【正文】 加電路，當超過規(guī)定電壓值時，自動開通附加電路，使過電壓通過附加電路形成通路，消耗或儲存過電壓的電磁能量，從而是過電壓的能力不會加到電力電子器件上，從而 達到保護的目的。保護電路的形式很多，也很復雜。 1）外部出現(xiàn)負載過大、交流電源電壓過高或過低、缺相時引起的過電流。 2）電力電子變換器內(nèi)部某一器件擊穿或短路、線路絕緣老化失效、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗引起的過電流。 3）控制電路、觸發(fā)電路、驅(qū)動電路的故障或干擾信號的侵入引起的誤動作所引起的過電流 4）配線等人為的錯誤引起的過電流。 13 由于電力電子器件的電流過載能力比一般電氣設(shè)備差很多，因此，必須對變換器進行適當?shù)倪^電流保護。變換器的過電流一般主要分為兩類：過載過電流和 短路過電流。 過電流保護可以采用交流進線電抗器、電流檢測裝置和直流過流繼電器、快速熔斷器等方法。 dtdu/ 的原因 晶閘管的 PN 結(jié)存在著結(jié)電容，在阻斷狀態(tài)下，當加在晶閘管上的正向電壓上升率 dtdu/ 較大時，就會有較大的充電電流流過結(jié)電容，起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管誤導通，所以要限制電壓上升率 dtdu/ 。 dtdu/ 的原因 1）由電網(wǎng)侵入的過電壓 2）由于電力電子器件換相時產(chǎn)生的 dtdu/ 7. 限制電流上升率 dtdi/ 的原因 晶閘管在導通瞬間，電流集中在門極附近，隨著時間的推移，導通區(qū)才逐漸擴大，直到全部結(jié)面導通為止。在剛導通時，如果電流上升率 dtdi/ 較大，會引起門極附近過熱，造成晶閘管損壞，所以要限制電流上升率 dtdi/ 。 8. 變換器中產(chǎn)生過大的 dtdi/ 的原因 1）電力電子器件從阻斷到導通期間，主電路電流增長過快。 2）交流側(cè)電抗小或交、直流側(cè)阻容吸收裝置電容量過大，當電子電子器件導通時，流過過大的附加電容的充、放電電流。 3）與電力電子器件并聯(lián)的緩沖保護電路在晶閘管開通時的放電電流。 14 過電壓保護電路： 本次設(shè)計的電路要求輸出電壓為 20V— 80V，所以當輸出電壓設(shè)定時，一旦出現(xiàn)過電壓，為了保護電路和器件，應(yīng)立刻將電路斷開，及關(guān)斷 IGBT 的脈沖，使電路停止工作。因為芯片 SG3525 的引腳 10端為外部關(guān)斷信號輸 入端，所以可以利用 SG3525的這個特點進行過壓保護。當引腳 10 端輸入的電壓等于或超過 8V 時，芯片將立刻鎖死，輸出脈沖將立即斷開。所以可以從輸出電壓中進行電壓取樣，并將取樣電壓通過比較器輸入 10 端，從而實現(xiàn)電壓保護。 如圖 6所示：取樣電壓的方法是在 U。端串聯(lián)兩個電阻再通過在電阻中分得的電壓連入比較器的正端，與連入負端的基準電壓（ 5V）進行比較。正常狀態(tài)下，取樣電壓小于基準電壓，此時比較器輸出的是負的最大值，芯片正常工作，當出現(xiàn)過電壓時，取樣電壓高于基準電壓，此時輸出高電平 15V，在通過電阻分壓得到 5V 的高電 平送入芯片的 10端，使其鎖死， IGBT 脈沖斷開，電路斷開，從而對電路實現(xiàn)過壓保護。 設(shè)計的過壓保護電路圖如圖 8所示： 圖 8 過壓保護電路原理圖 接入 SG3525 的 10 端 取樣電壓 15 過電流保護電路 本次設(shè)計要求具有過流保護功能，在電流達到 6A時動作 。如前所述， SG3525 的引腳 10 端在輸入一個高電平時具有自鎖功能，所以仍然可以利用這個方法進行過流保護。主要思想是將過電流轉(zhuǎn)化為過電壓。具體的做法是在干路上串聯(lián)一個很小的電阻，再在這個小電阻上并聯(lián)一個大電阻，從而進行過電流與過電壓的轉(zhuǎn)化。將轉(zhuǎn)化的電壓連入比較器和一個基準電壓 (取 )相比較，就是在基準 經(jīng)過電阻分壓得到 ,再將輸出經(jīng)降壓后得到 5V 后連入 SG3525 的 10 端。在正常狀態(tài)下連入的電壓小于基準電壓，此時，輸出一個負的最大值，芯片不會鎖死，正常工作。而當過電流時，轉(zhuǎn)化的電壓高于基準 電壓，此時輸出一個高電平，芯片的 10 端鎖死， IGBT 脈沖斷開，電路斷開，從而對電路實現(xiàn)過流保護。 設(shè)計的過流保護電路如圖 9所示： 圖 9 過電流保護原理電路圖 IGBT 的保護 IGBT 如果不采取保護，它很容易損壞。一般認為 IGBT 要原因有兩種：一是 IGBT退出飽和區(qū)而進入了放大區(qū)，使得開關(guān)損耗增大；二是 IGBT 發(fā)生短 路，產(chǎn)生很大的瞬態(tài)電流，從而使 IGBT 損壞。下面是對 IGBT 進行設(shè)計的保護電路。 RC 串聯(lián)電路可以對 IGBT 進行過電壓保護，而反向二極管可以對 IGBT 進行過電流保護。在無緩沖電路的情況下， IGBT 開通時電流迅速上升， di/dt 很大；關(guān)斷時過流 保護輸入 接入SG3525的10端 16 du/dt 很大，并出現(xiàn)很大的過電壓。在有緩沖電路的情況下； V 開通時 C5 通過 R34向 V 放電，使 ci 先上一個臺階，以后因有 iL ， ci 上升速度減慢； V 關(guān)斷 時負載電流通過 VD 向 C5 分流，減輕了 V的負擔，抑制了 du/dt 過電壓。 VD 和 R34 的作用是在 V 關(guān)斷時，給 iL 提供釋放儲能的回路。如圖 11 所示： 圖 11 IGBT保 護電路 6 Matlab 仿真與分析 主電路的建模 建模步驟如下： ，命名為 Buck。 ，分別復制 IGBT 模塊、二極管 D模塊到 Buck 模型窗口中，按要求設(shè)置 IGBT 的參數(shù)。 ，復制電壓源模塊 DC Voltage source 到 Buck 模型窗口中，打開參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置電壓為 100V。 ，復制一個并聯(lián) RC元件組模