OCP還是SCP？這是個(gè)值得考慮的問(wèn)題

　　通常，在電機驅動(dòng)應用中需要很多不同類(lèi)型的保護，包括保護功率晶體管、電機或系統的任何部件。變頻器的電流保護是其中至關(guān)重要的一項。它不僅能預防對功率晶體管的任何潛在損壞，而且在發(fā)生故障或控制變得不穩定時(shí)能預防電機消磁。過(guò)流保護(OCP) 和短路保護(SCP)常?；Q使用，但兩者還是存在差別，我們將在本文中探討。

　　OCP和SCP的差別

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，短路保護是過(guò)電流保護的一部分。圖1表示不同電流保護之間的關(guān)系。 接地故障保護、臂短保護和相間短保護都屬于短路保護。

　　圖1. 過(guò)流保護與短路保護比較

　　圖2表示不同的短路模式和電流路徑。如圖2(a)所示，當電機繞組短接至電機殼體(通常接地)時(shí)，或者當電機電纜短接至接地時(shí)，則發(fā)生接地故障。圖2(b)表示橋臂短路，指高側IGBT和低側IGBT同時(shí)意外導通并產(chǎn)生極高電流的情況。圖2(c)表示相間短路，當不同相間的電機繞組短路時(shí)發(fā)生。所有三個(gè)示例中，電流幅度因電流路徑(包括IGBT本身的)阻抗而受限。

　　圖2. 短路電流路徑

　　如何設置OCP點(diǎn)?

　　無(wú)論面對什么類(lèi)型的過(guò)流情況，如何設置保護電流大小都很關(guān)鍵。要解決這一問(wèn)題，首先應識別系統中最脆弱的部件。在大多數情況下，IGBT將早于續流二極管受損，因為，當變頻器將功率傳遞至電機時(shí)，更容易發(fā)生過(guò)流情況。那么，是否應該將OCP跳變值設為IGBT能夠處理的最大電流? 這取決于系統采用的控制方法。在伏特/赫茲控制中(廣泛用于感應電機應用)，啟動(dòng)時(shí)的電流值無(wú)法精確預測。另一方面，如果采用磁場(chǎng)定向控制這樣的電流控制方法，則特定應用中電機的最大電流值是眾所周知的。如圖3所示，為此值添加一些裕量將成為OCP觸發(fā)大小的良好參考點(diǎn)。例如，帶FOC的電冰箱使用的永磁電機，其額定電流為1A rms，但是，在初始啟動(dòng)冷卻期間，可承受120%的過(guò)載達10分鐘。此情況下，最大峰值電流為1 A rms * 120% * Sqrt(2) = 1.7 A峰值?？紤]電流控制過(guò)沖裕量，可選擇+/- 2 A作為控制中的電流反饋范圍。接著(zhù)可將2.5 A設為OCP跳變點(diǎn)。即使在變頻器電路中采用飽和電流為30 A的5 A IGBT，電流跳變點(diǎn)也不需要設為10 A或更高。高電流跳變點(diǎn)可能造成電機消磁。如果有固定時(shí)間的過(guò)載能力，可執行I2T保護來(lái)補充OCP。

　　圖3. OCP點(diǎn)與其它電流大小的關(guān)系

　　采用哪種保護方法?

　　另一方面，SCP側重于IGBT故障。Fairchild SPM®智能功率模塊中的IGBT具備卓越的短路性能，但如果不能在幾微秒內安全關(guān)斷，仍可能受損。因此，應配置延遲時(shí)間固定在幾微妙的硬件，而非通過(guò)軟件實(shí)現。保護IGBT免受短路損壞的最常見(jiàn)方法是通過(guò)電流檢測電阻感測負直流總線(xiàn)電軌上的電流，如圖4(a)所示，并將壓降前饋至柵極驅動(dòng)器，以便后者同時(shí)軟關(guān)斷IGBT。在短路條件下關(guān)斷IGBT可能造成過(guò)大電壓尖峰和閉鎖故障。而軟關(guān)斷是克服這些問(wèn)題最為有效的方法。對于額定功率高于5 Hp的變頻器，電流檢測電阻的選擇相當有限，而Fairchild的SPM 2系列產(chǎn)品采用感測IGBT，其中配備感測發(fā)射極引腳，載流僅為實(shí)際發(fā)射極電流的一小部分。三個(gè)感測發(fā)射極相連，使電流通過(guò)外部電流檢測電阻，如圖4(b)所示。壓降以相似的方法前饋至柵極驅動(dòng)IC。

　　圖4. 使用電流檢測電阻進(jìn)行短路保護

　　這些方法的缺點(diǎn)之一是無(wú)法檢測接地故障電流，如圖2(a)所示。只要總和不為零，軟件可計算三相電流并識別接地故障。但響應速度可能不足以預防IGBT損壞。一個(gè)磁芯、一只正直流母線(xiàn)電軌上的電流檢測電阻和去飽和保護也是可選接地保護方式。Fairchild可提供帶不飽和保護功能的光電柵極驅動(dòng)器。配備這些功能的器件有FOD8316、FOD8318和FOD8332等等。

　　總結

　　本文介紹了OCP和SCP的差別以及各種保護方案。為了滿(mǎn)足應用要求，應精心選擇合適的保護方法。