雙向可控硅開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電阻Rs可限制來(lái)自Cs的沖激電流，并對(duì)電容Cs和電感Ll之間的阻尼振蕩起衰減作用。這種RC網(wǎng)絡(luò)通常被稱為“緩沖器”。
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圖2a、2b顯示了功率雙向可控硅開關(guān)的電流與電壓波形。
一個(gè)電阻性負(fù)載的整流dv／dt值，在240V、50Hz電源情況下為0.13V/us，在120V、60Hz電源的情況下為0.063V／us。
對(duì)電感性負(fù)載來(lái)說(shuō)，關(guān)斷時(shí)間和整流dv／dt值是很難確定的，并且受諸如電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)和電感與電阻的比率(功率因數(shù))等許多因素的影響。
盡管可從電感性負(fù)載上看出，其上升速率是非?？斓?，但對(duì)電路進(jìn)行仔細(xì)的研究后發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的dv／dt值通常被限制在某個(gè)有限值，該值為負(fù)載阻抗Ll和器件電容C的一個(gè)函數(shù)。但仍然有可能超過雙向可控硅開關(guān)元件的臨界dv／dt值(大約為50v／us)。在雙向可控硅開關(guān)兩端加上一個(gè)RC減振器來(lái)把上升速率(dv／dt)限制在最大允許額定值是一種有益的作法。這個(gè)緩沖網(wǎng)絡(luò)不僅限制了在轉(zhuǎn)換過程中的電壓上升，而且也抑制了由于交流電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓。 沒有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法可以用來(lái)選取緩沖網(wǎng)絡(luò)的Rs與Cs的值。圖1所示的電路是一個(gè)由Rs、Cs、Rl、Ll和一個(gè)很小的雙向可控硅的結(jié)電容組成的阻尼調(diào)諧電路。
當(dāng)雙向可控硅開關(guān)停止導(dǎo)通時(shí)(這種現(xiàn)象發(fā)生在當(dāng)電流低于維持電流時(shí)的電源電壓的每半個(gè)周期)。雙向可控硅開關(guān)就受到一個(gè)與負(fù)載的功率因子有關(guān)的步進(jìn)脈沖的作用。給定負(fù)載后就確定了Rs和Cs的值。然后電路的設(shè)計(jì)者可以選用不同的Rs與Cs。通過增大Cs可以降低整流dv／dt的值。而為了減小調(diào)諧電路的共振，可增大Rs的值。
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圖3給出了一個(gè)用于分析的等效電路，在這兒雙向可控硅開關(guān)己由一個(gè)理想開關(guān)所替代。當(dāng)雙向可控硅開關(guān)元件處于用一個(gè)打開的開關(guān)表示的阻斷即非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，該電路就是由一個(gè)交流電壓源所驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)RLC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過把回路電壓加起來(lái)可得到下述微分方程：
其中i(t)為開關(guān)打開以后的瞬時(shí)電流，qc(t)為電容上的瞬時(shí)電荷，Vm為峰值電源電壓，ψ為開關(guān)打開前電壓超前電流的相位角。通過微分和化簡(jiǎn)，這個(gè)方程將變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的帶常系數(shù)的二階微分方程。
代人邊界條件i(o)＝0，q(o)＝0，和所選取的RL，L，Rs，Cs值后，該方程可由計(jì)箕機(jī)求解。在確定了晶閘管兩端的峰值電壓的大小和發(fā)生時(shí)間之后，就可計(jì)算在電壓值為峰值的l0％和60％時(shí)的值和時(shí)間。為計(jì)算出由dv/dt＝(V2-V1)/(t2-t1)定義的dv／dt的值，就必須這樣做。這里V1與t1為電壓值為峰值的l0％時(shí)的電壓值及其發(fā)生的時(shí)間。V2和t2為電壓值為峰值的60％時(shí)的電壓值及其發(fā)生時(shí)間。
在假定的負(fù)載條件下該微分方程的解將給電路設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)選擇Rs和Cs的出發(fā)點(diǎn)。
由于緩沖器的設(shè)計(jì)與負(fù)載有關(guān)，所以幾乎不可能估計(jì)和測(cè)試實(shí)際工作條件下的每一種可能的組合。建議用一個(gè)示波器測(cè)試峰值的振幅和雙向可控硅兩端電壓的上升速率。然后用實(shí)驗(yàn)確定Rs和Cs的值。