被“鎖定”的反峰，晶閘管反峰的利用

前言

在脈沖功率系統中半導體開關在高重頻、緊湊化、觸發延遲小、低抖動等方面有著其他類型開關無法比擬的優勢、在眾多半導體開關中晶閘管開關（又稱可控硅）由于導通電流大、功率水平高等優點被廣泛應用在脈沖功率系統中。本文結合晶閘管開關的典型應用案例來談談晶閘管如何鎖定反峰，及如何利用反峰的能量。

更新歷史

2020年4月17日 - 初稿

作者：海伏科技——小濤（轉載注明出處）
閱讀原文 - http://www.sztoxda.net/class/62

晶閘管如何鎖定電容反峰

圖1：被鎖定的反峰

如圖1所示，晶閘管作為放電回路的開關，此脈沖功率系統的工作邏輯如下：

• 通過高壓電源給儲能電容充電；
• 達到設定電壓后高壓電源停止充電，保護電路可以是限流電阻或是高壓繼電器，如果是高壓繼電器應切斷高壓連接；
• 通過觸發系統觸發晶閘管，此時儲能電容通過放電回路快速放電；
• 當電容電壓降至0后，放電回路中續流二極管右側的部分（包括模擬負載等）由于有電感的存在電流不會立刻消失，會通過放電回路中的續流二極管續流；
• 由于放電電流較大，在放電回路中二極管左側的部分如儲能電容、晶閘管、導線上的雜散電感會導致儲能電容中有一定的負壓存在；
• 當整個系統放電結束后，電容中的負壓被晶閘管鎖止；

如何處理電容中的反峰

方案一：更改電路連接方式，消除反峰

如果將上圖放電回路中的續流二極管放在晶閘管之前，續流二極管與儲能電容并聯，即可消除反峰，修改后的電路如圖2所示：

圖2：防止晶閘管鎖定反峰

但是，如此更改之后會導致晶閘管通過的電荷量增加。圖1中在一個放電周期內通過晶閘管的電荷量約為電容中存儲的電荷量；圖2中一個放電周期內通過晶閘管的電荷量為電容中存儲的電荷量加上續流二極管續流時通過的電荷量。根據放電回路中電容電感的參數不同，續流的電荷量有可能是電容中存儲電荷量的幾倍甚至十幾倍，所以相應的也要增加晶閘管的容量。

方案二：外加泄放回路將反峰釋放

如果保護電路是使用高壓繼電器將充電機與儲能電容切斷，在上一篇文章《直覺防反峰——高壓繼電器》中提到，在重新閉合高壓繼電器之前，一定要確保儲能電容中不存在反壓，否則會損壞高壓電源。此時需要通過要加電路將儲能電容中的負壓釋放掉，再閉合高壓繼電器，進行下一周期的充電。

方案三：通過外加電感對電容中的反壓換向

當電容中反壓過高時，如果通過電阻泄放反壓會增加泄放電阻的負擔，并且這部分能量也被白白浪費掉了。可以在儲能電容上增加晶閘管及換向電感將儲能電容中的電壓換向，換向后進行下一個周期的充電，提高能量的利用效率。

總結

隨著半導體技術的不斷進步，晶閘管的容量不斷加大，越來越多的脈沖功率系統使用晶閘管作為核心開關器件。由于其延遲低、重復性好、單相導通等特性可以在脈沖功率系統中產生很多優秀的電路組合。例如實現超級電容儲能，諧振充電，主放電容恒壓輸出；電容器電壓換向；等等很多優秀的應用這里不一一列舉。

海伏科技多年來一直致力于中小型脈沖功率系統的集成與應用，針對可控硅開發了多款系統集成配件，包括電壓采集、多路時序控制（可根據波形不同實時調整輸出時序實現一些復雜的功能）、高隔離驅動、可控硅串聯技術等等。如果您有脈沖功率相關的需求歡迎與我們聯系。

相關文章及產品

• 海伏課堂：反峰防護系列文章
• 高壓電源反峰防護
• 海伏科技系統集成及配件
• R15系列直流、電容充電一體化高壓電源