大功率電壓型逆變器新型組合式IGBT過流保護方案

2)負載電路短路在某些升壓變壓器輸出場合，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?？斓乃俣龋谝话闱闆r下，如果IGBT的額定參數選擇合理，10μs之內的過流就不會損壞器件，所以必須在這個時間內關斷IGBT。母線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，馬上輸出保護信號封鎖驅動。同時用觸發(fā)器構成記憶鎖定保護電路，以避免保護電路在過流時的頻繁動作。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，為了改善進線電流波形，一般在直流母線上串有濾波電感，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，在逆變保護動作瞬間電容將承受一個很高的過沖電壓，若不采取措施，可能會直接導致電容過壓損壞。尤其在負載電流很高，L中儲能很大時，更加危險。

假設逆變關斷時濾波電感中的電流全部從電容C中流過，同時整流器繼續(xù)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時結束。

可見在諧振到1/4周期時，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電流，電感及電容有關。在我們試驗用的10kW樣機中，直流母線電壓200V時讓逆變瞬間在保護信號下關斷，母線電壓突然上升到近450V。針對此種現(xiàn)象，采用在保護動作的同時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。

在實際應用中，由于驅動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。對于像負載過流或短路，都能在IGBT允許的短路電流時間內將整個裝置的工作停下來。這種保護方法并不直接針對IGBT，而是將前級整流輸入關斷，故障時IGBT仍處于工作狀態(tài)。這屬于“軟保護”，對IGBT沒有應力沖擊，同時也可以避免在大電流下瞬間關斷可能導致IGBT超出關斷安全工作區(qū)而處于擎住狀態(tài)。

實驗結果

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(xiàn)象。試驗中發(fā)現(xiàn)，不論對于負載短路，變壓器擊穿引起的過流，還是輸入電壓過高引起的過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直通保護時還要考慮到關斷逆變器對前級電路的影響。本文所介紹的整流逆變同時保護的方案可以可靠保護整個逆變器，并在實踐中取得了良好的效果。