一种晶闸管自然关断点检测判断方法

载电流波形由正到负经过零点时，Vo2输出变化是一个负跳变脉冲，当负载电流由负到正经过零点时，Vo2输出变化是一个正跳变脉冲。
 

    峰值检测电路原理图如图5所示，它由两个运算放大器和两个晶体管构成。运算放大器U1A用来比较输入和输出信号，如果输入信号Vi大于输出信号Vo1，电容C3通过晶体管Q2通路充电，只有当输出信号和输入信号相等时充电才会停止，并且保持这个值。开关S是一个复位开关，当S接通Q2的发射极时，电路跟踪检测到波峰值；当S接通Q1的发射极时，电路跟踪检测到波谷值。
     峰值检测电路中开关S有一个开关控制电路，由组合逻辑电路构成。当Vo1输出波峰信号时，开关控制电路接收到高电平信号，控制开关接通波谷检测端；当Vo1输出波谷信号时，开关控制电路接收到低电平信号，控制开关接通波峰检测端。采用这种开关控制方式可以减少信号的延迟时间，快速实现波峰与波谷检测的切换。过零点检测电路与峰值检测电路输出脉冲信号图如图6所示，启动过零点检测电路与峰值检测电路时，发送一个信号到微控制器，计时器开始计时，此时过零点时间tp=0，负载电流由零逐渐增大，当检测到波峰值时，Vo1输出信号为正的宽脉冲，在脉冲上升沿读取微控制器计时器的值tmax，tmax-tp=T／4，其中T为周期。过零点检测电路检测负载电流过零点，Vo2输出为负的窄脉冲，此时读计时器得到一个过零点时间tn，若tn-tmax≥tmax-tp，则说明负载电流经过零点，晶闸管SCR1已经自然关断，微控制器可以发送晶闸管触发脉冲，触发另一只晶闸管导通。
 

    峰值检测电路检测到波谷值时，Vo1输出信号为负的宽脉冲，在脉冲下降沿时读取微控制器计时器的值tmin，同样tmin-tn=T／4，过零点检测电路检测负载电流过零点，Vo2输出为负的窄脉冲，此时读计时器得到一个过零点时间tp，若tp-tmin≥tmin-tn，则说明负载电流经过零点，晶闸管SCR2已经自然关断。利用峰值检测与过零点检测两个重要因素判断晶闸管的自然关断时间点，两只晶闸管轮流导通，工作在自然换向状态，使开关损耗减小为零。
 
3 判断晶闸管自然关断时间点实验结果
     对电流过零点检测与峰值检测的双要素检测方法进行仿真实验，得出其结果如图7所示。
 

    从图7(a)可以看出，负载电流波形为正时，过零点检测电路的输出Vo2为高电平，负载电流波形为负时，过零点检测电路的输出Vo2为低电平。负载电流由正变负时，Vo2输出产生一个正向脉冲；负载电流由负变正时，Vo2输出产生一个负脉冲。
     从图7(b)可以看出，峰值检测电路首先对波峰值进行跟踪检测，检测到输入信号的波峰值后，逻辑组合电路得到一个高电平信号，控制开关S接通波谷值检测端，峰值检测电路开始对波谷值进行跟踪检测，检测到波谷值后，逻辑组合电路得到一个低电平信号，控制开关S接通波峰值检测端。逻辑组合电路在检测到峰值后，在下一个峰值到达之前实现对开关S的控制，使峰值检测电路可以检测到下一个峰值。
     过零点与峰值检测方法根据检测到过零点与峰值时间点的关系，准确判断晶闸管自然关断点，从而使晶闸管轮流导通的频率随着负载谐振频率的变化而变化，使晶闸管工作在自然换向状态，在实际电路中证明了该方法检测效果较好。
 
4 结语
     过零点检测电路在检测过零点时，由于关断延时时间的限制，在晶闸管未彻底关断时，容易产生误差信号，过零点检测此时不稳定。为防止晶闸管提前触发，采用峰值检测电路辅助检测，根据零点与峰值两个重要因素的时间点关系，去除过零点检测电路在过零点处的干扰，准确判断出品闸管的自然管断点，从而确保半桥串联谐振逆变器中晶闸管工作在自然换向状态，防止发生直通现象。这种晶闸管自然管断点的判断方法也可以拓展到全桥串联以及并联逆变电路中，在感应加热电源的应用领域具有重要的意义。