[分享] 晶闸管串联时的技术措施

     晶闸管串联后会出现如下需要解决的问题：

　　1， 均压：要求所加的电压均匀地分摊在每只晶闸管上，即每只器件分摊的电压基本一致。

　　2， 触发信号的传送：因为每只晶闸管各处于不同的电位上，每只器件的触发信号不可能有共同的零点。

　　3， 同时触发：上例中十只晶闸管串联，不允许个别器件不触发，要不就会发生高电压全加于这一只器件上，而导致该器件电压击穿。

　　　设计实例

　　(一)均压

　　加在一个高压整流桥臂两端的电压为有效值10000伏，其电压的最大值即峰值为14100伏，如选用正反向重复峰值电压为4000伏的晶闸管，经计算需10只晶闸管串联。为保证所加的电压均匀地分摊在每只晶闸管上，必须要采取“均压”措施。

　　1， 稳态均压

　　稳态均压常用方法就是每只晶闸管并联一个电阻，使通过电阻的电流要大于晶闸管的反向漏电流(要求大于10只晶闸管中的最大漏电流值)。应用手册提出并联电阻计算公式：

　　式中：Ku 为均流系数，取0.85;

　　URM 为所选晶闸管的正反向重复峰值电压，取4000伏;

　　IRM 为所选晶闸管中漏电流最大值的峰值，实测结果为平均值12mA，换成峰值为： 12×10-3π安，代入：

　　均压电阻RP ≤(1/0.85 - 1)(4000/12×10-3π) = 18773(Ω)≌ 19 KΩ

　　均压电阻功率计算公式：

　　式中：K为系数，单相电路(180°正弦半波)取0.25;三相电路(正弦120°导电)

　　取0.45 ，本例为三相桥，取0.45。

　　UAM 为串联臂的工作峰值电压 取14100V

　　nS 为串联晶闸管数 取10

　　Rp为均流电阻的阻值 取19000Ω，代入

　　均流电阻功率 PRP = 0.45 ×(14100 / 10)2 ×1/19000 = 47.09瓦，取PRP为50瓦。

　　2， 瞬态均压

　　晶闸管串联工作时，在开通和关断过程中会出现瞬态的电压分配不均现象。瞬态均压的

　　目的就是将由此瞬态电压分配不均造成的过电压抑制到允许的值。解决的办法一是强触发，尽可能使开通时间趋于一致。其二是选择反向恢复电荷基本一致的晶闸管。其三是每只晶闸管两端并联RbCb(阻容)瞬态吸收电路。这是因为当晶闸管由导通(正向)向阻断(反向)换向(由正半波换到负半波)时，要求反向阻挡特性马上建立，实际上由于PN结上大量载流子(反向恢复电荷)存在不能马上实现，换向初始存在较大反向电流，到载流子消失后恢复阻断，建立电压。如每支晶闸管反向恢复电荷量不一致，那么首先恢复阻断特性的晶闸管会受到过电压。选择反向恢复电荷基本一致的晶闸管是串联阀体减小关断过电压的有效措施。采用RC吸收电路是抑制此过电压的重要手段。

　　⑴ 瞬态吸收电容Cb计算公式：

　　式中 为换相电压，其最大值为变压器输出侧线电压的峰值，本例为14100V。

　　是晶闸管间反向恢复电荷差的最大值。比如所挑选的十只晶闸管反向恢复电荷差别在100μC以内。nS 为串联晶闸管数，取10;Ku 为均流系数，取0.85，代入：

　　⑵ 瞬态吸收电阻Rb 一般取

　　Rb = 10～30Ω

　　Rb功率计算公式：

　　代入后：

　　取50瓦的10Ω电阻即可。

　　应该说明的是：用于无功补偿器上的晶闸管反并联结构是一种交流无触点开关，器件上电压几乎没有直流分量，所以不需并联电阻，只用阻容吸收就可达到稳态和瞬态两种均压效果。

　　(二)触发信号的传送

　　因为串联的每只晶闸管各处于不同的电位上，每只器件的触发信号不可能有共同的零点。这个问题用光导纤维传送触发信号(即光触发)已经解决。应用手册有详细描述。此类触发装置有专业公司提供。

　　(三)用BOD器件保证串联晶闸管同时导通同时触发

　　上例中十只晶闸管串联，不允许个别器件不触发，要不就会发生高压全加于这一只器件上，而导致该器件电压击穿。现常用的方法即用BOD器件强制触发。

　　使晶闸管正向导通有三种方法：

　　1， 门极加触发信号;

　　2， 过高的dv/dt(电压上升率);

　　3， 正向加电压到晶闸管转折点，漏电流迅速上升达到某值时晶闸管导通。

　　第一种是正确用法，后两种也是晶闸管的固有性能，但不用而且要避免。BOD二极管

　　有与晶闸管十分相近的芯片结构。硅芯片也是PNPN四层结构，但没有门极。它具有晶闸管上述第三个特性。此处就是用他的这个特性。

　　BOD串联电阻R1、R2后并联在每个晶闸管的两端，如果串联的晶闸管臂中某个晶闸管未导通，其两端电压很快升高到转折点，漏电流迅速上升达到某值时BOD导通。此时，通过BOD给该晶闸管一个很强的触发电流，使晶闸管强迫导通。

　　下面简单介绍BOD器件的特性和选用：

　　1， 它虽然有晶闸管一样的四层结构，但它的正反向耐压差距很大。它反向耐压不

　　到10V，使用中切记必须串联一只高压二极管VD1来阻断反向电压。

　　2， 正向耐压UBO 最高可达三、四千伏，与晶闸管一样也有低压的，以满足不同电

　　压需要。为保护晶闸管，选用时选晶闸管耐压的70%～80% 。

　　3， 上面谈到的过高的dv/dt 能使晶闸管导通，同样也会使BOD导通。所以选用的BOD抗dv/dt能力一定要超过被保护的晶闸管。一般选用BOD的dv/dt要大于1000V/μs。

　文章来源：中国电力电子朱英文，高级工程师，中国电力电子产业网特约顾问