KGPS中频电源的核心件（晶闸管，可控硅）的基本保护
KGPS中频电源的核心件（晶闸管，可控硅）的基本保护
1 、过电压保护
由于KGPS中频电源晶闸管的击穿电压接近工作电压，线路中产生的过电压容易造成器件电压击穿，正常工作时凡发生超过晶闸管能承受的最高峰值电压的尖脉冲等统称为过电压。产生过电压的外部原因主要是雷击、电网电压激烈波动或干扰;内部原因主要是电路状态发生变化时积累的电磁能量不能及时消散。过电压极易造成模块损坏，因此必须采取必要的限压保护措施，把晶闸管承受的过电压控制在正反向不重复峰值电压 VRSM 、 VDSM 值以内。常用的保护措施如下：
1.1、中频电源晶闸管关断过电压（换流过电压、空穴积蓄效应过电压）保护
当晶闸管关断、正向电流下降到零时，管芯内部会残留许多载流子，在反向电压的作用下会瞬间出现反向电流，使残留的载流子迅速消失，形成极大的 di/dt。即使线路中串联的电感很小，由于反向电势V = -L di/dt，所以也能产生很高的电压尖峰（或毛刺），如果这个尖峰电压超过中频电源晶闸管允许的最大峰值电压，就会损坏器件。对于这种尖峰电压一般常用的方法是在器件两端并联阻容吸收回路，利用电容两端电压不能突变的特性吸收尖峰电压。阻容吸收回路要尽可能靠近晶闸管 A、K端子，引线要尽可能短，最好采用无感电阻，千万不能借用门极回路的辅助阴极导线（因辅助阴极导线的线径很细，回路中过大的电流会将该线烧断）。阻容无件的参数可按以下的经验值和公式选取：
晶闸管阻容吸收元件经验数据
模块 I TAV（A） 1000 800 500 200 100 50 20 10
电阻 R（Ω） 1 2 5 10 20 40 80 100
电容 C（uF） 2 1 1 0.5 0.25 0.2 0.15 0.1
上表中电阻的功率由下式确定：
P R= fCU 2 m×10 -6
式中 : PR －－－－-电阻功率（W）
f－－－－－－ 频率（50Hz）
C－－－－- 串联电容（uF），其耐压一般为晶闸管耐压的1.3倍；
U m－－－－-晶闸管工作峰值电压（ V）；
1.2、交流侧过电压及其保护
由于交流侧电路在接通断开时出现暂态过程，因此产生过电压。例如交流开关的开闭，交流侧熔断器熔断等引起的过电压。对于这类过电压保护，目前普遍的保护方法是并接阻容吸收电路和压敏电阻。
阻容吸收保护应用广泛，性能可靠，但正常运行时电阻上消耗功率，引起电阻发热，且体积较大，对于能量较大的过电压不能完全抑制。
压敏电阻是一种非线性元件，它是以氧化锌为基体的金属氧化物，有两个电极，极间充填有氧化铋等晶粒。正常电压时晶粒呈高阻，漏电流仅有 100uA左右，但过电压时发生的电子雪崩使其呈低阻，电流迅速增大从而吸收了过电压。一般情况下，其在 220 VAC 电路里使用标称 470～680V，在380VAC 电路里使用标称 780～1000V的压敏电阻，由于其吸收电能的功率跟其直径有关，直径大的功率就大，一般选用直径 ф12～20的即可。
电力半导体开关器件对温度的变化较为敏感，过电流会使半导体芯片过热而造成品质下降，寿命降低甚至永久性损坏。虽然模块在 10ms内可以承受额定电流10倍以上的非重复的浪涌电流，但很多时候过电流的时间都大于此值，很容易造成成永久性损坏。因而，过电流的保护是很重要的，过电流的保护方法很多，像在交流进线串接漏抗大的整流变压器、接电流检测和过流继电器和装直流快速开关等措施，但关键在于反映速度要快。对于小于模块浪涌电流值的过电流，常用的电子过流保护电路可以立即切断可控硅的触发脉冲，使可控硅在电流过零时换向时关断，但对于在 10/8.3ms（50/60HZ）以内超过SCR的浪涌电流承受值的浪涌电流和短路电流，一般的保护电路是无效的，应考虑采用半导体器件专用的快速熔断器。熔断器的标称熔断电流不应超过模块标称电流值的 1.57倍。即小于模块的通态电流的有效值。市售的快熔种类较多，质量差异较大，选择时应慎重。
与普通熔断器比较，半导体专用快速熔断器是专门用来保护电力半导体功率器件过流的元件，它具有快速熔断的特性，在流过 6倍额定电流时其熔断时间小于工频的一个周期（20ms）。
快速熔断器可接在交流侧直流侧或与晶闸管桥臂串联，后者直接效果最好。一般说来快速熔断器额定电流值（有效值）应小于被保护晶闸管的额定方均根通态电流（即有效值） ITRMS 即 1.57ITAV ,同时要大于流过晶闸管的实际通态方均根电流（即有效值）IRMS 。即 1.57ITAV ≥ IRD ≥ IRMS
3 、电压及电流上升率的保护
3.1、 电压上升率（ dv/dt）
晶闸管阻断时，其阴阳极之间相当于存在一个 PN结电容，当突加正向阳极电压时会产生充电电容电流，此电流可能导致晶闸管误导通。因此，对晶闸管施加的最大正向电压上升率必须加以**。常用方法是在晶闸管两端并联阻容吸收元件。
3.2、电流上升率（ di/dt）
晶闸管开通时，电流是从靠近门极开始导通然后逐渐扩展到整个阴极区直至全部导通，这个过程需要一定的时间。如果电流上升太快，使电流来不及扩展到整个管芯的有效 PN结面，造成门极附近的阴极区局部电流密度过大，发热过于集中，PN结的温度迅速上升形成热点，使其在很短的时间内超过额定结温导致晶闸管工作失效甚至烧毁，所以必须限定晶闸管通态电流上升率（ di/dt）。一般是在桥臂中串入电感或铁淦氧磁环。
4 、过热保护
电力半导体模块和其它功率器件一样，工作时由于自身功耗而发热。如果不采取适当措施将这种热量散发出去，就会引起模块管芯 PN结温度急剧上升,致使器件特性恶化，直至完全损坏。晶闸管的功耗主要由导通损耗、开关损耗、门极损耗三部分组成。在工频或 400Hz以下频率的应用中最主要的是导通损耗。
为了确保器件长期可靠地工作，设计时散热器及其冷却方式的选择与电力半导体模块的电流电压的额定值选择同等到重要，千万不可大意！
散热器的常用散热方式有：自然风冷、强迫风冷、热管冷却、水冷、油冷等。考虑散热问题的总原则是：控制模块中管芯的结温不超过产品数据表给定的额定结温。
实际上，元件的结温不容易直接测量，因此不能用它作为是否超温的判据。通过控制模块底板的温度（即壳温）来控制结温是一种有效的方法。由于 PN结的结温T j 和壳温 T c 存在着一定的温度梯度，知道了壳温也就知道了结温，而最高壳温是限定的，由产品数据表给出。借助温控开关可以很容易地测量至与散热器接触处的模块底板温度（温度传感元件应置于模块底板温度最高的位置）。从温控开关测量到的壳温 （Tc 不超过 75－80℃）可以判断模块的工作是否正常。若在线路中增加一个或两个温度控制电路，分别控制风机的开启或主回路的通断（停机），就可以有效地保证晶闸管模块在额定结温下正常工作。
需要指出的是，温控开关测量到的温度是模块底板表面的温度，易受环境、空气对流的影响，与模块和散热器的接触面上的温度，还有一定的差别（大约低几度到十几度），因此其实际控制温度应低于规定值。用户可以根据实际情况和经验决定控制的温度。
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