DX200发射机可控硅全控整流保护电路分析

2017-07-01张伟东

数字传媒研究 2017年4期

关键词：浪涌可控硅整流器

张伟东

新疆新闻出版广电局633台新疆阿勒泰市 836500

DX200发射机可控硅全控整流保护电路分析

张伟东

新疆新闻出版广电局633台新疆阿勒泰市 836500

美国Harris公司生产的全固态数字调制中波广播200KW发射机的250V直流电源整流部分采用三相可控硅整流（SCR），可控硅整流有诸多优点，但存在热时间常数小、过电流和过电压能力差等弱点。为有效保护可控硅正常运行，提供稳定的整流电压，DX200发射机设计了保护电路，本文就保护电路和可控硅元器件保护措施进行分析。

可控硅整流比较器浪涌

引言

DX200发射机是美国Harris公司生产的全固态数字调制中波广播发射机，该发射机的250V直流电源整流部分采用三相可控硅整流（SCR）。可控硅是一种可控的单向导电开关，能用于强电控制的大功率半导体器件，它能在弱电信号的作用下，可靠地控制强电系统的各种电路。可控硅具有能通过大电流、耐高压、反应快、控制特性好、体积小、重量轻和使用维护方便等特点。但与其它电子器件相比，由于该元件的击穿电压接近运行电压，热时间常数小，因此过电流、过电压能力差，短时间的过电流、过电压都可能造成元件损坏。为使可控硅整流装置能正常工作而不损坏，除了合理选择元件外，还必须采取相应的保护措施。对负载而言，可控硅整流输出电压主要供给发射机功放模块，输出电压的稳定性直接影响功放模块的安全和发射机电声指标的优劣。因此，在可控硅整流装置中，必须采取可靠完善的保护措施。DX200KW发射机中可控硅保护措施主要有两类：过电流保护和过电压保护。这两类保护措施在DX200KW发射机中以不同的具体电路形式完成对可控硅整流器件的保护，本文对DX200KW发射机的可控硅全控整流桥保护线路工作原理进行分析，其保护电路如图1所示。

图1 DX200发射机可控硅三相全控整流保护电路

1 可控硅整流器交流侧过电流保护电路

1.1 交流侧产生过电流的主要原因

（1）整流电路过载。一般是由于电网电压升高或负载变动引发。

（2）整流输出端短路。一般是直流负载发生故障，例如负载的绝缘闪络或击穿等。

（3）可控硅元件击穿。当整流电路一个桥臂的可控硅因反向击穿，使相邻桥臂的可控硅直接跨接在交流电源上，造成电源短路。

（4）可控硅元件误导通。造成误导通的原因有：①可控硅控制极受到干扰信号误触发而导通；②加到可控硅的电压上升过大，由于可控硅的误导通，导通角增大，直流电压升高，引起过电流。

图1中，电流互感器T1和二极管整流桥CR1组成电流检测取样电路，该电路用来得到一个能反映交流电流大小的电压信号。采用电流互感器可使检测电路与主电路隔离。过流保护原理为，当负载电流增大时，交流负载电流相应增大，检测电路输出取样电压也随之增大。取样值通过电源控制板的J1-3和J1-6送至缓冲放大器U1-7，再经U2-7积分放大器处理后与过电压取样信号汇合，送U3-8进行预失真处理。二极管CR8具有非线性伏安特性，该电路利用这一特性对U3-8中的电压信号进行预失真处理。Q1、Q2用来补偿取样整流电路输出电压与可控硅整流器导通角相位之间的关系。处理后的信号电压经J4-12送到可控硅启动板，控制可控硅的导通角，可控硅整流器的输出电压得到调整。

当电流超过可控硅整流器的调节范围时，缓冲放大器U1-7输出电压送至U6-1和U6-7处理，再分别送至过流阈值比较器U12-2和U12-1，阈值比较器U12-2检测平均电流越限故障，U12-1检测峰值电流越限故障。当取样电流值超出过流比较器U12的容限值，比较器输出一个电流故障信号关闭可控硅整流器电源。

2 直流侧过电压保护电路

可控硅直流输出端过电压的主要原因是感性负载电路的开闭以及电源侧或负载侧侵入的浪涌电压。

图1中，可控硅整流器250V电压取样信号取自250V输出端，250V经R11和R12电阻降压隔离后加到电源控制板的J1-7和J1-8脚。过电压保护电路和过电流保护电路原理相同，当负载上250V电压升高时，取样电路R11和R12输出电压随之升高。取样值通过电源控制板的J1-7和J1-8送至缓冲放大器U1-1，再经U2-14积分放大器处理后与过电流取样信号汇合，送U3-7放大后送U3-8进行预失真处理。处理后的信号电压经J4-12送到可控硅启动板，控制可控硅的导通角，调整可控硅整流器的输出电压。

当输出电压超过可控硅整流器的调节范围时，即取样电压值超出过电压窗口比较器U5-1和U5-2的容限值，该比较器输出一个250V故障信号关闭可控硅整流器电源。

250V输出端并接一只二极管Q7的作用为，当负载中有感性成分时，在可控硅导通角减小到零或突然把触发电路切断时或当可控整流桥接入感性负载时，由于电感电流不能突变，在可控硅关断期内，必须在负载两端接入续流二极管以保持电感电流的通路，防止可控硅关断时，在电感负载两端产生危险的过电压和可控硅换相导通。当可控硅的控制角大于60度，输出电压波形会出现负值，输出电流出现断续，可控硅会出现失控现象。有了Q7后当电源电压降到零时，负载电流流经Q7给感性负载提供电流，续流期间可控硅因反向电压而关断，失控现象被消除。并接二极管Q7还可以提高整流电源变压器的功率因数。

3 浪涌保护电路

除上述保护电路外，DX200KW发射机可控硅三相桥式整流线路中还有一套重要的保护装置即浪涌保护器。浪涌保护器由R4～R9、C1～C6、RV1～RV6组成，其中RV1～RV6为压敏电阻，如图1所示。该保护器中的电路，以不同的组合形式对可控硅整流元件、可控硅交流输入端和可控硅直流输出端提供保护。

3.1 可控硅交流输入端的过电压保护

交流侧过电压的原因有：（1）变压器初级的断开与合闸所引起的过渡过程，在次级产生过电压。（2）当供电电网遭到雷击时，雷击电压侵入整流装置，产生偶然性的浪涌电压。

这两种过电压都属于短时的尖峰电压。当尖峰电压幅值不是很大时，在三相输入线路之间并接阻容吸收电路进行抑制，电路形式与可控硅整流元件阻容吸收电路相同。不同之处是电阻和电容数目增多，例如，A-B相之间阻容吸收电路由R4、R5、R7、R8、C1、C2、C4、C5通过电路串并联后组成，其值与单只电阻、电容构成的吸收电路相同。当尖峰电压幅值很大时，过电压能量较大，持续时间较长，阻容吸收电路已经不能完全抑制，这种情况下采用压敏电阻器件抑制过电压并吸收较大的能量。

3.2 可控硅整流元件的保护

在可控硅关断瞬间，由于负载中感性部分释放能量，会出现反向电压尖峰，既关断过电压。可控硅的过电压能力差，当元件承受的反向电压超过其反向击穿电压，即使时间很短，也会使元件反向击穿损坏。保护的方法是在可控硅的两端，并接电容和电阻吸收电路。C1～C6的作用是利用电容的二端电压瞬时不能突变的原理，把尖峰过电压吸收掉。R4～R9的作用是：①阻尼LC电路震荡。由于电路总有电感L存在，在可控硅阻断时，L、C、R和外电源刚好组成一个串联电路，如不串R，在电源电压作用下，电容两端将会产生比电源电压高得多的震荡电压，该电压加在可控硅上，可使元件损坏，串入R后可抑制震荡。②限制可控硅开通损耗和电流上升率。因可控硅承受正向电压而未导通，电容上充有电荷，在元件开通瞬间，电容立刻经可控硅放电，若没有电阻限流，这个放电电流很大，使可控硅开通损耗增大，同时电流上升率di/dt过大。因此，并联在可控硅上的电阻和电容电路，又称为阻容吸收电路。

设备维护中，在处理安装该线路时，电阻和电容要尽量靠近可控硅，引线要短，R4～R9最好采用无感电阻。

4 可控硅直流输出端过电压保护

可控硅直流输出端过电压的主要原因是感性负载电路的开闭以及电源侧或负载侧侵入的浪涌电压。产生过电压的实质是电路中的电感元件中储存的磁场能量瞬时消散，这种浪涌电压具有短时尖峰的特点。因此，整个浪涌吸收器并接在250V直流输出端，等效压敏电阻RV=RV1/3，等效阻容吸收电路中的电阻R=R4/3，电容C=C1/3。