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可控硅关闭方法

在本教程中,我们将学习可控硅关闭方法。有几种方法可以正确实现SCR关闭方法,如自然的,强制的。在强制换向中,又有一些子类别,如A类,B类,C类,D类,e类。我们将学习所有这些正确关闭可控硅的不同方法,不同的换向类型,以及可控硅的动态关闭特性。

简介

在前一篇文章中,我们看到了不同的情况可控硅打开方法在那里,我们学习了如何通过在栅极和阴极端子之间施加适当的正栅极电压来打开可控硅。

这里需要注意的一点是,与晶体管不同的是,只要有一个小的基极电流流动(在MOSFET的情况下是栅电压),集电极就会排出电流流动,可控硅不需要任何栅电压来保持打开状态。

即使栅极电压被移除(在可控硅打开后),可控硅也不会停止导电。因此,栅极无法控制从阳极到阴极的电流流动,可控硅不能通过栅极端子关闭。只有通过将阳极或正向电流降低到保持电流水平以下,可控硅才能从正向导通状态恢复到正向阻塞状态。

的关闭过程可控硅被称为换向。换向是指电流从一个电路转移到另一个电路。你们以前在哪里听说过对易子和对易子?在刷直流电机中。换向器是电刷组件的一部分,负责扭转绕组中的电流方向。

因此,一个可控硅的换向电路做了类似的工作,减少正向电流为零,以关闭可控硅或可控硅。即使在减少阳极电流为零后,可控硅将再次进行,如果有一个直接的正向电压。因此,要正确地关闭传导可控硅,必须满足以下条件:

  • 可控硅的阳极或正向电流必须降低到零或低于保持电流的水平,然后,
  • 必须在可控硅上施加足够的反向电压,以恢复其正向阻塞状态。

当可控硅通过降低正向电流为零而关闭时,多余的载流子存在于不同的层。为了重新获得可控硅的正向阻塞状态,这些多余的载波必须重新组合。因此,为了加速这一重组过程,反向电压应用于整个可控硅。

我们知道,一个可控硅,本质上只有两个状态:ON状态(或传导状态)和OFF状态(阻塞状态)。此外,可控硅对负载电压和电流没有任何控制(因为它只是一个开关)。所以,控制电压和电流水平的唯一方法是通过可控硅的打开和关闭的过程。

整流是可控硅关断的关键过程。

可控硅关闭方法

一个可控硅被称为“关闭”,如果没有流动的正向电流,即使可控硅再次向前偏压(正电压在阳极),可控硅将不会传导没有任何门信号(使用可控硅打开方法之一)。

使可控硅换向的反向电压称为换向电压。根据可控硅开关的类型(循环或顺序),换向方法分为两大类。它们是:

  • 自然换向
  • 强制换向

在讨论不同类型的ACR关闭方法之前,我们必须了解一个重要的量,即可控硅的关闭时间。

关闭时间t是可控硅的时刻阳极电流变为零和时刻可控硅开始阻塞正向电压之间的时间。

自然换向

在自然换向中,换向电压的来源是电源本身。如果可控硅连接到交流电源,在正半周期的每一端,阳极电流自然变为零(由于交流电源的交流性质)。当电路中的电流通过自然零点时,反向电压立即通过可控硅施加(由于负半周期)。这些条件关闭可控硅。

这种换向方法也称为源换向或交流线路换向或F类换向。这种换向可以通过线路换向逆变器、可控整流器、环转变流器和交流稳压器实现,因为在所有这些变流器中,电源是交流源。

SOFF1

在交流电源正半周期内,负载电流流动正常。但是,在负循环期间,可控硅将关闭(由于瞬时零电流和立即负极性)。对于成功的自然换相,关闭时间t必须小于供应的半个周期的持续时间。

强制换向

在直流电路的情况下,没有关闭可控硅的自然电流零。在这种电路中,必须通过外部电路(称为换向电路)使正向电流为零来换向可控硅。因此得名,强制换相。

这种换向电路由电感和电容等元件组成,它们被称为换向元件。这些换向元件导致在可控硅上施加反向电压,立即使可控硅中的电流为零。

根据在可控硅中实现零电流的过程和换向元件的布置,强制换向分为不同的类型。它们是:

  • 类A -负载谐振自换流
  • B类-负载谐振自换相
  • C类-互补对易
  • D类-辅助换向
  • E类-脉冲换向

如A类,B类,C类,D类和e类逆变器电路

A类减刑

这也被称为通过负载谐振的自换易或简单地称为谐振换易。在这种换向中,换向电压的来源在负载中。换向元件为L和C,电容可与负载电阻R并联或串联l如下所示。

也有波形的可控硅电流,电压和电容电压。

SOFF2

负载电阻的值和换向元件的选择以形成欠阻尼RLC谐振电路的方式进行。当电路应用直流电源时,正向电流开始流经可控硅,在此期间,电容器被充电到V值直流.电路中的电流将是下面所示的两种波形之一,取决于负载如何连接到电容器(并联或串联)。

Class-A-Current-Load-in-Series-Parallel

当导电时,可控硅中的电流是电容器的充电电流。从波形可以清楚地看出,电流在点“K”处为零。此时,SCR关闭。

电路的谐振频率,取决于换向元件L和C,也取决于负载电阻,决定了关闭可控硅的时间。

A类换向法简单可靠,由于L和C分量(满载电流)较高,通常用于高频操作,即频率在1000hz及以上。这种换向方式通常用于串联逆变器。

B类减刑

这也是一个自换向电路,其中可控硅的换向是通过一个谐振LC电路实现的。但A类和B类换向的主要区别是LC谐振电路是跨可控硅连接的,而不是在A类换向的情况下与负载串联。因此,整流电路和其中的L和C元件不携带负载电流。

下图显示了换向电路以及与B类换向相关的波形。

SOFF3

当直流电源加到电路上时,电容器充电到V直流上面的平板是正的,下面的平板是负的。当可控硅被触发时,电流向两个方向流动:一个是通过Vdc +- SCR - r - vdc -另一个是换向电流(IC)通过L和C组件。

当可控硅打开时,电容开始在C路放电+- l - SCR - c- - - - - -.当电容器完全放电时,它开始以反向极性充电。由于反向电压的作用,换向电流IC,将以负载电流I的相反方向流动l

当换向电流IC变得高于负载电流,可控硅将自动关闭,电容以其原始极性充电(通过电感和负载)。

从上面的解释,我们可以理解SCR是打开一段时间,然后自动关闭一段时间。这是一个不断重复的过程。ON/OFF状态的频率取决于整流电路中L和C的值。这种类型的换向多用于斩波电路中。

C类减刑

在这种换向方法中,主可控硅(将被换向)与负载串联连接,一个附加或补充可控硅与主可控硅并联连接。因此,这种方法也被称为互补换相法。

在这种情况下,可控硅关闭与反向电压的充电电容。下图显示了具有适当波形的互补换相。

SOFF4

最初,两个可控硅处于关闭状态,因此电容电压也是零。当sc1或主SCR被触发(通过对其门施加脉冲),电流开始在两个路径流动:一个是负载电流Il通过Vdc +- Rl- sc1 - vdc -另一个是电容器I的充电电流C通过Vdc +- R1- C+- C- - - - - -- sc1 - vdc -.因此,电容器开始充电到V值直流,极性如上图所示。

当SCR2被触发时(通过对其门施加脉冲),它被打开。因此,电容的负极性应用于整个SCR1的阳极和正极性应用于SCR1的阴极。

这将导致跨主SCR (SCR1)的反向偏置,因此,它关闭。现在,电容通过负载充电,路径是Vdc +- Rl- C+- C- - - - - -- scr2 - vdc -.电容的极性现在颠倒了。

如果SCR 1再次被触发,电容器的放电电流关闭SCR2,过程重复。

这种换向方式主要用于具有中心抽头变压器的单相逆变器。麦克默里贝德福德逆变器就是这种换向电路的最好例子。这是一种非常可靠的换向方法,即使在1000hz以下的频率下也很有用。

类D变换

这也被称为辅助换向,因为它使用辅助可控硅切换带电电容。在这种情况下,主可控硅由辅助可控硅换相。负载电阻的主可控硅构成电源电路,二极管D、电感L和可控硅r2构成换向电路。

SOFF5

当供电电压V直流时,两个可控硅都处于OFF状态,因此电容电压为零。为了给电容充电,必须首先触发SCR2,电容通过路径V充电dc +- C+- C- - - - - -- scr2 - rl- - - - - - Vdc -

当电容充满电时,电流流量减少,由于SCR2与电容串联,它关闭。如果触发SCR1,电流向两个方向流动:一个是负载电流IL到Vdc +- sc1 - rl- - - - - - Vdc -另一个是通过C的换向电流(由于电容放电)+- sc1 - l - d - c- - - - - -

当电容器完全放电时,其极性将发生逆转,但二极管的存在阻止了逆转放电。当SCR2被触发时,电容通过C开始放电+—scr2—sc1—c- - - - - -.当放电电流大于负载电流时,sc1被关闭。

同样,电容器开始通过SCR2充电到电源电压V直流然后SCR2关闭(电容器充满电后)。两个可控硅现在都关闭,并重复上述过程。

这种换向方法主要用于逆变器,也用于琼斯斩波电路。

类E变换

这种类型的换向也称为外部脉冲换向。在这种情况下,一个外部脉冲源被用来产生反向电压横跨可控硅。下面的电路显示了E类换向电路,它使用脉冲变压器产生换向脉冲。变压器的一次和二次之间的紧密耦合设计,并且在变压器中有一个小的气隙,以使它在脉冲施加时不会饱和。

如果可控硅需要换向,则施加脉冲,其持续时间等于或大于可控硅的关闭时间。

如果可控硅被触发,负载电流流过脉冲变压器。如果一个脉冲(势VP)施加于脉冲变压器的一次端,在脉冲变压器的二次端感应电压。

该感应电压应用于可控硅的反向极性(-VP),因此可控硅被关闭。该电容器对高频脉冲提供极低或零阻抗。

SOFF6

动态开关开关特性

可控硅从正向传导状态到正向阻塞状态的转变称为可控硅的关断或换向。我们知道,一旦可控硅开始传导,门无法控制它带回前进阻塞或关闭状态。

要关闭可控硅,电流必须降低到可控硅保持电流以下的水平。我们已经讨论了上述关闭可控硅的各种方法,其中可控硅关闭是通过减少正向电流为零实现的。但如果我们在可控硅的电流为零后立即施加正向电压,即使没有栅触发,它也会重新开始导电。

这是由于四层中的载流子的存在。因此,有必要施加反向电压,在有限的时间内通过可控硅去除载流子。

因此,关闭时间被定义为从阳极电流变为零到可控硅保持正向阻塞能力的瞬间之间的时间。来自四层的多余载流子必须被移除,以使可控硅回到前向传导模式。

这个过程分两个阶段进行。在第一阶段,外层的多余载流子被除去,在第二阶段,内部两层的多余载流子被重新组合。因此,总关闭时间t分为两个区间:反向恢复时间trr栅极恢复时间tgr

t= trr+ tgr

下图显示了可控硅在开、关过程中的开关特性。时间t1t3.称为反向恢复时间。在实例t处1时,阳极电流为零,反向积聚,称为反向恢复电流。这个电流在t时间内从外层去除多余的载流子1t3.

动态开关开关特性

在实例t3.,连接J1和J3.能够阻断反向电压,但可控硅还不能阻断正向电压,因为在结J2.这些载流子只能通过重组的方式消失,这可以通过在可控硅上保持反向电压来实现。

因此,在时间t内3.t4,电荷发生复合,在瞬间t4结J2完全恢复。这个时间叫做门恢复时间tgr

  • 从图中可以看出,关闭时间是t之间的时间间隔4和t1.一般来说,这个时间在10到100微秒之间。这是关闭时间t适用于个别可控硅。
  • 整流电路施加反向电压来整流可控硅所需的时间称为电路整流时间(tC).对于安全裕度或可靠的换向,这个tC一定大于t否则会发生换相失败。
  • 这种可控硅具有较慢的关闭时间,通常在50到100微秒之间,被称为转换器级可控硅。这些被用于相控整流器,循环变流器,交流稳压器等。
  • 可控硅具有快速关闭时间,通常在3到50微秒之间,是逆变级可控硅。与变流器级相比,这类变流器的成本更高,用于切割机、力换向变流器和逆变器中。

结论

关于可控硅关闭方法的完整教程。你学习了关闭可控硅的需要,关闭可控硅的不同方法,换向和不同类型的换向。

15反应

  1. 感谢您以最简单的形式提供如此有用的内容。因为这个话题在书中很难描述。thnkx很多。

  2. 这些话题在书中描述得非常复杂。但你必须提供简单和概念性的主题。

    谢谢先生。

  3. 谢谢你,这真的很有帮助,你能不能也说明一下哪种类型用于大功率,低功率的电路

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