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常快的速度，在一般情況下，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，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，同時整流器繼續輸出電壓Ud。圖6給出了等效電路，L與C串聯諧振，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。針對此種現象，采用在保護動作的同時將整流電路拉到逆變工作狀態(觸發角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。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而處于擎住狀態。

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生原、副邊擊穿現象。試驗中發現，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。