CN2490748Y - 逆变器过电流快速保护装置 - Google Patents

Abstract

逆变器过电流快速保护装置,是在逆变器的母线上、电源的负端串联一个独立的固体开关器件作为过电流保护开关,在过电流保护开关的引出端并联缓冲吸收电路,门极上并联门极保护电路,还联接一具有多种功能的控制电路。本设计装置的响应速度快(不大于3微秒),开关器件工作在静态,不会疲劳和损伤,大功率缓冲吸收电路有效地抑制电流和电压冲击,对逆变器的保护更加可靠。

Description

逆变器过电流快速保护装置

本实用新型涉及大功率逆变器类电力电子电器过电流的快速响应保护。

大多数电力电子器件因为耐受过电流的能力差，要求过电流保护装置在过电流发生后十微秒内快速响应，可靠地实施保护。逆变器就是这类装置的典型例子。

已有技术中的传统方法，即将过电流热效应器件(如熔断器)串联在待保护器件的回路中，过电流发生时热效应器件迅速熔断或阻值急剧升高，限制过电流从而保护器件和电器不被损坏。由于这种方式的响应速度慢(几百微秒至毫秒量级)，因而不宜用在大功率逆变器类电子电力装置的过电流保护中。

对于大功率逆变器的过电流保护，目前比较通行适用的方法是利用逆变器中逆变器件本身作为过电流保护器件，一旦检测到过电流便令其关断，从而保护了逆变器件和逆变器，其响应时间可达十微秒以内，但有些情况会使这种方式失去作用。一是由于逆变器件处于高频开断工作状态，某个器件会因为疲劳或累积缺陷而突然失效不能工作。此外，由于关断过电流时产生很大的电流变化率(di/dt)，由此引发的动态擎柱效应也会使器件失去控制，无法关断。由此可见，已有技术的逆变器过电流保护装置，有待改进和完善之处。

本实用新型的目的是提供一种逆变器过电流快速保护装置，它能以较小的电流变化率快速关断过电流，并减小由此引起的电压尖峰，从而更可靠地保护逆变器类电力电子电器。

本实用新型逆变器过电流快速保护装置，包括在逆变器的母线上、电源的负端串联一个独立的固体开关器件作为过电流保护开关，在该过电流保护开关之前串联一个检测电流的电流传感器，在所述过电流保护开关引出的两个端子上并联一个降低保护装置运行时电流变化率和电压变化率的缓冲吸收电路，在所述过电流保护开关的门极上并联一个门极保护电路；所述过电流保护开关还与一具有设定保护预值、比较电流大小、驱动过电流保护开关本身、并有输出故障信号功能的控制电路相连接，该控制电路中有一个D型触发器。

本设计逆变器过电流快速保护装置中，其过电流保护开关采用绝缘栅双极型场效应晶体管即IGBT，或者用MOS型场效应晶体管。

本设计装置中的缓冲吸收电路主要由超快速高压大电流二极管，大容量无感电容，压敏电阻和充放电电阻组成。所述高压大电流二极管与大容量无感电容串联，然后与压敏电阻并联，充放电电阻两端分别连接二极管和无感电容的串联接合点和逆变器电源的正端。

并联在过电流保护开关门极上的门极保护电路为两只反向串联连接的齐纳二极管，它们再与一电阻并联，然后并联到过电流保护开关的门极。

本设计装置控制电路中除D型触发器外，包括信号调整分电路、脉宽调整分电路、驱动分电路。信号调整分电路接D型触发器的时钟输入端；脉宽调整分电路接D型触发器的R端和输出同相端；D型触发器的输出反相端与驱动分电路相连。

控制电路中，还可以包括一个过电流故障信号反馈分电路，它由光耦和电阻组成，与驱动分电路相连，过电流故障反馈信号输出到逆变器的控制和检测电路中。

图1为本实用新型逆变器过电流快速保护装置的工作原理框图。

图2为本设计装置中的缓冲吸收电路。

图3为本设计装置中门极保护电路。

图4为本设计装置要保护的逆变器电路示意图。

图5为本设计装置中的控制电路。

下面结合图1至图5详细说明本实用新型的一个实施例。

首先请参见图1和图4。本实用新型逆变器过电流快速保护装置由电流传感器100、控制电路200、门极保护电路300、过电流保护开关400、缓冲吸收电路500组成。逆变器600中的电流排650穿过电流传感器100与保护开关400的一端相连接，过电流保护开关400的另一端经电流排660连接到逆变器600的电源负端640。门极保护电路300与过电流保护开关400的门极并联。缓冲吸收电路500并联在过电流保护开关400的两端。在本实施例中，过电流保护开关400采用绝缘栅双极型场效应晶体管(即IGBT)或MOS型场效应晶体管。电流传感器100采用磁平衡式霍尔电流传感器，它可以检测各种波形的工作电流。

本设计缓冲吸收电路500如图2所示。超快速高耐压大电流二极管D501和大容量无感电容C501串联，然后与压敏电阻RU501并联，充放电电阻R501的两端分别连接二极管D501和无感电容C501的串联接合点和逆变器电源的正端630。单只二极管D501容量不够时，可以多管并联使用。无感电容C501也可以多个并联，以进一步降低电感。

图3所示为本设计的门极保护电路300。两只齐纳二极管Z301和Z302反向串联连接，它们再与一电阻R301并联，并通过一并联的接线端子J301并联到过电流保护开关400的门极。

图4所示为本设计装置需要保护的逆变器600的示意图，主要由逆变器电源组件610、逆变器开关器件组件620、电流排650、660组成。图中630和640分别表示逆变器电源正端和负端。100是前述的电流传感器。

图5所示为本设计中的控制电路，由信号调整分电路、D型触发器、脉宽调整分电路、驱动分电路、反馈分电路组成。接线端子J204接入电流传感器100来的过电流信号，经信号调整分电路中的线性电阻R205转换和电位器WR201调整，送到D型触发器U201A的时钟信号输入端，经比较判断后，由脉宽调整分电路中的电阻R207和电容C201决定输出信号的脉宽，再经驱动分电路中的三极管N201放大，控制场效应管MP201和MN201的开通和截止完成驱动控制功能，最后经电阻R208和R209接接线端子J201输出到保护开关400的门极。图中稳压管Z201并联在电阻R205两端。电阻R202由D型触发器U201A的D信号输入端接电源正端。电阻R204接三极管N201的基极。电阻R201和R203分别接场效应管MP201和MN201的栅极。

此外，本实施例控制电路中有过电流信号的故障反馈功能。过电流故障信号反馈分电路由光耦O201和电阻R206组成，与驱动分电路相连，故障反馈信号经输出端子J202输出到逆变器的控制和检测电路中去。

逆变器正常工作时，控制电路比较检测到的电流值小于设定的保护预置值，于是输出一高电平信号，此信号被放大后加至保护开关的门极，保护开关保持导通。当检测到过电流时，控制电路产生一低电平信号，此信号被放大后加至保护开关的门极，保护开关被断开从而保护逆变器，并可避免逆变元件作为保护器件时因失效而导致的保护失败。

本实用新型与现有的此类过电流保护电路相比有如下优点：

①响应速度快，本保护装置可以在3微秒内快速实现保护。在过电流发生后，电流传感器可以在1微秒内采样到过流信号；控制电路从输入过电流信号到输出保护信号，延时小于1微秒；固态开关动作时间在1微秒左右。因此，本保护装置系统响应时间不大于3微秒。

②保护开关不会疲劳和损伤。由于保护开关采用独立的固态开关器件，工作在静态。与逆变器件相比，不承受高频的电压应力、电流应力和开关损耗，因此不会疲劳和损伤。从而可以保证可靠地关断过电流。

③采用大功率的缓冲吸收电路抑制冲击电流和冲击电压。由于缓冲吸收电路在保护开关静态工作时是不消耗功率的，因而可以采用大功率的缓冲吸收电路。当保护开关实现保护关断时，大功率的缓冲吸收电路可以有效地抑制因此而产生的电流冲击和电压冲击，使保护开关的工作更安全，对逆变器的保护更加可靠。

Claims (6)

1.一种逆变器过电流快速保护装置，包括在逆变器的母线上、电源的负端串联一个独立的固体开关器件作为过电流保护开关，在该过电流保护开关之前，串联一个检测电流的电流传感器，其特征是在所述过电流保护开关引出的两个端子上并联一个降低保护装置运行时电流变化率和电压变化率的缓冲吸收电路，在所述过电流保护开关的门极上并联一个门极保护电路；该过电流保护开关还与一具有设定保护预值、比较电流大小、驱动过电流保护开关本身、并有输出故障信号功能、采用D型触发器为关键器件的控制电路相连接。

2.按照权利要求1所述的逆变器过电流快速保护装置，其特征是其过电流保护开关采用绝缘栅双极型场效应晶体管即IGBT，或MOS型场效应晶体管，电流传感器采用磁平衡式霍尔电流传感器。

3.按照权利要求1所述的逆变器过电流快速保护装置，其特征是其缓冲吸收电路主要由超快速、耐高压大电流二极管，大容量无感电容、压敏电阻、充放电电阻组成；所述耐高压大电流二极管与大容量无感电容串联，然后和压敏电阻并联，充放电电阻两端分别连接二极管和无感电容的串联接合点和逆变器电源的正端。

4.按照权利要求1所述的逆变器过电流快速保护装置，其特征是其门极保护电路为两只反向串联连接的齐纳二极管，它们再与一电阻并联，然后并联到过电流保护开关的门极。

5.按照权利要求1所述的逆变器过电流快速保护装置，其特征是采用D型触发器为关键器件的控制电路中，包括信号调整分电路，脉宽调整分电路，驱动分电路，反馈分电路；信号调整分电路接D型触发器的时间输入端，脉宽调整分电路接D型触发器的R端和输出同相端，D型触发器的输出反相端与驱动分电路相连。

6.按照权利要求1或5所述的逆变器过电流快速保护装置，其特征是控制电路中包括一个过电流故障信号反馈分电路，它由光耦和电阻组成，与驱动分电路相连。

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