原因不明的二次放電

修改了過零檢測電路、可控硅觸發(fā)變壓器驅(qū)動電路，

安排上了通過二次電流、二次電壓采用積分、微分計算的軟件閃絡(luò)檢測算法，

甚至加上通過微分電路實現(xiàn)的硬件閃絡(luò)檢測方法；

然而，在上周末的測試時，仍然碰到無法及時控制電場閃絡(luò)的情況。

當把放電錘固定在一個位置，可控硅導(dǎo)通角上升，升到某個電壓時，電場被擊穿放電，發(fā)生閃絡(luò)；

此時，控制應(yīng)該及時檢測到閃絡(luò)，并迅速關(guān)閉可控硅輸出，然后又控制導(dǎo)通角上升，如此循環(huán)，就能聽到有規(guī)律的清脆的電場放電聲音；

在實測時，時不時聽得到并不是那么清脆的放電聲，像是第一次放電沒有及時控制住，馬上又發(fā)生了電流更大的放電，發(fā)生更響的拖尾聲。

抽絲剝繭，找出問題

正常運行時，二次電壓為鋸齒狀的波形，二次電流為饅頭形狀的波形。

圖1. 正常運行時的二次電流、二次電壓的波形

當發(fā)生閃絡(luò)時，二次電壓快速降低，二次電壓快速升高。

圖2. 發(fā)生閃絡(luò)時二次電流、二次電壓的波形

為了方便測量，定時器中斷時檢測到閃絡(luò)時，翻轉(zhuǎn)用于測試的GPIO口，通過二次電流的觸發(fā)電平，讓示波器捕捉未能及時關(guān)閉的閃絡(luò)波形。

圖3. 未及時控制閃絡(luò)時的二次電流、二次電壓波形

從波形上看，軟件已經(jīng)檢測到了閃絡(luò)，那為什么二次電流仍在下一個半波急劇升高。

既然閃絡(luò)檢測沒有問題，難道是軟件沒有及時關(guān)閉可控硅觸發(fā)脈沖串？

圖4. 未及時控制閃絡(luò)時的觸發(fā)脈沖串波形

用示波器同時測量DSP輸出的脈沖串波形，發(fā)現(xiàn)DSP在檢測到閃絡(luò)之后的下一個半波已經(jīng)及時關(guān)閉了脈沖串輸出。

及時檢測到閃絡(luò)又及時關(guān)閉了觸發(fā)脈沖串，為什么二次電流仍然在下一個半波急劇上沖，難道是因為發(fā)生閃絡(luò)時，電流劇變產(chǎn)生強大的干擾通過有線傳導(dǎo)或者無線輻射在可控硅的GK極之間產(chǎn)生異常電壓，導(dǎo)致了可控硅的誤觸發(fā)。

圖5. 觸發(fā)變壓器初級的波形

用示波器觀測可控硅觸發(fā)變壓器初級的波形，果然有發(fā)現(xiàn)，

閃絡(luò)發(fā)生瞬間，即使DSP關(guān)閉了觸發(fā)脈沖串的輸出，仍然觀測到小的干擾脈沖。

圖6. 可控硅觸發(fā)變壓器驅(qū)動電路，注意光耦初級和次級應(yīng)該是兩個不同的地

其實，在上個星期設(shè)計該驅(qū)動電路時，我也對其可靠性深表懷疑。

但是，因為以下的限制，只能做這樣的修改，

1) 客戶廠里只有光耦6N137能達到10KHz觸發(fā)信號的響應(yīng)速度

2) 6N137的內(nèi)部由集成檢測器組成，其5腳必須接地，8腳的最高供電電壓為7V

3) 采用推挽電路經(jīng)過電容隔直成交流驅(qū)動觸發(fā)變壓器是客戶正在使用的方案，不能直接改成觸發(fā)變壓器廠家推薦的電路

4)需要解決+5V電源上電延后于+24V電源的上電，導(dǎo)致設(shè)備合閘瞬間在觸發(fā)變壓器初級產(chǎn)生脈沖，誤觸發(fā)可控硅的問題

5)需要考慮極性變換、電平變換等問題

反復(fù)思考之后，我最后通過三個三極管設(shè)計了這樣的電路，整個電路的信號放大倍數(shù)很大，電路復(fù)雜，器件多，線路長，很容易經(jīng)過導(dǎo)線或者空中串入干擾信號；

由于三極管需要響應(yīng)時間，而且由于走線寄生電感等原因，最終干擾信號可能會串入到推換三極管的輸入端，造成觸發(fā)變壓器誤導(dǎo)通，可控硅被誤觸發(fā)。

應(yīng)該采用電容濾除這些干擾信號！

兩顆電容解決問題

圖7. 增加濾波電容

我讓客戶在電容R2以及電容R11兩端分別并上容量為1nF的電容C7及C8；

脈沖串的周期為100us，高、低電平的持續(xù)時間分別為50us，

R3、C7，R5、C8所組成的低通濾波電路的時間常數(shù)為5.1kΩ*1nF=5.1us，相比如高低電平的持續(xù)時間，已經(jīng)是允許并接的最大電容容量。

改完之后，再把電流閃絡(luò)判斷的閾值整為額定電流的150%，即關(guān)閉通過電流積分判斷的功能；

關(guān)閉通過電流、電壓微分判斷閃絡(luò)的功能；

關(guān)閉通過硬件微分電路判斷閃絡(luò)的功能；

只留下通過電壓積分判斷閃絡(luò)的功能，整個廠區(qū)就開始回蕩起了非常有規(guī)律的清脆的電場放電聲，再也聽不到改之前能時不時聽到的由于未及時關(guān)閉可控硅產(chǎn)生的二次放電的聲音。

雖然通過兩顆電容完美解決了這個問題，但是我仍然對該觸發(fā)驅(qū)動電路的可靠性和抗干擾能力持懷疑態(tài)度，接下來準備幫客戶改成觸發(fā)變壓器廠家推薦的電路。

圖8.準備采用的電路

編輯：黃飛