三相整流桥带晶闸管模块

综述

大家知道，在之前的交直流伺服驱动器缓上电使用上，为了能抑制上电时大电流量对整流桥、功率电容的冲击，大多选用普通的三相整流全桥+继电器操控形式来完成缓上电，此办法的主要弊端有：

①通常继电器的触点容量满足不了大功率使用场合，触点流过大电流量时发烫严重，线包发烫也很严重，在高温高热条件下运作更是如此；

②正常运作过程中，如因为种种原因导致继电器带大电流量吸合或断掉，则极易导致继电器毁坏，甚至导致整个驱动线路的毁坏；

③响应时间长，在电网不稳定时仍将会导致电网对整流桥有极大的电流量冲击；

④耐压问题：因为触点为流过动力线路的大电流量，势必需要线包与触点间的绝缘要求很高，而此类继电器现难以购买到。

因此，为了能避免上述的弊端，一些生产厂家推行了晶闸管(可控硅模块)三相整流全桥，如我传承电子公司推行的SPDAXXXBAxxx系列整流桥，在不改变原整流桥外型、安装尺寸的前提下，内含一缓上电专用的可控硅模块，便于客户简化电路设计，为进一步提升产品可靠性给予了可能。现以SPDA100BA160为例，讲解此类整流桥的用法，以达抛砖引玉的目的。

亮点

使用的内含一缓上电专用的晶闸管三相整流全桥，能够完全取代传统的使用继电器作缓上电控制策略的缓上电方法，便于用户简化电路设计，节约组装空间，为进一步提高设备可靠性提供了可能。尽管这样，但也存有着如之前所讲的很多需要留意的方面，而且在实际运用中一定要非常注意上下电的时序配合情况，不然，在运用全过程依然会容易造成元器件毁坏的故障。

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1、SPDA100BA160工作原理介绍

(1)SPDA100BA160的等效线路如图1所示，主要特点有：

①可持续承受1600VDC的工作电压，能瞬间承受1700VDC的工作电压；

②可持续输出100ADC的电流量，能瞬间输出>1000ADC的电流量；

③内置的可控硅模块可承受电流量冲击能力>7000A2S，电流量变化率di／dt>150A／μs；且因为该可控硅模块也和桥内的二极管一样内置于该整流桥的散热基板上，而整流桥通常是安装在驱动器散热器上，因此其额定运作电流量是有保障的。

从图1能够看得出，若图中的可控硅模块未开通，即便 3、4、5脚添加功率电，电流量无法通过该可控硅模块流通，只有通过其他旁路(如缓上电电阻)流通。利用该可控硅模块，可完成缓上电的自动控制作用。

从图1也能够看得出，DFA100BA160可可分为输入部分(3、4、5脚)和输出(1、2)二部分，操控部分(6、7脚)。

⑵、SPDA100BA160引脚作用见表1

2、SPDA100BA160在伺服系统上的使用

⑴、一种用SPDA100BA160作缓上电自动控制的典型伺服系统的功率线路(见图2)

一种用SPDA100BA160作缓上电自动控制的典型伺服系统的功率线路

图上A、B、C为3φ380VAC的输入端，KZi为整流桥内装晶闸管的操控输入端，R5、R6为功率线路的缓上电电阻值，与此同时R6也是TLP741光耦的电源采样电阻值。

⑵、线路原理

由图2看得出，当A、B、C端口刚送至3φ380VAC时，则：

①KZi送至的电平为高，TLP741原边不通，则付边不通，整流桥内装的晶闸管不能导通，功率线路的充电电流仅有借助三相全桥、R5、R6往功率电容C3充电，之前，上位机应严禁负载从功率电容C3上用电；

②当上位机检测到C3电容两边的工作电压变化率小于规定值时，则KZi送至的电平为低，准许TLP741原边导通，则付边在符合开通的标准下，随时准备好触发整流桥内装的晶闸管导通。这时，倘若采样电阻值R6上的电压降也许很小，不能够让TLP741内的晶闸管导通，或R6上的电压降足够让TLP741内的晶闸管导通，但并不能够让整流桥内装的晶闸管导通，则在此段时间内，整流桥内装的晶闸管也许是不导通的；

③在送出的KZi信号为低，延时约10ms后(目地：全面确保触发线路准备好)，允许功率线路C3带负载。这时，倘若C3电容两端电压比整流出的工作电压(即图2中的0端对2脚端的工作电压)高，则整流桥内装的晶闸管仍不导通，仅有在下个充电周期：当0端的工作电压比1端的工作电压高、且采样电阻值R6上的电压降足以让整流桥内装的晶闸管导通时，晶闸管才会导通。由图2功率线路带电机负载(负载功率约为5KW)后测得的晶闸管操控极(6、7端)实际波型如图3、图4所示。

由图3看得出，在触发脉冲的高电平期间，为晶闸管断开时间，为主要由功率电容C3向负载供应功率期，约占整个脉冲周期的1/3；在触发脉冲的低电平时间，为晶闸管充分导通时间，为整流线路往功率电容充电并向负载供应功率期，约占整个脉冲周期的2/3。

图4为图3波型的局部展开图，或者也可以算是瞬时往功率线路充电要供应的额外电流值：正常值为往电容C3的充电电流(相应图3中的类正弦波局部)，额外值为往负载供应做功的电流量(相应图3中的叠加在类正弦波上的纹波局部)。图4中的时间段相应于晶闸管的断开转向导通、充电／负载电流量均流经电阻值R5、R6的过渡期间。因为功率线路的PWM操控周期为6kHz，PWM开通时，电流量流经R6，因此有触发脉冲加到晶闸管的C、K极，PWM断开时，无电流量流经R6，因此无触发脉冲加到晶闸管的G、K极，因此此时段内晶闸管的触发脉冲频率也是6kHz。

④当看见有故障或断电要断开晶闸管时，上位机在彻底断开功率线路的负载后，再使送出去的KZi信号为高，则最多延迟1个电周期(=1／(6*50)s≈3.33ms)后，晶闸管必然断开。

⑤)重复1～4，就可以实现1个完整的控制环节。

3、注意事项

在图2方案线路中，要观注：

⑴、电阻功率情况：在图2中，由上解析，看得见电阻R5、R6在首次缓上电时瞬间穿过的电流量很大，通常带载运作过程，瞬间穿过的电流量也比较大，因此，在具体应用时，务必关注选取电阻R5、R6的功率足够大；并且，在晶闸管导通瞬间，穿过电阻R1、R2的瞬间电流量也很大，如图5所示，即为图2功率线路带电机负载(负载功率约为5kW)所测得的波形图：

由图看得见，R6的电压降达7V，在每一个供电周期(=50Hz*6=300Hz)均穿过电流量。鉴于R2的电压降被晶闸管G、K极嵌位在2V之内，则在电阻R1上的压降:≥7-2=5(V)

电阻R1上的瞬时功率：≥5*5/47≈0.53(W)

看得见，电阻R1需承载的功率很大，因此也需要关注选取电阻R1、R2的功率足够大，以完全确保整个触发控制线路的可靠性；

⑵、时序情况：在上电时，假如在桥内的晶闸管未满足导通情况，就准许功率回路携带负载，则电阻R5、R6极易就烧坏毁坏，因此上电时，一定要保证在完全满足桥内的晶闸管所需的导通情况后，再准许功率线路携带负载运作；同样，断电时，也需要充分保证在彻底断开负载后，再使晶闸管断开。否则，不但极易会造成缓上电电阻R5、R6甚至R1、R2毁坏，也使晶闸管可能运作在大电流量情况下关断，极易产生很高的断开过压，进而损桥内的晶闸管，更是对桥内的晶闸管的安全工作造成威胁；

⑶、电流量变化率问题：在任何情况下，务必保证晶闸管导通期任何时候的电流量变化率都无法超过其标称的重复值；

⑷、通态平均电流量额定值：在具体使用中，鉴于无法充分保证整流桥的散热，则元器件应降额使用。具体降额多少，需依据具体使用情况来决定。

⑸、驱动光耦情况：鉴于涉及到强电、弱电隔离，晶闸管导通时需要的推动功率很大，光耦付边耐压情况等，务必慎重的选用内置晶闸管的推动光耦。

实验表明，只有处理好上述的情况，用该整流桥取代传统的用整流桥+继电器搭配作缓上电控制策略的优势也是很明显的，此类整流桥现阶段在我公司的交直流伺服设备上都已经取得了不错的应用。

4、方案优点解析

由图2看得出，因为很恰当的利用缓上电电阻R6上的电压降当作光耦TLP741的配电电源，在整流桥内的晶闸管导通时，才送上允许晶闸管导通的导通信号；整流桥内的晶闸管断开时，才送上允许晶闸管断开的断开信号。

因此，在功率电路常规带载运行时，KZi的电平是始终保持为低的，晶闸管的断开、导通全过程根本是自适应的，不用专门的控制策略。这不仅省掉了1组专门的配电电源，也无传统的晶闸管触发控制线路需要的由配电电源的检出的同步脉冲(以决定触发的时间)、门极触发所需要的隔离脉冲变压器等，极大地简化了触发控制线路，使整个触发控制线路的运行更为可靠。

上述所言是晶闸管模块厂家Catelec对三相整流桥带晶闸管模块的讲解，CATELEC西班牙提供整流桥模块、晶闸管模块、二极管模块等半导体模块,绝缘式功率模块、功率组件、分立式功率半导体在内的众多功率电子产品是现CATELEC的主营项目。近期CATELEC产品将部分模块改进为以铜底板安装、增加厚度、增大了模块的散热接触点、大大提高了模块的使用寿命与性能。