晶闸管可控硅对电压非常敏感当正向电压超过断态重复峰值电压UDRM的某个值时晶闸管会误导通导致电路故障。当施加的反向电压超过反向重复峰值电压URRM的某个值时将立即损坏。因此有必要研究过电压的原因和抑制过电压的方法。过电压主要是由于供给的电力或系统的储能发生剧烈变化使系统没有足够的时间进行转换或者系统中原本积累的电磁能没有及时消散。过压示例图二、过电压的种类过电压主要有两种一种是由雷击等外部冲击引起的另一种是开关分闸和合闸引起的冲击电压。雷击或高压断路器动作产生的过电压是几微秒到几毫秒的电压尖峰对晶闸管来说是非常危险的。而开关开合引起的冲击电压又分为以下几类1、交流电源开合产生的过电压过电压可能是由于交流开关的开合或交流熔断器的熔断引起的。由于变压器绕组的分布电容、漏抗引起的谐振电路过电压值变为正常值的210倍。一般开合速度越快过电压就越高在空载情况下断开电路时该值会更高。2、 直流侧产生的过电压如果电路的电感大或者我们切断电路时的电流值大都会产生比较大的过电压。这种情况经常发生在电流突变时由切断负载、导通晶闸管开路或熔断器快速熔断引起。3、换相冲击电压换相过电压是晶闸管电流下降到0时器件结层中残留的载流子复合引起的所以也称为载流子积累效应引起的过电压。换相过电压后会发生换相振荡过电压。它是由电感和电容的谐振引起的振荡电压。其值与换相后的反向电压有关。反向电压越高换向振荡过电压越大。三、晶闸管可控硅过电压保护措施针对形成过电压的不同原因可采用不同的抑制方法如减小过电压源、衰减过电压幅值等抑制过电压能量的上升速率延缓产生能量的耗散速率增加其耗散路径使用电子电路进行保护。最常见的方法是在回路中连接能量吸收元件以耗散能量通常称为吸收回路或缓冲电路。当设备上出现浪涌电压时这些设备会在晶闸管上提供低电阻路径。下图显示了使用晶闸管二极管和缓冲网络对晶闸管进行过电压保护。1、晶闸管可控硅保护电路--阻容RC缓冲电路通常过电压的频率很高因此电容通常用作吸收元件。为防止振荡常加阻尼电阻形成阻容吸收电路。阻容吸收电路可以连接在电路的交流侧和直流侧也可以并联在晶闸管的正负极之间。吸收电路最好使用无感电容布线尽量短。晶闸管可控硅保护电路--反向极化 RC 缓冲电路晶闸管可控硅保护电路--非极化缓冲电路2、晶闸管可控硅保护电路--过压撬棒电路晶闸管过压保护电路或保护电路连接在电源的输出和地之间选择齐纳二极管电压略高于输出轨的电压。通常5 V电源可以与 6.2 V齐纳二极管一起运行当达到齐纳二极管电压时电流将流过齐纳二极管并触发可控硅或晶闸管。然后这将提供对地短路从而保护正在供电的电路免受任何损坏并且还会熔断保险丝然后从串联调节器中移除电压。晶闸管过压保护电路3、由非线性元件组成的吸收回路上述阻容吸收电路的时间常数RC是固定的有时不能将时间短、峰值高、能量大的过电压放电抑制过电压的效果很差。因此通常在转换器的输入和输出线上也并联了硒堆或压敏电阻等非线性元件。硒堆的工作电压与温度有关温度越低耐压越高。此外硒堆具有自恢复性可反复使用。过电压作用后硒基片上的烧孔又被溶解的硒覆盖工作特性再次恢复。压敏电阻是一种基于氧化锌的金属氧化物非线性电阻器。它有两个电极电极之间填充了粒径为10-50μm的不规则ZNO微晶。并且在晶体之间存在约1μm的氧化铋颗粒层。该晶界层在正常电压下处于高阻抗状态只有小于 100 μA 的小漏电流。当施加电压时引起电子雪崩晶界层迅速进入低阻抗状态。电流迅速增加泄漏能量并抑制过电压从而保护晶闸管。浪涌后晶界层恢复到高电阻状态。非线性电阻也称为电压钳位装置如下图所示电压钳位装置电压钳位装置是一个非线性电阻它连接在可控硅的阴极和阳极之间。电压钳位器件的电阻随着电压的增加而减小。在正常工作条件下电压钳位 (VC) 器件具有高电阻仅吸收漏电流。当电压浪涌出现时电压钳位装置提供低电阻并在晶闸管上产生虚拟短路因此晶闸管两端的电压被钳位到一个安全值。当浪涌条件过电压钳位装置返回高电阻状态。例如电压钳位装置1、硒闸流管二极管2、金属氧化物压敏电阻3、雪崩二极管抑制器六、晶闸管可控硅误触发的处理方法为了防止晶闸管意外开启门可以将电压缓冲电路与晶闸管并联使用。下图显示了缓冲电路其中电阻和电容的串联组合与给定配置中的可控硅并联。缓冲电路在这个电路中电容器可以很好地处理误触发。当电路中的开关 S 闭合时电路上会出现施加的电压。流动的电流将绕过电容器晶闸管上的压降为零。到那时电压将在电容器上积聚因此将保持 SCR 的指定 dv/dt 额定值。因此这将最终防止设备意外打开。这里需要一个电阻与一个电容器串联吗从上面讨论的过程中很明显施加的电压对电容器 C 充电。但是当施加栅极脉冲并且 SCR 开启时电容器开始通过晶闸管放电。由于这将是一条低电阻路径因此过大的电流可能会损坏晶闸管。为了防止这种损坏必须限制放电电流并且对于相同的大功率额定电阻R与C串联放置。这里必须在此处正确选择参数调整它们以获得正确的结果。九、晶闸管可控硅保护--门保护当我们处理晶闸管保护时保护栅极电路免受过压和过流是一个非常重要的方面。我们已经讨论过当存在过电压时会导致晶闸管误触发。而由于过电流结温可能会升高从而损坏器件。除此之外当电源电路中存在瞬变时栅极端会出现杂散信号。因此晶闸管会因不需要的门控触发而开启。因此为了保护栅极端子免受此类作用屏蔽电缆用于栅极保护。这种电缆的存在降低了感应电动势的机会因此晶闸管的不必要触发在很大程度上被最小化。具有上述所有措施的完整晶闸管保护电路如下所示。具有基本电路元件的晶闸管可控硅保护电路https://zhuanlan.zhihu.com/p/525903402