北京晶闸管具有哪些保护功能
点击次数：1243 更新时间：2022-08-19
北京晶闸管是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件。在性能上,晶闸管不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性,它只有导通和关断两种状态。
晶闸管的优点很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍数高达几十万倍;反应极快,在微秒级内开通、关断;无触点运行,无火花、无噪声;效率高,成本低等。因此,特别是在大功率UPS供电系统中,在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。
晶闸管的弱点:静态及动态的过载能力较差,容易受干扰而误导通。
一、交流侧过电压及其保护
由于交流侧电路在接通断开时出现暂态过程，因此产生过电压。例如交流开关的开闭，交流侧熔断器熔断等引起的过电压。对于这类过电压保护，目前普遍的保护方法是并接阻容吸收电路和压敏电阻。
阻容吸收保护应用广泛，性能可靠，但正常运行时电阻上消耗功率，引起电阻发热，且体积较大，对于能量较大的过电压不能*抑制。
压敏电阻是一种非线性元件，它是以氧化锌为基体的金属氧化物，有两个电极，极间充填有氧化铋等晶粒。正常电压时晶粒呈高阻，漏电流仅有100uA左右，但过电压时发生的电子雪崩使其呈低阻，电流迅速增大从而吸收了过电压。一般情况下，其在220 VAC电路里使用标称470～680V，在380VAC电路里使用标称780～1000V的压敏电阻，由于其吸收电能的功率跟其直径有关，直径大的功率就大，一般选用直径ф12～20的即可。
二、过电流保护
电力半导体开关器件对温度的变化较为敏感，过电流会使半导体芯片过热而造成品质下降，寿命降低甚至*性损坏。虽然模块在10ms内可以承受额定电流10倍以上的非重复的浪涌电流，但很多时候过电流的时间都大于此值，很容易造成成*性损坏。因而，过电流的保护是很重要的，过电流的保护方法很多，像在交流进线串接漏抗大的整流变压器、接电流检测和过流继电器和装直流快速开关等措施，但关键在于反映速度要快。对于小于模块浪涌电流值的过电流，常用的电子过流保护电路可以立即切断可控硅的触发脉冲，使可控硅在电流过零时换向时关断，但对于在10/8.3ms(50/60HZ)以内超过SCR的浪涌电流承受值的浪涌电流和短路电流，一般的保护电路是无效的，应考虑采用半导体器件的快速熔断器。熔断器的标称熔断电流不应超过模块标称电流值的1.57倍。即小于模块的通态电流的有效值。市售的快熔种类较多，质量差异较大，选择时应慎重。
与普通熔断器比较，半导体快速熔断器是专门用来保护电力半导体功率器件过流的元件，它具有快速熔断的特性，在流过6倍额定电流时其熔断时间小于工频的一个周期(20ms)。
快速熔断器可接在交流侧直流侧或与晶闸管桥臂串联，后者直接效果。一般说来快速熔断器额定电流值(有效值)应小于被保护晶闸管的额定方均根通态电流(即有效值)ITRMS即1.57ITAV,同时要大于流过晶闸管的实际通态方均根电流(即有效值)IRMS。
三、电压及电流上升率的保护
1、电压上升率(dv/dt)
阻断时，其阴阳极之间相当于存在一个PN结电容，当突加正向阳极电压时会产生充电电容电流，此电流可能导致晶闸管误导通。因此，对晶闸管施加的zui大正向电压上升率必须加以限制。常用方法是在晶闸管两端并联阻容吸收元件。
2、电流上升率(di/dt)
晶闸管开通时，电流是从靠近门极开始导通然后逐渐扩展到整个阴极区直至全部导通，这个过程需要一定的时间。如果电流上升太快，使电流来不及扩展到整个管芯的有效PN结面，造成门极附近的阴极区局部电流密度过大，发热过于集中，PN结的温度迅速上升形成热点，使其在很短的时间内超过额定结温导致晶闸管工作失效甚至烧毁，所以必须限定晶闸管通态电流上升率(di/dt)。一般是在桥臂中串入电感或铁淦氧磁环。
四、过热保护
电力半导体模块和其它功率器件一样，工作时由于自身功耗而发热。如果不采取适当措施将这种热量散发出去，就会引起模块管芯PN结温度急剧上升,致使器件特性恶化，直至*损坏。功耗主要由导通损耗、开关损耗、门极损耗三部分组成。在工频或400Hz以下频率的应用中zui主要的是导通损耗。
为了确保器件长期可靠地工作，设计时散热器及其冷却方式的选择与电力半导体模块的电流电压的额定值选择同等到重要，千万不可大意！
