BOD保护设计

BOD 保护设计
一．原理
BOD 保护是一种晶闸管紧急过电压触发回路，当晶闸管两断电压超过预设值时，BOD 保护电路就很快触发导通晶闸管，把过电压施加在其它电气元件上，从而保护晶闸管。

其电路原理如图1所示。

图1 BOD 保护原理
图1中R1、R2为分压电阻，其作用是把晶闸管两端电压分成两个部分。

其中R2分的是参考电压2R U ，设BOD 保护动作电压为BOD U ，当参考电压2R U 的瞬时值2()R u t 满足2()R BOD u t U >时BOD 开始动作，并
触发晶闸管。

其中，BOD 保护动作电压由下式计算：
11BOD DZ D U U U =+ （1-1）
式中，1DZ U ——齐纳二极管DZ1的稳压电压值；
1D U ——二极管D1的通态压降。

DZ1为齐纳二极管（稳压二极管），它的工作原理是，当2()R BOD u t U ≤时，处于截止状态，晶闸管不能导通；当2()R BOD u t U >时就处于导通状态，而且如果其电流1DZ I 满足1DZ G I I ≥（晶闸管门极触发电
流）时晶闸管G1就导通，分压R1起到限流作用。

其中流经齐纳二
极管DZ1的电流1DZ I 由下式计算：
2111121
0()()()()R BOD DZ G DZ D GK R BOD u t U I u t U U U u t U R ≤⎧⎪=-++⎨>⎪⎩ （1-2） 式中，1()G u t ——晶闸管G1两端电压瞬时值；
GK U ——晶闸管G1门极与阴极之间的压降。

图1中由R3、DZ2和D2构成的电路是防止晶闸管承受过高的门极触发电压所用。

其中R3是用来限流的当增加该电路之后，门极电压可表示为：
2()GT
R BOD G GMAX G GMAX U u t U U U U U ≤⎧=⎨≥⎩ （1-3）
22GMAX DZ D U U U =+ （1-4）
式中，GT U ——晶闸管功率触发电路输出的门极触发电压；
GMAX U ——预设的门极最大触发电压；
2DZ U ——齐纳二极管DZ2的稳压电压值；
1D U ——二极管D2的通态压降。

该BOD 保护电路中二极管D1、D2的作用是，当晶闸管承受反向电压时，防止齐纳二极管承受过大的正向电流。

二．电子元件的选择原则
BOD 保护电路的设计是一个很复杂的过程，其重点在于合理的选择电子元件。

下面举例说明一下选择原则及过程。

例1-1，假设，系统电压6kv,总容量258kvar,其中TCR 容量为118
kvar ，FC 容量为140 kvar 。

选择晶闸管模块为SKKT106/16E ，采用10串结构，均压电阻R 为2K Ω、300W ，系统主接线图如图2所示。

请针对该晶闸管模块设计BOD 保护。

图2系统主接线图
解：第一步，了解晶闸管特性：查找SKKT106/16E 的特性可知，1700RSM V v =；,1600RRM RDM V V v =；其余特性如表1所示。

表1：SKKT106/16E 技术参数
第二步，选择晶闸管需要紧急触发的电压JJ U ：考虑到晶闸管本
身的正常过电压能力及正向重复蜂值电压，可制定
1.5XTF JJ RRM U U V << （1-5）
式中，XTF U ——在系统中正常运行时晶闸管承受的最大电压峰值。

从图2可知，由于10个晶闸管串联，所以每个晶闸管承受的最
大电压有效值为600XT U v =、电压峰值为600848.5XTF U v =；考虑到,1600RRM RDM V V v =， 可选1500JJ U v =。

第三步，选择分压电阻R1、R2：
分压电阻要满足以下几个要求：
1． BOD 动作之前，R1、R2组成的分压电阻远大于均压电阻，
不影响均压电阻的正常均压作用，即
12R R R + （1-6）
2． BOD 动作的瞬间，流过R1的电流大于晶闸管最低触发电
流，并且保证晶闸管能顺利触发导通，即
min 12
JJ G U I R R >+ （1-7） 式中，min G I ——晶闸管最小触发电流。

3． 让R1远大于R2，这样齐纳二极管承受电压就小一些，即
12R R （1-8）
总上所述可以选择R1、R2，表1中可知min 150G I mA =，又已经选择1500JJ U v =，所以根据式（1-7），解得12150010150v R R K mA
+<=Ω，由于均压电阻2R K =Ω，所以再考虑式（1-6），可选择129R R K +=Ω；再根据式（1-8），可选1214R R =；最后能计算出18.4R K =Ω，20.6R K =Ω。

从上述不难计算出，当BOD 保护动作时，分压电阻R1、R2上的瞬时电压分别为1400V 、100V ；瞬时功率为233W 、16.7W 。

第四步，选择齐纳二极管DZ1
第三步分析可知，当分压电阻R2上的瞬时电压大于100V 时BOD 保护就动作，也就是式（1-2）中的11100DZ D GK U U U v ++≥时BOD 保护开始触发导通晶闸管。

一般情况下10.20.7D U v v ≈或，从表1中查到
0.9 1.65GK U v v = 。

选择10.25D U v =、 1.25GK U v =，所以原则上198.5DZ U v ≤，为了能可靠保护，可选190DZ U v =。

也就是串联5个额定稳压电压为18V 的齐纳二极管。

第五步，选择齐纳二极管DZ2
DZ2的作用是防止晶闸管门极触发电压的不必要上升。

所以DZ2的稳压值满足：
min 22min (25)G DZ D G U U U U <+< （1-9）
式中，min G U ——为晶闸管晶闸管最小门极触发电压。

一般情况下20.20.7D U v v ≈或，从表1中查到m i n 3G U v =，所以可选25DZ U v =。

第六步，选二极管D1、D2
这俩二极管起防止反向电压流过齐纳二极管，所以选择原则是二极管反向重复电压大于晶闸管紧急触发电压，即
RRM JJ U U > （1-10）
所以D1、D2可以选择反向重复电压为2KV 的二极管即可。

R1能分大部分的电压，并且BOD 保护动作之后能起到限流作用。