一種晶閘管自然關(guān)斷點(diǎn)檢測判斷方法

在SCR1自然關(guān)斷后，可以觸發(fā)SCR2導通，其電容C1與C2充放電正好相反，工作過(guò)程分析與SCR1導通時(shí)類(lèi)似，等效電路如圖2(b)所示，逆變電流變化趨勢形成一個(gè)正弦波的負半周，其波形如圖3中iSCR2所示。C1與C2交替振蕩的結果輸出類(lèi)似正弦波的電壓。

SCR1半橋串聯(lián)諧振逆變回路負載為欠阻尼狀態(tài)，電路處于諧振狀態(tài)，半橋串聯(lián)諧振逆變回路中晶閘管工作在自然換向狀態(tài)時(shí)的波形圖如圖3所示。在SCR1導通時(shí)，通過(guò)SCR1流向負載的電流波形為iSCR1，假設SCR1導通時(shí)負載電壓為正，隨著(zhù)C1不斷的放電，電流iSCR1不斷增大，電流iSCR1在最大值時(shí)，由放電回路電流的頻率特性可知，負載回路工作在諧振頻率f0。C1放電完畢后，在t1時(shí)刻，電流iSCR1為零，SCR1自然關(guān)斷。SCR1自然關(guān)斷后，發(fā)送一個(gè)觸發(fā)脈沖，在t2時(shí)刻導通SCR2，流過(guò)SCR2的電流iSCR2同iSCR1一樣，從零一直減小到負的最大值，在負的最大值時(shí)刻負載回路工作在諧振頻率f0。C2放電結束后，電流iSCR2減小到零，SCR2在t3時(shí)刻自然關(guān)斷，完成一個(gè)周期。下一周期SCR1在t4時(shí)刻導通，循環(huán)以上過(guò)程。

2 過(guò)零點(diǎn)檢測和峰值檢測原理
由半橋串聯(lián)諧振逆變器工作原理可以知道，負載電流達到最大值時(shí)，電壓uR達到峰值時(shí)，此時(shí)負載回路達到諧振狀態(tài)。將負載電流波形信號通過(guò)電流傳感器轉變?yōu)殡妷盒盘?，輸入到過(guò)零點(diǎn)檢測電路與峰值檢測電路，檢測每一個(gè)過(guò)零點(diǎn)和峰值，發(fā)送信號到微處理器，從而得到每一次達到峰值和過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻，根據過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻與峰值時(shí)刻的關(guān)系，準確判斷晶閘管的自然關(guān)斷點(diǎn)，控制晶閘管觸發(fā)脈沖的發(fā)送。

過(guò)零點(diǎn)檢測電路簡(jiǎn)化原理圖如圖4所示，該電路實(shí)際是一個(gè)倒向放大器，電容C4用作正補償以增加檢測速度。當輸出為負時(shí)，二極管D5導通，輸出為正時(shí)，穩壓二極管D7和二極管D6導通。負載電流信號通過(guò)電流傳感器轉變?yōu)橐粋€(gè)電壓信號后，輸入到過(guò)零點(diǎn)檢測電路，當信號波形在正半周時(shí)，過(guò)零檢測電路Vo2輸出為高電平，當信號經(jīng)過(guò)零點(diǎn)處于負半周時(shí)，Vo2輸出為低電平。在負載電流過(guò)零點(diǎn)處，Vo2的電平發(fā)生跳變，當負載電流波形由正到負經(jīng)過(guò)零點(diǎn)時(shí)，Vo2輸出變化是一個(gè)負跳變脈沖，當負載電流由負到正經(jīng)過(guò)零點(diǎn)時(shí)，Vo2輸出變化是一個(gè)正跳變脈沖。

峰值檢測電路原理圖如圖5所示，它由兩個(gè)運算放大器和兩個(gè)晶體管構成。運算放大器U1A用來(lái)比較輸入和輸出信號，如果輸入信號Vi大于輸出信號Vo1，電容C3通過(guò)晶體管Q2通路充電，只有當輸出信號和輸入信號相等時(shí)充電才會(huì )停止，并且保持這個(gè)值。開(kāi)關(guān)S是一個(gè)復位開(kāi)關(guān)，當S接通Q2的發(fā)射極時(shí)，電路跟蹤檢測到波峰值；當S接通Q1的發(fā)射極時(shí)，電路跟蹤檢測到波谷值。
峰值檢測電路中開(kāi)關(guān)S有一個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路，由組合邏輯電路構成。當Vo1輸出波峰信號時(shí)，開(kāi)關(guān)控制電路接收到高電平信號，控制開(kāi)關(guān)接通波谷檢測端；當Vo1輸出波谷信號時(shí)，開(kāi)關(guān)控制電路接收到低電平信號，控制開(kāi)關(guān)接通波峰檢測端。采用這種開(kāi)關(guān)控制方式可以減少信號的延遲時(shí)間，快速實(shí)現波峰與波谷檢測的切換。過(guò)零點(diǎn)檢測電路與峰值檢測電路輸出脈沖信號圖如圖6所示，啟動(dòng)過(guò)零點(diǎn)檢測電路與峰值檢測電路時(shí)，發(fā)送一個(gè)信號到微控制器，計時(shí)器開(kāi)始計時(shí)，此時(shí)過(guò)零點(diǎn)時(shí)間tp=0，負載電流由零逐漸增大，當檢測到波峰值時(shí)，Vo1輸出信號為正的寬脈沖，在脈沖上升沿讀取微控制器計時(shí)器的值tmax，tmax-tp=T／4，其中T為周期。過(guò)零點(diǎn)檢測電路檢測負載電流過(guò)零點(diǎn)，Vo2輸出為負的窄脈沖，此時(shí)讀計時(shí)器得到一個(gè)過(guò)零點(diǎn)時(shí)間tn，若tn-tmax≥tmax-tp，則說(shuō)明負載電流經(jīng)過(guò)零點(diǎn)，晶閘管SCR1已經(jīng)自然關(guān)斷，微控制器可以發(fā)送晶閘管觸發(fā)脈沖，觸發(fā)另一只晶閘管導通。

峰值檢測電路檢測到波谷值時(shí)，Vo1輸出信號為負的寬脈沖，在脈沖下降沿時(shí)讀取微控制器計時(shí)器的值tmin，同樣tmin-tn=T／4，過(guò)零點(diǎn)檢測電路檢測負載電流過(guò)零點(diǎn)，Vo2輸出為負的窄脈沖，此時(shí)讀計時(shí)器得到一個(gè)過(guò)零點(diǎn)時(shí)間tp，若tp-tmin≥tmin-tn，則說(shuō)明負載電流經(jīng)過(guò)零點(diǎn)，晶閘管SCR2已經(jīng)自然關(guān)斷。利用峰值檢測與過(guò)零點(diǎn)檢測兩個(gè)重要因素判斷晶閘管的自然關(guān)斷時(shí)間點(diǎn)，兩只晶閘管輪流導通，工作在自然換向狀態(tài)，使開(kāi)關(guān)損耗減小為零。

3 判斷晶閘管自然關(guān)斷時(shí)間點(diǎn)實(shí)驗結果
對電流過(guò)零點(diǎn)檢測與峰值檢測的雙要素檢測方法進(jìn)行仿真實(shí)驗，得出其結果如圖7所示。

從圖7(a)可以看出，負載電流波形為正時(shí)，過(guò)零點(diǎn)檢測電路的輸出Vo2為高電平，負載電流波形為負時(shí)，過(guò)零點(diǎn)檢測電路的輸出Vo2為低電平。負載電流由正變負時(shí)，Vo2輸出產(chǎn)生一個(gè)正向脈沖；負載電流由負變正時(shí)，Vo2輸出產(chǎn)生一個(gè)負脈沖。
從圖7(b)可以看出，峰值檢測電路首先對波峰值進(jìn)行跟蹤檢測，檢測到輸入信號的波峰值后，邏輯組合電路得到一個(gè)高電平信號，控制開(kāi)關(guān)S接通波谷值檢測端，峰值檢測電路開(kāi)始對波谷值進(jìn)行跟蹤檢測，檢測到波谷值后，邏輯組合電路得到一個(gè)低電平信號，控制開(kāi)關(guān)S接通波峰值檢測端。邏輯組合電路在檢測到峰值后，在下一個(gè)峰值到達之前實(shí)現對開(kāi)關(guān)S的控制，使峰值檢測電路可以檢測到下一個(gè)峰值。
過(guò)零點(diǎn)與峰值檢測方法根據檢測到過(guò)零點(diǎn)與峰值時(shí)間點(diǎn)的關(guān)系，準確判斷晶閘管自然關(guān)斷點(diǎn)，從而使晶閘管輪流導通的頻率隨著(zhù)負載諧振頻率的變化而變化，使晶閘管工作在自然換向狀態(tài)，在實(shí)際電路中證明了該方法檢測效果較好。

4 結語(yǔ)
過(guò)零點(diǎn)檢測電路在檢測過(guò)零點(diǎn)時(shí)，由于關(guān)斷延時(shí)時(shí)間的限制，在晶閘管未徹底關(guān)斷時(shí)，容易產(chǎn)生誤差信號，過(guò)零點(diǎn)檢測此時(shí)不穩定。為防止晶閘管提前觸發(fā)，采用峰值檢測電路輔助檢測，根據零點(diǎn)與峰值兩個(gè)重要因素的時(shí)間點(diǎn)關(guān)系，去除過(guò)零點(diǎn)檢測電路在過(guò)零點(diǎn)處的干擾，準確判斷出品閘管的自然管斷點(diǎn)，從而確保半橋串聯(lián)諧振逆變器中晶閘管工作在自然換向狀態(tài)，防止發(fā)生直通現象。這種晶閘管自然管斷點(diǎn)的判斷方法也可以拓展到全橋串聯(lián)以及并聯(lián)逆變電路中，在感應加熱電源的應用領(lǐng)域具有重要的意義。