电力电子装置设计与应用08

1、20、控制电路设计注意事项 主电路保护的设置 这里所讲的保护，主要是针对电源变换装置里的器件，需要保护的状态包括：过电压、过电流、过热等。 电力电子装置里的许多元件，特别是半导体器件，对电压电流非常敏感，正确地设置保护电路，对电源变换装置的安全运行至关重要。过电流：过电流：过电流是最容易出现的故障，可分为两类，一类是由电源变换装置的供电对象-负载引起的，负载过重甚至发生短路，必然导致装置内的器件发生过流。第二类过流故障发生在装置电路内部，当器件参数变化，损坏，温度变化，电路整定参数发生变化时均可能发生。 从电路结构看，负载接于输出滤波电路之后，当负载过重或短路发生时，首先是滤波电容的电流快速上

2、升，滤波电感的电流上升的较慢（决定于滤波电路的输入电压、滤波电感的电感量和负载）。 逆变电路UiLCLRUoILIOIC 如果过流状态维持时间过长， 增长到了较大数值，则会使主电路开关器件受到损坏 。IL 为了防止这种过流导致故障发生，必须尽快检测出电流的变化，并通过保护电路制止过流继续发展，因此过流检测装置应该设置在滤波电容之后的电流通路上（AB之间）。AB负载电流检测装置 对于交流电流，过流检测装置可使用电流互感器或霍尔电流检测器件，它们的检测速度较快，线性好，霍尔电流检测器件较贵，电流互感器较经济。 电流互感器如图所示：在环形导磁铁心上穿绕N匝（黄色），被检电流导线穿过铁心（红色），则：

3、URIORNIUOR UR可作为输出电流信号，向保护电路提供参考电压。 对于直流电流，过流检测装置可使用电流分流器或霍尔电流检测器件。分流器原理和电阻相同，当直流电流通过分流器时，在其两端产生压降，可用该电压向保护电路提供电流信号。用分流器检测电流时，如不采取特殊措施，主电路和保护电路将共地。霍尔器件则不会。 保护电路的控制结果，根据需要可设计为限流型或截止型。不允许电源变换装置断电时，须按限流型设计，电路原理较为复杂。截止型保护电路原理较为简单。 第二类过电流保护的设置较为复杂，不同的电路有各种保护方案。就本例而言，电路内部的过电流，均可反映到逆变电路输入端的直流母线上，为了简化电路，可在输

4、入端设置过流检测装置。电路如图所示：输入整流滤波电路逆变电路输出电路直流电流检测装置CD 过流检测装置应该设置在滤波电路之后的电流通路上（CD之间）。 逆变电路直流端输入的是脉动直流，考虑到隔离要求，电流检测装置一般都使用霍尔器件。 在设计正确的电路里，逆变电路输入端出现过流是不允许的，因此，该电流检测装置输出的过流信号，应该使保护电路停止逆变电路工作。 上述两类过流保护的动作时间需要统一协调，因负载过流，保护电路的动作时间一定要早于直流侧过流保护电路动作时间，否则会产生错误的保护动作，将负载过流判断为电路内部非正常过流。 除电子保护外，当装置发生不可逆转的损坏时，必须使装置从电网上脱离开。切

5、断装置和电网的连接，一般都由熔断器或具有过流脱扣的自动开关来完成。 变流装置自动脱扣开关熔断器过电压：过电压：过电压也可针对负载，用电负载的电压值即不可以超过某一最高值，也不可以低于某一最低值，因此，电源变换装置需设置输出端的“过欠压”保护。检测装置设置电路如图： 逆变电路UiLCLRUoILIOICAB输出电压检测装置URE 过压检测装置应该设置在滤波电路之后的输出电压端（AE之间）。 对于交流电压，过压检测装置可使用电压互感器（变压器）。如果是直流输出电压则可采用电阻分压取样的形式。 负载变化引起输出端电压的正常变化，经过一定时间后电压应该恢复设定值，为了不出现错误的保护动作，过欠压保护一

6、般应具有反时延特性，即过压越多保护电路动作时间越短，反之则具有较长的时间延迟。 电路内部出现过压往往是电路故障或输入电压故障引起的，当电压超过设计值较多时，会使器件击穿，导致装置损坏，输入整流滤波电路逆变电路输出电路直流电压检测装置CF 因此需设置内部电压检测装置。逆变电源常把电压检测装置设置在直流电压输入端。为了隔离电压，电阻分压采样后的信号可使用光电耦合器件进行隔离。这种过压保护电路的动作时间越快越好，由负载引起的电压波动，不应达到该保护电路的动作设定值。 控制电路工作电源 电源变换装置的控制电路，需要低压工作电源，直接使用交流电网供电的装置，可通过电源变压器、整流器、稳压器得到。 使用直

7、流作为输入电源的装置，可以设计小功率变换器来得到低压电源，如单端反激式开关电源。 低压电源可能需要多路，且相互之间还需要隔离，图示为一典型的三相逆变电源控制电路的低压电源供电方案。整流稳压电源整流稳压电源整流稳压电源整流稳压电源K1驱动K3驱动K5驱动K2、K4、K6 驱动整流稳压电源整流稳压电源整流稳压电源控制电路需要隔离的检测电路1需要隔离的检测电路2 图中的驱动电路，适合使用有光电隔离的专门驱动集成电路。 目前已有一些不需要独立电源的自举式驱动集成电路如：2110。但在大功率高电压应用场合，以及抗干扰方面还存在问题。 为了保证低压电子电路（控制、驱动、检测电路）工作可靠，这些独立的电源稳压电路应靠近用电电路，与低压电子电路之间的连线尽可能短，能将独立电源直接设计