一種晶閘管自然關斷點檢測判斷方法

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

SCR1半橋串聯諧振逆變回路負載為欠阻尼狀態(tài)，電路處于諧振狀態(tài)，半橋串聯諧振逆變回路中晶閘管工作在自然換向狀態(tài)時的波形圖如圖3所示。在SCR1導通時，通過SCR1流向負載的電流波形為iSCR1，假設SCR1導通時負載電壓為正，隨著C1不斷的放電，電流iSCR1不斷增大，電流iSCR1在最大值時，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時刻，電流iSCR1為零，SCR1自然關斷。SCR1自然關斷后，發(fā)送一個觸發(fā)脈沖，在t2時刻導通SCR2，流過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時刻自然關斷，完成一個周期。下一周期SCR1在t4時刻導通，循環(huán)以上過程。

2 過零點檢測和峰值檢測原理
由半橋串聯諧振逆變器工作原理可以知道，負載電流達到最大值時，電壓uR達到峰值時，此時負載回路達到諧振狀態(tài)。將負載電流波形信號通過電流傳感器轉變?yōu)殡妷盒盘?，輸入到過零點檢測電路與峰值檢測電路，檢測每一個過零點和峰值，發(fā)送信號到微處理器，從而得到每一次達到峰值和過零點的時刻，根據過零點時刻與峰值時刻的關系，準確判斷晶閘管的自然關斷點，控制晶閘管觸發(fā)脈沖的發(fā)送。

過零點檢測電路簡化原理圖如圖4所示，該電路實際是一個倒向放大器，電容C4用作正補償以增加檢測速度。當輸出為負時，二極管D5導通，輸出為正時，穩(wěn)壓二極管D7和二極管D6導通。負載電流信號通過電流傳感器轉變?yōu)橐粋€電壓信號后，輸入到過零點檢測電路，當信號波形在正半周時，過零檢測電路Vo2輸出為高電平，當信號經過零點處于負半周時，Vo2輸出為低電平。在負載電流過零點處，Vo2的電平發(fā)生跳變，當負載電流波形由正到負經過零點時，Vo2輸出變化是一個負跳變脈沖，當負載電流由負到正經過零點時，Vo2輸出變化是一個正跳變脈沖。

峰值檢測電路原理圖如圖5所示，它由兩個運算放大器和兩個晶體管構成。運算放大器U1A用來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通過晶體管Q2通路充電，只有當輸出信號和輸入信號相等時充電才會停止，并且保持這個值。開關S是一個復位開關，當S接通Q2的發(fā)射極時，電路跟蹤檢測到波峰值；當S接通Q1的發(fā)射極時，電路跟蹤檢測到波谷值。
峰值檢測電路中開關S有一個開關控制電路，由組合邏輯電路構成。當Vo1輸出波峰信號時，開關控制電路接收到高電平信號，控制開關接通波谷檢測端；當Vo1輸出波谷信號時，開關控制電路接收到低電平信號，控制開關接通波峰檢測端。采用這種開關控制方式可以減少信號的延遲時間，快速實現波峰與波谷檢測的切換。過零點檢測電路與峰值檢測電路輸出脈沖信號圖如圖6所示，啟動過零點檢測電路與峰值檢測電路時，發(fā)送一個信號到微控制器，計時器開始計時，此時過零點時間tp=0，負載電流由零逐漸增大，當檢測到波峰值時，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器的值tmax，tmax-tp=T／4，其中T為周期。過零點檢測電路檢測負載電流過零點，Vo2輸出為負的窄脈沖，此時讀計時器得到一個過零點時間tn，若tn-tmax≥tmax-tp，則說明負載電流經過零點，晶閘管SCR1已經自然關斷，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，Vo1輸出信號為負的寬脈沖，在脈沖下降沿時讀取微控制器計時器的值tmin，同樣tmin-tn=T／4，過零點檢測電路檢測負載電流過零點，Vo2輸出為負的窄脈沖，此時讀計時器得到一個過零點時間tp，若tp-tmin≥tmin-tn，則說明負載電流經過零點，晶閘管SCR2已經自然關斷。利用峰值檢測與過零點檢測兩個重要因素判斷晶閘管的自然關斷時間點，兩只晶閘管輪流導通，工作在自然換向狀態(tài)，使開關損耗減小為零。

3 判斷晶閘管自然關斷時間點實驗結果
對電流過零點檢測與峰值檢測的雙要素檢測方法進行仿真實驗，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，過零點檢測電路的輸出Vo2為高電平，負載電流波形為負時，過零點檢測電路的輸出Vo2為低電平。負載電流由正變負時，Vo2輸出產生一個正向脈沖；負載電流由負變正時，Vo2輸出產生一個負脈沖。
從圖7(b)可以看出，峰值檢測電路首先對波峰值進行跟蹤檢測，檢測到輸入信號的波峰值后，邏輯組合電路得到一個高電平信號，控制開關S接通波谷值檢測端，峰值檢測電路開始對波谷值進行跟蹤檢測，檢測到波谷值后，邏輯組合電路得到一個低電平信號，控制開關S接通波峰值檢測端。邏輯組合電路在檢測到峰值后，在下一個峰值到達之前實現對開關S的控制，使峰值檢測電路可以檢測到下一個峰值。
過零點與峰值檢測方法根據檢測到過零點與峰值時間點的關系，準確判斷晶閘管自然關斷點，從而使晶閘管輪流導通的頻率隨著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)，在實際電路中證明了該方法檢測效果較好。

4 結語
過零點檢測電路在檢測過零點時，由于關斷延時時間的限制，在晶閘管未徹底關斷時，容易產生誤差信號，過零點檢測此時不穩(wěn)定。為防止晶閘管提前觸發(fā)，采用峰值檢測電路輔助檢測，根據零點與峰值兩個重要因素的時間點關系，去除過零點檢測電路在過零點處的干擾，準確判斷出品閘管的自然管斷點，從而確保半橋串聯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的判斷方法也可以拓展到全橋串聯以及并聯逆變電路中，在感應加熱電源的應用領域具有重要的意義。