大功率電壓型逆變器新型組合式IGBT過(guò)流保護方案

2)負載電路短路在某些升壓變壓器輸出場(chǎng)合，副邊短路的情況。

3)逆變器輸出直接短路

圖4給出了保護電路框圖。直通保護電路必須有非?？斓乃俣?，在一般情況下，如果IGBT的額定參數選擇合理，10μs之內的過(guò)流就不會(huì )損壞器件，所以必須在這個(gè)時(shí)間內關(guān)斷IGBT。母線(xiàn)電流檢測用霍爾傳感器，響應速度快，是短路保護檢測的最佳選擇。比較器用LM319，檢測值與設定值比較，一旦超過(guò)，馬上輸出保護信號封鎖驅動(dòng)。同時(shí)用觸發(fā)器構成記憶鎖定保護電路，以避免保護電路在過(guò)流時(shí)的頻繁動(dòng)作。外接的復位電路也不可缺少。

3.2整流部分保護

對于大功率電壓型逆變器，為了改善進(jìn)線(xiàn)電流波形，一般在直流母線(xiàn)上串有濾波電感，如圖5所示。由于電感的存在，當逆變電路一旦停止工作，如果整流電路仍處在整流狀態(tài)，則電感中的能量將向電容釋放，在逆變保護動(dòng)作瞬間電容將承受一個(gè)很高的過(guò)沖電壓，若不采取措施，可能會(huì )直接導致電容過(guò)壓損壞。尤其在負載電流很高，L中儲能很大時(shí)，更加危險。

假設逆變關(guān)斷時(shí)濾波電感中的電流全部從電容C中流過(guò)，同時(shí)整流器繼續輸出電壓Ud。圖6給出了等效電路，L與C串聯(lián)諧振，由于整流橋電流只能單向流通，所以振蕩到T/4時(shí)結束。

可見(jiàn)在諧振到1/4周期時(shí)，電容上的電壓達到最大值，之后諧振停止。

電容上最后電壓與母線(xiàn)電流，電感及電容有關(guān)。在我們試驗用的10kW樣機中，直流母線(xiàn)電壓200V時(shí)讓逆變瞬間在保護信號下關(guān)斷，母線(xiàn)電壓突然上升到近450V。針對此種現象，采用在保護動(dòng)作的同時(shí)將整流電路拉到逆變工作狀態(tài)(觸發(fā)角α拉到約150°)，使濾波電感中的能量大部分回饋到電網(wǎng)。

在實(shí)際應用中，由于驅動(dòng)電路的故障導致上下橋臂IGBT直通的可能性很小。鑒于此，也可以采用單一的整流部分拉逆變的保護方法。對于像負載過(guò)流或短路，都能在IGBT允許的短路電流時(shí)間內將整個(gè)裝置的工作停下來(lái)。這種保護方法并不直接針對IGBT，而是將前級整流輸入關(guān)斷，故障時(shí)IGBT仍處于工作狀態(tài)。這屬于“軟保護”，對IGBT沒(méi)有應力沖擊，同時(shí)也可以避免在大電流下瞬間關(guān)斷可能導致IGBT超出關(guān)斷安全工作區而處于擎住狀態(tài)。

實(shí)驗結果

這種保護方案已成功地應用于大功率高頻高壓電壓型串聯(lián)諧振逆變器中，中壓輸出經(jīng)升壓變壓器升到6kV，用于材料電暈處理。樣機輸出功率約10kW。由于負載是高壓電暈處理器，升壓變壓器內部容易發(fā)生原、副邊擊穿現象。試驗中發(fā)現，不論對于負載短路，變壓器擊穿引起的過(guò)流，還是輸入電壓過(guò)高引起的過(guò)流都能很好地保護逆變器不受損壞。

結論

IGBT是逆變器中最容易損壞的部分，特別是對于電壓型可控整流電路。在對IGBT直通保護時(shí)還要考慮到關(guān)斷逆變器對前級電路的影響。本文所介紹的整流逆變同時(shí)保護的方案可以可靠保護整個(gè)逆變器，并在實(shí)踐中取得了良好的效果。