綜述
大家知道,在之前的交直流伺服驅動器緩上電使用上,為了能抑制上電時大電流量對整流橋、功率電容的沖擊,大多選用普通的三相整流全橋+繼電器操控形式來完成緩上電,此辦法的主要弊端有:

①通常繼電器的觸點容量滿足不了大功率使用場合,觸點流過大電流量時發燙嚴重,線包發燙也很嚴重,在高溫高熱條件下運作更是如此;

②正常運作過程中,如因為種種原因導致繼電器帶大電流量吸合或 斷掉,則極易導致繼電器毀壞,甚至導致整個驅動線路的毀壞;

③響應時間長,在電網不穩定時仍將會導致電網對整流橋有極大的電流量沖擊;

④耐壓問題:因為觸點為流過動力線路的大電流量,勢必需要線包與觸點間的絕緣要求很高,而此類繼電器現難以購買到。

因此 ,為了能避免上述的弊端,一些生產廠家推行了晶閘管(可控硅模塊)三相整流全橋,如我傳承電子公司推行的SPDAXXXBAxxx系列整流橋,在不改變原整流橋外型、安裝尺寸的前提下,內含一緩上電專用的可控硅模塊,便于客戶簡化電路設計,為進一步提升產品可靠性給予了可能。現以SPDA100BA160為例,講解此類整流橋的用法,以達拋磚引玉的目的。
亮點
使用的內含一緩上電專用的晶閘管三相整流全橋,能夠完全取代傳統的使用繼電器作緩上電控制策略的緩上電方法,便于用戶簡化電路設計,節約組裝空間,為進一步提高設備可靠性提供了可能。盡管這樣,但也存有著如之前所講的很多需要留意的方面,而且在實際運用中一定要非常注意上下電的時序配合情況,不然,在運用全過程依然會容易造成元器件毀壞的故障。
詳情
1、SPDA100BA160工作原理介紹

(1)SPDA100BA160的等效線路如圖1所示,主要特點有:

①可持續承受1600VDC的工作電壓,能瞬間承受1700VDC的工作電壓;

②可持續輸出100ADC的電流量,能瞬間輸出>1000ADC的電流量;

③內置的可控硅模塊可承受電流量沖擊能力>7000A2S,電流量變化率di/dt>150A/μs;且因為該可控硅模塊也和橋內的二極管一樣內置于該整流橋的散熱基板上,而整流橋通常是安裝在驅動器散熱器上,因此 其額定運作電流量是有保障的。
從圖1能夠 看得出,若圖中的可控硅模塊未開通,即便 3、4、5腳添加功率電,電流量無法通過該可控硅模塊流通,只有通過其他旁路(如緩上電電阻)流通。利用該可控硅模塊,可完成緩上電的自動控制作用。

從圖1也能夠看得出,DFA100BA160可可分為輸入部分(3、4、5腳)和輸出(1、2)二部分,操控部分(6、7腳)。

⑵、SPDA100BA160引腳作用見表1

2、SPDA100BA160在伺服系統上的使用

⑴、一種用SPDA100BA160作緩上電自動控制的典型伺服系統的功率線路(見圖2)
一種用SPDA100BA160作緩上電自動控制的典型伺服系統的功率線路

圖上A、B、C為3φ380VAC的輸入端,KZi為整流橋內裝晶閘管的操控輸入端,R5、R6為功率線路的緩上電電阻值,與此同時R6也是TLP741光耦的電源采樣電阻值。

⑵、線路原理

由圖2看得出,當A、B、C端口剛送至3φ380VAC時,則:

①KZi送至的電平為高,TLP741原邊不通,則付邊不通,整流橋內裝的晶閘管不能導通,功率線路的充電電流僅有借助三相全橋、R5、R6往功率電容C3充電,之前,上位機應嚴禁負載從功率電容C3上用電;

②當上位機檢測到C3電容兩邊的工作電壓變化率小于規定值時,則KZi送至的電平為低,準許TLP741原邊導通,則付邊在符合開通的標準下,隨時準備好觸發整流橋內裝的晶閘管導通。這時,倘若采樣電阻值R6上的電壓降也許很小,不能夠讓TLP741內的晶閘管導通,或R6上的電壓降足夠讓TLP741內的晶閘管導通,但并不能夠讓整流橋內裝的晶閘管導通,則在此段時間內,整流橋內裝的晶閘管也許是不導通的;

③在送出的KZi信號為低,延時約10ms后(目地:全面確保觸發線路準備好),允許功率線路C3帶負載。這時,倘若C3電容兩端電壓比整流出的工作電壓(即圖2中的0端對2腳端的工作電壓)高,則整流橋內裝的晶閘管仍不導通,僅有在下個充電周期:當0端的工作電壓比1端的工作電壓高、且采樣電阻值R6上的電壓降足以讓整流橋內裝的晶閘管導通時,晶閘管才會導通。由圖2功率線路帶電機負載(負載功率約為5KW)后測得的晶閘管操控極(6、7端)實際波型如圖3、圖4所示。
由圖3看得出,在觸發脈沖的高電平期間,為晶閘管斷開時間,為主要由功率電容C3向負載供應功率期,約占整個脈沖周期的1/3;在觸發脈沖的低電平時間,為晶閘管充分導通時間,為整流線路往功率電容充電并向負載供應功率期,約占整個脈沖周期的2/3。
圖4為圖3波型的局部展開圖,或者也可以算是瞬時往功率線路充電要供應的額外電流值:正常值為往電容C3的充電電流(相應圖3中的類正弦波局部),額外值為往負載供應做功的電流量(相應圖3中的疊加在類正弦波上的紋波局部)。圖4中的時間段相應于晶閘管的斷開轉向導通、充電/負載電流量均流經電阻值R5、R6的過渡期間。因為功率線路的PWM操控周期為6kHz,PWM開通時,電流量流經R6,因此有觸發脈沖加到晶閘管的C、K極,PWM斷開時,無電流量流經R6,因此無觸發脈沖加到晶閘管的G、K極,因此 此時段內晶閘管的觸發脈沖頻率也是6kHz。

④當看見有故障或斷電要斷開晶閘管時,上位機在徹底斷開功率線路的負載后,再使送出去的KZi信號為高,則最多延遲1個電周期(=1/(6*50)s≈3.33ms)后,晶閘管必然斷開。

⑤)重復1~4,就可以實現1個完整的控制環節。

3、注意事項

在圖2方案線路中,要觀注:

⑴、電阻功率情況:在圖2中,由上解析,看得見電阻R5、R6在首次緩上電時瞬間穿過的電流量很大,通常帶載運作過程,瞬間穿過的電流量也比較大,因此 ,在具體應用時,務必關注選取電阻R5、R6的功率足夠大;并且,在晶閘管導通瞬間,穿過電阻R1、R2的瞬間電流量也很大,如圖5所示,即為圖2功率線路帶電機負載(負載功率約為5kW)所測得的波形圖:
由圖看得見,R6的電壓降達7V,在每一個供電周期(=50Hz*6=300Hz)均穿過電流量。鑒于R2的電壓降被晶閘管G、K極嵌位在2V之內,則在電阻R1上的壓降:≥7-2=5(V)

電阻R1上的瞬時功率:≥5*5/47≈0.53(W)

看得見,電阻R1需承載的功率很大,因此 也需要關注選取電阻R1、R2的功率足夠大,以完全確保整個觸發控制線路的可靠性;

⑵、時序情況:在上電時,假如在橋內的晶閘管未滿足導通情況,就準許功率回路攜帶負載,則電阻R5、R6極易就燒壞毀壞,因此 上電時,一定要保證在完全滿足橋內的晶閘管所需的導通情況后,再準許功率線路攜帶負載運作;同樣,斷電時,也需要充分保證在徹底斷開負載后,再使晶閘管斷開。否則,不但極易會造成緩上電電阻R5、R6甚至R1、R2毀壞,也使晶閘管可能運作在大電流量情況下關斷,極易產生很高的斷開過壓,進而損橋內的晶閘管,更是對橋內的晶閘管的安全工作造成威脅;

⑶、電流量變化率問題:在任何情況下,務必保證晶閘管導通期任何時候的電流量變化率都無法超過其標稱的重復值;

⑷、通態平均電流量額定值:在具體使用中,鑒于無法充分保證整流橋的散熱,則元器件應降額使用。具體降額多少,需依據具體使用情況來決定。

⑸、驅動光耦情況:鑒于涉及到強電、弱電隔離,晶閘管導通時需要的推動功率很大,光耦付邊耐壓情況等,務必慎重的選用內置晶閘管的推動光耦。

實驗表明,只有處理好上述的情況,用該整流橋取代傳統的用整流橋+繼電器搭配作緩上電控制策略的優勢也是很明顯的,此類整流橋現階段在我公司的交直流伺服設備上都已經取得了不錯的應用。

4、方案優點解析

由圖2看得出,因為很恰當的利用緩上電電阻R6上的電壓降當作光耦TLP741的配電電源,在整流橋內的晶閘管導通時,才送上允許晶閘管導通的導通信號;整流橋內的晶閘管斷開時,才送上允許晶閘管斷開的斷開信號。

因此 ,在功率電路常規帶載運行時,KZi的電平是始終保持為低的,晶閘管的斷開、導通全過程根本是自適應的,不用專門的控制策略。這不僅省掉了1組專門的配電電源,也無傳統的晶閘管觸發控制線路需要的由配電電源的檢出的同步脈沖(以決定觸發的時間)、門極觸發所需要的隔離脈沖變壓器等,極大地簡化了觸發控制線路,使整個觸發控制線路的運行更為可靠。

上述所言是晶閘管模塊廠家傳承電子對三相整流橋帶晶閘管模塊的講解,傳承電子是1家以電力電子技術為專業領域的功率半導體功率模塊生產商,為各的企業公司提供半導體功率模塊的制定、生產加工和生產,此外也為各企業提供來料代加工或貼牌加工項目。主營商品有:igbt模塊、晶閘管(晶閘管)模塊、超快恢復外延二極模塊、單相整流橋模塊、三相整流橋模塊、整流二極管模塊、肖特基二極管元器件功率模塊等功率半導體電子元器件。
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