晶閘管換向技術(shù)原理介紹

一、引言

晶閘管換向技術(shù)，作為電力電子技術(shù)中的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各類電力電子設(shè)備和系統(tǒng)中。該技術(shù)通過控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對電流或電壓的換向，從而滿足各種復(fù)雜的電力電子控制需求。本文將詳細(xì)介紹晶閘管換向技術(shù)的原理、分類以及具體應(yīng)用，以期為讀者提供深入的理解和認(rèn)識。

二、晶閘管的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

晶閘管（SCR）是一種四層三端半導(dǎo)體器件，由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交替排列構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它具有承受高電壓、大電流的能力，并且具有快速開關(guān)、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。晶閘管的工作原理基于PN結(jié)的特性，當(dāng)陽極和陰極之間施加正向電壓，并且控制極接收到足夠的觸發(fā)信號時(shí)，晶閘管將從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。在導(dǎo)通狀態(tài)下，晶閘管能夠維持低阻抗，允許電流通過；而在關(guān)斷狀態(tài)下，晶閘管則具有高阻抗，阻止電流通過。

三、晶閘管換向技術(shù)的原理

晶閘管換向技術(shù)是通過控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)電流或電壓的換向。其基本原理是：在需要換向的時(shí)刻，通過改變晶閘管的觸發(fā)信號，使其從當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)（導(dǎo)通或關(guān)斷），從而改變電路中的電流或電壓方向。這種換向過程可以實(shí)現(xiàn)對電力電子設(shè)備和系統(tǒng)的精確控制。

四、晶閘管換向技術(shù)的分類

晶閘管換向技術(shù)根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，可以分為自換向、諧振脈沖換向和互補(bǔ)換向等多種類型。

自換向（負(fù)載換向）

自換向是所有晶閘管換相技術(shù)中使用最多的技術(shù)之一。在自換向過程中，電感、電容和電阻等元件構(gòu)成二階阻尼電路。當(dāng)電路開始供電時(shí)，晶閘管不會立即導(dǎo)通，而是需要一個(gè)柵極脈沖來觸發(fā)。當(dāng)晶閘管導(dǎo)通或正向偏置時(shí)，電流將流過電感并將電容器充電至其峰值或等于輸入電壓。隨著電容器完全充電，電感器極性反轉(zhuǎn)，電感器開始與電流相反。此時(shí)輸出電流開始減小并達(dá)到零，晶閘管因電流低于其保持電流而關(guān)斷。自換向技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是簡單可靠，適用于多種應(yīng)用場景。

諧振脈沖換向

諧振脈沖換向是在自換向技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種換向技術(shù)。在諧振脈沖換向中，LC諧振電路是并聯(lián)的。當(dāng)施加輸入電壓時(shí)，電容器開始充電至輸入電壓（Vs），晶閘管保持反向偏置直到施加?xùn)艠O脈沖。當(dāng)柵極脈沖施加時(shí)，晶閘管打開，電流開始從雙向流動。然后正弦電流流過LC諧振電路，以反極性為電容器充電。因此晶閘管兩端出現(xiàn)反向電壓，導(dǎo)致電流Ic（換向電流）與陽極電流IA的流動相反。當(dāng)陽極電流小于保持電流時(shí)，晶閘管關(guān)斷。諧振脈沖換向技術(shù)具有更高的換向效率和更寬的換向范圍。

互補(bǔ)換向

互補(bǔ)換向是一種通過兩個(gè)或多個(gè)晶閘管相互協(xié)作來實(shí)現(xiàn)換向的技術(shù)。在互補(bǔ)換向中，一個(gè)晶閘管負(fù)責(zé)正向?qū)ǘ硪粋€(gè)晶閘管負(fù)責(zé)反向?qū)?。通過精確控制兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)信號和時(shí)序關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)平滑的換向過程?；パa(bǔ)換向技術(shù)適用于需要高精度控制的應(yīng)用場景如電機(jī)驅(qū)動和電源變換等。

五、晶閘管換向技術(shù)的應(yīng)用

晶閘管換向技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類電力電子設(shè)備和系統(tǒng)中如電機(jī)驅(qū)動、電源變換、焊接設(shè)備、電力調(diào)節(jié)器等。通過精確控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷可以實(shí)現(xiàn)對電流或電壓的精確控制從而滿足各種復(fù)雜的電力電子控制需求。例如在電機(jī)驅(qū)動中通過晶閘管換向技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制；在電源變換中通過晶閘管換向技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)交流電到直流電的轉(zhuǎn)換以及直流電到交流電的逆變等功能。

六、結(jié)論

晶閘管換向技術(shù)作為電力電子技術(shù)中的重要組成部分具有廣泛的應(yīng)用前景和市場需求。通過深入理解和掌握晶閘管換向技術(shù)的原理、分類以及應(yīng)用可以更好地應(yīng)用該技術(shù)于實(shí)際工程中提高電力電子設(shè)備和系統(tǒng)的性能和可靠性。