二、晶閘管（可控硅）保護--過流保護

過電流

在短路情況下，過電流流過晶閘管，這些短路要么是內部的，要么是外部的。

內部短路是由于可控硅不能阻擋正向或反向電壓、觸發脈沖錯位、連接電纜或負載故障導致轉換器輸出端子短路等原因造成的。外部短路是由以下原因引起的：

1、負載持續過載和短路，發生短路時，故障電流取決于源阻抗。如果在短路期間源阻抗足夠大，則故障電流被限制在晶閘管 的多周期浪涌額定值以下。在交流電路的情況下，如果忽略源電阻，則故障發生在峰值電壓的瞬間。

2、在直流電路的情況下，故障電流受源電阻的限制。因此，如果源阻抗非常低，則故障電流非常大。該電流的快速上升會增加結溫，因此晶閘管可能會損壞。因此，故障必須在其第一個峰值出現之前被清除，換句話說，故障電流必須在當前零位之前被中斷。

晶閘管（可控硅）過流保護

過流保護的任務是在電路出現過流時，在元件燒壞之前迅速消除過流現象。晶閘管的過流保護主要有四種類型：

⑴ 靈敏的過流繼電保護

繼電器可以安裝在交流或直流制動器中。當發生過流故障時，它會動作，使交通電源開關跳閘。由于過流繼電器功率開關動作大約需要0.2S左右，所以必須配合措施限制過大的短路電流值，否則保護晶閘管來不及。

⑵ 限流和脈沖移相保護

交流電流互感器通過整流橋形成交流電流檢測電路，得到能反映交流電流大小的電壓信號，從而控制晶閘管的觸發電路。

當整流器輸出端過載，直流電流增大時，交流電流也隨之增大。檢測電路輸出超過一定電壓，使穩壓管擊穿，增加控制晶閘管的觸發脈沖，降低輸出電壓。減小過載直流電流以達到限流目的，通過調節電位器可以調節負載限流值。

當出現嚴重的過流或短路時，故障電流迅速上升。此時限流控制可能無法生效，且電流已超過允許值。

為了在對大感性負載進行全控整流時盡快消除故障電流，可以控制晶閘管的觸發脈沖快速增大到超出整流狀態的移相范圍，在整流狀態下出現負電壓。輸出端瞬時，電路進入逆變狀態，使故障電流減小，迅速衰減為零。

⑶ 直流快速開關保護

在容量大、要求高、短路頻繁的場合，安裝在直流側的直流快速開關可用于直流側的過載和短路保護。這種快速開關是專門設計的，其開關時間僅為0.2ms，總滅弧時間僅為25ms～30ms。

⑷ 高速熔斷器保護

熔斷器是最簡單、最有效的保護元件。針對晶閘管和硅整流元件過流能力差的問題，特制了一種稱為快速熔斷器的快速熔斷器。具有動作迅速的特點，流動時可達到額定電流的5倍。當熔斷時間小于0.02s時，在正常的短路電流下，能保證在三極管損壞前迅速熔斷短路電流，適用于短路保護場合。

下圖顯示了使用熔斷器對可控硅進行過流保護的電路圖。

晶閘管（可控硅）過流保護電路圖

總之，過流保護是根據晶閘管允許的過流能力，試圖用靈敏的保護措施來限制短路電流的峰值，使短路電流的持續時間盡可能短。

選擇用于保護可控硅的熔斷器必須滿足以下條件：

• 熔斷器的額定值必須能夠連續承載滿載電流加上一小段時間的邊際過載電流。
• 保險絲的 I2t 額定值必須小于晶閘管的 I2t 額定值
• 在電弧期間，熔斷器電壓必須很高，以強制降低電流值。
• 中斷電流后，保險絲必須承受任何限制電壓。

三、晶閘管（可控硅）保護--高 dv/dt 保護

由于在晶閘管的陽極和陰極上施加正向電位，兩個外部結正向偏置，但中間結將反向偏置。由于該結附近的耗盡區內存在電荷，因此它充當電容器，結電容為 C j。如果施加的陽極到陰極電壓出現在包含電荷 Q 的耗盡區上，則充電電流 I c將為：

充電電流公式

結電容C j是不變的，因此dC j /dt 的值將為零。因此，

充電電流公式

從上面的等式可以清楚地看出，如果正向電壓上升的速率會影響充電電流 I c，因為兩者是成正比的。這里充電電流充當柵極電流，即使在沒有實際柵極脈沖的情況下也會打開 SCR。因為這里的電流與施加電位的變化率相關，因此即使是很小的變化也可以打開設備。

晶閘管（可控硅）誤觸發的處理方法

為了防止晶閘管意外開啟門，可以將電壓緩沖電路與晶閘管并聯使用。下圖顯示了緩沖電路，其中電阻和電容的串聯組合與給定配置中的可控硅并聯。

在這個電路中，電容器可以很好地處理誤觸發。當電路中的開關 S 閉合時，電路上會出現施加的電壓。流動的電流將繞過電容器，晶閘管上的壓降為零。到那時，電壓將在電容器上積聚，因此將保持 SCR 的指定 dv/dt 額定值。因此，這將最終防止設備意外打開。

這里需要一個電阻與一個電容器串聯嗎？

從上面討論的過程中，很明顯，施加的電壓對電容器 C 充電。但是當施加柵極脈沖并且 SCR 開啟時，電容器開始通過晶閘管放電。

由于這將是一條低電阻路徑，因此過大的電流可能會損壞晶閘管。為了防止這種損壞，必須限制放電電流，并且對于相同的大功率額定電阻R，與C串聯放置。

這里必須在此處正確選擇參數，調整它們以獲得正確的結果。

四、晶閘管（可控硅）保護--高 di/dt 保護

由于在晶閘管的陽極和陰極上施加正向電位，兩個外部結正向偏置，但中間結將反向偏置。由于該結附近的耗盡區內存在電荷，因此它充當電容器，結電容為 C j。如果施加的陽極到陰極電壓出現在包含電荷 Q 的耗盡區上，則充電電流 I c將為：

充電電流公式

結電容C j是不變的，因此dC j /dt 的值將為零。因此，

充電電流公式

從上面的等式可以清楚地看出，如果正向電壓上升的速率會影響充電電流 I c，因為兩者是成正比的。這里充電電流充當柵極電流，即使在沒有實際柵極脈沖的情況下也會打開 SCR。因為這里的電流與施加電位的變化率相關，因此即使是很小的變化也可以打開設備。

為了限制非常高的 di/dt 值，在電路中使用了一個與晶閘管串聯的電感（Ls），該電感稱為電流緩沖電感。

晶閘管（可控硅)保護電路--高 di/dt 保護

五、晶閘管（可控硅）保護--熱保護

隨著結溫的升高，絕緣可能會失效。所以我們必須采取適當的措施來限制溫升。

保護措施：我們可以通過將晶閘管安裝在主要由鋁（Al），銅（Cu）等高導熱金屬制成的散熱器上來實現這一點。主要使用鋁（Al），因為它成本低。晶閘管有幾種類型的安裝技術，例如 – 引線安裝、螺柱安裝、螺栓固定安裝、壓裝安裝等。

引線安裝：在這種安裝技術中，SCR 本身的外殼用作散熱器。因此不需要額外的散熱裝置。因此，這種晶閘管保護技術通常用于低電流應用，通常小于一安培。

螺柱安裝：晶閘管的陽極采用螺柱形式，擰到金屬散熱塊上。

螺栓固定式安裝：此處設備通過螺母螺栓機構連接到散熱器。主要用于中小型額定電路。

壓配合安裝：這種安裝是通過將整個 SCR 插入金屬塊中獲得的。它用于高額定值電路。

Press-Pack 安裝：這種安裝用于晶閘管保護是通過在夾子的幫助下將晶閘管夾在散熱器之間來獲得的，它用于非常高額定值的電路。下圖為晶閘管

帶散熱片的晶閘管（可控硅）

六、晶閘管（可控硅）保護--門保護

當我們處理晶閘管保護時，保護柵極電路免受過壓和過流是一個非常重要的方面。我們已經討論過，當存在過電壓時，會導致晶閘管誤觸發。而由于過電流，結溫可能會升高，從而損壞器件。

除此之外，當電源電路中存在瞬變時，柵極端會出現雜散信號。因此，晶閘管會因不需要的門控觸發而開啟。

因此，為了保護柵極端子免受此類作用，屏蔽電纜用于柵極保護。這種電纜的存在降低了感應電動勢的機會，因此，晶閘管的不必要觸發在很大程度上被最小化。具有上述所有措施的完整晶閘管保護電路如下所示。

具有基本電路元件的晶閘管（可控硅）保護電路

以上就是關于晶閘管（可控硅）波保護相關知識的講解和梳理，希望能夠對大家有幫助