晶闸管整流桥的应用

摘要：晶闸管整流桥或许是先由日本三社公司(sanrex)近来推出的产品。或许由于厂家并没有详细的介绍该类整流桥的使用方法，造成该类型的整流桥在国内应用并不是很普及。文中以三社公司的DFA100BA160为例，介绍了该整流桥的使用方法，给出了实际应用电路。结合实验所得结果，对在实际应用中的注意事项进行了阐述。
关键词：缓上电；晶闸管；触发脉冲；PWM：同步脉冲；门极触发；隔离脉冲变压器

我们都知道，在以往的交直流伺服驱动器缓上电应用上，为了抑制上电时大电流对整流桥、功率电容的冲击，大都采用普通的三相整流全桥+继电器控制方式来实现缓上电，此方法的主要缺点有：
◇一般继电器的触点容量满足不了大功率应用场合，触点流过大电流时发热严重，线包发热也很严重，在高温高热环境下工作更是如此；
◇正常运行过程中，如由于某种原因导致继电器带大电流吸合或者断开，则很容易引起继电器损坏，甚至引起整个驱动回路的损坏；
◇响应时间长，在电网不稳定时仍可能造成电网对整流桥有很大的电流冲击；
◇耐压问题：由于触点为流过动力回路的大电流，必然要求线包与触点间的绝缘要求很高，而此类继电器现很难购买到。
因此，为了解决上述的缺点，国外有些厂家推出了晶闸管(可控硅)三相整流全桥，如日本三社公司推出的DFA XXX BA xxx系列整流桥，在不改变原整流桥外形、安装尺寸的情况下，内含一缓上电专用的可控硅，方便用户简化电路设计，为进一步提高产品可靠性提供了可能。现以DFA100BA160为例，介绍该类整流桥的使用方法，以达抛砖引玉的目的。

1 DFA100BA160工作原理简介
1．1 DFA100BA160的等效电路如图1所示，主要特点有：
(1)可连续耐受1600VDC的电压，能瞬时耐受1700VDC的电压；
(2)可连续输出100ADC的电流，能瞬时输出>1000ADC的电流；
(3)内置的可控硅可耐受电流冲击能力>7000A2S，电流变化率di／dt>150A／μs；且由于该可控硅也和桥内的二极管一样内置于该整流桥的散热基板上，而整流桥一般是安装在驱动器散热器上，所以其额定工作电流是有保障的。

从图1可以看出，若图中的可控硅未开通，即使3、4、5脚加入功率电，电流不能通过该可控硅流通，只能通过别的旁路(如缓上电电阻)流通。利用该可控硅，可实现缓上电的自动控制功能。
从图1也可以看出，DFA100BA160可分为输入部分(3、4、5脚)和输出(1、2)二部分，控制部分(6、7脚)。
1．2 DFA100BA160引脚功能见表1

图中A、B、C为3φ380VAC的输入端，KZi为整流桥内置可控硅的控制输入端，R5、R6为功率回路的缓上电电阻，同时R6也是TLP741光耦的电源采样电阻。
2．2 电路工作原理
由图2可见， 当A、B、C端口刚送入3φ380VAC时，则：
(1)KZi送入的电平为高，TLP741原边不通，则付边不通，整流桥内置的可控硅不会导通，功率回路的充电电流只能通过三相全桥、R5、R6往功率电容C3充电，此前，上位机应禁止负载从功率电容C3上用电；
(2)当上位机检测到C3电容两端的电压变化率小于规定值时，则KZi送入的电平为低，允许TLP741原边导通，则付边在满足开通的条件下，随时准备好触发整流桥内置的可控硅导通。此时，如果采样电阻R6上的电压降可能很小，不足以让TLP741内的可控硅导通，或R6上的电压降足够让TLP741内的可控硅导通，但并不足以让整流桥内置的可控硅导通，则在此段时间内，整流桥内置的可控硅可能是不导通的；
(3)在送出的KZi信号为低，延时约10ms后(目的：充分保障触发电路准备好)，允许功率回路C3带负载。此时，如果C3电容两端电压比整流出的电压(即图2中的0端对2脚端的电压)高，则整流桥内置的可控硅仍不导通，只有在下一个充电周期：当0端的电压比1端的电压高、且采样电阻R6上的电压降足以让整流桥内置的可控硅导通时，可控硅才会导通。由图2功率回路带电机负载(负载功率约为5KW)后测得的可控硅控制极(6、7端)实际波形如图3、图4所示。

由图3可见，在触发脉冲的高电平期间，为可控硅关断时间，为主要由功率电容C3向负载提供功率期，约占整个脉冲周期的1／3；在触发脉冲的低电平时间，为可控硅完全导通时间，为整流回路往功率电容充电并向负载提供功率期，约占整个脉冲周期的2／3。

图4为图3波形的部分展开图，或者可以说是瞬时往功率回路充电需要提供的额外电流值：正常值为往电容C3的充电电流(对应图3中的类正弦波部分)，额外值为往负载提供做功的电流(对应图3中的叠加在类正弦波上的纹波部