BOD在晶闸管过电压保护中的应用研究
晶闸管的原理及应用
晶闸管的原理及应用1. 晶闸管的原理晶闸管是一种半导体器件，其工作原理基于PN结的导通与截止特性。
晶闸管由四层PNPN结构组成，其中的P1-N1和N2-P2结称为控制结，而P2-N2结称为工作结。
晶闸管的工作原理可以分为两个状态：触发和导通。
1.1 触发状态在触发状态下，当控制结接受到一个正向脉冲电压时，会导致控制结内的正电荷的积累，从而降低控制结内的屏蔽电压。
一旦屏蔽电压降低到一定程度，晶闸管会进入导通状态。
1.2 导通状态在导通状态下，晶闸管的P2-N2结中的准电子可以移动到N2区域，将晶闸管的内部转变为一个低阻抗通路。
此时，只要存在足够的电流注入，晶闸管就能保持导通状态。
2. 晶闸管的应用晶闸管作为一种重要的半导体器件，广泛应用于各种电子电路中。
以下是晶闸管应用的一些常见场景：•电能调节：晶闸管可用于控制大功率电流，实现电力传输的调节，例如在工厂中用于控制电机的启停和速度调节。
•直流电动机驱动：晶闸管可以作为直流电动机的电流控制装置，通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以调节直流电动机的转速。
•交流电源控制：晶闸管可用于交流电源的控制，例如用于电子变压器的调节。
•逆变器：晶闸管逆变器是将直流电压转换为交流电压的关键组成部分，广泛应用于太阳能和风能发电等领域。
•发光器件驱动：晶闸管可以用于驱动各种发光器件，如LED等。
•温度控制：通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以实现温度控制，例如烤箱和电熨斗等家电产品中的温度控制。
3. 总结晶闸管是一种重要的半导体器件，其工作原理基于PN结的导通与截止特性。
它在电力调节、直流电机驱动、交流电源控制、逆变器、发光器件驱动和温度控制等领域都有重要的应用。
通过掌握晶闸管的原理及应用，可以更好地理解和应用该器件，实现各种电子电路的设计与控制。
以上就是晶闸管的原理及应用的介绍。
希望对你有所帮助！。
关于晶闸管的保护措施的文章
• 在晶闸管里有许多的保护措施，不只是保 护自身，一些保护措施还可以保护我们不 受到伤害。
•
晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超 过其断态重复峰值电压udrm一定值时晶闸 管就会误导通，引发电路故障。
• 当外加反向电压超过其反向重复峰值电压 urrm一定值时，晶闸管就会立即损坏。因 此，必须研究过电压的产生原因及抑制过 电压的方法。
• 在我们日常使用中要好好的避免以上内容， 防止晶闸管损坏或者减少使用寿命。 Nhomakorabea•
过电压产生的原因主要是供给的电功率 或系统的储能发生了激烈的变化，使得系 统来不及转换，或者系统中原来积聚的电 磁能量来不及消散而造成的。
• 主要发现为雷击等外来冲击引起的过电压 和开关的开闭引起的冲击电压两种类型。
• 由雷击或高压断路器动作等产生的过电压 是几微秒至几毫秒的电压尖峰，对晶闸管 是很危险的。
BOD器件及其应用
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当 晶 间 管 本 身的 电 压 上 升 宝 达 到 7 Η Ι Η ≅ ϑ 时
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SHK-BOD自脱离过电压保护器
BOD(保的）R自脱离过电压保护装置产品型号：SHK-BOD由于过电压能量过大、超期服役、产品质量等原因造成过电压保护器和避雷器的氧化锌阀片烧毁，并导致相间短路的事故时有发生。
由于对截面选择、电缆长度、线间距离处理不当，全密封结构过电压保护器的引线电缆没能有效发挥安全脱离的作用。
大量的事故致使对过电压保护器和氧化锌避雷器失去信息，一些用户拆除现有安装使用的过电压保护器，少数用户拒绝在中压配网装设过电压保护器和氧化锌避雷器。
为解决三相组合式过电压保护器的安全自脱离问题，我公司利用自主知识产权的过电压保护器脱离技术，专门开发出BOD型自脱离过电压保护器，于2009年获得了国家发明专利（ZL 2009 1 0116080.6）和实用新型专利（ZL 2009 2 0142756.4）。
产品用途：●装设在进出线开关柜的线路侧，可有效限制电网的内部过电压和真空开关开断过程中发生在线路侧的操作过电压；●装设在电压互感器柜，可有效限制电网的内部过电压和真空开关开断过程中发生在电源侧的操作过电压。
产品功能：●能有效限制发生在相与地之间和相与相的大气过电压和电网的各类内部过电压。
●具有动作计数和脱离器状态监测功能。
●配置RS—485通讯接口，可通过网线与监控系统实现数据远传。
装置特点：●采用放电间隙与氧化锌阀片串联作为基本保护单元，巧妙地解决了用于中性点非有效接地系统的避雷器和过电压保护器普遍存在的限制过电压与自身安全的矛盾。
●串联间隙与氧化锌阀片在参数方面的巧妙配合，两者互为保护，无间隙、无续流，动作寿命至少可达10000次。
●采用四星型对称结构，相间保护特性与相对低保护特性相同，更有利于保护相间绝缘。
●采用阻性放电间隙，大大降低了冲击系数。
●当氧化锌氧化锌阀片崩溃后脱离器可在1～2ms之内可靠动作，可有效避免氧化锌阀片烧毁导致的相间短路事故。
直流输电换流阀允许晶闸管BOD动作数量的研究
（ Ｘｕ Ｊ ｉ Ｏｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｘｕ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ４ ６ １ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｂ ｒ ｅ ａ ｋ ｏ ｖ ｅ ｒ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ （ ＢＯ Ｄ） ； ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｔ ｒ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ
０引 言
在５ ０ ０ ｋ Ｖ直 流输 电 系 统 中 ． 单 极 换 流器 是 由两 个
｛ ｛ ｔ ｌ ｌ ｍ≯ 啪≯ － § §
究 。分别仿 真测量两种触发角 度下 ． 不 同数量 的晶 闸
管 Ｂ Ｏ Ｄ动作 时阀侧交 流电流 的直流分量大小
为 此 。研 究 单 阀 中不 同 数 量 的 晶 闸管 Ｂ Ｏ Ｄ动 作 时 的 阀 侧 交 流 电 流 直 流 分 量 的 大 小 ．为 单 阀 中 允 许
Ｂ Ｏ Ｄ动作的晶闸管数量提供依据
电 力 专 栏
直流输电换流阀允许晶闸管 Ｂ Ｏ Ｄ动作数量的研究
朱新 华 ， 常 忠廷 ， 何青 连 ， 李 生林 ， 洪 波
（ 河南省许 继集 团 ， 河南 许昌 ４ ６ １ ０ ０ ０ ）
摘 要 ： 通 过理 论 分析 以及 Ｐ Ｓ Ｃ ＡＤ 仿真 ， 验证 直 流输 电换 流 阀 中不 同数 量 的 晶 闸管 过 电压 强制 触发 （ Ｂ ０Ｄ） 时对
阀侧 直流 分量 的 影响 ， 提 出单 个换 流 阀 中允许 的晶 闸管 强制 触发 的数 量。
浅析晶闸管的过电压保护
一
６２ —
一
６ 一 】
计 算机 光盘 软件 与 应用
工程技术
件。
Ｃ ｍ ｕ ｅ Ｄ Ｓ ｆ ｗ ｒ ｎ ｐ ｎｃ ｔ ０ ｓ ｏ ｐ ｔｒ Ｃ ｏ ｔａ ｅ ａ ｄＡ ｐ ａ ｉ ｎ
２ １ 年第 １ ０２ ７期
电压，如 图 ５所示。当整流桥 中某两桥臂突然阻断时，因
（ ）压敏 电阻 ２
电过 电压 。
（ ）三相 Ｄ Ｃ 连接 （ ）三 相整 流式 ｄ 图 １ 交流 侧 阻容吸 收 电路 的接 法 ２ ． 交 流侧 浪涌过 电压 及其 保护 ．２ １
当发生雷击或从电网侵入更高的浪涌过 电压时，虽有 按过 电压保护的部位 ，可分为：交流侧保护、器件侧 阻 容吸 收 电路保 护 ，过 电压仍 会突 破允 许值 ， 因此 ，在采 保护和直流侧保护。 用阻容吸收 电路保护的同时，可以用类似稳压管稳压原理 ２１ 交流侧过电压保护 ． 的硒堆或压敏电阻来保护 ，它们 能把浪涌电压抑制在晶闸 ２１ 交流侧操作过 电压及其保护 ．１ ． 管 装置 允许 的范 围 内。 由于操作交流侧 电源 时，使 电感元件聚集的能量骤然 （ ）硒堆 １ 释放所引起的瞬时过 电压 ，一般有以下几种情况： （ ）由于变压器一次、二次绕组之间存在分布电容， １ 若在一次电压峰值时合 闸，一次高电压将经分布 电容耦合 到二次绕组上而出现 瞬间过电压 。通常可以在变压器二次 绕组或在三相变压器二次绕组的星形中点与地之间，并联 接入适当的电容（ 一般为 Ｏ Ｆ， ． ） ５ 或在一次绕组与二次绕组 之间加屏蔽层，就可 以显著减小这种过 电压 。 （ ）变压 器空 载 时 ， 次绕 组 内只有励 磁 电流 ，而励 ２ 一 磁 电流滞后电源 电压约 ９。 当电源 电压过零时 ， ０。 这时若突 然断闸，由于励磁 电流突变，所 以在二次绕组感应出很高 的瞬时过 电压，其峰值可达电源电压峰值的 ６ 以上 ，对 倍 晶闸 管非 常有 害 。 （ ）单相连接 ａ （ ）三相 Ｙ ｂ 连接 （ ）三相 Ｄ连接 ｃ 图 ２硒堆保护的接法
晶闸管的保护方法电子元器件
晶闸管的爱护方法 - 电子元器件晶闸管在工业中的应用越来越广泛，随着行业的应用范围增大。
晶闸管的功能也越来越全面。
但是有时候，晶闸管在使用过程中会造成一些损害。
为了保证晶闸管的寿命，我们该如何更好地区爱护晶闸管呢？在使用过程中，晶闸管对过电压是很敏感的。
过电流同样对晶闸管有极大的损坏作用。
下面电工学习网我给大家介绍晶闸管的爱护方法，具体如下：1、过电压爱护晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其断态重复峰值电压UDRM肯定值时晶闸管就会误导通，引发电路故障；当外加反向电压超过其反向重复峰值电压URRM肯定值时，晶闸管就会马上损坏。
因此，必需争辩过电压的产生缘由及抑制过电压的方法。
过电压产生的缘由主要是供应的电功率或系统的储能发生了激烈的变化，使得系统来不及转换，或者系统中原来积聚的电磁能量来不及消散而造成的。
主要发觉为雷击等外来冲击引起的过电压和开关的开闭引起的冲击电压两种类型。
由雷击或高压断路器动作等产生的过电压是几微秒至几毫秒的电压尖峰，对晶闸管是很危急的。
由开关的开闭引起的冲击电压又分为如下几类：（1）沟通电源接通、断开产生的过电压例如，沟通开关的开闭、沟通侧熔断器的熔断等引起的过电压，这些过电压由于变压器绕组的分布电容、漏抗造成的谐振回路、电容分压等使过电压数值为正常值的 2至10多倍。
一般地，开闭速度越快过电压越高，在空载状况下断开回路将会有更高的过电压。
（2）直流侧产生的过电压如切断回路的电感较大或者切断时的电流值较大，都会产生比较大的过电压。
这种状况常消灭于切除负载、正在导通的晶闸管开路或是快速熔断器熔体烧断等缘由引起电流突变等场合。
（3）换相冲击电压包括换相过电压和换相振荡过电压。
换相过电压是由于晶闸管的电流降为0时器件内部各结层残存载流子复合所产生的，所以又叫载流子积蓄效应引起的过电压。
换相过电压之后，消灭换相振荡过电压，它是由于电感、电容形成共振产生的振荡电压，其值与换相结束后的反向电压有关。
浅析晶闸管整流装置过电压分析及保护的配置
浅析晶闸管整流装置过电压分析及保护的配置发布时间：2021-08-06T15:28:00.257Z 来源：《中国电业》2021年第9期作者：武向东安清齐群[导读] 随着可控硅技术的不断进步，晶闸管整流装置容量也在大幅提升。
武向东安清齐群内蒙古华云新材料有限公司 014040摘要: 随着可控硅技术的不断进步，晶闸管整流装置容量也在大幅提升。
由于晶闸管对施加在两侧的过电压有着很高的敏感性，需要采用有效的过电压保护措施来保证整流装置的正常运行。
本文先对过电压形成原因与危害进行分析，最后对如何进行过电压保护的配置进行深入探讨。
关键词：晶闸管整流；过电压保护；配置1引言晶闸管整流是实现交-直变换的关键技术，可以为同步电机正常运行提供可靠的励磁电流，大多采用三相晶闸管全控整流和相应的配套装置来实现。
交流整流装置的交流电源由励磁变压器或中频机来提供，整流的直流侧与励磁绕组进行电气连接，不同输入、输出电气连接方式需要配套不同的励磁绕组，可以构建立起不同功能励磁系统，例如，静止或旋转励励磁系统。
但是，不管建立起何种励磁系统，晶闸管整流会在电感回路中运行，可存在电流突变，在回路中就会形成感应电动势和过电压，这就要求整流装置需要具备过电压保护功能，进一步提高晶闸管励磁装置可靠性与安全性，保证整流装置的正常工作。
2过电压形成原因与危害2.1?晶闸管换相过电压通过三相全控整流桥建立起的晶闸管整流电路，励磁变压器二次侧相电压为Ua、Ub、UC，在正常运行情况下1#-6#晶闸管会依次导通。
如果在t1时间时前，1#-2#晶闸管为导通状态，t1时，3#晶闸管接收到触发脉冲信号，励磁变压器输出侧相电压Ub>Ua，该晶闸管受到正向压降影响而导通，1#晶闸管由于反向压降而关断。
在1#晶闸管导通时内部存有载流子，会导致无法及时恢复截止状态，1#与3#晶闸管会同时通道，短路时整流电路电压值为两相线电压均值，输出电压波形存在缺口。
在整流周期中会存在6次换相，这样就会产生6个电压缺口和过电压峰值，在输入和输出电压波中产生叠加。
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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 。
212 B OD 特性[2](1)伏安特性BOD 的伏安特性如图2所示,阳极和阴极所加电压达到U B O 时,BOD 被击穿而导通,典型转折电流I BO 为1～5mA ,当流过BOD 的电流低于维持电流I H (典型50mA )时,BOD 恢复关断。
(2)阻断特性由于BOD 与被保护的晶闸管同属于硅12金属化层,22p +,32n 区,42n +发射极,52p 区,62玻璃钝化层图1 BOD物理结构及表示符号图图2 BOD 的伏安特性材料半导体器件,它们的最大的雪崩击穿电场强度E m ax ～2×105v c m ,转折电压有相同的温度特性:U BO (T J )=U B O (T O)1+K T (T J -T O)(1)式中,T O ——参考温度(如T O =25℃〕;T J ——运行结温;K T ——温度系数(K T =10-3K -1〕;因此,BOD 能在很大的温度范围内对晶闸管进行保护。
一般而言,BOD 在最大环境温度T A 下的转折电压等于或低于晶闸管的额定电压,即:U B O (T A )≤U D RM (2)此时的转折电流I B O 也应与晶闸管的门极门槛电流相对应,转折电流的温度特性:I B O (T J )=I B O (T O )3exp -Α(T J -T O)(3)式中,Α为温度系数,Α=0.01K -1。
(3)开通特性在大多数应用情况下,BOD 提供十分短暂的脉冲电流,脉宽大约1～5Λs ,最终结温T J 可以通过功率损耗、热阻和绝热计算得到,后者在窄脉冲及高频开关情况下非常重要。
由绝热引起的温升近似为:∃T J =E PV s C s Θs=727 E p(4)式中,V s ——硅片有效体积;C s ——硅片比热;Θs ——硅片比重;E p ——脉冲能量;(4)关断时间由于BOD 属于晶闸管,它也存在关断时间,为了适应频率高达25KH Z 的应用,它已被设计成为一种快速关断装置,典型的关断时间t q =20Λs (I TM =100A ,t p =20Λs,d v d t =1500v Λs,T J =125℃)。
(5)d v d t 能力BOD 的耐d v d t 的能力在多数情况下必须超过其保护晶闸管的d v d t ,这样可以通过短路发射极结构实现,而且它是晶闸管的外部保护元件,它运行在更低的环境温度,典型T A =40～70℃,有利于系统的d v d t 能力的提高。
目前达到以6000v Λs 上升到0167U B O 的水平。
3 典型应用电路及参数选择311 典型应用电路图3为采用BOD 的晶闸管过电压保护典型应用电路。
BOD 通过串联一个限流电阻R 2及防止BOD 承受反向过电压的二极管D 2连接于被保护晶闸管的阳极和阴极之间。
低通滤波支路R 1,C 1阻止由于正向d v d t BOD产生的偏移电流,防止寄生触发,在BOD 击穿时,它还起到延缓晶闸管门极电流作用时间,减少晶闸管的开通损耗。
R 1与C 1的推荐值分别为100～10008,22～100nF 。
稳压管D 4(可选)防止低电压干扰信号使晶闸管误触发。
D 3所在支路为晶闸管正常工作时的触发电路。
与缓冲电路的时间常数R S C S 相比,如果电压上升速率d v d t 低,电容C S 上已充电至击穿电压U B O ,这时击穿导通电流峰值:I TM =U B O (R S +R 2)(5)如果d v d t 高,则晶闸管的结电容充电至U BO ,此时,I TM =U B O R 2(6)图3 采用BOD 晶闸管过电压保护典型应用电路312 参数选择由以上BOD 的特性及应用电路分析,可总结参数选择的一般步骤如下:①由(2)式初步确定UBO 的大小;②根据晶闸管的门极触发特性确定BOD 的击穿导通电流峰值I TM 大小及脉宽t p ,BOD 导通电流必须能使晶闸管可靠触发导通,但电流峰值不能超过晶闸管门极最大电流值I GTM ;③根据功率损耗曲线,由(4)式或厂家提供的BOD 热阻曲线,计算结温;④将计算所得的结温代入(1)和(3)式计算实际运行时的U B O 及I B O ,若符合要求,则进行步骤⑤,不符合要求,则重复进行步骤①～④;⑤由U B O 及I TM 大小选择限流电阻R 2及保护二极管D 2;⑥根据被保护晶闸管的结电容和BOD 器件的d i d t 能力确定R 1、C 1;⑦进行试验验证。
4 试验及结果分析[3]在TCR 静补工程中,我们采用BOD 对晶闸管进行过电压保护,按上述步骤确定保护电路各参数,试验参数与实际运行参数一致。
为了充分利用BOD ,用一个BOD 对反并联晶闸管同时进行保护,所以增加了一个快恢复整流桥。
为了验证BOD 的保护特性,我们进行了如下试验,试验接线如图4。
图4 BOD 试验线路图试验线路参数如下:调压器(单相):S N =20kVA ,U 1N =220V ,U 2N =0-420V ,u k =10◊,升压变压器(单相):S N =20kVA ,U 1N U 2N =220V 10000V ,u k =5◊,C 0=0.5ΛF 8kV ,R s =548,C s =0.44ΛF 4kV ,R 5=R 6=1208,C 1=C 2=0.068ΛF,R 3=R 4=1208,T 1,T 2:1700A 3800V ,BOD:V B O =3400V 。
由调压器逐渐升压,直至BOD 动作,所得晶闸管两端电压波形如图5所示。
可见晶闸图5 BOD动作时晶闸管两端电压波形管两端电压升至3400V时BOD动作,同时晶闸管导通;波形中含有高次谐波成分,这是升压变压器和调压器的漏抗与电容C0在晶闸管导通后构成约250H z的谐振,使得晶闸管出现电流为正、电压为负的情况。
晶闸管门极触发电流波形如图6所示,电流峰值约14A,脉宽约1Λs,表明晶闸管触发后,BOD 电流在约1Λs内很快小于其维持电流而关断,晶闸管在1Λs左右开通而获得保护。
5 结论BOD作为晶闸管元件级保护器件,由于其快速开通和快速恢复关断的特性,在过电压保护电路设计及参数选择合理的前提下,能对晶闸管进行可靠保护,特别是在晶闸管图6 BOD动作时晶闸管门极触发电流波形的串联应用中。
本文通过TCR工程实践,来论述BOD在晶闸管过电压保护电路设计中的一般步骤,并通过具体电路及试验,验证其正确性,为BOD的应用提供参考经验。
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