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1、Big-bit电源供应器网 http:/power.big- 1所示。 图 1由图 1可以看出，当电池接反时，肖特基二极管 D导通，F 被烧毁。如果后面是推挽结构的主变换电路，两推挽开关 MOS管的寄生二极管的也相当于和 D并联，但压降比肖特基大得多，耐瞬间电流的冲击能力也低于肖特基二极管 D，这样就避免了大电流通过 MOS管的寄生二极管，从而保护了两推挽开关 MOS管。这种防反接保护电路结构简单，不会影响效率，但保护后会烧毁保险丝 F，需要重新更换才能恢复正常工作。采用继电器的防反接保护电路，基本电路如图 2：Big-bit电源供应器网 http:/power.big- 2由图中可以看出，如
2、果电池接反，D 反偏，继电器 K的线圈没有电流通过，触点不能吸合，逆变器供电被切断。这种防反接保护电路效果比较好，不会烧毁保险丝 F，但体积比较大，继电器的触点的寿命有限。采用 MOS管的防反接保护电路，基本电路如下图 3： 图 3图 3中 D为防反接 MOS的寄生二极管，便于分析原理画出来了。当电池极性未接反时，D正偏导通，Q 的 GS极由电池正极经过 F、R1、D 回到电池负极得到正偏而导通。Q 导通后的压降比 D的压降小得多，所以 Q导通后会使 D得不到足够的正向电压而截至;当电池极性接反时，D 会由于反偏而截至，Q 也会由于 GS反偏而截至，逆变器不能启动。这种防反接保护电路由于没有采
3、用机械触点开关而具有比较长的使用寿命，也不会像Big-bit电源供应器网 http:/power.big- F.因而得到广泛应用，缺点是MOS导通时具有一定的损耗。足够畅通无阻地通过比较大的电流还保持比较低的损耗。电池欠压保护为了防止电池过度放电而损坏电池，我们需要让电池在电压放电到一定电压的时候逆变器停止工作，需要指出的一点是，电池欠压保护太灵敏的话会在启动冲击性负载时保护。这样逆变器就难以起动这类负载了，尤其在电池电量不是很充足的情况下。请看下面的电池欠压保护电路。可以看出这个电路由于加入了 D1、C1 能够使电池取样电压快速建立，延时保护。 图 4逆变器的过流短路保护电路的设计：大家知道
4、，逆变器的过流短路保护电路在逆变器的安全中是至关重要的，如果没有过流短路保护逆变器很可能会因为过流短路而烧毁。下面先来分析一下负载的特性，现实生活中的负载大多数是冲击性负载，例如炽灯泡，在冷态时的电阻要比点亮时低很多，像电脑，电视机等整流性负载，由于输入的交流电经过整流后要用一个比较大的电容滤波，因而冲击电流比较大。还有冰箱等电机感性负载，电机从静止到正常转动也需要用电力产生比较大的转矩因而起动电流也比较大。如果我们的逆变器只能设定一个能长期工作的额定输出功率的话，在起动功率大于这个额定输出功率的负载就不能起动了，这就需要按照起动功率来配备逆变器了，这显然是一种浪费。实际中，我们在设计过流短路
5、保护电路时我们会设计两个保护点，额定功率和Big-bit电源供应器网 http:/power.big- 2-3倍。时间上额定功率是长时间工作不会保护的，峰值功率一般只维持到几秒就保护了。下面以过流短路保护电路为例讲解下： 图 5R5为全桥高压逆变 MOS管源极的高压电流取样电阻，我们可以这么理解，高压电流的大小基本上决定了输出功率的大小，所以我们用 R5检测高压电流的大小。图 5中 LM339的两个比较器单元我们分别用来做过流和短路检测。先看由 IC3D及其外围元件组成的过流保护电路，IC3D 的 8脚设定一个基准电压，由R33、VR4、R56、R54 分压决定其值 U8=5*(R33+VR4
6、)/(R33+VR4+R56+R54)。当 R5上的电压经过 R24、C17 延时后超过 8脚电压 14脚输出高电平通过 D7隔离到 IC3B的 5脚。4 脚兼做电池欠压保护，正常时 5脚电压低于 4脚，过流后 5脚电压高于 4脚，2 脚输出高电平控制后级的高压 MOS关断，当然也可以控制前级的 MOS一起关断。D8 的作用是过流短路或电池欠压后正反馈锁定 2脚为高电平。再看 IC3C组成的短路保护电路，原理和过流保护差不多，只是延时的时间比较短，C19的容量很小，加上 LM339的速度很快，可以实现短路保护在几个微秒内关断，有效地保护了高压 MOS管的安全。顺便说的一点是短路保护点要根据 M
7、OS管的 ID，安全区域和回路杂散电阻等参数设计。一般来说电流在 ID以内，动作时间在 30微秒以内是比较安全的。IGBT的驱动和短路保护IGBT作为一种新型的功率器件，具有电压和电流容量高等优点，开关速度远高于双极型晶体管而略低于 MOS管，因而广泛地应用在各种电源领域里，在中大功率逆变器中也得到广泛应用。Big-bit电源供应器网 http:/power.big- 关断时间比较长，所以关断时一般需要加入负的电压加速关断;二是抗 DI/DT的能力比较差，如果像保护 MOS管一样在很大的短路电流的时候快速关断 MOS管极可能在集电极引起很高的 DI/DT，使 UCE由于引脚和回路杂散电感的影响
8、感应出很高的电压而损坏。IGBT的短路保护一般是检测 CE极的饱和压降实现，当集电极电流很大或短路时，IGBT退出饱和区，进入放大区。上面说过这时我们不能直接快速关断 IGBT，我们可以降低栅极电压来减小集电极的电流以延长保护时间的耐量和减小集电极的 DI/DT。如果不采取降低栅极电压来减小集电极的电流这个措施的话 2V以下饱和压降的 IGBT的短路耐量只有5S。3V 饱和压降的 IGBT的短路耐量大约 10-15S，4-5V 饱和压降的 IGBT的短路耐量大约是 30S。还有一点，降栅压的时间不能过快，一般要控制在 2S 左右，也就是说为了使集电极电流从很大的短路电流降到过载保护的 1.2-
9、1.5倍一般要控制在 2S 左右，不能过快，在过载保护的延时之内如果短路消失的话是可以自动恢复的，如果依然维持在超过过载保护电流的话由过载保护电路关断 IGBT。所以 IGBT的短路保护一般是配合过载保护的，下面是一个 TLP250增加慢降栅压的驱动和短路保护的应用电路图：图 6Big-bit电源供应器网 http:/power.big- 6中电路正常工作时，ZD1 的负端的电位因 D2的导通而使 ZD1不足以导通 Q1截止;D1的负端为高电平所以 Q3也截止。C1 未充电，两端的电位为 0。IGBTQ3 短路后退出饱和状态，集电极电位迅速上升，D2 由导通转向截止。当驱动信号为高电平时，ZD
10、1 被击穿，C2能够使 Q1的开通有一小段的延时，使得 Q3导通时可以有一小段的下降时间，避免了正常工作时保护电路的误保护。ZD1 被击穿后 Q1由于 C2的存在经过一段很短的时间后延时导通，C1 开始通过 R4、Q1 充电，D1 的负端电位开始下降，当 D1的负端电位开始下降到 D1与 Q3be结的压降之和时 Q3开始导通，Q2、Q4 基极电位开始下降，Q3 的栅极电压也开始下降。当 C1充电到 ZD2的击穿电压时 ZD2被击穿，C1 停止充电，降栅压的过程也结束，栅极电压被钳位在一个固定的电平上。Q3 的集电极电流也被降低到一个固定的水平上。本篇文章从防反接、IGBT 驱动和短路、电池欠压等三个方面讲解了逆变电源中保护电路，通过对这三种保护形势的讲解，希望能够帮助大家逆变电源中的保护电路有进一步的了解和认识，从而方便自己的设计。本文由大比特资讯收集整理(www.big-)
