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浅析功率晶闸管反向恢复特性及其保护

时间:2022-05-02 17:40:06 浏览次数:

工作中大部分的剩余电荷都是在[N1]基区聚集,这一区域对与晶闸管的关断特性具有决定性作用。

利用电荷控制方程,我们将电荷存贮效应可以用公式来表示:i=[dQdt+Qτ],[Q]为[N1]区的过剩电荷,[τ]为[N1]区过剩载流子寿命,i为流入[N1]区的电流。假如晶闸管的阳极和阴极的发射效率都是1,在关断过程中[τ]保持不变,阳极电流i的以(di/dt)的速率在下降,那么在阳极电流i过0时,基区的剩余电荷为[QB=QF(1-et0τ)τt0],公式中[QB]为阳极电流过0时基区的过剩电荷量,[QF]为电流开始下降时基区过剩电荷量,[t0]为阳极电流的过0时刻。因此我们分析到增加通流时间晶闸管的结温增加,导致基区的载流子难恢复,导致边界复合效应的载流子寿命延长,恢复时间增加。另外增加晶闸管通流幅值就增加载流子对基区的注入,晶闸管的恢复时间也增长。

三、LTT换流阀反向恢复保护策略

在反向恢复期晶闸管内存留的恢复电荷载流子非常活跃,我们利用公式[iq=Cjdudt]可以看出载流子的强度[iq]与晶闸管结电容[Cj]以及正向电压变换率du/dt有关,[Cj]由晶闸管的制造工艺决定,可认为是常数。而du/dt就成为决定[iq]的唯一因素。过高的正向du/dt将导致[iq]瞬时迅猛增加,有可能造成晶闸管局部过热而损坏,也可能导致晶闸管再度自触发而损坏。另外晶闸管关断时载流子被大量消耗,晶闸管的反向阻断能力开始恢复,反向电流迅速下降。由于反向电流峰值高,关断时间短,在恢复电流快速衰减时在相连电路中的电感会出现较大的电压跳变,进而使得晶閘管的两端也发生电压跳变,如果跳变电压超出限度就会导致晶闸管的损坏,因此必须对晶闸管加设反向恢复期保护。

LTT换流阀反向向恢复期保护策略是设计了一块被称为RPU(recovery protection unit)反向恢复期保护的电子线路板和阀组件内每个晶闸管阀段的冲击均压电容串联,阀段和RPU的接线及电气原理如图1。此图中[L1L2]为阀饱和电抗器,[A1]为晶闸管堆,[CK]为阀段冲击均匀压电容,RPU为反向恢复保护单元。

LTT阀中RPU直接在线探测阀段(多个晶闸管串联)在反向恢复期电压上升率du/dt,由阀段的保护特性要求确定的RPU保护功能为:检测该阀段的电压上升率du/dt和可产生激光保护脉冲,将该阀段整体保护触发。其中RPU的保护触发逻辑必须满足以下两个条件:第一是在晶闸管关断过程中,1.3ms的反向恢复期保护窗口打开。第二是在在保护窗口内每个晶闸管两端的di/dt>100V/μs。

参考文献

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