晶闸管的过电压保护

晶闸管击穿的原因
晶闸管击穿的原因主要有以下几个：
1. 过电压击穿：当晶闸管两端之间的电压超过其额定反向耐压时，会发生击穿。

例如，在开关电源的电流波动或突然断电时，可能会引起过电压击穿。

2. 过电流击穿：当晶闸管通过的电流超过其额定电流时，可能会引起击穿。

过电流击穿一般是由于负载电流过大或短路情况引起的。

3. 温度击穿：晶闸管的导通和堵塞状态会受到温度的影响。

当温度过高时，晶闸管的导通压降会增加，可能导致击穿。

4. 静电击穿：静电放电可能引起晶闸管的击穿。

当周围环境存在静电电荷时，将电极直接与晶闸管的封装部分接触，会产生静电击穿。

为了防止晶闸管击穿，可以采取以下措施：
1. 合理设计电路，避免过电压和过电流情况的发生。

2. 使用合适的散热装置，控制晶闸管的温度，避免温度击穿。

3. 在工作环境中注意静电保护，避免静电击穿的发生。

4. 定期检查和维护晶闸管，确保其正常运行。

防止晶闸管损坏的保护措施
晶闸管元件的主要弱点是承受过电流和过电压的力量很差，即使短时间的过流和过电压，也可能导致晶闸管的损坏，所以必需对它采纳适当的爱护措施。

1、过流爱护
晶闸管消失过电流的主要缘由是过载、短路和误触发。

过流爱护有以下几种：
a）快速容断器，快速容断器中的溶丝是银质的，只要选用适当，在同样的过电流倍数下，它可以在晶闸管损坏前先溶断，从而爱护了晶闸管；
b）过电流继电器，当电流超过过电流继电器的整定值时，过电流继电器就会动作，切断爱护电路。

但由于继电器动作到切断电路需要肯定时间，所以只能用作晶闸管的过载爱护；
c）过载截止爱护，利用过电流的信号将晶闸管的触发信号后移或使晶闸管的导通角减小，或干脆停止触发爱护晶闸管。

2、过压爱护
过电压可能导致晶闸管的击穿。

其主要缘由是由于电路中电感元件的通断、熔断器熔断或晶闸管在导通与截止间的转换。

对过压爱护可采纳两种措施：
a）阻容爱护，阻容爱护是电阻和电容串联后，接在晶闸管电路中的一种过电压爱护方式。

其实质是利用电容器两端电压不能突变和电
容器的电场储能以及电阻使耗能元件的特性，把过电压的能量变成电场能量储存在电场中，并利用电阻把这部分能量消耗掉；
b）硒堆爱护。

晶闸管换流过电压保护元件参数的优化崔成旺Ξ(天津大学电气与自动化工程学院,天津　300072)摘　要:以三相桥式全控整流电路为例,分析了晶闸管换流过电压的产生过程。

通过数学推导,找出换流尖峰电压与保护元件参数之间的关系。

给出了求保护元件参数最优解的工程化方法。

经现场使用,保护元件及晶闸管均工作安全可靠,证实了本方法的可行性。

关键词:换流过电压保护;缓冲器;晶闸管;最优化 晶闸管换流过程中,由于元件内部各PN 结层残存载流子复合产生反向电流[1]。

此电流在极短的时间内降至接近于零的数值,则有较大di Πdt 值,与回路电感形成的Ldi Πdt 的电压称为换流过电压。

为了减小换流尖峰电压必须在元件呈反向阻断特性时为反向恢复电流提供一个泄放回路,通常采取由电容电阻组成换流缓冲器支路与晶闸管元件并接来限制该尖峰电压值。

但在实际应用中由于参数选择未经理论论证,常根据经验值而定,许多装置中该尖峰电压仍然很高。

文献[2]对已运行的十几台40MW ～300MW 发电机晶闸管励磁装置进行现场测试,发现换流尖峰电压均达到阳极电压有效值的3倍左右,这样高的尖峰电压势必加速系统设备绝缘老化并影响运行可靠性。

换流缓冲器参数选择不当已成为急待解决的工程技术问题。

1.换流过电压产生过程图　晶闸管换流过程示意Ξ作者简介崔成旺(),男,河北廊坊人,天津大学电气与自动化工程学院电气工程专业级硕士研究生。

中国电力教育2006年研究综述与技术论坛专刊1:1977-04 三相全控桥如图1所示,现以VT 1和VT3的换流过程为例说明换流过电压的产生过程。

晶闸管交流装置运行在t1点处,VT 3触发导通。

由于交流侧存在漏抗使VT 1和VT 3处于并联导通进行换流,电源e1与e2两支路经晶闸管元件VT 1和VT 3而短路,有一短路电流I 反向流过VT1元件,此时VT1元件中电流为I V T1=I d -I 。

当运行到t2点时,I =I d 即I V T 1=0,负载电流I d 完全转换到由VT 3元件支路供给,似乎此时换流过程应该结束了,但是此时VT 1元件内部PN 结处仍有载流子,还需一个短暂时间间隔(通常仅有几微秒)进行泄放,故VT 1元件继续反向导通直至反向恢复电流I 0时才恢复阻断特性。

题目：三相全控桥式晶闸管-电动机系统设计初始条件：1．直流电动机额定参数： PN =10KW, UN=220V, I N =50A,n N =1000r/min，电枢电阻Ra=0.5Ω，电流过载倍数λ＝1.5，电枢电感L D =7mH，励磁电压U L=220V 励磁电流I L=1.6A.2.进线交流电源：三相380V3.性能指标：直流输出电压0-220V，最大输出电流75A，保证电流连续的最小电流为5A。

使用三相可控整流电路，电动机负载，工作于电动状态。

要求完成的主要任务：1. 三相全控桥式主电路设计（包括整流变压器参数计算，整流元件定额的选择，平波电抗器电感量的计算等）,讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。

2.触发电路设计。

触发电路选型（可使用集成触发器），同步信号的定相等。

3.晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。

4.提供系统电路图纸不少于一张。

课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。

应画出单元电路图和整体电路原理图，给出系统参数计算过程，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。

时间安排：2011.1.14～2011.1.15 收集资料，确定设计方案2011.1.16～2011.1.17 系统设计2011.1.18～2011.1.19 撰写课程设计论文及答辩指导教师签名：年月日摘要许多机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。

而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用最广泛的电力传动系统。

它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。

本此设计主要就是针对直流调速装置，利用晶闸管三相全控桥式整流技术，结合集成触发器芯片，组成晶闸管三相全控桥式整流直流电动机调速系统，主要应用的芯片是TCA787集成移相触发控制芯片，实现调速系统。

第五节 晶闸管简介晶闸管是一种大功率半导体器件，又称可控硅，常用SCR 表示。

其优点是体积小、耐压高、容量大、使用维护简单。

晶闸管的种类很多，有单向型、双向型、可关断型以及快速型等。

一、晶闸管的结构外形、结构常用的晶闸管有塑封式、螺栓式和平板式三种，它有三个引出极，即阳极A 、阴极K 和控制极（门极）G 。

由于大功率晶闸管工作时发热量较大，因此正常工作时必须安装散热器。

晶闸管的符号及其内部结构如图1-5-1所示。

由图可见，晶闸管的阳极和阴极之间为PNPN 四层结构，它们形成三个PN 结J1、J2和J3。

A 阳极(c) 结构(b) KGA符号(a) 外形二、晶闸管的工作状态如图1-5-2（a）所示电路中，当晶闸管阳极和阴极之间加反向电压时，无论控制极与阴极之间施加何种电压，灯泡均不亮，晶闸管不导通，即晶闸管处于反向阻断状态。

当阳极和阴极之间加正向电压时，若控制极与阴极之间施加的电压为零或反向电压时，灯泡也不亮，说明晶闸管仍然不导通，处于正向阻断状态，如图1-5-2（b）所示。

在晶闸管阳极加正向电压，控制极也加上适当正向电压后，灯泡点亮，晶闸管导通。

此时，若去掉控制极电压，灯泡仍然发光，即晶闸管维持导通，控制极失去控制作用，如图1-5-2（c）（d）所示。

UA UUA UUAUGAUGUA可见，要使晶闸管从导通状态变为阻断状态，可以通过两个途径：①在阳极和阴极之间加反向电压或将阳极与电源断开，这种阻断称为反向阻断；②使阳极电流减少到一定数值（约几十~几百毫安）后晶闸管将自行关断，称为正向阻断。

三、晶闸管的型号和主要参数1．晶闸管的型号按照国家规定，普通晶闸管的型号及含义如下：例如，KP200-8D表示普通晶闸管，额定电流为200A，额定电压为800V，管压降0.6~0.7V。

2．晶闸管的主要参数（1）额定正向平均电流I F 指在规定环境温度及标准散热条件下，允许连续通过晶闸管阳极的最大工频正弦半波电流的平均值。

电⼒电⼦题库《电⼒电⼦技术》机械⼯业出版社命题⼈王翠平第⼀章功率⼆极管和晶闸管知识点：●功率⼆极管的符号，特性，参数●晶闸管的符号、特性、参数、⼯作原理●双向晶闸管的符号、特性、参数、⼯作原理●可关断晶闸管的符号、特性、参数、⼯作原理⼀、填空题1、⾃从_1956__ __ 年美国研制出第⼀只晶闸管。

2、晶闸管具有体积⼩、重量轻、损耗⼩、控制特性好等特点。

3、晶闸管的三个极分别为阳极、阴极、门极。

4、晶闸管导通的条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的阴极和门极间也加正向电压，两者缺⼀不可。

5、晶闸管⼀旦导通，门极即失去控制作⽤。

6、晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流⼩于维持电流。

7、双向晶闸管的四种触发⽅式：I+ 触发⽅式 I-触发⽅式Ⅲ+触发⽅式Ⅲ-触发⽅式。

8、GTO的开通时间由延迟时间和上升时间组成。

9、GTO的关断时间由存储时间、下降时间、和尾部时间。

10、功率⼆极管的导通条件：加正向电压导通，加反向电压截⽌。

11、对同⼀晶闸管，维持电流IH 与擎住电流IL 在数值⼤⼩上有IL___>_____IH 。

12、晶闸管断态不重复电压UDSM 与转折电压UBO 数值⼤⼩上应为，UDSM__<______UBO13、普通晶闸管内部有两个PN结,，外部有三个电极，分别是阳极A极阴极K 极和门极G极。

14、晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时，门极上加上触发电压，晶闸管就导通。

15、、晶闸管的⼯作状态有正向阻断状态，正向导通状态和反向阻断状态。

16、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表⽰该器件的名称为普通晶闸管，50表⽰额定电流50A，7表⽰额定电压100V。

17、只有当阳极电流⼩于维持电流电流时，晶闸管才会由导通转为截⽌。

18、当增⼤晶闸管可控整流的控制⾓α，负载上得到的直流电压平均值会减⼩。

⼆、判断题1、第⼀只晶闸管是1960年诞⽣的。

（错）2、1957年⾄1980年称为现代电⼒电⼦技术阶段。

机电传动控制课后习题答案10.1晶闸管的导通条件是什么？导通后流过晶闸管的电流决定于什么？晶闸管由导通转变为阻断的条件是什么？阻断后它所承受的电压决定于什么？晶闸管的导通条件是:(1) 晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压。

（2）晶闸管的阳极和控制极通时加正相电压市晶闸管才能导通.导通后流过晶闸管的电流决定于(电压不变时)限流电阻(使⽤时由负载)决定.晶闸管由导通转变为阻断的条件是当减少阳极电压或增加负载电阻时,阳极电流随之减少,当阳极电流⼩于维持电流时,晶闸管便从导通状态转化维阻断状态.阻断后它所承受的电压决定于阳极和阴极的反向转折电压.10.2晶闸管能否和晶体管⼀样构成放⼤器？为什么？晶闸管不能和晶体管⼀样构成放⼤器,因为晶闸管只是控制导通的元件,晶闸管的放⼤效应是在中间的PN节上.整个晶闸管不会有放⼤作⽤.10.3试画出题10.3图中负载电阻R上的电压波形和晶闸管上的电压波形。

10.4 如题4如题10.4图所⽰，试问：①在开关S闭合前灯泡亮不亮？为什么？②在开关S闭合后灯泡亮不亮？为什么？③再把开关S断开后灯泡亮不亮？为什么？①在开关S闭合前灯泡不亮,因为晶闸管没有导通.②在开关S闭合后灯泡亮,因为晶闸管得控制极接正电,导通.③再把开关S断开后灯泡亮,因为晶闸管导通后控制极就不起作⽤了.10.5如题10.5图所⽰，若在t1时刻合上开关S，在t2时刻断开S，试画出负载电阻R上的电压波形和晶闸管上的电压波形。

10.6晶闸管的主要参数有哪些？晶闸管的主要参数有①断态重复峰值电压U DRE:在控制极断路何竟闸管正向阻断的条件下,可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压,其数值规定⽐正向转折电压⼩100V.①反向重复峰值电压U RRM:在控制极断路时,可以重复加在晶闸官元件上的反向峰值电压.②额定通态平均电流(额定正向平均电流)I T.③维持电流I H:在规定的环境温度和控制极断路时,维持元件导通的最⼩电流.10.7如何⽤万⽤表粗测晶闸管的好坏？良好的晶闸管,其阳极A与阴极K之间应为⾼阻态.所以,当万⽤表测试A-K间的电阻时,⽆论电表如何接都会为⾼阻态,⽽G-K间的逆向电阻⽐顺向电阻⼤.表明晶闸管性能良好. 10.8晶闸管的控制⾓和导通⾓是何含义？晶闸管的控制⾓是晶闸官元件承受正向电压起始到触发脉冲的作⽤点之间的点⾓度.导通⾓是晶闸管在⼀周期时间内导通得电⾓度.10.9有⼀单相半波可控整流电路，其交流电源电压U2=220V ,负载电阻R L=10 Ω,试求输出电压平均值U d的调节范围,当α=π/3，输出电压平均值U d和电流平均值I d 为多少？并选晶闸管.U d=1/2π∫απ√2sinwtd(wt)=0.45U2(1+cosα)/2=0.45*220(1+1)/2=99V输出电压平均值U d的调节范围0-99V当α=π/3时U d= 0.45U2(1+cosα)/2=0.45*220*（1+0.866）/2=92.4V输出电压平均值U d=92.4V电流平均值I d= U d/R L=92.4/10=9.24A10.10续流⼆极管有何作⽤？为什么？若不注意把它的极性接反了会产⽣什么后果？续流⼆极管作⽤是提⾼电感负载时的单相半波电路整流输出的平均电压。

你的可控硅整流器需要具备这些保护措施
可控硅整流器作为一种重要的元件，在很多电路系统中都是不可缺少的组成部分，而较大容量的可控硅元件能够保障其安全正常运行。

然而，为了使可控硅整流器可靠的工作，还必须加上各种保护，这样才能有效的防止雷击、元件损坏、桥臂过热等问题。

本文在这里总结了几种必备的可控硅保护措施，与大家一起分享。

 晶闸管关断过电压保护
 该种可控硅保护措施，能够为可控硅整流器提供基础的安全保障。

配备有晶闸管关断过电压保护的整流器一旦出现故障，可以防止晶闸管被过电压击穿。

当整流器发生故障时，晶闸管从导通到阻断，线路电感将会释放能量产生过电压。

由于晶闸管在导通期间载流子充满元件内部，在关断过程中管子在反向作用下，正向电流下降到零时，元件内部残存着载流子。

这些载流子在反向电压作用下瞬时出现较大的反向电流，使残存的载流子迅速消失。

这时反向电流减小即diG/dt极大，产生的感应电势很大，这个电势与电源串联，反向加在已恢复阻断的元件上，可导致可控硅反向击穿，其数值可达工作电压的5—6倍。

因此，在晶闸管两端并接阻容吸收电路是十分有必要的。

 交流侧过电压保护
 在可控硅整流器的保护措施中，交流侧过电压保护措施也是必须具备的重要安全保障之一。

由于交流侧电路在接通或断开时出现暂态过程，此时便会产生操作过电压。

高压合闸的瞬间，由于初次级之间存在分布电容，初级高压经电容耦合到次级，出现瞬时过电压，很容易对可控硅造成损伤。

设置交流侧过电压保护其实并不难操作，工程师仅需在三相变压器次级星形中点与地之间并联适当电容，就可以有效的减小这种过电压。

收稿日期:1999209224作者简介:蓝元良(19702),男,湖南籍,工程师,主要从事FA CT S 及有源滤波方面的研究工作。

B OD 在晶闸管过电压保护中的应用研究蓝元良,汤广福,张　皎,金　钊(中国电力科学研究院,北京100085)摘要:本文描述了BOD 器件的物理结构及特性,论述了BOD 在晶闸管过电压保护应用中的典型电路设计及参数选择原则,最后通过TCR 工程具体实例,给出实验结果。

关键词:BOD ;晶闸管;过电压保护;TCR中图分类号:TN 355;TM 864 文献标识码:A 文章编号:100323076(2000)03200512041　前言随着电力电子技术的发展,特别是电力电子器件的发展,在工业和商业应用中,半控型器件如晶闸管逐渐被全控型器件如GTO 、IGB T 、M O SFET 等器件所取代,并朝着大功率与智能化方向发展。

但现阶段,在高电压、大电流应用领域中,如HVDC 、高压SV C 等,晶闸管仍然占有一席之地。

尤其是采用晶闸管技术的电力电子设备还没有真正退出历史舞台之前,如何使这些设备继续稳定可靠运行,仍具有很大的经济效益。

在应用中,由于电力电子器件其固有的脆弱性,单靠增加器件的设计裕度来增加整个设备的可靠性是一种不经济亦无必要的措施。

一般做法是采用各种保护措施来充分利用器件的容量。

BOD (B reak O ver D i ode )作为晶闸管的过电压保护器件,由于其快速性,只要保护电路设计参数选择合理,就能对晶闸管进行元件级可靠保护,特别是在晶闸管的串联应用中。

2　B OD 的物理结构及特性211　物理结构BOD 的英文名称为击穿二极管,其实它是一种具有四层结构的晶闸管,其剖面结构示意图见图1。

BOD 被击穿而完全导通,整个过程大约3～5Λs [1]。

由于在阴极采用了p +扩散的短路发射极结构,因而获得很高的d v d t 。

但由于其非对称结构,反向耐压低,一般低于10V 。