SCR保护

在本教程中，我们将了解一些常用的SCR保护技术，用于过电压，过电流，DI / DT，DV / DT等。

介绍

为了使可控硅的运行令人满意和可靠，不应因过载、电压瞬变和其他异常情况而超过可控硅的额定额定。如果超过了额定值，就有可能对SCR造成永久性的损害。由于在关断可控硅期间的反向恢复过程，电压超调发生在可控硅中。

此外，在接通过程中，在电感存在的情况下，开关动作产生过电压。在发生短路的情况下，一个大电流流过可控硅，这是非常大的额定电流。因此，为了避免这些异常情况对可控硅的不良影响，可控硅必须配备适当的保护电路。

用于SCR的一些保护技术包括过电压保护，过电流保护，DV / DT保护和DI / DT保护。此外，为了操作允许的温度限制，必须在连接处产生的热量耗散。这可以通过使用散热器来实现。让我们简要讨论这些保护方法。

过电压

过电压是可控硅失效的最大原因。这些瞬态过电压通常会导致可控硅的意外开断。此外，如果在可控硅上的反向瞬态电压大于VBR，可能会导致可控硅的永久破坏。

有几个原因出现这些过度的电压，如换向，斩波，闪电等取决于这些来源，通过电压分为两种类型的内部和外部电压。

内部过电压

内部过电压出现时，可控硅是在操作。在一个可控硅关断期间，反向电流继续流过可控硅后，阳极电流下降到零扫走早期存储的电荷。在反向恢复间隔结束时，反向电流衰减速度更快。

由于电路的电感，该高DI / DT产生高电压。该电压值可以远高于SCR的额定值，因此SCR可能损坏。

外部过电压

这些电压由供电源或负载产生。其中一些是

• 如果可控硅在一个由变压器提供的转换电路中处于阻塞模式，一个小的磁化电流流过变压器的初级。如果一次侧开关突然被移走，变压器的二次侧就会产生一个高暂态电压，因此它被应用到可控硅上。这个电压是可控硅的开断电压的几倍。
• SCR转换器连接的HVDC系统上的闪电浪涌导致过度的电压非常高。
• 如果可控硅转换电路连接到高感性负载，电流的突然中断会在可控硅上产生高电压。
• 如果开关提供在直流侧，这些开关的突然操作产生电弧电压。这也会增加可控硅的过电压。

防止过电压

为了保护可控硅不受瞬态过电压的影响，在一个转换电路中为每个可控硅提供一个并联的R-C缓冲网络。这个缓冲网络保护可控硅防止内部过电压在反向恢复过程中引起。在可控硅关闭或换向后，反向的恢复电流被转移到由储能元件组成的缓冲电路。

输入端的雷电和开关电涌可能会损坏变流器或变压器。通过在可控硅上使用电压箝位装置，这些电压的影响被降到最低。因此，最常用的是金属氧化物压敏电阻、硒晶闸管二极管和雪崩二极管抑制器等电压箝位器件。

随着电压的增加，这些器件具有下降电阻特性。因此，当浪涌电压出现在器件上时，这些器件提供了跨可控硅的低阻路径。下图显示了使用晶闸管二极管和缓冲网络的可控硅对过电压的保护。

过流

在短路条件下，通过电流流过SCR。这些短路是内部或外部的。内部短路是由SCR失败的原因引起的阻挡前向或反向电压，发射脉冲的未对准，转换器输出端子短路由于连接电缆或负载等。外部短路是由负载中的持续过载和短路。

在短路的情况下，故障电流取决于源阻抗。如果在短路期间源阻抗足够，则故障电流受到SCR的多周期浪涌等级的限制。在AC电路的情况下，如果忽略源电阻，则发生故障在峰值电压的瞬间发生。

在直流电路中，故障电流受到源电阻的限制。因此，当源阻抗很低时，故障电流非常大。这一电流的迅速上升增加结温度，因此可控硅可能会损坏。因此，故障必须在第一个峰值出现之前被清除，换句话说，故障电流必须在当前零位之前被中断。

防止过流

可控硅可以使用常规过流保护装置，如普通熔断器(HRC熔断器、可换线熔断器、半导体熔断器等)、承包商、继电器和断路器来防止过流。对于连续过载和长时间的浪涌电流，通常采用断路器对可控硅进行保护，断路器脱扣时间较长。

为了有效跳闸断路器，必须使用SCR额定值正确协调跳闸时间。而且，具有短持续时间（作为子循环浪涌电流）的大型浪涌电流是通过与SCR串联的快速作用保险丝连接的限制。

因此，必须选择融合时间和子循环额定值的适当协调以进行可靠的保护。因此，熔断器和断路器的适当协调对于SCR的额定值是必不可少的。

用于保护SCR的保险丝的选择必须满足以下条件。

• 保险丝的额定电流必须连续地承载满载电流和一个小周期的边际过载电流。
• 熔断器的I2t额定值必须小于可控硅的I2t额定值
• 在电弧周期期间，熔丝电压必须高，以便迫使电流值。
• 中断电流后，保险丝必须承受任何限制电压。

可控硅di/dt保护

阳极电流通过栅极信号的应用而导通时的流过SCR。该阳极电流采用一些有限的时间来分布SCR的连接点。为了良好的SCR工作，该电流必须均匀地蔓延到交界处的表面上。

如果阳极电流上升速率(di/dt)很高，则会导致电流在结上的不均匀扩散。由于高电流密度，这进一步导致在栅-阴极结附近形成局部热点。这种效应可能由于过热而损坏可控硅。因此，在可控硅的开启过程中，di/dt必须保持在规定的限度以下。

为了防止电流的高变化率，电感器与晶闸管串联起来。典型的可控硅di/dt额定值在20- 500安培/微秒之间。

SCR的DV / DT保护

当可控硅正向偏置时，结J1和J3正向偏置，结J2反向偏置。这个反向偏置结J2具有电容器的特性。因此，如果施加在可控硅上的正向电压率很高，流经结J2的充电电流就足够高，即使没有任何门极信号也能打开可控硅。

这被称为SCR的DV / DT触发，其通常不用，因为它是错误的触发过程。因此，阳极升高到阴极电压，DV / DT必须处于指定的限制，以保护SCR防止假触发。这可以通过在SCR上使用RC Snubber网络来实现。

洗脱电路的工作

正如我们上面讨论的，对高压反向恢复瞬态和dv/dt的保护是通过使用RC缓冲电路实现的。这个缓冲电路由串联的电容器和电阻组成，并通过可控硅连接。这还包括一个电感与可控硅串联，以防止高di/dt。电阻值是几百欧姆。用于保护可控硅的缓冲网络如下图所示。

当开关关闭时，突然电压显示在SCR上，该SCR绕过RC网络。这是因为电容器用作短路，其使SCR两端的电压降低到零。随着时间的增加，电容器上的电压以慢速构建，使得电容器上的DV / DT太小而无法打开SCR。因此，跨SCR和电容器的DV / DT小于SCR的最大DV / DT额定值。

通常，电容器被充电到一个电压等于最大的电源电压，这是可控硅的正向阻塞电压。如果可控硅被打开，电容器开始放电，这导致一个高电流流过可控硅。

这会产生高的di/dt，导致SCR损坏。因此，为了限制高di/dt和峰值放电电流，如图所示，一个小电阻与电容器串联在一起。这些缓冲电路也可以连接到任何开关电路，以限制高浪涌或瞬态电压。