第2章 保护电路ppt课件.ppt

《第2章 保护电路ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章 保护电路ppt课件.ppt（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第2章 保护电路明理知行明理知行 精工致远精工致远晶闸管的保护（2）过流继电器保护。在输出端(直流侧)或输入端(交流侧)接入过电流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断。在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号控制触发电路。当电路发生过流故障时，检测电路控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而使晶闸管导通角减小或立即关断。明理知行明理知行 精工致远精工致远晶闸管的保护阻容保护明理知行明理知行 精工致远精工致远电力晶体管保护明理知行明理知行 精工致远精工致远电力晶体管保护 明理知行明理知行 精工致远精工致远电力晶体管保护 VT2VT3VT4VT5VT6R2R3R1R4VT1

2、TIL1 17VD1L1C1+1 2VVD2VD5IC1ALM3 39IC1cIC1DIC1bVD3VD7VD4R5R6R8R9R12R10R16R11R7R15R14R13VD9VD6VD8+1 2V+1 2V+1 2V+1 2VVbes基准前级驱动0.02 VVcesC2GTR1245678910111314由光电耦合器TIL117构成输出电路,过流保护信号使光电三极管饱和导通,控制GTR的驱动管截止,使GTR失去基极电流 而进入反向安全工作区。当然,从TIL117的输入和输出还可以引出过流信号控制其他的保护电路或报警指示电路。比较器IC1-a和IC1-b分别构成VBES和VCES的检测电

3、路。在IC1-b的同相输入端加上VCES比较基准电压,即GTR的VCES的阈值VCEV=2.2V2.4V,GTR正常工作时,比较器IC1-b的反向输入端电位约为1.7V,而在截止期则为12V。所以截止期将出现误判断。为使VCES的判断只对正向导通期有效,增加一过零比较器IC1-c作为GTR工作状态检测,IC1-c输出高电平表示GTR工作于正向驱动的饱和导通状态。而IC1-d具有逻辑与功能使检测电路只有在GTR正向导通且VCESVCEV时才有输出。最后,GTR从截止过渡到导通饱 和 须 经 过 一 个 下 降 时 间(3.5s),明理知行明理知行 精工致远精工致远电力晶体管保护 VT2VT3VT

4、4VT5VT6R2R3R1R4VT1TIL1 17VD1L1C1+1 2VVD2VD5IC1ALM3 39IC1cIC1DIC1bVD3VD7VD4R5R6R8R9R12R10R16R11R7R15R14R13VD9VD6VD8+1 2V+1 2V+1 2V+1 2VVbes基准前级驱动0.02 VVcesC2GTR1245678910111314在此过渡过程VCE仍保持大于VCEV,但保护电路不应动作,为此在过零比较器的输出端增加RC0 延时电路,使送到IC1-d同相端(LM339的7脚)刚好套在6脚波形中。明理知行明理知行 精工致远精工致远功率场效应管的运行保护1.静电保护措施场效应管静电

5、击穿方式电压型，即栅极的薄氧化层发生击穿，形成针孔，使栅极和源极间短路，或者使栅极和漏极间短路功率型，即金属化薄膜铝条被熔断，造成栅极开路或者是源极开路。明理知行明理知行 精工致远精工致远功率场效应管的运行保护1.静电保护措施器件储运：金属容器或者导电材料包装，不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中，向车间发料时,应随原包装发料,零散的器件可采取类似措施,并加MOS标记,以引起注意。取用器件：工具、仪表、工作台等均应良好接地，凡是接触产品的所有人员，应佩戴防静电腕带，穿戴防静电工作服，防静电鞋帽，避免静电可能对场效应管的栅极造成的破坏，同时应做到即用即取。接入电路：在栅源极间并入瞬态电压

6、抑制二极管（TVS）或压敏电阻，防止栅源过压；按照SDG 的顺序进行焊接。同时应使用接地烙铁或者用变压器降低电压，最好将烙铁头接地使其不会出现泄漏电流。焊接温度260、10 秒或者350、3 秒。测试器件：所有的仪器设备必须接地良好，所有电源和信号源不得有瞬态高压。在通电的情况下,不能插拔MOS器件，应先接电源再给信号，完毕反之。整机调试时拔下的印制电路板应随时放入金属盒中或将插头短路。所有不同的输出端不能悬空,应按逻辑功能接高电平或低电平。明理知行明理知行 精工致远精工致远功率场效应管的运行保护2.栅源过电压保护当栅源间的阻抗过高时,则漏源间电压UDS的突变会通过极间藕合到栅极,产生相当高的

7、电压脉冲。例如UDS的300V的突变在最恶劣的环境下会引起大约50V的栅极电压尖峰,这一电压会引起栅氧化层击穿,造成永久性损坏,而且正方向的Ucs瞬态电压会导致器件的误导通。解决的办法：适当降低栅极驱动电路的阻抗,在栅源之间并接阻尼电阻或并接约20V的齐纳二极管。特别要防止栅极开路工作。明理知行明理知行 精工致远精工致远功率场效应管的运行保护3.开关过程的漏源过电压保护当栅源间的阻抗过高时,则漏源间电压UDS的突变会通过极间藕合到栅极,产生相当高的电压脉冲。例如UDS的300V的突变在最恶劣的环境下会引起大约50V的栅极电压尖峰,这一电压会引起栅氧化层击穿,造成永久性损坏,而且正方向的Ucs瞬

8、态电压会导致器件的误导通。解决的办法：适当降低栅极驱动电路的阻抗,在栅源之间并接阻尼电阻或并接约20V的齐纳二极管。特别要防止栅极开路工作。明理知行明理知行 精工致远精工致远绝缘栅双极晶体管的保护（1）IGBT的特性:IGBT为4层结构，体内存在一个寄生晶体管，当流过IGBT的电流过大或dUEC/dt过高将导致寄生晶体管开通，使栅极失去对集电极电流的控制作用，即产生所谓的锁定效应。过流保护电路必须避免IGBT产生锁定效应（2）IGBT过流检测过流检测。对于IGBT的过流保护，关键是通过适当的方式检测到IGBT是否存在过流，存在什么性质的过流。通常可通过检测集电极电流、负载电流、UCE电压等方法

9、及时发现IGBT是否存在过流。检测集电极电流可用电阻或电流互感器初级与IGBT串联直接检测IGBT集电极电流，当发生过流时封锁驱动信号；检测负载电流：当负载短路或负载电流超出额定值时，也可能使前级的IGBT集电极电流增大，导致IGBT损坏。在负载处检测到过流发生时控制IGBT关断，达到保护IGBT的目的，是一种间接的检测方法。检测UCE电压，UCE在数值上等于集电极电流与器件通态阻抗的乘积，因此一旦IGBT过流，UCE会随着集电极电流的增大而增大。1.IGBT过流保护电路要点明理知行明理知行 精工致远精工致远绝缘栅双极晶体管的保护复位过程：当手动按下S1或控制电路给出复位信号都会使VT2导通，

10、VT3重新截止，过流信号恢复高电平。此时，只要过流故障消除，驱动信号就能恢复对IGBT的控制2.IGBT过流保护电路(1)输出超载保护电路:保护过程：当过流时比较器的输出由高电平转变为低电平，与非门输出高电平使VT3开通，过流信号变为低电平并自锁。过流信号可以回馈给控制电路封锁驱动信号。与非门明理知行明理知行 精工致远精工致远绝缘栅双极晶体管的保护2.IGBT过流保护电路（2）尖峰电流保护电路:当尖峰电流超过阈值时，比较器输出翻转，VT1导通，C1完成充电，封锁信号变成高电平。IGBT关断后，电流值下降，比较器输出恢复正常时的低电平，VT1截止，C1通过R2及比较器放电，在C1电压下降到或门的

11、输入低电平阈值电压（约0.7V）之前，封锁信号将维持在高电平。通过调节C1的放电时间就能控制封锁信号的持续时间。明理知行明理知行 精工致远精工致远绝缘栅双极晶体管的保护2.IGBT过流保护电路脉冲封锁电路:当尖峰电流超出设定值时比较器输出变为低电平（若系统正常，驱动信号此时应为低电平），VT3导通，C1放电，VT1截止，封锁信号变为高电平。VT1保持截止状态直到驱动信号变为高电平使VT2导通对C1充电，VT1导通，封锁信号变为低电平，下一次的开通将不受影响。使用或门是为了避免VT2、VT3同时导通明理知行明理知行 精工致远精工致远绝缘栅双极晶体管的保护2.IGBT过流保护电路（3）短路保护电路

12、:正常工作时，故障检测二极管D1导通，将a点的电压箝位在稳压二极管VD1的击穿电压以下，VT1保持截止状态，光耦U1截止，过流信号为高电平，VT4导通，C3保持在高电平，反相器输出低电平，VT9导通，C5完全放电，即过流信号、软关断控制、降频控制都不对控制信号进行封锁，控制信号即驱动信号。电容C1为电路正常时硬开关提供短暂的延时，使得VT3开通时UCE有一定的时间从关断时的高压下降至通态压降，而不使保护电路动作。 明理知行明理知行 精工致远精工致远绝缘栅双极晶体管的保护2.IGBT过流保护电路（3）短路保护电路:当发生过流故障时，VT3的UCE上升，a点电位随之上升，到一定值时，VD1击穿，V

13、T1导通，过流信号随着光耦U1导通变为低电平。并且VT1导通后+15V通过R4对C2充电，b点电位下降。当b点电压下降约1.4V时，VT2导通，栅极电压随C2的充电开始下降。通过调节C2和R4的值可以控制电容的充电速度，进而控制发生过流至降栅压的延时及栅极电压的下降速率。当电容充电至D2的击穿电压时，D2击穿，b点电位不再下降，栅极电压也被箝位在一固定值上，降栅压过程结束。明理知行明理知行 精工致远精工致远绝缘栅双极晶体管的保护3.IGBT关断过压保护门极过电压保护经研究表明，IGBT的门极发射极短路是众多失效中最容易发生的。门极的短路主要是由门极发射极电压过高击穿薄的栅氧化层而造成。常用门极

14、过电压保护或者门极钳位电路有：a双向或者稳压管钳位；b肖特基二极管钳位。图a所示或者稳压管在正常工作过程下不工作、不击穿，只有当门极电压大于才动作。和稳压管的击穿电压随负载电流有一定的偏移且都属于正温度系数，在温度较低时击穿电压下降，因此为了防止正常开关过程中击穿，一般工程上常采用的稳压管或者来设计门极钳位电路。该方法电路简单，容易实现，但是在短路时，击穿电压较高，因此门极钳位电压较高，这会增加短路电流的倍数、减小短路持续时间。图b所示采用二极管钳位，该二极管必须采用肖特基二极管。因为肖特基二极管特性稳定，高频效应速度快、饱和压降低，且不随温度变化特性。该方法的门极钳位电压为，因此钳位效果与电

15、源电压的大小及稳压效果直接相关。明理知行明理知行 精工致远精工致远绝缘栅双极晶体管的保护3.IGBT关断过压保护CE极充放电缓冲保护从图可以看出，每个IGBT的C、E两端都有充放电缓冲电路，其中电容C的电压从零开始上升，吸收能力强，电阻R上的功耗比较大，可能造成开通IGBT的过电流，可能造成LC寄生振荡。因此，主要适用于低频、中小容量系统。明理知行明理知行 精工致远精工致远放电阻止型缓冲电路图a适用于小功率的IGBT模块,由于电路中无阻尼组件,易产生LC振荡,故应选择无感电容或串RS。图b是把RCD吸收电路作用于两只IGBT组成的模块上,虽然电路简单,但吸收功能较单独使用RCD时差。图c是箝位

16、型RCD缓冲电路,它将电容上过冲能量部分送回电源,因此损耗较小,是较为理想的大功率IGBT的缓冲电路。明理知行明理知行 精工致远精工致远绝缘栅双极晶体管的保护3.IGBT关断过压保护有源钳位保护电路通过延长IGBT的关断过程，将杂散电感中的高而窄的脉冲转化为矮而宽的脉冲，降低尖峰电压幅值。基本原理：利用瞬态电压抑制二极管TVS设置保护电压阈值，当VCE超过保护阈值，则TVS击穿钳位IGBT集电极发射极电压，同时将TVS的击穿电流引入门极，使门极电容充极抬高门极电压，使IGBT短暂的工作在有源区，降低关断过程中的di/dt、dv/dt，进一步钳位Vce电压，确保电压不超过IGBT的额定电压。由于

17、的变化速度快，只有几百纳秒，因此有源钳位的控制电路必须带宽非常高，采用超高速的模拟电路实现，其中的性能影响很大，连接的走线需非常短且靠近模块。图中钳位元件是TVS，采用一个或者多个串联。当VCE电压升高且大于DZ设定的阈值电压，则开始击穿，总的击穿电压为Ubr，则Uce=Ubr。明理知行明理知行 精工致远精工致远二极管用来防止正常工作情况下，输入电流经过流入集电极，主要改进是将的击穿电流引入推动级输入端，通过推动级高增益放大击穿电流来充电门极，有效的抑制的上升，的击穿电流相对稳定，击穿电压更稳定，钳位效果更好。增加一条内馈回路，将的击穿电流一分为二，一部分通过流入推动级前级，增大门极充电电流增益和幅值；一部分直接通过流入门极，快速响应充电门极，钳位电路的动态响应响应快、性能好，钳位效果更好。明理知行明理知行 精工致远精工致远当VCE超过保护阈值电压，D21、D22击穿，击穿电流Iz一部分快速向门极充电，一部分流入内部芯片ACC单元电路中，当IACC40mA时，推动级下管NMOS被线性的关断，当IACC500mA时，下管NMOS完全关闭，门极开路，击穿电流Iz全部用来快速向门极充电，迅速钳位VCE电压。