前言

在脈沖功率系統(tǒng)中半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在高重頻、緊湊化、觸發(fā)延遲小、低抖動(dòng)等方面有著其他類型開(kāi)關(guān)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)、在眾多半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中晶閘管開(kāi)關(guān)（又稱可控硅）由于導(dǎo)通電流大、功率水平高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在脈沖功率系統(tǒng)中。本文結(jié)合晶閘管開(kāi)關(guān)的典型應(yīng)用案例來(lái)談?wù)劸чl管如何鎖定反峰，及如何利用反峰的能量。

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2020年4月17日 - 初稿

作者：海伏科技——小濤（轉(zhuǎn)載注明出處）
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晶閘管如何鎖定電容反峰

圖1：被鎖定的反峰

如圖1所示，晶閘管作為放電回路的開(kāi)關(guān)，此脈沖功率系統(tǒng)的工作邏輯如下：

• 通過(guò)高壓電源給儲(chǔ)能電容充電；
• 達(dá)到設(shè)定電壓后高壓電源停止充電，保護(hù)電路可以是限流電阻或是高壓繼電器，如果是高壓繼電器應(yīng)切斷高壓連接；
• 通過(guò)觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)晶閘管，此時(shí)儲(chǔ)能電容通過(guò)放電回路快速放電；
• 當(dāng)電容電壓降至0后，放電回路中續(xù)流二極管右側(cè)的部分（包括模擬負(fù)載等）由于有電感的存在電流不會(huì)立刻消失，會(huì)通過(guò)放電回路中的續(xù)流二極管續(xù)流；
• 由于放電電流較大，在放電回路中二極管左側(cè)的部分如儲(chǔ)能電容、晶閘管、導(dǎo)線上的雜散電感會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能電容中有一定的負(fù)壓存在；
• 當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)放電結(jié)束后，電容中的負(fù)壓被晶閘管鎖止；

如何處理電容中的反峰

方案一：更改電路連接方式，消除反峰

如果將上圖放電回路中的續(xù)流二極管放在晶閘管之前，續(xù)流二極管與儲(chǔ)能電容并聯(lián)，即可消除反峰，修改后的電路如圖2所示：

圖2：防止晶閘管鎖定反峰

但是，如此更改之后會(huì)導(dǎo)致晶閘管通過(guò)的電荷量增加。圖1中在一個(gè)放電周期內(nèi)通過(guò)晶閘管的電荷量約為電容中存儲(chǔ)的電荷量；圖2中一個(gè)放電周期內(nèi)通過(guò)晶閘管的電荷量為電容中存儲(chǔ)的電荷量加上續(xù)流二極管續(xù)流時(shí)通過(guò)的電荷量。根據(jù)放電回路中電容電感的參數(shù)不同，續(xù)流的電荷量有可能是電容中存儲(chǔ)電荷量的幾倍甚至十幾倍，所以相應(yīng)的也要增加晶閘管的容量。

方案二：外加泄放回路將反峰釋放

如果保護(hù)電路是使用高壓繼電器將充電機(jī)與儲(chǔ)能電容切斷，在上一篇文章《直覺(jué)防反峰——高壓繼電器》中提到，在重新閉合高壓繼電器之前，一定要確保儲(chǔ)能電容中不存在反壓，否則會(huì)損壞高壓電源。此時(shí)需要通過(guò)要加電路將儲(chǔ)能電容中的負(fù)壓釋放掉，再閉合高壓繼電器，進(jìn)行下一周期的充電。

方案三：通過(guò)外加電感對(duì)電容中的反壓換向

當(dāng)電容中反壓過(guò)高時(shí)，如果通過(guò)電阻泄放反壓會(huì)增加泄放電阻的負(fù)擔(dān)，并且這部分能量也被白白浪費(fèi)掉了?？梢栽趦?chǔ)能電容上增加晶閘管及換向電感將儲(chǔ)能電容中的電壓換向，換向后進(jìn)行下一個(gè)周期的充電，提高能量的利用效率。

總結(jié)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，晶閘管的容量不斷加大，越來(lái)越多的脈沖功率系統(tǒng)使用晶閘管作為核心開(kāi)關(guān)器件。由于其延遲低、重復(fù)性好、單相導(dǎo)通等特性可以在脈沖功率系統(tǒng)中產(chǎn)生很多優(yōu)秀的電路組合。例如實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容儲(chǔ)能，諧振充電，主放電容恒壓輸出；電容器電壓換向；等等很多優(yōu)秀的應(yīng)用這里不一一列舉。

海伏科技多年來(lái)一直致力于中小型脈沖功率系統(tǒng)的集成與應(yīng)用，針對(duì)可控硅開(kāi)發(fā)了多款系統(tǒng)集成配件，包括電壓采集、多路時(shí)序控制（可根據(jù)波形不同實(shí)時(shí)調(diào)整輸出時(shí)序?qū)崿F(xiàn)一些復(fù)雜的功能）、高隔離驅(qū)動(dòng)、可控硅串聯(lián)技術(shù)等等。如果您有脈沖功率相關(guān)的需求歡迎與我們聯(lián)系。

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