CN110417285A - 一种新型高频高压硅堆电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型高频高压硅堆电路，包括由多个整流二极管串联组成的整流二极管模块，多个所述整流二极管模块组成全桥整流电路，每个所述整流二极管两端并联设置有正接的单向瞬态抑制二极管或双向瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的钳位电压小于所述整流二极管的最大反向电压、且大于所述整流二极管的工作电压。本发明的高压硅堆电路能对高压硅堆中集成的若干个整流二极管分别进行有效保护，将每个整流二极管两端的反向电压钳位在一个安全的范围内，增强整流二极管的耐冲击能力，防止整流二极管反向击穿，防止因多个整流二极管间均压不平衡而导致高压硅堆崩坏失效。

Description

一种新型高频高压硅堆电路
技术领域
本发明涉及高频高压除尘电源领域，具体涉及一种新型高频高压硅堆电路。
背景技术
在静电除尘(以下简称ESP)领域，除尘电源产生直流高压电使空气电离，灰尘通过微观碰撞带电，而带电灰尘和极板的静电吸附作用以达到除尘目的。其中，高压硅堆是高频高压除尘电源的重要组成部分。因输出电压高达几十甚至上百kV，因而需要采用多个高频整流二极管串联。这种情况下需要保证设备能够可靠地工作。
传统的整流硅堆是由整流二极管模块(几十个或几百个二极管串联而成)而构成的全桥整流来实现的。由于整流二极管数量过多，经常导致爬电距离，油绝缘距离不够而导致的绝缘失效，当然，这种情况通过优良的结构和电气设计可解决；存在的更严重的隐患，是多个整流二极管串联，整流二极管的均压不能保障，导致的整流二极管全部崩毁，设备失效。
整流二极管以串联方式运行，在稳态过程中不会因为均压问题而导致损害；但在从正向到反向的动态过程中，由于各个整流二极管参数不一，特别是反向恢复时间的不同，导致整流二极管均压严重不平衡而导致整流二极管击穿损坏。由于整流二极管参数均不一致，实际产品中采用反向恢复时间短，同批次的产品，可较大程度上避免整流二极管的电压击穿问题，但这并不能从根本上有效地解决此问题。
传统上也可采用在每个串联的整流二极管两端并联上串联的RC电路吸收尖峰，由于RC电路深度参与了电路的运行，RC电路固有参数的不一致，以及高频高压的工作环境对电容要求较高等等，不能保证对串联的整流二极管的有效保护。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种新型高频高压硅堆电路，其能对高压硅堆中集成的若干个整流二极管分别进行有效保护，将每个整流二极管两端的电压钳位在一个安全的范围内，增强整流二极管的耐冲击能力，防止整流二极管反向击穿，从而导致高压硅堆失效。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种新型高频高压硅堆电路，包括由多个整流二极管串联组成的整流二极管模块，多个所述整流二极管模块组成全桥整流电路，每个所述整流二极管两端并联设置有瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的钳位电压小于所述整流二极管的最大反向电压。
对整流二极管两端并联正接的瞬态抑制二极管，当整流二极管正常工作时，瞬态抑制二极管不影响整流二极管的工作；当电流从正向变为反向的过程中，多个整流二极管间均压不平衡，瞬态抑制二极管吸收瞬间较高能量，将其并联的整流二极管两端的电压钳位于一个设定值，这个设定值低于整流二极管的反向击穿电压(即最大反向电压)，防止整流二极管反向击穿；多组瞬态抑制二极管与其并联的整流二极管相配合，保护了整个高压硅堆的整流二极管，防止了因多个整流二极管间均压不平衡而导致高压硅堆崩坏失效。
优选地，所述瞬态抑制二极管为双向瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的钳位电压大于所述整流二极管的工作电压、且小于所述整流二极管的最大反向电压。采用双向的瞬态抑制二极管，当整流二极管正常工作时，瞬态抑制二极管不导通，当电流方向转换的瞬间，瞬态抑制二极管吸收瞬间的较大能量，钳位住整流二极管两端的电压，保护整流二极管不被反向电压击穿；对瞬态抑制二极管的电压进行选择，其须大于整流二极管的工作电压，使其不能影响整流二极管的正常工作，同时需小于整流二极管的最大反向电压，以此保护整流二极管不被瞬间的反向电压击穿。
优选地，至少两个所述双向瞬态抑制二极管串联，然后与单个所述整流二极管并联；至少两个所述双向瞬态抑制二极管的钳位电压之和大于所述整流二极管的工作电压、且小于所述整流二极管的最大反向电压。在瞬态抑制二极管的电压选择上须满足介于整流二极管的工作电压与最大反向电压之间，若一个瞬态抑制二极管的电压不足，因串联分压的原理，可通过串联两个及以上的瞬态抑制二极管，将串联的瞬态抑制二极管并联到整流二极管的两极，则满足串联的双向瞬态抑制二极管的钳位电压之和大于所述整流二极管的工作电压、且小于所述整流二极管的最大反向电压，同样可达到不影响整流二极管正常工作的同时，保护整流二极管不被反向电压击穿。
本发明的有益效果是：本发明的高压硅堆电路能对高压硅堆中集成的若干个整流二极管分别进行有效保护，将每个整流二极管两端的反向电压钳位在一个安全的范围内，增强整流二极管的耐冲击能力，防止整流二极管反向击穿，防止因多个整流二极管间均压不平衡而导致高压硅堆崩坏失效。
附图说明
图1为本发明的高压硅堆整体原理图；
图2为本发明的实施例一整流二极管模块原理图；
图3为本发明的实施例二整流二极管模块原理图；
图4为本发明的实施例三整流二极管模块原理图；
图5为本发明的实施例四整流二极管模块原理图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
Ui、输入电压，Uo、输出电压，D1～D4、整流二极管模块，D、整流二极管，TVS1～TVS2、单向瞬态抑制二极管，TVS3～TVS4、双向瞬态抑制二极管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一：
如图1所示为高压硅堆的等效电路原理图。一种新型高频高压硅堆电路，包括分别由多个整流二极管D串联组成的整流二极管模块D1/D2/D3/D4，每一个整流二极管模块分别等效于一个大的耐高压的整流二极管。四个所述整流二极管模块D1/D2/D3/D4组成全桥整流电路，全桥整流电路的输入端Ui连接外部的交流电源，全桥整流电路的输出端Uo输出直流电。如图2所示，每个所述整流二极管D两端并联设置有正接的单向瞬态抑制二极管TVS1，所述瞬态抑制二极管TVS1的钳位电压小于所述整流二极管D的最大反向电压。
对整流二极管D两端并联正接的单向瞬态抑制二极管TVS1，当整流二极管D正常工作时，单向瞬态抑制二极管TVS1不干扰整流二极管D的工作；当电流从正向变为反向的过程中，多个整流二极管D间均压不平衡，瞬态抑制二极管短时间内吸收瞬间较高能量，将其并联的整流二极管D两端的电压钳位于一个设定值，这个设定值低于整流二极管D的反向击穿电压(即最大反向电压)，防止整流二极管D反向击穿；多组瞬态抑制二极管与其并联的整流二极管D相配合，保护了整个高压硅堆的整流二极管，防止了因多个整流二极管D间均压不平衡而导致高压硅堆崩坏失效。
实施例二：
如图1所示为高压硅堆的等效电路原理图。一种新型高频高压硅堆电路，包括四个分别由多个整流二极管D串联组成的整流二极管模块D1/D2/D3/D4，每一个整流二极管模块分别等效于一个大的耐高压的整流二极管。四个所述整流二极管模块D1/D2/D3/D4组成全桥整流电路，全桥整流电路的输入端Ui连接外部的交流电源，全桥整流电路的输出端Uo输出直流电。每个所述整流二极管D两端并联设置有双向瞬态抑制二极管，所述双向瞬态抑制二极管可以采用两个单向瞬态抑制二极管极性相反设置并串联来达到相同的效果。
如图3所示，单向瞬态抑制二极管TVS1与单向瞬态抑制二极管TVS2参数相同、极性相反串联设置，然后并联在所述整流二极管D两端，如此类推，每一个所述整流二极管D两端均并联一对参数相同、极性相反且相互串联的单向瞬态抑制二极管。所述单向瞬态抑制二极管TVS1或单向瞬态抑制二极管TVS2的钳位电压小于所述整流二极管D的最大反向电压，且所述单向瞬态抑制二极管TVS1或单向瞬态抑制二极管TVS2的钳位电压大于整流二极管D的工作电压。
对整流二极管D两端并联一对参数相同、极性反向设置且相互串联的单向瞬态抑制二极管，当整流二极管D正常工作时，单向瞬态抑制二极管TVS1不干扰整流二极管D的工作；当电流从正向变为反向的过程中，多个整流二极管D间均压不平衡，瞬态抑制二极管短时间内吸收瞬间较高能量，将其并联的整流二极管D两端的电压钳位于一个设定值，这个设定值低于整流二极管D的反向击穿电压(即最大反向电压)，以防止整流二极管D反向击穿；且高于整流二极管D的工作电压，以不干扰整流二极管D的正常工作。多组瞬态抑制二极管与其并联的整流二极管D相配合，保护了整个高压硅堆的整流二极管，防止了因多个整流二极管D间均压不平衡而导致高压硅堆崩坏失效。
实施例三：
如图1所示为高压硅堆的等效电路原理图。一种新型高频高压硅堆电路，包括四个分别由多个整流二极管D串联组成的整流二极管模块D1/D2/D3/D4，每一个整流二极管模块分别等效于一个大的耐高压的整流二极管。四个所述整流二极管模块D1/D2/D3/D4组成全桥整流电路，全桥整流电路的输入端Ui连接外部的交流电源，全桥整流电路的输出端Uo输出直流电。如图4所示，每个所述整流二极管D两端并联设置有一个双向瞬态抑制二极管TVS3。采用双向的瞬态抑制二极管，当整流二极管正常工作时，瞬态抑制二极管不导通，当电流方向转换的瞬间，瞬态抑制二极管吸收瞬间的较大能量，钳位住整流二极管两端的电压，保护整流二极管不被反向电压击穿；对瞬态抑制二极管的电压进行选择，其须大于整流二极管的工作电压，使其不能影响整流二极管的正常工作，同时需小于整流二极管的最大反向电压，以此保护整流二极管不被瞬间的反向电压击穿。双向瞬态抑制二极管TVS3的钳位电压小于所述整流二极管D的最大反向电压，且大于所述整流二极管D的工作电压。
对整流二极管D两端并联一个双向瞬态抑制二极管TVS3，当整流二极管D正常工作时，双向瞬态抑制二极管TVS3的钳位电压大于整流二极管D的工作电压，所以不干扰整流二极管D的正常工作；当电流从正向变为反向的过程中，多个整流二极管D间均压不平衡，双向瞬态抑制二极管TVS3短时间内吸收瞬间较高能量，将其并联的整流二极管D两端的电压钳位于一个设定值，这个设定值低于整流二极管D的反向击穿电压(即最大反向电压)，以防止整流二极管D反向击穿。多组瞬态抑制二极管与其并联的整流二极管D相配合，保护了整个高压硅堆的整流二极管D，防止了因多个整流二极管D间均压不平衡而导致高压硅堆崩坏失效。
实施例四：
如图1所示为高压硅堆的等效电路原理图。一种新型高频高压硅堆电路，包括四个分别由多个整流二极管D串联组成的整流二极管模块D1/D2/D3/D4，每一个整流二极管模块分别等效于一个大的耐高压的整流二极管。四个所述整流二极管模块D1/D2/D3/D4组成全桥整流电路，全桥整流电路的输入端Ui连接外部的交流电源，全桥整流电路的输出端Uo输出直流电。至少两个双向瞬态抑制二极管串联，然后并联在整流二极管D两端。采用双向的瞬态抑制二极管，当整流二极管正常工作时，瞬态抑制二极管不导通，当电流方向转换的瞬间，瞬态抑制二极管吸收瞬间的较大能量，钳位住整流二极管两端的电压，保护整流二极管不被反向电压击穿；对瞬态抑制二极管的电压进行选择，其须大于整流二极管的工作电压，使其不能影响整流二极管的正常工作，同时需小于整流二极管的最大反向电压，以此保护整流二极管不被瞬间的反向电压击穿。如图5所示，双向瞬态抑制二极管TVS3与双向瞬态抑制二极管TVS4串联，然后并联在整流二极管D两端。双向瞬态抑制二极管TVS3与双向瞬态抑制二极管TVS4的钳位电压之和大于所述整流二极管D的工作电压、且小于所述整流二极管D的最大反向电压。在瞬态抑制二极管的电压选择上须满足介于整流二极管的工作电压与最大反向电压之间，若一个瞬态抑制二极管的电压不足(达不到整流二极管D的工作电压)，因串联分压的原理，可通过串联两个及以上的双向瞬态抑制二极管，将串联的双向瞬态抑制二极管并联到整流二极管的两极，则满足串联的双向瞬态抑制二极管的钳位电压之和大于所述整流二极管的工作电压、且小于所述整流二极管的最大反向电压，同样可达到不影响整流二极管正常工作的同时，保护整流二极管不被反向电压击穿。
对整流二极管D两端并联一对参数相同且相互串联的双向瞬态抑制二极管TVS3/TVS4，当整流二极管D正常工作时，双向瞬态抑制二极管TVS3/TVS4不干扰整流二极管D的工作；当电流从正向变为反向的过程中，多个整流二极管D间均压不平衡，瞬态抑制二极管短时间内吸收瞬间较高能量，将其并联的整流二极管D两端的电压钳位于一个设定值，这个设定值低于整流二极管D的反向击穿电压(即最大反向电压)，以防止整流二极管D反向击穿，且高于整流二极管D的工作电压，以不干扰整流二极管D的正常工作。多组瞬态抑制二极管与其并联的整流二极管D相配合，保护了整个高压硅堆的整流二极管，防止了因多个整流二极管D间均压不平衡而导致高压硅堆崩坏失效。
工作原理：
在高压硅堆中，每一个整流二极管模块中的整流二极管以串联方式运行，在稳态过程中不会因为均压而导致的损害；但在电流从正向到反向的动态过程中，由于各个整流二极管参数不一，特别是Trr(反向恢复时间)的不同，导致整流二极管均压严重不平衡而导致损坏。例如两整流二极管串联，其反向恢复时间分别为Trr1，Trr2，且Trr1<Trr2，两管电压分别为u1和u2，总反向电压为U；现假设t＝0时，电流为正向且开始反向，此时u1＝u2＝0；当t<Trr1时，有u1＝u2＝0；当Trr1<t<Trr2时，有u1＝0,u2＝U，当U大于单个整流二极管能承受的最大电压时(即超过反向击穿电压)，第二个整流二极管损坏，随后第一个整流二极管损坏；以此类推，高压硅堆中几十个甚至几百个串联的整流二极管损坏的原理与此相同。
本发明的技术方案在高压硅堆中每一个整流二极管的两极并联瞬态抑制二极管，瞬态抑制二极管的钳位电压介于整流二极管的工作电压与反向击穿电压之间。当整流二极管在正常工作中，瞬态抑制二极管不影响整流二极管的工作，但是当电流从正向到反向的动态切换过程中，由于各个整流二极管参数的不一致，导致其均压不平衡；此过程中，有的整流二极管两端电压低(电压低的时候，瞬态抑制二极管不参与工作)，有的电压高(电压高于瞬态抑制二极管的钳位电压时，瞬态抑制二极管才参与工作)；当整流二极管两端电压超出了其并联的瞬态抑制二极管最大钳位电压时，瞬态抑制二极管短时间内导通并吸收瞬时较高能量，可钳位住整流二极管两端电压，并迫使各个整流二极管两端的电压重新分配，保证各个整流二极管均工作在安全电压区间。通过选择合适的瞬态抑制二极管钳位电压，使钳位电压大于整流二极管正常工作电压，且小于整流二极管最大反向电压，达到不影响电路正常工作且保护整流二极管的目的，有效防止高压硅堆失效。当整流二极管两端的电压较高、且远远高于瞬态抑制二极管的最大钳位电压时，可采用两个或者两个以上的瞬态抑制二极管进行串联，因串联分压的原理，两个或者两个以上的瞬态抑制二极管相互配合，总的钳位电压为串联的单个瞬态抑制二极管的钳位电压之和，从而将整流二极管两端的电压钳位在安全电压区间，达到同等的保护整流二极管的目的。
本发明的高压硅堆电路能对高压硅堆中集成的若干个整流二极管分别进行有效保护，将每个整流二极管两端的反向电压钳位在一个安全的范围内，增强整流二极管的耐冲击能力，防止整流二极管反向击穿，防止因多个整流二极管间均压不平衡而导致高压硅堆崩坏失效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种新型高频高压硅堆电路，包括由多个整流二极管串联组成的整流二极管模块，多个所述整流二极管模块组成全桥整流电路，其特征在于，每个所述整流二极管两端并联设置有瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的钳位电压小于所述整流二极管的最大反向电压。
2.根据权利要求1所述一种新型高频高压硅堆电路，其特征在于，所述瞬态抑制二极管为双向瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的钳位电压大于所述整流二极管的工作电压、且小于所述整流二极管的最大反向电压。
3.根据权利要求2所述一种新型高频高压硅堆电路，其特征在于，至少两个所述双向瞬态抑制二极管串联，然后与单个所述整流二极管并联；至少两个所述双向瞬态抑制二极管的钳位电压之和大于所述整流二极管的工作电压、且小于所述整流二极管的最大反向电压。
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