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如何保護可控矽不被過壓、過流擊穿

這裏介紹壹種采用霍耳元件作為傳感器的可控矽過流過載保護電路,此外它還具有過熱保護功能和聲光報警功能.

它的基本工作原理是這樣的,由兩個U形磁體與兩個三端型集成霍耳元件組成壹個帶有壹定間隙的閉合磁路,作為電流的檢測系統,通過負載及可控矽電流的導線從磁路平面的中心穿過,在磁路中產生壹個交變磁場。當通過可控矽的電流值在額定範圍之內時,它在磁路中所產生的磁場強度較小,低於霍耳元件的動作磁場強度,保護電路不動作。而壹旦發生過電流情況時,由於磁場強度大增,將超過霍耳元件的動作強度,霍耳元件將被觸發翻轉,同時也觸發保護電路,使其關閉主電路可控矽的觸發電路,並使可控矽在過零之後關斷。

電路中IC1和IC2為霍耳集成電路ULN3020,在平時正常工作時它們的輸出端役腳始終都為低電平,D2、D3截止,可控矽T1也處於關斷狀態,發光管L4不發光,正電源通過R6、L1、IC4、R5、VT到地形成壹個回路,如果控制開關三極管VT的基極為高電平,它將處於導通狀態,從而使過零觸發器IC4開通,觸發雙向矽T3導通,負載RL得電工作,它們的電流將在磁路中產生壹個交變磁場,當磁場強度的峰值沒有達到兩個霍耳元件的開通磁場強度時,IC1和IC2都保持原態不變。而壹旦由於負載不正常,或其他原因導致電流異常增大時,IC1和IC2中有壹只將處於短時高電平輸出狀態,從而通過D2或D3觸發可控矽T1導通,D5導通, 使過零觸發器IC4關斷,而可控矽T3將在電源過零後關斷。與此同時,發光管L4點亮,D4也導通,蜂鳴器BU發出報警聲,可控矽T1能夠壹直保持導通狀態,直到關閉控制電路的電源為止。

在這個電路中還有壹套可控矽過熱保護電路,其中IC3為壹只TO-220方式封裝的型號為67L070二腳溫度傳感開關元件,它的動作溫度為70℃,在平時常溫狀態下為常閉狀態。它被安裝在可控矽T3的散熱器上。當可控矽由於過負荷或其他原因而使功耗大大增加,壹旦散熱器的溫度達到70℃時,IC3將從常閉轉為常開,這時T2將通過R10觸發導通,D6也導通,使IC4斷電截止,同時也使可控矽T3截止。與此同時,D7也導通,發光管L3被點亮,D6導通,蜂鳴器BU工作,發出報警聲音。可控矽T2也能夠壹直保持導通狀態。最後直到關閉控制電源為止。

使霍耳元件動作的電流大小可以通過調整兩個U形磁心之間的間隔來決定,對於本電路所使用的40A可控矽來說,應將通過它的最大電流限制在小於40A,這裏所使用的磁心截面為5mm×4mm,兩磁心之間的間隔約為2.0mm左右,但由於不同磁性材料導磁率存在的差異以及霍耳元件的參數差異,具體間隔可能略有不同,實際保護電流的大小最好通過實測決定,並用膠封固在印刷板上。對兩只霍耳元件安裝的要求是,對正磁心截面,印字全部朝向壹個方向。只有這樣才能使兩只霍耳元件分別檢測交流電流的正負半周。

為了作進壹步的保護,在主電路 還設有壹個32A的空氣開關,它的作用也是保護可控矽,同時也作為主電路的控制開關使用。

該保護電路的不足之處是當負載及電路發生嚴重短路問題時,對可控矽的保護作用略顯不足,因為也曾經出現過可控矽被燒短路的情況,這主要是由於在保護電路動作之後,可控矽只能在電源過零之後才能自然關斷,而空氣開關的分斷速度也是有限的。所以在必要時應采用“快熔”等其他措施來進行最後的短路保護。

該保護電路被大量應用在自行設計的4000W箱式電爐的溫度控制器上,已經正常工作了四年時間,曾多次成功地避免了因負載異常而導致的過電流故障。